Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к способам технической диагностики дефектов подшипников качения газотурбинного двигателя при испытаниях и в эксплуатации и может найти применение в двигателестроении для выявления наличия дефекта недостаточной смазки подшипника качения. Технический результат изобретения - повышение надежности диагностики на начальной стадии развития дефекта смазки подшипника; оперативность получения диагноза появления дефекта смазки подшипника и расширение возможностей способа диагностики. В способе диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки. 2 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния газотурбинных двигателей, а именно к способам технической диагностики дефектов подшипников качения газотурбинного двигателя при испытаниях и в эксплуатации, и может найти применение в двигателестроении для выявления наличия дефекта недостаточной смазки подшипника качения.

Известен способ диагностики дефекта смазки узлов механизмов (описание изобретения к патенту РФ №2138046, МПК G01N 33/30, G01M 7/02, опубл. 20.09.1999), когда о смазочной способности масла судят по величине среднеквадратического значения виброускорения путем измерения на поверхности узла механизма вибрации в широкой полосе частот (1400-40000 Гц).

Недостатком данного способа диагностики является то, что полезный сигнал, повышающий интегральный уровень среднеквадратического значения виброускорения, маскируется в широком диапазоне частот за счет повышения среднеквадратического значения виброускорения на частотах следования (мелькания) лопаток венцов рабочих колес ротора и приводных агрегатов, на частотах пересопряжения зубьев зубчатых колес и т.д. Поэтому выделение слабого полезного сигнала на фоне сильных помех затрудняет и делает ненадежной диагностику на стадии зарождения дефекта.

Известен способ диагностики дефекта смазки подшипника качения (Тейлор «Идентификация дефектов подшипников с помощью спектрального анализа». Труды американского общества инженеров-механиков. Конструирование, 1980, т. 102, №2), при котором в диапазоне частот вращения ротора измеряют и регистрируют корпусную вибрацию в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в этом спектре диагностических составляющих, делают вывод о наличии дефекта смазки подшипника.

Способ диагностики недостаточно надежен из-за возможности постановки ложного диагноза по причине присутствия в спектре составляющих, которые можно принять за составляющие, характеризующие наличие дефекта недостаточности смазки подшипника, при отсутствии такового, что не позволяет его использовать на стадии зарождения дефекта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ диагностики технического состояния подшипника качения опоры ротора газотурбинного двигателя, при котором предварительно определяют первую критическую частоту вращения, при работе двигателя измеряют температуру подшипника и корпусную вибрацию, которую регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в нем составляющих, по которым делают вывод о наличии дефекта недостаточной смазки подшипника (описание изобретения к патенту РФ №2460053, МПК G01M 7/02, опубл. 27.08.2012. Бюл. №24).

Для повышения эффективности диагностирования недостаточности смазки подшипника за составляющими наблюдают на наибольшем из установленных режимов диагностики. Для подтверждения наличия дефекта смазки измеряют и контролируют увеличение температуры обоймы подшипника.

Недостатками наиболее близкого способа диагностики дефекта недостаточной смазки подшипника являются следующие.

Способ позволяет выполнять диагностику дефекта смазки подшипника лишь на заключительной стадии развития дефекта. При этом на режиме диагностики в спектре вибрации присутствует составляющая на первой критической частоте вращения ротора, появляющаяся при развитом дефекте, когда подшипник может получить значительные повреждения, работая при скудной смазке. В этом случае необходимо в экстренном порядке завершить работу двигателя во избежание его повреждений.

Кроме того, способ неприменим для диагностирования ранней стадии развития дефекта, т.к. при этом в спектре вибрации еще отсутствует составляющая на первой критической частоте. Нахождение составляющих, кратных от отсутствующей в нем составляющей (при частоте вращения ротора, отличной от первой критической частоты), не представляется возможным, несмотря на то, что ее значение известно заранее.

Кроме того, ограничением для применения данного способа является то, что диагностика дефекта недостаточной смазки подшипника выполняется на дополнительном (искусственно созданном) диагностическом режиме. Выбор режимов работы газотурбинного двигателя определяется условиями проведения испытаний, при которых работа двигателя выполняется на приведенных частотах вращения ротора. В данном способе режим диагностики имеет место на фиксированной физической (измеренной) частоте вращения ротора, и в зависимости от климатических условий будет проявляться на разных приведенных частотах вращения, т.е. «плавать» по отношению к режимам работы двигателя, установленным программой испытаний.

Технической задачей изобретения является создание способа, позволяющего выполнять эффективную диагностику технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя при появлении дефекта недостаточной смазки во избежание повреждения подшипника и двигателя в целом.

Техническими результатами, на достижение которых направлено предлагаемое изобретение, являются:

- повышение надежности диагностики на начальной стадии развития дефекта смазки подшипника за счет того, что в процессе ее выполнения в спектре корпусной вибрации сразу видны составляющие, равноотстоящие от составляющей на частоте вращения ротора (остается только определить величину, на которую они отстоят);

- оперативность получения диагноза появления дефекта смазки подшипника ротора газотурбинного двигателя за счет обнаружения зарождающегося дефекта;

- расширение возможностей способа диагностики: отказ от искусственно установленного режима диагностики, используемого в прототипе, и не требующегося при проведении испытаний и в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, при котором предварительно определяют первую критическую частоту вращения, при работе двигателя измеряют температуру подшипника и корпусную вибрацию, которую регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в нем составляющих, по которым делают вывод о наличии дефекта недостаточной смазки подшипника, в отличие от известного, изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - спектр корпусной вибрации при нормальной (штатной) работе двигателя; фиг. 2 - спектр корпусной вибрации при появлении дефекта недостаточной смазки подшипника.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно расчетным (например, с помощью DINAMICS 4.10 или ANSYS 17) и/или экспериментальным (по анализу вибрации) путем определяют первую критическую частоту вращения ротора ƒ1кр.

При работе газотурбинного двигателя измеряют и контролируют температуру подшипника. Измеряют корпусную вибрацию, например, с помощью используемого для контроля вибрации вибропреобразователя, установленного на корпусе двигателя, вблизи исследуемого подшипника, или непосредственно на его опору.

Регистрируют корпусную вибрацию в виде амплитудно-частотного спектра, например, с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье в частотном диапазоне, включающем удвоенную частоту вращения ротора.

В процессе работы двигателя при изменении (увеличении или снижении) частоты вращения ротора наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации дискретных составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, которые превышают уровень шумов и за изменением температуры подшипника.

Определяют, на какую величину они отстоят от составляющей на частоте вращения ротора. Если составляющие равноотстоят от составляющей на частоте вращения ротора на величину, равную первой критической частоте вращения и при этом наблюдается повышение температуры подшипника, то диагностируют наличие дефекта недостаточности его смазки.

Пример осуществления способа.

Способ был реализован в процессе стендовых испытаний газотурбинного двигателя. Для измерения и контроля вибрации использовали вибропреобразователь (акселерометр), смонтированный на корпусе двигателя, имеющем силовую связь с корпусом подшипника.

Предварительно, до проведения испытаний двигателя, расчетным путем определили первую критическую частоту вращения ротора. Для ее расчета производили построение его динамической модели в виде 2D-модели с помощью балочных элементов для использования программного продукта расчета динамических характеристик роторов DINAMICS 4.10. Критическую частоту, определенную расчетным путем, уточнили экспериментально по анализу вибрации, она составила ƒ1кр=123 Гц.

При нормальной (штатной) работе двигателя в спектре корпусной вибрации присутствовала одна составляющая на частоте первой роторной гармоники ƒ=369 Гц (фиг. 1).

В ходе длительной наработки двигателя при снижении частоты вращения ротора в спектре корпусной вибрации появились две составляющие, равноотстоящие от составляющей на частоте вращения ротора (первой роторной гармоники) ƒ. Уровень этих составляющих превышал уровень шумов. Было установлено, что данные составляющие отстоят от частоты вращения ротора ƒ на величину первой критической частоты вращения ƒ1кр=123 Гц. На фиг. 2 видны составляющие: (ƒ1кр)=246 Гц и (ƒ1кр)=492 Гц.

При этом также наблюдалось плавное увеличение контролируемой температуры подшипника от 135 до 150°C.

Испытания были остановлены. Выполненная разборка и дефектация опоры подшипника подтвердила, что появление в спектре указанных составляющих, сопровождавшееся увеличением контролируемой температуры подшипника, является свидетельством начала развития дефекта его недостаточной смазки.

При последующих испытаниях было подтверждено, что спектр, показанный на фиг. 2, соответствует начальной стадии развития дефекта смазки подшипника.

В процессе наработки двигателя появление этих составляющих наблюдалось сначала при снижении частоты вращения ротора. При этом их появление не только при снижении, но при повышении частоты вращения ротора, следует считать настораживающим фактом развития дефекта смазки подшипника.

Использование данного способа диагностики дефекта недостаточной смазки подшипника качения позволяет повысить оперативность и надежность диагностики на стадии появления дефекта смазки подшипника, что позволяет избежать повреждения подшипника и двигателя в целом.

Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, при котором предварительно определяют первую критическую частоту вращения, при работе двигателя измеряют температуру подшипника и корпусную вибрацию, которую регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в нем составляющих, по которым делают вывод о наличии дефекта недостаточной смазки подшипника, отличающийся тем, что изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является обеспечение тормозного момента применительно к современным дизельным ДВС при мощности электромашины привода-тормоза, необходимой (30…40 кВт) только для привода ДВС при холодной обкатке, упрощение устройства стенда.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам испытания авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Предварительно для данного типа двигателей проводят испытания с измерением остаточного объема масла в опорах двигателя после останова при нескольких значениях времени выбега роторов за счет различного отбора мощности от роторов двигателя, строят зависимости остаточного объема масла в опорах от времени выбега Q=f(τ) и величины отбора мощности от времени выбега N=f(τ), определяют время выбега и потребную величину отбора мощности от роторов двигателя при допустимом значении остаточного объема масла в опорах двигателя, а при проведении испытаний и в ходе эксплуатации двигателя осуществляют выбранный отбор мощности от роторов двигателя.

Изобретение относится к области технической диагностики в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания по расходу топлива на холостом ходу и уровню механических потерь.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к управлению объемом впрыска топлива согласно объему всасываемого воздуха. Технический результат заключается в снижении пропуска зажигания до перехода в отказоустойчивый режим.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к способам испытаний газотурбинных двигателей. Способ испытаний газотурбинного двигателя включает испытания при отказе системы управления при превышении максимально допустимой температуры газа перед турбиной.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). В способе испытаний ГТД предварительно проводят испытания репрезентативного количества двигателей от трех до пяти на выбранном режиме работы двигателя, измеряют температуру газа перед турбиной и за турбиной при различном положении угла установки направляющих аппаратов компрессора высокого давления, определяют величину изменения температуры газа перед турбиной и за турбиной при изменении положения угла установки направляющих аппаратов компрессора высокого давления, затем при приемо-сдаточных испытаниях двигателя на выбранном режиме работы измеряют температуру газа перед и за турбиной, и при несоответствии измеренных температур заданным значениям изменяют угол установки направляющих аппаратов компрессора высокого давления до достижения заданных значений температуры газа перед турбиной и за турбиной.

Изобретение относится к техническому обслуживанию автотранспортных машин, в частности к устройствам для определения экологической безопасности технического обслуживания автомобилей, тракторов, комбайнов и других самоходных машин.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики электромагнитных механизмов с подвижным якорем, в магнитную цепь которых встроен постоянный магнит.

Изобретение относится к стендам для проведения термодинамических исследований эффективности работы тепловых насосов. Испаритель, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль, теплообменник-охладитель хладагента, установленный между конденсатором и регулирующим вентилем расположены последовательно.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам испытания двигателей внутреннего сгорания. Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого способа, заключается в определении момента срыва толщины масляного слоя в режимах рабочего хода и газообмена, характеризующего контакт трущихся поверхностей на уровне микронеровностей посредством сигналов датчиков.

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может быть использовано в бортовых системах регистрации параметров авиационного газотурбинного двигателя. Автономное интегрированное устройство регистрации параметров авиационного газотурбинного двигателя включает связанные друг с другом датчики и сигнализаторы двигательных параметров, блок мониторинга параметров двигателя и электронный регулятор двигателя. Блок мониторинга параметров двигателя соединен с бортовыми системами индикации и регистрации. Устройство дополнительно содержит блок регистрации параметров, включающий связанные друг с другом энергонезависимый накопитель полетной информации, устройство ввода-вывода, вычислитель и модуль беспроводной связи. Блок регистрации параметров соединен с электронными и электрическим устройствами, обеспечивающими работу двигателя, с наземным пультом контроля двигателя и с ПЭВМ лаборатории наземного контроля двигателя. Блок регистрации параметров и функциональные устройства размещены на корпусе двигателя. При этом выход блока регистрации параметров содержит выходные сигналы в виде последовательных биполярных кодов. Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность и эффективность контроля работы газотурбинного двигателя, сократить временя поиска неисправностей, повысить эффективность технического обслуживания газотурбинного двигателя. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу полетной диагностики узлов турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) со смешением потоков. Для диагностики узлов измеряют определенным образом рабочие параметры двигателя на стационарном полетном режиме работы двигателя, измеряют параметры окружающей среды, вычисляют расход воздуха на входе, определяют величины тяги двигателя, вычисляют величины относительного отклонения тяги двигателя от эталонного значения на пяти выбранных стационарных полетных режимах, рассчитывают величины относительного снижения коэффициентов полезного действия компрессоров и турбин, а также коэффициента полноты сгорания топлива в камере сгорания, оценивают техническое состояние компрессоров, турбин и камеры сгорания, формируют предупредительный сигнал в случае недопустимого технического состояния хотя бы одного из узлов. Обеспечивается повышение достоверности полетного диагностирования технического состояния ТРДД. 1 ил.

Группа изобретений раскрывает различные варианты осуществления, относящиеся к выявлению положения концевого упора клапана перепускной заслонки в турбине турбонагнетателя и калибровке датчика положения перепускной заслонки относительно выявленного положения концевого упора. Предложены способы калибровки датчика положения перепускной заслонки. Для калибровки датчика положения перепускной заслонки настраивают клапан перепускной заслонки на первое положение концевого упора и ассоциативно связывают первое положение обратной связи с первым положением концевого упора; настраивают клапан перепускной заслонки на второе положение концевого упора и ассоциативно связывают второе положение обратной связи со вторым положением концевого упора. Далее настраивают коэффициент передачи датчика положения на основании первого положения обратной связи и второго положения обратной связи. Техническим результатом является повышение точности управления перепускной заслонкой. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к определению влажности окружающего воздуха посредством датчика выхлопных газов, связанного с системой выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Согласно одному примеру осуществления опорное напряжение датчика во время отсечки подачи топлива в двигатель модулируют между первым и вторым напряжениями. Влажность наружного воздуха определяют на основе среднего значения изменения тока накачки при модуляции напряжения. Техническим результатом является нейтрализация эффекта изменения воздушно-топливного отношения за счет модуляции опорного напряжения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для контроля и учета наработки (моторесурса) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автотракторной техники в условиях эксплуатации. Сущность изобретения заключается в следующем. Наработку по счетчику моточасов измеряют дискретно, причем в каждом интервале измерения соответственно определяют средний коэффициент загрузки двигателя по мощности, исходя из среднего значения крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала, определяют наработку двигателя с учетом среднего коэффициента загрузки и коэффициента единичной наработки двигателя по загрузке, а общую наработку двигателя вычисляют по математической формуле. Технический результат заключается в повышении достоверности измерения наработки двигателя внутреннего сгорания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Техническое решение относится к области испытательных средств для испытания стрелочного привода. Устройство содержит горизонтальный конструктивный элемент (43), который установлен с возможностью перемещения по меньшей мере на одной горизонтальной линейной направляющей (6), вертикальный конструктивный элемент (41, 42), который смонтирован перпендикулярно на горизонтальном конструктивном элементе (43), ориентирован поперечно к горизонтальной линейной направляющей (6) и имеет выемку, которая обеспечивает возможность проведения объекта параллельно горизонтальной линейной направляющей (6). Причем вертикальный конструктивный элемент (41, 42) установлен на множестве позиций сцепления для образования соединения с крепежным основанием (5), крепежное основание (5) соединено с контрольной линейкой (17) стрелочного привода (1), и рабочая линейка (13) стрелочного привода (1) или конструктивный элемент, связанный с рабочей линейкой (13) стрелочного привода (1), направляется посредством выемки в вертикальном конструктивном элементе (41, 42). Достигается возможность обеспечения гибкой адаптации контрольной линейки на испытательном стенде. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к способам технической диагностики дефектов подшипников качения газотурбинного двигателя при испытаниях и в эксплуатации и может найти применение в двигателестроении для выявления наличия дефекта недостаточной смазки подшипника качения. Технический результат изобретения - повышение надежности диагностики на начальной стадии развития дефекта смазки подшипника; оперативность получения диагноза появления дефекта смазки подшипника и расширение возможностей способа диагностики. В способе диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки. 2 ил.

Наверх