CC BY
83
Механика и машиностроение
УДК 629.782.519.711.
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ТРИБОДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А В ПРОЦЕССЕ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
© 2011 М.И. Дасковский
Поступила в редакцию 10.11.2011
Исследование состояния примесей в работавшем масле авиадвигателя является важнейшим методом раннего обнаружения процесса аномального износа в наиболее ответственных омываемых маслом узлах трения. Своевременное определение предотказного состояния дает возможность снять двигатель до наступления его неработоспособного состояния и предотвратить отключение двигателя в полете.
Большинство бюллетеней, регламентирующих указанный вид диагностики, разрабатывались в начале 70-х годов. В них регламентируется периодичность отбора масляных проб, и задаются предельные значения, при которых необходимо поставить двигатель на особый контроль, т.е. выполнять исследование масла после каждого полета либо снять двигатель с эксплуатации.
За прошедшие годы неоднократно менялись используемые в двигателях масла, росла степень очистки за счет применения новых поколений фильтров. При этом, как показывал опыт эксплуатации авиадвигателей, эффективность трибодиагностики резко снижалась.
Для оценки степени влияния величины ячейки масляного фильтра на эффективность диагностики авиадвигателей по концентрации продуктов изнашивания в работавшем масле было проведено сравнительное исследование данных концентраций металлов в масле двигателей ПС-90А, эксплуатирующихся в ОАО «Аэрофлот» в период использования 30 мкм фильтров и в период использования 15 мкм фильтров PALL. Исследования двигателей одного типа, эксплуатирующихся в одной авиакомпании позволило убрать влияние таких факторов, как конструктивные отличия двигателей и особенности их эксплуатации.
Ниже приведена диаграмма (рис. 1) распределений концентраций Fe (ppm) по результатам 3153 измерений в период с 01.01.2000 по 30.05.2001.
naaarafn(PS-sosTA io»rMi3t:)
3153- *01* ertrsmeO.; 0 294193: й 197953]
С реднее значение Fe - 3.26 ppm в снятых по СМ и превышению предельной концентрации Fe двн-гате*1ях
L-—...................................I... ..J---г....1.....ил........................................... ■■ J
<= .1 [ 2..3] !.4;.S) I.6..7] (1.2.1.3] (1.*;1.5) (1.6.1.7] М.8.1.9]
(.1:2) (.3:4] (5;.б] (.7.9) <Д;г] d 1:1.2) n.3:i4) [i.5:i.e] (i.7;i.9] >1 9
V/4)1
Рис. 1. Распределение концентраций Fe в рабочем масле двигателей ПС-90А с фильтром 30 мкм.
В указанный период 15 двигателей были сняты досрочно по причинам, связанным с состоянием узлов трения - срабатывание аварийного сигнализатора стружки в масле (СМ) и превышению предельной концентрации Fe в работавшем масле (табл. 1).
Таблица 1. Концентрации Fe в рабочем масле двигателей ПС-90А с фильтром 30 мкм снятых по СМ и превышению концентраций Fe
№ двигателя Дата измерения Концентрация Fe, ppm
42-037 15-Feb-2000 0.47
22-019 5-Jul-2000 10.94
23-016 24-Nov-2000 1.29
22-011 2-Dec-2000 7.81
22-014 11-Dec-2000 6.82
23-016 17-Dec-2000 1.37
40-039 1-Jan-2001 6.88
29-005 2-Jan-2001 0.94
49-023 22-Jan-2001 1.21
40-040 2-Feb-2001 0.35
41-057 14-Feb-2001 1.43
32-032 6-Apr-2001 4.01
30-020 19-Apr-2001 4.16
29-005 17-May-2001 0.46
11-013 29-May-2001 0.69
Среднее значение 3.26
Недостаточная статистика не позволяет установить закон распределения концентраций Fe (ppm) в работавшем масле снятых двигателей, но среднее значение 3.26 ppm соответствует, для найденного закона распределения концентраций Fe (ppm), вероятности, стремящейся к 1.
Для определения закона распределения концентраций металлов в работавшем масле двигателей ПС-90А, на которых установлены 15 микронные фильтры PALL, были исследованы 4999 проб масла с 01.01.2008.
Ниже приведена диаграмма (рис. 2) распределений концентраций Fe (ppm) по результатам 4999 измерений в период с 01.01.2000 по 30.05.2001.
Среднее значение 0.18 ppm соответствует, для найденного закона распределения концентраций Fe (ppm), вероятности 0.898400.
Одним из путей решения данной задачи было внедрение бюллетеня № 94370 БЭ-Г двигатель ПС-90А, ПС-90Ф-76 «Эксплуатационная проверка многоэлементного спектрального анализа проб масла при диагностике двигателей».
1033
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011
Histogram (PS-90.STA 10v*5413c) y = 4999 * 0.1 * expon (x; 12.70393)
3555 3318 3081 2844 2607 2370 2133 1896 1659 1422 1185 948 711 474 237 0
<= .1 (.2;.3] (.4;.5] (.6;.7] (.8;.9] (1 ;1.1] (1.2;1.3] (1.4;1.5] (1.6;1.7] (1.8;1.9]
(.1 ;.2] (.3;.4] (.5;.6] (.7;.8] (.9;1.] (1.1 ;1.2] (1.3;1.4] (1.5;1.6] (1.7;1.8] >1.9
VAR2
Рис. 2. Распределение концентраций Fe в рабочем масле двигателей ПС-90А с фильтром 15 мкм (эффективный размер ячейки работавшего фильтра 9 мкм)
Таблица 2. Концентрации Fe в рабочем масле двигателей ПС-90А с фильтром 15 мкм снятых по СМ
22-012 5-Feb-2007 0.42
13-001 13-Mar-2007 0
32-031 14-Mar-2007 0.1
41-059 6-Jul-2007 0.03
40-040 20-Sep-2007 0
32-031 4-Nov-2007 0.65
21-026 16-Dec-2007 0.25
31-046 1-Jan-2008 0.1
40-027 22-Feb-2008 0.02
42-041* 22-May-2008 0.28
11-007 24-Jun-2008 0.18
12-001 22-Oct-2008 0.12
Среднее значение 0.18
Среднее значение Fe - 0.18 ppm в снятых по СМ двигателях
Указанный бюллетень регламентирует построение доверительных интервалов для, широкого перечня легирующих металлов, используемых в сплавах авиадвигателя, что резко повысило диапазон исследуемых параметров и, как следствие, возможности диагностики.
В рамках работы по бюллетеню № 94370 БЭ-Г лабораторией диагностики ОАО «Аэрофлот» были проведены исследования на рентгеновском спектральном анализаторе Спектроскан МАКС-GV около двух тысяч проб работавшего масла авиадвигателей ПС-90А.
На основании полученной статистики были получены законы распределений и сформированы доверительные интервалы, как для концентраций легирующих металлов используемых сплавов, так и для материалов основы - Fe и Cu, в дополнение к бюллетеню № 94370 БЭ-Г.
В рамках проведения указанных работ лабораторией диагностики ОАО «Аэрофлот» 03.11.2007 была исследована проба масла с двигателя № 32-031, установленного на самолет № 96007, СУ№ 3. Ни одна
из концентраций не превысила пороговых значений по бюллетеню № 94242 БЭ-Г:
• Fe - 1.5 г/т -особый контроль, 4 г/т -съем с эксплуатации;
• Cu- 1.5 г/т -особый контроль, 4 г/т -съем с эксплуатации.
При этом исследование полученных концентраций в рамках выполнения бюллетеня № 94370 БЭ-Г выявило превышение концентрации Cr рассчитанных пороговых значений. Для расчета пороговых значений концентраций легирующих металлов лабораторией диагностики ОАО «Аэрофлот» использует программное обеспечение «Износ», позволяющее автоматически формировать предписанные бюллетенем доверительные интервалы.
Ниже представлено рабочее окно программы с графиком изменения концентрации Cr и Fe в рабочем масле двигателя № 32-031, установленного на самолет № 96007, СУ-3.
Рис. 3 График изменения концентрации Cr в рабочем масле двигателя № 32-031, установленного на самолет № 96007, СУ№ 3.
Рис. 4 График изменения концентрации Fe в рабочем масле двигателя № 32-031, установленного на самолет № 96007, СУ-3.
Фильтрографический анализ выявил значительное высыпание частиц на мембране фильтроэлемента МФАС-М2. Ниже представлено рабочее окно
1034
Механика и машиностроение
Исследование вибрационных параметров выявило скачок вибрации в районе корпуса разделительного VK_p. Ниже приведен график значений вибраций, зафиксированных средствами регистрации.
Феррографическое исследование проб масла на прямопоказывающем феррографе показало резкий скачек концентрации крупных частиц Dl в двух последних пробах. WPC проб масла от 03.11.07 и 04.11.07.
Во всех рассмотренных методах контроля примеси в рабочем масле двигателя обращает на себя внимания отсутствие раннего обнаружения наступающего состояния отказа, т.е. скачек графика приходится только на после полетную пробу, при том, что в приведенном ниже фрагменте отчета видна степень разрушения деталей подшипников.
Таблица 3
Дата Наработка Dl Ds WPC Состояние износа
20.10.07 2379 7.5 2.9 10.4 нормальный
24.10.07 2432 5.3 2.2 7.5 нормальный
27.10.07 2492 6.8 2.8 9.6 нормальный
30.10.07 2521 9.2 7.6 16.8 нормальный
03.11.07 2583 43.4 14.9 58.3 интенсивный
04.11.07 2583 26.6 10.4 37.0 интенсивный
программы «Износ» с фотографией поверхности фильтра.
Рис. 5 Рабочее окно программы «Износ» с фотографией поверхности фильтра. Исследование температурных параметров не выявило резких скачков регистрируемой температуры.
-A-WPC
Рис. 6 Графики индекса износа, полученные при исследовании на прямопоказывающем феррографе проб масла с двигателя № 32-031, установленного на самолет 96007, СУ-3.
По совокупности исследованных при анализе данного случая методов можно сделать вывод о том, что хотя феррографический и спектральный методы анализа масла и дали объективную оценку характера протекания процесса в момент развития аномального износа подшипника, они не выполнили своей главной задачи - раннего прогнозирования отказа объекта.
У данного процесса существуют две фазы интенсивного выделения частиц износа в масляную систему. Первая фаза - вскрытие усталостных трещин,
характеризуется выделением значительного объема мелких частиц износа. При циркуляции масла с периодичностью 30 секунд частицы выводятся из масляной системы и остаются только на фильтрах и контрольных элементах. Периодичность отбора проб в 50 часов не позволяет эффективно отследить процесс на ранних стадиях его развития, т.к. к моменту отбора пробы частицы будут уже выведены из масляной системы.
Указанная проблема не относится к фильтрам и контрольным элементам авиадвигателя, которые сохраняют на себе все частицы, осевшие на них из масляной системы. Таким образом, можно сделать вывод о снижении эффективности диагностики авиадвигателей ПС-90А только на основании анализа содержания продуктов изнашивания в работавшем масле.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефимова М.Р., Рябцев В.М. Общая теория статистики, -М.: Финансы и статистика, 1991.
2. Степанов В.А. Диагностика технического состояния узлов трения газотурбинных двигателей по параметрам продуктов износа в масле. М.: ЦИАМ, 2002.
APPLICATION EXPERIENCE OF MODERN TOOLS OF TRIBODIAGNOSTIC APPLICATIONS FOR AIR JETS
© 2011 Daskovskiy M.I. CIAM
1035
