Введение к работе
з
Актуальность исследования. В условиях старения парка эксплуатирующихся авиационных двигателей (ГТД) и необходимости продления их ресурса основным резервом обеспечения требований безопасности является эффективный контроль состояния жизненно важных узлов двигателя и, в частности, узлов трения. Состояние узлов трения оценивается по содержанию продуктов изнашивания в работавшем масле. Работающее масло несет в себе информацию о состоянии ГТД, так как, омывает наиболее ответственные узлы трения (подшипники, шлицевые и зубчатые соединения). В процессе изнашивания пар трения металлические частицы попадают в масляную систему и накапливают информацию о состоянии всех омываемых узлов. В дальнейшем процесс аномального изнашивания приводит к изменению геометрических размеров кинематической пары, повышению уровня вибрации, выходу параметров двигателя за пределы нормативных значений.
На практике эффективность трибодиагностики определяется следующими показателями:
і сокращением количества случаев выключений двигателей в полете по срабатыванию аварийных сигнализаторов «СТРУЖКА В МАСЛЕ» (СМ);
сокращением досрочного съема двигателей (ДСД) по ложному (с вероятностью в среднем 20-К25%) срабатыванию аварийного сигнализатора СМ на основании информации о фактическом состоянии динамики износа двигателя и возможности её эффективного контроля;
і величиной сокращения ДСД с эксплуатации за счет определения марки сплава частиц изнашивания с контрольных элементов (КЭ) двигателя и определения возможного источника разрушения.
В случае соответствия марки стружки марке материала колец и тел качения подшипников основных опор двигателя, двигатель снимается с эксплуатации. Если материал стружки соответствует, например, материалу
деталей стартера или коробки приводов, то после замены агрегата двигатель допускается к дальнейшей эксплуатации.
Возможность определения марки сплава реализована в лаборатории диагностики (ЛД) ОАО «Аэрофлот - российские авиалинии» с использованием анализатора «Спектроскан Макс-GV» и доработанной версии «Анализ стружки» разработанной ВЦ «Аэросервис».
В настоящее время число двигателей, продолживших эксплуатацию в ОАО «Аэрофлот» после появления стружки на контрольных элементах, составляет примерно 80%, по сравнению с 18 % до применения программы «Анализ стружки», начавшей свою работу в 2002г., в соответствии с утвержденной начальником УПЛГ ГВС ФАВТ методикой.
Исключение необоснованных съемов двигателей обеспечивает (как показывает восьмилетняя практика) около 20% дополнительной наработки парка эксплуатируемых двигателей, которая при иных условиях может быть достигнута только за счет увеличения парка резервных двигателей авиакомпании на две - три единицы.
В то же время основное направление трибодиагностики, а именно повышение уровня безотказной работы двигателя в полете, попало в тень достижений экономической составляющей и значительно снизило свою актуальность с позиций разработчиков и ответственных представителей эксплуатирующих структур.
Охлаждение к решению проблемы безопасности полетов можно объяснить тем, что за многолетнюю практику диагностического мониторинга зарегистрированы лишь единичные случаи предотвращения аварийного выключения двигателя за счет его своевременной замены по результатам анализов проб масла.
Факты низкой эффективности работ по предотвращению аварийных выключений двигателей по срабатыванию табло СМ являются общеизвестными. Так, в работе В.А.Степанова отмечается что, «несмотря на длительное применение спектрального и феррографического метода (более
25 лет), в трибодиагностике авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) остаются существенные проблемы. Так, по данным НПО «Сатурн», спектральный анализ выявляет не более 11% двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 с дефектами маслосистемы». В ОАО "Авиадвигатель" по результатам спектральных и феррографических измерений ни разу не удалось предотвратить дефекты подшипников трансмиссии в двигателях ПС-90А.
В таблице 1. представлены данные по суммарной наработке (ТХ, час) парка двигателей ПС-90А и количеству случаев F выключений двигателей в полете по срабатыванию аварийных сигнализаторов «Стружка в масле».
Таблица 1.
Приведенные данные показывают, что актуальность проблемы не снята и не исключена тенденция её возрастания. Цель работы и задачи исследования.
Цель диссертационной работы заключается в обобщении опыта трибомониторинга авиадвигателей с разработкой рекомендаций по дальнейшему совершенствованию трибодиагностики ГТД в направлении повышения его эффективности на базе использования отечественного оборудования.
Главными задачами исследования являлись:
-выявление факторов, влияющих на эффективность трибодиагностики;
-обоснование основных технических характеристик (номенклатура измеряемых элементов, нижний порог чувствительности и точностные характеристики) базового рентгено флуоресцентного анализатора (РФА);
-проведение исследований по оценке перспективности трибодиагностики на основе анализа продуктов изнашивания с фильтров маслосистемы двигателя;
Методы исследования.
Ретроспективный анализ на базе накопленной статистики по анализу проб масла. В работе использован комплексный подход, включающий известные методы теории вероятности и математической статистики для обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-проведено исследование используемого для трибодиагностики ГТД диагностического оборудования с точки зрения возможностей анализа частиц изнашивания во всем исследуемом диапазоне;
-проведен статистический анализ данных, полученных при измерении удельных концентраций продуктов изнашивания ГТД, снятых с эксплуатации по причине разрушения омываемых маслом узлов, а так же исправных ГТД, снятых с эксплуатации по причине отработки ресурса;
-впервые предложены методические рекомендации по комплексной диагностике авиационных ГТД, включающие, помимо стандартного спектрального анализа масла, анализ фильтра, а также контрольных элементов в совокупности с феррографическим анализом.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный комплексный подход к диагностике узлов трения ГТД по концентрации примесей в маслах позволяет:
-распознавать и предупреждать отказы в узлах трения ГТД на ранних стадиях развития процесса изнашивания;
-уменьшить показатели необоснованного съема ГТД с эксплуатации;
-снизить затраты на эксплуатацию ГТД в предприятиях ГТД;
-полученные результаты могут быть использованы в качестве методических и инструктивно-методологических материалов для эксплуатационных предприятий ГА.
Реализация и внедрения результатов работы.
Результаты, полученные в диссертационной работе, используются в ряде предприятий ГА, а так же были применены при доработке программы «Многоэлементный анализ» в рамках бюллетеня промышленности № 94370-БЭ-Г
Положения, выносимые на защиту.
-
Обоснование перечня контролируемых элементов.
-
Результаты исследования влияния фильтров тонкой очистки на эффективность трибо диагностики.
-
Использование методики количественного РФА при исследовании содержимого маслофильтров.
4. Методика комплексного применения различных методов
трибодиагностики при оценке состояния маслосистемы ГТД.
Апробация работы.
Основные положения работы и результаты выполненных исследований докладывались и получили положительную оценку на международных и ряде внутривузовских конференций, а также научно-технических семинарах кафедры «Техническая механика» МГТУ ГА. По материалам работы опубликовано 6 научно-технических статей.
Структура и объем диссертационной работы
