CC BY
58
УДК 629.797.004
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРОВ ЯЧЕЕК ФИЛЬТРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРИБОДИАГНОСТИКИ
М.И. ДАСКОВСКИЙ
Статья представлена доктором технических наук, доцентом Машошиным О.Ф.
В статье проводится оценка влияния размеров ячейки масляных фильтров на величину концентрации продуктов износа в пробах масла.
Ключевые слова: трибодиагностика, технологический фильтр, спектральный анализ, феррографический анализ.
К настоящему времени в практике трибодиагностики авиационных двигателей (АД) намечается тенденция отказа от периодических анализов проб масла в пользу контроля продуктов износа осажденных на масляном фильтре. Это связано с тем, что частицы износа, с какого-то периода наработки, осаждаются на фильтре и не попадают на исследование в составе проб масла, чем возможно, и объясняется недостаточная эффективность диагностики по анализу проб масла.
Специалистами ОАО «НПО» САТУРН», в рамках комплексного плана по повышению уровня безопасности полетов и эксплуатационной надежности АД, был введен в действие эксплуатационный бюллетень о применении технологических фильтров (ТФ) для периодической регламентной очистки маслосистемы двигателя и диагностике узлов трения по результатам анализов продуктам очистки (регенерации). Работа проводилась в течение всего 2006 года на 15 - ти двигателях пяти самолетов Ту-154М.
Технологический фильтр (ячейки 12-15 мкм по сравнению с 80 мкм у штатного) устанавливался на место штатного при регламентном опробовании двигателя. Опробование двигателя с ТФ производилось в режиме малого газа в течение 5 мин с периодичностью ~ 300 ч наработки двигателя.
За период подконтрольной эксплуатации было проведено 78 циклов очисток маслосистемы (по 5-6 циклов на двигатель в зависимости от налета) После опробования каждый фильтр помещался в герметичную ёмкость с моющей жидкостью, которая подвергалась ультразвуковой обработке в ванне, заполненной водой в течение 30 мин.
После завершения обработки весь объём жидкости с продуктами очистки (суспензия) поступал для проведения комплексного рентгеновского и феррографического анализа.
Рентгеновский анализ обеспечивает оценку концентрации металлической фракции в суспензии, а феррографический позволяет произвести оценку характера распределения твердых частиц в исследуемом объеме по количеству и размеру.
Для оценки ТФ было проведено его сравнение со штатным фильтром. Сравнение производилось весовым методом и методом феррографии.
В табл. 1 приведены результаты взвешивания сухих осадков с технологического и штатного фильтра.
Таблица 1
Самолет №85663 ТФ Штатный фильтр Отношение весов
СУ-1 0.037525 г 0.015695 г 2.40
СУ-2 0.033605 г 0.020125 г 1.67
СУ-3 0.032425 г 0.018440 г 1.91
Среднее значение 0.034518 г 0.018086 г 1.99
Сравнение средних значений (0.034518 г и 0.018086 г соответственно) показывает, что ТФ за 5-ти минутную отработку собрал примесей примерно в два раза больше, чем штатный фильтр за предыдущие 300 ч наработки.
Применением компьютерной оптики для феррографического анализа позволяет определять количество частиц металла и кокса различных размеров одновременно с их визуальным изображением.
Результаты подсчета частиц износа показали, что у технологического фильтра с двигателя СУ-1 площадь покрытия частицами подложки (фильтра «Владипор») 7%, а у штатного 2.9%, т.е. эффективность 2.4 раза больше, чем у штатного, что соответствует результатам, полученным методом взвешивания.
Для оценки влияния ТФ на снижение концентрации частиц изнашивания в маслосистеме двигателя производилось сравнение концентрации металлов в пробах масла перед и после использования ТФ. В табл. 2 представлены результаты измерения концентрации в пробах масла 6-ти двигателей двух самолетов Ту-154М с интервалом ~ 300 ч наработки. Верхний ряд цифр ( в строке СУ) соответствует концентрации металлов в маслосистеме двигателя до использования ТФ, а нижний после цикла очистки масла. Символом ^ обозначено суммарное значение концентраций металлов в пробе масла до и после очистки.
Таблица 2
№ с-та № СУ Бе Си Ті № Бп 2п Сг У, %
85663 06.04.05 Су-1 0.23 0.15 0.48 0.12 0.08 0.05 0.38 0.32 0.07 0.06 0.19 0.05 0.00 0.00 0.03 0.01 018. 0,10 1.8
Су-2 0.16 0.05 0.49 0.12 0.09 0.06 0.44 0.32 0.09 0.08 0.19 0.04 0.00 0.00 0.03 0.02 0.19 0.09 2.1
Су-3 0.27 0.17 0.43 0.19 0.11 0.09 0.35 0.31 0.07 0.05 0.16 0.14 0.00 0.00 0.03 0.03 0.18 0,12 1.5
85663 09.05.05 Су-1 0.12 0.05 0.36 0.01 0.09 0.07 0.41 0.32 0.08 0.05 0.22 0.04 0.00 0.00 0.03 0.01 0.16 0,07 2.3
Су-2 0.05 0.03 0.47 0.00 0.08 0.07 0.41 0.30 0.09 0.09 0.18 0.00 0.00 0.00 0.03 0.02 0.16 0,06 2.7
Су-3 0.17 0.16 0.33 0.21 0.07 0.08 0.37 0.38 0.08 0.09 0.16 0.14 0.00 0.00 0.03 0.03 0.15 0.14 1.1
85637 13.04.05 Су-1 0.18 0.08 0.38 0.09 0.09 0.08 0.47 0.36 0.08 0.04 0.24 0.07 0.00 0.00 0.03 0.02 0.18 0.10 1.8
Су-2 0.07 0.02 0.37 0.09 0.09 0.05 0.39 0.31 0.09 0.09 0.17 0.04 0.00 0.00 0.03 0.01 0.15 0.08 1.9
Су-3 0.37 0.09 0.23 0.11 0.11 0.08 0.49 0.28 0.08 0.09 0.19 0.17 0.00 0.00 0.03 0.03 0.19 0.11 1.7
85637 23.05.05 Су-1 0.22 0.08 0.46 0.07 0.08 0.05 0.42 0.34 0.08 0.05 0.32 0.14 0.08 0.05 0.03 0.01 0.21 0.09 2.3
Су-2 0.07 0.04 0.32 0.08 0.09 0.06 0.44 0.31 0.10 0.09 0.15 0.07 0.00 0.00 0.03 0.03 0.15 0.09 1.7
Су-3 0.27 0.10 0.37 0.19 0.07 0.07 0.41 0.28 0.08 0.09 0.15 0.13 0.00 0.00 0.03 0.01 0.17 0,11 1.5
За один цикл очистки ТФ снижает суммарную концентрацию элементов в маслосистеме в среднем в 1.9 раза при наличии большого разброса степени очистки от 2.7 до 1.1 раза между максимальным и минимальным значениями.
В работе [2] показано, что существует определенный уровень концентрации Ср, начиная с
которого доля частиц износа, периодически удаляемая с фильтра, будет уравновешиваться, вновь вырабатываемыми двигателем за период между очистками фильтра. Иначе говоря, будет достигнут определенный уровень равновесной концентрации частиц износа в маслосистеме двигателя. Установлено, что для каждого двигателя в условиях стационарной эксплуатации существует вполне определенная индивидуальная равновесная концентрация Ср, которая остается постоянной (в пределах допусков статистической обработки) в течение всего периода стационарного износа, определяющего межремонтную наработку двигателя.
Превышение граничных значений Ср может свидетельствовать о начале режима интенсивного износа.
В случае с использованием ТФ, определение равновесного значения Ср (ввиду недостатка статистики) производилось на уровне среднего по группе. Для этого рассчитывались значения СрХ, как среднее от суммы значений (табл. 3) по всем двигателям с одним номером ( X = 1, 2,...) цикла
очистки маслосистемы.
Таблица 3
85638-3 дата изм. Fe г/т ^ г/т № г/т ^ г/т Zn г/т Mo г/т W г/т ^ г/т к ] г/т
387-442 10.03.2006 4.92 3.86 3.1 0.62 2.27 2.47 0.58 3.86 24.9
387-442 25.03.2006 4.83 5.79 2.17 0.91 3.58 2.04 0.51 2.9 27.2
387-442 25.04.2006 2.71 6.90 1.07 0.57 2.11 2.31 0.84 2.11 22.6
387-442 14.08.2006 4.44 2.29 0.81 0.58 3.61 2.06 0.42 0.95 19.2
387-442 30.08.2006 3.91 1.96 0.72 0.33 1.10 1.69 0.57 0.54 13.7
387-442 27.10.2006 6.55 3.73 0.90 0.51 0.96 2.31 0.82 0.49 20.6
В табл. 3 приведен один из пятнадцати типовых протоколов измерений концентрации металлов в суспензии ТФ. В « в шапке» первого столбца № с-та, СУ и № двигателя в каждой строке. Во втором даты измерений суспензии с ТФ. В столбце под символом к] представлены суммарные значения концентраций по приведенным элементам.
Результат обработки полученных измерений представлен на рис. 1 в виде средних суммарных значений концентраций Cpt с допусками статистических отклонений. Значения Cpt обработаны сглаживающим (по методу наименьших квадратов) полиномом, представленным на графике.
По внешнему виду кривой можно предполагать о принадлежности точки Ср6 = 14 г/т горизонтальному участку графика, т. е. соответствию значению равновесной концентрации Ср. Для проверки этого по формуле полинома просчитывается прогнозируемое значение концентрации при следующей (X = 7) седьмой промывке ТФ. Это расчетное значение Ср7 =14,6 г/т практически не отличается от результатов предыдущей промывки Ср6 = 14 г/т, что является подтверждением факта достижения значения равновесной концентрации при Ср = Срб = 14 г/т после шестого цикла очистки.
26 ± 14 А у=0.339х2-4.517х+29.5
21 + 6 '>'>-^1В ± 10 < й + д
1 16 ±4 —~— 14+7.Э
1 1
01234567
Количество промывок
Рис. 1. Распределение суммарных значений концентраций Cpt суспензии от количества промывок маслосистемы двигателя
Представляет большой практический интерес влияние ТФ на количественный состав металлических частиц изнашивания. Поэтому параллельно с рентгеноспектральным анализом проводился феррографический анализ суспензии с ТФ. На рис. 2 представлены гистограммы, полученные по результатам феррографического анализа.
Рис. 2. Распределение количества частиц размером 0-60 мкм в пробе объемом 20 мл
в зависимости от количества использований ТФ при промывке маслосистемы двигателя
Из приведенных графиков видно, что равновесное значение по количеству частиц износа в маслосистеме наступает практически после первого цикла использования ТФ.
Различие характера кривых можно объяснить тем фактом, что на рентгеновский анализ попадают частицы размером менее 10 мкм, которые не сразу в полном объеме улавливаются ячейками ТФ и продолжают циркулировать в маслосистеме двигателя до достижения равновесного состояния.
Для целей практической диагностики по результатам анализа суспензии не очень удобно использовать суммарные усредненные значения, использованные ранее при оценке эффективности ТФ.
В табл. 4 представлены предельные (на уровне 95% доверительной вероятности) значения концентрации в г/т металлов в суспензии ТФ, соответствующие режиму равновесной концентрации.
Таблица 4
Элемент Fe № Zn Mo W ТС
Концентрации г/т 5.95 4.81 1.25 0.75 2.96 2.91 0.79 1.75
В табл. 5 представлены предельные количества частиц различного размера, соответствующие нормальному протеканию процесса износа.
Таблица 5
Частицы металла, мкм Частицы кокса, мкм
Размеры, мкм 0 - 20 20 - 60 60 -100 100 -200 200 -500 0 - 20 20 - 60 60 -100 100 -200 200 -500
Предельное значение количества частиц (штук) 128 23 1 0 0 1779 70 5 1 0
ЛИТЕРАТУРА
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.
ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF THE SIZES OF CELLS OF FILTERS ON EFFICIENCY OF TRYBODIAGNOSTICS
The estimation of influence of the sizes of a cell of oil filters on size of concentration of products of deterioration in oil tests is spent in the article.
Key words: tribodiagnostics, technolofy filter, spectral analysis, ferrografy analysis.
Сведения об авторах
Дасковский Михаил Исаевич, 1985 г.р., окончил МИЭМ (2007), аспирант МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - диагностика авиационных ГТД.
