1、航空发动机气路监测技术,SY1014135 孙倩 SY1014236 高涛,发动机状态监测简介发动机气路监测技术原理发动机气路监测技术验证,介绍提纲,1、工作状态监测监测对象：发动机工作参数包括发动机的主要工作参数,如转速、发动机压力比(EPR)、排气温度(EGT)和燃油流量;发动机的次要参数,如滑油量、滑油压力和温度、排气温度（火警）。,一、发动机状态监测,2、结构监测振动 发动机转子是一高速旋转部件,这种不平衡在旋转过程中,就会产生一定程度的振动。发动机生产厂家对转子不平衡都有一定的要求,发动机出厂时都应满足此要求,并且厂家也规定了发动机在使用过程中所允许的最大振动值,只要发动机的振动值不
2、超过此限制值,则是允许的。,一、发动机状态监测,发动机在使用过程中,由于磨损或损伤等原因也会引起转子的振动,因此在飞机上,都装有发动机振动监控系统,用来监测发动机的振动情况。发动机的振动监控系统包括振动信号传感器,振动信号分析仪和振动指示三部分。振动信号传感器装在发动机上能感受发动机振动的部位,如轴承的支承座、涡轮机匣或风扇机匣等。,一、发动机状态监测,一、发动机状态监测,一、发动机状态监测,承力机匣、压气机静子、涡轮静子和其他机匣构成了发动机的主框架。高压压气机、高压涡轮被一根长轴联为一体,形成高压转子;低压转子的结构类似。高压转子和低压转子通过承力机匣的轴承座安装在发动机中。低压转子轴穿过
3、高压转子轴将低压压气机和低压涡轮相连。为了提高低压转子的刚性,垫心的高压轴中设计了中介轴承。发动机通过主安装节和辅助安装节安装在飞机上或地面试车台上。各种附件安装在发动机机匣上。,一、发动机状态监测,在这些假设下,承力机匣的振动是发动机主质量的振动。同时承力机匣是发动机的传力结构,其他激振源,如风扇、叶片、轴承、气流和噪声,激起的振动也会通过承力机匣传到发动机的外壳,因此承力机匣的振动反映了发动机总的振动状况、转子的不平衡度和附件受激振的程度。,一、发动机状态监测,(1)工作叶片折断或部分损坏。如风扇叶片或压气机叶片的外来物损伤; (2)工作叶片安装不合适,尤其是现代涡扇发动机的风扇叶片,可在
4、外场更换。安装时一定要小心,确保各部件都要安装得恰当到位; (3)转子上有部件丢失,如螺栓、螺帽等; (4)工作叶片或转子变形; (5)转子轴承不同轴或轴承磨损; (6)在单元体更换时,联轴器的安装或联接螺栓拧紧不当。,一、发动机状态监测,3、机械系统监测滑油监控一般包括监控:(1)滑油系统工作状态;(2)滑油中的金属屑;(3)滑油的品质状况。,一、发动机状态监测,滑油系统工作状态 ：滑油压力是滑油系统中的重要参数,它直接影响润滑油量的大小,近而影响润滑效果和冷却效果。滑油管路漏油或油泵故障 滑油温度不但能反映发动机轴承和齿轮等的工作状态,影响滑油的粘度,而且,滑油温度过高还会改变滑油的特性(
5、焦化、氧化)或损坏轴承的封严。散热器中燃油管路的堵塞、空气滑油散热器表面很脏、滑油通气系统堵塞,一、发动机状态监测,滑油中金属屑的监控 发动机在运转过程中,尽管有滑油润滑,但相互接触的运动部件之间还是存在一定的磨损,因此,滑油中可能悬浮有金属颗粒。若磨损严重会引起某些零件掉皮或掉块。尤其是发动机的主轴承,有可能出现掉皮或滑蹭现象。一般滚棒轴承容易出现的故障为掉皮或由于疲劳而引起的疲劳剥落(麻点)。这种损伤产生的金属颗粒较大,直径在1001 000m范围之内 。轴承滑蹭所产生的金属颗粒的直径一般小于25m。,一、发动机状态监测,一类为机载的金属屑监控设备,如磁性屑探测器,即在回油路的不同部位设置
6、磁性屑探测器来搜集这些金属屑,维护人员定期对磁性屑探测器进行检查,若发现金属屑超量或块大,则说明发动机内部磨损严重或有损伤,应及时采取措施。另外通过分析附着在油滤上的杂质,也可判断发动机内部的磨损情况。随着监控技术的发展,一些新的机载金属屑探测器如离心式颗粒分离器、金属屑量监控器等被应用到发动机上。,一、发动机状态监测,另一类为维护人员利用滑油取样,在试验室中进行的滑油分析。(1)滑油光谱分析。每种金属颗粒在电弧或火花的激发下都会发出特定的光谱,谱线的位置和波长对应一定的金属,而光的强度,则反应了此金属的含量。通常是在发动机停车后,对发动机进行勤务之前,从油箱中无沉淀的地方取样。 (2)滑油铁
7、谱分析。利用显微镜来观察滑油中金属颗粒的大小、形状和金属颗粒的分布规律, 判断发动机内部的磨损情况。,一、发动机状态监测,滑油品质分析：在长期使用过程中滑油可能被氧化、酸化、分解,或被燃油稀释,从而改变它的特性,影响滑油效果。通过观察滑油颜色的变化或在试验室中的化学分析,可判断滑油是否变质。新鲜航空滑油的颜色较明亮,使用后由于氧化所生成的胶质及沉淀的影响,会使滑油变暗。如果滑油氧化强烈,它就变为淡红色。严重过热时,还可能闻到滑油烧焦的味道,且它的里面还会有小的黑颗粒,而使滑油变成暗黑色。,一、发动机状态监测,4、气路监测系统监测故障：发动机气路部件的碰摩、磨损、侵蚀和烧伤类故障。,一、发动机状
8、态监测,二、发动机气路监测技术原理,二、发动机气路监测技术原理,由于燃烧室中的热电离化学反应,航空发动机的尾气中,除了各种气体之外,还有大量因燃烧产生的电子、离子和碳烟颗粒,它们之间存在剧烈的相互作用,使得排放物中的颗粒大都带电,中性颗粒的浓度仅占20%。带电颗粒经过传感器表面时引起感应电流,调理电路将电流转换为电压。由于尾气中颗粒所带电荷量与颗粒的粒径和材料有关,因此感应电压的大小反映了颗粒的粒径。通常正常工作的发动机尾气中碳烟颗粒的粒径较小,而异常颗粒的粒径较大,所以监测到较大的感应电压时,即表明有异常颗粒经过传感器表面。,二、发动机气路监测技术原理,异常颗粒来自2个方面:故障和外来物异常
9、颗粒产生后,即使其本身并不带电,也会在气路剧烈的电化学反应中因吸附电荷而带电。此外,气路中颗粒物之间以及颗粒物与管壁之间的摩擦也是其带电的原因之一。,二、发动机气路监测技术原理,正常发动机的尾气中带电碳烟颗粒粒径较小,数量相对稳定,存在一个正常的气路静电水平,而因碰摩、烧蚀、材料丢失等故障原因产生的碎片颗粒粒径较大(40m),这些颗粒经过时将造成气路静电水平发生变化。气路颗粒静电监测系统通过监测气路中静电水平的变化监测气路中的异常颗粒,静电荷变化的幅值能够反映颗粒的大小。,二、发动机气路监测技术原理,故障判断方法,三、发动机气路监测技术验证,三、发动机气路监测技术验证,三、发动机气路监测技术验
10、证,三、发动机气路监测技术验证,实验条件：测点温度约为250气流速度约为10 m/s测试系统采样频率为1 kHz第1组实验用静电喷粉装置间隔喷入两次带电铁粉;第2组实验喷入带电螺钉,模拟因烧蚀掉块或碰摩故障产生的大颗粒产物;第3组喷入铁粉和螺钉混合物,模拟多种故障并存时的情况。,三、发动机气路监测技术验证,三、发动机气路监测技术验证,三、发动机气路监测技术验证,三、发动机气路监测技术验证,结论:(1)该技术可行。(2)感应电压与颗粒物所带电荷量有关,而电荷量与颗粒粒径有关,因此感应电压值与颗粒粒径有关。实验结果表明,细小颗粒监测到的感应电压较小,单个大颗粒监测到的感应电压较大。(3)感应电压波形与颗粒物性质有关。(4)当大量细小颗粒和单个大颗粒同时经过时,监测信号表现出两者各自的特征。,三、发动机气路监测技术验证,谢 谢!,
