水污染對飛機油液系統(tǒng)影響綜述*

李健聰 梁圣偉 杜傳斌

(海軍航空裝備計量監(jiān)修中心 上海 200436)

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水污染對飛機油液系統(tǒng)影響綜述*

李健聰 梁圣偉 杜傳斌

(海軍航空裝備計量監(jiān)修中心 上海 200436)

通過論述油液系統(tǒng)中水污染的來源、特點、危害及水含量的主要測試方法,針對部隊實際工作情況,提出幾點預(yù)防和控制水污染的方法。

水污染; 故障診斷; 油液監(jiān)控; 預(yù)防控制

Class Number V355.2

1 引言

油液監(jiān)控已經(jīng)成為飛機故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測的重要手段之一,油液中水分的監(jiān)測作為油液監(jiān)控的方法之一,在部隊實際工作中還未引起足夠重視。國內(nèi)外大量事實表明,油中水分的存在是引起飛機機械故障的重要原因之一,從某種意義上來說,油液的水污染甚至早于顆粒污染,能夠更早期地預(yù)報故障。因此,必須十分重視飛機水污染的控制。

2 水污染來源

飛機油液系統(tǒng)中的水污染物主要來源于四種途徑,一是油液在生產(chǎn)過程中帶來的水,油液一般是從原油生產(chǎn)出來的,原油中一般含有水,原油加工的第一道工序基本上都是脫水,脫水不干凈會導(dǎo)致成品油中含有水分。二是油液在運輸過程中從運輸設(shè)備中摻入的水分,特別是通過油船、槽車運輸?shù)娜剂嫌汀Ｓ痛队头岛綍r需要在油艙中放入壓艙水,以維持油船返航時航行的安全。壓艙水清除不干凈會摻入下次裝載的燃料油中。槽車行駛過程中會因為風(fēng)吹雨淋而使燃料油中摻入水。三是油液在儲存過程中從空氣中攝入水分。油庫油罐中的油液一般和大氣相通,隨著晝夜溫度的變化,白天高溫時油液溶解吸收空氣中的水分,晚上低溫時溶解水析出沉降在油罐的底部,此種過程長期進(jìn)行,油罐中的油液會出現(xiàn)大量的水分。四是油液在加注到用油設(shè)備的過程中從周圍環(huán)境中帶入的水分,特別是在下雨、大霧等潮濕環(huán)境條件下。油液在含有水冷系統(tǒng)的用油設(shè)備中運行時也可能因密封不嚴(yán)、水管或水冷卻器滲漏而進(jìn)入水分。

飛機液壓和潤滑系列油液中的水主要來自大氣中的潮濕空氣和淋水等工作環(huán)境。如液壓油箱加油口殘存的水分、增壓空氣中的水氣、作動筒活塞桿外露部分凝結(jié)的水霧等,都極易進(jìn)入系統(tǒng),特別是陰雨天更是如此;水分是航空滑油中最常見的液體污染物,比如當(dāng)發(fā)動機停車后,滑油箱沉淀區(qū)含水量最高可達(dá)4.7%;一些地面液壓設(shè)備容易儲存水分,在外場曾多次發(fā)現(xiàn)油泵車在油泵出口、出口油濾殼體內(nèi)積存有大量水分,成為飛機系統(tǒng)水污染源之一;另外,新油保管不善,也會造成水分污染。

3 水污染的特點

油液中水分有溶解、懸浮(乳化)和游離三種狀態(tài)。溶解水以溶解狀態(tài)與油品分子相結(jié)合形成的單一相系,不影響油品的透光特性;懸浮水則是以細(xì)小顆粒分散懸浮在油中,形成油水兩體系,外觀上油品渾濁;游離水則是沉降在容器底部或附著在容器壁上的單一相體系。

油液中水污染的特點主要是其三種狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。主要與壓力、溫度、油液的成分、流速等因素有關(guān)。隨著壓力、溫度、流速等條件的變化,油液中存在的溶解水、乳化水和沉降水之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。

4 水污染的危害

油液中水的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

1) 引起腐蝕

水與油液中的金屬硫化物和氯化物(來自某些添加劑)作用產(chǎn)生酸性物,發(fā)生酸腐蝕,尤其是游離水常易附著在零件表面,會進(jìn)一步發(fā)生氧化腐蝕。經(jīng)驗表明,當(dāng)油液中同時存在固體顆粒和水時,水對元件的腐蝕作用比水單獨存在時要嚴(yán)重得多。這是因為固體顆粒會磨去元件表面的氧化物保護(hù)膜,使元件不斷暴露出新的表面,致使水的腐蝕作用加劇。

2) 加速油液氧化變質(zhì)

水使油液氧化和乳化,并會與添加劑發(fā)生化學(xué)作用,產(chǎn)生沉淀物和膠質(zhì),這為微生物快速繁殖創(chuàng)造了條件,從而加速了油液氧化變質(zhì)并進(jìn)而引起故障。表1給出了油液氧化速度同水和顆粒之間的關(guān)系。

表1 液壓油氧化速度同油中污染物的關(guān)系

3) 低溫結(jié)冰

游離水低溫結(jié)冰會堵塞液壓系統(tǒng)中的小孔、間隙和油濾,導(dǎo)致故障。

4) 破壞油膜強度,降低潤滑性能

游離水很容易與金屬表面結(jié)合以取代原來的潤滑油膜位置,使?jié)櫥越档?增加了活動配合面的摩擦力。

例如:1985年某殲擊機新機在一次試驗飛行時,因地面液壓加油車混入雨水污染到機上,引起系統(tǒng)普遍銹蝕,起落架電磁開關(guān)被銹蝕卡死,致使一架飛機著陸時無法正常放下起落架,最后使用了應(yīng)急系統(tǒng)才保證了安全著陸。事后檢查,發(fā)現(xiàn)共有4架飛機發(fā)生水污染,使液壓附件嚴(yán)重銹蝕,導(dǎo)致了4架飛機71項412件重要附件的報廢。不僅危險及到飛行安全,而且造成直接經(jīng)濟(jì)損失近百萬元。

5 水污染的預(yù)防與控制

油液污染控制與飛機的可靠性和使用壽命有著直接關(guān)系,油液污染控制不能僅僅只關(guān)注固體顆粒的污染,水污染的預(yù)防和控制也同樣重要,特別是對于作戰(zhàn)區(qū)域較為特殊的部隊,在各種演習(xí)、出訪、護(hù)航等任務(wù)繁多的當(dāng)前形勢下,更需要重視水污染的預(yù)防和控制。

含水量控制指標(biāo)應(yīng)以吸水飽和度為極限,美軍標(biāo)MIL-H-5440H《飛機液壓系統(tǒng)通用規(guī)范》和我國軍標(biāo)GJB3058《飛機Ⅰ、Ⅱ型液壓系統(tǒng)污染度驗收水平和控制水平》均規(guī)定飛機液壓系統(tǒng)含水量控制指標(biāo)為不大于250ppm,新油為不大于100ppm。水含量的檢測可采用微量水分測定儀進(jìn)行,檢測精度為ppm級。目前液體石油產(chǎn)品水分含量測定主要有蒸餾法、紅外(近紅外)以及卡爾·費休法方法,其檢測原理、檢測誤差大小各不相同,適用測試水分含量范圍也不一樣。

微量水分測試主流方法為卡爾·費休法,卡爾·費休法測量水分主要有庫倫法和容量法兩種,兩種方法最大的區(qū)別主要在于I2的來源不同,容量法中的I2來自于滴定試劑,而庫倫法中的I2則通過電解含離子的電解液產(chǎn)生,通過電解池的電量與I有著嚴(yán)格的定量關(guān)系的,因此庫倫法有著更高的測量精度,它測定的速度和分析過程比容量法要快,準(zhǔn)確度更高。現(xiàn)將庫倫法介紹如下:

庫倫法測定水分含量主要以三氯甲烷、甲醇和卡氏試劑為電解液,用2mL～5mL試樣可定量的檢出1ppm的水分。本方法是基于在含恒定碘的電解液中通過點解過程,使溶液中的碘離子在陽極氧化為碘,反應(yīng)過程如下所示:

陽極:

2I-—2e→I2

產(chǎn)生的碘又與試樣中的水分反應(yīng):

H2O+SO2+I2+3C5H5N→
2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

生成的硫酸吡啶又進(jìn)一步和甲醇反應(yīng):

C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N·HSO4CH3

反應(yīng)終點通過一對鉑電極來指示,當(dāng)電解液中碘濃度恢復(fù)到原定濃度時,點解即自行停止,根據(jù)法拉第點解定律即可求出試樣中相應(yīng)的水含量。

試樣含水量用X(ppm)計算:

式中:Q2為試樣消耗電量,mC;Q1為空白試驗消耗電量,mC;V為試樣體積,mL;p為取樣時試樣的密度,g/mL;t1為試樣分析消耗時間,s;t2為空白試驗消耗時間,s;18為水的分子量;2為水的當(dāng)量數(shù);96500為1g當(dāng)量水消耗的電量數(shù),mC。

最后取重復(fù)測量的兩個結(jié)果的算術(shù)平均值作為試樣的含水量,并且兩次測試結(jié)果之間差值應(yīng)符合重復(fù)性要求。

但水的污染控制技術(shù)仍需進(jìn)一步研究解決,特別是研究更為有效、實用的油水分離技術(shù)。對于水污染的預(yù)防和控制,各部隊?wèi)?yīng)注意以下幾個方面:

1) 防止水污染的侵入,從源頭上保證污染生成率

(1)加強對油料的管理和檢測,杜絕不符合規(guī)定的保存和運輸。

(2)嚴(yán)把油料添加關(guān),確保添加無污染。

(3)保持工作環(huán)境的清潔。

(4)保持人員和工具清潔。

2) 提高認(rèn)識,抓好油液監(jiān)控工作

重點抓好水分的測試工作。但時至今日,各部隊對于水分的測試設(shè)備配備還不夠普及,對于其控制措施還基本空白,水分的危害與固體污顆粒的危害不相上下,需要十分重視。

3) 清洗系統(tǒng)污染

(1)定期清洗或更換飛機系統(tǒng)過濾器濾芯。

(2)嚴(yán)格檢查液壓系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)的密封性。

(3)對污染嚴(yán)重的飛機采取換油、清洗等措施。

6 結(jié)語

是對新油還是對在用舊油,水分都是一項重要的必檢項目。油中過多的水分將嚴(yán)重影響設(shè)備的使用效果,必須將油中的水分含量控制在盡可能低的程度。隨著油液監(jiān)測技術(shù)的更新發(fā)展,水分的監(jiān)測方法和手段也將更加完善。

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Influences of Water Pollution on Plane Fuel System

LI Jiancong LIANG Shengwei DU Chuanbin

(Metrological Supervision and Maintenance Center of Navy Aviation Equipment, Shanghai 200436)

By discoursing sources, features, damages of water pollution of fuel system, and the main testing methods of water content, methods of preventing and controlling water pollution are proposed, aiming at actual working situation of troops.

water pollution, fault diagnosis, monitoring fuel, prevention and control

2014年12月2日,

2015年1月28日

李健聰,男,助理工程師,研究方向:航空油液檢測。梁圣偉,男,工程師,研究方向:航空油液檢測。杜傳斌,男,碩士,助理工程師,研究方向:航空油液檢測。

V355.2

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.005