СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ДЕФЕКТОВ ЗУБЬЕВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС РЕДУКТОРА Российский патент 2025 года по МПК G01M13/21 G01M15/14 

Изобретение относится к диагностике дефектов зубчатых колес редуктора, которое может быть использовано при оценке технического состояния зубчатых зацеплений редуктора газотурбинного двигателя, имеющего штатный тахометрический датчик частоты вращения выходного вала зубчатой передачи.

Из уровня техники известно АС (СССР) П.Д. Вильнер, Ф.Б. Голов // БИ. 2005, №31, Способ виброакустического диагностирования зубчатых передач, заключающийся в плавном изменении частоты их вращения в зоне параметрического резонанса и определении ширины резонансной зоны по измеренной амплитуде. Техническое состояние зубчатого зацепления определяется по величине этой ширины.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость постановки вибропреобразователя на картер зубчатой передачи и влияние на точность оценки исследуемого параметра большого количества факторов: скорости изменения частоты зубчатого зацепления, нестабильности передаточной функции от источника вибрации до вибропреобразователя, зашумленности вибрационного процесса и др.

Из области техники известен способ диагностирования зубчатых зацеплений механических передач, описанный в патенте BY №9279, с приоритетом от 02.07.2002 г., включающий подведение к ведущему и ведомому зубчатым колесам крутящего момента и момента сопротивления соответственно, причем задатчиком, связанным с ведущим колесом, генерируют высокочастотный опорный сигнал, считывают датчиками высокочастотный опорный гармонический сигнал от ведущей шестерни и гармонический сигнал зубцовой частоты ведомой шестерни и сопоставляют их путем подсчета количества импульсов опорного сигнала в каждом импульсе ведомой шестерни, их сравнения между собой и выявления импульса ведомой шестерни длительностью, отличающейся от длительности остальных импульсов, причем по разнице между количеством импульсов опорного сигнала в длительности импульса ведомой шестерни при подведении к ведущему колесу крутящего момента и при подведении к нему тормозного момента определяют величину углового зазора в зацеплении, которая характеризует износ боковых поверхностей зубьев.

Для реализации данного способа устанавливают два высокочастотных датчика углового положения ведущего и ведомого зубчатых колёс и по разнице их показаний определяют наличие дефекта. Недостатком данного способа является необходимость постановки около зубчатых колёс специальных датчиков углового положения, что ограничивает область его использования исследовательскими работами на специальных установках.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя, патент RU №2737993, с приоритетом от 07.05.2020 г., опубл. 2020, №34, заключающийся в том, что снимают сигналы вращения входного и выходного валов диагностируемой передачи и по разнице дисперсий текущей частоты узкополосных процессов, полученных с тахометрических датчиков их вращения, входящих в состав двигателя определяют величину дефекта и сравнивают эту разницу с эталонным значением.

К недостаткам способа следует отнести необходимость наличия, помимо штатного датчика частоты вращения выходного вала редуктора, соответствующий датчик частоты вращения его входного вала. Кроме того, использование сигналов с двух тахометрических датчиков, вместо одного, увеличивает погрешность оценки исследуемого параметра, усложняет процедуру диагностики.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение процедуры диагностирования и повышение точности диагностики дефектного состояния зубьев зубчатых колес зацепления редуктора газотурбинного двигателя.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора, заключается в том, что с входящего в состав двигателя тахометрического датчика вращения выходного вала зубчатой передачи, снимают сигнал вращения выходного вала диагностируемой передачи, при этом наличие дефекта определяют по ширине спектральной линии составляющей частоты вращения выходного вала редуктора на выбранном уровне интенсивности относительно максимального значения. Сравнивают эту разницу с уровнем предупреждение, за счет чего и достигается заявленный технический результат. Спектральная составляющая выходного вала зубчатой передачи имеет максимальное значение уровня интенсивности и ширину, которая меняется с изменением уровня относительно максимального значения интенсивности. Из пункта 4.2.5 ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009 следует, что при установлении предельных значений для отдельной составляющей спектра обычно усредняют несколько спектров с высоким разрешением по частоте и определяют выборочное среднее значение и стандартное отклонение. Уровень Предупреждение устанавливают выше среднего значения на 2,5-2,8 стандартных отклонений. При расчете в рассматриваемом способе принято среднее значение (2,65). Предлагаемый способ позволяет диагностировать дефекты зубчатых колёс редуктора газотурбинного двигателя, имеющего штатный, т.е. входящий в состав двигателя тахометрический датчик частоты вращения выходного вала зубчатой передачи и оценить техническое состояние данных зубчатых колёс. Способ диагностики дефектов зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя проиллюстрирован данными, представленными на фиг. 2, где изображена зависимость параметра Δ_0,5 Гц от величины износа, где Δ_0,5 Гц есть разность значений частоты пересечения правой и левой огибающей спектральной линии с уровнем 0,5 от максимального значения. По 18 отремонтированным двигателям, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009, посчитан уровень предупреждение, равный 0,12 Гц. Как видно из представленных на фиг. 2 данных, его превышение отмечается только для двигателя с максимальным значением Δ_0,5. На данном двигателе обнаружена трещина на пере рабочей лопатки 7-й ступени компрессора.

Суть технического решения поясняется графиками, расположенными на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 проиллюстрирован вид спектральной составляющей, где показана ширина спектральной составляющей на уровне 0,5 от её максимального значения. На фиг. 2 проиллюстрирован график с данными, где изображена зависимость параметра Δ_0,5 Гц от величины износа, где Δ_0,5 Гц есть разность значений частоты пересечения правой и левой огибающей спектральной линии.

Способ диагностических дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом. На выбранном режиме работы двигателя снимается сигнал с входящего в состав двигателя тахометрического датчика частоты вращения выходного вала зубчатой передачи. В режиме спектральной плотности мощности оценивается автоспектр в частотном диапазоне, обеспечивающим получение спектральной составляющей на частоте вращения выходного вала зубчатой передачи. Выделение данной спектральной составляющей, обеспечивающей минимальную погрешность оценки ее ширины на выбранном уровне относительно максимального значения. Полученный результат сравнивается с уровнем Предупреждение. На фиг. 2 представлены значения по 11 газотурбинным двигателям зависимости ширины спектральной составляющей на частоте вращения выходного вала редуктора на уровне 0,5 (Δ_0,5 Гц) от максимального значения, в функции величины износа. Износ зубьев пары «солнечная шестерня - сателлиты» приводит к генерации вибрации, вызывающий резонансные колебания элементов конструкции двигателя. В частности, разборка двигателя с максимальным значением износа выявила трещину на паре рабочей лопатки 7 ступени компрессора двигателя на частоте колебаний, генерируемой парой при развитии износа.

По 18 отремонтированным двигателям, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009, посчитан уровень Предупреждение, равный 0,12 Гц. Как видно из представленных на фиг. 2 данных, его превышение отмечается только для двигателя с трещиной на пере рабочей лопатки 7-й ступени компрессора, полученной при колебании лопатки на резонансной частоте, генерируемой повышенным износом зубьев пары «солнечная шестерня - сателлиты».

Изобретение относится к диагностике дефектов зубчатых колес редуктора, которое может быть использовано при оценке технического состояния зубчатых зацеплений редуктора газотурбинного двигателя, имеющего штатный тахометрический датчик частоты вращения выходного вала зубчатой передачи. Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора включает снятие с датчика сигнала вращения выходного вала диагностируемой передачи, определение наличия дефекта по разнице значений частоты пересечения правой и левой огибающей спектральной линии составляющей частоты вращения выходного вала редуктора на выбранном уровне относительно ее максимального значения, полученного с входящего в состав двигателя тахометрического датчика вращения выходного вала редуктора, и сравнение полученной разницы с уровнем предупреждения. Технический результат - упрощение процедуры диагностирования и повышение точности диагностики дефектного состояния зубьев зубчатых колес зацепления редуктора газотурбинного двигателя. 2 ил.

Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора, включающий снятие с датчика сигнала вращения выходного вала диагностируемой передачи, определение наличия дефекта по разнице значений частоты пересечения правой и левой огибающей спектральной линии составляющей частоты вращения выходного вала редуктора на выбранном уровне относительно ее максимального значения, полученного с входящего в состав двигателя тахометрического датчика вращения выходного вала редуктора, и сравнение полученной разницы с уровнем предупреждения.