автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Повышение достоверности результатов диагностирования газотурбинных двигателей сцинтилляционным методом с целью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов

003475237

Научно-исследовательский институт прикладной физики ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет», ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт гражданской

авиации»

На правах рукописи

2 О AB Г ?009

ДРОКОВ ВИКТОР ГРИГОРЬЕВИЧ iuu J

ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫМ МЕТОДОМ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ РИСКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Специальности: 05.22.14 — Эксплуатация воздушного транспорта

05.26.02 — Безопасность в чрезвычайных ситуациях

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Сиротин H.H.

Москва — 2009

003475237

Работа выполнена в научно-исследовательском институте прикладной физики

ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет» и ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации»

Официальные оппоненты: Заместитель

начальника отдела диагностики

ЦИАМ им. П.И. Баранова

доктор технических наук Егоров И.В.

Заведующий кафедрой ATO и ремонта JIA МГТУ ГА

доктор технических наук, профессор Коняев Е. А.

Профессор кафедры

«Конструкция и прочность авиационных двигателей» ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина доктор технических наук, профессор Евдокимов А.И.

Защита диссертации состоится 8 сентября 2009г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 315.002.01 в Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации (ГосНИИГА) по адресу: 125438 г. Москва, ул. Михалковская, д. 67, корп. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИГА.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан __2009г.

Ведущая организация:

ОАО «Авиадвигатель»

Ученый секретарь диссертационного < кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Несмотря на большие успехи в создании высоконадежных газотурбинных двигателей (ГТД), в эксплуатации продолжают возникать отказы двигателей, приводящие к авиационным происшествиям, снижению уровня безопасности полетов в гражданской авиации и боеготовности в военной авиации, а также к возникновению чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов и к снижению эффективности применения двигателей. Поэтому проблема обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации ГТД в настоящее время является одной из приоритетных и актуальных и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Решение данной проблемы затрудняет несовершенство применяемых методов контроля и диагностики технического состояния ГТД. Вследствие этого с эксплуатации снимаются исправные ГТД, имеющие запас ресурса; в то же время отдельные двигатели в пределах назначенных ресурсов отказывают в полете.

В настоящее время в гражданской авиации и Вооруженных силах РФ эксплуатируются ГТД выпущенные, в основном, 15-30 лет тому назад. Значительная часть парка этих двигателей близка к условиям полной выработки назначенных и межремонтных ресурсов и сроков службы. Возникла актуальная техническая задача обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации таких ГТД путем увеличения (продления) назначенных ресурсов, сроков службы и снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

С другой стороны, создание ГТД новых поколений требует современных подходов к проблеме контроля, диагностики и управления их техническим состоянием, учитывающих особенности их применения и большие ресурсы.

Комплекс указанных причин порождает общую проблему повышения безопасности полетов и эффективности применения ГТД на основе разработки новых и совершенствования известных методов технической диагностики. К ним, в частности, относится метод, основанный на анализе частиц в масле системы смазки двигателя.

Значительный вклад в разработку и внедрение инструментальных методов диагностики, основанных на измерении параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в системе смазки ГТД, внесли работы ЦИАМ им П.И.

Баранова, Гос НИИ ГА, 13 ГНИИ Минобороны России, ОАО «Авиадвигатель», ОАО «НПО «Сатурн», ОАО «Аэрофлот», а также работы отечественных ученых, в том числе выполненные под руководством Биргера И.А., Крагельского И.В., Кузнецова Н.Д., Смирнова H.H., Буше H.A., Калашникова С.И., Степанова В.А., Ребиндера П.А., Гаркунова Д.Н., Степаненко В.П. и др.

Вместе с тем, в опубликованных трудах недостаточное внимание уделено совершенствованию методов диагностики технического состояния элементов конструкции ГТД, обобщению и систематизации данных по закономерностям повреждаемости ГТД на основе анализа металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей, формированию комплексной оценки технического состояния ГТД.

В итоге остается неустраненным ряд серьезных недостатков в разработке теоретических и методологических основ способов диагностирования газотурбинных двигателей с использованием комплексной информации о параметрах металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в системе смазки двигателя.

Используемые в настоящее время инструментальные методы диагностики (атомно-эмиссионный, рентгеноспектральный, феррографический) в подавляющем большинстве случаев не позволяют предсказать повреждение по появлению металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и локализовать поврежденный узел. На это указывают данные ОАО «НПО «Сатурн»; они свидетельствуют, что лишь 5% двигателей из исследованных с помощью оборудования типа БАРС, МФС отстраняются от эксплуатации с повреждениями по превышению контрольных значений количества металлической примеси в пробе масла.

Основными причинами низкой достоверности результатов диагностики традиционным методом являются:

- недостаточность количества информации о параметрах частиц повреждаемых деталей, определяемых традиционными способами;

- неучет параметров частиц, отделяющихся от повреждаемых деталей и накапливающихся на основном маслофильтре.

Поэтому оценка технического состояния авиационных двигателей по состоянию масла системы смазки с помощью оборудования типа БАРС, МФС и

визуального контроля наличия металлических частиц на магнитных пробках, магнитных стружкосигнализаторах, фильтрах-сигнализаторах в недостаточной для эксплуатации степени обеспечивает безопасность полетов и эффективность применения ГТД.

Актуальность разработки и внедрения инструментальных методов технической диагностики нового поколения диктуется объективной необходимостью в обеспечении предприятий, эксплуатирующих авиационную технику, оперативной и высокодостоверной информацией о фактическом состоянии авиадвигателей. Эта информация позволяет повысить эффективность эксплуатации по техническому состоянию авиационных ГТД и уровень безопасности полетов.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения достоверности результатов диагностирования газотурбинных двигателей сцинтилляционным методом с целью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка новых научно-обоснованных технических и технологических решений, создание диагностической аппаратуры нового поколения на основе спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей, разработка сцинтилляционного метода диагностики, обеспечивающего повышение уровня безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей и снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Для достижения поставленной цели решены следующие взаимосвязанные научные и практические задачи:

- разработана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ плазмотронов и движения одиночных металлических частиц, учитывающая движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда;

- исследованы физические процессы в разрядной камере источника возбуждения спектров (СВЧ плазмотрона) сцинтилляционного спектрометра и определены условия оптимального выделения сцинтилляционного сигнала;

разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поколения с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации;

-разработан атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поколения, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частицы в пробах смазочных масел, способ его градуирования по равновесной и импульсной составляющим сигнала;

- систематизированы и обобщены закономерности изменения технического состояния элементов конструкции ГТД, омываемых смазочным маслом, в зависимости от параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей;

- установлены новые диагностические признаки, связывающие параметры частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и накапливаемые на основном маслофильтре, с техническим состоянием двигателя;

разработана новая технология диагностирования по результатам сцинтилляционных измерений параметров частиц повреждаемых деталей, выявляемых в пробах масел и смывах с основного маслофильтра.

Экспериментальные исследования проводились:

- на Л А в условиях эксплуатации;

- на стендах заводов авиационной промышленности;

- в лабораторных условиях на образцах;

- на аварийных ГТД, поступивших на исследование для установления причины отказа.

Научная новизна

Научная новизна диссертационного исследования определяется следующими результатами, полученными лично автором:

1. Разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поколения, реализующие сцинтилляционный способ регистрации, измерения и анализа параметров частиц повреждаемых деталей, выявляемых в пробах смазочных масел.

2. Создана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ плазмотронов и движения одиночных

металлических частиц, учитывающая движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда.

3. Исследованы газодинамические условия в разрядной камере с закрученным потоком газа, при которых:

- введенные в разряд металлические частицы размером от единиц до 100 мкм не выбрасываются на стенку камеры;

- каждой введенной в разряд металлической частице соответствует один сцинтилляционный импульс.

4. Проанализированы закономерности влияния передаточной функции источника возбуждения спектров и распределения частиц по размерам на распределения сигналов.

5. Разработан способ динамической дискриминационной фильтрации сцинтилляционного аналитического сигнала.

6. Разработан атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поколения, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частиц в пробах смазочных масел.

7. Получен новый способ одновременного получения информации о примеси, находящейся в виде отдельных частиц и о фоновой составляющей сигнала, несущей информацию о содержании растворенной примеси и (либо) примеси, находящейся в субмикронных частицах.

8. Предложен сцинтилляционный метод диагностики, позволяющий значительно повысить достоверность и качество диагноза за счет увеличения объема диагностической информации и снижения влияния видов повреждения на правильность принятия диагностического решения, повысить уровень безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей.

9. Созданы статистические модели исправных двигателей по параметрам частиц повреждаемых деталей с учетом типа и наработки двигателей.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана новая технология сцинтилляционного диагностирования, обеспечивающая как оценку технического состояния узлов и двигателя в целом, так и локализацию поврежденных узлов. Новая технология диагностирования внедрена в

гражданской авиации (бюллетени №№ 1756-БД-Г, 1772-БД-Г, 1786-БД-Г, 1807-БЭ-Г, 1827-БЭ-Г, 1840-БЭ-Г, 94348-БЭ-Г) и обеспечила экономический эффект более 16 млн. рублей.

Технология сцинтилляционного диагностирования является основой для создания новых технологий для диагностики топливной аппаратуры, гидрокомплексов, проточной части двигателей и т.д.

2. Разработаны оригинальные конструкции СВЧ-плазмотронов, обеспечивающие работу с жидкими, либо порошкообразными пробами с эффективностью вхождения подаваемого вещества в струю плазмы близкой к 100%. Созданный СВЧ-плазмотрон циклонного типа с высоким к.п.д. нагрева газа и надежностью пригоден для плазмохимического получения нитридов титана, бора и других веществ.

3. Сконструирована аналитическая аппаратура нового поколения (класса) — атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр, позволившего повысить достоверность диагноза технического состояния двигателей в условиях эксплуатации благодаря комплексному измерению параметров по каждому из измеренных элементов микропримесей металлов.

Спектрометр может использоваться для трибологических исследований, контроля качества горюче-смазочных материалов, оценки технического состояния узлов, омываемых спецжидкостями и т.д., а также в геологии, геохимии и промышленности для поиска и изучения генетических особенностей месторождений благородных металлов, решения технологических задач.

4. Разработаны методики непрерывного отслеживания фазовых превращений частиц металлов.

5. Накоплен и систематизирован набор эталонов проб масел и смывов с основного маслофильтра с дефектных двигателей, исследованных на заводе. Данный набор является исходной информацией для разработки системы диагностики вновь создаваемых двигателей, методик измерения параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и совершенствования технологий диагностирования.

На защиту выносятся:

1. Теоретические и практические принципы создания диагностической аппаратуры нового поколения с использованием спектрального атомно-эмиссионного

сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации.

2. Математическая модель и результаты исследований течения плазменного газа, движения в нем одиночных металлических частиц, способы эффективного введения металлических частиц в разряд потоком газа, влияние типа передаточной функции источника света на функцию распределения сцинтилляционных сигналов и способ оценки размеров частиц при сцинтилляционных измерениях.

3. Атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поколения, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частиц в пробах смазочных масел, а также комплексное, экспрессное и «прямое» определение содержания элементов, находящихся в пробе в растворенной форме и в виде частиц повреждаемых деталей.

4. Сцинтилляционный метод диагностики, позволяющий значительно повысить достоверность и качество диагноза за счет увеличения объема диагностической информации и снижения влияния видов повреждения на правильность принятия диагностического решения, повысить уровень безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей.

5. Закономерности поступления частиц повреждаемых деталей в смазочное масло двигателя при возникновении и развитии повреждения, а также модель развития повреждения по результатам измерения параметров частиц повреждаемых деталей.

6. Результаты микрорентгеноспектральных и сцинтилляционных исследований по структурной однородности сплавов подшипников, используемых в конструкции двигателя, элементному составу частиц, отделяемых от повреждаемых деталей.

7. Критерии технического состояния авиационных двигателей (количественные параметры) по параметрам частиц повреждаемых деталей в пробах с основного маслофильтра и новые диагностические признаки повреждений на ранней стадии их развития.

8. Статистические модели исправных двигателей типа Д-ЗОКП/КУ/КУ-154.

Достоверность и обоснованность результатов

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена корректным применением современного математического аппарата, постановкой

дополнительных специальных экспериментов, реализующих сцинтилляционный способ регистрации, измерения и анализа параметров частиц и корректной статистической обработкой полученных данных. Правильность измеренных сцинтилляционным способом параметров частиц повреждаемых деталей контролировалась с помощью независимых методов оценки используемого параметра. Достоверность разработанной технологии диагностирования оценивалась путем сравнения результатов сцинтилляционного диагностирования двигателей с результатами их заводской разборки.

Все полученные результаты теоретически и экспериментально обоснованы, а их достоверность подтверждена:

- сходимостью аналитических решений поставленных научных задач с результатами полунатурных и натурных экспериментов;

- внедрением полученных автором решений в конкретные разработки и образцы техники;

- метрологическими возможностями оборудования, его аккредитацией в Госстандарте;

- соблюдением правил составления и тестирования вычислительных программ и алгоритмов.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертации опубликована одна монография, одна научно-техническая книга в соавторстве, 44 печатные работы, из них 12 работ в журналах, рекомендованных ВАК («Контроль. Диагностика», «Химия высоких энергий», «Журнал аналитической химии», «Журнал прикладной спектроскопии»), получено 7 авторских свидетельств СССР, 14 патентов РФ и один европатент.

Результаты диссертационной работы реализованы в плановых НИР Иркутского государственного университета, двигателестроительных КБ и заводов РФ (ОАО «Сатурн», «Авиадвигатель»), в ВУЗах РФ и зарубежных стран.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных и международных научных семинарах, конференциях:

Вторая Всесоюзная конференция по новым методам спектрального анализа и их применениям (Иркутск, 1981г.); IX Всесоюзная конференция по генераторам низкотемпературной плазмы (Фрунзе, 1983г.); XIX Всесоюзный съезд по

спектроскопии (Томск, 1983г.); III Региональная конференция. Аналитика Сибири — 90 (Иркутск, 1990г.); XIV Всесоюзное Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов (Новосибирск, 1989г.); II Всесоюзное совещание «Высокочастотный разряд в волновых полях» (Куйбышев, 1989г.); V Конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, 1996г.); III Сессия научно-технического совещания «Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях». (Иркутск, 1989г.); Международная научно-практическая конференция «САКС-2001» (Красноярск, 2001г.); XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий (Миасс, 2004г.); ЮАР international condition monitoring Conference. Mobile (Alabama, 1998г.); Материалы международной научно-практической конференции «Славянтрибо-7а», (Рыбинск — Санкт-Петербург, 2006г.); I Всероссийская конференция «Аналитические приборы». (С-Петербург, 2002г.); COMADEM-97. X International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management. 1997г.; Первая международная конференция «Энергодиагностика». (Москва, 1995г.); Энергодиагностика и Condition Monitoring (Нижний Новгород, 2001г.); Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2006г.).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, изложена на 325 страницах машинописного текста, в том числе: таблиц 62, рисунков 64. Библиография включает 156 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность повышения уровня безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей воздушных судов и эффективности их применения на основе предупреждения отказов ГТД; дана краткая характеристика работы, ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе на основании анализа и обобщения данных по аппаратурно-методическому обеспечению контроля и диагностике технического состояния элементов конструкции ГТД, омываемых смазочным маслом, по параметрам частиц повреждаемых деталей установлены причины низкой достоверности диагностических результатов.

На достоверность диагностических результатов влияют:

1. Систематические погрешности при атомно-эмиссионных и рентгенофлуоресцентных измерениях. Это связано с тем, что величина аналитического сигнала зависит от вида распределения частиц по размерам в анализируемой пробе. Поэтому градуирование спектрометров любыми однотипными стандартными образцами (СО) (Согк^ап, СО на частицах окислов металлов, СО на ионной основе и т.д.) может приводить к значительным погрешностям при измерении содержания металлической примеси.

2. Изменение вида функции распределения частиц повреждаемых деталей по размерам при интенсификации процессов повреждения. Для обоих спектральных способов характерно резкое снижение чувствительности (наклона) градуировочного графика при увеличении размеров частиц повреждаемых деталей. Для атомно-эмиссионного способа эти влияния существенны при размерах частиц в несколько микрометров, для рентгенофлуоресцентного — 15-20 мкм.

3. Недостаточные пределы обнаружения. Значение пределов обнаружения при «прямых» атомно-эмиссионных измерениях содержания железа и меди в пробах масел при использовании спектрометров МФС-7, МОА, БрейоН и т.д. составляет порядка 1 г/т и является предельным. Резервы по снижению пределов обнаружения при подаче пробы вращающимся электродом в угольную дугу исчерпаны. Необходимо дальнейшее снижение пределов обнаружения, которое возможно лишь при замене угольной дуги безэлектродным источником возбуждения спектров и изменением схемы выделения и регистрации сигнала.

Использование предварительного концентрирования пробы масла в рентгенофлуоресцентном анализе позволяет получать пределы обнаружения, достаточные для определения легирующих компонент. Однако влияния, связанные с видом распределения частиц по размерам, не устраняются. В методике измерения обязательно должны учитываться все факторы, от которых зависит величина осадка на фильтре и, соответственно, правильность измерения содержания металлической примеси: тип двигателя, вид повреждения, марка используемого масла и пористость фильтра.

4. Недостаточный объем диагностической информации. Измеряется только величина содержания металлической примеси. Параметр «содержание» является,

возможно, необходимым, но недостаточным признаком при оценке технического состояния элементов конструкции ГТД, омываемых смазочным маслом. Определение величины содержания металлов в пробе масла даже с высокой точностью не гарантирует достоверной оценки технического состояния двигателя.

5. Отсутствие информации о параметрах частиц износа, накапливаемых на основном маслофильтре. Достоверность диагноза технического состояния двигателя существенно повышается, если одновременно учитываются параметры частиц в пробе масла и параметры частиц, накапливаемых на основном маслофильтре.

Анализ и обобщение результатов исследований в области разработки диагностической аппаратуры показал, что наиболее перспективным направлением в разработке новой диагностической аппаратуры, обеспечивающей повышение достоверности диагноза и, соответственно, повышение уровня безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей воздушных судов и эффективности их применения, является атомно-эмиссионный спектрометр с использованием сцинтилляционного принципа выделения аналитического сигнала.

Во второй главе приведены результаты исследований по разработке основных теоретических положений создания диагностической аппаратуры нового поколения с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации.

Установлено, что источник возбуждения спектров при анализе проб масел должен обеспечивать:

- отсутствие в собственном спектре источника линий анализируемых элементов, т.е. источник должен быть безэлектродным;

- 100 % вхождение частиц износа в плазму;

- возможность использования в качестве плазмообразующего газа сжатого воздуха.

Для подтверждения разработанных теоретических положений проводились экспериментальные исследования по установлению закономерностей течения плазменного газа и траекторий движения частиц с цилиндрическими разрядными камерами с аксиальным и тангенциальным способами стабилизации разряда.

Плазма в разрядных камерах зажигалась и поддерживалась с помощью СВЧ-генератора с частотой 2375 мГц мощностью 2,5 кВт.

На основании известных фундаментальных положений разработана математическая модель газодинамического течения при условии, что газ является вязкой сжимаемой жидкостью, обладающей тепло- и электропроводностью. Распределение температуры в области ядра плазмы задавалось по результатам экспериментальных измерений, в результате чего из уравнений теплового баланса исключался источниковый член, описывающий поглощение СВЧ-мощности.

В цилиндрической системе координат математическая модель имеет вид

8 К дг

дУ^ дг

дР

' дг '

' дг )

гдг{ {дг дг )) г дг

, 1 д(Угг) дг г дг

р[у дУ' I у дР I 2 5 |'гцдУЛ г/' I

^ г дг дг ) дг г дг\ дг ) г2

дг\ \дг дг 11 3 дг I дг г дг

(1)

. „ дН дН

1д_ г дг

{ л дН д / Л дН'

1ч дг / + дг ч дг г

где У1, Уг — аксиальная и радиальная компоненты газовой скорости; Р, Н — давление и энтальпия плазмообразующего газа; г и г-текущие координаты; Я — теплопроводность; Ср — теплоемкость; р — плотность; // — вязкость. Система уравнений замыкалась соотношениями

Я = Х(Т), Ср = Се(Т), р = р(Т), ц = ц(Т), (2)

определяющими зависимость теплопроводности — Я, теплоемкости — Ср, плотности — р и вязкости — ц газа от температуры.

Распределение температуры в области ядра плазмы задавалось по результатам экспериментальных измерений, полученных методом Орнштейна.

Решение уравнений проводилось численным методом в независимых переменных напряженности вихря а и функции тока I//

' ргдг' Кг=—

рг дг

Граничные условия устанавливались в зависти от конструкции плазмотрона и особенностей ввода газа:

1. Исходя из условий непротекания, функция тока на стенках разрядной камеры принимает постоянное значение, равное соответствующему расходу газа. Энтальпия Н на стенках принимает постоянное значение, соответствующее температуре стенок.

2. Во входных сечениях газовых вводов граничные условия задавались из решения одномерных уравнений движения и энергии, которые при постоянной по сечению температуре переходят в закон Пуазейля.

3. На оси симметрии (г = 0) все величины достигают экстремальных значений

А 8а> . дН . у/ =0, — = 0, — = 0. дг дг

4. В выходном сечении задавались условия свободного развития потока, т.н. «мягкие» граничные условия

д2а _ 5> = д2Н дг2 ~~ дг2 ~ дг2 ~

Решение дифференциальных уравнений второго порядка в частных производных проводилось методом сеток. На область интегрирования набрасывалась произвольная сетка, и решение искалось в ее узлах. В этом случае дифференциальные уравнения заменялись соответствующими им алгебраическими уравнениями. Такие замены происходят с определенной погрешностью. Но при уменьшении шага сетки погрешность стремится к нулю, а решение приближается к точному.

Задача взаимодействия мелкодисперсного порошка с СВЧ-плазмой решалась в приближении одиночных сфер. Частицы представлялись сферами, которые испытывали силу вязкого трения о газ и нагревались за счет потока тепла через поверхность.

Уравнения в форме законов сохранения количества движения, внутренней энергии частицы и ее массы определялись в виде системы уравнений

с1т

±=и - = и

Л г- ¿1

а 8 Пг л г

~А = _8^ + И г+т8г ()

¿0 , <1т Тгк

— = дЛ +-Я*,

Л Л '

-4ятД] >-С II—+ Г

-к

г + н.<н,

А_

1к Н. > Я"

здесь / — время; г, г — координаты частицы; иг, и, — проекции скорости Р Р

частицы на ось г и 2\ иг = —, £/г = —, /', Р: — проекции импульса; Q — полная

т т

энергия частицы; т — масса; р, — плотность частицы; А— площадь поверхности частицы; А = ке12,Угу1— компоненты газовых скоростей в точке, где находится

частица; Уд — модуль относительной скорости; К0 = -С/г)2 + (Уг - 1!г)2, С0 —

коэффициент лобового сопротивления, С„ = -^-(1 + 0,15Кеош), ц — поток тепла

через поверхность частицы, д = дГ- с«?,,!,4, ц, - поток тепла за счет разности температур газа и частицы; дТ = а(Т-Т1)\ И — коэффициент диффузии, Сг. —

концентрация пара на бесконечности, Р„ — давление насыщенных паров, Д = ,

V

-

V = - — наивероятнеишая скорость движения молекул, V = V / 4.

^ ят )

В выражениях, приведённых выше, величины и константы имеют значения: с/

— диаметр частицы, с/ = л—-, Ие - число Рейнольдса, Яе = , с — степень

черноты вещества частицы, определенное по энтальпии Я,, Т — температура газа в

точке, где находится частица, а — коэффициент теплоотдачи, а = ^ , Ми — число

г/

Нуссельта, характеризующее среднюю интенсивность теплообмена между частицей и газом, Д'н = 2 + 0,6Ке0'5 Рг0'33, где Рг—число Прандталя =

Л

Зависимость энтальпии от температуры, температуры от энтальпии определялась из соотношения

Г» т,

¡с^т + ь,,

Т<тп

тп<т,< тк

(5)

где Ьп — скрытая теплота плавления.

Разработанная система уравнений позволила построить эффективный численный алгоритм расчета траектории движения частицы в плазмотроне при изменении ее массы.

Известно, что получение безэлектродной СВЧ-плазмы возможно при тангенциальном, вихревом способе стабилизации разряда. Однако при введении

частиц в плазму,

Ось разрядной камеры

- Отверстие для ввода пробы

стабилизированную вихревым потоком, существует явление выбрасывания их инерционными силами из разряда на стенки разрядной камеры, что приводит к налипанию частиц на стенки камеры, нестабильности разряда и его тушению.

Решение системы

уравнений (1) с учетом закрутки показало, что при тангенциальной подаче плазмообразующего газа в СВЧ-разрядной камере

циклонного типа (рис.1) формируется возвратное закрученное течение. В начальном сечении, где осуществляется подача анализируемых частиц, распределение окружной скорости

Тангенциальная полача газа

И

Выходное сопло

Рис. 1. Схематичный вид вихревой разрядной камеры СВЧ плазмотрона циклонного типа и расчетные линии тока газа

подчиняется закону вынужденного вихря Ке = С/г, т.е. газ вращается как целое. При движении вверх против потока воздуха за счет торможения о стенки разрядной камеры вынужденный вихрь постепенно переходит в свободный, с распределением скорости Ув = С/г. В промежуточных сечениях распределение окружной скорости имеет комбинированный вид: возле стенки разрядной камеры преобладает свободный вихрь, а возле оси — вынужденный вихрь.

На основании математического моделирования установлено:

Использование разрядной камеры циклонного типа позволяет получить стабильную СВЧ-плазму, не загрязненную посторонними элементами, а выбором подходящей степени крутки можно добиться полного вхождения исследуемых частиц металла в высокотемпературную область плазмы.

Для оценки влияния температуры СВЧ-плазмы и траекторий движения частиц на характеристики нагрева проведены тщательные экспериментальные исследования по регистрации сцинтилляционных сигналов от частиц металла известной массы.

При экспериментальных исследованиях использовались приготовленные по специально разработанной технологии частицы размером от 100 мкм до 40 мкм, измеренные с точностью ±2 мкм, а также частицы от 40 мкм до 5 мкм, отобранные с точностью ±1 мкм.

Каждой введенной в СВЧ-плазмотрон частице соответствовал один сцинтилляционный импульс во всем интервале размеров используемых частиц. Не регистрировалось ни «множественности» для крупных частиц, означающей превышение числа зарегистрированных импульсов над числом частиц, введенных в спектральный источник, ни «потерь» импульсов для мелких, отмечаемых ранее в работах по спектральному анализу.

Разброс значений импульсов, получаемых от частиц одного класса крупности, был значительным (рис.2). Форма распределений указывает на отсутствие строго детерминированной связи между входным и выходным сигналами. При этом наиболее правильными являются результаты, полученные при использовании источника с передаточной функцией, по форме наиболее близкой (в идеале) к дельта-функции, а реально — к нормальному распределению с наименьшей дисперсией.

Рис. 2. Гистограммы распределения сцинтилляционных сигналов в зависимости от площади импульсов (5) и искусственных частиц различных размеров: (1) с!,фф = 6 мкм, (2) с!эфф. = 10 мкм, (3) с1эфф_ = 32 мкм, (4) ¿,фф, = 45 мкм

Полученные экспериментальные зависимости величины параметров сцинтилляционных импульсов от массы частиц показали, что абсолютный предел сцинтилляционного обнаружения соответствует частицам с размером с!,фф~ 2-3 мкм, а пропорциональная зависимость между сцинтилляционным сигналом и испарившейся массой частицы сохраняется до размеров (¡,фф~ 55-60 мкм.

Таким образом, теоретические исследования, результаты численного анализа и экспериментальные исследования позволили установить новые положения для сцинтилляционного способа анализа:

- возможность получения безэлектродной СВЧ-плазмы, обеспечивающей 100% вхождения частиц в плазму при тангенциальном способе стабилизации разряда с использованием разрядной камеры циклонного типа;

- отсутствие эффекта «потери» и «множественности» частиц;

распределение сцинтилляционных сигналов не повторяет форму распределения масс частиц вследствие пространственной неоднородности плазмы;

- условия пропорциональной зависимости между сцинтилляционным сигналом и испарившейся массой частиц в воздушной СВЧ-плазме атмосферного давления наблюдаются до с!,ф~ 55-60 мкм.

В третьей главе представлены теоретические и экспериментальные результаты исследований по способам раздельной регистрации фоновой и импульсной составляющих аналитического сигнала при сцинтилляционных измерениях и влиянию передаточной функции источника возбуждения спектров на сцингилляционный сигнал.

В общем виде выражение для сцинтилляционного сигнала определялось как

(6)

1=1 к=о

Первое слагаемое описывает часть сигнала, формируемого равномерно распределенной примесью, второе — сигнал от дискретной примеси, третье — шумовую составляющую. Шумовая составляющая формируется шумами аппаратуры и представляет гауссовский процесс, который приводит к общему поднятию фона и характеризуется своим средним значением и дисперсией.

В реальной ситуации сигналы от частиц примеси часто перекрываются. В этом случае для них не выполняется принцип сцинтилляции, поэтому они также формируют гауссовский случайный процесс. Задача регистрации сцинтилляционного сигнала заключается в выделении заметных импульсов на общем шумовом фоне.

С учетом вышесказанного второе слагаемое в выражении (7) можно представить в

виде

*,(')=(7)

ЫО к=0

"I

где — представляет совокупность мелких перекрывающихся импульсов,

к=0

(г)— отдельные не перекрывающиеся импульсы.

к=о

Второе слагаемое в (7) описывает импульсный случайный процесс, выделение которого и составляет основную задачу сцингилляционной регистрации.

Исследования показали, что сцинтилляционный сигнал представляет сумму двух случайных сигналов:

- фонового сигнала, характеризующегося малыми шумовыми амплитудами, медленным и плавным изменением фонового значения со временем, который может нести информацию о растворенном в пробе металле или (и) о металле, находящемся в субмикронных частицах;

- импульсного сигнала — отдельные неперекрывающиеся импульсы с большой амплитудой (больше амплитуды фонового сигнала, несущие информацию о достаточно крупных частицах металла).

Для одновременной регистрации фонового и импульсного сигналов разработана система с использованием динамической дискриминационной фильтрации (рис.3).

Рис. 3. Функциональная схема одновременной регистрации фонового и импульсного сигналов с использованием динамической дискриминационной фильтрации: Т7 — средняя за экспозицию амплитуда фонового сигнала

В систему введен фильтр сверхвысоких частот для подавления шумовой составляющей сцинтилляционного сигнала (ФСВЧ). Это обеспечило более устойчивую работу системы динамической дискриминации и выделения одиночных импульсов из импульсного сигнала.

Уровень дискриминации О и уровень регистрации и, настраиваются таким образом, чтобы от пробы, не содержащей дискретной примеси, не регистрировалось ни одного импульса. В качестве пробы, не содержащей дискретную примесь, могут использоваться

образцы, где элемент введен в пробу, (например, масло) в виде растворенного металлорганического комплекса (стандартный образец, типа Сопоз1ап).

Исключить влияние дискретной компоненты примеси на фоновый сигнал в общем случае нельзя, т.к. если частицы имеют субмикронный размер и их содержание велико, то доя них нарушается принцип сцинтилляции (перекрываются облака атомного пара), что также приводит к увеличению фоновой составляющей.

В результате исследований установлено:

- динамическая дискриминационная фильтрация позволяет более корректно, по сравнению с традиционными методиками, разделять сцинтилляционный сигнал на фоновую и импульсную составляющие;

одновременная регистрация фоновой и импульсной составляющих сцинтилляционного сигнала позволяет производить анализ проб, в которых примесь находится как в растворенном, так и дискретном виде;

- разделение выходного сигнала на две составляющие приводит к необходимости производить градуирование сцинтилляционного способа для получения правильных результатов измерения содержания по двум типам стандартных образцов (СО): СО, где примесь находится в растворенной или (и) субмикронной форме, и СО, содержащему примесь только в виде отдельных дискретных частиц, сигнал от которых превышает фоновое значение.

Такой подход разделения выходного сигнала позволяет получать раздельную информацию о содержании металлической примеси, находящейся в виде присадки, либо субмикронных частиц и, соответственно, в виде частиц повреждаемых деталей.

Исследования влияния передаточной функции источника возбуждения спектров на распределение сцинтилляционных сигналов производились с использованием метода Монте-Карло. В качестве функции распределения частиц по диаметрам принималось логнормальное распределение.

Результаты моделирования показали, что форма гистограммы распределения сигналов сложным образом зависит от формы функции распределения частиц по размерам. В зависимости от типа передаточной функции гистограммы сигналов ведут себя по-разному при изменении распределения частиц по размерам. В большинстве случаев при увеличении размеров частиц гистограмма сигналов уширяется, а максимум распределения остается в младших классах (рис.4).

а)

б)

N% 4.0"

К

.д

:|1 V

¿I .ii V-

20 40

10 20 30

N% 4СИ

130 Г55-1 I 50Svci.ed. I

Пепг-

10 20 30

4

г

/ill

S усJ7. fv). О -

JlflMrmn ш

Рис. 4. Вид сигналов в зависимости от размеров частиц при передаточной функции, имеющей положительную асимметрию: а — входной; б — выходной

Исследования показали, что по величине единичного сцинтилляционного импульса невозможно оценить испарившуюся массу частицы (соответственно и ее размер). Возможно отследить лишь изменение среднего размера частиц от пробы к пробе, например, по уширению гистограммы сцинтилляционных сигналов.

В четвертой главе приведены разработанные новые технические решения при создании сцинтилляционного спектрометра, его аналитические и метрологические возможности, а также особенности разработки сцинтилляционного анализатора масла САМ-ДТ-01.

В основу технических решений сцинтилляционного спектрометра положено следующее (рис.5).

Проба масла с помощью ультразвукового распылителя (1) превращается в мелкодисперсный золь и подается в СВЧ-плазменную горелку (2) циклонного типа с температурой ~ 5200 К. Капли масла в воздушной плазме выгорают, а последовательно поступающие в плазму металлические частицы испаряются и атомный пар возбуждается, т.е. происходит вспышка (сцинтилляция) частицы.

Излучение атомного пара с помощью конденсора (3) поступает в полихроматор (4). Разложенное в спектр излучение регистрируется фотоумножителями (5-7).

В случае одновременного присутствия в пробе растворенного металла и металла в виде износных частиц на выходе ФЭУ присутствует непрерывный фоновый сигнал, соответствующий растворенному металлу и импульсный — соответствующий частицам повреждаемых деталей.

По специальным градуировочным характеристикам импульсный сигнал пересчитывается в элементное содержание частиц повреждаемых деталей, непрерывный — в содержание растворенного элемента. Число вспышек (зарегистрированных импульсов) равно числу частиц повреждаемых деталей.

При попадании в плазму частиц, состоящих, например, только из железа, последовательность импульсов излучения регистрируется на канале (5) (см. рис.5а). На каналах 6,7 наблюдается непрерывное, слабое фоновое излучение плазмы.

л.,,.

П, П^ ГГз

Лх. 1_Л

1—А—

в

Рис. 5. Блок-схема сцинтилляционного спектрометра на три канала: а) — последовательность импульсов излучения при присутствии в пробе только одного элемента; б) — последовательность импульсов излучения при одновременном присутствии трех элементов

Если в пробе присутствуют частицы, состоящие из нескольких элементов, ПЭВМ сортирует импульсы излучения по одновременности их появления.

Совпадение по времени двух и более импульсов излучения указывает на наличие сложной частицы, характеризующей ее элементный состав.

Для проведения измерений параметров частиц повреждаемых деталей используется объем разовой аналитической навески — 1 мл. За время экспозиции 10 мин определяются следующие параметры одновременно для восьми элементов (А1, Сг, N1, М§, Бе, Си, АК, V):

- содержание элемента, находящегося в пробе в виде частиц поврежденной детали (размер частиц более 2 мкм);

- содержание элемента, растворенного в пробе и (либо) содержащегося в виде субмикронных частиц (размер частиц менее 2 мкм);

- общее число частиц поврежденной детали;

- число «простых» частиц, состоящих только из одного элемента;

- число «сложных» частиц, состоящих из двух и более элементов;

- средний размер частиц данного элемента;

- элементный состав каждой частицы изнашивания.

Ранее существенным ограничением сцинтилляционного способа являлось измерение только импульсной составляющей сигнала, растворенный металл и частицы размером менее 2 мкм не учитывались в общем балансе содержания. Чтобы устранить ограничение, автором разработан способ измерения содержания растворенной металлической примеси, разработана и запатентована специальная методика градуирования сцинтилляционного спектрометра.

Для градуирования сцинтилляционного анализатора масла используется два типа образцов сравнения:

образец сравнения, в котором элемент содержится в виде металлоорганической примеси распределенной равномерно, например, стандартный образец фирмы Сопоз1ап;

- образец сравнения, в котором металлическая примесь распределена дискретно в виде отдельных частиц.

В качестве стандартного образца предприятия (СОП) с дискретно распределенной примесью был разработан и аттестован образец (аббревиатура СОЧПИ) на основе натуральных частиц поврежденной детали, выделенных из большего объема отработанного масла.

Оценка погрешности измерения содержания проводилась для двух форм нахождения металлической примеси в пробах масел — в форме раствора и частиц поврежденной детали, в соответствии с ГОСТ Р8.563-96ГСИ.

Погрешность на нижней границе измерения содержания для растворенных форм металлов 0,2г/т) определялась превышением шумов плазмы и аппаратуры

над полученным сигналом и составила ±Д ~ 100%. В диапазоне изменения содержаний 1,0-5,0 г/т в зависимости от определяемого элемента погрешность не превышала 20-25%.

Погрешность на нижней границе измерения содержания примесей, находящихся в форме частиц (С, «0,01 г/т), определялась только вероятностью попадания частиц в отдельные аналитические навески, т.е. погрешностью пробоотбора. В этом случае погрешность могла доходить до +А = 300%. Снижение величины погрешности на низких содержаниях получали стандартным путем — увеличением аналитической навески или увеличением числа параллельных измерений. В этом случае, погрешность при измерении примеси, находящейся в форме частиц для диапазона содержаний 2,0-5,0 г/т составляла не более 25%.

Пределы допускаемой относительной погрешности при измерении концентрации (количества частиц в аналитической навеске) оказались не хуже 40% в диапазоне измерений от 200 до 4000 см3.

Выше отмечалось, что одновременность появления сцинтилляционных сигналов на двух и более каналах являлась критерием «сложной» частицы.

При среднем размере частиц 5 мкм и содержании 10 г/т количество ложно идентифицируемых частиц не превышало 6,4% от их общего числа. При содержаниях до 2 г/т погрешность идентификации снижалась до 1,2%.

На сцинтилляционный анализатор масла САМ-ДТ-01 получен сертификат Госстандарта РФ об утверждении типа средств измерений №13832, который зарегистрирован в Госреестре №24095-02.

Методика выполнения измерений содержания внесена в Федеральный реестр. Регистрационный код МВИ по Федеральному реестру ФР. 1.31.2001.00475.

На методику измерений концентрации и размеров частиц Восточно-Сибирским филиалом ФГУП «ВНИИФТРИ» выдано свидетельство об аттестации №01-2002.

В пятой главе приводятся результаты исследований по влиянию неоднородности структуры сплава на формирование диагноза и элементного состава частиц повреждаемых деталей, а также результаты по измерению параметров частиц износа микрорентгеноспектральным способом в диапазоне размеров от единиц до 100 мкм. Микрорентгеноспектральные измерения проводились на СагаеЬах-8Х-50.

Предметом исследования являлись снятые с эксплуатации поврежденные подшипники, изготовленные из стали ЭИ-347Ш. Основа сплава Ре, — 9,5%, Сг — 4,6%, V — 1,7%, N1 — 0,35%.

Обобщение результатов микрорентгеноспектральных исследований позволило уточнить закономерности повреждений подшипников в процессе эксплуатации, особенности структуры поверхностных повреждений колец подшипников и установить следующее.

1. Характер распределения частиц вольфрама во многом определяет повреждение рабочих поверхностей подшипников: чем более равномерно (в мелкой и крупной фазе) распределен вольфрам в матрице сплава, тем менее подвержен сплав повреждению.

2. В структуре металла колец подшипников встречаются участки «чистого» Ре, а также локальные включения других, практически «чистых» элементов: Тц А1, Сг, V. В этих локальных, аномальных включениях просматриваются мелкие частицы

3. В результате повреждения регистрируются как отдельные мелкие и протяженные трещины, так и целые разветвленные системы трещин. Трещины уходят как в глубину тела кольца подшипника, так и располагаются под поверхностью беговой дорожки. Отслоившиеся частицы металла оставляют на поверхности беговой дорожки видимые раковины, каверны различных размеров.

4. Образовавшиеся раковины и каверны иногда оказываются заполненными частицами других металлов (7л\, Си, Сг), принесенными маслом, иногда твердыми минеральными частицами (БЮг— кремний).

5. Трещины на поверхностях качения подшипников и роликах подшипника возникают и развиваются между вольфрамовых зерен в местах, где металл обеднен легирующими компонентами и по составу не соответствует марке стали.

6. Сравнение результатов микрорентгено-спектрального анализа по локальным точкам показало значительную неоднородность распределения элементов. Так, например, при обработке ролика смесью соляной и азотной кислот был выявлен выступ в виде зуба (рис. 6), где содержание V и от точки к точке могло изменяться в 5-6 раз, а N1 в пяти точках выступа вообще не обнаружен.

Рис. 6. Вид поверхности ролика, обработанного смесью соляной и азотной кислот

7. В масле системы смазки двигателя (табл. 1) находится ~ 30% собственно металлических частиц повреждаемой детали, остальное приходится на соединения кремния, кальция и алюминия. В исправном двигателе состав частиц может не соответствовать составу материала, от которого они отделились (рис.7).

Таблица 1

Элементный состав частиц, наиболее часто встречающихся в маслосистеме исправного авиационного двигателя

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Элементный состав частиц Ре Си Ре-Си Ре-Си-7п ре-Сг-№ Ре-Сг П А1

Частота встречаемости частиц в масле, % 19 5 1 2 0.4 0.1 1 0.3 0.3

Частота встречаемости частиц на фильтре, % 16 1 1 2 6 - 1 1 1

Продолжение таблицы 1

10 11 12 13 14 15 16 17 18

\¥ Са & 8ьА1 й-АЬРе 81-А1-ЬС БьАЮа БьК 81-Са

- 60 4 3 1 0.7 0.5 - -

0.5 7 19 10 5 2 3 2 2

19 20 21 22 23 24 25

БьАЬРе 51-А1-К-Ре 81-А1-Са-Ре Б^Са-Ре 51- Ре Са-Ре ЭМЧй-Са

0.3 0.9 - - - - 0.3

- - 4 9 4 2 -

8. В масле системы смазки регистрируются частицы «чистого» железа и меди, 16-19% и 1-5% соответственно. Достаточно редко (частота встречаемости 0,1%) обнаруживаются частицы состава типа Рс-Сг-№, не зарегистрированы даже единичные частицы ванадия, а также частицы сплава типа Ре^-Сг-У-№, из которого изготовлены некоторые подшипники двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154.

Рис. 7. Рентгеновский спектр, полученный на СашеЬах-5Х-50, железо-хромовой частицы округлой формы размером 5 на 10 мкм, высаженной из пробы масла двигателя Д-ЗОКП, не содержащейся в сплавах, используемых в двигателях

В шестой главе приведены результаты исследований по разработке новой технологии диагностирования узлов и агрегатов, омываемых смазочным маслом, двигателей типа Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 на основе спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа.

Технология диагностирования включает несколько этапов, среди которых основными являются:

специальная обработка результатов измерений, полученных на сцинтилляционном спектрометре;

- формирование предварительного диагноза по результатам измерений;

составление отчета о результатах измерений параметров частиц повреждаемых деталей с выдачей основных результатов на экран монитора в виде протокола;

- анализ результатов сцинтилляционных измерений, оценка технического состояния двигателя, локализация повреждения, отработка окончательного диагноза и рекомендаций по дальнейшей эксплуатации исследованного двигателя.

Диагностические решения принимались исходя из установленных граничных значений параметров частиц поврежденной детали, по превышению которых определялась стратегия дальнейшего использования двигателя.

В качестве граничных значений принималась односторонняя оценка (в сторону превышения) 2 а и 3 а.

Если результат сцинтилляционных измерений брался как среднее из двух параллельных измерений, то полученной точности было достаточно для достижения цели, т.е. всегда сг„иосо > . Из этого следует, что в диапазон результатов

_ 32

измерений от нуля до верхней границы (х + а) входят (68+—)% всех исправных

двигателей. В диапазон до верхней границы (х+2сг) входят (95 + ^)% исправных

_ 03

двигателей, а за диапазоном (х + За) - (99 + -^-)% □ исправные двигатели

практически отсутствуют.

Так как вид распределений результатов измерений определяет значения х в доверительном интервале, то были проведены исследования законов распределений в случаях отличии их от нормального проводилась коррекция.

В результате выполненных исследований установлено следующее:

- закон распределения результатов сцинтилляционных измерений для параметров «количество частиц», «средний размер частиц» и «содержание» отличается от нормального;

найдено преобразование, приводящее распределение результатов сцинтилляционных измерений к нормальному закону;

- выявлена закономерность изменения результатов измерений, позволяющая исключить из выборки результаты, нарушающие нормальный закон распределения;

- разработаны статистические модели исправных двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 по параметрам частиц, отделяемых от повреждаемых деталей для указанных наработок 0 < ППР < 500 часов, 500 < ППР < 1000 часов, 1000 < ППР < 2000 часов, 2000 < ППР < 3000 часов, ППР > 3000 часов.

Поскольку не представляется возможным спрогнозировать тип развития повреждения, то для снижения вероятности ошибочного диагноза на анализ должны поступать, как минимум, две пробы — проба масла и проба смыва с маслофильтра.

При выборе диагностических параметров для пробы с маслофильтра использован рейтинговый подход - количество частиц определенного сорта, приходящихся на 1000 частиц износа:

- рейтинг общего числа частиц, содержащих данный элемент, /?0бщЭл.ч

^общ Эл.ч "общ. эл.:Лобш.чх 1000,

где Иобщэл. — общее число частиц всех типов (составов), содержащих данный элемент, зарегистрированных в пробе за измерение, Л^щ , — число частиц всех типов (составов), зарегистрированных в пробе за измерение.

- рейтинг простых частиц, состоящих только из одного элемента, ДПрэл,н

^пр Эл.ч = «пр Эл^общ. 4х '000;

- рейтинг сложных частиц, отдельно для каждого состава, Лсл.ч(эл1-эл2-....)

Ясл (Эл1-Эл2-....) = "ел (Эл1-Эл2-....)^Ло6щ. чХ 1000,

где ясл (Эя1-эл2-....) — число сложных частиц определенного (Эл1-Эл2-....) состава, зарегистрированных в пробе за измерение;

- общий показатель износа, Уо6щ — отношение числа всех сложных частиц к числу всех простых частиц:

^общ. = "сл(Эл1-Эл2-....) I X "прЭл = (Иобщ. ч - I "пр Эл) I X "пр Эл-

Под значком X подразумевается суммирование по всем элементным составам частиц, как сложных, так и простых;

- элементный показатель повреждения, У3л — отношение числа сложных частиц, содержащих данный элемент ппр эл, к числу простых частиц, состоящих только из одного данного элемента

Рэл. = псл Эл / "пр Эл = "общ. Эл - Ипр Эл) / Ипр Эл!

- количество составов сложных частиц Б, отражающее их многообразие и являющееся одним из показателей повреждения двигателя, подсчитывается непосредственно при измерении.

Проведенные оценки пределов допускаемой относительной погрешности измерения рейтингов и показателей износа показали, что при условии набора числа частиц за экспозицию порядка 2000 см"3 точность измерения данных параметров не хуже 20%.

Статистические эталонные модели двигателей Д-30КП/КП-2 и Д-ЗОКУ-154 с наработками ППР < 700 ч и ППР > 700 ч построены с учетом законов распределений результатов сцинтилляционных измерений параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в пробах смывов.

За период 2000-2008гг сцинтилляционным методом продиагностировано более 700 двигателей типа Д-30КП/КУ/КУ-154, из которых 89 имели внешние признаки повреждения и были сняты с эксплуатации и направлены на завод-изготовитель.

На 14.03.08 в заводских условиях исследовано 83 двигателя с использованием сцинтилляционного метода диагностики. Результаты заводских исследований показали, что повреждение 76 двигателей, продиагностированных сцинтилляционным методом, было определено с точностью до узла.

Сцинтилляционный метод диагностики позволил дополнительно выявить на этих двигателях повреждения, которые имели место.

О достаточной практической достоверности сцинтилляционного метода диагностики свидетельствуют следующие данные.

В эксплуатации на семи двигателях были обнаружены внешние признаки повреждения двигателя в соответствие с действующей документацией. Результаты сцинтилляционных измерений наличие повреждения не подтвердили. Однако двигатели были сняты с эксплуатации. В заводских условиях было подтверждено, что двигатели не имеют повреждений, о чем свидетельствовали результаты сцинтилляционных измерений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В результате выполнения данной работы решены крупные научно-технические проблемы, заключающиеся:

- в разработке теоретических и практических положений сцинтилляционного метода диагностики, обеспечивающего повышение качества диагностирования газотурбинных двигателей;

-в создании диагностической аппаратуры нового поколения с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации и выявляемых в пробах смазочных масел;

-в разработке технологии диагностирования технического состояния деталей, омываемых смазочным маслом авиационных двигателей, с помощью созданной диагностической аппаратуры, обеспечивающей снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Основные результаты работы:

1. Показано, что перспективным средством диагностирования авиационных ГТД, обеспечивающим повышение достоверности и качества диагноза, является атомно-эмиссионный спектрометр с использованием СВЧ плазменного источника света и сцинтилляционного принципа выделения аналитического сигнала.

2. Разработана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ-плазмотронов и движения в нем одиночных металлических частиц, учитывающей движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда, позволившая уточнить закономерности течения газа, исследовать движение и испарение частиц в разрядной камере источника возбуждения спектров.

3. Исследованы физические процессы в разрядной камере источника возбуждения спектров (СВЧ-плазмотрона) сцинтилляционного спектрометра и определены:

- условия оптимального выделения сцинтилляционного сигнала;

- новые закономерности течения газа;

- траектории движения твердых частиц в плазменном закрученном потоке;

- газодинамические условия, при которых введенные в разряд металлические частицы примеси не осаждаются на стенки разрядной камеры, а двигаются по центральной высокотемпературной зоне разряда;

- условия, при которых каждой введенной в разряд частице соответствует один сцинтилляционный импульс.

4. Разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поколения на основе спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации.

5. Разработан плазмотрон циклонного типа, используемый в сцинтилляционном спектрометре в качестве источника света, который характеризуется следующими параметрами:

- является безэлектродным;

- имеет неограниченный ресурс;

- в качестве рабочего газа используется воздух при атмосферном давлении;

- минимальный размер частицы металлической примеси, при котором инициируется и регистрируется сцинтилляционный сигнал, составляет около 2-3 мкм;

зависимость между аналитическим сигналом и максимальным размером частицы сохраняется до 55-60 мкм.

6. Разработаны:

- атомно-эмиссионный сцинтилляционный способ и сцинтилляционный спектрометр нового поколения для комплексного, «прямого» измерения параметров металлических частиц в жидких пробах. Спектрометр обеспечивает измерение до шести параметров частицы, отделяемых от повреждаемых деталей, в пробах смазочных авиационных масел и позволяет получать за 10 минут из аналитической навески пробы масла объемом 1 мл информацию одновременно по 8 элементам (А1, Сг, N1, Бе, Си, V). На сцинтилляционный спектрометр получен сертификат Госстандарта РФ как «Анализатор масла сцинтилляционный САМ-ДТ-01» и зарегистрирован в государственном реестре средств измерений под №24095-02;

сцинтилляционный метод диагностики ГТД по результатам сцинтилляционных измерений, внедренный в гражданскую авиацию (бюллетени №№ 1756-БД-Г, 1772-БД-Г, 1786-БД-Г, 1807-БЭ-Г, 1827-БЭ-Г, 1840-БЭ-Г, 94348-БЭ-Г),

который позволил значительно повысить достоверность диагноза и обеспечить экономический эффект более 16 млн. рублей;

статистические модели исправных двигателей и количественные диагностические признаки, построенные с использованием параметров частиц повреждаемых деталей из проб масел и смывов с маслофильтра.

7. Выявлены закономерности влияния передаточной функции источника возбуждения спектров на распределение сцинтилляционных сигналов. Показано, что использование в сцинтилляционном анализе источника возбуждения спектров с передаточной функцией, отличающейся от 5-функции, приводит к неоднозначной связи между сигналом и испарившейся массой частицы. Поэтому по единичному импульсу не представляется возможным получить информацию об индивидуальной массе (размере) частицы. Возможно только отслеживание изменения средней массы (среднего размера) частиц, например, по измерению характеристик распределения сцинтилляционных сигналов от пробы к пробе.

8. Разработан и внедрен в практику сцинтилляционный метод диагностики:

- методика выполнения измерений содержания массовой доли, которая внесена в Федеральный реестр. Регистрационный код МВИ по Федеральному реестру ФР. 1.31.2001.00475;

- методика измерения концентрации и размеров частиц, на которую выдано Восточно-Сибирским филиалом ФГУП «ВНИИФТРИ» свидетельство об аттестации №01-2002;

- стандартный образец предприятия СОЧПИ Восточно-Сибирским филиалом ФГУП «ВНИИФТРИ», на который выдан сертификат об утверждении типа стандартного образца продуктов изнашивания за №СО-1-01.

9. Систематизирован набор эталонов проб масел и смывов с основного маслофильтра и создана база данных проб масел и смывов с основного маслофильтра с двигателей, имевших различные повреждения узлов и агрегатов. База данных проб может использоваться для оценки диагностической достоверности результатов при проработке новых технологий диагностирования, методик измерения параметров частиц износа и совершенствования технологий диагностирования.

10. Выполнение поставленной в диссертации цели достигнуто реализацией работы путем:

- разработки теоретических и практических положений сцинтилляционного способа и создания атомно-эмиссионного сцинтилляционного спектрометра;

- разработки сцинтилляционного метода диагностики, обеспечивающего повышение уровня безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей и снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов;

- исключения необоснованного съема двигателей с эксплуатации;

- установления истинных причин повреждений, разрушений элементов конструкции ГТД и его отказов;

- разработки рекомендаций для эксплуатирующих организаций и требований к промышленности по предупреждению и своевременному выявлению повреждений.

Результаты исследований классифицируются как решение актуальной научно-практической проблемы обеспечения эффективности и безопасности применения авиационных ГТД воздушных судов на основе разработки новых научно-обоснованных технических и технологических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА, В КОТОРЫХ ИЗЛОЖЕНО СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Научно-технические книги и монографии

1. Надежность, диагностика, контроль авиационных двигателей. В. Г. Шепель [и др.] - Рыбинск : РГАТА, 2001.-351 с.

2. Дроков В. Г. Использование сцинтилляционного метода анализа для экспрессного определения минералого-гранулометрической характеристики золота и серебра в порошковых пробах при поисках и оценке месторождений золота. / В. Г. Дроков, Г.А. Феофилактов - Иркутск : ИГУ, 1992.-40 с.

Статьи, авторские свидетельства и патенты

1. Измерение параметров СВЧ разряда на воздухе атмосферного давления в плазмотроне радиального типа / М. А. Ахмедьянов М.А. [и др.] // Химия высоких энергий. - 1987. - Т. 21. - №4. - С. 375 - 378.

2. Формирование потока твердых частиц в разрядной камере СВЧ плазмотрона атмосферного давления / М. А. Ахмедьянов М.А. [и др.] // Химия высоких энергий. - 1990. - Т. 24. - №2. - С. 162-165.

3. Расчет КПД СВЧ плазмотрона радиального типа и параметров возбуждаемого в нем разряда на воздухе атмосферного давления. // Химия высоких энергий. 1987. т. 21. № 5. С. 469-472

4. Дроков В. Г. Градуирование сцинтилляционного спектрометра для анализа порошковых проб / В. Г. Дроков, А. Д. Казмиров, В. Н. Морозов // Журнал аналитической химии. - 1995.-Т. 50.-№ 4.-С. 415-419.

5. Передаточная функция СВЧ плазмотрона, как источника сцинтилляционных сигналов / А. Б. Алхимов [и др.] // Журнал аналитической химии. - 1996. - Т. 51. - № 9. - С. 939 - 944.

6. Сцинтилляционные измерения содержания и гранулометрического состава тонкодисперсного золота в рудах /Е. Б. Агеенко [и др.] // Журнал аналитической химии. - 1995. - Т. 50. - № 12. - С. 1296 - 1303.

7. Оптимизация условий измерения атомно-абсорбционных сигналов миллисекундной длительности при атомизации порошковых проб в СВЧ разряде / М. А. Ахмедьянов [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. - 1989. - Т. XXXI. -вып. 1,-С. 24-29.

8. Диагностика технического состояния подшипников трансмиссии авиационных двигателей на основе анализа состава частиц износа, накапливаемых на масляном фильтре / М. С. Гайдай [и др.] // Контроль. Диагностика. - 2002. - № 5. - С. 13-17.

9. Опыт диагностирования трансмиссионных подшипников авиационных ГТД с использованием сцинтилляционного спектрального анализа масла / М. С. Гайдай, В. Г. Дроков, В. Т. Шепель // Контроль. Диагностика. -2002. - № 7. - С. 10-14.

10. О рентгенофлуоресцентном анализе отфильтрованного осадка отработанных авиационных масел / Г. В. Павлинский [и др.] // Контроль. Диагностика. - 2005. - № 2. - С. 21 - 26.

11. «Фактор шума» в данных сцинтилляционного анализа проб масла авиационных двигателей / Г. В. Берестевич [и др.] // Контроль. Диагностика. - 2008. -№5.-С. 30-36.

12. Интегральные параметры для оценки технического состояния авиационных двигателей по результатам сцинтилляционного анализа проб масла / Г. В. Берестевич [и др.] // Контроль. Диагностика. - 2008. - № 6. - С. 62 - 73.

13. Scintillation Method of Analysis for Determination of Properties of Wear Particles in Lubricating Oils / A. Alkhimov [a o.] // Technology Showcase. JOAP international condition monitoring Conference. Mobile, Alabama, April, 1998, p. 261 - 275

14. The comparative metrological estimation of methods of emission spectral analysis for wear product in aviation oils / A. Alkhimov [a o.] // COMADEM-97. X International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management, v. 2 ES POO, 1997, p. 312 -321.

15. Матвеенко Г. П. Диагностирование газотурбинных двигателей по результатам измерения содержания металлических частиц износа в пробах масел / Г. П. Матвеенко, С. В. Русинов В. Г. Дроков // Газотурбинные технологии. - 2005. -№ 5. - С. 6- 10.

16. Матвеенко Г. П. Диагностирование газотурбинных двигателей по результатам измерения содержания металлических частиц износа в пробах масел рентгенофлуоресцентным способом / Г. П. Матвеенко, С. В. Русинов В. Г. Дроков // Газотурбинные технологии. - 2006. - № 1. - С. 6-10.

17. Диагностирование двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 по параметрам частиц изнашивания в отработанном смазочном материале / В. В. Бушманов [и др.] // Материалы международной научно-практической конференции Славянтрибо-7а, т. 2. - Рыбинск - Санкт-Петербург, 2006. - С. 104 - 111.

18. Сравнительная метрологическая оценка методик эмиссионного спектрального анализа авиационных масел на содержание продуктов износа / А. Б. Алхимов [и др.] // Диагностика оборудования и трубопроводов : науч.-техн. сборник. -М., 1997.-С. 29-39.

19. О возможности прогнозирования состояния авиационных двигателей по концентрации металлической примесив авиамаслах В. Г. Дроков [и др.] // Энергодиагностика: материалы 1-ой междунар. конф. - М., 1995. - Т. 3. - С. 245 -251.

20. Микрорентгеноспектральное исследование характеристик металлических частиц в отработанных авиационных маслах / В. Г. Баранкевич [и ДР-] И Энергодиагностика: материалы 1-ой междунар. конф. - М., 1995. -Т. 3. - С. 252 -257.

21. Сцинтилляционный спектрометр для определения микропримесей металлов в смазочных маслах и спецжидкостях / В. Я. Дементьев [и др.] // Энергодиагностика: материалы 1-ой междунар. конф. - М., 1995.-Т. 3.-С. 322-330.

22. Аналитические возможности сцинтилляционного спектрометра при анализе авиамасел / А. Б. Алхимов [и др.] // Энергодиагностика: материалы 1-ой междунар. конф.-М., 1995.-Т. 3.-С. 331-339.

23. Диагностирование авиационных ГТД по накоплению продуктов изнашивания в смазочных маслах / С. Н. Бабаев [и др.] // Энергодиагностика и Condition Monitoring. - Нижний Новгород, 2001. -Т. 3. - Трибология. - С. 38-58.

24. Оценка технического состояния авиационных двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 по результатам сцинтилляционных измерений / В. В. Бушманов [и др.] // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: тез. докл. междунар. науч,-техн. конф. - Самара, 2006. - С. 29- 34.

25. Крестьянинов А. Г. Устройство для подачи порошковых проб в спектральном анализе : Авт. свидетельство СССР № 754219. / А. Г. Крестьянинов, В. Г. Дроков, М. А. Ахмедьянов. - 1980.

26. СВЧ-плазмотрон : Авт. свидетельство СССР № 1090239. / М. А. Ахмедьянов [и др.]. - 1984.

27. Способ нагрева материала : Авт. свидетельство СССР № 1200834. / M. А .Ахмедьянов [и др.]. - 1985.

28. Способ получения градуировочной характеристики сцинтилляционного (импульсного) спектрального анализа : Авт. свидетельство СССР № 1368736. / М. А. Ахмедьянов [и др.]. - 1987.

29. Способ обработки порошковых материалов в плазме ВЧ- и СВЧ-разрядов : Авт. свидетельство СССР № 1551227. / М. А. Ахмедьянов [и др.]. - 1989.

30. СВЧ-плазмотрон для обработки порошковых материалов : Авт. свидетельство СССР № 1634123. / М. А. Ахмедьянов [и др.] - 1990.

31. Пат. № 2057324, Российская Федерация, 6 G 01 N 21/72, Способ определения минеральных форм и гранулометрического состава частиц минералов благородных металлов в порошковых проб руд / Е. Б. Агеенко [и др.] ; заявитель Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете ; -№ 5032179 ; заявл. 16.03.1992 ; опубл. 27.03.1996 Бюл. № 9.

32. Дроков В. Г. Пат. № 2082284, Российская Федерация, 6 H 05 В 7/18, H 05 H 1/46, H 01 J 37/32 ; СВЧ-плазмотрон циклонного типа / Дроков В. Г., Казмиров А. Д., Алхимов А. Б. ; заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете ; - № 94044979 ; заявл. 27.12.1994; опубл. 20.06.1997 Бюл. № 17.

33. Пат. № 2118815, Российская Федерация, 6 G 01 N 21/73 ; Способ определения микропримесей металлов в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях и устройство для его осуществления / А. Б. Алхимов [и др.] ; заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском университете ; -№ 96102385 ; заявл. 07.02.1996 ; опубл. 10.09.1998 Бюл. № 25.

34. Пат. № 2119390, Российская Федерация, 6 В 05 В 17/06, Ультразвуковой распылитель / А. Б. Алхимов [и др.] ; заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском университете ; - № 95100339 ; заявл. 16.01.1995 ; опубл. 27.09.1998 Бюл. № 27.

35. Европатент № ЕР 0837319 Al ; G 01 H 21/73 ; Method of Determining Micro-quantities of métal Contaminants in Lubricant oils, Fuels and Spécial - Purpose Fluids and Device for Carrying out said Method / Alkhimov A. [a о] ; заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете ; -№ 96915251 ; заявл. 24.04.1996 ; опубл. 14.08.1997 .

36. Пат. № 2167407, Российская Федерация, 7 G 01 N 15/06 33/28, Способ анализа жидкостей на металлы - продукты износа узлов и механизмов, омываемых этими жидкостями / А. Б. Алхимов [и др.] ; заявитель научно-исследовательский

институт прикладной физики при Иркутском университете ; - № 96116085 ; заявл. 05.08.1996 ; опубл. 20.05.2001 Бюл. № 14.

37. Пат. № 2194973, Российская Федерация, 7 G 01 N 21/67, Способ определения технического состояния двигателей и других машин и механизмов по характеристикам микропримесей металлов, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях / А. Б. Алхимов [и др.] заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском университете ; -№ 99109741 ; заявл. 11.05.1999 ; опубл. 20.12.2002 Бюл. № 35.

38. Пат. № 2182330, Российская Федерация, 7 G 01 N 21/73, 33/28, Способ определения характеристик микропримесей металлов в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях / В. Г. Дроков [и др.] заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском университете ; - № 98104910 ; заявл. 13.03.1998 ; опубл. 10.05.2002 Бюл. № 13.

39. Пат. № 2216717, Российская Федерация, 7 G 01 М 15/00, Способ диагностики состояния двигателей / А. Б. Алхимов [и др.] ; заявитель ООО «Диагностические технологии»; - № 2001105631 ; заявл. 27.02.2001 ; опубл. 20.11.2003 Бюл. №32.

40. Пат. № 2213956, Российская Федерация, 7 G 01 N 21/00, Способ подготовки проб специальных жидкостей к анализу для оценки технического состояния машин и механизмов / В. Г. Дроков [и др.] ; заявитель научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском университете ; -№ 97114436 ; заявл. 07.08.1997 ; опубл. 10.10.2003 Бюл. № 28.

41. Пат. № 2239172, Российская Федерация, 7 G 01 N 15/00, Способ диагностики состояния двигателей / М. С. Гайдай [и др.] ; заявитель ОАО «НПО «Сатурн», ООО «Диагностические технологии» ; - № 2001130399 ; заявл. 13.11.2001 ; опубл. 27.10.2004 Бюл. № 30.

42. Пат. № 2226685, Российская Федерация, 7 G 01 N 21/67, Способ спектрального анализа / А. Б. Алхимов [и др.] ; заявитель А. Б. Алхимов [и др.] ; -№ 2001105634 ; заявл. 27.02.2001 ; опубл. 10.04.2004 Бюл. № 10.

43. Пат. № 2251674, Российская Федерация, 7 G 01 М 15/00, G 01 N 3/56, Способ оценки технического состояния подшипников трансмиссии авиационных двигателей / М.С. Гайдай [и др.] заявитель ОАО «НПО «Сатурн», ООО «Диагностические технологии» ; - № 2002132524 ; заявл. 03.12.2002 ; опубл.

10.05.2005 Бюл. № 13.

44. Пат. № 2275618, Российская Федерация, G 01 N 21/00, G 01 N 21/62, G 01 N 21/72, G 01 N 21/73, Способ определения простых и сложных частиц износа в маслосистеме двигателя / М.С. Гайдай [и др.] ; заявитель ОАО «НПО «Сатурн», ООО «Диагностические технологии», - № 2004113296 ; заявл. 30.04.2004 ; опубл.

27.04.2006 Бюл. №12.

45. Ахмедьянов М. А., Характеристики СВЧ плазмотрона на основе радиальной линии / М. А. Ахмедьянов [и др.] // Вторая Всесоюзная конференция по новым методам спектрального анализа и их применениям : тез. докл. - Иркутск, 1981. -С. 70-71.

46. Характеристики воздушной плазмы СВЧ-разряда при атмосферном давлении / М. А. Ахмедьянов [и др.] // IX Всесоюзная конференция по генераторам низкотемпературной плазмы : тез. докл. - Фрунзе; 1983. - С. 386 - 387.

47. Атомно-абсорбционный вариант спектрального определения золота в рудах / М. А. Ахмедьянов [и др.] // XIX Всесоюзный съезд по спектроскопии : тез. докл. -Томск, 1983.-С. 58-59.

48. Грачева Г. П. Моделирование движения и нагрева мелкодисперсных частиц в СВЧ-атомизаторе порошковых проб / Г. П. Грачева, В. Г. Дроков, А. Д. Казмиров // Аналитика Сибири - 90 : тез. докл. III регион, конф. - Иркутск, 1990. - С. 38 - 39.

49. Грачева Г. П. Формирование облака атомного пара при движении частиц золота микронных размеров СВЧ плазмотроне порошковых проб / Г. П. Грачева, В. Г. Дроков, А. Д. Казмиров // Аналитика Сибири - 90 : тез. докл. III регион, конф. -Иркутск, 1990.-С.40-41.

50. Классификация методик атомно-абсорбционного варианта сцинтилляционного спектрального анализа руд / Е. Б. Агеенко [и др.] // Аналитика Сибири - 90 : тез. докл. III регион, конф. - Иркутск, 1990. - С. 79 - 80.

51. Дроков В. Г. Численный эксперимент по оценке параметров влияния метрологических параметров образцов сравнения на правильность построения импульсной градуировочной характеристики / В. Г. Дроков, А. Д. Казмиров, Н. И. Самсонова // Аналитика Сибири - 90 : тез. докладов. III Регион, конф. -Иркутск, 1990. - С. 224 - 225.

52. Дроков В. Г. Использование сцинтилляционного спектрального анализа для определения содержания металлов титановой группы в геологических пробах /

B. Г. Дроков, В. Н. Морозов J1. В. Разин // XIV Всесоюзное Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов : тез. докл. - Новосибирск, 1989. -

C. 56-57.

53. Грачева Г. И, Исследование газодинамического течения в разрядной камере СВЧ плазмотроне с внезапным расширением / Г. П. Грачева, В. Г. Дроков, А. Д. Казмиров // II Всесоюзное совещ. Высокочастотный разряд в волновых полях : тез. докл. - Куйбышев, 1989. -С. 6-1.

54. Сравнительная метрологическая оценка методик эмиссионного спектрального анализа авиационных масел на содержание продуктов износа / В. Г. Дроков [и др.] // Аналитика Сибири и Дальнего Востока : тез. докл. V конф. -Новосибирск, 1996. - С. 84 - 88.

55. Влияние добавки инертного газа на температуру воздушной плазмы в разрядной камере СВЧ плазмотрона с внезапным расширением / М. А. Ахмедьянов [и др.] // III Сессия научно-технического совещания «Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях» : тез. докл. - Иркутск, 1989. - С. 39 - 42.

56. Ахмедьянов М. А. Сфероидизация частиц вольфрама микронных размеров в струе СВЧ плазмы атмосферного давления / М. А. Ахмедьянов, В. Г. Дроков, Н. И. Самсонова // III Сессия научно-технического совещания «Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях» : тез. докл. - Иркутск, 1989. - С. 43 -45.

57. Грачева Г. П. Моделирование движения мелкодисперсных частиц в камере с внезапным расширением / Г. П. Грачева, В. Г. Дроков, А. Д. Казмиров // III Сессия научно-технического совещания «Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях» : тез. докл. - Иркутск, 1989. - С. 69 - 72.

58. Алхимов А.Б., Гайдай М.С., Дроков В.Г., Казмиров А.Д., Каменев А.Е. Разработка подходов по оценке технического состояния двигателей Д-30КП/КУ/КУ-154 по результатам сцинтилляционного анализа проб масел / А. Б. Алхимов [и др.] //

САКС-2001 : тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. часть I. - Красноярск, 2001. -С. 139-140.

59. Метрологическая оценка некоторых параметров износных частиц при сцинтилляционных измерениях / А. Б. Алхимов [и др.] // САКС-2001 : тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. часть I. - Красноярск, 2001. - С. 136 - 137.

60. Берестевич Г. В. Сравнительная оценка методов трибодиагностики авиационного двигателя / Г. В. Берестевич, В. Г. Дроков, А. А. Тармаев // XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий : тез. докл. - Миасс, 2004. -С. 114.

61. Разработка сцинтилляционного способа измерения параметров частиц износа с целью оценки технического состояния авиадвигателей / А. Б. Алхимов [и др.] // XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий : тез. докл. -Миасс, 2004,- С. 113.

62. Методическое обеспечение сцинтилляционно-спектрометрических измерений / М. С. Гайдай [и др.] // Аналитические приборы : тез. докл. I Всерос. конф. -СПб, 2002.-С. 60-61.

63. Сцинтилляционный спектрометр для измерения характеристик микропримесей металлов в жидкостях / М. С. Гайдай [и др.] // Аналитические приборы : тез. докл. I Всерос. конф. - СПб, 2002. - С. 62 - 63.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АППАРАТУРНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ КОНТРОЛЕ СМАЗЫВАЕМЫХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГТД) ПО ПАРАМЕТРАМ ЧАСТИЦ ИЗНОСА (СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ).

1.1 Контроль состояния узлов трения, омываемых смазочным маслом, некоторых типов авиационных двигателей российского и зарубежного производств.

1.1.1 Оценка технического состояния двигателей фирмы PRATT&WHITNEY (PW) по результатам трибодиагностических исследований.

1.1.2 Контроль узлов трення, омываемых маслом, двигателей фирмы ROLLS-ROYCE (RR).

1.1.3 Контроль узлов трения, омываемых маслом, двигателей фирмы GENERAL ELECTRIC (GE).

1.1.4 Контроль узлов трения, омываемых маслом двигателей фирмы ALLIED SIGNAL (AS).

1.1.5 Контроль узлов трения, омываемых маслом, двигателей ПС-90А.

1.2 Анализ возможных причин недостаточной достоверности результатов оценки технического ' состояния узлов трения ГТД с использованием трибодиагностических методов.

1.2.1 Диагностирование авиационных двигателей по результатам измерения содержания металлических частиц износа в пробах масел. Влияние формы нахождения металлической примеси в пробах авиационных масел на результаты измерения содержания спектральными методами.

1.2.1.1 Атомно-эмиссионный способ измерения содержания металлической примеси в пробах масел авиационных двигателей.

1.2.2 Рентгенофлуоресцентный способ измерения содержания металлической примеси в пробах масел.

1.2.2.1 Влияние реального состава образца на интенсивность аналитического сигнала при обычных содержаниях определяемого элемента.

1.2.2.2 Влияние размеров частиц облучаемого материала.

1.3. Феррографический способ оценки технического состояния' авиационных двигателей.

1.4 Атомно-эмиссионный сцинтилляционный способ измерения параметров частиц металлов микронных размеров.

1.5. Задачи и направления исследований.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ-ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА ВОЗБУЖДЕНИЯ СПЕКТРОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1 Гидродинамическое описание потока низкотемпературной плазмы в канале СВЧ-плазмотрона:.

2.2 Взаимодействие одиночных частиц с потоком плазмы.

2.3 Течение газа и траектории движения частиц в СВЧ-плазмотроне атмосферного давления с аксиальной стабилизацией разряда.

2.3.1 Температурное поле в цилиндрической разрядной камере.

2.3.2 Течение газа в цилиндрической камере плазмотрона с тремя вводами газовых потоков.

2.3.3 Результаты расчетов траектории движения частиц.

2.3.4 Экспериментальное изучение вхождения частиц микронных размеров? в поток плазмы.84 '

2.3.5 Результаты теоретических и экспериментальных исследований испарения частиц металлов в воздушной СВЧ-плазме атмосферного давления.

2.4 Течение газа и движение частиц в циклонной СВЧ-разрядной камере с тангенциальной стабилизацией разряда.

2.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО СПОСОБА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРИМЕСИ.

3.1. Формирование аналитического сигнала для равномерно распределенной примеси.

3.2. Формирование аналитического сигнала и некоторые способы его выделения для случая дискретной примеси.

3.2.1. Амплитудный анализ сигнала.

3.2.2. Использование фильтра нижних частот (ФНЧ).

3.2.3. Использование дискриминационной фильтрации.

3.3. Теоретические основы метода дискриминации импульсного сигнала.

3.3.1. Выделение импульсного и фонового сигналов с использованием фильтра низких частот.

3.3.2. Разделение импульсной и фоновой составляющих сигнала с использованием дискриминационной фильтрации.

3.4. Схема одновременной регистрации импульсного и непрерывного сигналов.

3.5. Формирование и измерение импульсных сигналов при сцинтилляционных измерениях.

3.5.1. Моделирование функции распределения сцинтилляционных сигналов.

3.5.2. Обсуждение результатов расчетов.

3.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРИМЕСИ В АВИАЦИОННЫХ МАСЛАХ.

4.1. Сцинтилляционный спектрометр для измерения параметров частиц изнашивания в смазочных маслах. Конструктивные особенности спектрометра.

4.1.1. Принцип действия сцинтилляционного спектрометра.

4.1.2. Конструкция СВЧ-плазмотрона атмосферного давления циклонного типа с тангенциальной стабилизацией разряда.

4.1.3. Определяемые элементы и аналитические спектральные линии.

4.1.4. Ультразвуковой распылитель жидкостей для сцинтилляционного спектрометра.

4.2. Градуирование сцинтилляционного спектрометра при одновременной регистрации импульсного и непрерывного сигналов.

4.3. Образцы сравнения с дискретно распределенной примесью для градуирования сцинтилляционного анализатора масла.

4.3.1. Приготовление материала стандартного образца предприятия (СОП).

4.3.2. Исследование вещественного состава материала СОП СОЧПИ спектральными методами анализа.

4.3.3. Исследование неоднородности материала СОП СОЧПИ.

4.3.4. Установление значений аттестуемых характеристик СОП СОЧПИ.

4.4. Оценка метрологических возможностей сцинтилляционного способа измерения параметров частиц изнашивания в пробах авиационных смазочных масел.•.

4.4.1. Оценка погрешности измерения массовой доли в пробах масел сцинтилляционным способом.

4.4.2. Оценка погрешности при сцинтилляционных измерениях концентрации и размеров частиц.

4.4.3. Оценка погрешности при сцинтилляционных измерениях состава сложных частиц.

4.4.4. Параметры частиц металлов в СОП СОЧПИ, измеренные сцинтилляционным способом.

4.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. МИКРОРЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ НЕКОТОРЫХ СПЛАВОВ II ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ИЗНОСА, ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ В СМАЗОЧНОЕ МАСЛО.

5.1. Аппаратура для проведения исследований — рентгеноспектральный микроанализатор Camebax-SX-50.

5.2. Результаты микрорентгеноспектральных исследований беговых дорожек межвальных роликоподшипников.

5.3. Элементный состав частиц износа, находящихся в смазочном масле авиационных ГТД.

5.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТИЦ ИЗНАШИВАНИЯ.

6.1. Теоретическая оценка возможности диагностирования узлов трения авиадвигателя по величине содержания металлической примеси в пробе масла.

6.2. Достоверность результатов диагностирования узлов и агрегатов, омываемых маслом двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 с использованием штатных и наземных средств трибодиагностики.

6.3. Оценка влияний, связанных с технологией отбора, доливом и представительностью проб масел на величину параметров частиц износа.

6.4. Протокол результатов сцинтилляционных измерений при анализе проб масел. Некоторые диагностические признаки обнаружения дефектов.

6.5. Принципы диагностирования двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 по результатам измерения параметров частиц износа в пробах масел сцинтилляционным способом.

6.6. Статистические данные по результатам измерения параметров частиц износа сцинтилляционным методом в пробах масел и смывов с маслофильтров двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154.

6.7. Разработка статистических моделей двигателей Д-ЗОКП/КП-2 и Д-30КУ/КУ-154 по параметрам частиц износа для проб масел и смывов с маслофильтра.

6.7.1. Оценка закона распределения результатов сцинтилляционных измерений при анализе проб масел.

6.7.2. Статистические модели двигателей Д-ЗОКП/КП-2 и Д-ЗОКУ-154, построенные по результатам измерений параметров частиц износа в пробах масел.

6.8. Разработка статистических эталонных моделей двигателей Д-ЗОКП/КП-2 и Д-ЗОКУ-154 по параметрам частиц износа для проб смывов с маслофильтра МФС-30.

6.8.1. Определения рейтингов и показателей износа. Протокол результатов сцинтилляционных измерении смыва с маслофильтра.

6.8.2. Получение проб смыва с маслофильтра МФС-30.

6.8.3. Оценка величины погрешности рейтингов и показателей износа в зависимости от представительности выборки по числу частиц.

6.8.4. Оценка законов распределения результатов сцинтилляционных измерений при анализе проб смывов.

6.8.5. Статистические модели двигателей Д-ЗОКП/КП-2 и Д-ЗОКУ-154, построенные по результатам измерений параметров частиц износа в пробах смыва с маслофильтра МФС-30.

6.8.6. Оценка технического состояния узлов трения, омываемых смазочным маслом двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154, по результатам измерения параметров частиц износа сцинтилляционным способом.

6.8.6.1. Оценка технического состояния межвального роликоподшипника и роликоподшипника турбины высокого давления.

6.8.6.2. Оценка технического состояния маслоагрегатов двигателя.

6.9. Выводы по главе.

Несмотря на большие успехи в создании высоконадежных газотурбинных двигателей (ГТД), в эксплуатации продолжают возникать отказы двигателей, приводящие к авиационным происшествиям, снижению уровня безопасности полетов в гражданской авиации и боеготовности в военной авиации, а также к возникновению чрезвычайных ситуации при эксплуатации воздушных судов и к снижению эффективности применения двигателей. Поэтому проблема обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации ГТД в настоящее время является одной из приоритетных и актуальных и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Решение данной проблемы затрудняет несовершенство применяемых методов контроля и диагностики технического состояния ГТД. Вследствие этого с эксплуатации снимаются исправные ГТД, имеющие запас ресурса; в то же время отдельные двигатели в пределах назначенных ресурсов отказывают в полете.

В настоящее время в гражданской авиации и Вооруженных силах РФ эксплуатируются ГТД выпущенные, в основном, 15-30 лет тому назад. Значительная часть парка этих двигателей близка к условиям полной выработки назначенных и межремонтных ресурсов и сроков службы. Возникла актуальная техническая задача обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации таких ГТД путем увеличения (продления) назначенных ресурсов, сроков службы и снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

С другой стороны, создание ГТД новых поколений требует современных подходов к проблеме контроля, диагностики и управления их техническим состоянием, учитывающих особенности их применения п большие ресурсы.

Комплекс указанных причин порождает общую проблему повышения безопасности полетов и эффективности применения ГТД на основе разработки новых и совершенствования известных методов технической диагностики. К ним, в частности, относится метод, основанный на анализе частиц в масле системы смазки двигателя.

Значительный вклад в разработку и внедрение инструментальных методов диагностики, основанных на измерении параметров частиц, отделяемых от повреждае1\шх деталей в системе смазки ГТД, внесли работы ЦИАМ им П.И. Баранова, Гос ПИИ ГА, 13 ГНИИ Минобороны России, ОАО «Авиадвигатель», ОАО «НПО «Сатурн», ОАО «Аэрофлот», а также работы отечественных ученых, в том числе выполненные под руководством Биргера И.А., Крагельского И.В., Кузнецова Н.Д., Смирнова Н.Н., Буше Н.А., Калашникова С.И., Степанова В.А., Ребиндера П.А., Гаркунова Д.Н., Степаненко В.П. и др.

Вместе с тем, в опубликованных трудах недостаточное внимание уделено совершенствованию методов диагностики технического состояния элементов конструкции ГТД, обобщению и систематизации данных по закономерностям повреждаемости ГТД на основе анализа металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей, формированию комплексной оценки технического состояния ГТД.

В итоге остается неустраненным ряд серьезных недостатков в разработке теоретических и методологических основ способов диагностирования газотурбинных двигателей с использованием комплексной информации о параметрах металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в системе смазки двигателя.

Используемые в настоящее время инструментальные методы диагностики (атомно-эмиссионный, рентгеноспектральный, феррографический) в подавляющем большинстве случаев не позволяют предсказать повреждение по появлению металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и локализовать поврежденный узел. На это указывают данные ОАО «НПО «Сатурн»; они свидетельствуют, что лишь 5% двигателей из исследованных с помощью оборудования типа БАРС, МФС отстраняются от эксплуатации с повреждениями по превышению контрольных значений количества металлической примеси в пробе масла.

Основными причинами низкой достоверности результатов диагностики традиционным методом являются: недостаточность количества информации о параметрах частиц повреждаемых деталей, определяемых традиционными способами;

- неучет параметров частиц, отделяющихся от повреждаемых деталей и накапливающихся на основном маслофильтре.

Поэтому оценка технического состояния авиационных двигателей по состоянию масла системы смазки с помощью оборудования типа БАРС, МФС и визуального контроля наличия металлических частиц на магнитных пробках, магнитных стружкосигнализаторах, фильтрах-сигнализаторах в недостаточной для эксплуатации степени обеспечивает безопасность полетов п эффективность применения ГТД.

Актуальность разработки и внедрения инструментальных методов технической диагностики нового поколения диктуется объективной необходимостью в обеспечении предприятий, эксплуатирующих авиационную технику, оперативной и высокодостоверной информацией о фактическом состоянии авиадвигателей. Эта информация позволяет повысить эффективность эксплуатации по техническому состоянию авиационных ГТД и уровень безопасности полетов.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения достоверности результатов диагностирования газотурбинных двигателей сцинтилляционным методом с целью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка новых научно-обоснованных технических и технологических решений, создание диагностической аппаратуры нового поколения на основе спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей, разработка сцинтилляционного метода диагностики, обеспечивающего повышение уровня безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей и снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Для достижения поставленной цели решены следующие взаимосвязанные научные и практические задачи:

- разработана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ плазмотронов и движения одиночных металлических частиц, учитывающая движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда;

- исследоваиы физические процессы в разрядной камере источника возбуждения спектров (СВЧ плазмотрона) сцинтилляционного спектрометра и определены условия оптимального выделения сцинтилляционного сигнала;

- разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поколения с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации;

-разработан атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поколения, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частицы в пробах смазочных масел, способ его градуирования по равновесной и импульсной составляющим сигнала;

- систематизированы и обобщены закономерности изменения технического состояния элементов конструкции ГТД, омываемых смазочным маслом, в зависимости от параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей;

- установлены новые диагностические признаки, связывающие параметры частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и накапливаемые на основном маслофильтре, с техническим состоянием двигателя; разработана новая технология диагностирования по результатам сцинтилляционных измерений параметров частиц повреждаемых деталей, выявляемых в пробах масел и смывах с основного маслофильтра.

Экспериментальные исследования проводились:

- на ДА в условиях эксплуатации;

- на стендах заводов авиационной промышленности;

- в лабораторных условиях на образцах;

- на аварийных ГТД, поступивших на исследование для установления причины отказа.

Научная новизна

Научная новизна диссертационного исследования определяется следующими результатами, полученными лично автором:

1. Разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поколения, реализующие сцинтилляционный способ регистрации, измерения и анализа параметров частиц повреждаемых деталей, выявляемых в пробах смазочных масел.

2. Создана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ плазмотронов и движения одиночных металлических частиц, учитывающая движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда.

3. Исследованы газодинамические условия в разрядной камере с закрученным потоком газа, при которых:

- введенные в разряд металлические частицы размером от единиц до 100 мкм не выбрасываются на стенку камеры;

- каждой введенной в разряд металлической частице соответствует один сцинтилляциоппый импульс.

4. Проанализированы закономерности влияния передаточной функции источника возбуждения спектров и распределения частиц по размерам на распределения сигналов.

5. Разработан способ динамической дискриминационной фильтрации сцинтилляционного аналитического сигнала.

6. Разработан атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поколения, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частиц в пробах смазочных масел.

7. Получен новый способ одновременного получения информации о примеси, находящейся в виде отдельных частиц и о фоновой составляющей сигнала, несущей информацию о содержании растворенной примеси и (либо) примеси, находящейся в субмикронных частицах.

8. Предложен сцинтилляционный метод диагностики, позволяющий значительно повысить достоверность и качество диагноза за счет увеличения объема диагностической информации и снижения влияния видов повреждения на правильность принятия диагностического решения, повысить уровень безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей.

9. Созданы статистические модели исправных двигателей по параметрам частиц повреждаемых деталей с учетом типа и наработки двигателей.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана новая технология сцинтилляционного диагностирования, обеспечивающая как оценку технического состояния узлов и двигателя в целом, так и локализацию поврежденных узлов. Новая технология диагностирования внедрена в гражданской авиации (бюллетени №№ 1756-БД-Г, 1772-БД-Г, 1786-БД-Г, 1807-БЭ-Г, 1827-БЭ-Г, 1840-БЭ-Г, 94348-БЭ-Г) и обеспечила экономический эффект более 16 млн. рублей.

Технология сцинтилляционного диагностирования является основой для создания новых технологий для диагностики топливной аппаратуры, гидрокомплексов, проточной части двигателей и т.д.

2. Разработаны оригинальные конструкции СВЧ-плазмотронов, обеспечивающие работу с жидкими, либо порошкообразными пробами с эффективностью вхождения подаваемого вещества в струю плазмы близкой к 100%. Созданный СВЧ-плазмотрон циклонного типа с высоким к.п.д. нагрева газа и надежностью пригоден для плазмохимического получения нитридов титана, бора и других веществ.

3. Сконструирована аналитическая аппаратура нового поколения (класса) — атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр, позволившего повысить достоверность диагноза технического состояния двигателей в условиях эксплуатации благодаря комплексному измерению параметров по каждому из измеренных элементов микропримесей металлов.

Спектрометр может использоваться для трибологических исследований, контроля качества горюче-смазочных материалов, оценки технического состояния узлов, омываемых спецжидкостями и т.д., а также в геологии, геохимии и промышленности для поиска и изучения генетических особенностей месторождений благородных металлов, решения технологических задач.

4. Разработаны методики непрерывного отслеживания фазовых превращений частиц металлов.

5. Накоплен и систематизирован набор эталонов проб масел и смывов с основного маслофильтра с дефектных двигателей, исследованных на заводе. Данный набор является исходной информацией для разработки системы диагностики вновь создаваемых двигателей, методик измерения параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и совершенствования технологий диагностирования.

На защиту выносятся:

1. Теоретические и практические принципы создания диагностической аппаратуры нового поколения с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации.

2. Математическая модель и результаты исследований течения плазменного газа, движения в нем одиночных металлических частиц, способы эффективного введения металлических частиц в разряд потоком газа, влияние типа передаточной функции источника света на функцию распределения сцинтилляционных сигналов и способ оценки размеров частиц при сцинтилляционных измерениях.

3. Атомно-эмиссионный сциитилляционный спектрометр нового поколения, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частиц в пробах смазочных масел, а также комплексное, экспрессное и «прямое» определение содержания элементов, находящихся в пробе в растворенной форме и в виде частиц повреждаемых деталей.

4. Сциитилляционный метод диагностики, позволяющий значительно повысить достоверность и качество диагноза за счет увеличения объема диагностической информации и снижения влияния видов повреждения на правильность принятия диагностического решения, повысить уровень безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей.

5. Закономерности поступления частиц повреждаемых деталей в смазочное масло двигателя при возникновении и развитии повреждения, а также модель развития повреждения по результатам измерения параметров частиц повреждаемых деталей.

6. Результаты микрорентгеноспектральных и сцинтилляционных исследований по структурной однородности сплавов подшипников, используемых в конструкции двигателя, элементному составу частиц, отделяемых от повреждаемых деталей.

7. Критерии технического состояния авиационных двигателей (количественные параметры) по параметрам частиц повреждаемых деталей в пробах с основного маслофильтра и новые диагностические признаки повреждений на ранней стадии их развития.

8. Статистические модели исправных двигателей типа Д-ЗОКП/КУ/КУ-154.

Достоверность и обоснованность результатов j

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена корректным применением современного математического аппарата, постановкой дополнительных специальных экспериментов, реализующих сцинтилляционный способ регистрации, измерения и анализа параметров частиц и корректной статистической обработкой полученных данных. Правильность измеренных сцинтилляционным способом параметров частиц повреждаемых деталей контролировалась с помощью независимых методов оценки используемого параметра. Достоверность разработанной технологии диагностирования оценивалась путем сравнения результатов сцинтилляционного диагностирования двигатели! с результатами их заводской разборки.

Все полученные результаты теоретически и экспериментально обоснованы, а их достоверность подтверждена:

- сходимостью аналитических решений поставленных научных задач с результатами полунатурных и натурных экспериментов;

- внедрением полученных автором решений в конкретные разработки и образцы техники;

- метрологическими возможностями оборудования, его аккредитацией в Госстандарте;

- соблюдением правил составления и тестирования вычислительных программ и алгоритмов.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертации опубликована одна монография, одна научно-техническая книга в соавторстве, 44 печатные работы, из них 12 работ в журналах, рекомендованных ВАК («Контроль. Диагностика», «Химия высоких энергий», «Журнал аналитической химии», «Журнал прикладной спектроскопии»), получено 7 авторских свидетельств СССР, 14 патентов РФ и один европатент.

Результаты диссертационной работы реализованы в плановых НИР Иркутского государственного университета, двигателестроительных КБ и заводов РФ (ОАО «Сатурн», «Авиадвигатель»), в ВУЗах РФ и зарубежных стран.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных и международных научных семинарах, конференциях:

Вторая Всесоюзная конференция по новым методам спектрального анализа и их применениям (Иркутск, 1981г.); IX Всесоюзная конференция по генераторам низкотемпературной плазмы (Фрунзе, 1983г.); XIX Всесоюзный съезд по спектроскопии (Томск, 1983г.); III Региональная конференция. Аналитика Сибири — 90 (Иркутск, 1990г.); XIV Всесоюзное Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов (Новосибирск, 1989г.); II Всесоюзное совещание «Высокочастотный разряд в волновых полях» (Куйбышев, 1989г.); V Конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, 1996г.); III Сессия научно-технического совещания «Получение, исследование и применение плазмы в СВЧ полях». (Иркутск, 1989г.); Международная научно-практическая конференция «САКС-2001» (Красноярск, 2001г.); XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий (Миасс, 2004г.); JOAP international condition monitoring Conference. Mobile (Alabama, 1998г.); Материалы международной научно-практической конференции «Славянтрибо-7а», (Рыбинск — Санкт-Петербург, 2006г.); I Всероссийская конференция «Аналитические приборы». (С-Петербург, 2002г.); COMADEM-97. X International Congress and Exhibition on Condition Monitoring and Diagnostic Engineering Management. 1997г.; Первая международная конференция «Энер го диагностика». (Москва, 1995г.); Эиергодиагностика и Condition Monitoring (Нижний Новгород, 2001г.); Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2006г.).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, изложена на 325 страницах машинописного текста, в том числе: таблиц 62, рисунков 64. Библиография включает 156 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Основные выводы можно сформулировать следующим образом: 1. Разработана модель течения газа в плазменном источнике света в цилиндрической разрядной камере с аксиальной и тангенциальной стабилизациями разряда. Изучены траектория движения твердых частиц в плазменном закрученном потоке и продемонстрировано, что при определенной конструкции разрядной камеры возможно достижение условий, при которых частицы металлической примеси не осаждаются на стенки разрядной камеры, а двигаются по центральной высокотемпературной зоне разряда.

Полученные результаты положены в основу конструкции плазмотрона циклонного типа, используемого в сцинтилляционном спектрометре в качестве источника света. Разработанный плазмотрон является безэлектродным источником света, в качестве рабочего газа используется воздух при атмосферном давлении, он характеризуется, фактически, неограниченным ресурсом работы.

Экспериментально оценены влияния температуры плазмы и траекторий движения частиц на характеристики нагрева металлической примеси. Показано, что впервые создана конструкция плазмотрона, где каждой введенной в СВЧ-плазмотрон частице соответствует один сциитилляционный импульс во всем интервале размеров используемых частиц.

При этом доказано, что эффект «потерь» импульсов и «множественности» частиц отсутствуют.

Нижний размер частицы металлической примеси, при котором инициируется и регистрируется сциитилляционный сигнал, составляет около 2-3 мкм. Зависимость между аналитическим сигналом и верхним размером частицы сохраняется до 55-60 мкм.

2. Впервые теоретически и экспериментально исследовано влияние передаточной функции источника возбуждения спектров на распределение сцинтилляционных сигналов. Показано, что использование в сцинтилляционном анализе источника возбуждения спектров с передаточной функцией, отличающейся от 5-функции, приводит к неоднозначной связи между сигналом и испарившейся массой частицы.

В зависимости от типа передаточной функции и распределения частиц по размерам распределения сигналов ведут себя по разному. В большинстве случаев при сдвиге распределения в сторону больших размеров частиц распределение сигналов уширяется, а максимум распределения сигналов остается в младших классах. Поэтому по единичному импульсу невозможно судить об индивидуальной массе (размере) частицы. Возможно только отслеживание изменения средней массы (среднего размера) частиц, например, по измерению распределения сцинтилляционных сигналов от пробы к пробе.

3. Разработан атомно-эмиссионный сциитилляционный способ и спектрометр для комплексного, «прямого» измерения параметров металлических частиц в жидких пробах. Спектрометр относится к новому поколению атомно-эмиссионной аппаратуры, в котором применено большое количество оригинальных патентованных способов и устройств:

- СВЧ-плазмотрон циклонного типа;

- ультразвуковой распылитель жидких проб;

- способ измерения элементного состава металлических частиц; способ динамической дискриминационной фильтрации сигнала, позволившей впервые одновременно получать информацию не только о примеси, находящейся в виде отдельных частиц, но и о фоновой составляющей сигнала, несущей информацию о содержании растворенной примеси и (либо) примеси, находящейся в субмпкронных частицах; способ градуирования сцинтилляционного спектрометра при одновременной регистрации импульсного и непрерывного сигналов;

- методики измерения параметров частиц износа в пробах смазочных авиационных масел.

Сцинтилляцнонный спектрометр позволяет получать за 10 минут из аналитической навески пробы масла объемом 1мл следующую информацию одновременно по 8 элементам (Al, Cr, Ni, Mg, Fe, Си, Ag, V):

- содержание элемента, находящегося в масле в виде частиц изнашивания;

- содержание элемента, находящегося в растворенном виде;

- число «простых» частиц, состоящих только из одного элемента;

- число «сложных» частиц, состоящих из двух и более элементов;

- средний размер частиц для данного элемента;

- элементный состав каждой износной частицы.

На сцинтилляционный спектрометр получен сертификат Госстандарта РФ об утверждении типа средств измерений №13832 «Анализатор масла сцинтилляционный САМ-ДТ-01». Спектрометр зарегистрирован в государственном реестре средств измерений под №24095-02.

4. С помощью независимого микрорентгеноспектрального способа проведены исследования по оценке структурной однородности сплавов некоторых подшипников, используемых в двигателях. Получено, что в структуре металла встречаются не только участки «чистого» железа, основы сплава, но и других чистых» элементов Cr, V, W - не являющихся основой сплава. В структуре металла могут присутствовать локальные образования, в которых содержание легирующих элементов значительно отличается от соседних областей. На рабочей поверхности подшипника могут присутствовать вдавленные частицы металлов, не относящиеся к данному сплаву, а также вдавленные либо оставляющие царапины на поверхности частицы типа Si02.

Измерения параметров частиц микрорентгеноспектральным способом, находящихся в смазочном масле авиационных двигагелей, позволило установить следующее. В маслосистеме двигателя могут находиться частицы двух типов — твердые минеральные частицы, представленные, в основном, соединениями кремния и кальция, попадающие в масло извне, и собственно металлические, образующиеся в результате износа узлов и агрегатов.

Состав металлических износных частиц, находящихся в масле и уловленных маслофильтром, характеризуются как частицами, соответствующими по своему элементному составу используемым бронзам (Cu-Zn-Pb) и сталям (Fe-Cr-Ni), так же и частицами, являющимися фрагментами полного состава типа Fe-Cr, Cr-Ni и т.д. При этом в исправном двигателе чаще всего обнаруживаются «простые» одноэлементные частицы, характеризующие основу сплава Fe, Cu, Al, Mg и т.д., а вероятность обнаружения частиц полного состава, в таких двигателях, не превышает единиц процентов.

Выявлен состав частиц, не принадлежащих ни к одному из используемых в двигателях сплавов типа Cu-Ag, Fe- Cu, Fe- Ag и т.д., образующихся, вероятнее всего, при механическом соединении частиц различного элементного состава.

5. Впервые приведены статистические сведения по достоверности результатов диагностирования двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 с помощью оборудования типа БАРС, МФС. Показано, что с помощью данных инструментальных средств отстраняются от эксплуатации не более 5% двигателей. До 95% двигателей отстраняются по обнаружению стружки на контрольных элементах при ТО либо по срабатыванию табло «Стружка в масле».

Основными причинами столь низкой достоверности приборной диагностики являются:

- недостаточная информативность используемых способов о параметрах частиц износа (измеряется всего лишь один параметр — содержание);

- отсутствие информации о параметрах частиц износа, накапливаемых на основном маслофильтре.

6. Впервые показано, что адекватная оценка технического состояния может быть достигнута только при одновременном учете параметров частиц износа, измеренных в пробе масла, и параметров частиц, уловленных маслофильтром. На анализ должны поступать, как минимум, две пробы - проба масла и проба с основного маслофильтра. Для параметров частиц, накапливаемых на маслофильтре, впервые найдены следующие количественные диагностические признаки:

- рейтинг частиц для каждого измеряемого элемента (количество частиц определенного сорта, приходящихся на 1000 частиц износа);

- показатель износа для каждого измеряемого элемента (отношение количества сложных частиц к «простым», одноэлементным частицам);

- общий показатель износа;

- средний размер частиц для данного элемента;

- рейтинги сложных частиц, отдельно для каждого состава;

- количество составов сложных частиц.

7. Установлено, что в исправном двигателе параметры частиц в пробе масла характеризуются чрезвычайно низкими значениями. Так, содержание металлов основы сплавов не превышает десятых долей граммов на тонну, число частиц — нескольких сотен в 1см"3. При этом показано, что при достигнутых низких границах измерения параметров частиц износа сцинтилляционным способом погрешность измерения содержания, вызванная неоднородным распределением частиц, не сказывается на правильности принятия диагностического решения.

Число частиц в исправном двигателе легирующих элементов (Сг, Ni, V) имеют единичные значения, либо эти элементы совсем не обнаруживаются. Число сложных частиц имеет также единичные значения и, как правило, состав сложных частиц не соответствует составу материала, от которого они отделились.

Регистрация частиц износа типа Cu-Ag, Fe-Cu, Fe-Ag, Fe-Cu-Ag свидетельствует о повышенном износе сепараторов, тел качения и беговых дорожек подшипников. При этом начальная стадия дефекта характеризуется повышенными параметрами частиц типа Cu-Ag, Fe-Cu (износ посеребренных и бронзовых сепараторов), с развитием дефекта в масло во все большем количестве начинают поступать частицы полного состава, характеризующие износ тел качения и беговых дорожек подшипников (частицы, типа Fe- Cr- Ni, Fe- Cr- Ni- V и т.д.).

8. Для принятия диагностического решения по возможности дальнейшей эксплуатации двигателя впервые разработаны эталонные статистические модели исправных двигателей по пробам масел и смывов с маслофильтра с учетом типа двигателей и их наработки. Для построения моделей использовалась достаточно представительная выборка - 2194 пробы для двигателей Д-ЗОКП/КП-2, 1819 проб для двигателей Д-ЗОКУ-154. Разработанные модели учитывают более 100 параметров.

Особое внимание при разработке эталонных статистических моделей уделялось исследованию законов распределений результатов сцинтилляционных измерений параметров частиц износа. Это связано с тем, что от вида закона распределения, в конечно итоге, зависят граничные значения по параметрам частиц износа, при которых возможна / не возможна дальнейшая эксплуатация двигателя. Поэтому для каждого параметра была найдена наилучшая функция преобразования, приводящая распределения параметров к нормальному закону.

По всем параметрам частиц изнашивания приняты следующие основные критерии оценки технического состояния двигателя:

Т<(х + 2сг) - двигатель исправен, износ нормальный, возможна дальнейшая эксплуатация в соответствии с руководством по эксплуатации; х+2а) < х < (х + 3а) - зона особого контроля, возможен повышенный износ; х > (х + 3(7) - зона повышенного износа. В этом случае, в зависимости от типа превысивших параметров, величины превышений, может быть рекомендована замена масла с последующей гонкой двигателя. Либо может быть рекомендовано выполнение рейса, после чего производятся сцинтилляционные измерения и принимается окончательное решение о возможности продолжения эксплуатации двигателя.

9. Выявлено несколько характерных диагностических признаков, позволяющих идентифицировать дефектный узел, агрегат. Так, например, износ шлицевых соединений характеризуется повышенным значением только содержания железа. Причем при таком типе изнашивания до 98% железа находятся в субмикронной (растворенной) форме. Остальные параметры частиц износа не превышают значения 2о.

Дефект подшипников коробки приводов с увеличением наработки двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 характеризуется обнаружением во все возрастающих количествах частиц, типа Fe-Cu, Fe- Cr, Fe-Ni, Fe- Cr- Ni. При этом в начальной стадии развития дефект обнаруживается по результатам анализа пробы масла.

И наоборот, дефект подшипников трансмиссионной части двигателя в начальной стадии обнаруживается по анализу пробы смыва, в пробе масла параметры частиц, как правило, не превышают предельных значений.

Замечено, что в исправном двигателе, за исключением периода приработки, частицы ванадия не обнаруживаются.

Повышенные параметры частиц, типа Cu-Ag, Fe-Cu-Ag, Fe-Ag, Fe- Cr- Ni свидетельствуют о дефекте подшипника компрессора высокого давления.

Частицы типа Cu-Ag, Fe-Cu-Ag, Fe-Ag, Fe- Cr- Ni-V отвечают за повышенный износ роликоподшипников межвального, либо турбины высокого давления. Для раздельной оценки технического состояния данных подшипников разработана комплексная методика с применением ИВУ-1М, позволившая точно определять дефектный подшипник.

Кроме того, найдены диагностические признаки повышенного износа маслоагрегатов, планетарно-дифференциального редуктора, лабиринтных уплотнений.

10. Полученные в процессе выполнения работы результаты положены в основу создания опытного промышленного образца сцинтилляционного спектрометра. Экономический эффект, полученный ОАО «НПО «Сатурн» за период 2001-2004гг, от использования разработанной технологии диагностирования, составил более 16 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данной работы были решены две крупные научно-технические проблемы:

- разработай атомно-эмиссионный сцннтилляционный спектрометр для измерения параметров металлической примеси в пробах смазочных масел; разработана эффективная, не имеющая аналогов, технология диагностирования узлов маслосистемы авиационных двигателей по параметрам частиц изнашивания.

Следует отметить, что большинство технических и методических решений выполнено на уровне изобретений. Такое стало возможным благодаря проведенному комплексу теоретических и экспериментальных исследований по течению плазменного газа и движению в нем твердых металлических частиц, формированию и выделению сцинтилляционного сигнала, влиянию передаточной функции источника спектров на свойства сцинтилляционного сигнала, теории градуирования способа, поиску новых диагностических параметров в пробах масел и смывах с маслофильтров и т.д. Все это способствовало созданию принципиально новой аппаратуры и технологии диагностирования авиационных двигателей.

С другой стороны, за счет тесного взаимодействия с заводами-изготовителями авиационных двигателей была отшлифована и внедрена в эксплуатацию разработанная технология диагностирования. Такое сотрудничество позволило, например, только ОАО «НПО «Сатурн» получить экономический эффект более 16 млн. рублей.

1. Калашников С.И. Применение анализатора БАРС-3 для технической диагностики авиационной техники. М.: 1985. 80 с.

2. Аттестат методики измерения концентрации продуктов изнашивания на анализаторах БАРС-3 при диагностике авиационных двигателей. М.: 1993. 11 с.

3. Аттестат методики измерения концентрации продуктов изнашивания на установках типа МФС при диагностике авиационных двигателей. М.: 1993. 20 с.

4. Степанов В.А. Разработка и исследование методов и средств комплексной диагностики смазываемых узлов трения газотурбинных двигателей по параметрам продуктов износа в масле // Автореф. дис. на соиск. учен. степ, доктора техн. наук. М.: 2000. 40 с.

5. Двигатель ПС-90А. Эксплуатационная поверка многоэлементного спектрального анализа проб масла при диагностике двигателей. // Бюллетень № 94370-БЭ-Г. М.: 2005. 9 с.

6. Методика диагностирования узлов трения, омываемых смазочным маслом, двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 методом рептгеноспектрального анализа. М.: 1990. 4 с.

7. Двигатель ПС-90А. Оценка технического состояния по результатам феррографического анализа проб масла из маслосистем. // Методика 94-00-807ПМ177-1. Пермь. 1999. 28 с.

8. Альдес Ф., Канделайс А. Прогнозирование отказов двигателя. // Фирма ТАР (Португальские авиалинии). Доклад на симпозиуме. Вашингтон. Ноябрь. 1997.

9. Программа по спектрометрическому анализу масла и фильтров двигателя TRE-331 Allied Signal.// Информационный бюллетень № Р331-97. 1995. 9 с.

10. Pratt & Whitney. Двигатель PW 4000. Магнитные пробки инспекционный контроль - 01. Руководство по эксплуатации № PN50A444.

11. Жак Краутер. Программа технического обслуживания двигателя по техническому состоянию и маслосистема двигателя. // Фирма British Airways. Доклад на симпозиуме. Вашингтон. Ноябрь. 1997.

12. Rolls-Royce. Industrial & Marine gas turbines Ltd. // Технический отчет 5657/36. 1995.

13. Контроль состояния узлов трения, омываемых маслом, двигателя ПС-90А и двигателей зарубежных фирм. // Техническая справка № 35350. Пермь. 2000. 24 с.

14. Двигатель ПС-90А. Поиск источников стружки и оценка технического состояния деталей, работающих в масле. // Методика 94-00807ПМ173. Пермь. 1996. 22 с.

15. Двигатель ПС-90А. Руководство по эксплуатации 94-00807 РЭ. Маслосистема 072.90.00. Пермь. 1990.

16. Двигатель ПС-90А. Анализ статистики и диагностических признаков дефектов роликового подшипника ТВД. // Техническая справка № 34676. Пермь. 1999. 32 с.

17. Кюрегян С.К. Атомный спектральный анализ нефтепродуктов. М.: Химия. 1985. 203 с.

18. Степанов В.А. Диагностика технического состояния узлов трения трансмиссии газотурбинных двигателей по параметрам продуктов износа в масле. Рыбинск: 2002. 232 с.

19. Соколов А.И. Изменение качества масла и долговечность автомобильных двигателей. Томск: Томский университет. 1976. 210 с.

20. Зильберштейн Х.И. Спектральный анализ чистых веществ. JL: Химия. 1971. 415 с.

21. Лосев Н.Ф. Количественный рентгеноспектральньтй анализ. М.: Наука, 1969. 336 с.

22. Практическая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. / Под ред. Степаненко В.П. М.: Транспорт. 1985. 101 с.

23. Богоявленский Л.А. Формирование системы обеспечения единства измерений концентрации продуктов изнашивания при диагностировании авиационных ГТД. // Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.: 1994. 17 с.

24. Методические указания по изготовлению и метрологической аттестации стандартных образцов концентрации продуктов изнашивания для градуировки анализаторов БАРС-3 при диагностировании авиадвигателей. М.: 1993. 17 с.

25. Методические указания по изготовлению и метрологической аттестации стандартных образцов концентрации продуктов изнашивания для градуировки установок типа МФС при диагностировании авиадвигателей (на основе окислов). М.: 1993. 16 с.

26. Надежность, диагностика, контроль авиационных двигателей. / Под ред. Шепеля В.Г. Рыбинск. РГАТА. 2001. 351 с.

27. Alchimov А.В., Drobot S.I., Drokov V.G., Zarubin V.P., Kazmirov A.P., Skudaev Y.D. The comparative metrological estimation of methods of emission spectral analysis for wear product in aviation oils. COMADEM-97. Finland. Espoo. vol. 2. p. 312-321.

28. Русанов A.K. Основы количественного спектрального анализа руд и минералов. М.: Недра. 1978. 339 с.

29. Лужнова М.А., Райхбаум Я.Д. О закономерностях испарения аэрозолей в дуговой плазме. // Применение плазмотрона в спектроскопии: Сборник статей. Фрунзе. Илим. 1970. с. 126-135.

30. Методика диагностирования узлов трения, омываемым смазочным маслом, двигателей Д-30КУ и Д-30КП методом рентгеноспектрального анализа. М.: 1990. 4 с.

31. Оценка технического состояния двигателя по содержанию металлических примесей в масле. // Бюллетень № 384-БД-Г. М.: 1986. 11 с.

32. Отраслевая система обеспечения единства измерений при диагностировании состояния авиационных двигателей методом спектрального анализа в ГА РФ. Часть 1. Использование Государственных стандартных образцов / М.: 2003. 12 с.

33. Статкус М.А., Гордеева В.П., Майорова Е.Н. и др. Формирование аналитического сигнала при рентгенофлуоресцентном определении элементов на фильтрах. // Заводская лаборатория. 2004. т. 70. № 3. с. 3-9.

34. Крекнин Ю.С. Рентгеноспектральный анализ смазочных масел в эксплуатации. //Газотурбинные технологии. 2001. № 3. с. 18-24.

35. Крекнин Ю.С. Анализ минеральных смазочных масел на спектрометре «СПЕКТРОСКАН». // Г:ш Международная конференция. Энергодиагностика: Сб. статей. Москва. Трибология. Т. 3. с. 346-353.

36. Итоги разработки, испытаний, сертификации и промышленной апробации автоматизированного комплекса рентгенофлуоресцентного анализа смазочных материалов «ПРИЗМА»: Отчет по НИОКР / АОЗТ «Южполиметалл-холдпнг». 2000. 70 с. Отв. Исполнитель В.К. Забельский.

37. Павлинский Г.В., Дроков В.Г., Баранов Е.О., Скудаев Ю.Д., Калошин А.Е. О рснтгенофлуоресцентном анализе отфильтрованного осадка отработанных авиационных масел. //Контроль. Диагностика. 2005. № 2. с. 21-26.

38. Степанов В.А. Особенности диагностирования усталостного выкрашивания поверхностей трения подшипников качения и зубчатых передач газотурбинных двигателей. // Смазка машин и механизмов.

39. Юдин А.А., Степанов В.А. Рекомендации по нормированию критериев оценки технического состояния узлов трансмиссии ГТД по результатам спектрального анализа масла. // Конверсия в машиностроении. 2002. № 2. с. 35-41.

40. Tucker I.E., Reintjes I., Mc Clelland T.L., Duncan M.D. Laset Net Fines Optical Oil Debris Monitor. // 1998 ЮАР International Condition Monitoring Conference. Mobile. 1998. pp. 117-124.

41. Джонс M.X., Массуди A.P. Решение проблемы анализа больших частиц износа. // Гм Международная конференция. Энергодиагностика: Сб. статей. Москва, т.1. Пленарные доклады. 1995. с. 84-102.

42. Brown I.R., Saba C.S., Rhine W.E., Eisentrant K.I. Particle Size Independent + Spectrometric Determination of wear Metals in Aircraft Lubricating Oils. // Analytical Chemistry. 1980. vd. 52. № 11. p. 2365-2370.

43. Binek B. Szitillationsspektranulysator fur Aerosolteilchen. // Stanb. 1961. № 6. S. 184-185.

44. Славный В.А. Предельная чувствительность регистрации спектральных линий. //Журн. прикл. спектроскопия. 1967. т. 6. № 5. с. 695-706.

45. Славный В.А. Предельная чувствительность регистрации спектральных линий. //Журн. прикл. спектроскопия. 1967. т. 7. № 1. с. 123-134.

46. Райхбаум Я.Д., Малых В.Д., Лужнова М.А. Сцинтилляциопный метод спектрального анализа тантала и ниобия в рудах. // Заводская лаборатория. 1963. т. 29. № 6. с. 677-680.

47. Прокопчук С.И., Студенникова Т.Г., Райхбаум Я.Д. Прямой спектральный анализ золота в геохимических пробах. // Ежегодник 1975 СибГЕОХИ: Сборник статей. Иркутск. 1976. с. 304-308.

48. Прокопчук С.И., Райхбаум Я.Д. Студенникова Т.Г. Прямой спектральный анализ золота в геохимических пробах. // Ежегодник 1975 СибГЕОХИ: Сборник статей. Иркутск. 1976. с. 304-308.

49. Крестьянинов А.Г. Исследование и разработка сцинтилляционного метода оптического эмиссионного спектрального анализа. / Автореферат па соиск. уч. степ. канд. ф.-мат. наук. Иркутск. 1968. 20 с.

50. Крестьянинов А.Г., Райхбаум Я.Д., Корецкая А.Д., Маркова Н.М. Применение плазмотрона при сцинтилляционном методе анализа золота в рудах. // Применение плазмотрона в спектроскопии: Сборник статей. Фрунзе. Илим. 1970. с. 174-179.

51. Крестьянинов А.Г., Райхбаум Я.Д., Корецкая А.Д., Маркова Н.М. Сцинтилляционный способ спектрального анализа золота в рудах. // Журнал прикл. спектроскопия. 1969. т. 10. № 1. с. 71-81.

52. Симонова В.И. Спектроскопическое исследование системы аэрозоль-плазма с целью совершенствования метода спектрального анализа. // Автореферат на соиск. уч. степ. канд. ф.-м. наук: Иркутск. 1975. 27с.

53. Паничев Н.А., Туркин Ю.И., Спектральный анализ порошковых проб в пламени с использованием сцинтилляционного метода регистрации. // Журн. прикл. спектроскопия. 1970. т. 12, № 2. с. 213-216.

54. Симонова В.И., Райхбаум Я.Д., Дроков В.Г. К теории спектрального анализа аэрозолей, вдуваемых в плазму. // Журнал прикл. спектроскопия. 1974. т. 21. № 5. с. 787-794.

55. Черевко А.С., Симонова В.И. О влиянии дисперсности проб на результаты спектрального анализа в вдуванием порошков в разряд плазмотрона. // Журнал прикл. спектроскопия. 1973. т. 19. № 2. с. 348-351.

56. Симонова В.И., Дроков В.Г., Райхбаум Я.Д., Крестьянинов А.Г. О градуировочных графиках при сцинтилляционном способе спектрального анализа. // Ежегодник 1972 СибГЕОХИ: Сборник статей. Иркутск. 1973. с. 461- 65.

57. Авторское свидетельство СССР № 1200834. Способ нагрева материала. / Ахмедьянов М.А., Бобров А.А., Дроков В.Г., Лысов Г.В., Чебаньков Н.И. 1985.

58. Дроков В.Г. Разработка и исследование импульсного атомно-абсорбционного метода спектрального анализа золотосодержащих руд. // Автореферат на соиск. уч. степ. канд. техн. наук: Иркутск. 1982. 24 с.

59. Авторское свидетельство СССР № 1368736. Способ получения градуировочпой характеристики сцинтилляционного (импульсного) спектрального анализа. / Ахмедьянов М.А., Дроков В.Г., Лифлянд М.Р., Морозов В.Н., Фридман С.В. 1985.

60. Определение потенциального спроса на сцинтилляционный спектральный комплекс: Отчет по маркетинговому исследованию / ООО «Диагностические технологии». № 374/2002 СХ.2002. 178 с. Отв. исполнитель В.Г. Дроков.

61. Ахмедьянов М.А., Бобров А.А., Дроков В.Г., Лысов Г.В., Самсонова Н.И. Формирование потока твердых частиц в разрядной камере СВЧ плазмотрона атмосферного давления. // Химия высоких энергий. 1990. т. 24. № 2. с. 162165.

62. Грачева Г.П., Дроков В.Г., Казмиров А.Д. Исследование газодинамического течения в разрядной камере СВЧ плазмотрона с внезапным расширением. // 1Гое Всесоюзное совещание. Высокочастотный разряд в волновых полях: Сборник статей. Куйбышев. 1989. с. 6-9.

63. Грачева Г.П., Дроков В.Г., Казмиров А.Д. Моделирование движения и нагрева мелкодисперсных частиц в СВЧ атомизаторе порошковых проб. // III Региональная конференция. Аналитика Сибири 90: Тезисы докладов. Иркутск. 1990. с. 38-39.

64. Казмиров А.Д. Взаимодействие мелкодисперсных частиц с потоком плазмы атмосферного давления в канале СВЧ плазменного атомизатора порошковых проб. // Автореф. на соиск. учен. степ. канд. ф.-м. наук: Иркутск. 1995. 17 с.

65. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука. 1980. 316 с.

66. Лелевкин В.М., Оторбаев Д.К. Экспериментальные методы и теоретические модели в физике неравновесной плазмы. Фрунзе. Илим. 1988. 251 с.

67. Авторское свидетельство СССР № 1634123. СВЧ плазмотрон для обработки порошковых материалов / Ахмедьянов М.А., Бобров А.А., Грачева Г.П., Дроков В.Г., Казмиров А.Д., Лысов Г.В., Самсонова Н.И. 1989.

68. Бобров А.А., Валеева А.А., Лелевкин В.М. Исследование характеристики ламинарного потока в канале СВЧ плазмотрона. Фрунзе. Илим. 1986. 54 с.

69. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Гидродинамика. М.: Мир. 1986. 736 с.

70. Куликовский Л.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика и динамика плазмы. М.: Физматизд, 1962. - 150 с.

71. Бай Ши-И Магнитная гидродинамика и динамика плазмы. М.: Физматгиз. 1962. 120 с.

72. Госмен А.Д., Пан В.М., Ранчел А.К., Спеллинг Д.В., Волынтейн М. Численные методы исследования течений вязкой жидкости. М.: Мир. 1972. 324 с.

73. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир. 1980. 616 с.

74. Энгельшт B.C. Математическое моделирование электрической дуги. Фрунзе. Илим. 1983. 368 с.

75. Грачева Г.П., Казмиров А.Д. Формирование облака атомного пара при движении частиц золота микронных размеров в СВЧ плазмотроне. // III Региональная конференция. Аналитика Сибири 90: Тезисы докладов. Иркутск. 1990. с. 40-41.

76. Авторское свидетельство СССР №1551227. Способ обработки порошковых материалов в плазме ВЧ и СВЧ разрядов. Ахмедьянов М.А., Бобров А.А., Дроков В.Г. Лысов Г.В., Чебаньков ГШ. 1989.

77. Авторское свидетельство СССР № 1634123. СВЧ плазмотрон для обработки порошковых материалов. Ахмедьянов М.А., Бобров А.А., Грачева Г.П., Дроков В.Г. 1989.

78. Алхимов А.Б., Дроков В.Г., Казмиров А.Д. Морозов В.Н. Передаточная функция СВЧ плазмотрона, как источник сцинтилляционных сигналов. // Журн. аналит. химия. 1996. т. 51. № 9. с. 939-944.

79. Ахмедьянов М.А., Бобров А.А., Дроков В.Г., Лысов Г.В. Измерение параметров СВЧ разряда на воздухе атмосферного давления в плазмотроне радиального типа. // Химия высоких энергий. 1987. т. 21. № 4. с. 375-378.

80. Глушко В.П. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. М.: Наука. 1978. с. 320.

81. Попялковская Л.К., Морозов В.Н. Влияние степени испарения ансамбля частиц различных размеров на параметры градуировочного графика при сцинтилляционном способе спектрального анализа. // Журн. прикладной спектроскопии. 1985. т. 42. № 4. с. 543-547.

82. Попялковская Л.К. Методические основы сцинтилляционного определения содержания и гранулометрического состава золота в рудах. // Автореф. на соиск. канд. ф.-м. наук. Иркутск. 1987. с. 19.

83. Грачева Г.П., Дроков В.Г., Казмиров А.Д. Моделирование движения и нагрева мелкодисперсных частиц в СВЧ атомизаторе порошковых проб. // III Региональная конф. Аналитика Сибири — 90: Тезисы докладов. Иркутск. 1990, с. 38-39.

84. Морозов В.Н., Прокопчук С.И. Сравнительное определение золота эмиссионным и атомно-абсорбционным методами сцинтилляционного анализа. //Заводская лаборатория. 1994. т. 60. № 9. С.16-18.

85. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Издательство АН СССР. 1955. 351 с.

86. Гупта А., Лилли Д, Сайрец Н. Закрученные потоки. М.: Мир. 1987. 588 с.

87. Разработка и метрологическая аттестация сцинтилляционного комплекса для определения микропримесей металлов в авиационных маслах: Отчет по НИР / НИИ прикладной физики. 1994. с. 86. Руководитель НИР В.Г. Дроков.

88. Патент на изобретение РФ № 2082284. СВЧ плазмотрон циклонного типа / Дроков В.Г., Казмиров А.Д., Алхимов А.Б. 1997.

89. Дроков В.Г., Казмиров А.Д., Морозов В.Н. Градуирование сцинтилляционного спектрометра для анализа порошковых проб на примеси благородных металлов. // Журн. аналитическая химия. 1995. т. 50, № 1. с. 15.

90. Малых В.Д. Изучение процессов парообразования и переноса вещества в источниках света для спектрального анализа. // Автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. ф.-м. наук: Иркутск. 1964. 22 с.

91. Лужнова М.А. Исследование испарения частиц металлов в дуговой плазме // Автореф. дис. на соис. учен. степ. канд. ф.-м. наук: Иркутск. 1966. 24 с.

92. Алхимов А.Б., Дроков В.Г., Зарубин В.П., Казмиров А.Д. Некоторые аналитические возможности сцинтилляционного спектрометра при анализе авиационных масел. // 1ая международная конф. Энергодиагностика. Сборник трудов. Т. 3. Трибология. 1995. С. 331-339.

93. Патент на изобретение РФ №2 118815. Способ определениямикропримесей металлов в смазочных маслах, топливах и специальныхжидкостях и устройство для его осуществления. Алхимов А.Б., Дроков В.Г.,

94. Зарубин В.П., Казмиров А.Д., Морозов В.Н., Подрезов A.M., Скудаев Ю.Д.1998.

95. Двигатель ПС-90А. Детали и сборочные единицы, работающие в масле. Ведомость 94-00-807ВР159. Пермь. 2001. 41 с.

96. Зайдель A.M., Прокопьев В.К., Райский С.М., Славный В.Р., Шрейдер В.А. Таблицы спектральных линий. М.: Наука. 1969. 782 с.

97. Патент на изобретение РФ № 2119390. Ультразвуковой распылитель. / Алхимов А.Б., Дроков В.Г., Морозов В.Н., Скудаев Ю.Д. 1998.

98. Львов Б.В. Атомно-абсорбционный анализ. М.: Наука. 1966. 392 с.

99. Скудаев Ю.Д. Разработка методики атомно-абсорбционного анализа биологических объектов на содержание микроэлементов с применением электротермическеого атомизатора печь-пламя. // Автореф. дис. на соис. учен, степ. канд. хим. наук: Иркутск. 1983. 24 с.

100. Патент на изобретение РФ № 2226685. Способ спектрального анализа. / Алхимов А.Б., Дроков В.Г., Казмиров А.Д., Морозов В.Н., Скудаев Ю.Д. 2004.

101. Прокопчук С.И. Сцинтилляционный спектральный анализ в геологин. Иркутск. Институт геохимии СО РАН. 1993. 70 с.

102. Фридман С.В., Попялковская Л.К. Применимость градуировочной функции сцинтилляционного анализа при вероятностной природе сигнала. // Всесоюзная конф. Математические методы и ЭВМ в аналитической химии: Тезисы докладов. Москва. 1986. с. 89-90.

103. Агеенко Е.Б., Дроков В.Г., Казмиров А. Д., Морозов В.Н., Поиялковская JI.K. Сцинтилляционные измерения содержания и гранулометрического состава тонкодисперсного золота в рудах. // Журнал аналитической химии. 1995. т. 50. № 12. с. 1296-1303.

104. Применение сцинтилляционного метода анализа масел для оценки технического состояния двигателей Д-30КП/КУ/КУ-154, работающих на продленном ресурсе под контролем по бюллетеням №№ 384-БД-Г, 1326-БД-Г. Бюллетень №1756-БД-Г. М.: 2000. 9 с.

105. Применение сцинтилляционного метода анализа масел для оценки технического состояния двигателей. Бюллетень № 1772-БД-Г. М.: 2001. 9 с.

106. Пробоотбирание и анализ благородных металлов. / Под ред. И.Ф. Барышникова. М.: Металлургия. 1978. 431 с.

107. Wilson A.D. The Sampling of Silicate Rock Ponders for Chemical Analysis. // The Analist. 1964. v. 89. № Ю54. p. 18-30.

108. OCT 41-08-252-85 МинГео СССР. Отраслевой стандарт. Управление качеством аналитической работы. Стандартные образцы предприятия. Разработка, аттестация и утверждение. М.: ВИМС. 1985. 78 с.

109. Алексеев Р.И., Коровин Ю.И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа. М.: Атомиздат. 1972. 139 с.

110. Сертификат об утверждении типа СОП № СО-1-01. Иркутск. ВНИИФТРИ. 2001. 8 с.

111. ГОСТ Р8. 563-96. Методики выполнения измерений. /

112. Сертификат об утверждении типа средств измерений № 13832. Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений № 24095-02. М.: Госстандарт. 2003. 4 с.

113. Оценка конструкционных и методических характеристик метода капиллярной микроскопии при определении элементного состава сплавов рентгенофлуоресцентным спектрометром Eagle II фирмы EDAX (США) // Техническая справка. М.: а/п Шереметьево. 2003. 21 с.

114. Авдуевский B.C., Броновец М.А., Буше Н.А., Школьников В.М. Теоретические и практические аспекты современной трибологии // Первая международная конференция. Энергодиагностика: Сборник статей. Москва. Трибология, т. 1. 1995. с. 31-61.

115. Двигатель ПС-90А. Оценка эффективности программного обеспечения «Износ 1-3» для диагностики технического состояния трущихся деталей // Техническая справка №38064. Пермь. 2002. 51 с.

116. Литвинов А.А. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости. Киев: КИИГА. 1978. 75 с.

117. Литвинов А.А. Основы применения горюче-смазочных материалов в гражданской авиации. М.: Транспорт. 1987. 371 с.

118. Методика № 560/3-73/90. Вибродиагностирование состояния межвального подшипника двигателей Д-30КУ (КУ-2), КП (КП-2), КУ-154 в эксплуатации. Пермь: Авиадвигатель. 1990. 15 с.

119. Анализ съемов двигателей Д-ЗОКП/КУ/КУ-154 за период 2000-2004гг. по неисправностям узлов, омываемых смазочным маслом // Техническая справка № 44-596168. Рыбинск. НПО «Сатурн». 2005. 27 с.

120. Акт-отчет № 207/037-502/98 по техническому состоянию подшипников качения после длительных испытаний двигателя Д-ЗОКУ-154 № 485-459 до общей наработки 18000 часов и для оценки сцинтилляционного метода диагностики двигателя. Рыбинск, 1998, с. 19.

121. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию М.: Транспорт. 1980. с. 229.

122. Двигатели Д-ЗОКУ, Д-ЗОКП. Результаты анализа масла с диагностическими целями на этапе производства. Технический отчет. Рыбинск. 1983. 31 с.

123. Разработка и аттестация СОП продуктов изнашивания авиационного ГТД (СОП СОЧПИ ДТ1-01): Отчет по НИР / НИИ прикладной физики. Иркутск. 2001. 54 с. Руководитель работ В.Г. Дроков.

124. Результаты исследования двигателя Д-ЗОКУ-154 № 494-427, снятого с эксплуатации в связи с повышенным содержанием железа и меди в масле // Заключение № 44-595236. Рыбинск. 2002. 8 с.

125. Результаты исследования задней коробки приводов двигателя Д-ЗОКУ -154 № 204-471, снятого с эксплуатации в связи с кратковременным загоранием табло «Стружка в масле» // Заключение №44-596439. Рыбинск.2005. 5 с.

126. Кеба И.В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт. 1980. 246 с.

127. Результаты внедрения в эксплуатацию индивидуального подхода к контролю состояния двигателей Д-30КП по вибрации их корпусов с помощью бортовых штатных средств: Отчет № 445-44-2001-047. Рыбинск. 2001. 58 с. Руководитель работ В.В, Червонюк.

128. Определение предельно-допустимых концентраций железа и меди в масле ИПМ-10 изделий 993, работавших в эксплуатации: Отчет № 10670. М.: ЦИАМ. 1986. 42 с. Ответственный исполнитель В.А. Степанов.

129. Разработка метода диагностирования узлов трения, омываемых маслом двигателей ПС-90 на базе установки МФС и рентгеноспектроанализатора БАРС-3: Отчет по НИР. М.: ГосНИИГА. 1993. 33 с. Ответственный исполнитель Т.И. Прокофьева.

130. Двигатели Д-ЗОКП, Д-ЗОКП-2, Д-ЗОКУ, Д-ЗОКУ-2, Д-ЗОКУ-154. Применение сцинтилляционного метода анализа для оценки технического состояния двигателей. // Бюллетень № 1786-БД-Г. М.: 2003. 11 с.

131. Двигатели Д-ЗОКП, Д-ЗОКП-2, Д-ЗОКУ, Д-ЗОКУ-2, Д-ЗОКУ-154. Продление срока действия бюллетеня № 1786-БД-Г по применению сцинтилляционного метода анализа масел для оценки технического состояния двигателей. // Бюллетень № 1807-БЭ-Г. М.: 2004. 2 с.

132. Боровиков В. Статистика для профессионалов. С-Петербург. Питер Бук. 2001.656 с.

133. Патент на изобретение РФ № 2216717. Способ диагностики состояния двигателей. / Алхимов А.Б., Дроков В.Г., Морозов В.Н., Скудаев Ю.Д. 2003.

134. МИ 2335-95 ГСИ. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа. Екатеринбург. УНИИМ. 1997. 15с.

135. МИ 2336-95 ГСИ. Характеристики погрешности результатов количественного химического анализа. Алгоритмы оценивания. УНИИМ. Екатеринбург. 1995.

136. Патент на изобретение РФ № 2251674. Способ оценки технического состояния подшипников трансмиссии авиационных двигателей / Гайдай М.С., Дроков В.Г., Кузменко M.JL, Матвеенко Г.П., Овчинин Н.Н., Скудаев Ю.Д., Червонюк В.В. 2002.

137. Результаты исследования двигателя Д-ЗОКУ-154 №292-441, возвращенного из эксплуатации по срабатыванию табло «Стружка в масле» // Заключение № 44-595134. Рыбинск. 2002. 6 с.1. CL^ / 325

138. Двигатели Д-ЗОКП/КУ/КУ-154, имевшие неисправности узлов и агрегатов, омываемых маслом, при контроле сцинтилляционном методом // Техническая справка № 44-515887. Рыбинск. 2004. 22 с.

139. Двигатели Д-ЗОКП/КУ/КУ-154, имевшие неисправности узлов и агрегатов, омываемых маслом при контроле сцинтилляционным методом // Рыбинск ОАО НПО «Сатурн». 2008. 18 с.