Диагностирование авиационных двигателей по содержанию металлов в маслах

1.

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА
КРАСНОЯРСКИЙ ФИЛИАЛ
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»
Кафедра: Обслуживание летательных аппаратов горюче-смазочными материалами
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
(ДИПЛОМНАЯ РАБОТА)
Тема: Диагностирование авиационных двигателей по содержанию
металлов в маслах
Руководитель
(Кислухина Е.Н.)
Выполнил студент гр. М-41 (Назарова С.К.)
Красноярск 2023

2.

Актуальность
Диагностирование по результатам анализов проб масел на
наличие в них металлов на данный момент имеет важное
значение в общей системе диагностирования пар трения
авиационных ГТД.
2
Считалось и считается, что повышение эффективности
диагностирования авиационных двигателей достигается путем
создания более современных приборов распознавания
механических примесей в пробах масла, разработке методик,
учитывающих большой статистический объем, и уточнение этих
методик в процессе эксплуатации.
Цель работы заключается в исследовании проблем
диагностирования авиационных двигателей по содержанию
металлов в маслах и возможных путей решения этих проблем и
недостатков.

3.

Для достижения этой цели в работе поставлены
следующие основные задачи:
– Рассмотреть феррографический и сцинтилляционный методы
диагностирования авиационных ГТД по результатам анализов проб
масел;
3
– Изучить спектральные методы диагностирования авиационных
ГТД по результатам анализов проб масел;
– Провести анализ эффективности применения и достоверности
методов раннего диагностирования ГТД по анализам проб масел;
– Выявление недостатков методов диагностирования авиационных
ГТД по результатам анализов проб масел;
– Разработка рекомендаций по применению методов
диагностирования авиационных ГТД по результатам анализов проб
масел.

4.

1 Современные методы диагностирования
авиационных ГТД по результатам анализов
проб масел
1.1 Феррографический метод анализа масел
4
Феррография - метод магнитного осаждения металлических
частиц изнашивания из проб смазочного масла. Он заключается в
осаждении частиц изнашивания из пробы масла в магнитном
поле на поверхности стеклянной пластины с последующим их
анализом на микроскопе.
Метод по сути является оптическим, но на современном этапе
развития практически полностью автоматизирован.
Современные марки феррографов: Predict (США), Laser Net Fines
(США)

5.

1.2 Сцинтилляционный метод анализа масел
Сцинтилляционный метод измерения энергетического спектра
основан на анализе световых вспышек (сцинтилляций), которые
возникают при взаимодействии излучения с веществом детектора.
5
Регистрирующая аппаратура настраивается для регистрации
только тех импульсов, амплитуда которых превышает некоторый
заданный уровень.
Данный метод позволяет достаточно точно оценить находящиеся в
масле примеси.
На данный момент установки не распространены.

6.

1.3 Спектральные методы анализа масел
Спектральные методы анализа включают:
– Атомно-эмиссионные;
– Атомно-абсорбционные;
– Рентгенофлуоресцентные.
6
Рисунок 1 – Спектр излучения железа

7.

2 Анализ эффективности применения и
достоверности методов раннего
диагностирования ГТД по анализам проб
масел
7
С высокой степенью уверенности можно утверждать, что любые
современные установки по качественному и количественному
определению примесей в рабочих маслах при их достоинствах и
недостатках относительно друг друга являются достаточно точными
и позволяют достоверно определять материалы частиц и их
количество в образцах.
Однако практическое применение методов в эксплуатирующих
предприятиях показывает их низкую практическую эффективность,
не смотря на то, что приборы рекомендуются к использованию и
используются не по-отдельности, а целыми комплексами. Чаще
всего методами фиксируются уже завершающие этапы
разрушения деталей или узлов, а не начальные их стадии.

8.

Таблица 1 – Статистические данные ОАО
«Аэрофлот». Съем двигателей по срабатыванию
аварийных сигнализаторов «Стружка в масле»
Год
8
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
Суммарная
наработка,
103 час
57,8
62
74,3
80,1
104,1
92,1
80
80,1
95,9
СМ
3
4
0
1
2
1
2
1
4

9.

2.1 Диагностирование двигателей Rolls-Royce по
анализам проб масел
В техническом отчете Rolls-Royce. Industrial & Marine gas turbines Ltd.
от 1995 года указывается, что с помощью трибодиагностических
методов выявляется до 55 % отказов, с помощью вибрационных – 24
%, визуального контроля – 10 %. Остальные 11 % приходятся на
контроль параметров цикла, контроль температуры масла,
откачиваемого от опор и т. д.
9
2.2 Диагностирование двигателей Pratt&Whitney
по анализам проб масел
Измерение содержания металлической примеси в смазочном
масле для двигателей Pratt&Whitney (PW) производится двумя
атомно-эмиссионными способами - способом с
использованием ICP плазмы (индуктивно связанной плазмы) в
качестве источника возбуждения спектров и способом,
использующим дуговой разряд и подачу пробы в него из
специальной ванночки вращающимся дисковым электродом.

10.

2.3 Диагностирование двигателей General Electric по
анализам проб масел
Авиационные компании, эксплуатирующие двигатели фирмы
General Electric (GE), используют два метода контроля узлов трения,
омываемых смазочным маслом: обнаружение стружки на
контрольных элементах (КЭ) (контрольные магнитные пробки,
сетки в насосах откачки, фильтры) и спектрометрический анализ
проб масел.
10
2.4 Диагностирование двигателей ПС-90А по
анализам проб масел
Руководством по эксплуатации двигателя предусмотрен
спектральный анализ проб масла. Пробы отбирают на анализ из
коробки приводов с периодичностью 100 часов. Содержание
железа и меди определяется на атомно-эмиссионных
спектрометрах типа МФС, МОА либо на
рентгенофлуоресцентных анализаторах СПЕКТРОСКАН, БАРС,
ПРИЗМА. Одновременно с выполнением спектральных измерений
в АТЦ «Аэрофлот» производится феррографический анализ на
оборудовании фирмы Predict.

11.

3.1 Выявление недостатков методов диагностирования
авиационных ГТД по результатам анализов проб масел
Таблица 2 – Масло Jet Oil II Самолет АН-148-100В Двигатель Д-436-148
11
№
Дата
отбора
Fe
Содержание металлов, г/т
Cu
Ni
Cr
Ti
Zn
1
0,03
–
–
–
–
–
2826
0,07
0,050
–
0,04
–
–
28.02.2012
3867
0,70
–
–
0,07
–
–
4
21.03.2012
4026
0,50
0,110
0,03
0,04
–
–
5
19.04.2012
4250
0,18
0,110
0,03
0,04
0,10
–
6
12.05.2012
4479
0,84
0,120
0,05
–
0,12
0,06
7
30.05.2012
4600
0,12
0,060
0,03
–
0,12
–
8
18.06.2012
4881
0,17
0,071
0,02
–
0,10
–
9
04.07.2012
5040
0,23
0,160
0,05
–
0,14
–
10
24.08.2012
5661
0,15
0,230
0,05
–
0,03
–
11
30.11.2012
6609
0,16
0,120
0,05
–
0,12
0,06
12
09.02.2013
7241
0,08
0,060
0,02
0,04
0,06
–
21.09.2011
Наработк
а
СНЭ (ч)
2135
2
04.12.2011
3

12.

12
Рисунок 2 – Закон распределения
частиц Fe в пробах масла
Рисунок 3 – Закон распределения частиц Cu
в пробах масла

13.

Таблица 3 – Результаты испытаний образцов масла AeroSell Oil W 15W-50 отобранных
двигателей АШ-62ИР 4 самолетов АН-2
13
Fe г/т
Cu г/т
Pb г/т
Zn г/т
–
–
–
–
0,03
–
1,3
–
100
–
–
0,27
0,04
398
52
0,04
0,09
1,9
–
07.05.09
476
130
0,08
0,05
1,3
–
6
17.03.09
0
0
–
–
–
–
7
17.06.09
143
143
0,03
0,04
0,9
0,04
8
13.04.09
170
54
0,05
0,03
0,76
–
9
04.05.09
479
116
0,04
0,04
0,75
–
№
пробы
Дата
отбора
Наработк Наработк
№
а СНЭ (ч)
а
самолет
а
двигателя
на масле
AeroSell
Oil W 15W50
1649
0
1
30.01.09
2
04.03.09
2648
50
3
25.03.09
2748
4
12.04.09
5
1
2
3
4

14.

3.2 Рекомендации по применению методов
диагностирования авиационных ГТД по
результатам анализов проб масел
14
Особое внимание при проведении анализа масел для оценки и
прогнозирования технического состояния авиационных двигателей
следует обратить на процедуру отбора представительных
(информативных) проб масла, позволяющих получать
достоверные результаты измерений. При диагностировании
поршневых двигателей обеспечить данное требование гораздо
проще, чем в авиационных ГТД.
Анализ полученных результатов показывает целесообразность
внедрения дополнительных процедур контроля состояния
авиатехники в АТБ с целью обеспечения мер безопасности
воздушных сообщений на ближнемагистральных перевозках
пассажиров и грузов. Внедрение ее возможно после проведения
достаточного объема научных исследований по данному
направлению.

15.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Приведенные в данной работе материалы демонстрируют
перспективность продолжения совершенствования
рентгенфлуоресцентного анализа проб моторных авиамасел с
использованием АДК «ПРИЗМА» на разных этапах наработки
авиационных двигателей, в том числе поршневых, применяемых в
малой авиации, с целью обеспечения их безопасной эксплуатации.
15
2. Особое внимание при проведении анализа масел для оценки и
прогнозирования технического состояния авиационных двигателей
следует обратить на процедуру отбора представительных
(информативных) проб масла, позволяющих получать достоверные
результаты измерений. При диагностировании поршневых двигателей
обеспечить данное требование гораздо проще, чем в авиационных ГТД.
3. Анализ полученных результатов показывает целесообразность
внедрения дополнительных процедур контроля состояния авиатехники в
АТБ с целью обеспечения мер безопасности воздушных сообщений на
ближнемагистральных перевозках пассажиров и грузов. Внедрение ее
возможно после проведения достаточного объема научных
исследований по данному направлению.

16.

English Русский Rules