Контроль параметров масляной системы и состояния масла

В процессе проектирования масляной системы должен быть обеспечен уровень её параметров, оговоренный в технических условиях на поставку двигателя. При этом в ТУ указывают допустимые нормы не только на визуально контролируемые параметры масляной системы, но и на ряд параметров, которые при проведении стендовых испытаний двигателя определяют расчетным путём на основе обработки результатов измерений некоторых физических величин (например, вычисляют прокачку масла через двигатель, суммарный теплоподвод в масло внутри двигателя, часовой расход масла и др.).

В процессе создания двигателя, в частности, для изучения особенностей работы его масляной системы в ожидаемых условиях эксплуатации, исследования тепловых и гидравлических характеристик этой системы, а также с целью устранения возможных проявлений дефектов в её работе контролируют значительно большее количество параметров, чем предусмотрено штатным перечнем. При этом следует учесть, что до предъявления создаваемого двигателя на Государственные испытания должен быть проведен комплекс специальных испытаний по программе, согласованной с заказчиком, а также ряд предусмотренных Авиационными правилами [16] испытаний, необходимых для сертификации двигателя, в том числе и по масляной системе. В связи с этим при проектировании двигателя должна быть обеспечена возможность установки соответствующих датчиков не только для контроля его штатных параметров, сигнализации и автоконтроля, но и для проведения дополнительных измерений ряда параметров, относящихся в том числе и к масляной системе.

Для обеспечения надежной эксплуатации в ГТД в числе прочих должен быть предусмотрен непрерывный контроль уровня параметров масляной системы, обеспечивающий своевременную сигнализацию экипажу самолета об их отклонении от нормы и о возможных неисправностях в работе этой системы. Кроме того, в руководстве по технической эксплуатации любого двигателя предусматривают проведение периодического контроля состояния масла в его масляной системе.

1) При эксплуатации ГТД последнего поколения, например НК-32, в кабине экипажа вместо большого количества стрелочных и цифровых приборов контроля, характерных для ранее созданных двигателей, находится единая система отображения информации (СОИ). В частности, по масляным системам с ее помощью контролируют следующие параметры:

– давление масла на входе в двигатель;

– температуру масла на входе в двигатель;

– температуру масла на выходе из опоры турбины;

– уровень масла в маслобаке;

– давление в системе суфлирования масляных полостей двигателя.

Помимо выводимых на дисплей СОИ параметров, предусмотрена также система сигналов:

– минимальное давление масла на входе в двигатель;

– минимальный уровень масла в баке;

– максимальный уровень масла в баке;

– появление стружки в масле;

– опасная температура упорных шарикоподшипников роторов НД, СД, ВД;

– засорение масляного фильтра.

Кроме системы визуального и звукового контроля, производится автоматическое регистрирование указанных параметров масляной системы и перечисленных сигналов.

Действия экипажа в случае срабатывания сигнализации должны предприниматься в соответствии с руководством по эксплуатации двигателя. При этом, учитывая, что потеря времени на принятие экипажем срочного решения о необходимых действиях по конкретному сигналу иногда может приводить к тяжелым последствиям, на экране высвечивают текст с конкретными рекомендациями о мгновенных действиях по каждому из сигналов. Так, например, при срабатывании сигнала «минимальное давление масла» необходимо убедиться, что величина давления масла действительно не соответствует техническим требованиям (т.е. что срабатывание сигнала не является ложным) и выключить двигатель. А при сигнализации «засорение масляного фильтра» необходимо произвести запись в бортовой журнал, на основании чего уже после завершения полета должна быть произведена промывка масляного фильтра или замена в нём фильтроэлемента.

2) Как известно, надежность и ресурс ГТД в значительной мере зависит от работоспособности его узлов трения и смазки: подшипников, зубчатых колес и контактных уплотнений. Если при этом учесть, что смазку трущихся поверхностей и отвод от них тепла (для исключения их перегрева и выхода двигателя из строя), осуществляет масляная система, то важность ее и роль рабочих масел трудно переоценить. Выбор сорта масла для каждого двигателя производится с учетом условий, в котором оно должно длительно работать, не ухудшая своих свойств, т.к. в процессе эксплуатации может происходить старение масла, обусловливаемое тремя причинами:

– окислением масла при перемешивании его с воздухом, проникающим через уплотнения валов в масляные полости опор;

– термическим разложением масла при контакте его с нагретыми стенками опор;

– механической деструкцией молекул масла в нагруженных узлах трения.

Для каждого двигателя в руководстве по его эксплуатации для всех сортов масел, допущенных к применению, указаны основные физико-химические показатели, которым должно соответствовать свежее масло. Кроме того, приведены допустимые нормы на изменение их физико-химических свойств связанных со старением масла при больших наработках. Оценку степени старения масла производят, прежде всего, по изменению его вязкости и кислотного числа.

В качестве примера такие нормы для масла МС-8п, используемого на двигателе НК-86, показаны в табл. 14.14.1.

Разработчика двигателя обязывают устанавливать допустимые нормы на содержание металлических примесей (продуктов износа) в масле. Так, например, для двигателя НК-8-2У и НК-86 были установлены следующие нормы допустимого содержания металлов в масле: железа не более 8 г/т, меди – не более 3 г/т. В соответствии с существующим положением, двигатели, имеющие концентрацию металлов в масле выше указанных норм, подлежат досрочному съему из эксплуатации. На основании этого в течение первых 15 лет эксплуатации более 20 двигателей НК-8-2У было досрочно возвращено на завод-изготовитель. Причем, в шести случаях при разборке этих двигателей износов или повреждений узлов трения не было обнаружено, а из девяти досрочно снятых (за аналогичный период) двигателей НК – 86 у двух также не было замечаний по состоянию узлов трения. Т.е., указанные досрочные съёмы из эксплуатации этих двигателей оказались необоснованными.

У двигателей, досрочно возвращенных из эксплуатации по превышению допустимого содержания в масле железа или меди, выявленные дефекты имели случайный характер. Как правило, отмечался износ одного элемента, например, шлиц приводной рессоры топливного насоса, подшипника скольжения в маслонасосе, демпфера шарикоподшипника и т.п. Причем, один и тот же дефект повторно не проявлялся, к тому же причиной повышенного содержания железа в масле в ряде случаев был начальный износ узлов трения в процессе приработки сопрягаемых элементов или попадание технологических загрязнении в масляные полости опор и коробок приводов.

Требования, предъявляемые к маслу МС-8п Таблица 14.1

*) чистоту масла по гранулометрическому составу загрязнений контролируют при проведении приемо-сдаточных или длительных стендовых испытаний ГТД, а в эксплуатации − только в случае возникшей необходимости (по специальному указанию).

3). При износе узлов трения происходит накопление в масле продуктов разрушения трущихся поверхностей. Поэтому масло в этом плане может служить источником информации о состоянии узлов трения (подшипников, шестерен, контактных уплотнений).

Следует отметить, что при эксплуатации двигателей НК-8-2У и НК - 86 было произведено несколько их досрочных съемов, имевших одинаковую причину - происходил разрыв боковых перемычек сепаратора радиально-упорного шарикоподшипника ротора высокого давления. У этого подшипника (А176130Р2) с четырехточечным контактом шариков сепаратор работал в условиях недопустимого перекоса обойм подшипника. Начальная стадия развития дефекта сопровождалась появлением в масле частиц серебра (как продукта износа покрытия сепаратора). В качестве критической его концентрации была установлена норма - не более 1,5 г/т. После замены указанного шарикоподшипника на трехточечный (А126130Р2) такой дефект больше не проявлялся.

Не все виды разрушений узлов трения могут быть диагностированы методом спектрального анализа масла. Так, например, чешуйчатое выкрашивание на беговых дорожках подшипников или выкрашивание материала на профилях зубьев шестерен характерно образованием сравнительно крупных частиц, которые улавливаются фильтрами или магнитными пробками. Усталостные разрушения в узлах трения также не могут быть обнаружены спектральным анализом масла. Но на рассматриваемых двигателях предусмотрено вполне достаточное количество диагностических средств, позволяющих при износах узлов трения своевременно принимать необходимые меры и предотвращать выход из строя двигателя. К их числу можно отнести сигнализацию о появлении стружки в масле, о повышенном уровне вибрации опор, о перегреве роторных радиально-упорных подшипников. Кроме того, дополнительную информацию даёт периодический осмотр состояния масляного фильтра, магнитных пробок, анализ динамики изменения величины часового расхода масла, теплового состояния масла и др. Уместно отметить, что по превышению концентрации металлов в масле не было досрочных съемов двигателей НК-8-2У в течение последних 15 лет, а двигателей НК-86 - в течение 6 лет.

Исходя из вышеизложенного, может быть сделан вывод о том, что трибодиагностика наиболее эффективна для двигателей, у которых в процессе эксплуатации проявляются повторяющиеся дефекты, связанные с износом узлов трения и попаданием в масло специфических примесей металлов. Такая трибодиагностика имеет конкретную направленность.

Уместно отметить, что при создании двигателя НК-32 его разработчиком по согласованию с заказчиком было принято решение не производить в процессе эксплуатации периодический контроль содержания металлических примесей в масле. Такой вывод был сделан на основании опыта проведения целого ряда длительных и эквивалентно-циклических испытаний, в процессе которых регулярно контролировали наличие в масле продуктов износа узлов трения.