СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ, МАШИН И МЕХАНИЗМОВ Российский патент 2006 года по МПК G01M15/00 G01N21/67 

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.

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).

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.

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.

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.

Перечисленные выше аналоги, имеют ряд недостатков.

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;

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).

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.

Практика показывает, что применение для оценки технического состояния двигателя только одного параметра частиц износа (содержания железа) не является достаточным.

Наиболее вероятными дополнительными причинами низкой эффективности спектральных методов анализа являются:

- 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»).

- 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.).

- отсутствие корректных способов по установлению допустимых граничных значений по параметрам частиц износа, при которых двигатель (допускается) отстраняется от эксплуатации.

Имеется еще несколько важных факторов, влияющих на эффективность диагностирования, которые не учитывались ранее при создании технологии диагностирования:

- информация о параметрах частиц износа, накапливаемых на масляных фильтрах;

- особенности конструкции маслосистемы двигателей по подводу и откачке масла от смазываемых узлов трения;

- 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.

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.

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.

Недостатком ближайшего аналога является следующее.

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.

Таким образом, имеется ряд важных факторов, влияющих на эффективность диагностирования, которые не учитывались ранее при создании технологии диагностирования:

- отсутствие информации о последовательности поступления частиц износа в масло с развитием дефекта;

- отсутствие информация о параметрах частиц износа, накапливаемых на масляных фильтрах;

- низкий уровень диагностической информации остающейся в масле после его фильтрации;

- влияние размеров ячеек основного и дополнительных масляных фильтров на значение стационарного содержания элементов в масле;

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.

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.

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.

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.

Одновременно регистрируют растворенный металл и металл, находящийся в частицах износа.

Регистрируют (оценивают) последовательность появления частиц износа, от простых, состоящих из одного элемента до сложных - характеризующих полный состав сплава.

Граничные значения параметров частиц износа в масле и смыве с маслофильтра рассчитывают с учетом закона распределения результатов их измерения.

Учитывают уровень снижения равновесной концентрации частиц износа с уменьшением размера ячеек основного маслофильтра.

В случае двухконтурной системы смазки и применения одного маслофильтра отбор проб производят с маслофильтра и отдельно с обоих контуров маслосистемы.

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.

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.

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.

«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.

Параметры частиц износа, участвующих в построении «образа» среднестатистического исправного двигателя:

Проба маслаПроба смыва с маслофильтра- количество простых и сложных частиц износа;- рейтинги частиц износа;- содержание элементов в субмикронных частицах (размер частиц менее 2 мкм) и растворенной форме;- рейтинги сложных частиц износа определенного состава;- содержание элементов в частицах износа более 2 мкм;- общий показатель износа (отношение количества всех сложных частиц износа к количеству всех простых, независимо от их состава;- число сложных частиц износа определенного состава;- элементный показатель износа - отношение количества сложных частиц износа, содержащих определенный элемент, к количеству простых частиц износа этого элемента.

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: - среднее значение, σ - среднее квадратическое отклонение, характеризующее разброс параметров от двигателя к двигателю, а также граничные значения: и .

При оценке технического состояния двигателя величину измеренных параметров частиц износа, содержащихся в анализируемой пробе масла диагностируемого двигателя, сравнивают с моментами распределения соответствующих параметров частиц износа среднестатистического, исправного двигателя данного типа и при данной наработке.

Для проб смыва с маслофильтра модели учитывают тип двигателя и рассчитывают для наработок 0-700 часов (этап приработки двигателя) и наработок более 700 часов.

В моделях введены следующие обозначения: - среднее значение параметра, σ - среднеквадратическое отклонение данного параметра, Р - вероятность появления параметра в маслосистеме исправного двигателя, и - граничные значения параметров частиц износа.

Среднеквадратическое отклонение σ зависит от индивидуальных особенностей двигателя и условий его эксплуатации, а также от погрешности результатов сцинтилляционного анализа:

σ²=σ² _{индивид}+σ² _{анализа},

где σ² - дисперсия распределения параметров для исправных двигателей, σ² _{индивид} - дисперсия распределения параметров, образующаяся за счет индивидуальных особенностей двигателей;

σ² _{анализа} - дисперсия, характеризующая погрешность анализа.

Причем σ² _{индивид}>σ² _{анализа}.

Величины параметров частиц износа ( - среднее из нескольких параллельных измерений), содержащихся в пробе масла, диагностируемого двигателя, сравнивали с соответствующими параметрами среднестатистического, исправного двигателя данного типа и для данного диапазона наработок.

Параметры частиц износа пробы смыва с маслофильтра сравнивали с соответствующими модельными параметрами для данного типа двигателя с учетом приработки двигателя.

При этом результат измерения сравнивается с граничными значениями .

По всем параметрам частиц износа приняты следующие основные критерии оценки:

- двигатель исправен, износ нормальный, возможна его дальнейшая эксплуатация;

- зона особого контроля (зона ОК), износ повышенный, двигатель ставится на особый контроль;

- предельный уровень двигателя (зона рискованной эксплуатации двигателя.

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.

Существует несколько основных типов дефектов, которые различаются как по скорости их развития, так и по уровню параметров частиц износа в пробах масла и смыва:

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 - С_P, которое может достигать 5-6 г/т, параметры частиц износа остальных элементов, в том числе и сложных частиц, как правило, не превышают нормы.

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.

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.

Пример.

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.

Протоколы результатов анализа проб масел и смывов с маслофильтра приведены в приложении 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).

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.

Таблица 1.МАСЛОСМЫВППР, часСоставКол-во частиц, см^-3Содержание (массовая доля) в растворе, г/тСодержание (массовая доля)в частицах, г/тРейтинг RобщПоказатель износа Vэл2608Cr1008,640,0**Ni30038,91,8Fe15,70,010,03139,90,4Cr-Fe0--1,7-Ni-Fe1,3--15,9**-Cr-Ni-Fe0,3--4,2-2633Cr107**1,36**0,37**640,3Ni300291,2Fe220,75*0,011550,4Cr-Fe5--8,8-Ni-Fe0--6-Cr-Ni-Fe0--3,2-2646Cr6**0,5**0,03350,7Ni20**0,13**0,0129,31,9Fe72**5,93**0,192680,2Cr-Fe0  6,3-Ni-Fe15,5**  11-Cr-Ni-Fe3**  4,9-2656Cr11**0,09*0,01492,6Ni20**0,05*0125**11,8*Fe104**2,2**0,08487**0,4Cr-Fe4,3**  8-Ni-Fe16,3**  85,8**-Cr-Ni-Fe2,3**  22**-

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.

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.

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).

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.

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.

Предлагаемый способ значительно повышает точность оценки технического состояния двигателей за счет более полного использования диагностической информации о частицах износа.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Модель №14
Тип двигателя ПС90А Тип пробы масло ППР 2000-3000 часПараметр/СоставXcpSrХмаксКол-воВероятностьХ+2σХ+3σКоличество частиц износа Nобщ, см^-3       Al-1,911,669,00120,000,826,8115,04Cr-0,901,047,6762,000,422,284,12Ni-1,511,649,5094,000,645,0110,90Mg-17,3115,35105,50146,001,0059,64127,72Fe-8,476,4141,00146,001,0030,6466,54Cu-12,8714,8695,00146,001,0057,92155,81Ag-3,115,1435,00115,000,7912,6334,75V-0,580,191,0012,000,080,961,26Количество простых частиц износа Nпр, см^-3       Al-1,761,248,0096,000,664,186,95Cr-1,261,216,6722,000,152,453,67Ni-1,601,116,5069,000,473,756,21Mg-13,9813,69101,50146,001,0051,22115,37Fe-5,554,3528,00143,000,9818,3637,97Cu-11,6714,1691,50146,001,0053,15146,43Ag-3,304,8532,50108,000,7410,7324,18V-1,00 1,0011,000,081,001,00Размер частиц износа D, мкм       Al-11,507,3944,06120,000,8238,3277,97Cr-4,443,7419,9562,000,4216,9138,84Ni-2,612,3815,6294,000,649,8822,66Mg-8,142,5816,38146,001,0014,8620,59Fe-8,243,8126,78146,001,0018,3728,79Cu-4,402,4314,84146,001,0012,7123,36Ag-3,692,6713,84115,000,7912,3525,48Концентрация в растворе Ср, г/т       Mg-0,070,090,3620,000,140,532,19Fe-0,090,100,4763,000,430,541,73Cu-0,140,170,6937,000,250,802,74Ag-0,110,100,5378,000,530,682,24Концентрация в частицах износа Сч, г/т       Al-0,040,100,7179,000,540,190,67Cr-0,020,020,0817,000,120,090,24Ni-0,010,010,0515,000,100,050,10Mg-0,020,030,20104,000,710,070,17Fe-0,060,070,29113,000,770,331,10Cu-0,030,050,2374,000,510,160,52Ag0,030,040,1731,000,210,100,29Количество сложных частиц износа Nсл, см^-3       Mg-Fe-2,462,1415,51250,867,0413,42Fе-Ag-1,50,71220,013,776,15Ni-Fe-1,40,623330,232,784,08Al-Mg-1,330,653420,292,633,85Cr-Ni-Fe-Cu-1,250,5240,032,383,36Fe-Cu-1,260,493400,272,263,11Mg-Cu-1,230,473510,352,132,88Al-Mg-Fe-1,250,42540,372,112,81Cr-Mg-1,180,42110,081,992,63Mg-Cu-Ag-1,190,38270,051,962,56Cr-Fe-1,140,38270,051,862,42Al-Fe-1,140,362210,141,822,33Ni-Cu-1,110,33290,061,712,16Cr-Ni-Fe-1,10,443210,141,72,16Cu-Ag-1,110,322190,131,672,07Mg-Fe-Cu-1,10,312300,211,642,02Al-Mg-Fe-Cu-1 1120,0811Al-Cu-1 1120,0811Mg-Fe-Cu-Ag-1 190,0611Al-Mg-Cu-1 190,0611Ni-Mg-1 160,0411Mg-Ag-1 150,0311Cr-Cu-1 150,0311Al-Ag-1 140,0311Cr-Ni-Mg-Fe-Cu-1 130,0211Cr-Ni-1 130,0211Cr-Mg-Fe-1 130,0211Ni-Mg-Fe-1 130,0211Ni-Ag-1 130,0211Ni-Fe-Cu-1 130,0211Al-Cr-Fe-1 120,0111Al-Mg-Fe-Cu-Ag-1 120,0111Al-Cu-Ag-1 110,01  Mg-Fe-Ag-1 110,01  Fe-Cu-Ag-1 110,01  Ni-Fe-Cu-Ag-1 110,01  Ni-Mg-Fe-Cu-Ag-1 110,01  Al-Cr-Fe-V-1 110,01  Cr-Ag-1 110,01  Cr-Mg-Fe-Cu-1 110,01  Al-Ni-Mg-Cu-1 110,01  Al-Fe-Cu-1 110,01  Cr-Fe-Cu-1 110,01  Al-Ni-Fe-1 110,01  Al-Cr-1 110,01  Cr-Ni-Ag-1 110,01  Al-Mg-Ag-1 110,01  Cr-Ni-Cu-1 110,01  Al-Ni-Mg-Fe-1 110,01  Cr-Ni-Mg-Fe-1 110,01  

Модель №38
Тип двигателя ПС90А Тип пробы смыв PALL ППР 700-10000Параметр/СоставXcpSrХмаксКол-воВероятностьХ+2σХ+3σРейтинг частиц износа Робщ       Al-22,679,1739,779,001,0049,0073,90Cr-25,9810,7842,409,001,0060,2294,17Ni-29,0415,4263,029,001,0065,83102,33Mg-177,5058,13283,709,001,00307,83395,52Fe-105,2943,06183,389,001,00218,25310,07Cu-510,6388,63638,279,001,00687,39775,32Ag-128,6530,79159,929,001,00209,32263,93V-0,370,260,697,000,781,714,23Рейтинг простых частиц износа Rпр       Al-13,835,8722,939,001,0033,4754,07Cr-9,485,1818,539,001,0024,9042,76Ni-15,9015,6849,459,001,0056,15120,45Mg-134,9151,15237,879,001,00249,41333,12Fe-70,0934,14126,439,001,00171,72269,65Cu-472,3495,54606,629,001,00665,00762,81Ag-106,6329,27148,329,001,00183,90239,32V-0,230,110,333,000,330,641,12Размер частиц износа D, мкм       Al-43,3016,6672,719,001,0093,51142,56Cr-13,155,0719,419,001,0028,1742,79Ni-7,802,1611,719,001,0013,2117,49Mg-13,144,0018,579,001,0023,8032,74Fe-14,855,9622,879,001,0033,6352,77Cu-6,471,659,139,001,0010,2113,00Ag-9,392,4513,519,001,0015,2119,63        Параметр износа Vобщ0,220,080,359,001,000,450,66Параметр износа Vэл       Al-0,720,431,319,001,002,324,55Cr-2,091,475,809,001,005,208,82Ni-1,450,852,449,001,006,9117,31Mg-0.340,120,619,001,000,610,85Fe-0,590,291,149,001,001,372,21Cu-0,090,040,169,001,000,200,33Ag-0,220,100,429,001,000,520,84V-1,00 1,002,000,221,001,00Количество составов G78,0023,96101,009,001,00125,92149,87Рейтинг сложных частиц Рсл       Mg-Fe-7,494,5616,949121,9140,32Mg-Cu-11,495,4725,519121,8731,05Cu-Ag-6,921,969,669113,0218,21Mg-Ag-41,986,89112,1122,6Mg-Cu-Ag-2,852,26,329111,9528,26Fe-Cu-4,511,797,199110,3316,24Cr-Fe-41,55,75919,114,25Cr-Mg-2,752,458,57918,9218,22Ni-Fe-3,571,335,72918,914,66Mg-Fe-Cu-2,241,716,32917,4615,19Cr-Ni-Fe-2,251,254,23917,2114,04Al-Mg-2,591,14,3916,029,57Al-Cu-1,280,832,71915,8214,22Mg-Fe-Cu-Ag-1,441,033,05915,712,95Al-Mg-Fe-0,920,671,95915,0214,08Fe-Ag-1,740,62,54913,85,81Cr-Ni-1,060,762,98912,84,93Ni-Mg-0,820,441,6180,892,645,14Cr-Cu-0,830,451,54912,314,14Al-Fe-0,860,491,86912,183,7Cr-Mg-Fe-Cu-0,440,270,7670,781,984,78Cr-Mg-Fe-0,590,511,84911,913,88Ni-Cu-1,050,321,52911,92,62Cr-Fe-Cu-0,510,331,1880,891,833,83Al-Ni-Mg-Fe-0,370,210,6350,561,392,97Mg-Fe-Ag-0,680,231,06911,351,96Al-Fe-Cu-0,360,260,8570,781,332,88Cr-Mg-Fe-Cu-Ag-0,360,280,8180,891,32,82Cr-Mg-Cu-0,450,240,83911,272,28Al-Mg-Cu-0,440,210,6680,891,222,17Cr-Ni-Fe-Cu-0,460,220,85911,131,88Fe-Cu-Ag-0,540,210,88911,111,66Cr-Ni-Fe-V-0,210,170,3320,221,112,82Cr-Ag-0,450,230,76911,11,81Al-Ni-0,320,210,6680,891,042,05Cr-Mg-Fe-Ag-0,310,250,7550,560,991,97Al-Mg-Cu-Ag-0,260,150,4250,560,951,97Ni-Mg-Fe-0,360,170,56910,941,6Cr-Ni-Mg-Fe-0,320,20,7170,780,941,76Al-Cr-Mg-0,320,190,6910,911,66Cr-Ni-Mg-Ag-V-0,220,150,3320,220,891,9Al-Mg-Fe-Cu-0.290,160,5670,780,851,59Ni-Ag-0,370,150,63910,781,16Al-Cr-Fe-0,260,160,5160,670,761,42Ni-Mg-Cu-0,310,130,5480,890,751.24Ni-Mg-Cu-Ag-0,290,120,4260,670,751,26Al-Mg-Fe-Cu-Ag-0,250,160,5160,670,741,41Al-Cr-Ni-Mg-Fe-0,340,150,5130,330,741,12Cu-V-0,190,160,3830,330,731,58Ni-Fe-Cu-0,320,140,51910,721,14Al-Ag-0,340,110,5910,711,06Ni-Cu-Ag-0,290,210,7670,780,71,19Cr-Ni-Fe-Ag-0,250,170,5350,560,71,27Cr-Ni-Mg-Fe-Cu-0,240,110,3860,670,671,21Cr-Mg-Cu-Ag-0,240,130,5180,890,661,16Cr-Ni-Mg-Fe-Cu-Ag-0,290,140,5670,780,651Cr-Ni-Mg-0,260,120,580,890,641,06Ni-Fe-Ag-0,270,170,6680,890,641,06Al-Cr-0,330,10,51910,610,86Al-Cr-Mg-Fe-0,250,110,3850,560,60,99Cr-Fe-Cu-Ag-0,220,110,3850,560,591,01Cr-Fe-Ag-0,210,120,3860,670,571,01Cr-Ni-Cu-V-0,180,130,3330,330,571,07Ni-Mg-Ag-0,220,110,3870,780,560,93Al-Cr-Mg-Cu-0,190,120,3850,560,561,04Mg-Ag-V-0,180,10,2520,220,561,02Cr-Ni-Mg-Cu-Ag-0,20,120,3860,670,540,95Ni-Fe-Cu-Ag-0,210,10,3450,560,530,89Al-Cr-Ni-Fe-0,170,140,3840,440,531,02Al-Cr-Fe-Cu-0,180,10,2520,220,530,95Al-Cr-Ni-Mg-Fe-Cu-0,160,10,2320,220,531,03Al-Ni-Mg-Fe-Cu-0,190,10,3350,560,520,9Al-Ni-Mg-0,190,10,3350,560,520,91Al-Cr-Ni-0,210,080,2850,560,520,85Cr-Ni-Mg-Cu-0,20,090,3360,670,50,84Ni-Mg-Fe-Cu-0,220,10,3880,890,490,77Cr-Cu-Ag-0,240,080,3370,780,490,72Cr-Ni-Ag-0,250,070,3670,780,480,68Al-Mg-Ag-0,190,110,3860,670,480,81Ni-Mg-Fe-Cu-Ag-0,210,090,3160,670,480,75Cr-Ni-Mg-Ag-0,190,090,3350,560,450,71Al-Mg-Fe-Ag-0,240,090,3850,560,440,62Al-Cr-Mg-Fe-Cu-0,190,080,2630,330,420,64Cr-Ni-Cu-0,170,090,3370,780,410,68Cr-Mg-Ag-0,220,060,2870,780,410,56Al-Cr-Mg-Cu-Ag-0,150,090,2530,330,410,72Al-Cr-Ni-Cu-0,150,090,2530,330,410,72Cr-Ni-Mg-Fe-Ag-0,210,080,3350,560,40,56Al-Cr-Ni-Mg-0,20,070,2840,440,40,59Al-Ni-Fe-0,170,080,2860,670,390,63Ag-V-0,160,080,2530,330,380,62Al-Cu-Ag-0,160,080,2860,670,370,58Al-Ni-Mg-Ag-0,140,070,2330,330,350,57Al-Cr-Ag-0,180,060,2540,440,340,48Al-Fe-Cu-Ag-0,150,070,2550,560,330,52Al-Cr-Ni-Mg-Cu-0,150,060,1920,220,310,46Al-Cr-Mg-Fe-Ag-0,150,060,1920,220,310,46Cr-Ni-Cu-Ag-0,150,060,1920,220,310,46Al-Ni-Mg-Fe-Cu-Ag-0,150,060,1920,220,310,46Al-Fe-Ag-0,150,050,2160,670,290,41Cr-Ni-Fe-Cu-Ag-0,140,050,1940,440,280,41Al-Cr-Ni-Mg-Fe-Cu-Ag-0,130,050,1930,330,270,39Al-Cr-Ni-Ag-0,150,050,1820,220,270,38Al-Cr-Cu-0,130,050,1930,330,260,39Mg-Cu-Ag-V-0,130,050,1930,330,260,39Al-Cr-Mg-Ag-0,140,040,1930,330,240,33Al-Ni-Mg-Cu-Ag-0,140,040,1930,330,240,33Al-Ni-Mg-Cu-0,140,040,1930,330,240,33Al-Ni-Cu-0,140,040,1930,330,240,33Cr-Ni-Fe-Cu-V-0,180,010,1920,220,20,21Al-Ni-Fe-Cu-0,10,020,1120,220,140,17Ni-Mg-Fe-Ag-0,1100,1120,220,120,12Al-Cr-Cu-Ag-0,18 0,1810,11  Ni-Cu-V-0,19 0,1910,11  Cr-Ni-Mg-V-0,19 0,1910,11  Al-Ni-Ag-V-0,19 0,1910,11  Ni-Mg-Cu-V-0,19 0,1910,11  Cr-Ni-V-0,19 0,1910,11  Cr-Ni-Mg-Fe-Cu-Ag-V-0,19 0,1910,11  Al-Ni-Ag-0,25 0,2510,11  Al-Cr-Ni-Fe-Cu-0,25 0,2510,11  Al-Cr-Ni-Mg-Ag-0,25 0,2510,11  Ni-Mg-Ag-V-0,25 0,2510,11  Mg-V-0,25 0,2510,11  Fe-V-0,25 0,2510,11  Cr-Ni-Fe-Cu-Ag-V-0,25 0,2510,11  Al-Ni-Mg-Cu-V-0,09 0,0910,11  Al-Ni-Mg-Ag-V-0,09 0,0910,11  Al-Cr-Mg-Fe-Cu-Ag-0,09 0,0910,11  Al-Cr-Ni-Fe-Cu-Ag-0,09 0,0910,11  Al-Ni-Mg-Fe-Ag-0,09 0,0910,11  Al-Cr-Ni-Mg-Cu-Ag-0,11 0,1110,11  Al-Mg-Fe-V-0,11 0,1110,11  Cr-Ni-Mg-Fe-V-0,11 0,1110,11  Cr-Fe-V-0,11 0,1110,11  Al-Cr-Ni-Fe-Ag-0,11 0,1110,11  Cr-Ni-Mg-Cu-V-0,33 0,3310,11  Cr-Mg-Cu-Ag-V-0,33 0,3310,11  

Изобретение относится к способам определения технического состояния двигателей, машин и механизмов по параметрам металлических частиц износа, измеренных сцинтилляционным методом анализа. 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 и с учетом технологической карты двигателя, указывающей состав сплавов используемых в различных узлах. Технический эффект - повышение точности оценки технического состояния двигателей. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ оценки технического состояния двигателей, машин и механизмов, включающий определение содержания элементов, находящихся в пробе масла и в пробе смыва с масляного фильтра отдельно в виде металлических частиц и в виде раствора, при этом определяют средний размер металлических частиц, смытых с фильтра, сравнивают с размером частиц в масле, сравнивают относительное содержание металлов в масле и в смыве, сравнивают количество и состав сложных частиц 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, отличающийся тем, что дополнительно в пробе смыва с маслофильтра измеряют абсолютные параметры простых и сложных частиц износа, по которым рассчитывают приведенные диагностические параметры и оценивают закон распределения результатов их измерения, выявление дефектного узла и оценку его технического состояния осуществляют с учетом состава и количества простых, состоящих из одного элемента, и сложных, состоящих из двух и более элементов, частиц в пробе масла и смыва с маслофильтра, 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.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно регистрируют металл, находящийся в субмикронных частицах износа, размером менее 2 мкм, и металл, находящийся в частицах износа размером более 2 мкм.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют и оценивают последовательность появления частиц износа от простых, состоящих из одного элемента, до сложных, характеризующих полный состав сплава.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что граничные значения параметров частиц износа в масле и смыве с маслофильтра рассчитывают с учетом закона распределения результатов их измерения.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что учитывают уровень снижения равновесной концентрации частиц износа с уменьшением степени фильтрации основного маслофильтра.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае многоконтурной системы смазки и применения нескольких маслофильтров отбор проб производят с каждого маслофильтра и отдельно с каждого из контуров маслосистемы.