CN113418126B - 一种军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，通过对典型现役航空发动机传动润滑系统磨损失效全过程监控研究，确定了其损失效的敏感参数与检测设备的配置参数，建立了基于磨粒铁谱量化值的磨损状态初判，结合磨粒图像专项识别与光谱分析的综合故障诊断方法，可实现对军用航空发动机传动润滑系统故障快速检测与故障诊断，为军用航空发动机使用安全保驾护航。
Description
技术领域
本发明涉及一种军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，通过对航空发动机传动润滑系统磨损失效全过程监控研究，确定了磨损失效的敏感参数与检测设备的配置参数，建立了军用航空发动机传动润滑系统磨粒铁谱量化值基线与梯度值综合的报警方法与综合诊断流程，可实现对军用航空发动机传动润滑系统故障快速检测与故障诊断。
背景技术
我国军用航空发动机传动润滑系统故障较多，主轴承故障尤为突出，主轴承失效会导致航空发动机空中停车和等级事故，严重威胁飞行安全。因此，加强航空发动机传动润滑系统磨损故障监控对保障飞行安全具有重要意义。
滑油就像发动机传动润滑系统的“血液”，可以通过润滑系统中磨损颗粒的检测与分析来实现航空发动机磨损故障监控。我军现役航空发动机滑油磨粒分析方法主要有两类：一是在回油路上安装磁塞和金属屑传感器，当捕获的磨粒数量达到一定数量发出报警，但受捕获磨粒随机性等因素影响，它起到的作用有限；二是离线实验室分析，主要有光谱分析和铁谱分析等。但光谱分析仅对小于10微米的磨粒检测有效，铁谱分析虽然检测磨粒尺寸范围叫宽但铁谱分析系统为实验室精密设备，转场携带不方便；操作熟练程度与专业水平等因素对检测结果影响大，这些都大大增加了航空发动机传动润滑系统磨损状态判别的难度。
考虑到军用航空发动机载荷大、转速高，其传动润滑系统磨损失效过程快，磨损颗粒增长迅速，为最大限度提高磨损监控的效率、提高故障诊断的准确率，本发明在监测军用航空发动机传动润滑系统故障过程的基础上，实现了军用航空发动机传动润滑系统磨损状态的快速量化，建立了依据发动机滑油中磁性磨粒铁谱量化值进行初判告警，结合磨粒图像专项识别、光谱分析等油液分析手段进行综合故障诊断的方法，大大减少部队的工作量，提高告警与故障诊断的准确性。
发明内容
本发明提供了一种军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，通过对滑油中磨粒的铁谱快速量化与综合诊断，可实现对军用航空发动机传动润滑系统故障快速检测与故障诊断，预报发动机磨损故障，为航空发动机使用安全保驾护航。为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
(1)航空发动机传动润滑系统磨损失效敏感参数
对军用航空发动机传动润滑系统磨损失效全过程信息进行监控，采用分析式铁谱分析技术确定其磨损敏感参数为10至20微米的铁磁性磨粒总量。
(2)铁谱量化值检测设备的配置参数研究
建立滑油粘度、电磁场电流、滑油流速与沉积时间等影响磁性磨粒铁谱量化值的关联参数矩阵，通过关联矩阵简化降维与测试实验，形成适用于某型军用航空发动机传动润滑系统磨粒铁谱量化值检测设备的配置参数：发动机滑油粘度为3厘斯，电磁场电流为800mA，滑油流速为6ml/min，沉积时间为2分钟。
(3)磨粒量化值基线与梯度值综合报警
建立航空发动机传动润滑系统中磨粒铁谱量化值基线与梯度值综合的报警方法，研究得出了某型军用航空发动机铁谱告警梯度值为50，铁谱异常梯度值为120。
(4)初判与综合故障诊断流程
建立了依靠磁性磨粒铁谱量化值进行初判，结合磨粒图像专项识别、光谱分析等油液分析手段进行综合故障诊断的监控流程，提高告警与故障诊断的准确性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，能在飞机落地后对发动机的磨损状态实施自动监测与报警，大大减小军用航空发动机再次出动准备时间。
(2)本发明提供的对滑油中磨粒的铁谱快速量化与综合诊断的方法，可提高军用航空发动机传动润滑系统故障的检测效率与检测准确率。
(3)在应用对象方面，本发明提供的航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，适用面较广可应用至所有现役航空发动机传动润滑系统磨损监控中，并支撑在研、未来航空发动机传动润滑磨损监控技术发展。
附图说明
图1军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法流程图；
图2a某型军用航空发动机失效前6小时传动润滑系统滑油样分析式铁谱图片
图2b某型军用航空发动机失效前3小时传动润滑系统滑油样分析式铁谱图片
图2c某型军用航空发动机失效前1小时传动润滑系统滑油样分析式铁谱图片
图3磨粒铁谱量化值检测设备
图4滑油磨粒沉积区域
图5不同励磁电流和滑油流速沉积图
图6某型军用航空发动机传动润滑系统磨粒铁谱量化值检测设备沉积磨粒
图7磨损状态初判与综合诊断流程
具体实施方式
为了更好的理解本发明相对于现有技术所做出的改进，对本发明所提到的技术结合附图加以说明。
对军用航空发动机传动润滑系统磨损失效全过程进行监控，定期取滑油样用分析式铁谱对滑油中的磨粒进行分析，其中轴承失效前6小时、3小时、1小时铁谱片上沉积的磨粒链见图2，从磨粒链可以看出该型发动机传动润滑系统磨损失效表现为10至20微米的磨粒数量异常增多，因此可以用10微米至20微米的磨粒浓度作为该型发动机磨损敏感特征参数。
如果要快速判断发动机磨损状态，需要将滑油中10微米至20微米的磨粒沉积下来并进行量化处理，本发明中将图像可视铁谱沉积模块、滑油样循环模块、电源模块、控制显示模块进行集成化为磨粒铁谱量化值检测设备，原理图见图3。
磨粒铁谱量化值检测设备滑油磨粒沉积区域由三部分组成，见图4，滑油要流经磁场区1、图像区、磁场区2，其中的铁磁性磨粒沿着磁场方向沉积。磨粒铁谱量化值检测设备通过图像采集与特征计算获取图像区磨粒的特征，进而判断航空发动机的磨损状态。
影响滑油中磨粒沉积尺寸与位置的检测设备参数主要有：滑油粘度、电磁铁励磁电流、滑油流速与磨粒沉积时间。某型军用航空发动机使用4050润滑油，100℃时运动粘度为5厘斯，确定了该型发动机的磨粒量化值检测设备的电磁铁励磁电流范围为600mA～900mA，滑油流速范围为4～8ml/min，建立检测设备参数关联关系矩阵，如表1。
表1关联关系矩阵
表1所示的关系矩阵中沉积时间为次要因素，首先以主要因素作为设备参数配置对滑油中10微米至20微米的磨粒进行沉积，见图5，通过表2图像区沉积结果分析可知，励磁电流800安匝、滑油流速6ml/min和励磁电流700安匝、滑油流速4ml/min沉积效果均较好，但是滑油流速低会增加沉积的时间。由此，确定适合该型军用涡扇发动机的沉积参数为：励磁电流800安匝，滑油流速6ml/min。
再对沉积时间进行选择，原则是要确保发动机正常磨损时有少量特征磨粒沉积，异常磨损时沉积的磨粒不重叠。通过实验确定该型涡扇发动机沉积时间为2分钟，见图6。
表2图像区沉积结果分析
通过上述实验确定了沉积参数，军用航空发动机特征磨粒沉积在图像区，且磨粒不发生层叠，这样就可以磨粒覆盖面积来表征该型发动机的磨损状态。
——通过对某型军用航空发动机大量滑油样检测结果的统计分析，获取了其告警梯度值为50，异常梯度值为120；其中，上述数值为磨粒铁谱量化值检测设备的检测结果，其计算方法为2分钟内流过仪器的磨粒的计算面积除以显示面积乘以104，其中，根据实际实验中发动机状态参数的异常程度，确定上述告警梯度值，以及异常梯度值。
——对发动机传动润滑系统进行磨损状态监测时，初始5次检测以告警梯度值50，异常梯度值120为统一标准进行报警；
——从第6次检测数据开始，采用时间窗和时间序列预测法，以前5次的检测数据为基础预测下一次的检测数据，将预测值抬升50和120作为该次检测数据的告警值和异常值。
采用磨粒铁谱量化值检测设备对某型军用航空发动机传动润滑系统的磨损状态进行初判，结合分析式铁谱磨粒图像专项识别、光谱分析等油液分析手段进行综合故障诊断，其流程见图7。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (21)
1.一种军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，收集故障军用航空发动机全周期信息，对军用航空发动机传动润滑系统磨损失效全过程进行监控，定期取滑油样用分析式铁谱对滑油中的磨粒进行分析，通过分析轴承失效前铁谱片上沉积的磨粒链，确定使用特定尺寸的磨粒浓度作为军用航空发动机磨损敏感特征参数；
S2，将滑油中具有上述军用航空发动机磨损敏感特征参数的特定尺寸的磨粒沉积下来并进行量化处理；
S3，根据滑油粘度、电磁铁励磁电流、滑油流速与磨粒沉积时间这几个参数，建立设备参数关联关系矩阵，通过关联矩阵简化降维与测试实验，形成适用于所述军用航空发动机传动润滑系统磨粒铁谱量化值检测设备的配置参数；
S4，以上述步骤S3中确定的检测设备的配置参数，对军用航空发动机滑油样检测结果进行统计分析，确定其告警梯度值，以及异常梯度值；
S5，对军用航空发动机传动润滑系统进行磨损状态监测时，使用上述告警梯度值，以及异常梯度值进行报警。
2.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S6，在确定军用航空发动机状态异常时，使用分析式铁谱磨粒图像专项识别、光谱分析手段，确定磨损部位。
3.如权利要求2所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，采用光谱分析来分析油液中的元素含量，以确定磨损部位材质；采用分析式铁谱磨粒图像专项识别来分析表面形貌，以确定磨损机理。
4.如权利要求3所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，采用如下原则确定磨损部位：若为铁磁性疲劳剥落磨粒，则磨损部位为轴承。
5.如权利要求3所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，采用如下原则确定磨损部位：若为铁磁性严重滑动磨粒，则磨损部位为附件机匣齿轮。
6.如权利要求3所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，采用如下原则确定磨损部位：若为铜切削磨粒，则磨损部位为滑油泵衬套。
7.如权利要求3所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，采用如下原则确定磨损部位：若为铝切削磨粒，则磨损部位为滑油泵螺旋头。
8.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S1中，所述定期取滑油样的时间为轴承失效前6小时、3小时、1小时。
9.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S1中，军用航空发动机磨损敏感特征参数的特定尺寸的磨粒浓度为10微米至20微米。
10.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S2中，将10微米至20微米的磨粒沉积下来并进行量化处理。
11.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S2中，通过磨粒铁谱量化值检测设备进行所述量化处理，该磨粒铁谱量化值检测设备由图像可视铁谱沉积模块、滑油样循环模块、电源模块、控制显示模块组成。
12.如权利要求11所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，磨粒铁谱量化值检测设备通过图像采集与特征计算获取图像区磨粒的特征，进而判断军用航空发动机的磨损状态。
13.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
S31，设定沉积时间为次要因素，以电磁铁励磁电流、滑油流速作为设备参数配置对滑油中有磨损敏感特征参数尺寸的磨粒进行沉积；
S32，根据图像采集区磨粒沉积情况，确定特定的励磁电流以及滑油流速，作为适合军用航空发动机的沉积参数；
S33，确定磨粒沉积时间，确定原则是，确保军用航空发动机正常磨损时有少量特征磨粒沉积，异常磨损时沉积的磨粒不重叠。
14.如权利要求13所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S31中，对滑油中10微米至20微米的磨粒进行沉积。
15.如权利要求13所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S32中，上述特定的励磁电流以及滑油流速的确定方法为，根据特征磨粒沉积在图像区的沉积效果，以及滑油流速的大小因素确定。
16.如权利要求15所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，在特征磨粒沉积在图像区的沉积效果近似的情况下，尽量选择较快的滑油流速。
17.如权利要求13所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S32中，确定特定的励磁电流以及滑油流速分别为励磁电流800安匝，滑油流速6ml/min。
18.如权利要求13所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S33中，通过实验确定磨粒沉积时间为2分钟。
19.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S4中，告警梯度值为50，异常梯度值为120。
20.如权利要求1所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，步骤S5中，初始5次检测以告警梯度值50，异常梯度值120为统一标准进行报警。
21.如权利要求20所述的军用航空发动机传动润滑系统磨损监控新方法，其特征在于，从第6次检测数据开始，采用时间序列预测的方法，以前5次的检测数据为基础预测下一次的检测数据，将预测值抬升50和120分别作为该次检测数据的告警值和异常值。
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