李健聰 梁圣偉 杜傳斌

(海軍航空裝備計(jì)量監(jiān)修中心 上海 200436)

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水污染對(duì)飛機(jī)油液系統(tǒng)影響綜述*

李健聰 梁圣偉 杜傳斌

(海軍航空裝備計(jì)量監(jiān)修中心 上海 200436)

通過(guò)論述油液系統(tǒng)中水污染的來(lái)源、特點(diǎn)、危害及水含量的主要測(cè)試方法,針對(duì)部隊(duì)實(shí)際工作情況,提出幾點(diǎn)預(yù)防和控制水污染的方法。

水污染; 故障診斷; 油液監(jiān)控; 預(yù)防控制

Class Number V355.2

1 引言

油液監(jiān)控已經(jīng)成為飛機(jī)故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段之一,油液中水分的監(jiān)測(cè)作為油液監(jiān)控的方法之一,在部隊(duì)實(shí)際工作中還未引起足夠重視。國(guó)內(nèi)外大量事實(shí)表明,油中水分的存在是引起飛機(jī)機(jī)械故障的重要原因之一,從某種意義上來(lái)說(shuō),油液的水污染甚至早于顆粒污染,能夠更早期地預(yù)報(bào)故障。因此,必須十分重視飛機(jī)水污染的控制。

2 水污染來(lái)源

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

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

3 水污染的特點(diǎn)

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

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

4 水污染的危害

油液中水的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1) 引起腐蝕

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

2) 加速油液氧化變質(zhì)

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

表1 液壓油氧化速度同油中污染物的關(guān)系

3) 低溫結(jié)冰

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

4) 破壞油膜強(qiáng)度,降低潤(rùn)滑性能

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

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

5 水污染的預(yù)防與控制

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

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

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

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

陽(yáng)極:

2I-—2e→I2

產(chǎn)生的碘又與試樣中的水分反應(yīng):

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

生成的硫酸吡啶又進(jìn)一步和甲醇反應(yīng):

C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N·HSO4CH3

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

試樣含水量用X(ppm)計(jì)算:

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

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

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

1) 防止水污染的侵入,從源頭上保證污染生成率

(1)加強(qiáng)對(duì)油料的管理和檢測(cè),杜絕不符合規(guī)定的保存和運(yùn)輸。

(2)嚴(yán)把油料添加關(guān),確保添加無(wú)污染。

(3)保持工作環(huán)境的清潔。

(4)保持人員和工具清潔。

2) 提高認(rèn)識(shí),抓好油液監(jiān)控工作

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

3) 清洗系統(tǒng)污染

(1)定期清洗或更換飛機(jī)系統(tǒng)過(guò)濾器濾芯。

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

(3)對(duì)污染嚴(yán)重的飛機(jī)采取換油、清洗等措施。

6 結(jié)語(yǔ)

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

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Influences of Water Pollution on Plane Fuel System

LI Jiancong LIANG Shengwei DU Chuanbin

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

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

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

2014年12月2日,

2015年1月28日

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

V355.2

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.005