航空發動機在使用中,會發生一些因其潤滑系統運轉部件磨損引起的故障,諸如前軸間軸承磨損、后軸間軸承磨損、滑油回油泵磨損、離心通風器損壞、滑油消耗量大、振動大等。這些故障不但影響發動機在正常壽命期的使用,而且限制了發動機壽命的延長使用。空軍的應用實踐證明,油液監測技術能夠提前預報裝備磨損故障,提高可靠性和完好率;能夠降低維修成本,提高維修質量,延長裝備及油液的使用壽命。
近年來,多臺出現報警信號的發動機的磨損類故障沒能預報出來,雖然這些飛機在飛行過程中發出報警信號,表明發動機滑油系統金屬磨屑超過規定值,但在飛行前的原子發射光譜分析數據卻沒有超標;多臺發動機軸間隙超標,而原子發射光譜分析數據很低,即原子發射光譜分析數據與發動機異常磨損故障的相關性差。例如,某臺發動機工作160小時,檢查滑油濾時發現油濾上有大量大顆粒金屬磨屑,而滑油原子發射光譜分析數據沒有超標,經返廠分解檢查發現發動機前軸承保持架損壞、內鋼套磨損并燒蝕、滾棒剝落。
由于進入滑油中的部分金屬磨屑被設在航空發動機油路系統中的磁塞和精密油濾截獲,導致被分析的油樣失去部分大顆粒金屬磨屑,從而失去油樣代表性。而50~200微米范圍的大顆粒金屬磨屑是由摩擦副表層疲勞剝落、劇烈的滑動磨損和剪切磨損等原因所產生的,最能夠直接反映出發動機異常磨損故障信息。加之原子發射光譜分析的局限性,不能直接反映大顆粒金屬磨屑的信息。因此,目前采用的單一滑油原子發射光譜檢測方法無法監控大顆粒金屬磨屑,已經不能滿足用多參數判斷、預測發動機異常磨損故障的要求。一旦在滑油系統中出現大顆粒金屬磨屑,將加速發動機軸承的磨損,進而造成發動機災難性事故。
因此,如何監控航空發動機大顆粒金屬磨屑、及時預報異常磨損故障是亟待解決的難題。研究航空發動機滑油系統中的金屬磨屑的尺寸分布,并確定大顆粒金屬磨屑的成分及含量的監控標準,能夠彌補發動機磨損類故障油液監控檢測手段的不足。
金屬磨屑的監控用于航空發動機潤滑系統的潤滑油。軸承等摩擦副在生產和使用中產生的切削、金屬磨屑以及外界進入油液系統的砂粒等污染物,隨著零部件的運轉,懸浮于油液系統中不斷循環,起著研磨劑的作用。隨著發動機的工作時間與磨損狀態的不同,它們的濃度、成分、尺寸、形貌參數均發生不同的變化。因此,油液中金屬磨屑參數變化可以作為航空發動機磨損狀態的信息。通過在用油液的金屬磨屑監控來預報航空發動機磨損狀況和失效,便于采取主動的維修措施,能夠確保裝備的可靠運行與高效地發揮裝備應有的功能。常用的油液金屬磨屑檢測方法有原子發射光譜分析法、原子吸收光譜分析法、X射線熒光光譜分析法、鐵譜分析法、電鏡掃描-能譜分析法及自動顆粒計數法等。