航空動(dòng)力油液監(jiān)測技術(shù)數(shù)字化

■ 康宏志 陳磊 李魯寧 / 頗爾(中國)有限公司

航空油液污染是引起系統(tǒng)失效的根本原因，需要在搞清楚油液污染物來源的基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)測。采用數(shù)字化技術(shù)建立在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)對污染物進(jìn)行快速自動(dòng)檢測并輸出評價(jià)結(jié)果，可以縮短測試時(shí)間、提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性及有效性。

油液品質(zhì)關(guān)系到航空動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及滑油系統(tǒng)的健康運(yùn)行及整機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，掌握油液污染物及其來源，根據(jù)相關(guān)清潔度標(biāo)準(zhǔn)對油液品質(zhì)評級與維護(hù)具有重要意義。與傳統(tǒng)油液監(jiān)測技術(shù)相比，數(shù)字化技術(shù)可以進(jìn)行快速自動(dòng)檢測并輸出評價(jià)結(jié)果，縮短測試時(shí)間，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性及有效性。

油液污染物來源

油液污染物可分為固體污染物、液體污染物以及氣體污染物。固體污染物會在相對運(yùn)動(dòng)的零部件間產(chǎn)生磨損及疲勞，使得零部件間隙增大或阻礙相對運(yùn)動(dòng)，影響零部件性能，降低零部件壽命，導(dǎo)致系統(tǒng)或整機(jī)的工作不穩(wěn)定；液體污染物和氣體污染物會引起油液黏度變化，影響潤滑油性能，導(dǎo)致油膜缺失，造成腐蝕和銹蝕，加劇零部件磨損，降低系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和使用壽命。

從過程管控角度看，油液污染物來源大多為系統(tǒng)內(nèi)生、外部入侵，系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生和維護(hù)保養(yǎng)時(shí)產(chǎn)生。系統(tǒng)內(nèi)生主要為生產(chǎn)過程中遺留產(chǎn)生的污染物，如零部件加工和裝配過程中的遺留物，管道沖洗過程中殘留的鐵屑或毛刺等；外部入侵主要為更換油液或由氣孔吸入的各類污染物，如加注油液自帶污染物、吸入的高濕度空氣或粉塵等；系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污染物主要為表面磨損污染物或油液自生污染物，如軸承疲勞后脫落顆粒污染物、泵氣蝕后的顆粒剝落、油液添加劑析出等；維護(hù)保養(yǎng)時(shí)產(chǎn)生的外來污染物主要是拆卸后被空氣或外部污染物污染的零部件復(fù)裝后成為新的污染源。

油液清潔度檢測

油液清潔度是對油液顆粒污染程度的描述。單位體積的油液中含有固體顆粒污染物的量 (質(zhì)量或顆粒數(shù)量)可以表征油液清潔度?，F(xiàn)行油液清潔度標(biāo)準(zhǔn)主要有NAS1638、ISO 4406—1999 和SAE AS4059F—2013等。油液清潔度檢測方法包括質(zhì)量分析法、光學(xué)顯微鏡計(jì)數(shù)法、激光顆粒計(jì)數(shù)法以及濾網(wǎng)堵塞法等。

質(zhì)量分析法是通過真空抽濾的方法將液樣中的顆粒分離收集在預(yù)先稱好質(zhì)量的濾膜上，除油干燥后重新獲得膜片因截留污染物導(dǎo)致的質(zhì)量增加，進(jìn)而了解單位體積中污染物濃度的一種檢測方法。質(zhì)量分析法可以反映污染物總質(zhì)量，但無法獲悉顆粒污染物尺寸，目前很少使用。

光學(xué)顯微鏡計(jì)數(shù)法通過真空抽濾的方式將液樣中的顆粒分離收集在濾膜上，濾膜干燥后直接放在光學(xué)顯微鏡下采用入射光進(jìn)行分析，也可以處理后采用透射光進(jìn)行分析。利用人工計(jì)數(shù)或圖像分析，按顆粒的最長弦來測量顆粒的尺寸。人工計(jì)數(shù)法局限于環(huán)境和操作時(shí)長，僅用于線下；圖像分析法的局限是無法處理重疊顆粒污染物以及必要的復(fù)檢會導(dǎo)致時(shí)間加長。

激光顆粒計(jì)數(shù)法是被檢測液樣通過傳感器的一個(gè)激光光束形成的狹窄通道，當(dāng)有單個(gè)顆粒通過光束時(shí)，檢測器接收到的光亮減弱，減弱量與顆粒的投影表面積成比例，由此產(chǎn)生應(yīng)給電壓脈沖，進(jìn)而被儀器檢測并記錄。該方法能實(shí)現(xiàn)高低壓系統(tǒng)在線檢測，快速、重復(fù)性好且精確度高，可提供實(shí)際顆粒數(shù)及ISO代碼；但對被檢測油液要求較高，油液中的水、空氣、泥漿、凝膠等會導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù)，檢測結(jié)果易受液體狀態(tài)(凝膠、不透明或顆粒濃度)的影響。

濾網(wǎng)堵塞法是當(dāng)污染液通過一個(gè)均勻且一致開口(或微孔)的濾網(wǎng)時(shí)測定濾網(wǎng)特性變化的一種檢測方法，當(dāng)污染油液通過濾網(wǎng)時(shí)，尺寸大于微孔孔徑的顆粒被濾除，濾網(wǎng)逐漸堵塞，從而引起濾網(wǎng)兩端的壓差增加（恒流量原理）或者通過濾網(wǎng)的流量減?。ê銐翰钤恚?。該方法結(jié)果精確、可重復(fù)計(jì)數(shù)，可用于在線檢測，不受水、空氣、泥漿、高度顆粒集中以及流體界面的影響，可用于測量暗色和不透明流體。

油液水分檢測

油液水含量是對油液中水分污染物的描述。水分在油液中的存在形式分為游離水、乳化水（油包水）和溶解水。溶解水可以用油液水分飽和度表示，油中水分飽和度是指當(dāng)前溫度下油中水分的實(shí)際含量與油中水分飽和含量的比值，以0 ～100%表示，0代表油中不含水，100%代表當(dāng)前溫度下油中水分含量完全飽和。游離水、乳化水和溶解水均可以油液中測得的實(shí)際水分含量表示，即ppm。

油液水分檢測方法有卡爾費(fèi)休滴定法和傳感器法?？栙M(fèi)休滴定法是在電解池內(nèi)卡氏試劑達(dá)到平衡時(shí)注入含水的樣品，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應(yīng)直至水分全部耗盡，從而測定含水量。該方法測定結(jié)果能精確到10ppm，可以測量溶解水、乳化水和游離水。但此方法是一種相對復(fù)雜的測試，通常在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，費(fèi)時(shí)、成本高且不適合水含量較高的情況。傳感器法是借助水分檢測儀測量流體中水分飽和度。在已知被測量流體的飽和曲線時(shí)，該方法測得的結(jié)果可以轉(zhuǎn)換成百分比或ppm水含量，結(jié)果不受溫度影響，操作簡單便捷，測試精確度高（誤差±2%），可在線測試，測量液體范圍較廣，成本低。但該方法只能測量流體中的溶解水含量。

頗爾油液品質(zhì)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)

在線監(jiān)測診斷

油液清潔度等級和含水量是評價(jià)油液品質(zhì)的基礎(chǔ)指標(biāo)，此外，對于不同應(yīng)用點(diǎn)，油液黏度、密度、漆類污染物指數(shù)、介電常數(shù)等指標(biāo)也會對現(xiàn)場工況產(chǎn)生影響，市場需求端對油液檢測提出了更高要求，即在線檢測多個(gè)參數(shù)指標(biāo)。頗爾油液品質(zhì)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)（PALL OMDS）針對工業(yè)4.0 需求設(shè)計(jì)制造。可對含水量、清潔度等級、黏度、密度、介電常數(shù)、溫度等一系列數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，還可定制液位控制、濾芯壽命判定以及顆粒污染物類型等參數(shù)監(jiān)控。在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、操作界面友好，可以全自動(dòng)運(yùn)行。操作面板上設(shè)置LCD顯示屏，可本地顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)監(jiān)控指標(biāo)。通過網(wǎng)絡(luò)，采用云技術(shù)將檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)油品參數(shù)上傳，通過手機(jī)、電腦終端等進(jìn)行參數(shù)實(shí)時(shí)查詢。數(shù)據(jù)處理后，系統(tǒng)可自動(dòng)生成各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)的狀態(tài)趨勢及報(bào)告，并儲存于服務(wù)器。

結(jié)束語

由油液清潔度和水含量的測試方法可以看出，伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，檢測元件的不斷升級迭代，油液檢測技術(shù)由手動(dòng)測試向自動(dòng)化及數(shù)字化轉(zhuǎn)變；由單一參數(shù)測試向多參數(shù)集成測試轉(zhuǎn)變，對操作人員技能水平的依賴程度逐漸降低，測試效率大大提升。數(shù)字化檢測方法在可預(yù)見的未來會迅速向油液檢測市場普及，加速智能化。