RU2285907C1 - Method of testing engines, machines, and mechanisms - Google Patents
Method of testing engines, machines, and mechanisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285907C1 RU2285907C1 RU2005113119/28A RU2005113119A RU2285907C1 RU 2285907 C1 RU2285907 C1 RU 2285907C1 RU 2005113119/28 A RU2005113119/28 A RU 2005113119/28A RU 2005113119 A RU2005113119 A RU 2005113119A RU 2285907 C1 RU2285907 C1 RU 2285907C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- particles
- wear
- wear particles
- engine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lubricants (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способам определения технического состояния двигателей, машин и механизмов по параметрам металлических частиц износа, обнаруженных в смазочном масле, топливной и иных специальных жидкостных системах и измеренных сцинтилляционным методом анализа.The present invention relates to methods for determining the technical condition of engines, machines and mechanisms by the parameters of metal wear particles detected in lubricating oil, fuel and other special fluid systems and measured by scintillation analysis method.
Известны различные способы оценки технического состояния двигателей, основанные на: анализе формы частиц износа; измерении содержания металлов в частицах износа; измерении индекса износа; измерении числа частиц износа в смазочном масле, топливе и специальных жидкостях (Первая международная конференция "Энергодиагностика". Сб. трудов. М., 1995 г., т.3 стр.120-152).There are various methods for assessing the technical condition of engines based on: analysis of the shape of wear particles; measuring the metal content of wear particles; wear index measurement; measuring the number of wear particles in lubricating oil, fuel, and special fluids (First International Conference "Energy Diagnostics". Collection of works. M., 1995, v. 3 pp. 120-152).
Известен способ оценки технического состояния двигателей по величине содержания металлов в смазочном масле (Аттестат методики измерения содержания продуктов изнашивания на установках типа МФС при диагностике авиадвигателей. М., ГосНИИ ГА, 1993 г., с.6-1), включающий отбор пробы смазочного масла из маслосистемы двигателя, определение содержания элементов и сравнение их с соответствующими предельно допустимыми значениями, по которым определяют техническое состояние двигателя.There is a method of evaluating the technical condition of engines by the amount of metals in lubricating oil (certificate of a methodology for measuring the content of wear products on MFS-type installations for the diagnosis of aircraft engines. M., GosNII GA, 1993, p.6-1), including sampling of lubricating oil from the engine oil system, determining the content of elements and comparing them with the corresponding maximum permissible values, which determine the technical condition of the engine.
Известен способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания (Патент РФ №2191362, G 01 M 15/00, 2002 г.), включающий измерение содержания продуктов изнашивания, находящихся в масле системы смазки двигателя, и определение скорости поступления железа в систему смазки, пробу масла отбирают из поддона картера двигателя, определяют массовую долю железа в масле, маслофильтре и на основании этих данных определяют эксплуатационную скорость поступления железа в систему смазки, а затем определяют ресурсную скорость по техническим характеристикам двигателя и установленным зависимостям изнашивания его деталей, сравнивают значения скоростей и по вычисленному коэффициенту судят о состоянии двигателя.A known method for diagnosing an internal combustion engine (RF Patent No. 2191362, G 01 M 15/00, 2002), comprising measuring the content of wear products in the oil of the engine lubrication system and determining the rate of iron in the lubrication system, an oil sample is taken from engine oil sump, determine the mass fraction of iron in the oil, oil filter and on the basis of these data determine the operational rate of iron in the lubrication system, and then determine the resource speed by the technical characteristics of the engine of the body and the established dependences of the wear of its parts, the values of the speeds are compared and the state of the engine is judged by the calculated coefficient.
Известен способ контроля состояния газотурбинного двигателя (Патент РФ №2164344, G 01 M 15/00, 2001 г.), включающий периодическое измерение частиц железа в смазочном масле масляной системы в процессе работы двигателя, определение пороговых значений содержания железа для нормального и повышенного износа, определение порогового значение содержания железа в пределах Сж=1,8-2,0 г/т и, при наличии дальнейшего роста содержания железа при нормальном износе и увеличении вибрации, прогнозирование предотказного состояния и установление времени наработки двигателя до этого состояния, равного 300-400 ч.A known method of monitoring the state of a gas turbine engine (RF Patent No. 2164344, G 01 M 15/00, 2001), including periodic measurement of iron particles in the lubricating oil of the oil system during engine operation, determining threshold values of the iron content for normal and increased wear, determination of the threshold value of the iron content in the range of Sr = 1.8-2.0 g / t and, if there is a further increase in the iron content under normal wear and vibration, predicting the precarious state and setting the operating time of the engine Gatel to this state, equal to 300-400 hours
Перечисленные выше аналоги, имеют ряд недостатков.The above analogues have a number of disadvantages.
Во-первых, при диагностике используется один основной диагностический параметр - содержание элементов (как правило, железа и меди) в смазочном масле, измеренное рентгеноспектральным анализатором БАРС-3, дополнительным параметром является уровень вибрации, измеренный прибором ИВУ-1М;Firstly, when diagnosing, one main diagnostic parameter is used - the content of elements (usually iron and copper) in the lubricating oil, measured by a BARS-3 X-ray analyzer, an additional parameter is the vibration level measured by the IVU-1M device;
Во-вторых, используемое при постановке диагноза смазочное масло двигателей теряет диагностическую информацию, из-за наличия в маслосистеме масляных фильтров, которые очищают масло, тем самым, уменьшая информативность масла и накапливая в себе информативные частицы износа. Причем, чем больше фильтрующая способность фильтра, тем меньше информативность масла. Примером могут служить последствия замены на ПС-90А маслофильтра МФС-94 с ячеей 40 мкм на фильтры «PALL» с ячеей 15 мкм (Техн. справка №34676. Двигатель ПС90А. Анализ статистики и диагностических признаков дефектов р/п ТВД).Secondly, the engine lubricant used in the diagnosis loses diagnostic information due to the presence of oil filters in the oil system that clean the oil, thereby reducing the information content of the oil and accumulating informative wear particles. Moreover, the greater the filtering ability of the filter, the lower the information content of the oil. An example is the consequences of replacing an MFS-94 oil filter with a mesh of 40 μm with a PALL filter with a mesh of 15 μm with a PS-90A (Technical Reference No. 34676. PS90A engine. Analysis of statistics and diagnostic signs of defects in a military theater).
В-третьих, в качестве пороговых значений выбирается уровень содержания железа, равный 1,8-2,0 г/т, в то время как величина предельного содержания элемента в масле зависит от типа дефекта.Thirdly, the level of iron content equal to 1.8-2.0 g / t is selected as threshold values, while the value of the limiting content of an element in oil depends on the type of defect.
Практика показывает, что применение для оценки технического состояния двигателя только одного параметра частиц износа (содержания железа) не является достаточным.Practice shows that the use of only one parameter of wear particles (iron content) to assess the technical condition of the engine is not sufficient.
Наиболее вероятными дополнительными причинами низкой эффективности спектральных методов анализа являются:The most likely additional reasons for the low efficiency of spectral analysis methods are:
- недостаточная чувствительность к диапазону измеряемых размеров частиц. Так, известно, что эмиссионные спектральные методы «видят» частицы размером до 1-10 мкм, рентгеноспектральные - в диапазоне от 5 до 30 мкм, что связано со спецификой пробоподготовки (Степанов В.А. Разработка и исследование методов и средств комплексной диагностики...по параметрам продуктов износа в масле. Автореферат док. дисс., М., 2000; Техническая справка №38064. Оценка эффективности ПО «Износ 1-3»).- insufficient sensitivity to the range of measured particle sizes. So, it is known that emission spectral methods “see” particles up to 1-10 microns in size, X-ray spectral - in the range from 5 to 30 microns, which is associated with the specifics of sample preparation (Stepanov VA Development and research of methods and means of complex diagnostics .. .about the parameters of wear products in oil. Abstract of abstract doc. diss., M., 2000; Technical information No. 38064. Evaluation of the effectiveness of the software "Depreciation 1-3").
- характерный уровень содержания элементов основы сплавов (Fe, Cu, Al) в масле исправного авиационного двигателя составляет менее 1.0 г/т. Очевидно, что величина содержания легирующих элементов, например, в сталях будет в 5-10 раз меньше, чем основы сплава. Предел обнаружения элементов спектральными методами (эмиссионным и рентгеноспектральным), в лучшем случае, составляет 0,5 г/т (Крекнин Ю.С. Раннее диагностирование двигателей методом рентгеноспектрального определения продуктов изнашивания в работавших маслах. Сб. «Энергодиагностика и Condition Monitoring», т.3, М., 2001, с.152-161., тех. справка №2-03 ДТ). Отсюда видно, что измерение содержания металлов основы сплавов, не говоря уже о содержании легирующих элементов, ведется на пределе обнаружения элементов данными методами. В таких случаях, погрешность измерения содержание элементов может составлять сотни процентов (Зильберштейн Х.И. Спектральный анализ чистых веществ. Л., Химия, 1971, 415 с.).- the characteristic level of the content of the base elements of the alloys (Fe, Cu, Al) in the oil of a working aircraft engine is less than 1.0 g / t. It is obvious that the content of alloying elements, for example, in steels will be 5-10 times less than the basis of the alloy. The detection limit of elements by spectral methods (emission and X-ray spectral), in the best case, is 0.5 g / t (Kreknin Yu.S. Early engine diagnostics by X-ray spectral determination of wear products in working oils. Sat “Energy Diagnostics and Condition Monitoring”, t .3, M., 2001, p. 152-161., Technical certificate No. 2-03 DT). This shows that the measurement of the metal content of the base alloys, not to mention the content of alloying elements, is carried out at the limit of detection of elements by these methods. In such cases, the measurement error of the content of elements can be hundreds of percent (Silberstein, Kh.I. Spectral analysis of pure substances. L., Chemistry, 1971, 415 pp.).
- отсутствие корректных способов по установлению допустимых граничных значений по параметрам частиц износа, при которых двигатель (допускается) отстраняется от эксплуатации.- the lack of correct methods for establishing acceptable boundary values for the parameters of wear particles, in which the engine (allowed) is removed from operation.
Имеется еще несколько важных факторов, влияющих на эффективность диагностирования, которые не учитывались ранее при создании технологии диагностирования:There are several other important factors affecting the effectiveness of diagnosis, which were not previously considered when creating the diagnostic technology:
- информация о параметрах частиц износа, накапливаемых на масляных фильтрах;- information on the parameters of the wear particles accumulated on oil filters;
- особенности конструкции маслосистемы двигателей по подводу и откачке масла от смазываемых узлов трения;- design features of the engine oil system for supplying and pumping oil from lubricated friction units;
- влияние размеров ячеек основного и дополнительных масляных фильтров на значение стационарного содержания элементов в масле, а также количество диагностической информации остающейся в масле после его фильтрации.- the influence of the cell sizes of the main and additional oil filters on the value of the stationary content of elements in the oil, as well as the amount of diagnostic information remaining in the oil after its filtration.
Указанные недостатки определяют низкую эффективность использования перечисленных выше ближайшего аналога и других способов оценки технического состояния двигателей, что может привести к пропуску неисправности двигателя или, наоборот, к необоснованному съему двигателя с эксплуатации.These shortcomings determine the low efficiency of using the closest analogue listed above and other methods for assessing the technical condition of engines, which can lead to missed engine malfunctions or, conversely, to unreasonable removal of the engine from operation.
Ближайшим аналогом является способ диагностики состояния двигателей (Патент РФ №2216717, 2003 г.). Способ заключается в том, что предварительно подготовленную пробу масла вводят в спектральный источник света со скоростью, обеспечивающей с заданной вероятностью раздельную во времени регистрацию сигналов от каждой частицы анализируемой примеси, при этом вводят пробу в виде аэрозоля путем распыления в плазмотрон, регистрируют оптические сигналы излучения одновременно по двум или более измерительным каналам, каждый из которых настроен на аналитическую линию излучения своего химического элемента, преобразуют оптические сигналы в электрические, измеряют их, определяют по величине импульсных и равновесного сигналов и градуировочным характеристикам, содержание элементов, находящихся в пробе отдельно в виде частиц износа и в виде раствора, а для частиц износа, импульсные сигналы от которых зарегистрированы по двум и более каналам, определяют их элементный состав, полученные результаты используют для оценки состояния двигателя и его узлов, дополнительно по результатам предыдущих диагностических исследований этого двигателя строят временные тренды параметров частиц износа (содержание элементов, числа и состава частиц, показателя крупности), при наличии выраженного максимума на тренде, делают смыв осадка масляного фильтра, проводят анализ смыва, средний размер частиц износа, смытых с фильтра, сравнивают с размером частиц износа в масле, сравнивают относительное содержание металлов в масле, в смыве, сравнивают количество и состав сложных частиц износа в масле и в смыве, по полученным результатам сравнения параметров частиц износа в масле и смыве с масляного фильтра, и с учетом сравнения параметров частиц износа для среднестатистического исправного двигателя, делают заключение о состоянии исследуемого двигателя.The closest analogue is a method for diagnosing the condition of engines (RF Patent No. 2216717, 2003). The method consists in the fact that a pre-prepared oil sample is injected into the spectral light source at a speed that provides, with a given probability, time-independent registration of signals from each particle of the analyzed impurity, while the sample is introduced in the form of an aerosol by spraying into a plasma torch, optical radiation signals are recorded simultaneously through two or more measuring channels, each of which is tuned to the analytical line of radiation of its chemical element, they convert optical signals in tric, measure them, determine the value of the pulse and equilibrium signals and the calibration characteristics, the content of elements that are in the sample separately in the form of wear particles and in the form of a solution, and for wear particles, the pulse signals from which are recorded through two or more channels, determine them elemental composition, the results are used to assess the condition of the engine and its components, in addition, according to the results of previous diagnostic studies of this engine, temporary trends of particle parameters are built and intake (element content, number and composition of particles, particle size index), if there is a pronounced maximum on the trend, flush the sediment of the oil filter, analyze the flush, the average size of the wear particles washed from the filter, compare with the size of the wear particles in the oil, compare the relative the metal content in the oil, in the flush, compare the number and composition of complex wear particles in the oil and in the flush, according to the results of comparing the parameters of the wear particles in the oil and flush with the oil filter, and taking into account the comparison of the parameters of the part wear for the average serviceable engine, conclude on the status of the test engine.
Недостатком ближайшего аналога является следующее.The disadvantage of the closest analogue is the following.
При нормальном износе агрегатов исправного двигателя в маслосистему выделяется небольшое количество простых, состоящих из одного элемента, частиц износа металлов основы сплава. Величина содержания элементов основы сплавов (Fe, Cu, Mg) в масле исправного авиационного двигателя чаще всего составляет менее 0,50 г/т при количестве простых частиц износа каждого элемента порядка сотни штук в 1 см3 пробы масла. Количество частиц износа легирующих элементов (Cr, Ni) в этой же пробе масла измеряется единицами, а ванадий в пробах масла слитых с коробки приводов (КП) исправных двигателей вообще отсутствует. Только с началом развития дефекта, например, подшипников, изготовленных из легированной стали ЭИ347-Ш, в пробах масла, наряду с простыми частицами износа, содержащими элементы основы сплавов, обнаруживаются сложные частицы износа, состоящие из нескольких элементов типа Cr-Fe, Ni-Fe, Cr-Ni и только при значительном износе наряду с отмеченными частицами обнаруживаются частицы износа полного состава типа Cr-Ni-Fe, Cr-Fe-V, Fe-Cr-Ni-V и т.д. Наряду с повышенным износом беговых дорожек, в случае возникновения дефекта, наблюдается и повышенный износ сепаратора данного подшипника, который проявляется через обнаружение частиц износа типа Fe-Cu (бронзовый сепаратор) и Cu-Ag, Fe-Ag, Fe-Cu-Ag (бронзовый сепаратор с серебряным покрытием), а также частиц износа полного состава типа Cr-Ni-Fe-V, Cr-Ni-Fe-Cu-Ag-V.Under normal wear and tear of the units of a serviceable engine, a small amount of simple, one-element particles of metal wear of the alloy base is released into the oil system. The content of the base elements of alloys (Fe, Cu, Mg) in the oil of a working aircraft engine most often is less than 0.50 g / t with the number of simple wear particles of each element of the order of hundreds of pieces in 1 cm 3 of oil sample. The number of wear particles of alloying elements (Cr, Ni) in the same oil sample is measured in units, and vanadium in oil samples of serviceable engines drained from the drive box (KP) is generally absent. Only with the onset of the development of a defect, for example, bearings made of alloy steel EI347-Sh, in oil samples, along with simple wear particles containing elements of the alloy base, complex wear particles consisting of several elements of the type Cr-Fe, Ni-Fe are found , Cr-Ni, and only with significant wear, along with the noted particles, are wear particles of a complete composition such as Cr-Ni-Fe, Cr-Fe-V, Fe-Cr-Ni-V, etc. Along with increased wear of the treadmills, in the event of a defect, increased wear of the bearing cage is also observed, which is manifested through the detection of wear particles such as Fe-Cu (bronze separator) and Cu-Ag, Fe-Ag, Fe-Cu-Ag (bronze silver-coated separator), as well as full-wear particles of the Cr-Ni-Fe-V, Cr-Ni-Fe-Cu-Ag-V type.
Таким образом, имеется ряд важных факторов, влияющих на эффективность диагностирования, которые не учитывались ранее при создании технологии диагностирования:Thus, there are a number of important factors affecting the effectiveness of diagnosis, which were not previously considered when creating the diagnostic technology:
- отсутствие информации о последовательности поступления частиц износа в масло с развитием дефекта;- lack of information on the sequence of entry of wear particles into the oil with the development of the defect;
- отсутствие информация о параметрах частиц износа, накапливаемых на масляных фильтрах;- lack of information about the parameters of the wear particles accumulated on oil filters;
- низкий уровень диагностической информации остающейся в масле после его фильтрации;- low level of diagnostic information remaining in the oil after its filtration;
- влияние размеров ячеек основного и дополнительных масляных фильтров на значение стационарного содержания элементов в масле;- the influence of the cell sizes of the main and additional oil filters on the value of the stationary content of elements in the oil;
Указанные недостатки определяют низкую эффективность использования перечисленных выше ближайшего аналога и других способов оценки технического состояния двигателей, что может привести к пропуску неисправности двигателя или, наоборот, к необоснованному съему двигателя с эксплуатации.These shortcomings determine the low efficiency of using the closest analogue listed above and other methods for assessing the technical condition of engines, which can lead to missed engine malfunctions or, conversely, to unreasonable removal of the engine from operation.
Задачей данного изобретения является создание способа, позволяющего повысить точность оценки технического состояния двигателей за счет более полного использования диагностической информации о частицах износа (измеряется более 60 параметров частиц износа) получаемой, как из смазочного масла, так и с масляных фильтров двигателей.The objective of this invention is to provide a method to improve the accuracy of the assessment of the technical condition of engines due to the more complete use of diagnostic information about wear particles (more than 60 parameters of wear particles are measured) obtained both from lubricating oil and from engine oil filters.
Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки технического состояния двигателей, машин и механизмов, включающем определение содержания элементов, находящихся в пробе масла и в пробе смыва с масляного фильтра отдельно в виде частиц износа и в виде раствора, при этом определяют средний размер частиц износа, смытых с фильтра, сравнивают с размером частиц износа в масле, сравнивают относительное содержание металлов в масле и в смыве, сравнивают количество и состав сложных частиц износа в масле и в смыве, по полученным результатам сравнения параметров частиц износа в масле и смыве с фильтра, и с учетом сравнения параметров частиц износа для среднестатистического исправного двигателя, делают заключение о состоянии исследуемого двигателя.The problem is achieved in that in a method for assessing the technical condition of engines, machines and mechanisms, including determining the content of elements in a sample of oil and in a sample of flushing from the oil filter separately in the form of wear particles and in the form of a solution, the average size of wear particles is determined in this case washed from the filter, compared with the size of the wear particles in the oil, compare the relative metal content in the oil and in the wash, compare the number and composition of complex wear particles in the oil and in the wash, according to the results alignment parameters of wear particles in the oil and flushing the filter, and taking into account the comparison of wear particles parameters for the average serviceable engine, conclude on the status of the test engine.
Новым является то, что дополнительно в пробе смыва с маслофильтра измеряют абсолютные параметры частиц износа, по которым рассчитывают приведенные диагностические параметры: рейтинги простых и сложных частиц износа, общий показатель износа - отношение количества сложных частиц к количеству простых частиц в пробе, показатели износа для частиц всех определяемых элементов; выявление дефектного узла и оценку его технического состояния осуществляют с учетом состава и количества простых и сложных частиц в пробе масла и смыва с маслофильтра, отношения количества сложных частиц к количеству простых части износа в пробе смыва, вероятности появления и вклада в общее число частиц износа сложных частиц, содержащих легирующие элементы, отдельно для пробы масла и пробы смыва с маслофильтра, и с учетом технологической карты двигателя, указывающей состав сплавов используемых в различных узлах.New is that in addition to the washout sample from the oil filter, the absolute parameters of wear particles are measured, which are used to calculate the following diagnostic parameters: ratings of simple and complex wear particles, the total wear indicator is the ratio of the number of complex particles to the number of simple particles in the sample, wear indicators for particles all defined elements; identification of a defective unit and assessment of its technical condition is carried out taking into account the composition and number of simple and complex particles in the oil sample and flush with the oil filter, the ratio of the number of complex particles to the number of simple parts of wear in the flush sample, the probability of occurrence and contribution to the total number of wear particles of complex particles containing alloying elements, separately for oil samples and flushing samples from the oil filter, and taking into account the technological flow chart of the engine, indicating the composition of the alloys used in various nodes.
Одновременно регистрируют растворенный металл и металл, находящийся в частицах износа.At the same time, dissolved metal and metal in the wear particles are recorded.
Регистрируют (оценивают) последовательность появления частиц износа, от простых, состоящих из одного элемента до сложных - характеризующих полный состав сплава.Record (evaluate) the sequence of occurrence of wear particles, from simple ones, consisting of one element to complex ones, characterizing the full composition of the alloy.
Граничные значения параметров частиц износа в масле и смыве с маслофильтра рассчитывают с учетом закона распределения результатов их измерения.The boundary values of the parameters of the wear particles in the oil and flush with the oil filter are calculated taking into account the law of distribution of the results of their measurement.
Учитывают уровень снижения равновесной концентрации частиц износа с уменьшением размера ячеек основного маслофильтра.Take into account the level of decrease in the equilibrium concentration of wear particles with a decrease in the cell size of the main oil filter.
В случае двухконтурной системы смазки и применения одного маслофильтра отбор проб производят с маслофильтра и отдельно с обоих контуров маслосистемы.In the case of a dual-circuit lubrication system and the use of one oil filter, sampling is performed from the oil filter and separately from both circuits of the oil system.
То есть, дополнительно, измеряют значение 6-ти абсолютных параметров частиц износа для каждого анализируемого элемента в масле и 6-ти относительных параметров частиц износа, смытых с маслофильтра. Такое количество информации о частицах износа позволяет выявить дефект независимо от типа изнашивания. Например, при износе шлицевых соединений повышенное значение имеет только содержание железа в субмикронных частицах износа размером менее 2 мкм. При износе беговых дорожек подшипников повышенные параметры могут показывать содержание железа в частицах микронного размера, либо показатель износа и рейтинг сложных частиц износа, либо одновременно несколько параметров. Регистрация одновременно растворенного металла и металла, находящегося в частицах износа дает дополнительную информацию о дефекте на ранней стадии его развития.That is, in addition, measure the value of 6 absolute parameters of wear particles for each analyzed element in oil and 6 relative parameters of wear particles washed off the oil filter. Such a quantity of information on wear particles makes it possible to identify a defect regardless of the type of wear. For example, when splined joints wear, only the iron content in the submicron wear particles with a size of less than 2 microns is of increased importance. When the racetracks of the bearings are worn, the increased parameters can indicate the iron content in micron-sized particles, either the wear indicator and the rating of complex wear particles, or several parameters at the same time. Registration of both dissolved metal and metal in wear particles provides additional information about the defect at an early stage of its development.
Выявление неисправного (дефектного) узла осуществляется с учетом технологической карты двигателя, указывающей состав используемых в различных узлах сплавов. Кроме того, решение о дальнейшей эксплуатации двигателя, как и отстранение его от эксплуатации принимается с учетом выявленного дефектного узла и уровня граничных значений параметров частиц износа, регламентирующих безопасную работу именно этого узла и двигателя в целом.Identification of a faulty (defective) unit is carried out taking into account the technological map of the engine, indicating the composition of the alloys used in various nodes. In addition, the decision on the further operation of the engine, as well as its removal from operation, is made taking into account the identified defective assembly and the level of boundary values of the wear particles, which regulate the safe operation of this particular assembly and the engine as a whole.
Граничные значения устанавливались по измеренным сцинтилляционным методом параметрам частиц износа, находящихся в маслосистемах большого количества исправных двигателей. Иными словами, создавался статистический «образ» исправного двигателя. При этом учитывались тип двигателя, наработка после последнего ремонта (ППР) и вероятность появления того или иного параметра в исправном двигателе, а также закон распределения результатов измерения параметров частиц износа в пробах масла и смыва с маслофильтра. При оценке технического состояния маслосистемы двигателей выявлялось отличие «образа» диагностируемого двигателя от исправного среднестатистического двигателя данного типа при данной наработке.The boundary values were established by the parameters of wear particles measured in the oil systems of a large number of serviceable engines, measured by the scintillation method. In other words, a statistical “image” of a working engine was created. In this case, the type of engine, operating hours after the last repair (PPR) and the probability of the appearance of a parameter in a serviceable engine, as well as the law of the distribution of the results of measuring the parameters of wear particles in oil samples and flushing from the oil filter, were taken into account. When assessing the technical condition of the engine oil system, a difference was revealed in the “image” of the diagnosed engine from a working average statistical engine of this type at a given operating time.
«Образ» среднестатистического эталонного двигателя формировался по всем параметрам частиц износа, измеренных сцинтилляционным методом в пробах масел, слитых с коробки приводов и смывов с маслофильтров. Пробы масел и смывов с маслофильтров отбирались с исправных двигателей в условиях эксплуатации.The “image” of the average reference engine was formed by all parameters of the wear particles measured by the scintillation method in samples of oils drained from the drive box and washes from oil filters. Samples of oils and washes from oil filters were taken from serviceable engines under operating conditions.
Параметры частиц износа, участвующих в построении «образа» среднестатистического исправного двигателя:Parameters of wear particles involved in the construction of the "image" of an average operational engine:
Наиболее ответственным моментом в определении граничных значений является установление закона распределения результатов измерения параметров частиц износа. Поэтому граничные значения устанавливались с учетом закона распределения измеряемых параметров. Далее находилась функция перехода к нормальному распределению параметров частиц износа и рассчитывались их основные моменты: 
При оценке технического состояния двигателя величину измеренных параметров частиц износа, содержащихся в анализируемой пробе масла диагностируемого двигателя, 
Для проб смыва с маслофильтра модели учитывают тип двигателя и рассчитывают для наработок 0-700 часов (этап приработки двигателя) и наработок более 700 часов.For flushing samples from the oil filter, the models take into account the type of engine and are calculated for operating hours of 0-700 hours (engine running-in stage) and operating hours of more than 700 hours.
В моделях введены следующие обозначения:
Среднеквадратическое отклонение σ зависит от индивидуальных особенностей двигателя и условий его эксплуатации, а также от погрешности результатов сцинтилляционного анализа:The standard deviation σ depends on the individual characteristics of the engine and its operating conditions, as well as on the error of the results of scintillation analysis:
σ2=σ2 индивид+σ2 анализа,σ 2 = σ 2 individual + σ 2 analysis ,
где σ2 - дисперсия распределения параметров для исправных двигателей, σ2 индивид - дисперсия распределения параметров, образующаяся за счет индивидуальных особенностей двигателей;where σ 2 is the variance of the distribution of parameters for serviceable engines, σ 2 individual is the variance of the distribution of parameters formed due to the individual characteristics of the engines;
σ2 анализа - дисперсия, характеризующая погрешность анализа.σ 2 analysis - the variance characterizing the error of analysis.
Причем σ2 индивид>σ2 анализа.Moreover, σ 2 individual > σ 2 analysis .
Величины параметров частиц износа (
Параметры частиц износа пробы смыва с маслофильтра сравнивали с соответствующими модельными параметрами для данного типа двигателя с учетом приработки двигателя.The parameters of the wear particles of the flush sample from the oil filter were compared with the corresponding model parameters for this type of engine, taking into account the engine running-in.
При этом результат измерения 
По всем параметрам частиц износа приняты следующие основные критерии оценки:For all parameters of wear particles, the following main evaluation criteria have been adopted:
При нормальном изнашивании в масло генерируются, в основном, простые частицы износа. При этом число сложных частиц на один - два порядка ниже, чем число простых частиц. Вероятность появления сложных частиц износа, отражающих составы сплавов типа Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-W-V и др. в пробе масла исправного двигателя составляет менее 0,01. С увеличением износа вероятность появления сложных частиц износа и их количество увеличивается, и с развитием дефекта появляются единичные частицы износа полного состава сплава типа Cr-Ni-Fe-W-V, и даже сложные частицы износа, образовавшиеся в результате механического соединения друг с другом типа Cr-Ni-Fe-W-V-Cu-Al, в случае дефекта роликоподшипников с напыленным слоем серебра на бронзовый сепаратор. Поэтому обнаружение в пробе масла даже нескольких таких сложных частиц, а также регулярная их регистрация с увеличением наработки может являться признаком развития дефекта.With normal wear, mostly simple wear particles are generated in the oil. The number of complex particles is one to two orders of magnitude lower than the number of simple particles. The probability of the appearance of complex wear particles, reflecting the compositions of alloys of the type Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-W-V, etc. in the oil sample of a working engine is less than 0.01. With increasing wear, the probability of occurrence of complex wear particles and their number increases, and with the development of the defect, single wear particles of the full composition of an alloy of the Cr-Ni-Fe-WV type and even complex wear particles resulting from mechanical bonding with each other of the Cr- type appear Ni-Fe-WV-Cu-Al, in the case of defective roller bearings with a sprayed layer of silver on a bronze cage. Therefore, the detection in an oil sample of even several such complex particles, as well as their regular registration with an increase in operating time, may be a sign of a defect.
Существует несколько основных типов дефектов, которые различаются как по скорости их развития, так и по уровню параметров частиц износа в пробах масла и смыва:There are several main types of defects that differ both in the rate of their development and in the level of parameters of wear particles in oil and flush samples:
1. Повышенный износ зубчатых колес - развитие дефекта до предотказного состояния протекает относительно медленно (300-400 часов) и сопровождается повышенным уровнем содержания в субмикронных износных частицах железа - СP, которое может достигать 5-6 г/т, параметры частиц износа остальных элементов, в том числе и сложных частиц, как правило, не превышают нормы.1. Increased wear of gears - the development of a defect to a pre-failure state proceeds relatively slowly (300-400 hours) and is accompanied by an increased level of iron in the submicron wear particles - С P , which can reach 5-6 g / t, parameters of the wear particles of the remaining elements , including complex particles, as a rule, do not exceed the norm.
2. Дефекты подшипников трансмиссии - информация о дефекте содержится, как правило, в частицах износа накапливаемых на основном маслофильтре. При этом в большом количестве обнаруживаются сложные частицы износа. Например, при повышенном износе подшипников, изготовленных из стали ШХ-15 с бронзовым посеребренным сепаратором -частицы износа типа Fe-Ni, Cr-Ni, Fe-Cr, Cu-Ag, а также частицы износа состава Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-Cu-Ag. Следует отметить, что при возникновении дефекта в трансмиссионных подшипниках в пробе масла параметры частиц износа невелики и, в частности, при досрочном съеме двигателя по дефекту подшипника трансмиссии содержание железа не превышает 1,0-1,5 г/т. Поэтому, при оценке технического состояния двигателя только по величине содержания железа в масле всегда имеет место большая вероятность пропуска дефекта.2. Transmission bearing defects - information about the defect is contained, as a rule, in the wear particles accumulated on the main oil filter. Moreover, a large number of complex particles of wear are found. For example, with increased wear of bearings made of ShKh-15 steel with a bronze silver-plated cage, wear particles of the type Fe-Ni, Cr-Ni, Fe-Cr, Cu-Ag, as well as wear particles of the composition Fe-Cr-Ni, Fe- Cr-Ni-Cu-Ag. It should be noted that in the event of a defect in the transmission bearings in the oil sample, the parameters of the wear particles are small and, in particular, when the engine is prematurely removed due to the transmission bearing defect, the iron content does not exceed 1.0-1.5 g / t. Therefore, when assessing the technical condition of the engine only by the iron content in the oil, there is always a high probability of missing a defect.
3. Дефекты подшипников и агрегатов в коробках приводов - развитие дефекта характеризуется повышением содержания железа и меди в пробе масла, в смыве наблюдаются частицы износа полного состава, характеризующие повышенный износ подшипников, либо частицы, характеризующие износ маслоагрегатов, а также частицы износа типа Me-Fe-Cu, характеризующие повышенный износ сепараторов подшипников коробок приводов.3. Defects of bearings and assemblies in drive boxes - the development of a defect is characterized by an increase in the content of iron and copper in the oil sample, in the washout there are full wear particles characterizing increased bearing wear, or particles characterizing oil unit wear, as well as Me-Fe type wear particles -Cu, characterizing the increased wear of bearing cages of drive boxes.
Пример.Example.
В качестве примера рассмотрим динамику поступления частиц износа в маслосистему двигателя имевшего износ хромированного покрытия и основного материала посадочного места под роликоподшипник на шестерне горизонтального валика привода и внутреннего кольца роликоподшипника.As an example, we consider the dynamics of the arrival of wear particles in the engine oil system of a chromed coating that has wear and the main material of the seat for the roller bearing on the gear of the horizontal drive roller and the inner ring of the roller bearing.
Протоколы результатов анализа проб масел и смывов с маслофильтра приведены в приложении 2.The protocols of the results of the analysis of samples of oils and washes from the oil filter are given in Appendix 2.
Приведенные в протоколах величины более 40 параметров частиц износа в маслосистеме двигателя, в том числе и содержание элементов, сравниваются с граничными значениями этих параметров в статистической модели исправного двигателя (Приложение 1).The values given in the protocols of more than 40 parameters of wear particles in the engine oil system, including the content of elements, are compared with the boundary values of these parameters in the statistical model of a working engine (Appendix 1).
Для упрощения в таблице 1 приведены только те параметры, которые изменяются с наработкой в процессе развития дефекта. Параметры, превышающие уровень 2σ статистической модели исправного двигателя, выделены одной звездочкой, а 3σ - двумя.To simplify, table 1 shows only those parameters that change with the time worked during the development of the defect. Parameters that exceed the level 2σ of the statistical model of a working engine are highlighted with one asterisk, and 3σ with two.
Как видно из таблицы 1, при наработке ППР, равной 2608 час параметры частиц износа в масле и в смыве имеют низкий уровень. Число частиц железа в пробе масла объемом 1 см3 не превышает 16, а легирующих элементов Cr и Ni - 3. Сложные частицы износа практически отсутствуют (протокол №1). В смыве (протокол №2) рейтинги сложных частиц невелики, однако настораживает величина показателя износа частиц хрома и рейтинга частиц Ni-Fe, уровень которых превышает 3σ.As can be seen from table 1, when the production time of PPR equal to 2608 hours, the parameters of the wear particles in the oil and in the flush are low. The number of iron particles in an oil sample of 1 cm 3 volume does not exceed 16, and that of Cr and Ni alloying elements - 3. Complex wear particles are practically absent (protocol No. 1). In flush (protocol No. 2), the ratings of complex particles are small, but the magnitude of the wear indicator of chromium particles and the rating of Ni-Fe particles, the level of which exceeds 3σ, are alarming.
При наработке 2633 часа наблюдается повышенный износ хромового покрытия посадочного места вала под роликоподшипник, что вызывает резкое возрастание количества частиц хрома (107 см-3) и его содержания (1,73 г/т). Повышается содержание железа в растворенной форме (0,75 г/т). Поскольку идет процесс истирания, большая часть металла (хрома и железа) содержится в субмикронных частицах износа (значительно меньше 2 мкм) и растворе. Появились сложные частицы износа, содержащие легирующий элемент. Параметры частиц износа в смыве в пределах нормы.At an operating time of 2633 hours, increased wear of the chrome coating of the shaft seat under the roller bearing is observed, which causes a sharp increase in the number of chromium particles (107 cm -3 ) and its content (1.73 g / t). The iron content in dissolved form increases (0.75 g / t). Since the attrition process is underway, most of the metal (chromium and iron) is contained in submicron wear particles (significantly less than 2 microns) and the solution. Complex wear particles containing an alloying element appeared. The parameters of the particles of wear in the flush within normal limits.
При ППР 2646 час хромовое покрытие выработалось и стали вырабатываться собственно тела посадочного места и обойма роликоподшипника, изготовленные из легированной стали. При этом в пробе масла количество частиц хрома и его содержание снизились (см. таблицу 1 и протокол №5), а количество частиц железа возросло (72 см-3) и содержание Fe составило (6,11 г/т). Как и в случае хрома, большая часть металла (5,93 г/т) находится в субмикронных частицах, что подтверждает наличие износа истиранием. В пробе смыва превышение параметров частиц износа не наблюдается (протокол №6).With a PPR of 2646 hours, a chrome coating was developed and the actual bodies of the seat and the cage of the roller bearing made of alloy steel began to be developed. At the same time, in the oil sample, the number of chromium particles and its content decreased (see table 1 and protocol No. 5), while the number of iron particles increased (72 cm -3 ) and the Fe content was (6.11 g / t). As in the case of chromium, most of the metal (5.93 g / t) is in submicron particles, which confirms the presence of wear by abrasion. In the washout sample, excess of the parameters of the wear particles is not observed (protocol No. 6).
С увеличением наработки (ППР 2656 часов) развитие дефекта продолжается, износ вала переходит в другую стадию - выкрашивание, размеры частиц износа растут и они начинают задерживаться элементами маслофильтра. Содержание элементов в пробе масла снижается, и, казалось бы, развитие дефекта пошло на убыль, однако увеличение рейтингов частиц износа в пробе смыва с маслофильтра свидетельствует об обратном. Частицы износа, генерируемые в маслосистему, укрупнились и стали осаждаться на маслофильтре. В пробе смыва в большом количестве (значительно возросли рейтинги) зарегистрированы частицы износа, содержащие легирующие элементы типа Ni-Fe, Cr-Ni-Fe, Cr-Fe (см. таблицу 1 и протоколы №7 и №8). Дефект переходит в неисправность, возникает необходимость снятия двигателя с эксплуатации.With an increase in operating time (PPR 2656 hours), the development of the defect continues, the wear of the shaft goes to another stage - chipping, the size of the wear particles grow and they begin to be delayed by the elements of the oil filter. The content of elements in the oil sample is reduced, and, it would seem, the development of the defect has waned, however, an increase in the ratings of wear particles in the wash sample from the oil filter indicates the opposite. The wear particles generated in the oil system were enlarged and began to settle on the oil filter. In the washout sample in large quantities (ratings increased significantly), wear particles containing alloying elements such as Ni-Fe, Cr-Ni-Fe, Cr-Fe were recorded (see table 1 and protocols No. 7 and No. 8). The defect becomes a malfunction; there is a need to decommission the engine.
Как показывает приведенный пример, развитие указанного дефекта начиналось с повышенного износа истиранием, когда практически весь металл находился в виде субмикронных частиц износа. В маслосистему генерировались, в основном, простые частицы износа, и только в предотказном состоянии двигателя в маслосистему генерировались достаточно крупные частицы износа, которые хорошо улавливались маслофильтром. В связи с этим, позиция, когда при оценке технического состояния двигателя отбрасывается какой-либо диапазон размеров частиц износа, недопустима. Применение маслофильтра PALL с эффективным размером ячеи 15 мкм значительно снижает количество частиц износа в масле, снижается стационарное содержание элементов и количество сложных частиц износа. Количество частиц износа, накапливаемое на маслофильтре, значительно увеличивается, возрастает представительность частиц различных составов и уровня их параметров, тем самым увеличивается достоверность определения дефектного узла по составам частиц износа и, следовательно, увеличивается вероятность принятия адекватного решения о дальнейшей эксплуатации (прекращения эксплуатации) двигателя.As the above example shows, the development of this defect began with increased wear by abrasion, when almost all the metal was in the form of submicron wear particles. Basically, simple wear particles were generated in the oil system, and only in the precarious state of the engine did sufficiently large wear particles generate in the oil system, which were well captured by the oil filter. In this regard, the position when in evaluating the technical condition of the engine any range of sizes of wear particles is discarded is unacceptable. The use of a PALL oil filter with an effective mesh size of 15 μm significantly reduces the number of wear particles in the oil, and the stationary content of elements and the number of complex wear particles decrease. The number of wear particles accumulated on the oil filter increases significantly, the representativeness of particles of various compositions and the level of their parameters increases, thereby increasing the reliability of determining the defective assembly according to the compositions of the wear particles, and, therefore, the likelihood of making an adequate decision on further operation (decommissioning) of the engine increases.
Предлагаемый способ значительно повышает точность оценки технического состояния двигателей за счет более полного использования диагностической информации о частицах износа.The proposed method significantly improves the accuracy of assessing the technical condition of engines due to a more complete use of diagnostic information about wear particles.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1ANNEX 1
Тип двигателя ПС90А Тип пробы масло ППР 2000-3000 часModel No. 14
Engine type PS90A Sample type PPR oil 2000-3000 hours
Тип двигателя ПС90А Тип пробы смыв PALL ППР 700-10000Model No. 38
Engine type PS90A Sample type flushing PALL PPR 700-10000
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113119/28A RU2285907C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Method of testing engines, machines, and mechanisms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113119/28A RU2285907C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Method of testing engines, machines, and mechanisms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2285907C1 true RU2285907C1 (en) | 2006-10-20 |
Family
ID=37437968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005113119/28A RU2285907C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Method of testing engines, machines, and mechanisms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285907C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560864C2 (en) * | 2012-07-25 | 2015-08-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Method to monitor machines with rotating shafts |
| RU2649095C2 (en) * | 2013-09-12 | 2018-03-29 | Герт ХОРСТМЕЙЕР | Method and device for the analysis of oils and technical service fluids and for the qualified evaluation of the operating states of elements |
| RU2677490C2 (en) * | 2016-10-14 | 2019-01-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" | Method and device for monitoring the condition of dynamic equipment |
-
2005
- 2005-04-29 RU RU2005113119/28A patent/RU2285907C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560864C2 (en) * | 2012-07-25 | 2015-08-20 | Альстом Текнолоджи Лтд | Method to monitor machines with rotating shafts |
| RU2649095C2 (en) * | 2013-09-12 | 2018-03-29 | Герт ХОРСТМЕЙЕР | Method and device for the analysis of oils and technical service fluids and for the qualified evaluation of the operating states of elements |
| RU2677490C2 (en) * | 2016-10-14 | 2019-01-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" | Method and device for monitoring the condition of dynamic equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11467143B2 (en) | Method and system for failure prediction using lubricating fluid analysis | |
| US11016076B2 (en) | Evaluation of component condition through analysis of material interaction | |
| US10920606B2 (en) | Method and system for diagnosing a condition of an engine using lubricating fluid analysis | |
| RU2285907C1 (en) | Method of testing engines, machines, and mechanisms | |
| Dempsey | Gear damage detection using oil debris analysis | |
| CN114636555A (en) | Fuzzy fusion diagnosis method and system for abrasion fault of aircraft engine | |
| CN111503242B (en) | Fault determination method, device and system, and computer readable storage medium | |
| JPS58201047A (en) | Discriminating method of fault diagnostic system | |
| RU2420721C1 (en) | Evaluation method of technical state of friction assemblies of gas turbine engine, which operate in presence of lubricating oil | |
| RU2251674C2 (en) | Mode of evaluation of technical state of bearings of transmission of aviation engines | |
| US11614436B2 (en) | System and method for diagnosing a condition of an engine | |
| Whitlock et al. | The path to affordable long term failure warning: the XRF-wear monitor | |
| US11519870B2 (en) | Method and system for determining an exposure temperature of an engine component using lubrication fluid analysis | |
| EP3786625B1 (en) | Method and system for determining an exposure temperature of an engine component using lubricating fluid analysis | |
| Ozogan et al. | Tribological failure detection and condition monitoring for diesel engines | |
| RU2239172C2 (en) | Method of diagnostics of availability of engines | |
| Toms et al. | The success of filter debris analysis for j52 engine condition based maintenance | |
| Drokov et al. | Technical state evaluation of oil-lubricated parts and units of aircraft gas turbine engines using microwave plasma method | |
| Eleftherakis | Accurate analysis and description of field induced and generated contaminants | |
| Becker et al. | Remote location wear debris analysis for aircraft | |
| Fisher et al. | Quantitative filter debris analysis (QFDA) as a means of monitoring wear in oil-lubricated systems | |
| Taşabat et al. | Failure Prediction with Construction Machinery Oil Analysis Results | |
| RU2275618C2 (en) | Method of determining parameters of simple and complex wear particles in oil system of engine | |
| Do Duc et al. | Diesel engine diagnosis by vibration oil analysis | |
| Humphrey | Filter debris analysis by energy dispersive x-ray fluorescence applied to j52p408 engines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110430 |