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      產品應用常識

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      航空發動機零部件清潔度技術綜述

      提供 來源:      日期:2020年02月13日
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      李樹立 李 萍

       摘 要:隨著油液及零部件污染度的逐步普及,越來越多的行業采用相關標準對零部件顆粒污染度進行檢測與控制。國內顆粒污染度檢測與控制主要集中在汽車發動機、內燃機、柴油機、拖拉機等民用領域,針對航空發動機顆粒污染物檢測與控制的研究還不多見。本文對航空發動機零件清潔度技術進行綜述,分別從清潔度等級劃分、常用測定方法、顆粒污染物提取方法、檢測程序、清潔度等級要求、典型零部件推薦等級及相關工藝要求等方面進行了簡要介紹。

      關鍵詞:航空發動機;零部件清潔度;清潔度技術標準

          航空發動機作為“國之芯”,其重要性不言而喻。航空發   動機作為一個集機、電、液、控高度集成的高科技產品,其在機加、鑄造、包裝、拆解、儲存、裝配等過程中,不可避免會產生、遺留、引入顆粒污染物在零部件內部或配合面。若不對零部件顆粒污染物進行清洗、檢測與控制,裝配完成的發動機,質量可想而知。輕者加快重要零部件磨損,大大降低發動機的使用壽命,縮短維修間隔,重者會釀成重大安全事故。因此,對航空發動機零部件顆粒污染物進行檢測與控制等相關技術研究,具有非常重要的意義。

      一、清潔度等級劃分

      航空發動機零部件所有表面不允許存在大于200μm的顆粒污染物。清潔度等級選用時可任選顆粒計數法和稱重法中的一種清潔度等級劃分方法,兩種方法劃分的清潔度等級之間無對應關系。

      (一)顆粒計數法分級
      采用顆粒計數法進行的航空發動機零部件清潔度等級劃分標準如下:零部件每1000cm2受控表面內允許的最大污染物顆粒數量,按粒度等級分為B、C、D、E和F五個等級,分別對應顆粒尺寸X(μm)5<X≤15、15<X≤25、25<X≤50、50<X≤100、和100<X≤200,清潔度等級從00、0、1、2到12共分13個等級。
      為準確地表達零部件清潔度要求,可以表達部分或全部尺寸等級。當清潔度等級覆蓋整個粒度等級時,所有字母和相應的等級需全部寫出,例如,B8/C7/D6/E5/F4。

      (二) 稱重法分級
      采用稱重法進行的航空發動機零部件清潔度等級劃分標準如下:每1000cm2受控表面允許顆粒污染物的最大質量(mg),分為100、101、102、103、104、105、106、107和108共9個等級。

      二、清潔度測定方法

      (一)自動顆粒計數法
      將待測樣液通過遮光、電阻、電子成像原理工作的自動顆粒計數儀,從而測定顆粒污染物的尺寸和數量。

      (二)稱重法
      將待測樣液通過濾膜或濾網進行過濾,計算過濾前后濾膜或濾網質量差,即為顆粒污染物的質量;然后使用顯微鏡測定收集在濾膜表面顆粒污染物的最大硬質顆粒尺寸。該方法簡單易行,在實際使用中,與顆粒計數法,可任選一種。

      (三)顯微分析法
      將待測樣液通過濾膜進行過濾,然后使用顯微鏡或圖像分析儀測定收集在濾膜表面的顆粒污染物的尺寸和數量。
      三種測量方法的優缺點對比分析見表1。

      表1 清潔等級測量方法優缺點對比分析


      三、顆粒污染物提取方法

      (一)晃動法
      采用一定體積的提取液部分填充零部件內部,封閉零部件的孔洞口,然后通過手動或自動的方式進行晃動,使零部件受控表面的顆粒污染物轉移到提取液中。

      (二)壓力沖洗法
      采用加壓噴射提取液的方法沖洗零部件受控表面,使零部件受控表面的顆粒污染物轉移到提取液中。

      (三)超聲波清洗法
      通過超聲波產生微型氣泡,微型氣泡在顆粒污染物附近爆破,使顆粒污染物從零部件表面脫離,轉移到提取液中。

      (四)模擬功能試驗法
      將零部件安裝在經過驗證的功能試驗臺上,通過壓力或真空讓提取液流動起來,從而將顆粒污染物從零部件受控表面上分離出來,轉移到提取液中。

      四、檢測程序

      (一)自動顆粒計數法檢測
      1.測試準備
      1)按照自動顆粒計數儀說明書調試設備,使其處于穩定狀態。
      2)用清洗液沖洗傳感器通道,直至沖洗干凈。
      3)若傳感器已分析的液樣和待分析的液樣不相容,則應采用一系列清洗液沖洗傳感器通道,且每種清洗液都應和前次清洗液相容。
      4)啟動自動顆粒計數儀,測試適量體積的清洗液,檢查傳感器通道的清潔度,其清潔度應符合GJB 420B-2006中0級的要求,否則,應檢查原因后重復步驟2)~4)。
      5)采用清洗液,調整傳感器工作流速,在測試過程中應保持不變。

      2.液樣處理
      1)清潔盛有待測液樣的容器外部,目測判斷,認為對傳感器正常工作有影響的液樣應不予檢測。
      2)將待測液樣搖至均勻。
      3)采用超聲波或抽真空方法對待測液樣進行消泡處理,直至成層的氣泡上升至液面。
      4)處理過的待測液樣應迅速測試,若停留時間過長而導致顆粒沉淀,應按步驟2)~3)重新處理液樣。

      3.液樣測試
      1)啟動自動顆粒計數儀,將全部待測液樣通過傳感器進行計數。
      2)當待測液樣全部計數后,采用清洗液沖洗盛放待測液樣的容器內部,以去除任何殘余的顆粒污染物,并通過傳感器進行計數。
      3)液樣測試完畢后,應用清洗液沖洗傳感器通道,然后再用潔凈、干燥且無油的壓縮空氣將傳感器通道吹干。

      4.檢測結果
      受檢零部件表面每個尺寸范圍的顆粒數由自動顆粒計數儀輸出。

      (二)稱重法檢測
      1.濾膜檢測
      (1) 濾膜的準備
      1)用鑷子取出1個潔凈濾膜,必要時可用清洗液小心地沖洗濾膜的兩側。
      2)將濾膜裝于過濾裝置上。
      3)抽真空,直至清洗液全部過濾完成。
      4)釋放真空,移除濾膜,然后將其放置于表面皿中。
      5)將蓋微開的表面皿放在干燥箱中烘干,烘干溫度和時間可根據清洗液類型確定,推薦溫度范圍為50℃~70℃,烘干時間不少于0.5h。
      6)將蓋微開的表面皿轉移到干燥器中,放置0.5h進行冷卻。
      7)從表面皿中取出濾膜,立刻在精密天平上進行稱重,記錄器質量m1i,然后將濾膜放回到表面皿中。

      (2)顆粒質量測量
      1)將待測樣液較多或預計顆粒較多會導致過濾緩慢時,可將待測液樣分為幾份分別使用濾膜進行過濾。
      2)用鑷子取出4.2.1.1中步驟7)中的濾膜,裝于過濾裝置上。
      3)將待測液樣倒入上部漏斗,在不會導致待測液樣沸騰的抽真空條件下過濾。
      4)當待測液樣粘度過大,導致過濾緩慢時,可適當稀釋。
      5)當待測液樣全部倒入上部漏斗后,采用清洗液沖洗盛放待測液樣的瓶子,以去除任何殘余的顆粒污染物,并倒入上部漏斗。
      6)所有液樣過濾之后,立刻用清洗液樣徹底沖洗過濾裝置的上部漏斗。
      7)待液體全部過濾完成后,逐步地釋放真空。
      8)重復步驟4)~步驟7)的步驟,記錄其質量m2i。

      2.濾網檢測
      (1)設備和濾網檢查
      每一次使用濾網試驗機前,都應該進行總體檢查,保證設備正常運行。檢查濾盤和濾網應該無污染,否則要對其進行清洗。檢查濾盤應無損壞,濾網的網眼應無破損,否則應更換濾盤和濾網。

      (2)空白試驗
      為避免因設備自身攜帶污染物而導致零部件清潔度不合格,在做正式濾網試驗之前,先對濾網試驗機本身進行清潔度檢驗。濾網試驗機上污染物最大值不能超出被檢驗零部件最大允許污染物的10%。如果沒有污染物重量規定,僅有顆粒大小的要求時,濾網試驗機的污染物重量應不大于0.7mg。

      (3)濾網試驗
      1)采用濾網試驗時,顆粒污染物提取和過濾同時進行。
      2)取出潔凈的濾網,使用潔凈的清洗液清洗一次。
      3)將濾網瀝干,放在表面皿上。
      4)將表面皿和濾網放在干燥箱中烘干,烘干溫度和時間可根據清洗液類型確定,推薦溫度范圍為50℃~70℃,烘干時間不少于0.5h,取出后冷卻至少5min。
      5)稱重濾網,記錄初始質量m1。
      6)將濾網安裝在濾網試驗機上,啟動設備,對零件進行沖洗,沖洗壓力不小于零部件清洗時的壓力,沖洗時間為5min。
      7)重復3)~5)的步驟,記錄其質量m2。

      3.最大硬質顆粒尺寸檢測
      (1)顯微鏡校準
      將物鏡測微尺放在載物臺上作為基準,對目鏡測微尺的全部刻度線進行校準。每次對光源進行調整或改變后應重新校準,校準周期一般為一年。

      (2)硬質顆粒檢測
      將稱重后的帶顆粒污染物的濾膜或濾網放在顯微鏡載物臺上,調好焦距,任選以下兩種方法之一辨別硬質顆粒,并記錄最大硬質顆粒尺寸和最大顆粒尺寸:
      a)通過尖頭鋼制探頭端部對顆粒污染物進行施壓,硬質顆粒應保持完好無損;
      b)使用LED白光源多角度照射顆粒污染物,在某一個角度時,可以看到光線從硬質顆粒一個面或尖邊射入并從另一個面或尖邊折射而出。

      4.檢測結果
      (1)濾膜顆粒質量的計算
      每個濾膜上的顆粒質量按公式(1)計算,受檢零部件表面的顆粒質量(m)為所有濾膜上顆粒質量的總和,按公式(2)計算。
      mi=m2i-m1i(1)
      式中:
      mi——第i個濾膜上的顆粒質量,單位為克(g);
      m1i——第i個潔凈濾膜質量(按4.2.1.1測定),單位為克(g);
      m2i——第i個帶顆粒污染物濾膜質量(按4.2.1.2測定),單位為克(g);
      m=1000×mi(2)
      式中:
      m——受檢零部件表面的顆粒質量,單位為毫克(mg)。

      (2) 濾網顆粒質量的計算
      受檢零部件表面的顆粒質量(m)按公式(3)計算。
      m=1000*(m2-m1)(3)
      m——受檢零部件表面的顆粒質量(m),單位為毫克(mg);
      m1——潔凈濾網的質量(按4.2.2.3步驟5)測定),單位為克(g);
      m2——帶顆粒污染物濾網的質量(按4.2.2.3步驟7)測定),單位為克(g)。


      五、航空發動機零部件清潔度等級要求

      采用兩種分級方法的航空發動機零部件清潔度等級要求見表2。

      表2 零部件清潔度等級


      航空發動機典型零部件清潔度推薦等級,見表3。

      表3 航空發動機典型零部件清潔度推薦等級


      六、其他相關要求

      (一)工序間清洗
      工序間清洗不必檢查清潔度。

      (二) 工序間保護
      加工中應對容易進入顆粒污染物且難以被清洗的部位進行工序間保護。

      (三)最終清洗
      對沒有油路或不含可能滯留殘渣內腔的零部件,如齒輪、襯套、軸、軸承滾子、內外環等,可以選擇浸泡清洗、刷洗、超聲波清洗、壓力清洗等作為最終清洗工序。
      對噴嘴、管路類零部件可使用壓力清洗,或者功能試驗和其它清洗方式相結合。清洗前,應清理內孔金屬屑、毛刺等污染物。
      對殼體、機匣、安裝座類鑄造零部件可使用超聲波清洗、壓力清洗等清洗方法進行單獨清洗或聯合清洗,特殊零部件可選擇其他清洗方法。清洗前,應清除鑄造殘砂。

      (四)干燥
      零部件干燥前,應先瀝干或使用過濾的壓縮空氣吹除聚集的液體,以提高干燥效率。
      禁止使用壓縮空氣直接吹軸承組件的滾子零件。
      可選擇熱風或真空等干燥方法。選擇熱風干燥時,可選用專用風機提供氣體或壓縮空氣,當使用壓縮空氣時,應經油水分離,并經不大于5μm的過濾器過濾,壓縮空氣進入干燥室的溫度不應高于清洗液的閃點溫度。
      對使用水基清洗液清洗的,應進行徹底干燥,不得有水溶液殘留。
      使用碳氫類溶劑型清洗液清洗的零部件表面允許少量殘留,但不應流淌。
      零部件清洗后應在30min內干燥。

      (五)目視檢查
      零件表面不應有目視可見顆粒污染物,必要時使用放大鏡或內窺鏡。

      (六)防護
      零部件具有雙頭螺柱、尖邊等突出部位的,應進行保護,防止包裝破損。防護工裝應采用金屬、橡膠、塑料等不產生或遺留顆粒污染物的材料。

      (七)油封和包裝
      應使用清潔的防銹油對零部件進行油封(必要時)并包裝。包裝時,應排出多余空氣后進行塑封。干燥和油封包裝的時間間隔不應超過30min。

      (八)裝配清潔度控制     
      拆除零部件包裝應在專用區域進行,防止包裝上的灰塵造成二次污染。拆除包裝的零部件預計4小時內無法裝配的,應進行遮蓋或再次包裝。
      二次裝配前,應滿足清潔度控制要求。
      整機或部件的滑油系統清洗時,應檢測清洗后的清洗液符合要求。

      (九)試車臺清潔度控制
      應注入滿足技術文件要求的工作介質。
      禁止在試車臺上對試車產品進行打磨或拋光等產生顆粒污染物的操作。 

       

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