航空发动机润滑油检测基础

航空发动机润滑油检测基础

概述

机械齿轮,轴承,轴部件在运动接触时磨损产生的微粒会进入润滑油中,所以润滑油的品质间接反映了机械磨损的状况;随着设计和新型材料的升级,大部分的民航发动机的金属磨损几乎接近零了。

磨损的颗粒很难被检测出来是哪一种物质,尤其是航空发动机中稀有金属的含量比其他机械装备多很多,但若是润滑油中颗粒物超标会影响润滑油的粘度、酸值和水含量,所以一般粘度、酸值和水是滑油的状态的指标参数,这些参数指标都是发动机OEM来制定的,并不是油类制造商或标准委员会,一般OEM会建议定期采样和分析,定期采样对确定和提前发现发动机问题非常有用。

不同的发动机型号润滑油的粘度、碳值、水和金属颗粒都不一样,通过金属磨损物质可以判断是来自滑油泵,齿轮,轴承还是其他可能产生磨损的金属部件,所以建立一个取样间隙,然后通过每次取样分析的结果得出一个趋势,若出现明显的增长就说明是发动机磨损超标,或者受到污染。

油样光谱分析(SOAP)可以测出金属物质,大部分的发动机OEM相比于制定极限值,更倾向于制定趋势预警;虽然润滑油有不同的抗磨损性能,但若是发动机部件在设计上出现问题,润滑油的作用是微乎其微的。油样光谱分析的过程是建立在确认了磨损金属的趋势之后才做的,然后才能确定具体的发动机部件问题。

润滑油参数

1、粘度和酸值

滑油在高温环境下易产生热氧化导致粘度和酸值的变化,所以高温区域的粘度和酸值通常作为发动机监测和测量的两个重要参数,可能会在某些高温区域产生积碳,所以那里有积碳就说明,那里就是高温区域,但是并不是说有积碳的地方,酸度和酸值就会高。

滑油中的水也是一项重要的污染来源物质,在酯类基础油中,过量的水会水解酯,导致酸值的增加。除了不小心把水加入了滑油,另外一种情况就是空气湿度高,水被滑油吸收了。(某航737的IDG有不明物质就有可能是海南地区空气湿度大,若IDG没有采用压力加油车加油,就有可能导致滑油水解,滑油酸值高和IDG内金属反应产生污染物)。

参考范围如下:

粘度 +25% ~ -10%

酸值(TAN)+2 mg KOH/g

水(%H2O)1000PPM

2、磷

比较奇怪的是磷是在金属测量中的一项,但不是发动机金属磨损物质;磷是滑油中一种抗磨损添加剂,所以正常情况下,磷的含量会逐渐减少的,但如果在发动机运行第一个1000小时磷减少超过50%,就可能是运动件受到了比较严重的磨损了,可能是早期的轴承或齿轮不正常的故障

综上所述,一款新滑油的研发,确定磷的含量和减少的规律是很重要的,若是发生磷的含量突然升高,也可能是液压油(磷酸酯)混到了滑油中,磷酸酯对滑油的氧化稳定性影响很大。

发动机参数

分析金属最开始是作为一项工具来帮助监测发动机轴承和齿轮状况的,一般金属含量标准是10PPM,(某国产支线飞机,IDG颗粒物达到11-13PPM),如果超过10PPM就说明发动机磨损超标,当然如果是在发动机设计验证过程中,会给定一个磨损上升或下降的趋势,这种情况还是很常见的。

磨损的趋势对确定轴承或齿轮的磨损和损坏是很重要的,这些趋势结果可以在航线或车间进行油滤、磁堵检查来得到。若磨损的颗粒在1-5微米之间,可确定齿轮、轴承磨损是正常的。

从前述所知,不同的发动机结构,金属磨损的物质是不一样的,另外金属磨损的趋势会随着发动机运行小时变化而变化;可想而知,磨损金属中最多的就是铁(Fe)了,因为大部分的金属部件都有铁元素,如果轴承损坏,油样中铁含量会增加,同时铝(AL)也会增加,除了铁,铝是金属结构中第二多的元素。

如果轴承外圈的铁、钛和铝含量升高,则说明发动机轴承支座含有钛(Ti)金属;滑油系统的重大机械故障通常会产生大片的金属颗粒,这时光谱分析就没什么用了,因为此时磁堵就能观测到。

有的时候油样中的硅(Si)含量超标也说明了发动机进气道系统受到了污染,另外也有可能是过量的使用含硅的密封圈,高含量的硅能导致滑油气泡并使滑油热传导性能下降。一般可以检查油滤来确定是否受到硅污染,当然有必要也可以做一个气泡测试。


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编辑于 2017-11-23

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