Диагностирование двигателя НК-16СТ в наземных стационарных установках

5.3 Оценка погрешности при сцинтилляционных измерениях концентрации и числа частиц металлов в смазочном масле

Погрешность, возникающая при измерении сцинтилляционным методом концентрации металлов в смазочных маслах, оценивалась с использованием набора образцов аттестации (ОА) согласно методике.

ОА готовились введением в «чистое» масло частиц порошка продуктов износа, которые получали по технологии. С помощью таких образцов оценивалась погрешность измерения концентрации металлов, находящихся в масле в виде частиц микронных размеров.

Реальные рабочие пробы масла могут содержать металлическую примесь в виде истинного раствора и в виде субмикронных частиц, которые, как и истинный раствор, дают постоянный сигнал. Поэтому в набор ОА для оценки характеристики погрешности определения растворённой формы примеси были включены образцы, содержащие истинные растворы элементов, приготовленные введением в «чистое» масло стандартного образца Conostan-10.

За результат анализа принималось среднее арифметическое значение содержания, найденное из трёх параллельных измерений при объёме разовой аналитической навески, равной 1 мл. Для различных форм нахождения примесей в масле (в виде частиц или в виде раствора) характеристики погрешности измерения их содержаний оценивалось раздельно, поскольку эти формы нахождения элементов определяются на сцинтилляционном спектрометре по отдельности, а соотношение содержаний этих форм является одним из важнейших диагностических признаков технического состояния двигателя.

Верхнее содержание примесей в ОА по железу составило 9 г/т, нижнее ограничивалось пределом обнаружения элементов. Отметим, что наибольшее допустимое - «критическое» содержание Fe в масле для авиадвигателей составляет 4-6 г/т и находится внутри исследуемого диапазона. Отметим также, что соотношения концентраций входящих в образцы аттестаций элементов, заданы изначально в исходном материале. Однако это не является недостатком, т.к. соотношения соответствуют соотношениям в смывах фильтров, а следовательно, и в пробах масла.

Для погрешности измерения концентрации примесей, находящихся в виде частиц, характерны следующие особенности:

1. В диапазоне наименьших определяемых концентраций 0,05-0,1 г/т, близком к пределу обнаружения, границы интервалов погрешности результатов анализа по всем элементам составляют 100 и более процентов найденной величины.

2. С ростом концентрации примеси границы погрешности сужаются и уже для диапазона 1,0-3,0 г/т составляют всего 30-20% найденной величины.

3. Исключение составляет алюминий, для которого погрешность аномально велика и который представлен в продуктах износа частицами сравнительно крупного размера (в основном n · 10 мкм). Похожие, хотя и не столь ярко выраженные, признаки характерны для магния.

Для погрешности измерения содержания примесей, находящихся в виде раствора и субмикронных частиц, характерны следующие особенности:

1. Пределы обнаружения элементов значительно ухудшились по сравнению с пределами обнаружения элементов, находящихся в виде частиц. Так, в интервале содержаний 0,05-0,1 г/т сигнал вообще не регистрируется, а для содержаний порядка 0,3 г/т границы интервала погрешности составляют 100 и более процентов измеряемой величины, что является следствием перехода от сцинтилляционных измерений импульсных сигналов к измерению постоянного сигнала.

2. С увеличением содержания от 0,3 г/т до 1,0 г/т и появлением уверенно регистрируемого сигнала погрешность измерений резко уменьшается, и уже при содержаниях около 3,0 г/т границы интервала погрешности составляют лишь первые единицы процентов.

Выводы и рекомендации

Как показывают результаты исследования, способ подачи пробы в дуговой разряд на вращающемся электроде для измерения содержания металлической примеси, находящейся в пробах масел в виде частиц, имеет серьёзные ограничения:

- влияние размеров частиц в анализируемой пробе на величину аналитического сигнала. Градуирование спектрометра любым однотипным стандартным образцом (Conoston, СО на окислах металлов, на частицах износа и т.д.) допускает значительные систематические погрешности при измерении содержания. Поэтому создание единого базового СО не повысит эффективность диагностирования;

- резкое снижение наклона градуировочного графика (чувствительности) при увеличении размеров частиц износа. Как показано в табл. 1, в пробе масла исправного двигателя всегда присутствуют достаточно крупные частицы, которые определяют содержание металла в пробе и погрешность, вызванную неоднородным их распределением. Поэтому нельзя утверждать, что при использовании результатов спектрального анализа для диагностики ГТД отсутствует необходимость абсолютного определения содержания металла в масле (главное - вовремя заметить начало аварийного износа по его резкому повышению);

- единый базовый СО может использоваться только при проверке работоспособности спектрометра - соответствия его параметров штатным режимам, но не для повышения эффективности измерения содержания металла в реальных пробах масла;

- высокие пределы обнаружения атомно-эмиссионных спектрометров при «прямых» измерениях содержания металла в пробах масел. С помощью МФС-7, МОА и др. спектрометров можно определить содержание только основы сплавов, прежде всего Fe и Cu. При этом указанные в нормативных документах значения погрешностей не соответствует действительности (значительно занижены) и должны быть уточнены. Резервы по снижению пределов обнаружения в атомно-эмиссионных спектрометрах при подаче пробы вращающимся электродом в угольную дугу исчерпаны. Надёжное определение содержание основы сплавов и легирующих компонентов возможно только за счёт повышения стабильности источника возбуждения спектров, отказа от угольных электродов, улучшения условий испарения, а также применения других схем формирования и регистрации сигнала.

Таким образом, сцинтилляционный спектрометр позволил более тонко, с большим разрешением отследить весь цикл стендовых испытаний. Отметим, что зафиксированные сцинтилляционными измерениями скачки параметров нигде не выходили за предельные величины, несмотря на появление крупных частиц, шаров и стружки. По-видимому, появление на феррограммах шаров и стружки не является достаточным признаком аварийного износа, так как разборка двигателя после завершения испытаний показала его нормальное рабочее состояние.

Снижение пределов обнаружения при использовании сцинтилляционного метода регистрации по сравнению с интегральным пропорционально ближе , где:

Т - время экспозиции при интегральном приёме,

ф - длительность отдельного импульса излучения,

K = 0,5-0,7 - коэффициент пропорциональности.

Тогда при времени экспозиции, равном 60 с, и ф = 10^-3 сцинтилляционная регистрация сигнала даёт снижение пределов обнаружения на два порядка величины по сравнению с интегральным приёмом.

Список используемой литературы

1. С.П. Зарецкий «Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом».

2. «Газотурбинный двигатель НК-16СТ. Руководство по технической эксплуатации», книга 3: раздел 9: «Система контроля работы двигателя».

3. «Надёжность, диагностика, контроль авиационных двигателей» / под редакцией Шенеля В.Т. - Рыбинск: РГАТА, 2001 г. - 351 с.

4. И.Г. Хаустов, Е.Л. Фельдман «Авиационный двухконтурный двигатель НК_8_2», Москва: «Машиностроение», 1974 г.

5. Кюрегян С.К. «Атомный спектральный анализ нефтепродуктов», Москва: «Химия», 1985 г. - ст. 203.

6. «Двигатель Д-30КП / КУ / КУ-154. Анализ досрочного съёма двигателей, при исследовании которых заявленный эксплуатирующей организацией дефект не подтвердился». Техническая справка № 44-51/53/594515. ОАО «Рыбинские моторы», 2000 г., ст. 9.

7. «Двигатель ПС-90А. Анализ статистики и диагностических признаков дефектов роликового подшипника ТВД». Техническая справка № 34676. ОАО «Авиадвигатель», 1999 г., ст. 32.

8. Юдин А.А., Степанов В.А. «Рекомендации по нормированию критериев оценки техсостояния ГТД по результатам спектрального анализа масла». «Конверсия в машиностроении», 2002 г., № 2.

9. Методика «Отраслевая система обеспечения единства измерений при диагностировании состояния авиадвигателей методом спектрального анализа».

Размещено на Allbest.ru