航空发动机磨损故障检测技术

航空发动机磨损故障检测技术

李洋

李洋

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要:航空发动机磨损类故障直接威胁着整个航空事业的安全与运行。磨损是航空发动机的主要故障之一：由机匣相磨，外物损伤引起的气路磨损故障，它是导致航空安全事故发生的始作俑者；因滑油润滑零部件失效引起的磨损故障。产生原因主要是磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、黏着磨损。目前，发动机磨损故障监测与诊断技术主要采用滑油分析法、孔探检测、乃至局部分解检查，从而推断出相关零部件的磨损状况。

关键词:航空发动机；磨损；故障；探究

众所周知，发动机是飞机的重要组成部分，对飞机的研制和性能起着决定性的作用，而航空发动机磨损类故障更直接威胁着整个航空事业的安全与运行。因此，航空发动机磨损故障诊断研究变得极为关键。

1.航空发动机机械磨损故障的常用检测技术及其应用

1.1磁塞分析法及其应用

在对滑油系统中磨损颗粒进行收集的过程中比较简单的方法就是磁塞分析法。磁塞分析法的原理是在回路中的综合油箱中插入磁塞，这样能够在将油液中的磁性颗粒过滤出来的同时将其定期取出。为了对吸附的磁性颗粒进行分析判断，并判别颗粒的大小和数量等特征，维护人员需要借助放大镜或肉眼进行观察，进而可以判断是否需要更换润滑油。这是一种简单快捷的方法。能够检测尺寸较大的金属磨屑，但是这种方法主要存在着对于微小颗粒和非磁性颗粒没有作用的缺点。

1.2油液理化分析法

滑油的油品质量会在发动机逐渐使用的过程中劣化，就会影响润滑效果，因此首先为了确定最经济有效的更换滑油的周期以减少机械磨损故障的发生可能性应当对滑油理化指标的变化情况进行监控。然后为了提高滑油使用的科学性、有效性应当以检测结果为基础进一步的对滑油的衰变特性进行分析。基于以上两个目的进行油液理化分析。

1.3铁谱分析方法及其应用

采用磁性的方法，以磁谱仪为工具将于润滑油中的金属磨屑分离出来就是铁谱分析技术，同时将分离出来的金属磨屑按其尺寸大小依次、不重叠地沉淀到一块透明的基片上得到谱片，在进行观察的过程中进行分析就可以得到磨屑的形态特征、尺寸大小及其差异，这样就得到了磨屑的表面形貌和成分。另外，在铁谱显微镜上加装相应的光密度计分析大小磨屑的相对含量。运用铁谱分析技术能够有效的检测机械磨损，同时还可以研究磨损机理。

2.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人多功能单一，系统化、智能化水平低，断准确度不高。鉴于这种状诊况，今后发动机故障诊断技术将向实时化、智能化、统系化、早期化、网络化发展。

3.航空发动机的故障检验技术

航空发动机的故障检验是按产品的设计文件、冶金技术条件、工艺或检验规程及设计、工艺标准样件，通过目视检查、无损探伤、必要的尺寸检测，检查经工厂试车、附加试车和特种试车后分解的发动机零、组、部件及成附件的磨损、变形情况及装配质量。从而剔除那些不符合要求的零、组、部件及成附件，并为改进产品质量和加强管理提供信息。

目视检查时，零、组件结构及工作特点不同，所以检查重点各不相同，其要点如下：

3.1叶片

叶片类零件分为压气转子叶片、压气机整流叶片、涡轮导向器叶片、涡轮工作叶片，叶片注意检查擦伤、划伤、凹坑、裂纹等故障，尤其是进气边、排气边和叶尖。

3.2燃烧室类

燃烧室内的相关零件要注意检查孔边的裂纹，焊点的脱落、焊缝的开焊，局部烧穿或烧熔，裂纹。

3.3机匣类

机匣类的外观检查要注意螺桩的是否松动，衬套内孔的磨损情况（结合内径测量），表面漆层的的剥落情况，薄壁处裂纹及整体变形，内部涂层（如石墨）的磨损，销子的磨损变形情况，销孔及顶丝孔的磨损或裂纹等故障情况。

3.4齿轮类

齿轮的齿面在发动机长期工作后，易发生磨损、剥落、塑性变形和胶合撕伤等故障，检查时要注意成对检查。

磨损是指啮合过程中材料从轮齿接触表面摩擦损失的现象，分为正常磨损、磨粒磨损、干涉磨损和刮伤，其中正常磨损特征为磨损后表面光亮，无宏观上的擦痕；磨粒磨损有外界细小颗粒进入啮合齿面引起的，有宏观上的擦痕，在显微镜下有沿滑动方向有相互平行的划沟；干涉磨损因啮合干涉引起，会造成齿根部出沟，齿顶部碾挤变形；刮伤时齿形会遭明显破坏。

剥落是指啮合过程中，在超过材料耐久极限的交变接触应力的反复作用下，由于滚动或滑动摩擦的存在，致使齿面表层产生疲劳裂纹，进而扩展，使表层金属小块脱落而形成的齿面损伤。就其程度分为早期点蚀、扩展性点蚀和载荷剥落。其中早期点蚀多发生在节线附近靠近齿根部，疲劳脱落的麻坑小而浅，数量不多，分布不大；扩展性点蚀的麻坑比较大而深，并沿接触线全长扩展，分布较大，已影响传动平稳性；载荷剥落是指硬齿面轮齿在重载作用下，表层和次表层材料已相当大的金属颗粒成片从齿面剥落。

塑性变形是指在重载作用下齿面因材料屈服而发生塑性流动。塑性变形分压痕、峰谷、飞边、波纹和隆起等故障。其中压痕较为常见，压痕时由齿一端接触，进而使传递的实际载荷增大，使工作压力大于材料的抗压能力。

胶合撕伤分热胶合撕伤和冷胶合撕伤两类，热胶合撕伤是因摩擦表面温度升高，油膜破坏使接触点的表面金属熔焊在一起，当切向滑动时，齿面撕裂形成沟纹，并伴有高温烧伤变色；冷胶合撕伤是因局部压力很高，导致油膜破裂，齿面塑性变形后，因分子扩散和局部结晶而产生冷焊胶合，当切向滑动时，胶合点被撕开。胶合撕伤的特点是成对的齿轮上的沟道是相对应的，主动齿的沟道在节圆上方，被动齿的沟道在节圆下方，锥齿轮的小端比大端严重。

3.5轴承类

检查轴承的旋转灵活性和噪声时应注意手在水平位置（球轴承）或垂直位置（滚子轴承）旋转，且滚子轴承在分离状态下要检查滚子脱落情况。

分离状态下外观检查要注意在散光灯下使用十倍放大镜检查，其中套圈和滚动体要注意裂纹、锈蚀、麻坑及软伤、软点、碰伤、划伤、压伤、针孔，工作面要注意黑点，油沟倒角要注意氧化皮、残盐和污物；保持架兜孔和引导面要注意碰伤、压伤，弯爪处要注意裂纹、掉渣和毛刺，镀层要注意起泡、掉皮和剥落；角接触球轴承钢球两级磨损，会造成“猫眼圈”现象；同时还要注意超温变色的情况，如变深蓝或暗灰色。

4.总结

航空发动机的磨损故障不仅会引起其他故障发生，而且也会直接造成安全事故。所以，发动机故障诊断技术是当今乃至未来整个航空系统至关重要的环节。

现在，很多新兴的理论与方法纷纷在发动机故障诊断领域找到了用武之地，这必将促使发动机故障诊断技术更加完善。

参考文献：

[1]谢小鹏.基于能量耗损的发动机故障诊断方法研究[J].润滑与密封，2011，36（05）：117-119.

[2]佟彦斌.关于金属磨损自修复技术对汽车发动机磨损维修的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2011，03（21）：143-145.

[3]《航空发动机检验技术手册》编委会，航空发动机检验技术手册，北京：航空工业出版社，2008.7