航空发动机机械磨损的故障探析

2017-01-19戴沅均

中国设备工程 2017年24期

关键词：磨屑滑油磨损

戴沅均

（广州民航职业技术学院人事处，广东广州 510403）

航空发动机机械磨损的故障探析

戴沅均

（广州民航职业技术学院人事处，广东广州 510403）

本文从航空发动机机械磨损原理入手，着重分析机械磨损对滑油系统的影响及故障磨损监控方法，探索了机械磨损故障诊断技术及诊断技术发展趋势。

航空发动机；机械磨损故障；监控；诊断技术；发展趋势

航空发动机机械在运行过程中会产生一定的磨损，而发动机磨损会进一步导致航空发动机的运行故障。如果不能够及时诊断航空发动机机械磨损故障会严重影响航空飞机的正常航行，甚至还会引发安全事故。因此，航空公司十分重视发动机机械磨损故障的诊断和监控，并及时排除磨损故障。通常情况下，航空发动机磨损故障诊断多采用监测仪器诊断、专家系统诊断、油液分析诊断等诊断方法。并且在信息化的背景下，航空发动机的磨损故障诊断朝着智能化、系统化、网络化和早期化的方向发展。研究航空发动机机械磨损故障不仅能够加强对机械磨损的监控，及时排除磨损故障，而且能够保证航空发动机的正常运行，有效避免安全事故。

1 航空发动机机械磨损原理

1.1 机械磨损过程

航空发动机的轴承和齿轮最容易发生机械磨损，本文以航空发动机轴承为例来研究机械磨损的过程。发动机轴承的高度运转会使轴承内部零件的表面产生摩擦，进而减少零件表面的弹性。具体来说，航空发动机轴承机械磨损主要分为以下三个阶段。首先，磨合阶段。磨合阶段的轴承内部零件表面接触面积较小并且表面比较粗糙，机械磨损较快。而随着机械磨损的加深，轴承零件的接触面积越来越大，机械磨损进入稳定磨损阶段。在这一阶段，轴承的磨损率和耐磨寿命都比较稳定，如果使用合适的润滑油能有效减少机械磨损故障，延长轴承的使用寿命。之后，轴承机械磨损进入剧烈磨损阶段。这一阶段的磨损速度很快，磨损故障率大幅度提升，严重降低了轴承结构的精度和轴承的功能。并且，机械磨损会导致轴承温度上升，进而产生振动和噪声，直至轴承零件失效。

1.2 机械磨损分类

航空发动机的机械磨损主要包括疲劳磨损、磨屑磨损和粘着磨损这三种，其中，粘着磨损主要指发动机内部构件平面发生滑动接触时所产生的磨损，粘着磨损经过反复的磨损过程会产生疲劳作用，导致发动机内部构件碎片的断裂而成为磨屑。并且，航空发动机摩擦会导致内部构件局部塑性变形，使得内部构件的表面材料转移到另一个构件表面，也可能导致内部构件表面材料粘着在其他构件表面。磨屑磨损主要指航空发动机内部构件表面的颗粒或粗糙表面在滑动过程中产生断裂和变形，进而引起表面损伤。磨屑磨损主要包括两体磨屑磨损和三体磨屑磨损这两种情况。疲劳磨损主要指航空发动机运行过程中内部构件的反复滑动和滚动导致内部构件表面出现的疲劳。例如，在重复摩擦和加载、卸载的过程中，发动机内部构件表面会出现摩擦变形和裂纹现象，在达到极限之后，内部构件表面会出现大碎片剥落，并出现大量的凹坑。

2 机械磨损对滑油系统的影响

航空发动机机械磨损会导致发动机内部构件表面的损伤和脱落，而这些脱落的磨屑会随着滑油系统进行循环运转。而在运转过程中，部分磨屑会粘附在信号器、过滤器及磁塞上，而一些磨屑还会继续停留在滑油之中对发动机内部构件造成进一步磨损，严重影响滑油系统的正常工作。并且，机械磨损会增大滑油器的油滤阻力，导致滑油不畅，甚至还会造成滑油系统压力和温度的升高。另外，机械磨损会降低滑油系统的密封性，导致滑油系统泄漏。

3 航空发动机机械磨损故障监控方法

首先，磁塞分析法。磁塞能够对滑油系统中因机械磨损而产生的磨屑进行收集，避免或减少滑油系统中的磨屑。磁塞分析法的原理是在油箱或回路中插入磁塞，让磁塞对滑油中的磁性颗粒进行过滤。并且，磁塞需要定期去除清理，保证其对磨屑的吸附功能。另外，机械维修人员要对磁塞所过滤的磁性颗粒进行观察和分析判断，了解磁性颗粒的数量、大小等，并根据磁性颗粒的特征来判断是否需要更换滑油系统中的滑油。磁塞分析法操作十分简单，但是这种方法仅仅用于磁性颗粒的过滤，对非磁性颗粒没有作用；其次，油液理化分析法。滑油在使用过程中会出现质量裂化，降低滑油的润滑效果。因此，航空发动机维护工作需要对滑油油液进行定期检查和分析。而油液理化分析法的主要目的是掌握滑油理化指标的变化，并根据指标变化情况来分析滑油的衰变特征，进而采取滑油使用的科学措施；再次，光谱分析法。光谱分析法能够及时发现发动机内部构件的粘着磨损及磨损故障，但是，光谱分析难以及时发现疲劳磨损故障，并且其对磨屑的判断准确性不高；最后，铁谱分析法。铁谱分析法能够对磨屑进行定量和定性检测，详细观察磨屑的形态、颜色、大小等特征，同时，定量分析还能够判断磨屑的相对含量和磨损的程度。并且，铁谱分析法比较适用于早期诊断，在不拆卸发动机的情况下来检测发动机的磨损征兆。但是，铁谱分析法的误差控制较差，并且对操作人员的经验和技术水平要求较高，不适用与快速现场分析。

4 航空发动机机械磨损故障诊断技术

4.1 磨损监测仪器诊断

在电子技术的支撑下，航空发动机机械磨损诊断仪器开发已经成为滑油系统研究热点，航空发动机磨损检测仪器的使用也越来越多，例如，美国研发的011 v i e w监测器、英国研发的P F C 200、P L C-2000、加大拿研发的Me t a l S C A N监测器、美国研发的磨屑监测器等都能够对航空发动机油液进行监控和分析。

4.2 专家系统诊断

专家系统在工程诊断领域中的应用有着重要作用，能够充分促进智能故障诊断的发展。专家系统磨损故障诊断远远优于传统的磨损故障诊断技术。并且，专家系统的故障诊断仪专家知识经验为基础，能够对复杂的磨损故障进行科学诊断。另外，专家系统诊断能够进行寿命评估、故障预报、故障排除等，很多航空发动机磨损诊断已经开始运用专家系统进行诊断。

4.3 磨损界限值制定技术

制定界限值是航空发动机油样分析的积分方法，也是进行发动机检测的前提。美国在长期的研究和实验中建立了发动机磨损元素的界限值指标，并根据发动机的实际使用状况对界限指标进行修改。磨损界限值制定技术多采用理化分析、铁谱分析、磨屑颗粒分析、光谱分析等分析方法来进行磨损故障诊断。

5 航空发动机机械磨损故障诊断技术的发展趋势

5.1 实时化诊断

航空发动机的安全要求较高，并且航空发动机工作状态处于动态变化之中，需要对发动机机械磨损故障进行实时诊断。而实时化的机械磨损诊断要求比较严格，必须具备较高的反应速度，及时发现发动机中的磨损故障，在较短时间内制定故障维修策略，采取合适的故障维修措施。

5.2 智能化诊断

智能化诊断能够使航空发动机机械磨损在没有诊断专家的情况下正常进行，并且，智能化诊断的速度较快，准确率较高，能够及时、准确地发现机械磨损故障。另外，智能化诊断需对机械磨损领域的专家知识进行自动化吸收，自动化的系统自我完善，以提高机械磨损诊断技术水平。

5.3 系统化诊断

系统化诊断不仅要诊断具体的检测任务，而且还要诊断航空发动机系统中复杂的机械磨损故障。从具体的检测任务方面来说，系统化诊断需要对多种检测信息进行验证，得出初步诊断结果，并对多种故障征兆信息进行融合诊断，以提高诊断的准确性。从复杂的磨损故障方面来说，航空发动机很可能同时存在多种磨损故障，并且多种磨损故障之间相互影响，要求诊断人员对局部故障和整体故障进行检测诊断。