廈航機務培訓中心

　　引言

　　“滑油是機器的血液”。機器設備內部由于接觸部件（軸承齒輪等）的相對運動產生磨損，而滑油系統對這些部件進行潤滑、冷卻并收集磨損產生的碎屑。對滑油和碎屑進行監控分析可預測或判斷這些相對運動部件的磨損或失效情況。故滑油監控一直以來是工業機器設備預防性維修和視情維護的重要組成部分。

上圖：軸承生命周期中的三個發展階段

　　滑油監控系統按工作形式分兩種：
　　1、非實時（off-line）滑油分析，可通過光譜、鐵譜及物理化學分析來提供非實時但詳盡的信息，是滑油監控的傳統方式；
　　2、實時（on-line）滑油監控，實時監控軸承齒輪等部件的磨損及滑油惡化的狀態來提供信息。近幾十年來發展迅速，其目前已運用于以下工業領域：汽車發動機、風力發電機齒輪箱、航空發動機、船舶發動機、采礦設備。

　　實時滑油監控技術近些年的發展主要集中在滑油監控傳感器上，根據技術不同分3種：
　　1、滑油品質傳感器（oil quality sensors）
　　2、元素傳感器（element sensors）
　　3、磨損碎屑傳感器（wear debirs sensors）

　　目前航空發動機的實時滑油監控系統主要采用第3種傳感器。

上圖：EATON公司的QDM電磁感應式磨損碎屑傳感器

　　航空燃氣渦輪發動機內部存在多種高速旋轉部件（轉子、齒輪及傳動軸等），因其載荷高、工況多變，故目前旋轉部件的支撐型式還是采用傳統的滾動軸承。這些滾動軸承工作條件苛刻，即使有滑油系統對其提供潤滑、冷卻和清潔，還是存在失效可能。軸承從出現明顯磨損發展到失效可能需要幾百甚至只有幾十個小時，若未及時被發現可能造成發動機運轉時內部結構的嚴重損壞，導致空停危及飛行安全，及后續高昂的維修費用支出。實時滑油（碎屑）監控可提供及時的軸承和齒輪的失效預警和警告，從而避免發動機嚴重損壞或空停。

上圖：根據Hertz原理，軸承Z大受力點為表面以下0.008到0.0012英寸

上圖：軸承碎屑產生示意圖

　　在航空渦輪發動機上，采用磨損碎屑傳感器的實時滑油監控系統一般簡稱為滑油碎屑監控系統（ODMS）或碎屑監控系統（DMS）。碎屑傳感器工作原理有很多種（如光電效應、電場、磁場、電容、超聲波、電磁感應等），目前普遍采用電磁感應（induction）原理。
　　民用上Z早使用實時滑油碎屑監控系統的是波音777的GE90發動機，1995年投入使用，其采用EATON公司的QDM滑油碎屑監控系統。
　　軍用上Z早使用的是美軍F22戰斗機上的F119發動機，1997年首飛，其采用加拿大GASTOPS公司的Metalscan MS1000滑油碎屑監控系統。
　　后來陸續出現的新型發動機也配備了滑油碎屑監控系統，如：CFM56-7B（選配）、GEnx系列、LEAP系列等民用渦扇發動機。下次我們將通過LEAP-1B發動機的ODMS進一步來了解典型實時滑油碎屑監控系統的組成、工作原理及優缺點。

上圖：GASTOPS公司的Metalscan MS1000滑油碎屑監控系統圖

上圖：EATON公司安裝于GE90上的QDM滑油碎屑監控系統

　　本文參考資料：
　　1、Wu TongHai，Progress and trend of sensor technology for on-line oil monitoring
　　2、EATON，Eaton Aerospace Oil Debris Monitoring Technology
　　3、https://www.gastops.com/solutions/aviation/bearing-and-gear-condition-indication/