Системы индикации и мониторинга
3.5.1. Индикация рабочей информации
Индикаторы типовой системы смазки показывают пилотам основные рабочие параметры системы для мониторинга ее состояния. В соответствии с требованиями EASA 25.1305 и FAR 25.1305 должны отображаться следующие параметры:
- количество масла в баке;
- давление масла;
- температура масла;
- предупреждение о низком давлении масла;
- засорение фильтра.
Система индикации обеспечивает предупреждение о высокой температуре масла и низком уровне в баке. Датчики этих параметров находятся в соответствующих точках внутри системы смазки.
3.5.2. Датчики системы индикации
Датчики системы индикации установлены в специальных местах внутри системы смазки. Их выходные сигналы используются не только для индикации: выходные сигналы датчиков постоянно записываются для мониторинга системы. В дополнение к датчикам системы индикации, в системе откачки установлены сигнализаторы стружки для мониторинга твердых частиц в масле.
На всех двигателях в маслобаке установлен датчик количества масла. Датчик крепится в верхней части бака. Для измерения количества масла используется датчик емкостного типа и герконовый выключатель.
Датчик давления масла соединен с линией системы подачи и с давлением дренажа системы смазки. Если давление дренажа слишком отличается между полостями подшипников, используется давление дренажа той полости подшипника, где оно наибольшее. Из-за подобного способа соединения датчика давления с системой, отображаемое значение представляет перепад давлений между абсолютным давлением нагнетаемого масла и абсолютным давлением дренажа.
Датчик температуры масла может находиться либо в системе откачки, либо в системе подачи. Место установки датчика определяется разработчиком системы для поддержания максимальных отображаемых значений приблизительно на уровне +150°С.
Для приведения в действие сигнализации низкого давления масла датчик низкого давления масла установлен параллельно датчику давления, либо выделенный компьютер запускает сигнализацию, основываясь на давлении масла, замеряемом датчиком давления. В более поздних вариантах маслосистем пороговое значение для сигнализации низкого давления масла может увеличиваться с увеличением частоты вращения вала.
3.5.3. Обработка данных, мониторинг системы
Датчики системы индикации соединены с преобразователями сигналов (компьютерами), которые находятся на планере, либо с компьютером системы FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Использование того или иного варианта зависит от вычислительной мощности компьютера FADEC. Компьютеры самолета – это, в основном, интерфейсные ЭВМ, которые обеспечивают передачу данных между компьютером FADEC и системами самолета.
Кроме сбора данных от датчиков для индикации в кабине, происходит сбор данных, которые будут проанализированы на земле для определения трендов их изменения. Наглядным примером является отслеживание потребления масла двигателем.
Мониторинг потребления масла выполняется для сбора информации об эффективности уплотнений полостей подшипников и раннего обнаружения утечек. Это достигается при использовании данных о количестве масла, получаемых системой через равные промежутки времени. Если уплотнение полости подшипника подвержено увеличивающемуся износу, количество уплотняющего воздуха, прорывающегося через уплотнения, увеличивается. На ранних стадиях это не приводит к утечке масла через уплотнения. Результатом является больший расход дренажного воздуха через маслоотделитель. При этом уменьшается эффективность маслоотделителя и увеличивается расход масла. При увеличении износа уплотнений могут возникать утечки.
Масло, вытекающее из полости подшипника, может попасть в газовый тракт двигателя, что приведет к загрязнению аэродинамических профилей компрессора и загрязнению воздуха, отбираемого для самолета. В кабине будет чувствоваться запах масла. Т.к. это недопустимо, работа двигателя с утечками масла из полости подшипника должна быть предотвращена. Отслеживание расхода масла является эффективной мерой предотвращения описанных последствий.
3.5.4. Мониторинг твердых частиц
Свежее масло, поступающее в систему смазки, содержит растворенные примеси и микроскопические включения в виде частиц и взвесей. Износ подшипников, уплотнений и зубчатых колес, эрозия и коррозия этих компонентов оставляют следы в масле. Таким образом, состояние масла, которое циркулировало в системе смазки в течение какого-то времени, очень точно отражает состояние системы. При нормальной работе системы масло содержит количество твердых частиц, типичное для данной системы. Размеры частиц характерны для абразивных включений.
Во время развития разрушения подшипника или шестерни размер и количество частиц увеличиваются. При обнаружении этих частиц в масле можно распознать повреждение подшипника или зубчатого колеса на ранней стадии. Эти частицы скапливаются в масляном фильтре, но интервалы проверок, как правило, слишком велики для раннего обнаружения повреждения. Для удобства проверки масляной системы на содержание твердых частиц в более короткие интервалы в системе откачки масла для каждого отстойника устанавливаются магнитные сигнализаторы стружки или единый сигнализатор стружки в общей линии откачки ниже по потоку от откачивающих насосов. Так как шестерни и подшипники сделаны из стали, магниты сигнализаторов способны притягивать частицы (или стружку) от этих компонентов. Стружкосигнализаторы улавливают частицы размером от 0,02 мм до 1 мм. Комплекс установки магнитных сигнализаторов стружки обычно называется системой мониторинга продуктов износа. В упрощенном виде магнитный сигнализатор представляет собой тонкий стержень магнита, выступающий в поток откачиваемого масла. На рис. 34. показан подобный сигнализатор стружки.
Рис. 34. Магнитный сигнализатор стружки, установленный в агрегате смазки. Кольцевые уплотнения меняются на новые перед каждой установкой сигнализатора [2]
Проверка сигнализаторов стружки на наличие твердых частиц производится через фиксированные интервалы и является частью программы периодического технического обслуживания. Для удобства проверки сигнализаторов их можно извлекать из корпуса без помощи инструментов. При обнаружении стружки на сигнализаторе, она исследуется в лаборатории для определения поврежденного компонента.
Усовершенствованным вариантом магнитного сигнализатора стружки является электрически контролируемый сигнализатор стружки, показанный на рис. 35. Такой сигнализатор включает в себя установку с двумя магнитами. Компьютер FADEC отслеживает сопротивление между магнитами. Проверки и снятия электрически контролируемого сигнализатора стружки не требуется, пока компьютер FADEC не выдаст соответствующее сообщение.
Для отслеживания твердых частиц в современных двигателях используются мониторы частиц износа в масле ODM (Oil Debris Monitors). Эти датчики основываются на технологии индуктивного измерения, которая позволяет системе обнаруживать, подсчитывать и классифицировать частицы износа металла по размеру и типу (ферромагнитные или неферромагнитные). Это позволяет системе определить тенденцию изменения количества частиц в масле. Мониторы ODM соединены с компьютером FADEC или другим компьютером, предназначенным для этой функции.
Рис. 35. Сигнализатор стружки CFM56-5В, контролируемый электрически. Он установлен в выходном отверстии линии откачки масла агрегата смазки (фотография выполнена автором дипломной работы)
Другим средством мониторинга частиц в масле является метод спектрального анализа масла SOAP (Spectrographic Oil Analysis Program). С помощью данного метода анализа можно определить концентрацию частиц размером от 0,001 мм до 0,02 мм и их специфические составляющие. Тип металла и его концентрация могут указывать аналитику или инженерам, какой агрегат двигателя поврежден, если возможна непосредственная интерпретация. Метод SOAP применяется, если эта программа используется как элемент периодического технического обслуживания двигателя. Она также применяется при наличии сомнений в техническом состоянии подшипников или зубчатых колес двигателя. Некоторые производители ТРД включают процедуры SOAP в определенные программы ТО двигателей.
Для мониторинга концентрации частиц в масле в лаборатории выполняется анализ проб масла, взятых из двигателя. Если количество частиц какого-нибудь металла (элемента) или комбинация элементов увеличивается, это свидетельствует об увеличении износа. Если тенденция изменения продолжается, можно предположить, что повреждение неизбежно развивается. В этой фазе увеличиваются размеры частиц, а их наличие может подтвердить магнитный сигнализатор стружки.
Если применяется метод SOAP, инженерный отдел авиакомпании имеет больше времени на наблюдение за развитием отказа. Это обеспечивает бóльший период планирования для снятия двигателя, необходимого в данном случае.