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杰福仪器在设备工程中的实际应用,航空发动机

发布时间:2019-11-25 19:44编辑:美高梅在线登录网址浏览(62)

    Abrasion Fault Diagnosis Technology of Aero Engine吴振锋左洪福航空发动机的磨损问题不但直接威胁发动机的安全高效运行,而且还可能诱发其他故障,甚至发生事故。因此,准确诊断和早期发现潜在的磨损故障对于发动机的安全运行意义重大航空发动机结构复杂,并 且在高温和高速的恶劣条件下工作,易发生各种机械故障,尤其是磨损故障。实时掌握发动机主要部件的磨损情况,以智能化、网络化手段判断故障类型,从蛛丝马迹中尽早获得故障线索,这些将是航空发动机的磨损故障分析和诊断技术未来的发展方向。磨损是主要故障据中国民航总局1989~1999 年的统计资料,机械故障引起的重大飞行事故占37.9%,而发动机系统的故障又占所有机械故障的60%。在发动机各类故障中,磨损是主要故障。中国民航仅1998年2月因轴承、齿轮和密封件等元件的不正常磨损导致发动机停车或提前换发的事故就高达5起。 据某空军运输师及新疆航空公司对Д30KY-154发动机10年情况所作的统计,发动机空中停车事故的37.5%及提前换发的60%以上的原因是发动机轴承等零件的磨损类故障,其中尤以轴间轴承最为突出。 为随时掌握发动机主要部件的磨损情况,保证发动机工作的可靠性,科研人员在发动机运行状态监测与故障诊断技术方面不断创新。力求能够迅速而准确地确定故障的部位及其严重程度,缩短飞行器的停飞时间,提高其利用率。这项技术同时也是实现"以可靠性为中心"的维修思想以及"状态监控和视情维修相结合"的维修方式的必要手段和前提条件。磨损故障分析航空发动机中普遍存在两类磨损故障,一是发动机的滑油润滑零部件的磨损失效问题;二是发动机气路中存在的叶片冲蚀、烧蚀、机匣相磨、外物损伤等磨损故障。 发动机滑油润滑零部件的磨损故障主要存在于发动机传动系统和附件系统,故障产生的机理是:疲劳磨损、磨料磨损、粘着磨损和腐蚀磨损。磨损故障的多发部位是轴承部位、齿轮部位等。这种磨损故障发生部位通常都具有良好的滑油润滑条件,当发生磨损故障时,首先会导致本系统甚至整机工作状态恶化,同时,磨损剥落物会随滑油流经其他零件,作为磨料加剧其他零部件的磨损,导致相关零件大面积磨损报废,甚至发动机异常停车。 气路磨损故障普遍存在于各类航空发动机中,此类故障不但其本身有很大危害,而且极易导致等级事故的发生。这类故障产生的原因有:气路冲蚀或烧蚀故障,它多发生在高压压气机、涡轮及涡轮导向器叶片等部位;发动机叶片易发生与机匣相磨故障,这种故障本身不会立即危害发动机安全运转,但它会使叶片振幅加大,振动应力相应增大,从而使叶片提前产生疲劳裂纹,导致如叶片尖缘掉块、叶片折断等恶性故障;由于发动机来流中的夹杂物打击导致的外物损伤故障,可能会导致发动机性能急剧恶化,甚至异常停车,即使不会立即危害整机安全,也会诱发叶片挠曲、断裂等严重事故的发生。磨损故障诊断技术现状对于上述的两类发动机磨损故障,国内外的科研工作者已经进行了长期的研究与探索,取得了一定成果。其中,对于滑油润滑零部件的磨损故障,已经形成了较为成熟的监测与诊断技术体系;而对于气路磨损故障,尚未形成很有效的解决方法。 当今,发动机滑油润滑零部件磨损故障监测与诊断的主要手段是滑油分析技术,即通过对滑油中所携带的磨损产物的含量、种类和形貌等进行深入分析,从而判断相关部件的磨损状态。 发动机滑油分析技术脱胎于传统的铁谱分析方法,已有三十年的历史了,并较为成熟而且应用广泛。如美国卡勃莱德姆公司90年代研制出FAST系统。现代发动机上通常都装有信号式油滤或磁性螺堵,对滑油中的磨损物含量进行在线监测,当其超过设定指标时报警,待发动机停车后再深入地检查。 相比起来更为有效的是滑油离线监测技术,它是定期进行滑油采样,对采得的油样进行离线分析,分析手段主要有磨粒计数、磨粒显微分析以及光谱分析等。 在此领域,南京航空航天大学发动机故障诊断研究所已经进行了10年探索,不但在基本理论与方法研究方面取得了丰硕的成果,而且立足于磨粒分析技术,研制开发出DMAS系列智能化铁谱分析系统,性能大大优于FAST系统,在相关单位推广应用,较为成功地解决了发动机滑油润滑零部件磨损故障的监测与诊断问题。此外,它还可以对发动机进行振动监测和性能趋势分析,从而间接监测或诊断出发动机滑油润滑零部件的磨损问题。 在发动机气路磨损监测技术研究方面,限于发动机气路本身的高温密闭的工作环境,一直难以找到非常有效的手段。传统上是通过气路参数建模结合性能趋势分析来监测和诊断气路故障,但这是一种间接的诊断方法,诊断效果并不理想。在各种直接监测手段研究领域,尤其是通过磨损微粒进行监测诊断,国内处于近乎空白的地步。 美国对此项目已研究多年,有一些实用系统推出,如美国史密斯工业公司开发的发动机电子监测系统等,但只供美国军方采购,技术及产品都严格保密。JSF计划中设立的预测和健康管理项目,采用的就是EEMS的换代系统,即发动机事故监测系统和吞咽碎片监测系统。这三种监测系统的原理相同,都是通过测量发动机气路气流中微粒所携带的电荷量大小及变化趋势,再结合转速等发动机性能参数,综合推断发动机气路的磨损问题及严重程度。这一技术虽已逐步走向实用,但其缺点也显而易见,通过电量大小来推断分析气流中磨损微粒的含量状况,只能得到一个大致的总体性判断,以此为依据进行状态监测及故障诊断,其虚警率很高。故障诊断技术的发展趋势航空发动机故障的原因往往是多方面的,而故障的发展也受多方面因素的影响。因此,航空发动机的故障诊断技术应是针对整个系统的综合诊断。现在已经投入实用的发动机故障监测与诊断系统大多功能单一,系统化、智能化水平低,诊断准确度不高。鉴于这种状况,今后发动机故障诊断技术将向以下方向发展: 实时化航空发动机安全性要求极高,工作状态瞬息万变。诊断系统要达到实时性,必须满足许多非常严格的要求,这在工程实践中可能是无法满足的。因而实时化不是死板地要求在线实时诊断,而是要提高诊断反应速度,尽量达到实时诊断,从而即提高诊断效率,又为维修策略的制定争取时间。 智能化诊断智能化的基本要求就是要在缺乏领域专家的情况下,仍然能够准确、迅速而自主地完成诊断任务;更高一步的要求是诊断系统能够在运行过程中,半自主甚至是全自主地学习吸收新的专家知识,从而自我完善。诊断智能化的同时也是诊断技术以及诊断系统在工程实践中推广应用的必备条件。 系统化诊断的系统化有两层含义。首先,对于某项监测诊断任务而言,由于具体故障可能显示出多种类型的征兆信息,可以采用的监测与诊断技术也很多,得到的初步诊断结果可能互相验证,也可能互相矛盾,因此必须强调多故障征兆信息的系统化融合诊断,以提高诊断准确度。其次,航空发动机可能同时存在多种故障,各种故障之间相互联系,相互影响,因此必须完成由传统的单故障诊断向多故障并行诊断的转变,同时能够区别对待局部故障和系统故障。 早期化发动机的故障可以分为原发型故障和诱导型故障,诊断系统的另一要求就是必须能够检测发动机全寿命期内的各种故障。通常发动机运行寿命早期发生原发型故障的可能性较小,此时一般存在各种潜在故障,并且显露出一定的故障征兆,这些潜在故障在以后的运行过程中由于工况的影响,会不断积累从而导致某些突发的诱导型故障产生。此时如果能够正确诊断,对发动机的有计划维修管理以及延寿都具有重要意义。 网络化网络化是故障诊断的重要发展方向。由于发动机故障及其表现形式非常复杂,为提高对疑难故障的诊断速度和准确性,充分利用资源降低监测和诊断成本,有必要发展、应用基于因特网的多Agent远程联合诊断技术。同时网络化的状态监测与故障诊断技术与先进的物流技术和维修管理技术相结合,又是降低发动机运行成本,提高经济性的有效手段。

    油液化验及监测仪在设备诊断工程中的实际应用 轴承副、齿轮箱监测实例案例一:排风机轴承故障预报上海宝山钢铁股份有限责任公司设备检测中心将油液监测作为该公司大型设备状态监测和故障诊断的方法之一。对宝钢各生产厂的设备进行了2905台次的油液状态监测及诊断。共发现151台次的问题,占总数的5.2%。由于产用了有针对性的防范措施,预防了设备故障的发生,延长了机器的使用寿命,降低了维修费用,提高了设备生产率,为企业创造了巨大的直接经济效益。检测中心在对炼油厂3#烧结主排风机做油样分析时,发现直读铁谱分析数据有明显上升趋势。分析铁谱的谱片上沉积有较多的有色金属颗粒,判断这些有色金属磨粒是来自于滑动轴承轴瓦上的巴氏合金,于是对此发出警告,因当时同步进行的振动分析结果表明各监测样点的振动值均在正常的范围内,故点检人员未采取任何措施。检测中心以实事求是、认真负责的工作态度再次对其进行油液分析,采集了包括系统油箱在内的共计五个样点的油样进行全面分析。结果发现各样点的油样中均含有较多的巴氏合金磨粒,尺寸10~20微米,且有明显熔化现象。由此得出的结论依然是警告,并建议点检方停机检查轴瓦等零部件的磨损状况。而同步进行的振动分析的结论却仍然为正常。点检方在油液分析人员的坚决要求下对出3#烧结主排风机的轴承解体检查,发现巴氏合金面都有明显的划痕,有的还出现了龟裂和剥落现象。经更换轴瓦并作适当调整后,设备正常工作。由于采取了果断的维修措施,避免了一起重大停机事故的发生。案例二:发电机主轴瓦的磨损监测深圳的月亮湾燃机电厂对发电机组长期开展润滑与磨损监测工作,主要监测对象是轴瓦的异常磨损。对于燃机电厂,设备的特点是透平润滑油箱很大,磨损金属在透平油箱中被稀释,而且透平机组轴瓦的磨损量很低,即使是异常情况下其磨损量也是很少,几乎很少有大的异常磨损颗粒。故在通常情况下其磨损量也是很少,几乎很少有大的异常磨损颗粒。故在通常情况下光谱分析所测的磨损金属含量很低,很难反映透平机组轴瓦的磨损。为此主要靠铁谱技术来判别轴瓦的异常磨损,这也是分析铁谱的明显优点。风机、压缩机等大型机械监测实例案例一:判断空气压缩机润滑油进水上海宝山钢铁有限责任公司化工公司空压机C机的油样进入磨损诊断周期。在润滑铁谱分析过程中,发现磨粒表面有氧化色彩,表明摩擦副有过热现象。这种过热很可能与润滑本身润滑性能下降有关,于是又取样进行油质分析项目。结果发现油中水分含量居然大于10%。大量水分的存在,使得油品润滑性能变差、磨损加剧并导致摩擦副存在局部过热现象。于是对该设备提出警告,要求点检方加强脱水处理,并再次取样分析油品理化指标。化工公司根据诊断报告的建议进行了一系列的处理,在接下来的几次油样分析中结论均为正常。案例二:诊断空气压缩机轴封故障中国石油总公司长岭炼油厂设备研究所采用铁谱技术对各装置的主要动力设备(如泵、往复式压缩机、大型旋转机器等)的润滑系统进行工况监测与磨损故障诊断。多年来,对主风机、烟机、空压机等大型机组在不同工况条件下润滑油中的微粒(磨损颗粒和污染微粒)特征进行了较为深入细致的应用研究。对于难以辨别成分的磨粒采用扫描电镜和X射线能谱分析进行成为鉴定。目前,已采集了400多幅大组特征磨粒图谱,并对已采集的特征磨粒进行归纳分类,存入计算机谱库中,以便于在设备磨损状态监测与故障诊断时进行对比分析,使分析诊断结果更准确。同时,还建立了大型气压机组磨损故障诊断标准。 液压系统监测实例案例一:压铸机液压系统磨损故障分析广东某压铸机厂生产的压铸机销往我国各地。这种压铸机自动化程度高,各种动作都是液压系统控制,控制精度较高。要求所用的液压油是68#抗磨液压油,使用中的液压油污染度要控制在NAS等级10级以下。在销售过程中该厂时常接到用户投诉,称液压泵及有关部件磨损严重,控制阀时常动作失灵。厂家在又接到一客户投诉后,即派员到现场抽取了故障设备的在用液压油和新油,到油液监测机构进行检测,以查明是否与液压油的质量有关。 液压设备相关零部件的异常磨损往往与油品的性能及污染程度相关联。根据液压系统的故障特点以及与液压油各项指标的对应关系,分析人员选择了相关油液理化指标进行检测,与此同时,又对旧油进行了铁谱分析,针对检测结果,该压铸机厂派员到压铸机的使用单位,首先将已磨损严重的有关部件更换掉,并将原来的液压油放掉,用干净液压油反复冲洗液压回路,厂家又采购了合格的抗磨液压油,换上新油后,该压铸机运行情况一直正常。

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