Способ безразборной диагностики степени износа коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания

Изобретение может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Способ заключается в измерении расход масла через подшипник и определении степени износа коренных подшипников. При реализации способа устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала, измеряют плотность масла, включателями встроенных гидролиний поочередно подводят давление от масляных полостей каждого коренного подшипника к дроссельному устройству диафрагменного типа Дифференциальным манометром измеряют величину перепада давления диафрагме и вычисляют расход масла в гидролинии диагностируемого подшипника. Расчетную величину зазора в нем определяют по формуле ,где k - опытный коэффициент (предварительно находят по каждому типу двигателей путем замера искомых зазоров со снятием поддона двигателя); ρ - плотность моторного масла; Qi - расход моторного масла в гидролинии i-го подшипника; Δpi - перепад давления на диафрагме дроссельного устройства. Степень износа каждого коренного подшипника определяют путем сравнения полученной расчетной величины зазора с его допускаемым значением для данного подшипника. Технический результат заключается в повышении точности определения технического состояния коренных подшипников. 3 ил.

 

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Гидродинамические подшипники скольжения коленчатого вала работают под воздействием больших резко меняющихся нагрузок, и основное, что определяет их работоспособность, - это зазор между сменным вкладышем коренного или шатунного подшипника и соответствующей шейкой коленчатого вала (или так называемый зазор «масляного клина»).

Известен способ измерения зазоров в гидродинамических подшипниках скольжения по показаниям индикаторов приспособления КИ-7892 при создании разрежения и давления (попеременно) в камере сгорания с помощью вакуум-насоса и воздухораспределителя. В ресиверах поддерживают давление 200…250 кПа и разрежение 60…70 кПа. В этом случае не надо снимать поддон картера, а достаточно в форсунке установить датчик перемещения поршня. Поршень перемещается за счет создания попеременно давления-разрежения (Морозов А.Х. Техническая диагностика в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1979, с.100).

Недостатками способа являются: высокая стоимость оборудования и сложность технологии измерения; низкая точность способа измерения, так как измеряется суммарный зазор в сопряжениях поршневого пальца, шатунного и коренного подшипников диагностируемого цилиндра, точное выделение каждого из зазоров не представляется возможным.

По названным причинам указанный способ измерения зазоров в подшипниках ДВС не нашел широкого применения на эксплуатационных предприятиях (автотранспорта, строительно-дорожных машин и других).

Известен способ измерения зазоров в подшипниках, в частности, турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания путем измерения расхода масла через подшипник с помощью калиброванного сопла (измерительного дроссельного устройства) и измерения давлений и устройство для его осуществления, состоящее из канала для масла, снабженного калиброванным соплом, перед которым находится датчик температуры и датчик давления, а второй датчик давления установлен за калиброванным соплом (Патент Польши №143605, МПК G01M 13/04, G01L 13/06, опубликован 30.11.1988).

Сумма кубов суммарных подшипниковых зазоров s3 определяется как:

s3≈А(р1-p2)1/2/p2,

где А является постоянным коэффициентом в зависимости от характеристики измерительного дроссельного устройства, температуры масла, вязкости масла, а также размеров подшипников; р1 означает давление масла перед калиброванным соплом, р2 - давление масла за калиброванным соплом.

Недостатки способа: предполагает наличие маслопровода с открытым доступом для подсоединения датчиков и установки калиброванного сопла (рассматривается смазка подшипников вала турбокомпрессора), что неприменимо к встроенным в блок цилиндров каналам системы смазки подшипников ДВС; определяет лишь суммарный подшипниковый зазор, поэтому неприменим к измерению зазоров в каждом из подшипников коленчатого вала; коэффициент А зависит от нескольких факторов и поэтому сложно определим, методика его нахождения не раскрыта.

Известен способ диагностики степени износа подшипников двигателя внутреннего сгорания, который заключается в том, что техническое состояние подшипников кривошипно-шатунного механизма оценивают по степени ослабления обратной волны, вызванной гидроударом, измеренной дополнительным измерителем давления, установленным в зоне формирования гидроудара, при этом техническое состояние подшипников определяют по отношению величин давлений в зоне формирования гидроудара к давлению, измеряемому измерителем давления после масляного фильтра; по увеличению их отношения оценивают степень износа подшипников двигателя внутреннего сгорания: чем больше величина отношения давлений, тем больше зазор в подшипниках (Патент РФ №2398200 С1, МПК G01M 15/00, опубликовано 27.08.2010).

Так как при работе системы смазки подшипников коленчатого вала ДВС поступающее от гидронасоса в главную магистраль масло под давлением подается в рабочие полости «масляного клина» сначала коренных, а затем шатунных подшипников (соединенных специальными каналами подшипниковых узлов) и стекает через неплотности в торцах шеек и подшипников коленчатого вала в масляный поддон, то появление дополнительного сливного канала, оснащенного дросселем, из главной масляной магистрали в поддон лишь несколько уменьшит гидросопротивление сливной линии и соответственно давление масла в системе смазки в целом (так как насос развивает напор, равный потребному); при резком закрытии этого дополнительного сливного канала работа системы смазки переходит на штатный режим и давление в ней опять несколько увеличивается до соответствующего этому режиму, таким образом, утверждение о возникновении значимой «волны обратного давления» гидравлической энергии, которой будет достаточно для осуществления процесса диагностирования с достаточной точностью каждого из коренных и шатунных подшипников ДВС, представляется не вполне обоснованным.

Также можно отметить сложность достоверного определения на практике величин шести опытных коэффициентов, учитывающих степень ослабления так называемой «волны обратного давления» в зависимости от величин зазоров в подшипниках ДВС: Ко (учитывает снижение давления отраженной волны из-за демпфирования объемами масляного тракта), K1, К2, К3, К4 и К5 (учитывают степень ослабления волны давления на первом-пятом коренных подшипниках), что дает основание считать рассматриваемый способ трудновыполнимым, к тому же приведенные в описании способа аналитические выражения не позволяют определить непосредственную величину искомого зазора в каждом из подшипников коленчатого вала для того, чтобы сравнить его с предельно допустимым.

В качестве прототипа выбран способ безразборной диагностики степени износа подшипников ДВС, заключающийся в измерении давления, по меньшей мере, в двух точках системы смазки двигателя, первая из которых расположена на выходе из нагнетательного насоса (рн), в качестве второй точки измерения давления принимают точку на входе в диагностируемый участок двигателя (рд), для эталонного двигателя определяют зависимость отношения величины первого давления к величине второго (рнд) от степени износа подшипников или отношения разности величин первого и второго давлений к величине второго (рнд)/рд от степени износа, измеряют при чистых фильтрах отношение разности величин первого и второго давлений к величине второго давления и сравнивают величину этого отношения с эталонной зависимостью от степени износа подшипников, причем рост этого отношения соответствует росту степени износа. Точки измерения давления рн и рд в системе смазки двигателей предусматривается оснастить штуцерами для таких периодических замеров, подключение манометров к которым не требует вывода двигателя из эксплуатации и тем более каких-либо его разборок (Патент RU №2006811 С1, МПК G01M 15/00, G01M 13/04, опубликовано 30.01.1994).

Недостатки прототипа: принятая для измерения давления на входе в подшипники двигателя (рд) точка, принадлежащая каналу главной масляной магистрали, а также названные отношения давлений (рнд) и (рнд)/рд способны характеризовать лишь изменение гидросопротивления подводящей магистрали и общее техническое состояние подшипников коленчатого вала ДВС, однако не позволяют определить величину искомого зазора в различных подшипниках.

По мере увеличения зазора в подшипнике скольжения расход масла в нем, отбираемый из масляной магистрали, несколько увеличивается. Можно предположить, что если при испытании отбирать некоторую часть расхода масла из полости коренного подшипника во встроенную измерительную гидролинию, то величина этого расхода будет пропорциональна зазору.

Технической задачей изобретения является повышение точности оценки технического состояния коренных подшипников коленчатого вала ДВС путем измерения зазоров в них безразборным методом. Для решения этой задачи предлагается производить измерение зазора «масляного клина» в каждом из коренных подшипников коленчатого вала косвенным методом по нижепредлагаемой методике. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала, измеряют плотность масла, включателями встроенных гидролиний поочередно подводят давление от масляных полостей каждого коренного подшипника к дроссельному устройству диафрагменного типа, дифференциальным манометром измеряют величину перепада давления Δpi на его диафрагме, вычисляют расход масла в гидролинии диагностируемого подшипника, расчетную величину зазора в нем определяют по формуле

s i ( k ρ Q i 2 / Δ p i ) 1 / 4 ,

где k - опытный коэффициент (предварительно находят по каждому типу двигателей путем замера искомых зазоров со снятием поддона двигателя);

ρ - плотность моторного масла;

Qi - расход моторного масла в гидролинии i-го подшипника;

Δpi - перепад давления на диафрагме дроссельного устройства.

Схема предлагаемого способа безразборной диагностики степени износа коренных подшипников ДВС приведена на фиг.1. Она включает в себя: масляный поддон 1 (бак) с сетчатым фильтром-маслозаборником 2, гидронасос 3 с редукционным клапаном 4, противодренажный клапан 5, фильтрующий элемент 6 и перепускной клапан 7, главную масляную магистраль 8, каналы 9 блока цилиндров для подвода масла под давлением к полостям коренных подшипников 10 коленчатого вала, а от них по специальным сверлениям-каналам - к шатунным подшипникам 11, встроенные гидролинии 12 с резьбовыми соединениями, направленные от масляных полостей коренных подшипников к дроссельному устройству 14, поочередно подключаемые к нему включателями 13 встроенных гидролиний, дифференциальный манометр 15 и датчик давления масла 16.

Дроссельное (сужающее) устройство 14 представляет собой расходомер переменного перепада давления диафрагменного типа. Схема распределения давлений в зоне установки диафрагмы изображена на фиг.2. Здесь p1 и р2 - давления перед дроссельным устройством (диафрагмой) и после него, Δpi=p12 - перепад давления масла на диафрагме устройства.

Включатель 13 встроенных гидролиний, изображенный на фиг.3 (в закрытом состоянии), состоит из цилиндрического корпуса 17, в резьбовое отверстие которого ввернут штуцер 18 с уплотнительным кольцом 19. Корпус и штуцер в сборе снабжены соосным проходным каналом с расположенным в нем шариком 20. При вворачивании штуцера 18 в корпус 17 шарик 20 перекрывает проходной канал, а при отворачивании открывает его. Для подключения к встроенным гидролиниям 12 корпус 17 снабжен внешним, в штуцер 18 - внутренним резьбовыми участками.

Встроенные гидролинии 12 герметично выведены через дополнительные отверстия масляного поддона 1 наружу и в режиме обычной эксплуатации двигателя постоянно закрыты включателями 13. Гидравлическое сопротивление встроенных гидролиний (диаметр, длина, местные сопротивления) должны быть равными. При диагностировании подшипников соответствующий включатель 13 выборочно поочередно подсоединяет встроенные гидролинии 12 различных коренных подшипников к дроссельному устройству 14 и дифференциальному манометру 15 или отсоединяет их. Для измерения перепада давления необходимо отвернуть штуцер 18 включателя 13 на 1,5…2 оборота, после окончания измерений завернуть штуцер, закрыв его шариковый клапан 20. Такое периодическое подключение встроенных гидролиний системы смазки к дроссельному устройству и дифференциальному манометру не требует вывода двигателя из эксплуатации и каких-либо его разборок. Контроль давления в главной масляной магистрали 8 системы смазки двигателя осуществляется посредством датчика давления 16.

Реализация предлагаемого способа измерения зазоров в коренных подшипниках двигателя осуществляется в следующей последовательности.

Используя метод анализа размерностей, предварительно находят выражение для определения искомого зазора si в зависимости от ряда существенно влияющих на него факторов. Для этого сначала составляют параметрическую зависимость переменного перепада давления масла Δpi в дроссельном устройстве встроенной гидролинии i-го коренного подшипника от плотности ρ моторного масла (зависит от температуры), искомого зазора si в подшипнике и расхода масла Qi в названной гидролинии:

После преобразования зависимости (1) получают

Из выражения (2) следует система уравнений:

Решив систему уравнений (3), получают следующие значения:

y=1, z=-4, u=2.

Тогда зависимость (1) записывают в виде уравнения:

отсюда величина искомого зазора si «масляного клина»:

где k - опытный коэффициент.

Зависимость между объемным расходом масла Qi и перепадом давления на диафрагме дроссельного устройства Δpi, то есть перед диафрагмой и за ней, выражают следующей известной формулой:

где α - коэффициент, зависящий от геометрической формы сужающего устройства и числа Рейнольдса (находят по справочным данным или опытным путем); F - площадь проходного сечения диафрагмы устройства.

Перепад давления Δpi в дроссельном устройстве 14 измеряют дифференциальным манометром 15.

Для нахождения значения опытного коэффициента k по каждому типу двигателей производят замер искомых зазоров со снятием масляного поддона. Получив численное значение коэффициента k, последующие определения искомых зазоров si осуществляют безразборным методом.

Для вычисления зазора si «масляного клина» в каждом коренном подшипнике устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала, измеряют плотность масла ρ, включателями встроенных гидролиний поочередно подводят давление от масляных полостей каждого коренного подшипника к дроссельному устройству диафрагменного типа, дифференциальным манометром измеряют величину перепада давления Δpi на его диафрагме, по формуле (6) вычисляют расход масла Qi в гидролинии диагностируемого подшипника, расчетную величину зазора в нем определяют по формуле (5). Степень износа каждого коренного подшипника определяют путем сравнения полученной расчетной величины зазора с его допускаемым значением для данного подшипника.

Таким образом, способ предполагает незначительную и не влияющую на работу ДВС доработку конструкции с целью вывода встроенных гидролиний коренных подшипников из масляного поддона наружу, позволяющую осуществить измерения перепада давления Δpi в дроссельном устройстве для каждой встроенной гидролинии i-го коренного подшипника.

Предложенный способ определения зазора si «масляного клина» в коренных подшипниках коленчатого вала технологически применим для существующей методики прогнозирования их остаточного технического ресурса, что позволит заранее прогнозировать отказ названных подшипников в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

Способ безразборной диагностики степени износа коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в измерении перепада давления и определении степени износа коренных подшипников, отличающийся тем, что устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала, измеряют плотность масла, включателями встроенных гидролиний поочередно подводят давление от масляных полостей каждого коренного подшипника к дроссельному устройству диафрагменного типа, дифференциальным манометром измеряют величину перепада давления Δpi на его диафрагме, вычисляют расход масла в гидролинии диагностируемого подшипника, расчетную величину зазора в нем определяют по формуле
,
где k - опытный коэффициент (предварительно находят по каждому типу двигателей путем замера искомых зазоров со снятием поддона двигателя);
ρ - плотность моторного масла;
Qi - расход моторного масла в гидролинии i-го подшипника;
Δpi - перепад давления на диафрагме дроссельного устройства,
а степень износа каждого коренного подшипника определяют путем сравнения полученной расчетной величины зазора с его допускаемым значением для данного подшипника.



 

Похожие патенты:

Способ предназначен для испытания, доводки, диагностики и эксплуатации турбореактивных реактивных двигателей, а конкретно для диагностики технического состояния ГТД по акустическим и газодинамическим параметрам потока.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в устройстве для диагностики неисправностей расходомера (11) воздуха в двигателе внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано при диагностировании технического состояния двигателей внутреннего сгорания. Диагностирование проводят в процессе эксплуатации дизеля.

Способ определения эрозии крыльчатки центробежного турбокомпрессора ступени сжатия турбомашины. Крыльчатка (10) центробежного турбокомпрессора содержит ступицу (12), полотно (14), продолжающееся радиально от ступицы, и множество лопаток (16), установленных на крыльчатке.

Изобретение относится к контролю технического состояния авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для диагностики ГТД в процессе их эксплуатации в реальном времени.

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для диагностики положения направляющих аппаратов осевого компрессора ротора газотурбинной установки, например, авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендовому оборудованию, применяемому при огневых стендовых испытаниях ракетных двигателей с имитацией высотных условий.

Изобретение относится к области испытаний и эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, а именно к контролю технического состояния во время их испытаний и эксплуатации для принятия решения по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации.

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к области контроля состояния газотурбинных двигателей, и могут быть использованы для контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы.

Изобретение относится к области машиностроения и касается обеспечения контроля температуры подшипников скольжения с самоустанавливающимися колодками или цельной втулкой различного динамического оборудования, например центробежных компрессоров.

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для диагностирования машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями, т.е.

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к области контроля состояния газотурбинных двигателей, и могут быть использованы для контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы.

Устройство относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению износа подшипниковых узлов погружных электродвигателей, и может быть использовано в народном хозяйстве для бесперебойного водоснабжения.

Изобретение относится к машине и способу контролирования состояния предохранительного подшипника машины. Способ контролирования состояния предохранительного подшипника (14) машины (12) заключается в том, что предохранительный подшипник (14) улавливает роторный вал (1) машины (12) при выходе из строя магнитного подшипника (6) машины (12).

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля состояния новых и бывших в эксплуатации подшипников. Способ заключается в следующем: подготавливают подшипник к сборке в соответствие с регламентированной технологическим процессом процедурой, устанавливают его на стендовое оборудование, имитируют условия и режимы работы в изделии и измеряют нормированное интегральное время микроконтактирования, по которому определяют вид смазки в подшипнике путем его сравнения со значением, соответствующим переходу к граничной смазке, 0 или 1.

Изобретение относится к контролю и диагностике технического состояния межроторных подшипников (МРРП) двухвальных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано в авиадвигателестроении для раннего выявления дефектов в процессе изготовления, эксплуатации, технического обслуживания и/или ремонта ГТД.

Изобретение относится к области подшипниковой техники и направлено на точное выявление дефектов работающих подшипников качения на ранней стадии их возникновения, что обеспечивается за счет того, что вибрации работающего подшипника, измеренные в виде временной диаграммы аналогового сигнала волнового процесса, преобразуют в цифровые данные и предварительно фильтруют известным способом.

Изобретение относится к роторно-статорным узлам, в которых используются магнитные подшипники и, в частности, к способам тестирования для тестирования узла ротора и вала до изоляции.

Изобретение относится к области измерительной техники в машиностроении и направлено на повышение качества сборки шпиндельных узлов металлорежущих станков, что обеспечивается за счет того, что изобретение содержит корпус и установленные в нем вращающийся образцовый шпиндель с двухрядным роликоподшипником.

Изобретение относится к модулю подшипника, который представляет собой стационарный сменный конструктивный блок для установки в подшипниках вала, особенно электрической машины. Модуль содержит несущий элемент (4), подшипниковое устройство (5), которое закреплено на несущем элементе (4), для установки с возможностью вращения вала. Модуль (1) подшипника дополнительно включает в себя сенсорное устройство (8-11), которое также закреплено на несущем элементе (4), для регистрации физического параметра подшипникового устройства (5) и интерфейсное устройство, с помощью которого сенсорный сигнал сенсорного устройства может передаваться от модуля (1) подшипника вовне. Сенсорное устройство (8-15) содержит несколько датчиков различных типов, в частности первый датчик для регистрации временной длительности разряда в подшипниковом устройстве (5) и вторым датчиком для термического контроля подшипника. Технический результат: создание надежно контролируемого подшипникового узла, который кроме того может монтироваться без высоких затрат. 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Способ заключается в измерении расход масла через подшипник и определении степени износа коренных подшипников. При реализации способа устанавливают номинальную частоту вращения коленчатого вала, измеряют плотность масла, включателями встроенных гидролиний поочередно подводят давление от масляных полостей каждого коренного подшипника к дроссельному устройству диафрагменного типа Дифференциальным манометром измеряют величину перепада давления диафрагме и вычисляют расход масла в гидролинии диагностируемого подшипника. Расчетную величину зазора в нем определяют по формуле,где k - опытный коэффициент ; ρ - плотность моторного масла; Qi - расход моторного масла в гидролинии i-го подшипника; Δpi - перепад давления на диафрагме дроссельного устройства. Степень износа каждого коренного подшипника определяют путем сравнения полученной расчетной величины зазора с его допускаемым значением для данного подшипника. Технический результат заключается в повышении точности определения технического состояния коренных подшипников. 3 ил.

Наверх