一、监测飞机润滑油的降解情况
任何行业的设备故障都会产生负面影响。在飞机工业中，与故障相关的后果和风险可能会增加三倍。然而，如果现在加入军事行动，这些失败的风险就会成倍增加!在本博客中，我们研究了监测荷兰皇家海军使用的飞机润滑油的方法，以及哪些实验室测试可以准确地帮助确定持续退化的趋势。
1、了解喷气发动机润滑油
主要成分为多元醇酯基础油的喷气发动机润滑油很容易氧化。然而，这些通常具有初级氧化抑制剂例如酚、氨基酚、芳香胺和/或次级氧化抑制剂例如硫化酚和亚磷酸酯。通常，主氧化抑制剂与自由基反应以防止聚合。在这些反应中，与酚类抑制剂相比，胺类抑制剂在更高的温度下具有活性，但如果将它们组合使用，它们可以发挥协同作用。
在这种情况下，0-160 喷气润滑剂(国防标准 91-100/2 和 MIL-L-85734)是基于多元醇酯，与吩噻嗪抗磨剂和芳香胺(二辛基二苯胺 - DOPDA)抗氧化剂混合而成。在分析降解模式趋势之前，首先确定润滑剂的成分非常重要。由于添加剂已被识别，因此可以轻松地绘制润滑剂降解时的浓度图表，从而更容易确定降解速率。这在下面的标尺图中显示了正常使用的样品和异常使用的样品。
图 1a + b – RULER™ 图 O-160 标准(正常使用的油与异常使用的油)
经过一些测试后，观察到以下情况;
吩噻嗪(抗磨剂)首先消耗，并且消耗速率随着温度的升高而增加。
铜的存在会加速吩噻嗪的消耗，而铁的存在则消耗较少。
芳香胺抗氧化剂的消耗速度比吩噻嗪慢。当吩噻嗪达到低浓度(20%)时，芳香胺也开始消耗。
可以得出结论，当油达到剩余使用寿命 (RUL%) 的 20% 时，抗氧化剂变得无效，导致基础油容易氧化降解。此外，当在 250°C 下进行氧化测试时，注意到 TAN 和粘度水平在 2.5 至 3.5 小时后达到临界极限。还应该指出的是，在 TAN 或粘度水平开始显示变化之前，RULER 测试首先给出了降解迹象。
图 2：飞机涡轮机油有效寿命、标尺百分比、挥发性、粘度、TAN 与测试持续时间
2、RULER 在检测故障中的作用
在海军基地的这次现场试验中，我们仔细研究了配备 2 台 RR GEM-42 涡轮发动机的山猫直升机的监控情况。在这些发动机中，总共 8 升润滑剂(0-160 型 - 国防标准 91-100/2)在主轴轴承上循环，然后是发动机的减速齿轮箱。定期添加新油，添加速度因发动机而异。6 台发动机的加注速率在 0.02 至 0.2 升/小时之间，平均为 0.05 升/小时。
该网站报告的问题之一包括由发动机减速箱的行星齿轮轴承故障引起的单发动机情况。由于轴承损坏，这种故障会产生更大的油流，直升机机组人员将其观察为油压损失。
在测试了 20 台直升机发动机后，确定 0.05 升/小时的加注速率将被视为平均速率，任何低于或高于该值的加注速率将分别被视为低于或高于平均值。总体而言，所有发动机在 125 小时后都表现出吩噻嗪添加剂(抗磨剂，Add#1)的快速持续消耗，并在运行 150-200 小时之间稳定下来。对于低油耗发动机(通常为 0.03 l/h)，吩噻嗪的添加剂持续消耗 370 小时，直至达到最小值。然而，随着充值，附加值稳定在1100小时。当抗磨添加剂含量较低时，二氧化硅的含量会增加，而二氧化硅的含量会随着抗磨添加剂的补充而减少。
另一方面，对于高油耗(通常为 0.11 升/小时)的发动机，在 150 个运行小时内，两种添加剂的浓度都很高。然而，在 1800-1900 小时之间(在一台特定的高油耗发动机上)，吩噻嗪的浓度降低至 RUL 率低于 20%，并且芳香胺开始更快地消耗。这种异常添加剂消耗背后的原因之一是发动机热区的一个主轴承的迷宫式密封件损坏，导致热空气吸入并与润滑剂接触，导致润滑剂显着降解。
芳香胺抗氧化剂消耗的趋势取决于发动机的性能。然而，在高加注率(RUL 在 95-105% 之间变化)的发动机中观察到正常、稳定的氧化过程，存在细微差别。另一方面，具有低补充率的发动机在第一阶段中芳香胺的RUL%稳定，然后在第二阶段中持续下降。
毫无疑问，可以得出结论，0.05升/小时的平均机油消耗量应该可以为发动机提供足够的润滑油保护。如果与正常消耗趋势存在差异，则可能是由于较高的工作温度(热点)、较高的摩擦力、油流量减少或润滑剂与热气体接触(迷宫式密封缺陷)造成的。这些情况通常会导致抗氧化剂快速耗尽。
在这种情况下，行星齿轮轴承中的温度可能超过 150°C，这直接影响抗氧化剂的浓度。发动机的这一部分仍然面临成为热点的风险，从而导致机油劣化。定期补充(每100小时)会导致较高的油耗。因此，建议我们结合定期的 RULER 测量和选择性监测。RULER 分析可用作进货油批次的质量控制措施。此外，可以每 50 小时取样一次，以分析抗氧化剂以及当前 SOAP(分光光度油分析程序)和 DEBRIS 程序的趋势。
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通过使用 RULER 技术，可以轻松监控这些飞机润滑油的降解情况并预测其故障，以防止对组织产生负面影响。尽管最初使用了常规分光光度分析，但它们没有提供有关即将发生的故障的详细信息或高级知识。从本质上讲，RULER 可用于帮助确定飞机涡轮发动机所用多元醇酯基润滑剂中抗磨和抗氧化添加剂的消耗趋势。
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