Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя

Изобретение относится к способу комплексной диагностики технического состояния межроторных подшипников двухвальных авиационных и наземных газотурбинных двигателей методами вибродиагностики и может быть использовано в авиадвигателестроении. Вибродатчик устанавливают на вибровод, который фиксируют в окне осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления изолированно от корпуса двигателя. Вибровод устанавливают в упор к полке лопатки турбины высокого давления вблизи диагностируемого подшипника, величину прижима регулируют демпферной пружиной. Для оценки величины амплитуды вибрации, возбуждаемой межроторным подшипником, производят раскрутку ротора низкого давления с помощью ручного привода до частоты вращения 60-100 об/мин. Определяют значение пик-фактора и делают вывод о техническом состоянии межроторного подшипника. Технический результат изобретения - повышение достоверности результата при проведении оценки технического состояния межроторного подшипника.

 

Изобретение относится к способу комплексной диагностики технического состояния межроторных подшипников двухвальных авиационных и наземных газотурбинных двигателей методами вибродиагностики и может быть использовано в авиадвигателестроении и организациями, эксплуатирующими данные двигатели, для раннего выявления возникающих дефектов в процессе изготовления, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта газотурбинных двигателей.

Межроторный подшипник является одним из самых уязвимых элементов авиационных двухконтурных двигателей. Это объясняется постоянно изменяющимися многофакторными нагрузками, воздействующими на подшипник. Методики расчета долговечности подшипников, работающих в таких условиях, не учитывают всех внешних факторов и дают значительное отклонение от реально полученных результатов. Большой разброс наработки до отказа межроторного подшипника свидетельствует о нестабильности нагрузок, воздействующих на подшипник на разных объектах.

Количество поврежденных подшипников качения составляет всего несколько процентов от числа двигателей, на которых они установлены, но при этом последствия для газотурбинного двигателя и для всего летательного аппарата в целом могут быть столь существенны, что это выводит данный отказ на одно из первых мест в списке наиболее опасных неисправностей. Выход из строя межроторного подшипника может привести к созданию и развитию аварийной ситуации из-за отказа двигателя в полете и, как следствие, вынужденному прекращению полетного задания на самолетах с двумя двигателями либо потере летательного аппарата, если на нем установлен только один двигатель. Поэтому определение технического состояния межроторного подшипника и контроль его изменения, необходимый для раннего обнаружения зарождающихся дефектов на всех этапах жизненного цикла авиационных двухконтурных газотурбинных двигателей имеет решающее значение для обеспечения безопасности полетов летательных аппаратов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является известный способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя, который включает раскручивание ротора, регистрацию сигналов вибрации вибродатчиком, установленным на корпусе газотурбинного двигателя, с последующим его преобразованием и оценку технического состояния межроторного подшипника. Измерения сигналов вибрации выполняются на установившихся режимах при частотах вращения ротора высокого давления более 90% от максимального значения с последующим преобразованием их в амплитудно-частотный спектр, из которого выделяют сепараторную частоту межроторного подшипника и частоты вращения роторов высокого и низкого давления /RU 2478923 С2, G01M 13/04, G01M 15/14, 10.04.2013, формула, пример 1/ /1/.

Известный способ предполагает регистрацию сигналов вибрации вибродатчиком, установленным на корпусе газотурбинного двигателя. Однако в случае расположения вибродатчика на корпусе двигателя происходит ослабление амплитуды вибрации дефектного подшипника, что не позволяет выделить ее из общего шумового фона даже при максимальной амплитуде вибрации от глубоких повреждений деталей подшипника. Это снижает вероятность обнаружения дефектного подшипника.

Кроме того, известный способ диагностики межроторных подшипников двухроторных газотурбинных двигателей при практическом использовании продемонстрировал нестабильность результатов, выразившуюся в том, что в ряде случаев при наличии вышеизложенных диагностических признаков после разборки двигателя состояние межроторного подшипника не имеет отклонений от технических условий /см. журнал «Двигатель», №3, 2012, с.18-21/ /2/.

Также при исследованиях двигателя с отказавшим межроторным подшипником при его работе на всех режимах сепараторная частота не проявлялась совсем, вплоть до заклинивания подшипника.

Эксперименты, проведенные для выявления корреляции вибросигнала с датчика, установленного непосредственно на деталях подшипника, и датчика, установленного на корпусных деталях двигателя, демонстрируют полное отсутствие сходимости полученных результатов. Из этого следует, что все методы диагностики, основанные на анализе амплитуды лишь сепараторной частоты и при использовании информации с вибродатчиков, установленных на корпусных деталях двигателя, имеют низкую вероятность раннего обнаружения появления дефектов межроторного подшипника.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности результата при проведении оценки технического состояния межроторного подшипника.

Ожидаемый технический результат - максимальное приближение к внешним условиям работы подшипника при проведении его диагностики и повышение достоверности результата при проведении оценки технического состояния межроторного подшипника.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что известный способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя, включающий раскручивание ротора, регистрацию сигналов вибрации вибродатчиком с последующим их преобразованием и оценку технического состояния межроторного подшипника, по предложению, включает регистрацию сигналов вибродатчиком, установленным на виброводе, контактирующем с полкой рабочей лопатки турбины высокого давления вблизи диагностируемого подшипника и закрепленном изолированно от корпуса двигателя с помощью пружинного механического демпфера в окне осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления, при этом ротор низкого давления раскручивают ручным приводом до частоты вращения 60-100 об/мин, а преобразование вибросигнала и оценку технического состояния межроторного подшипника производят с помощью метода пик-фактора.

Предлагаемый способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя основан на комплексной вибродиагностике технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя, относящейся к неразрушающему контролю технического состояния роторов сложных механических систем.

Существенное значение для качественного проведения вибродиагностики имеет место установки вибродатчика, однотипность и качество его монтажа, что и обеспечивает предлагаемый способ.

Невозможность получения достоверного результата при проведении диагностики технического состояния межроторного подшипника путем установки датчика вибрации на корпусе двигателя диктует необходимость приближения места установки датчика непосредственно к источнику вибрации, в нашем случае - к диагностируемому подшипнику с дефектами поверхностей. Конструктивно межроторный подшипник установлен между двумя вращающимися валами и находится в масляной полости, что не позволяет установить вибродатчик непосредственно на подшипник. Также препятствуют этому вращающиеся в процессе работы двигателя детали турбин и их высокие рабочие температуры.

Способ позволяет получать и исследовать вибрационные сигналы деталей ротора высокого давления, находящихся в непосредственном контакте с узлом его опоры, и с минимальными потерями и искажениями передать их на датчик. Проводится измерение и анализ параметров вибрации, возникающих при взаимодействии участков поврежденных рабочих поверхностей взаимодействующих деталей контролируемых подшипников, которые существенно изменяются в зависимости от степени развития дефектов подшипника.

Вибросигнал от межроторного подшипника через диск, замковую часть и полку рабочей лопатки турбины высокого давления передается виброводом на вибродатчик. Таким образом, вибровод выполняет функцию проводника вибросигнала, передающегося от деталей межроторного подшипника к вибродатчику, и может быть выполнен, например, в виде штока.

Оптимальную величину усилия прижима вибровода для его контакта с полкой лопатки турбины высокого давления позволяет установить пружинный механический демпфер, обладающий регулируемой жесткостью. Жесткость выбирается из условий обеспечения передачи на датчик с минимальными искажениями высоких частот вибрации, для чего требуется обеспечить плотный контакт между деталями ротора и виброводом путем увеличения прикладываемой внешней силы. Кроме того, использование пружинного демпфера позволяет уменьшить потери полезного вибровоздействия на датчик от подшипника из-за гашения колебаний наружным корпусом, а также снизить паразитные корпусные воздействия от деталей двигателя, передающихся через вибровод на вибродатчик.

Использование окна осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления для фиксации в нем вибровода позволяет подводить датчик наиболее близко к источнику вибрации без разборки газотурбинного двигателя. Это существенно снижает трудозатраты при проведении диагностики технического состояния межроторного подшипника. Кроме того, фиксация вибровода в указанном окне позволяет избежать его перемещения при проведении диагностики технического состояния межроторного подшипника, что уменьшает наличие побочных вибрационных сигналов.

Раскручивание ротора низкого давления ручным приводом до частоты вращения 60-100 об/мин позволяет проводить диагностику технического состояния межроторного подшипника на неработающем двигателе и экономить энергоресурсы. Проведение диагностики технического состояния межроторного подшипника на работающем двигателе невозможно в связи с тем, что из условий эксплуатации аварийный двигатель запускать нельзя.

Выбор оптимального интервала частот вращения ротора низкого давления обоснован следующими факторами. Минимальная частота вращения ротора 60 об/мин ограничена минимальной частотой рабочего диапазона вибродатчика. Максимальная частота вращения ротора 100 об/мин ограничена техническими характеристиками ручного привода.

Раскручивание только ротора низкого давления производится для исключения паразитного влияния вибрации коробок редукторов и агрегатов газотурбинного двигателя, соединенных с ротором высокого давления, а также для создания жесткого контакта вибровода с ротором, поскольку проскальзывание вызовет высокие помехи.

Суть метода пик-фактора состоит в том, что наличие даже зарождающихся дефектов в подшипнике приводит к появлению высокочастотных ударных импульсов и, следовательно, к увеличению уровней пиков амплитуд в высокочастотном сигнале вибрации, при этом его среднеквадратичные уровни, в общем случае, могут даже оставаться неизменными. Рост значения пик-фактора, превышающий некоторый пороговый уровень, свидетельствует о возникновении единичных ударных импульсов, а последующее снижение уровня ПФ говорит о появлении большого количества ударных импульсов, опасных для дальнейшей эксплуатации подшипника.

Для оценки технического состояния подшипника с помощью данного метода используют простейший виброметр, позволяющий измерять два параметра вибрации: среднеквадратичное значение (СКЗ) амплитуды вибрации, то есть энергию вибрации, и пиковое значение (ПИК) амплитуды вибрации. Отношение двух параметров ПИК к СКЗ называется пик-фактором.

Оценка технического состояния межроторного подшипника осуществляется по полученному значению пик-фактора. Интервалы значения пик-фактора, по которым оценивается техническое состояние подшипника, зависят от типа двигателя, в котором он установлен. Для заявленного способа оценка технического состояния межроторного подшипника осуществляется в соответствии со следующими интервалами значений пик-фактора: при значении пик-фактора менее 5 подшипник оценивается как исправный; в интервале значений пик-фактора от 5 до 7 необходим дополнительный контроль технического состояния подшипника; при значении пик-фактора более 7 подшипник оценивается как неисправный и двигатель направляется в ремонт.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Контроль технического состояния межроторного подшипника выполняют на неработающем двигателе. Перед началом работ снимают заглушки окон осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления. Вибродатчик типа РА 057 устанавливают на вибровод, который фиксируют в окне осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления изолированно от корпуса двигателя. Вибровод устанавливают в упор к полке лопатки турбины высокого давления вблизи диагностируемого подшипника, величину прижима регулируют демпферной пружиной. Для оценки величины амплитуды вибрации, возбуждаемой межроторным подшипником, производят раскрутку ротора низкого давления с помощью ручного привода до частоты вращения 92 оборота в минуту. Осуществляют оценку технического состояния межроторного подшипника с помощью метода пик-фактора. Значение пик-фактора составляет 3,8. Делают вывод о технической исправности межроторного подшипника.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Ротор низкого давления раскручивают до частоты вращения 88 оборотов в минуту. Значение пик-фактора составляет 6,7. Делают вывод о необходимости дополнительного контроля межроторного подшипника.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1. Ротор низкого давления раскручивают до частоты вращения 75 оборотов в минуту. Значение пик-фактора составляет 8,5. Делают вывод о необходимости передачи двигателя в ремонт.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить чувствительность и избирательность аппаратуры вибродиагностики за счет выбора места установки и параметров вибровода и, как следствие, повысить достоверность результата при проведении оценки технического состояния межроторного подшипника; обеспечить максимальное приближение внешних условий работы подшипника, влияющих на результаты проведения замеров вибрации; уменьшить трудовые и финансовые затраты за счет проведения вибродиагностики на неработающем двигателе, что позволяет выполнять работы при проведении всех видов технического обслуживания авиационной техники.

Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя, включающий раскручивание ротора, регистрацию сигналов вибрации вибродатчиком с последующим их преобразованием и оценку технического состояния межроторного подшипника, отличающийся тем, что регистрацию сигналов производят вибродатчиком, установленным на виброводе, контактирующем с полкой рабочей лопатки турбины высокого давления вблизи диагностируемого подшипника и закрепленном изолированно от корпуса двигателя с помощью пружинного механического демпфера в окне осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления, при этом ротор низкого давления раскручивают ручным приводом до частоты вращения 60-100 об/мин, а преобразование и оценку технического состояния межроторного подшипника производят с помощью метода пик-фактора.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при обкатке двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Способ создания нагрузки при испытаниях и обкатке заключается в том, что нагрузку создают тормозным моментом от собственной компрессии ДВС при закрытых впускном и выпускном коллекторах.

Изобретение относится к области испытания устройств на герметичность и может быть использовано для оценки герметичности корпуса сервопривода. Сущность: устройство (1) оценки герметичности корпуса (3) сервопривода (4) включает: сервопривод (4), имеющий электродвигатель (11), предназначенный для создания движения механической составляющей, устройство (12) определения положения механической составляющей, сменным образом присоединенное к соединителю (15), механическое устройство (13), сменным образом присоединенное к соединителю (16); средство (2) всасывания потока, соединенное с сервоприводом (4) через отверстие в корпусе (3), закрываемое посредством пробки (8); средство (6) предотвращения прохождения потока между средством (2) всасывания газа и корпусом (3) в направлении, обратном направлению всасывания; средство (7) измерения давления внутри корпуса.
Способ диагностирования ГТУ может быть использован при эксплуатации компрессорных станций. Разработчик ГТУ на месте эксплуатации проводит анализ изменения параметров двигателя ГТУ в процессе эксплуатации относительно полученных параметров при приемо-сдаточных испытаниях на заводе-изготовителе, затем выполняет оценку мощности, вырабатываемой на валу свободной турбины двигателя, на ее соответствие мощностной характеристике руководства по эксплуатации с учетом установки на двигателе регулировки ограничения максимальной температуры газа за свободной турбиной.

Изобретение относится к области редукторных установок для моторостроения, в частности, к стендовым редукторным установкам для испытания двигателей, содержащим зубчатые редукторы и нагрузочные устройства.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установке для испытаний маслонасосов системы смазки авиационного газотурбинного двигателя. Установка дополнительно содержит изолированную сменную камеру с магистралью суфлирования, генератор воздушно-масляной сети, магистраль подключения к источнику сжатого воздуха, при этом вход насоса откачки масла сообщен с выходом изолированной сменной камеры, соответствующей по объему той масляной полости, которую на двигателе обслуживает этот насос, сменная камера снабжена мерным стеклом и магистралью суфлирования с устройством регулировки проходного сечения, вход сменной камеры сообщен с выходом генератора воздушно-масляной смеси, выполненного в виде смесительного устройства, генератор воздушно-масляной сети сообщен магистралями через дроссельные краны с выходом из насоса подачи масла и с источником сжатого воздуха.
Изобретение относится к способам сортировки элементов двигателей различного назначения, бывших или находящихся в эксплуатации, в частности к способам дефектации партий элементов в виде блоков сопловых лопаток турбин высокого давления для газотурбинного двигателя и их последующей сортировки на пригодные к эксплуатации и подлежащие восстановлению.

Изобретение может быть использовано для определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Способ заключается в том, что получают индикаторную диаграмму, разбивают ее на участки и определяют показатели политроп сжатия и расширения.

Изобретение касается технического диагностирования теплообменных аппаратов и циркуляционных насосов (ЦН) системы охлаждения дизеля тепловоза. Способ заключается в измерении перепада давления ΔР воды на радиаторе (Р) системы охлаждения (СО), частоты вращения f коленчатого вала дизеля, от которого приводится во вращение ЦН, и температуры охлаждающей жидкости T.

Изобретение относится к области пневматических испытаний и может быть использовано в установке, предназначенной для пневматических испытаний на детали (2) турбомашины летательного аппарата, содержащей контур течения газового потока.

Изобретение относится к авиации и может быть использовано при испытаниях самолетов с турбореактивными двигателями с топливо-масляными теплообменниками (ТМТ) для определения достаточности охлаждения масла в расчетных температурных условиях.

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к диагностике подшипников качения. Способ включает измерение интервалов времени, соответствующих перемещению, по меньшей мере, одного тела качения, по меньшей мере, на одно заданное расстояние, и интервалов времени, соответствующих полному повороту вращающегося кольца подшипника или его повороту, по меньшей мере, на один заданный угол.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с изменяемой податливостью, применяемых в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин.

Настоящее изобретение относится, в общем, к прогнозирующему техническому обслуживанию роликовых подшипников, в частности к ориентированному на техническое обслуживание мониторингу на основе состояния роликовых подшипников в сервомоторах, работающих на произвольно переменной низкой скорости и с (циклическими) реверсированиями движения, к примеру в сервомоторах, используемых в разливочных машинах или распределительном оборудовании упаковочных линий, выполненных с возможностью формировать запечатанные упаковки, содержащие продукты питания.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для определения состояния подшипника электрической машины. Способ заключается в том, что посредством сенсорного блока (20) определяют измеренное значение (21).

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу выявления структурного дефекта в механическом узле, содержащем вращающийся элемент. Способ включает этап предварительного анализа для определения характеристической частоты появления дефекта за один оборот вращения указанного элемента, а также следующие повторяющиеся этапы: измерение мгновенной скорости вращения вращающегося элемента; угловую дискретизацию указанного измерения с получением дискретизированного сигнала, характеризующего мгновенную скорость вращения указанного элемента; пространственный гармонический анализ дискретизированного сигнала с получением спектра мгновенной скорости вращения указанного элемента; контроль амплитуды спектра для характеристической частоты, чтобы на основании указанной амплитуды выявить появление соответствующего дефекта.

Изобретение относится к модулю подшипника, который представляет собой стационарный сменный конструктивный блок для установки в подшипниках вала, особенно электрической машины.

Изобретение может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Способ заключается в измерении расход масла через подшипник и определении степени износа коренных подшипников.

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.

Изобретение относится к области диагностики повреждения деталей машин в процессе их непрерывной эксплуатации и может быть использовано для определения технического состояния машинных агрегатов и обеспечения их безопасной, ресурсосберегающей эксплуатации. В способе диагностики измеряют уровень вибрации в информативных точках корпуса машины в информативной полосе частот, строят тренды изменения вибрации во времени, сравнивают полученные значения с критическими границами и по результатам сравнения судят о состоянии деталей машины. Наблюдают изменение тренда вибрации на протяжении всего жизненного цикла машины; селектируют скачкообразные изменения вибрации во времени; строят тренды амплитуд выбросов вибрации, их отношений и приращений; запоминают стадии повреждения деталей машины. Изобретение направлено на предотвращение аварий машин в условиях непрерывной эксплуатации путем повышения достоверности обнаружения деградации деталей машин за счет регистрации на ранних стадиях развития дефектов амплитуд выбросов вибрации, по наличию которых делается заключение о наличии в машине процесса усталостного разрушения ее деталей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх