Способ диагностики межвальных подшипников качения двухвальных турбомашин

Способ диагностики межвальных подшипников качения двухвальных турбомашин

Реферат

 

Использование: для виброакустической диагностики турбомашин. Сущность изобретения: перед испытаниями путем простукивания корпуса определяют диапазон резонансных частот. Независимо от взаимного положения валов предварительно вращают один вал и закрепляют. В каждом угловом положении этого вала раскручивают другой вал до частоты вращения, при которой совпадают предварительно измеренные гармоники частоты следования тел качения с резонансной частотой наружного корпуса турбомашины в месте установки вибродатчика, и привод отключают. В начале свободного вращения измеряют среднее значение вибрации наружного корпуса. Далее во время свободного вращения до остановки вала измеряют среднее значение амплитуд, количество и частоту следования импульсных вибросигналов наружного корпуса, превышающих пороговый уровень. Путем сравнения полученных данных с пороговыми значениями судят о наличии дефекта. Это позволяет выявить дефекты подшипника на ранней стадии их возникновения в двухвальных турбомашинах. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к виброакустической диагностике турбомашин, преимущественно подшипников качения двухвальных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Цель изобретения повышение достоверности диагностики подшипников качения для двухвальных авиационных ГТД в эксплуатационных условиях. На фиг.1а,б приведены экспериментальные осциллограммы вибросигналов наружного корпуса газотурбинного двигателя АЛ-31 с дефектным межвальным подшипником для двух положений внешнего вала 0о и 180^o; на фиг.2 - зависимость среднего значения вибраций на корпусе двигателя от износа беговых дорожек межвального подшипника. Допустимый износ подшипника _n 0,05 мм соответствует пороговому уровню вибраций a_n 510^-2м/с²; на фиг.3 структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где 1 вибродатчик; 2 корпус турбомашины; 3 согласующий усилитель; 4 полосовой фильтр; 5 детектор средних значений; 6 и 8 регистрирующие приборы; 7 амплитудный детектор; 9 - межроторный подшипник; 10 внутренний вал; угол поворота; w_m - максимальная частота вращения; U_пор пороговое направление, соответствующее пороговому уровню вибраций. Предлагаемый способ диагностики основан на следующих теоретических предпосылках: 1) измерения вибраций проводятся на резонансных частотах наружного корпуса, который связан с диагностируемым подшипником. Это позволяет не только обеспечить большую чувствительность, но и ослабить влияние помех от соударения других кинематических звеньев турбомашины; 2) измерения вибраций проводятся во время свободного вращения одного ротора, что исключает влияние помех от другого ротора и связанных с ним агрегатов. В режиме свободного вращения вала существенно меньше соударений в зубчатых передачах двигателя, а измерение импульсной последовательности позволяет учитывать также изменения трения в подшипниках из-за дефекта; 3) поворот одного вала на кратный числу тел качения угол исключает возможность пропуска дефекта в подшипнике и позволяет определять размеры дефекта по периферии колец и на телах качения; 4) установка порогового уровня по каждому двигателю, равного среднему значению вибраций на максимальных оборотах, устраняет влияние разброса показаний прибора на определение состояния подшипников. Среднее значение импульсных вибраций представляют собой статистическую постоянную, которая характеризует случайный или полигармонический процесс. Формула _o= _минm предложена авторами для оценки дефектной поверхности в подшипнике с дискретностью угла кратного числу тел качения. Способ осуществляется следующим образом. Перед испытаниями турбомашины путем простукивания корпуса определяют диапазон резонансных частот. Для двигателя АЛ-31 определен диапазон частот от 100 до 500 Гц. Независимо от взаимного положения валов предварительно вращают один вал и измеряют гармоники частоты следования тел качения f_c, которые определяются конструктивными параметрами диагностируемого подшипника и частотой вращения, то есть где k 1,2,3, номер гармоники частоты f_c; f_m частота вращения вала; z число тел качения. Для двигателя АЛ-31 при частоте вращения f_m 1,5 Гц частота следования тел качения f_c 25 Гц. Это означает, что возбуждать резонансные колебания корпуса могут гармоники от k_мин 100/25 4 до k_макс 500/25 20. Независимо от исходного взаимного положения валов закрепляют один из валов и принимают это угловое положение = 0.. Раскручивают вал до максимальной частоты вращения f_m и отключают привод. В начале свободного вращения с помощью регистратора 6 (рис.2) измеряют среднее значение вибраций наружного корпуса, которое принимается за пороговый уровень для установленного углового положения. В соответствии с измеренным средним значением вибраций устанавливают величину U_пор для амплитудного детектора 7. Затем во время свободного вращения до остановки вала с помощью регистратора 8 измеряют среднее значение амплитуд, количество и частоту следования импульсных вибросигналов, превышающих пороговый уровень U_пор. После этого устанавливают и закрепляют вал в другое угловое положение ( 0) и повторяют измерения. В случае определения размера дефектной поверхности колец или тел качения дискретность угла установки минимальна и равна . При этом размер дефектной поверхности _o= _минm, где m число установленных угловых положений, при которых измерено количество импульсных вибросигналов, амплитуда которых превышает пороговое значение. В случае определения развитого дефекта в подшипнике проводят 2 или 4 измерения при угловых положениях = 0, 180 и = 0, 90, 180, 270 соответственно. Во всех случаях наличие дефекта определяют путем сравнения средних значений амплитуд, количества и частоты следования импульсных вибросигналов с пороговыми значениями. По зависимости, которая приведена на фиг. 2, можно определить, в каком состоянии находится диагностируемый подшипник. Для реализации данного способа было разработано устройство, структурная схема которого приведена на фиг.2. Вибродатчик 1 устанавливается на резонирующую деталь корпуса двигателя 2. С вибродатчика вибросигнал поступает на согласующий усилитель 3, а затем на полосовой фильтр 4, настроенный на диапазон резонансных частот корпуса 2. Для двигателя АЛ-31 диапазон резонансных частот находится в пределах от 100 до 500 Гц. Отфильтрованный сигнал поступает на детектор средних значений и далее на регистратор 6, а также на амплитудный детектор 7 и его регистратор 8. Амплитудный детектор 7 выделяет вибросигналы выше уровня U_пор, которое пропорционально пороговому среднему значению вибраций, измеренному в начале свободного вращения регистратором 6. На фиг. 1а пороговый уровень 50 мв (а_п 510^-2 м/c² и допустимый износ _n= 0,05 мм, фиг.2). Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является более высокая достоверность обнаружения дефектов. Это обеспечивается высокой чувствительностью и помехоустойчивостью, и позволяет выявлять дефекты подшипника на ранней стадии его возникновения в двухвальных турбомашинах, имеющих сложные кинематические схемы, и при отсутствии непосредственного доступа к диагностируемому подшипнику. Кроме того, предлагаемый способ позволяет определять размер дефектной зоны, что дает возможность оценить степень опасности дефекта. Предлагаемый способ был опробован при диагностике натурных двигателей на заводах и ОКБ авиационной промышленности и дал положительные результаты.

Формула изобретения

1. Способ диагностики межвальных подшипников качения двухвальных турбомашин путем измерения вибрации наружного корпуса и определения резонансных частот, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности диагностики, предварительно вращают вал для измерения гармоник частоты следования тел качения подшипника, отключают привод вращения, последовательно поворачивают один из валов турбомашины на угол где z число тел качения подшипника, n 1, 2, 3, и закрепляют, в каждом угловом положении этого вала раскручивают другой вал до частоты вращения, при которой совпадают предварительно измеренные гармоники частоты следования тел качения с резонансной частотой наружного корпуса турбомашины в месте установки вибродатчика, и отключают привод, в начале свободного вращения измеряют среднее значение вибрации наружного корпуса, которое принимают за пороговый уровень для установленного углового положения при состоянии подшипника, определяемом техническими условиями, затем во время свободного вращения до остановки вала измеряют среднее значение амплитуд, количество и частоту следования импульсных вибросигналов наружного корпуса, превышающих пороговый уровень, после этого устанавливают и закрепляют вал в другом угловом положении и повторяют измерение, по измеренным среднему значению амплитуд, количеству и частоте следования импульсных вибросигналов путем сравнения с пороговыми значениями судят о наличии дефекта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер дефектной поверхности по периферии колец и числу тел качения определяют по величине результирующего угла поворота неподвижного вала _o= m,, где m число установленных угловых положений, при которых измерено количество импульсных вибросигналов, амплитуда которых превышает пороговый уровень.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002