航空发动机滑油系统全流量在线磨粒静电监测 方法现状分析
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航空发动机滑油综合监控方法及应用作者:祁磊郭朝翔来源:《科技创新导报》2013年第10期摘要:传统光谱分析手段在航空发动机磨损类故障定位方面局限性突显。
综合应用光谱监控分析、铁谱监控分析、自动磨粒监控三种技术在航空发动机的磨损类故障检测中具有互补准确的优点。
针对国产新型发动机的综合监控方法和数据库软件的应用能大大提高航空发动机滑油监控的安全性。
关键词:航空发动机滑油综合监控方法优点中图分类号:V233 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)04(a)-00-04滑油监控可以在航空发动机出现重大磨损故障之前有效诊断出部件非正常磨损及可能因磨损失效而导致的潜在故障;对于降低故障损失及事故的发生率具有重要的意义。
我国空军于20世纪80年代开展了发动机滑油光谱监控技术的应用,在对发动机的预防维修上起到了重要作用。
但光谱分析手段只能判断各种金属元素在油样中的浓度,无法判断磨粒的外观形貌和磨损特征,存在无法对发动机磨损类故障进行准确定位的问题。
所以如何将先进的油液监控技术综合应用,并借助计算机信息管理来提高监控和诊断水平是此类技术现阶段发展的重点。
1 传统检测方法的局限性传统原子发射光谱分析技术在我国空军近20年对航空发动机潜在故障的安全监控过程中起到了重要作用。
据统计,自引进光谱分析以来空军成功预报了160余台航空发动机的磨损类故障,避免了因发动机故障隐患而引起的人员伤亡和财产损失。
但近些年来,曾多次出现飞机飞行中报滑油金属屑超标警告,飞行后进行光谱检测得出数据却在正常范围。
进而检查滑油滤发现,其上有大量大颗粒金属磨屑。
最后分解检查发动机发现轴间间隙超标或轴承保持架损坏、棍棒剥落等现象。
这是由于原子光谱仪是通过小颗粒的累积数量来评定磨损状况,突然出现的少量大颗粒并不会立即使颗粒总量超标,但可能是突发性故障的预兆。
另外,原子发射光谱仪主要分析滑油中由擦拭磨损和腐蚀磨损产生的尺寸较小磨屑;对滚动接触的疲劳磨损和严重的切削磨损产物,其检测有效性很差。
航空发动机大颗粒金属磨屑监控技术姓名:孙福林期班:飞发一班学号:301200821028 本文综述了油液监控技术在航空发动机上的应用,分析了原子发射光谱分析存在局限性,论述监控航空发动机滑油系统中的大颗粒金属磨屑的重要意义。
航空发动机在使用中,会发生一些因其润滑系统运转部件磨损引起的故障,诸如前轴间轴承磨损、后轴间轴承磨损、滑油回油泵磨损、离心通风器损坏、滑油消耗量大、振动大等。
这些故障不但影响发动机在正常寿命期的使用,而且限制了发动机寿命的延长使用。
空军的应用实践证明,油液监控技术能够提前预报装备磨损故障,提高可靠性和完好率;能够降低维修成本,提高维修质量,延长装备及油液的使用寿命。
美国先后提出了二维装备油液分析概念,即磨屑形状分析与油液状态分析,以及三维油液分析概念即磨屑分析、污染分析和油液性质分析。
我国空军于1984年率先引进油液监控技术,对航空发动机及飞机液压系统进行油液监控,现已建成了完善的油液监控体系。
其中金属磨屑分析是目前航空发动机油液监控的重要手段之一。
油液金属磨屑监控技术金属磨屑的监控用于航空发动机润滑系统的润滑油。
轴承等摩擦副在生产和使用中产生的切削、金属磨屑以及外界进入油液系统的砂粒等污染物,随着零部件的运转,悬浮于油液系统中不断循环,起着研磨剂的作用。
随着发动机的工作时间与磨损状态的不同,它们的浓度、成分、尺寸、形貌参数均发生不同的变化。
因此,油液中金属磨屑参数变化可以作为航空发动机磨损状态的信息。
通过在用油液的金属磨屑监控来预报航空发动机磨损状况和失效,便于采取主动的维修措施,能够确保装备的可靠运行与高效地发挥装备应有的功能。
常用的油液金属磨屑检测方法有原子发射光谱分析法、原子吸收光谱分析法、X射线荧光光谱分析法、铁谱分析法、电镜扫描-能谱分析法及自动颗粒计数法等。
最常用的油液金属磨屑检测技术是原子发射光谱分析法,其原理是通过光源激发材料而产生特征光谱,从而定性或定量分析某种元素的含量。
航空发动机滑油颗粒监测与控制标准研究
曹宏庆;李艳军;汤晓晨
【期刊名称】《飞机设计》
【年(卷),期】2013(33)2
【摘要】在航空发动机零部件的加工、装配及发动机工厂试车和检验试车过程中,运用先进的技术手段,开展以发动机零部件清洁度控制、装配清洁度控制及试车阶段滑油磨粒的监测试验,探索滑油中污染物的来源、污染程度及其对发动机使用的影响,确定磨粒来源、产生原因及典型故障模式,提出减少、控制污染物及磨粒的改进意见,进而制定出发动机滑油颗粒监测与控制标准,并应用于发动机生产及零部件的质量控制,对改进产品质量,降低生产成本,缩短生产周期等具有重要意义。
【总页数】6页(P43-48)
【关键词】航空发动机;颗粒监测;磨损;油液分析
【作者】曹宏庆;李艳军;汤晓晨
【作者单位】南京航空航天大学民航学院
【正文语种】中文
【中图分类】V267
【相关文献】
1.某型航空发动机台架滑油系统颗粒监控标准研究 [J], 马立恒;颜维;刘恢先
2.航空发动机滑油综合监测技术研究 [J], 姜旭峰;费逸伟;李华强;钟新辉
3.基于多Agent和网络的航空发动机滑油系统故障监测与诊断系统研究 [J], 龚烈
航;徐延军;韩寿松;王哲
4.航空发动机滑油监测技术研究 [J], 王雪;孙岳屏;李航
5.基于CNN-MSLSTM的航空发动机滑油监测方法研究 [J], 马敏;王涛
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航空发动机滑油系统全流量静电传感器设计1.摘要(简介)静电传感器是一种用于航空发动机润滑油路中磨粒在线监测的新型传感器,对滑油系统中静电变化进行监测能够在发动机损伤的早期阶段实现故障的预测和诊断,避免发动机严重损伤和安全隐患。
为了对静电传感器的特性进行研究,改进了静电传感器的数学模型,设计了全流量静电传感器。
通过建立数学物理模型,并进行仿真试验,获得了传感器的标定曲线。
又进一步确定了传感器静态灵敏度在径向位置上的分布,同时验证了数学模型的正确性。
2.基本原理一般地讲,静电传感器测量方法可以分为接触式测量法和非接触式测量法。
接触式测量原理就是指感应金属探极与带电颗粒物有了直接的碰撞或者摩擦,带电颗粒将自身所带电荷传递到金属探极。
全流量静电传感器是基于静电感应原理,滑油系统中带电颗粒 Q 经过静电传感器时,将导致静电传感器的探极内部产生电子流动,为平衡附近的外来电荷,探极内部电荷重新分布并伴随电子流动(此过程中,带电体与静电传感器之间不必须有电荷的交换,探极电荷可由静电感应产生),进而静电传感器会产生感应电流并按比例转化为电压输出,经过调理电路处理后输出至采集系统并显示。
当带电颗粒 Q 离开传感器后,正负感应电荷将发生中和,传感器探极内部的电子将重新分布,使得探极呈电中性状态,因此监测得到的感应信号也将恢复至零。
以环形探级为例,当静电传感器金属探极附近有带电颗粒经过时,金属探极感应原理示意图如图所示3.传感器的建模:数学模型,物理模型(传感器由环形探极、绝缘层和金属屏蔽层组成,滑油从由绝缘材料制成的管道中流过,安装于绝缘管内壁处的环形探极用于感应流体中的静电信号,金属屏蔽层用于屏蔽外界的干扰)(难点:相关材料的填充,温度补偿,以及仿真结果的输出和分析)以及一些数学计算)4.数值模拟和实验5.实验结果分析6.结论。
航空发动机碰摩故障在线监测与诊断研究【摘要】近些年来我国航空技术取得了稳步的发展,但是一些问题在实际过程中仍然制约着航空业的提升。
比如说航空发动机碰摩故障就是一个不可忽视的重要问题。
航空发动机碰摩故障从其本质上来说就是较为常见的航空发动机内部的气路出现了某些故障。
我国航空检修人员在深入研究后,也提出了一系列解决的办法,但是都没有能够实现有效的监测和诊断。
本文通过分析研究航空发动机碰摩故障的基本特征、故障产物的本质等一系列原理,提出了一种在线监测航空发动机碰摩故障的方案。
通过该种方案,本文搭建了模拟试验平台,通过该平台证实了静电感应技术的优越性和实用性。
【关键词】航空发动机;碰摩故障;在线监测;诊断研究本文中所述的航空发动机碰摩故障其主要产生的原因是由于航空发动机在其工作的过程中,由于发动机的转子和定子没有处于相对平衡的状态,在运行过程中经常会由于一些原因,而产生碰摩故障。
一旦航空发动机在运行的过程中发生了碰摩故障可能会造成一定的风险性,严重的航空发动机碰摩故障会导致发动机的驱动叶片整体寿命下降,整个航空发动机的机械性能也会因此而降低,也有可能诱发其他的故障。
但是,过去航空发动机的工作过程中这一现象又是不可避免的。
目前,我国对于航空发动机的运行效率和运行质量要求逐渐上升。
因此,认真研究、分析、解决碰摩故障具有十分重要的意义。
1 传统航空发动机碰摩故障监测方法存在的局限性就我国目前的航空发动机碰摩故障监测的方法来说主要包括以下几种:定期深孔探查监测、发动机性能监测、发动机振动频率波动的监测[1]。
就定期深孔探查监测来说,虽然可以达到一定的监测目的,但是发现的几率并不是很高,存在着一定的监测盲区;对于发动机振动频率波动监测和发动机性能监测来说,这两种方法在适用上具有与一定的局限性。
就目前来说这两种方法只能够对二次故障进行监测,对于首次碰摩故障则不能实现监测目的[2]。
举例来说,在航空发动机发生碰摩的时候,只有磨损达到了一定的程度,出现了严重的振动,才能有效的监测到。
如何利用油液监测技术分析航空发动机大颗粒磨损情况航空发动机在使用中,会发生一些因其润滑系统运转部件磨损引起的故障,诸如前轴间轴承磨损、后轴间轴承磨损、滑油回油泵磨损、离心通风器损坏、滑油消耗量大、振动大等。
这些故障不但影响发动机在正常寿命期的使用,而且限制了发动机寿命的延长使用。
空军的应用实践证明,油液监控技术能够提前预报装备磨损故障,提高可靠性和完好率;能够降低维修成本,提高维修质量,延长装备及油液的使用寿命。
近年来,多台出现报警信号的发动机的磨损类故障没能预报出来,虽然这些飞机在飞行过程中发出报警信号,表明发动机滑油系统金属磨屑超过规定值,但在飞行前的原子发射光谱分析数据却没有超标;多台发动机轴间隙超标,而原子发射光谱分析数据很低,即原子发射光谱分析数据与发动机异常磨损故障的相关性差。
例如,某台发动机工作160小时,检查滑油滤时发现油滤上有大量大颗粒金属磨屑,而滑油原子发射光谱分析数据没有超标,经返厂分解检查发现发动机前轴承保持架损坏、内钢套磨损并烧蚀、滚棒剥落。
由于进入滑油中的部分金属磨屑被设在航空发动机油路系统中的磁塞和精密油滤截获,导致被分析的油样失去部分大颗粒金属磨屑,从而失去油样代表性。
而50~200微米范围的大颗粒金属磨屑是由摩擦副表层疲劳剥落、剧烈的滑动磨损和剪切磨损等原因所产生的,最能够直接反映出发动机异常磨损故障信息。
加之原子发射光谱分析的局限性,不能直接反映大颗粒金属磨屑的信息。
因此,目前采用的单一滑油原子发射光谱检测方法无法监控大颗粒金属磨屑,已经不能满足用多参数判断、预测发动机异常磨损故障的要求。
一旦在滑油系统中出现大颗粒金属磨屑,将加速发动机轴承的磨损,进而造成发动机灾难性事故。
因此,如何监控航空发动机大颗粒金属磨屑、及时预报异常磨损故障是亟待解决的难题。
研究航空发动机滑油系统中的金属磨屑的尺寸分布,并确定大颗粒金属磨屑的成分及含量的监控标准,能够弥补发动机磨损类故障油液监控检测手段的不足。
飞机燃油系统管路及油箱静电测量技术研究及实验发表时间:2020-12-03T12:30:26.010Z 来源:《科学与技术》2020年第21期作者:王凯党双欢李玉芳[导读] 飞机在加/受油过程中,由于飞机燃油系统管网极为复杂,高速燃油与管路、油箱之间的摩擦,会产生大量的静电,而随着静电的累积,一旦静电放电产生电火花王凯党双欢李玉芳航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司西安 710089 摘要飞机在加/受油过程中,由于飞机燃油系统管网极为复杂,高速燃油与管路、油箱之间的摩擦,会产生大量的静电,而随着静电的累积,一旦静电放电产生电火花,会导致燃油爆炸等灾难性后果。
本文件针对特定飞机燃油系统,研究并制定了飞机加/受油过程中的静电测量方案,通过地面试验,对典型工况下系统中总加油管、机翼加油管以及各组油箱内产生的静电实时测量,获取了燃油在飞机不同区域流动和累积所产生的的静电数据。
结果表明,飞机在加/受油过程中,各监测点的静电电压均不大于12KV,满足GB 6951-1986的要求。
关键词燃油系统;高速燃油;油箱;静电累积;静电测量1.引言燃油在输油管道内流动容易产生静电,当带有静电的燃油注入储罐时,电荷会发生积累,可使罐内静电电位达到数万伏特;若发生静电放电现象,可能产生静电火花,引发储罐爆炸事故。
2 正文2.1 静电测量原理静电测量参考GB 6951,轻质油品装油时,安全油面电位值为12kV[2]。
静电测量误差为5%FS,传感器测量范围,换算为电压测量范围为-15kV~+15kV,则测量误差最大值为10μC/m3或750V。
考虑到油料系统的特殊性,因此系统进行静电测量时,为保证测试安全,必须采用非接触法进行测试,通过探测燃油携带静电荷产生的电场,实现对燃油的静电荷密度及静电电压的测量。
在管道内,取任意一段长度为d的管道,根据高斯定理: (1)其中,E为管道内电场,方向垂直于管道内表面。
Q为任意一段管道的带电荷总量,为真空介电常数。
航空发动机滑油系统磨损检测研究摘要:滑油系统作为航空飞行器发动机重要组成部分,其运行磨损状况会对航空发动机使用寿命及飞行安全产生直接影响,因此针对滑油系统的磨损状况进行检测也极为重要。
本文首先概述了发动机磨损机理和主要原因,随后就滑油磨损检测技术方法和操作要点展开了简要分析。
关键词:航空飞行器;发动机;滑油系统磨损滑油系统是航空飞行器发动机的组成之一,其作用是提供一定的压力,让滑油在压力作用下进入到发动机和传动系统的齿轮啮合处,起到润滑作用,减少运行中的磨损。
因此,滑油系统是否持续供给、滑油品质是否符合标准等,都会直接影响发动机和传动系统的运行磨损。
滑油系统磨损检测技术的原理就是通过提取和分析滑油成分,预测和监控发动机磨损情况,为发动机的维护与检修提供参考。
因此,熟练掌握滑油系统磨损检测技术也成为保障航空飞行器运行安全的一种有效策略。
1航空飞行器发动机滑油系统磨损机理为了提高发动机运行效率,在生产制造过程中都会对零部件的运动面进行抛光,以减少运动时的阻力。
但是受到技术水平、加工成本等诸多因素的限制,部件表面不可能达到绝对光滑。
当发动机高速运转时,其中凸起的部分会受到摩擦,随着摩擦时间的增长,磨损问题也会更加严重。
另外,摩擦过程中还会产生挤压作用,导致凸起部位从“细长”变成“短粗”,当大量的凸起被摩擦、压缩后,从宏观上观察发动机部件,就会发现明显的磨损情况。
其中,像轴承、挡油圈、滑油泵等部位,由于长期处于高速运转状态,磨损情况更加明显。
2发动机滑油系统的主要结构滑油系统是一个封闭式、循环系统,清洁的润滑油在压力作用下,从存储室进入到发动机的轴承、齿轮等部位,完成润滑作用。
然后经过润滑后剩余的润滑油,会被重新收集起来,经过清洁、过滤后,循环使用。
滑油系统磨损检测的原理,就是将重新收集起来的润滑油,取样进行成分分析。
与加入之前的润滑油进行成分对比,从而得出发动机磨损严重程度的结论。
一般来说发动机滑油系统的组成主要分为三个子系统,分别为:(1)供油系统。
润滑油品中磨损微粒的监测诊断技术分析润滑油品分析诊断技术就是从机械设备润滑系统的润滑油中获取各种信息,从而对机械设备摩擦副的磨损与润滑状态进行监测诊断。
综合采用润滑油品分析诊断技术可以满足机械设备故障诊断的四个基本要求,即指出故障发生的部位、确定故障的类型、解释故障发生的原因、预告故障发生的时间。
这一技术已对发动机系统、齿轮传动系统、轴承系统、液压系统等的监测诊断卓有成效,成为机械设备摩擦副监测诊断的重要技术。
在用润滑油中的磨损微粒包含着有关零部件的磨损状态、机器工况以及系统污染程度等丰富信息,通过对磨损微粒的监测,在不停机、不解体的情况下即可推断出设备发生异常磨损的部位、原因及发展趋势。
润滑油品中磨损微粒的监测诊断技术主要是铁谱技术和光谱技术。
铁谱技术是利用高梯度强磁场作用,将在用润滑油样中分离出磨损微粒,借助仪器去检验分析磨损微粒的形貌、大小、数量、成分等,进而对相关摩擦副的磨损状态、机械设备的运转状态进行诊断。
由于分离、检测磨损微粒方法的不同,研制出不同的铁谱仪,例如,在实验室里使用的有直读式铁谱仪、分析式铁谱仪、旋转式铁谱仪等。
现场自动连续监测的,直接装在润滑系统中的在线式铁谱仪有:在线铁谱仪、智能在线铁谱仪、磨粒铁谱仪等,它们都具有自动完成定时采样、数据分析、显示、打印、通信及声光报警等功能。
润滑油光谱分析技术可以有效地监测在用润滑油品所含磨损微粒的成分及其含量的变化。
光谱分析技术可分为原子发射光谱技术(AES)和原子吸收光谱技术(ASS),相应的仪器有原子发射光谱仪和原子吸收光谱仪。
原子吸收光谱仪分析灵敏度高,分析可靠,但由于存在油样预处理较繁、待测多种元素需多个元素灯等缺点,致使操作麻烦、分析速度慢。
原子发射光谱仪由于操作简单、油样不须处理、分析速度快、分析精度高等优点而发展很快,它特别适合含有多材质摩擦副(例如发动机系统)的设备群体监测。
具有代表意义的仪器有美国SPECTRO INCORPORATED公司的超谱M型油液分析直读光谱仪,美国BAIRD CORPORATION 公司的FAS-2C型油料分析光谱仪和MOA型油料分析光谱仪。
Journal of Aerospace Science and Technology 国际航空航天科学, 2017, 5(2), 64-73 Published Online June 2017 in Hans. /journal/jast https:///10.12677/jast.2017.52008文章引用: 刘珍珍, 陈志雄, 关天阳, 胡文杰, 陈进. 航空发动机滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法现状分析[J].Status Analysis of the Method for the Aviation Engine Oil-Line Debris Electrostatic MonitoringZhenzhen Liu 1, Zhixiong Chen 1,2, Tianyang Guan 3, Wenjie Hu 1, Jin Chen 11School of Aircraft Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang Jiangxi 2School of Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 3School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang Hangkong University, Nanchang JiangxiReceived: Apr. 19th , 2017; accepted: May 6th , 2017; published: May 9th , 2017AbstractThe paper summarizes the current situation of the oil-line debris electrostatic monitoring tech-nology and introduces the method about the oil-line debris electrostatic monitoring. Aiming at the friction charging mechanism of the oil-line debris electrostatic monitoring, it pointed out the key problem of friction charging. In view of the advantages and disadvantages of the present experi-mental method for oil-line debris electrostatic monitoring, it is pointed out that the key problem of the experimental simulation is how to automatically control the particle velocity. At last, the actuality of the oil-line debris electrostatic monitoring has been further clarified. KeywordsAviation Engine, Oil-Line, Lubricating Oil System, Electrostatics航空发动机滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法现状分析刘珍珍1,陈志雄1,2,关天阳3,胡文杰1,陈 进11南昌航空大学飞行器工程学院,江西 南昌 2上海工程技术大学汽车工程学院,上海3南昌航空大学土木建筑学院,江西 南昌收稿日期:2017年4月19日;录用日期:2017年5月6日;发布日期:2017年5月9日刘珍珍等摘要综述了目前国内外全流量在线磨粒静电监测技术现状,介绍了全流量在线磨粒静电监测方法。
针对目前滑油系统全流量磨粒在线静电监测模拟实验荷电机理之一摩擦荷电原理,指出了摩擦荷电的关键性问题。
针对国内目前滑油系统全流量静电监测技术模拟实验方法存在的优缺点,指出了如何自动控制颗粒流速是实验模拟的关键问题,最后,进一步明确了滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法现状。
关键词航空发动机,全流量,滑油系统,静电Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言航空发动机是在高温、高压、高速旋转条件下长期反复工作的复杂热力机械。
它是飞机的“心脏”,在实际工作过程中,各零部件接触表面会相互摩擦,产生很大的摩擦力,造成发动机的内损耗。
同时,由于摩擦而产生的大量热会使零件过热,导致发动机不能正常工作甚至零件的损坏。
这时,这就需要滑油在相互接触的零件表面形成一层油膜,使摩擦大大降低。
自上世纪70年代以来,金属基、陶瓷基复合材料、工程陶瓷基材料等具有高比强度和耐高温性能的新型材料被研究开发和应用于现代航空发动机。
在不断追求高性能的同时,发动机面临的可靠性、经济性以及维修保障等问题也日益突出。
20世纪90年代以后,美国国防部在新的国防采办中将“经济可承受性”作为一项重要指标,即由以安全为主要目标向“保障安全性、兼顾经济性”理念转变,在确保安全与装备性能的前提下,降低寿命周期成本。
在此背景下,故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management, PHM)概念在美国等发达国家得到了长足的发展,在提高复杂系统的安全性和经济可承受性方面具有巨大的应用潜力。
在国内,PHM也是当前可靠性领域中极其重要的研究热点[1],特别是航空PHM的各种磨损趋势预测方法的研究,而准确获取系统状态信息是实施PHM的前提条件和基础。
某型发动机10年使用情况统计分析表明,发动机空中停车故障的37.5%及导致发动机提前更换的60%以上的原因是由发动机轴承等零部件的磨损类故障引起。
磨粒是零部件磨损的直接产物而不是其二次效应,对其进行监测可以反映摩擦副表面磨损状态的严重程度。
因此,滑油磨粒监测技术对有效控制发动机磨损类故障风险,保障飞机安全、可靠运行具有重要意义。
本研究通过对航空发动机滑油系统全流量在线磨粒静电监测方法,荷电机理之一摩擦荷电、全流量静电模拟实验等方面的研究现状的综述与分析,指出摩擦荷电、全流量静电监测模拟实验的关键性问题。
针对航空发动机实际磨损情况,对航空发动机全流量静电监测模拟实验方法给出合理性的建议,以供后续的研究者参考与借鉴。
2. 研究现状综述2.1. 国内外现状基于静电传感技术的航空发动机润滑油路磨粒在线监测始于1997年。
英国南安普顿大学Wood教授刘珍珍等带领的研究团队进行了一系列的研究,包括润滑条件下静电监测的可行性[2]、静电产生机理[3] [4]和磨损机理与静电关系等[3] [5]的基础性研究,以及在轴承试验台上开展的滚动轴承磨损与静电感应信号对应关系研究[6] [7]。
而Smiths Aerospace Information Systems公司(其前身为英国Stewart Hughes Ltd.公司,现已被美国GE公司收购)在20世纪末已经将该技术应用于美国联合式战斗机F35 [8] [9],增强了航空发动机的故障预测与健康管理能力。
目前,此项技术已被美国列为限制出口的军事技术。
航空发动机润滑油路磨粒监测静电传感技术主要是基于静电感应的原理对润滑油路带电磨粒进行监测,实现对润滑部件的实时监控。
数据表明[3] [6],由于静电监测的对象是润滑部件发生摩擦磨损现象的直接产物,相对于传统的部件振动监测等方法,能够在故障发生的初期就监测到故障信息,可以实时地对润滑部件故障在线监测。
同时,润滑油路磨粒监测静电传感技术克服了其他磨粒在线监测方法对微细颗粒不敏感和不能监测非金属颗粒的不足[9]。
目前,国内相关技术的研究刚刚起步。
关于在线监测的传感器方面,我国科研人员开展一系列研究:西安交通大学谢友柏等设计图像可视在线铁谱传感器,安装用于润滑系统旁路的磨粒在线监测,通过图像处理技术实现对磨粒识别和分析,有效监测齿轮箱磨损故障[10];武汉理工大学严新平等研制了兼有电感传感器检测大金属磨粒与光纤传感器可测量固体颗粒污染物作用的组合测量传感器,在船舶舵浆装置在线监测中取得一定效果[11];军械工程学院张英堂等研制电感式磨粒传感器在循环油路中监测到大于100 μm铁磨粒和大于500 μm的铜磨粒[12];国防科技大学杨拥民等设计电容传感器用于检测柴油发动机油液老化或被污染时引起介电常数变化[13];中国矿业大学孟国营等采用光学法设计油液污染度传感器用于煤矿井下重载齿轮油在线监测[14]。
同时,冒慧杰等也研究了静电传感器对滑油系统磨粒电量测量方法的研究,提出了通过信号脉冲宽度来获得磨粒的径向位置,再根据径向灵敏度分布来准确获得磨粒电荷量大小的测量方法[15];殷逸冰等研究了被测物带电量、被测物运动速度、被测物在空间模型中所处径向坐标位置是3个影响传感器输出信号的主要因素[16]。
根据磨损区域静电感应原理,刘若晨等设计了齿轮和轴承磨区域静电传感器,并搭载160 Km∙h−1城际列车齿轮箱,进行了齿轮箱跑合、负荷疲劳和噪音试验[17]。
李鑫等搭建了可用于齿轮箱地面试车磨损状态监控的滑油静电监测系统,通过连续加载试验和加速寿命试验,证明了静电监测方法用于齿轮箱磨损状态监测的可行性和有效性[18]。
在国外,应用最广泛的是加拿大GasTOPS [19]公司生产的MetalSCAN在线油液监测传感器,它能够全流量在线监测铁磁颗粒,提供被监测颗粒的尺寸范围,颗粒的总质量,超过限度报警等功能,并且已在管道天然气压缩机组、发电厂、海洋推进发动机行列等工业得到了应用。
关于静电信号的去噪处理方面:噪声主要来自测试系统内部与测试系统外部两个方面,系统内部噪声包括检测电路、测试系统以及信号传输过程中引入的噪声,系统外部噪声包括各种外界因素带来的噪声,例如工频干扰,电磁感应耦合,以及接地不当引入的干扰等等。
如何从噪声中检测出最微弱的颗粒信号以便及时地对部件的早期故障采取措施;如何消除由于传感器安装位置的振动而引起的虚假信号以便作出正确的维修决策,是静电监测的重要研究内容之一[20]。