Влияние загрязненности рабочих жидкостей на работоспособность систем самолета и двигателя

Анализ отказов и нарушений работы гидросистем показывает, что более 10% их происходит вследствие недопустимого загрязнения рабочей жидкости. Проведенные исследования показали, что в жидкости гидравлических систем, несмотря на наличие фильтров, находится большое число неотфильтрованных механических частиц, количество которых достигает нескольких тысяч штук в каждом кубическом сантиметре объема. Основная масса частиц загрязнении при работе систем находится во взвешенном состоянии и движется вместе с рабочей жидкостью. Попадая в зазоры между рабочими поверхностями скользящих пар агрегатов, твердые частицы взывают увеличение сил трения, а в некоторых случаях и заклинивание деталей.

Современные гидравлические системы автоматического управления обладают высокой точностью и быстротой реакции на командные сигналы. Эти качества достигаются главным образом благодаря применению в гидроусилителях, рулевых машинах и других сервомеханизмах прецизионных устройств с весьма малыми диаметральными зазорами и перекрытиями золотниковых пар. Так, например, золотниковые распределители, применяемые на современных самолетах, имеют зазоры 3-25 мкм. Надежность действия таких агрегатов в большой степени зависит от чистоты рабочей жидкости. Частицами загрязнений считаются все посторонние частицы, включая смолообразные органические частицы, колонии бактерий и продукты их жизнедеятельности

Механические частицы загрязнений в гидравлическую систему попадают различными путями и, прежде всего, с рабочей жидкостью. В поставляемой промышленностью жидкости АМГ-10 (ГОСТ 6794-53) допускается содержание в каждом литре до 40 мГ частиц загрязнений. Загрязняющие вещества в процессе эксплуатации выделяются также из самой жидкости в виде частиц красителя, ингибиторов, присадок, продуктов окисления компонентов жидкости. Жидкость и гидравлические системы могут загрязняться частицами пыли из воздуха. Пыль поступает в баки через систему наддува дренажа, заливные горловины, в систему - через штоки силовых цилиндров.

Непрерывно в жидкость попадают продукты износа гидроагрегатов и особенно насосов и двигателей. Так, например, в результате обмера аксиально-поршневых насосов НП-25, отработавших межремонтный ресурс (около 2000 ч), показали, что вследствие износа деталей зазоры между поршнями и цилиндрами увеличились в среднем на 10-15 мкм.

Значительное количество загрязнений остается в системе и ее элементах после изготовления и ремонта. Это песок, попадающий при литье, окалина от сварки, ковки или термической обработки; продукты механической обработки деталей, волокна ветоши, остающиеся после протирки; остатки притирочных паст, применяемые при доводке гидроагрегатов (карбид бора и кремния, белый электрокорунд, алмазная пыль и т. п.).

Загрязнения в жидкость попадают и при обслуживании системы, небрежном монтаже агрегатов, гибких шлангов и трубопроводов использовании загрязненных заправочных средств. Источником загрязнений являются коррозия деталей, продукты разрушения фильтров.

В связи с значительным влиянием загрязненности жидкости на надежность работы системы необходимо вести постоянный контроль ее чистоты и разрабатывать методы для защиты агрегатов от вредного влияния загрязнений. Однако необходимо помнить, получить абсолютную чистую жидкость невозможно, так как по мере уменьшения размера частиц заметно возрастает их число, а вместе с тем увеличивается стоимость их удаления. В связи с этим установлены нормы на допускаемое количество частиц в жидкости и их размеры (ГОСТ 17216-71). В указанном ГОСТе установлено 19 классов загрязненности жидкости. Класс загрязненности определяется размерами частиц и их количеством в 100 см³ жидкости

Примечания. 1. «Отсутствие» означает, что при взятии одной пробы жидкости частицы заданного размера не обнаружены или при взятии нескольких проб общее число обнаруженных частиц меньше числа взятых проб. 2. А. О. - абсолютное отсутствие частиц загрязнений.

Классы чистоты жидкости указываются в технических требованиях к жидкости при поставке, транспортировке и хранении; в условиях эксплуатации гидросистем; в требованиях к изготовлению и ремонту гидроагрегатов.

Американскими стандартами SAE, ASTM, AJA, установлено 11 классов загрязненности жидкости, характеризуемых размерами частиц 5- 10; 10-25; 25-50; 50-100 и свыше 100 мкм. Один класс жидкости от другого отличается количеством примесей указанных размеров.

Для каждой гидравлической системы в зависимости от ее назначения и важности выполняемых функций, а также чувствительности агрегатов к загрязнениям в технических условиях устанавливают класс загрязненности жидкости.

Считается, что нулевые классы загрязненности жидкостей трудно достижимы и такие жидкости могут быть применены в исключительных случаях. Согласно американским стандартам, к 1 классу относятся жидкости гидравлических систем управляемых ракет; 2-й класс должна иметь жидкость гидросистем самолетов при поставке; 3 и 4-м классам должна соответствовать жидкость в гидросистемах летательных аппаратов и т. д.

По существующим стандартам загрязненность жидкости оценивается весовым способом, при этом считается, что количеством механических примесей не должно превышать более 0,005%, т. е. 40 мГ/л. Однако исследованиями установлено, что объемная концентрация их может достигать 0,01% при содержании примесей малого удельного веса. Поэтому полной характеристикой загрязненности жидкости должна служить величина, учитывающая как весовое, так и объемное количество загрязнителя.

Содержащиеся в жидкости загрязнения оказывают влияние на силы трения в элементах гидроагрегатов, на утечки через щели уплотнения гидроагрегатов, на объемную характеристику насосов на абразивный износ деталей.

Влияние загрязненности жидкости на силы трения в гидроагрегатах. Во многих агрегатах герметичность между полостями с различным давлением достигается при помощи так называемых щелевых уплотнений. При этом имеется в виду, что между сопрягаемыми деталями есть небольшой зазор, который необходим для получения малой силы трения при их относительном перемещении. Наличие между полостями некоторого гарантированного зазора не позволяет получить абсолютной герметичности.

Действие щелевых уплотнений основано на физических свойствах жидкостей, оказывать сопротивление движению, вызванному вязким трением

Расход жидкости через щели пропорционален третьей степени величины зазора, поэтому зазор между сопряженными деталями должен быть минимальным. Однако минимальная величина зазора зачастую определяется производственными допусками, так как необходимо обеспечить взаимозаменяемость деталей. Кроме того, при малых зазорах всегда имеется опасность заклинивания подвижных элементов вследствие их деформации под действием давления жидкости, теплового расширения при колебаниях температуры жидкости или окружающей среды и нарушения стабильности размеров стальных деталей в результате неполного превращения аустенита в мартенсит при их термообработке. Чем больше рабочее давление и меньше вязкость жидкости, тем меньше должен быть зазор.

При работе гидравлической системы микронные частицы загрязнений циркулируют вместе с жидкостью и поэтому попадают во все зазоры, где есть течение жидкости. Частицы, размер которых соизмерим с размером щели, могут застрять и привести к увеличению силы, необходимой для перемещения подвижных элементов гидроагрегатов.

Увеличение концентрации загрязнителя в рабочей жидкости значительно ускоряет процесс нарастания силы трения. Чем больше концентрация загрязнителя, тем меньше времени проходит до того момента, когда вследствие полного загрязнения зазора величина силы трения достигает своего максимального значения.

Влияние загрязненности жидкости на утечки через щелевые уплотнения. Стремление иметь малые утечки жидкости через щелевые уплотнения гидроагрегатов закономерно приводит к уменьшению зазора между сопрягаемыми деталями, что особенно важно для гидравлических систем, работающих с большими рабочими давлениями при высокой температуре жидкости.

Течение жидкости через зазоры микронных размеров имеет отличительную от классической гидравлики особенность, а именно, изменение расхода, связанное с адсорбционными явлениями поверхностно-активных веществ.

При течении жидкости происходит как бы заращивание щели уменьшение ее проходного сечения. Это явление получило название аблитерации капиллярной щели. В результате этого взаимодействия на стенках каналов адсорбируются и фиксируются слои полярно-активных молекул, обладающих определенной прочностью постепенно уменьшающих сечение канала.

Скорость процесса аблитерации при прочих равных условиях зависит от расхода жидкости через щель: чем больше расход, больше в единицу времени через щель пройдет полярно-активных молекул и тем больше их число адсорбируется на ее стенках. Этим объясняется зависимость утечки при аблитерации от времени и быстрое уменьшение расхода в первые минуты работы системы.

Движущиеся вместе с потоком жидкости частицы загрязнения размером, большим или равным минимальному размеру зазора задерживаются как у входа в канал, так и в самом канале. В последующем уменьшающееся сечение щели начнет задерживать все более мелкие частицы. Процесс засорения будет проходить до пор, пока не наступит момент полной аблитерации и течение через щели прекратится. Интенсивность заращивания пропорциональна концентрации загрязнителя.

Влияние загрязненности жидкости на объемную характеристику насосов. Одним из главных факторов, оказывающих влияние на срок службы насосов, является степень чистоты рабочей жидкости, обусловливающая изменение геометрических размеров сопряженных поверхностей вследствие износа. Особенно интенсивный износ наблюдается в распределительных устройствах плунжерных насосов и гидромоторов, в результате чего резко снижается их производительность и объемный к.п.д. При исследовании изношенных пар как плунжерных, так и шестеренных насосов обнаруживается один и тот же характер износа -риски, царапины, борозды. Наблюдаются также аналогичные изменения зависимости объемного к.п.д. и износа от концентрации загрязнителей в жидкости.

Процесс возникновения абразивного износа и появление утечек жидкости в насосе можно представить следующим образом.

При работе насоса на загрязненной жидкости абразивные частицы из полости всасывания совместно, с жидкостью переносятся блоком цилиндров в полость нагнетания, откуда часть из них поступает в рабочую магистраль, а другая часть проникает в зазор торцового распределителя и цилиндро-поршневой группы. Частицы проникают в зазор вместе с жидкостью только в полости нагнетания под влиянием высокого перепада давления.

При попадании абразивной частицы в зазор торцовой пары, у которой одна из поверхностей перемещается относительно другой, частица или внедряется в мягкую поверхность золотника или перемещается со скольжением между трущимися поверхностями, создавая местные разрушения в виде борозд на поверхности блока цилиндров. Действие частиц на поверхность деталей может быть как однократным, так и многократным. Кроме эффекта микрорезания, износ деталей гидросистемы может происходить также за счет гидроабразивного воздействия. Жидкость при течении с большой скоростью (в некоторых участках современных гидросистем она достигает значений 30 м/сек} притупляет подобно абразивной эмульсии острые кромки распределительных отверстий. В результате с течением времени увеличиваются зазоры и уменьшаются перекрытия плунжерных пар. Износ изменяет коэффициенты расхода и сопротивления сопел и калиброванных отверстий. Интенсивность износа металла под действием абразивной струи зависит от скорости и угла атаки струи. Чем больше скорость движения и больше, угол атаки, тем больше износ.

Роль гидроабразивного износа в процессе увеличения зазора в трущихся парах насосов не велика.

Процесс абразивного износа сопряженных поверхностей во времени происходит следующим образом. Вначале наблюдается интенсивный износ, который при достижении определенного значения резко снижается и далее стабилизируется. Как правило, стабилизация износа наступает, когда зазор достигает высоты, соизмеримой с максимальным размером абразивных частиц.

Дата добавления: 2013-12-13