СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕЖВАЛЬНОГО ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ ДВУХВАЛЬНОЙ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к виброакустической диагностике турбомашин, преимущественно межвальных подшипников качения двухвальных авиационных газотурбинных двигателей.

Известен способ контроля работы подшипников качения путем измерения вибраций, возбуждаемых ударными импульсами [1]. Данный способ обеспечивает возможность количественной оценки степени повреждения подшипника. Однако он не может быть использован для прогнозирования технического состояния межвальных подшипников качения на двухвальных турбомашинах из-за отсутствия возможности установки датчика непосредственно на корпус подшипника. Установка датчиков на наружных частях корпуса двигателя не обеспечивает необходимой помехоустройчивости из-за сложной кинематической схемы межвального двигателя, что затрудняет диагностику повреждения подшипника.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ прогнозирования технического состояния подшипников качения, который осуществляется в два этапа, на первом из которых формируют диагностическую модель, а на втором этапе прогнозируют по этой модели техническое состояние диагностируемого подшипника [2].

Недостатком известного способа является отсутствие возможности максимального приближения датчика к месту крепления диагностируемого подшипника, что приводит к низкой помехоустойчивости при измерениях, снижает достоверность контроля и, следовательно, точность прогнозирования при проведении вибродиагностики технического состояния межвального подшипника качения.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности прогнозирования при проведении вибродиагностики технического состояния межвального подшипника качения, что осуществляется путем повышения помехоустойчивости при измерениях за счет возможности максимального приближения датчика к месту крепления подшипника, зафиксированного во время измерений относительно корпуса и являющегося его неподвижной частью.

Это достигается тем, что в способе прогнозирования технического состояния межвального подшипника качения двухвальной турбомашины, заключающемся в установке вибродатчика, замере спектра вибросигналов элементов конструкции турбомашины и оценке остаточного ресурса подшипника по виду спектра вибросигналов, вибродатчик устанавливают в верхней части полости внутреннего вала ротора в зону межвального подшипника, после замера спектра вибросигналов осуществляют определение резонансных частот, в процессе выполнения двух последних операций внутренний вал ротора жестко закрепляют в окружном направлении с корпусом турбомашины и раскручивают наружный вал ротора до заданных частот вращения, причем после остановки наружного вала ротора повторяют замеры в двух и более окружных положениях внутреннего вала ротора относительно вибродатчика.

На фиг. 1 показаны двухвальная турбомашина (газотурбинный двигатель), а также схема демонтажа обтекателя вентилятора и крепежных деталей, а также схема установки вибродачика во внутренней полости вала вентилятора; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1 штанги с вибродатчиком; на фиг. 3 - узел II на фиг. 1 межвального подшипника качения с вибродатчиком, установленным в полости внутреннего вала ротора в верхней его части; на фиг. 4 - жесткое закрепление внутреннего вала ротора в угловом положении с корпусом турбомашины в специальном приспособлении; на фиг. 5 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 6 - осциллограммы вибросигналов, регистрируемых вибродатчиком в случае отсутствия (а) и наличия (б) дефектов в подшипнике, где L - уровень вибрации; F - частота импульсных вибросигналов, Гц; на фиг. 7 - частный вид осциллограммы с огибающей спектра одного из замеров межвального подшипника двигателя ПС-90А при средней частоте вибрации 8000 Гц, уровне вибрации 95 dB, коэффициенте усиления OdB; на фиг. 8 - осциллограмма вибрации в подшипниковом узле, где слева показан вид временного сигнала, а справа - вид спектра вибросигнала: а - дефекты отсутствуют; б - средний дефект; в - сильный дефект.

Способ осуществляется следующим образом.

На холодном или остывшем двигателе со стороны входного устройства демонтируют обтекатель вентилятора 1, стопорные и регулировочные кольца 2,3, крышку с уплотнительным кольцом 4 из полости 5 вентилятора, служащего внутренним валом 6 ротора. Затем фиксируют ротор вентилятора за лопатку 7 специальным приспособлением 8. Вибродиагностику состояния межвального подшипника 9 осуществляют с помощью устройства измерения виброускорений, содержащего предварительный усилитель 10, 1/3-октавный фильтр 11, детектор огибающий 12 и анализатор спектра 13, соединенные последовательно в комплекте с низкочастотным пьезоэлектрическим вибродатчиком 14. Вибродатчик 14 снабжен штангой 15 с пружинами 16 для прижатия его к внутренней поверхности 17 вала турбины низкого давления, являющегося внутренним валом 6 ротора.

Штангу 15 с вибродатчиком 14 устанавливают в полость 18 внутреннего вала 6 ротора до упора 19, обеспечиваемого приспособлением - штангой таким образом, чтобы ось 20 вибродатчика 14 располагалась вблизи колец 21 подшипника 9 в вертикальной плоскости 22 и посаженным наконечником вверх, т.е. в верхней части 23 полости 18 внутреннего вала 6 ротора.

Для двигателей, не имеющих препятствий во внутреннем валу ротора, например Д-30КУ, средство доставки датчика - штангу - вводят без демонтажа каких-либо элементов конструкции, например, со стороны сопла через полую маслоподводящую трубку системы смазки межвального подшипника.

Затем выполняют "холодную прокрутку" двигателя стартером, либо раскручивают вал ротора до заданных частот вращения иным способом и осуществляют запись спектра вибросигналов на спектроанализатор 13. Измерения проводят в нескольких окружных положениях ротора, например, через 90^o.

Обработку результатов измерений осуществляют на ЭВМ с применением пакета программ.

При наличии дефекта на спектре вибросигналов появляются резонансные всплески, характеризующие амплитуду, частоту и место расположения дефекта. По виду спектра вибросигналов производят оценку технического состояния узла межвального подшипника и остаточного его ресурса.

Ниже приводится методика проведения вибродиагностики межвального подшипника качения двигателя ПС-90 А в условиях эксплуатации.

Перед проведением диагностики необходимо выполнить следующие подготовительные работы:
1) демонстрировать обтекатель вентилятора;
2) демонстрировать стопорное и регулировочное кольцо, крышку с уплотнительным кольцом из полости вала вентилятора;
3) зафиксировать в окружном направлении, положение ротора вентилятора специальным приспособлением (фиг. 4);
4) подготовить средство доставки вибродатчика - штангу (фиг. 1 и 2); необходимо утопить вибродатчик внутрь штанги (вибродатчик АП 40 или аналогичный ему), ввести штангу через соединительный боль вала вентилятора до упора; вибродатчик устанавливают строго вертикально вверх, прижимая пружиной штанги к стенке внутреннего вала;
5) подключить аппаратуру; для этого подключают кабель от вибродатчика и детектор огибающий В 1354 фирмы "Брюль и Къер" к спектроанализатору 2148; затем включают питание спектроанализатора;
6) подготовить переговорное устройство для связи с кабиной экипажа самолета.

Во время проведения проверки необходимо устранить посторонние шумы и вибрации на двигателе и самолете за исключением работающего энергоузла самолета.

Порядок проведения проверки следующий:
1) обеспечить включение энергоузла самолета и подачу давления воздуха к стартеру контролируемого двигателя;
2) выполнить "холодную прокрутку" двигателя и произвести запись спектра сигналов на виброанализатор 2148 с кабелями и прочими принадлежностями из комплекта анализатора или сборщик данных 2526 формы "Брюль и Къер" (фиг. 7).

Измерения производят последовательно в четырех окружных положениях ротора вентилятора через 90^o по часовой стрелке.

Собранная информация обрабатывается на ПЭВМ IAM PC/AT с применением пакета программ.

Оценку состояния межвального подшипника проводят по результатам обработки на ПЭВМ.

После обработки спектров вибрации межвального подшипника выдаются заключения о снятии с эксплуатации подшипника качения либо о минимальной наработке двигателя.

Способ прогнозирования технического состояния межвального подшипника качения двухвальной турбомашины предназначен для виброакустической диагностики турбомашин. Вибродатчик устанавливают в полости внутреннего вала ротора в верхней его части в зону межвального подшипника. При замере спектра вибросигналов и определении резонансных частот внутренний вал ротора жестко закрепляют в окружном направлении с корпусом турбомашины и раскручивают наружный вал ротора до заданных частот вращения. После остановки наружного вала ротора повторяют замеры в двух и более окружных положениях внутреннего вала относительно вибродатчика. Оценку остаточного ресурса подшипника производят по виду спектра вибросигналов, что обеспечивает повышение точности прогнозирования при проведении вибродиагностики технического состояния межвального подшипника качения путем повышения помехоустойчивости при измерениях за счет возможности максимального приближения датчика к месту крепления подшипника, зафиксированного во время измерения относительно корпуса и являющегося его неподвижной частью. 8 ил.

Способ прогнозирования технического состояния межвального подшипника качения двухвальной турбомашины, заключающийся в установке вибродатчика, замере спектра вибросигналов элементов конструкции турбомашины и оценке остаточного ресурса подшипника по виду спектра вибросигналов, отличающийся тем, что вибродатчик устанавливают в верхней части полости внутреннего вала ротора в зону межвального подшипника, после замера спектра вибросигналов осуществляют определение резонансных частот, в процессе выполнения двух последних операций внутренний вал ротора жестко закрепляют в окружном направлении с корпусом турбомашины и раскручивают наружный вал ротора до заданных частот вращения, причем после остановки наружного вала ротора повторяют замеры в двух и более окружных положениях внутреннего вала ротора относительно вибродатчика.