Дослідження зміни стану авіаційних газотурбінних двигунів за наявністю продуктів зносу деталей у маслі за допомогою бездифракційного спектрального рентгенівського аналізатора БАРС-3 - Технічна діагностика повітряних суден і авіаційних двигунів

Мета роботи: вивчення принципів роботи аналізатора БАРС-3. Набуття практичних навиків в дослідженні стану ГТД з використанням аналізатора БАРС-3.

Стислі теоретичні відомості

Для аналізу технічного стану ГТД з двигунів зливають пробу масла в об'ємі 60-100 мл. Проба з заповненою етикеткою, де вказані дата відбору проби та номер двигуна, з якого відібрана проба, відправляють до лабораторії.

З відібраної проби готують зразки-випромінювачі на відповідному устаткуванні. Для цього 20 мл відібраної проби заливаємо у мірний стакан 1 (рис. 1.1), що встановлений на корпусі фільтра. Як фільтруючий елемент використовується фільтрувальний папір типу "Владипор", який забезпечує тонкість фільтрації 1 мкм. Для прискорення процесу фільтрації устаткування обладнане вакуумною станцією та ресивером. Після того, як усе масло пройде через фільтр, останній виймають з установок і відбиток на фільтрі досліджують за допомогою аналізатора БАРС-3.

Конструктивно аналізатор БАРС-3 виконаний з двох блоків: датчика та пульта керування.

Датчик як основний блок аналізатора призначений для збудження флуоресценції елементів, що аналізуються, детектування рентгенівських квантів та попереднього підсилення вихідних сигналів. Він складається з циліндричного корпуса (рис.1.2), в якому закріплено високовольтний пристрій, призначений для безпосереднього одержання високої напруги та напруги нагрівання для живлення рентгенівської трубки. Спектрометрична головка 6 має чотири вимірювальних канали, які складаються з рентгенівських фільтрів та випромінювачів. Спектрометрична головка підключається до блока керування за допомогою технічного роз'єму та закріплюється до корпуса накидною гайкою.

29

Рис.1.1. Устаткування для приготування зразків-випромінювачів:

1 корпус фільтра; 2 фільтр; 3 мірний стакан; станція; 4 5 прокладка з фторопласту; 6 вакуумна гайка; 7 - ресивер.

Спектрометрична головка призначена для безпосереднього впливу квантів рентгенівського випромінювання на відбиток, відокремлення коливань малої енергетичної потужності від коливань великої потужності. Головка передає на пульт керування кванти енергії (спектри) випромінювання, характерні для елемента, що досліджується.

До комплекту аналізатора входять три змінні спектрометричні головки, кожна з яких аналізує чотири хімічних елемента:

Перша головка - залізо, мідь, цинк, свинець;

Друга головка - титан, хром, нікель, молібден;

Третя головка - кальцій, марганець, кобальт, уран.

29

Рис.1.2. Датчик:

1 столик; 2 трубка рентгенівська; 3 головка спектрометрична; 4 корпус; 5 пристрій високовольтний; 6 гайка;7 кришка; 8 гайка; 9 випромінювач; 10 детектор; 11 фільтр; 12 відбиток

Для аналізів відбитків датчик встановлюють на столик. Столик розрахований на завантаження одного зразка-випромінювача.

Пульт керування призначений для включення у роботу аналізатора, індикації результатів вимірювання на цифровому табло, живлення датчика аналізатора, підсилення та реєстрації сигналів, які надходять від фільтра-випромінювача.

Пульт керування, структурна схема якого наведена на рис.1.3, складається з мережного блока живлення та функціональних вузлів: пристрою підсилювачів-формувачів; пристрою перерахункового; пристрою керування; пристрою перетворювачів; пристрою підсилювачів стабілізації 14; функціональні вузли підключаються до схеми пульта за допомогою роз'єму на комутаційній плиті.

29

Рис.1.3. Структурна схема аналізатора

А датчик; Б пульт керування; 1 рентгенівська труба; 2 пристрій високовольтний; 3 пристрій керування; 4 пристрій підсилювач формувачів; 5 передпідсилювач; 6 випромінювач; 7 пропорційний лічильник; 8 фільтр; 9 зразок.

На боковій панелі пульта керування є тумблер "Сеть-аккум" та гнізда "АККУМ" для приєднання джерела постійного струму, гніздо "Сигнал" для контролю сигналів, які поступають від спектрометричної головки. На передній панелі пульта розташовані цифрове індикаторне табло, перемикачі "Каналы", "Пуск", "Сброс", "Инд", "Экспозиция", світлодіоди індикації наявності напруги живлення.

Принцип роботи аналізатора заснований на впливі рентгенівських променів на решітку елемента, який аналізується.

У процесі впливу на решітку елемента відбувається поглинання рентгенівських променів (фотонів), яке супроводжується рядом процесів. Найважливішим з них є фотоелектричний ефект.

Під час фотоефекту фотон поглинається атомами речовини. У результаті цього фотон зникає, а з атома визволяється фотоелектрон, кінетична енергія якого W визначається законом Ейнштейна

W = h W1,

Де h енергія фотону; W1 енергія зв'язку електрона в атомі.

При достатньо великій енергії фотона відбувається перехід електрона з глибинних оболонок атома на зовнішній рівень. Якщо електрон відірвано від одного з внутрішніх рівнів атома, то здійснюється перехід цілого ряду електронів з вищих енергетичних рівнів на більш низькі. При цьому виникає характеристичне рентгенівське випромінювання, яке називається флуоресцентним.

Характеристичне випромінювання - це випромінювання з постійними довжинами хвиль, які властиві безпосередньо хімічному елементу, що аналізується.

Так як у зразку знаходяться різні хімічні елементи, то, пропустивши флуоресцентне випромінювання крізь відповідні фільтри 4 і 5(рис.1.3), реєструється характеристичне відфільтроване випромінювання, яке притаманне хімічному елементу, що аналізується.

Матеріал фільтрів підібраний таким чином, щоб енергія випромінювання проходила між краями поглинання фільтрів. При проходженні випромінювання крізь фільтр 4 відсікаються випромінювання з енергією меншою, ніж енергія флуоресцентного випромінювання даного елемента.

Потік флуоресцентного випромінювання попадає на фільтр-відбивач 5, який відсікає потік з енергією більшою, ніж енергія даного елемента. потік, що залишився, відбиваючись від фільтра-випромінювача, попадає на пропорційний лічильник 6, де квант енергії перетворюється в електричний сигнал. Сигнал збільшується підсилювачем 7, а потім подається на лічильний пристрій 10, з допомогою якого відбувається вимірювання швидкості рахування, та кількості імпульсів, які надійшли протягом заданого часу. Інформація про швидкість рахування виводиться на індикаторне табло 11.

Для визначення концентрації продуктів зносу деталей в маслі, що аналізується, необхідно заздалегідь побудувати градуювальні графіки за стандартними (еталонними) зразками-випромінювачами. Графік відображує залежність кількості імпульсів від концентрації хімічних елементів у стандартних (еталонних) зразках-випромінювачах. Зразки-випромінювачі виготовляються на основі заздалегідь підготовленої суспензії. Комплект випромінювачів готується з п'яти таких суспензій. Основою суспензій можуть бути масла МК-8, МК-8П та УПМ-10, в які додаються окисли хімічних елементів, що складають агрегати ГТД. Ці агрегати в процесі роботи змащуються маслом.

Методика виготовлення таких суспензій викладена у лабораторній роботі "Виготовлення початкових та робочих зразкових суспензій для тарировки аналізатора БАРС-3 і квантоміра МФС-4".

Величина концентрації хімічних елементів у таких суспензіях наведена у табл. 1.1.

Виготовлені зразки-випромінювачі піддаються аналізу на аналізаторі БАРС-3. Результати аналізу заносяться у табл. 1.1. За даними цієї табл. 1.1 будуються градуювальні графіки. При цьому на осі абсцис відкладається величина концентрації елементів, по осі ординат - середні величини кількості імпульсів.

Таблиця 1.1 Концентрація елементів у зразкових суспензіях

Номер зразка

Концентрація, г/т

Кількість імпульсів

1-й замір

2-й замір

3-й замір

Середня величина

Fe

Cu

Fe

Cu

Fe

Cu

Fe

Cu

Fe

Cu

1

10

2

6

6

3

3

3

4

1.5

1.5

5

0.75

0.75

Порядок виконання роботи

Вивчити принципову схему аналізатора та принцип його роботи.

Вивчити роботу пристрою для виготовлення зразків-випромінювачів.

Виготовити зразки-випромінювачі (еталони) для побудови градуювальних графіків.

Провести аналіз зразків-випромінювачів.

Провести побудову градуювальних графіків.

Виготовити випромінювачі з масел, відібраних з двигунів.

Провести аналіз випромінювачів, виготовлених з масел двигунів.

Визначити концентрацію продуктів зносу у маслах, які надійшли для аналізу, та дати необхідні рекомендації з питань подальшої експлуатації ГТД.

Примітка. Для аналізу надходить масло, відібране з двигунів Д-30 II серії та НК-8-2У.

Допустимі норми концентрації наведені у табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Норми вмісту металів у маслах за типами двигунів

Тип двигуна

Вміст металів у маслах, при якому двигун ставиться на особливий контроль, г/т

Граничнодопустимі норми вмісту металів, г/т

Fe

Cu

Fe

Cu

Нк-8-2У

2

2

4

5

Д-30-11

4

3

6

5

Методичні вказівки

    1. Підготувати аналізатор до роботи: тумблер "Сеть-аккум" встановити у положення "Сеть"; штепсельний роз'єм з'єднати з мережею з напругою 220 В; вибрати необхідний канал за допомогою перемикача "Каналы" та прогріти аналізатор протягом 30 хв. 2. Виготовити зразки-випромінювачі для побудови градуювальних графіків, при цьому відкрутити гайку 6 (рис.1.1), зняти мірну склянку 1 з корпуса фільтра 2. Зняти фторопластову прокладку 7, встановити на опорну сітку фільтр та притиснути його фторопластовою прокладкою. Встановити на фторопластову прокладку мірну склянку та закріпити її на корпусі фільтра за допомогою накидної гайки.

Старанно перемішати суспензію і відібрати 20 мл. Суспензію залити у мірну склянку 1, яка закріплена на устаткуванні для виготовлення зразків-випромінювачів. Включити вакуумний насос та встановити у системі тиск 500 - 520 мм рт. ст. Після проходження суспензії крізь фільтр видалити її залишки зі стінок мірної склянки бензином Б-70.

Через 1-1,5 хв виключити вакуумний насос та відкрити кран, який з'єднує ресивер з атмосферою, та вийняти фільтр. Зразок - випромінювач, який виготовили, маркується та надходить для аналізу.

Примітка. Зразки-випромінювачі з масла, відібраного з двигунів, готуються аналогічним чином.

3. Зразок-випромінювач встановити на столик 11 датчика (рис.1.2). Підвести столик під рентгенівську трубку. натиснути та утримувати кнопку "Пуск" до засвічування світлодіода "Высокое".

Після закінчення часу обробки випромінювача рентгенівським променем записати в табл.1.1 одержану кількість імпульсів. Для кожного зразка, який аналізується, провести не менше трьох замірів. Аналіз випромінювачів з масла, відібраного з двигунів, проводити аналогічно. Одержану кількість імпульсів занести в табл.1.3.

    4. Після виконання роботи на аналізаторі БАРС-3 за даними табл. 1.1 побудувати градуювальні графіки. За даними табл. 1.3, використовуючи побудовані градуювальні графіки, визначити концентрацію відповідних металів у маслі і занести її в табл. 1.3. 5. Порівняти результати аналізу проб масла (табл.1.3) з нормами вмісту металів у маслі, наведеними в табл.1.2. 6. Оцінити технічний стан двигуна та дати конкретні рекомендації щодо подальшої експлуатації двигуна.

Таблиця 1.3 Результати аналізу проб масла з двигунів літаків Ту-154 та Ту-134

Тип двигуна

Силова установка

Кількість імпульсів

1-й замір

2-й замір

3-й замір

Середня величина

Концентрація, г/т

Fe

Cu

Fe

Cu

Fe

Cu

Fe

Cu

Fe

Cu

Нк-8-2У
    1 2 3

Д-30

II-а серія
    1 2 3

Зміст звіту

У звіті потрібно відобразити:

    -мету роботи; -схему, стислий опис конструкції та принцип роботи аналізатора; -таблиці замірів та градуювальні графіки; -висновки.

Запитання для самоперевірки

    1. Призначення аналізатора БАРС-3М. 2. Які фізичні явища використовуються від час роботи прилада? 3. Наведіть принципову схему аналізатора. 4. З якою метою будуються градуювальні графіки? 5. Що таке зразки-випромінювачі?

Література: [1].

Похожие статьи




Дослідження зміни стану авіаційних газотурбінних двигунів за наявністю продуктів зносу деталей у маслі за допомогою бездифракційного спектрального рентгенівського аналізатора БАРС-3 - Технічна діагностика повітряних суден і авіаційних двигунів

Предыдущая | Следующая