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    關于航空工作液顆粒度測試技術的研究

        摘要:本文從航空工作液污染的成因、危害、故障模式開始探討,描述了顆粒度測試技術的發展及在我國的應用開展。著重對測試中的設備選型、需測試的航空工作液類型、液樣的采取與采樣容器的選擇、GJB420系列等級標準的應用進行探討,使我們更好掌握顆粒度測試原理方法與工作中的注意事項,在工作中嚴格按照標準開展污染防控工作,提高工作系統的可靠性和使用壽命。
     
        關鍵詞:航空工作液顆粒計數器清潔級GJB420系列等級標準
     
        1引言
        20世紀60年代中期,世界首臺具有實用價值的遮光型顆粒計數器在美國誕生。該類儀器以其原理簡單,測量方便,測量范圍相對較寬,測量結果準確、重復性好,測量速度快等諸多優點,隨后在全球范圍內獲得廣泛推廣使用。我國于80年代引進該類設備,現已普遍應用于航空工作液污染檢測領域,成為流體污染控制領域不可或缺的關鍵性設備。
        2航空工作液污染組成、危害、故障模式
        2.1航空工作液污染組成
        航空工作液中污染物的來源主要有以下三個方面:
        (1)系統原來殘留的污染物:系統及元件在加工、配、包裝、儲存和運輸等過程中殘留的污染物,如金屬切屑、焊渣、型砂、塵埃及清洗溶劑等。
        (2)系統工作運行中生產的污染物:如元件磨損產生的磨屑,管道內的銹蝕剝落物及油液氧化和分解產生的顆粒與膠狀物質等。
        (3)系統工作過程中從外界侵入的污染物:如通過液壓缸活塞密封盒、油箱呼吸孔侵入系統的污染物,以及注油和維修維護過程中帶入的污染物。
        如按類型來分可分為潛在污染、侵入污染與再生污染,在航空裝備修理更換與正常維護時,污染顆粒會流入流體系統,如果維護不當會加劇污染狀況,形成侵入污染,要特別注意,其主要是指以下各項因素帶來的污染:
        (1)地面設備
        (2)試驗臺
        (3)新加的油
        (4)更換元件
        (5)人員的素質
        (6)工作環境的污染
        2.2顆粒污染物的危害
        (1)磨損
        a)切屑磨損
        b)疲勞磨損
        c)黏著磨損
        d)沖蝕磨損
        (2)淤積
        (3)堵塞
        (4)卡滯
        (5)加速油液變質
        2.3顆粒污染導致的故障模式
        2.3.1突發性故障
        突發性是隨機性和隱蔽性的綜合體現。表現為故障部位和時機是隨機的,沒有征候。元件突然工作不穩定、工作失靈甚至損壞,故障難以模擬復現。這種故障出現后,有時極可能造成嚴重后果,有時故障能自動消失,系統工作又恢復正常,地面停機后往往無法檢查。顆粒的淤積、堵塞和卡滯往往導致種故障模式。
        2.3.2漸近性故障
        這種故障模式主要是由磨損引起的,一般是逐漸發生并可預料的。例如,液壓元件由于受污染物的磨損和侵蝕后,運動副間隙增大或密封面破壞內泄漏隨著增大,從而導致性能逐漸衰降,當元件的工作性能降低到容許的最低限度以下時,則元件喪失正常的工作性能而報廢。某些液壓泵經常因過度磨損而提前報廢,就屬于這種故障。
        3顆粒度檢測設備選型
        隨著流體污染檢測技術的飛速發展,液體顆粒計數器由于計數速度快、準確度高、重復性號、操作簡便且結果不受人為因素的影響,既可以在線用于現場工作,又可以離線用于實驗室分析,因此在流體顆粒污染分析中獲得了廣泛應用,已成為當前流體污染控制技術領域不可或缺的關鍵性設備按照工作方式,目前液體顆粒計數器主要分為臺式、便攜式和在線式三種。
        (1)臺式
        實驗室分析儀器,一般由顆粒傳感器、自動瓶取樣器和數據分析器三部分組成,采用離線瓶式取樣方式工作。將待分析的液樣采用潔凈的取樣容器從現場采樣后,送到實驗室中進行顆粒污染度檢測其結構最為復雜,功能最全,測量準確度最高對工作環境的溫濕度、空氣潔凈度和電磁干擾有一定的要求,因此價格較高。這種檢測方式由于必須采用送到實驗室中才能進行分析,因此數據實時性差,容易因采用容器、采樣過程等環節引入二次污染,造成測量誤差,但另一方面,由于檢測人員可以方便觀察待檢測的液樣,因此也可以防止因水、氣泡、大顆粒等造成的測量數據異常。
        (2)便攜式
        非固定在線式檢測儀器,主要針對經常需要變換場所得現場在線檢測設計,一般也由顆粒傳感器、在線取樣系統和數據分析器三部分組成,但功能較少結構更為緊湊,設計為一體,便于攜帶。其取樣系統一般采用計量泵,檢測提及依靠計量泵的流量和測試時間保證,易受到系統壓力和流量波動的影響,因此測量準確度相對臺式要差。這種儀器對工作環境要求較低,價格適中。主要用于在線方式工作,可以克服因采樣帶來二次污染的影響,數據報告及時,但無法方便觀察到待檢測的液樣,檢測結果受到水、氣泡、大顆粒等影響時很難及時排除,尤其顆粒傳感器堵塞時,拆卸不便,維護更難。
        (3)在線式
        固定在線檢測儀器。該類儀器通常稱為現場污染檢測儀,直接安裝在液壓系統上,不是真正意義上的自動顆粒計數器,無法將顆粒一個個數出來,僅能根據一定的檢測結果進行估測或補償修正。其結構最為簡單,一般無獨立的計量泵在線取樣系統,取樣流量極易受到系統壓力和流量波動的影響,同時,其顆粒傳感器和分析器也做了簡化設計,因此測量準確度最差,檢測誤差約為1個污染度等級,有些甚至僅僅顯示顆粒污染度等級,因此一般作為在線趨勢監測使用,檢測數據不宜作為是否合格的判據。
        4需檢測的航空工作液類型
        航空工作液包含滑油、液壓油、航空煤油、冷卻液等多種工作液,是否需要進行顆粒度測試要依據實際情況而定,不是都必須進行顆粒度檢測。一般在有相關技術要求或已認為顆粒度污染會對相關設備運行產生影響后進行,經典的方法需進行顆粒度污染等級試驗,以確定所需達到的污染等級,形成標準要求。如某種型號液體修理技術文件中并沒有顆粒度污染等級標準,也未針對該液體在對應設備中的工作情況做過顆粒度污染分級試驗,顆粒度污染水平對設備運行的影響不可知,即使做出顆粒度等級也不能判斷其是否符合要求。
        5采樣容器的選擇及液樣的采取
        5.1采樣容器的選擇
        固體顆粒污染度測量中使用的采樣容器又稱清潔瓶、凈化瓶、采樣瓶、顆粒度瓶等。其材質、形狀、密封性、清潔級、包裝、標識等,在液樣采取、儲存過程中均會造成一定的影響,干擾測量結果,甚至無法得到具有代表性的液樣,所以對采樣容器進行明確、統一的規定至觀重要。使用符合固體顆粒污染度測量要求的采樣容器,才能采取到客觀反映流體系統真實性的液樣。
    在選用采樣容器時,其材料、溫度、相容性等技術參數可以根據液樣的要求、環境要求、儲存要求等選擇確定。而清潔級是采樣容器選用關鍵性技術參數,采樣容器中殘留的任何污染物,都將影響液樣測量結果的準確性,如何確定目標清潔級呢技術標準GJB380.1A-2004A《航空工作液污染測試第1部分:采樣容器一般要求及其清洗方法鑒定》中,對采樣容器的目標清潔級有如下規定:
        (1)用于采取固體顆粒污染度高于GJB420A-3級樣的采樣容器,其目標清潔級至少優于被采液樣4級
        (2)用于采取固體顆粒污染度為GJB420A-3級液樣的采樣容器,其目標清潔級至少達到GJB420A-0級。
        (3)用于采取固體污染度低于GJB420A-3級液樣的采樣容器,其目標清潔級應至少優于被采液樣2級,或其固體顆粒數不超過被采液樣的25%。
        5.2液樣的采取
        在航空工作液污染控制和采樣中經常會用到液箱放液閥采樣方法及離線采樣測量液箱放液閥采樣時,為保證采取液樣能代表其實際狀,必須規定采樣前放液閥排放液樣的量。因為放液閥是污物存積的位置,且不參與循環系統,如果直接打開放液閥就采樣,將不能代表液箱內液樣的真實情況。因此,必須排放一部分液樣后,再進行采樣。由于液箱的體積不同,只有將采樣部位盲端中的含液量規定為采樣前的放液量。
    油箱放液閥采樣程序如下:
        (1)采樣前應以適當方式攪動工作液,采樣應在污染物處于懸浮狀態下進行
        (2)用不脫落纖維的清潔抹布或清洗液清洗放液閥部位,打開防塵帽
        (3)打開放液閥,放掉盲端工作液:
        (4)填寫采樣容器標簽:
        (5)旋開采樣容器的蓋子,在不動放液閥的條件下采樣,直到液面到達采樣容器標記線,然后迅速移開采樣容器,旋緊蓋子,并將采樣容器保存于清潔處,關閉放液閥:
        (6)加蓋防塵帽,采樣結束。
        6.GJB420系列等級標準使用
        GJB420系列等級標準是我國國防工業和軍事部門應用最為廣泛的顆粒污染度等級標準,依據發布時間,先后有GJB420、GJB420A和GJB420B三個顆粒污染度等級標準。
        GJB420A取消了GJB420的B分級制,是GJB20的A分級制的發展和延伸,在評定液壓系統,元件清潔度和地面試驗臺油液的顆粒污染度時,其結果與GJB420-1987的A分級制基木一致。但當液樣中大顆粒偏多,即按GJB420-1987的A分級制評定的液樣的顆粒污染度等級主要取決于大顆粒時,則兩種評定結果不一定相同。對于國防科技工業用油液來說,大部分液樣的顆粒污染度等級取決于小顆粒,因此兩種分級制基本等效。
    GJB420A規定的分級制按每100mL液樣中,所含5個尺寸范圍的最大極限顆粒數,將液樣相對于該尺寸范圍的顆粒污染度等級分為15個等級,自000級至12級,
        GJB420B在技術上修改采用了美國航空航天表示AS4059D:2001.其分級制按100mL液樣中所含6個尺寸范圍的最大顆粒數,自000級至12級,將所測液樣相對于該尺寸范圍的顆粒污染度等級劃分為15個等級。
        與GJB420A相比,GJB420B主要修改了顆粒污染度分級制及相應的分級表、顆粒污染度等級確定原則和表示方法,因此,該等級標準可適應于按照 ACFTD ISO MTD新老兩種校準方法校準的液體顆粒計數器測試和判定顆粒污染度等級的需求。隨著國際上液體顆粒計數器校準方法的改變,目前在國內使用的液體顆粒計數器,有采用 ACFTD ISO MTD校準方法校準的,考慮到兩種校準方法將在一定時期內長期使用,尺寸設置增加4μm(c)、6μm(c)、14μm(c)、21μm(c)、38μm(c)70μm(c)以保證標準的延續性和先進性為了使標準的表達更加清晰,避免引起歧義,GJB420B采用字母代碼來表示相應的顆粒尺寸,以使用戶在看到顆粒污染度等級時,可以不考慮采用的是顯微鏡計數方法或是液體顆粒計數器計數方法,也不考慮采用的到底是老的 ACTFD ISO MTD校準方法,因此GJB420B標準涵蓋了 ACFTD ISO MTD兩種標準體系的分級制。
        7結束語
        航空工作液污染控制已成為航空修理工作重要組成部分之一,通過顆粒計數器進行顆粒度污染測試也成為最常用的污染檢測手段。通過對航空工作液顆粒度測試技術研究探討,促使在工作中盡力采取各種污染控制措施以及按照規范的標準執行相關試,最大限度地降低系統污染,確保航空工作液涉及相關設備能夠安全、可靠的運行,提高工作系統的可靠性和使用壽命。
    日期:2019-6-23 閱讀:651次
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