CN110411558B - 一种航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机振动测试技术领域，特别涉及一种航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法。航空发动机振动测试值限定方法，包括预设第一限制值、第二限制值以及第三限制值；所述第一限制值具有第一频带阈值，其中，最大的第一频带值小于工频幅值；所述第二限制值具有第二频带值，所述第二频带值为工频幅值；所述第三限制值具有第三频带阈值，其中，最小第三频带值大于所述工频幅值。本申请的航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法，既能准确判断发动机实际运行过程中的振动表现，避免误报警和出现危险不报警，也能实时判断发动机振动超过限定值时可能存在的振动故障。

Description

一种航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法
技术领域
本申请属于航空发动机振动测试技术领域，特别涉及一种航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法。
背景技术
安装在飞机或台架上的航空发动机，都不可避免会遇到整机振动问题。因航空发动机结构复杂，工作条件苛刻，能够产生和影响发动机整机振动的因素很多，部分因素会引起较大的振动，甚至会产生机械故障，因而在发动机运转过程中需进行整机振动监测，并利用测试值与确定的数值(限制值)对振动危害性进行判断，以保障发动机运行安全。
现行航空发动机振动测试值限制方法可以分成两种，一种是振动总量限制，一种是振动分量限制。振动总量限制是在一定带通滤波情况下(如涡喷-6、涡喷-7使用的测振仪带通为70～200Hz，斯贝MK202为45～400Hz)，计算振动的总能量，并依据不同型号发动机确定一个数值进行告警判断。振动分量限制是指将所测到的发动机振动信号先进行付利叶变换，将时域信号转换成离散的频率后，根据发动机转速确定工频，并依据工频的振动能量确定一个数值进行告警判断。
振动总量方法一般应用于涡喷发动机。在频率测试带宽内，任意单一或多个频率成分下幅值的变化，都能够引起振动总量值的变化。但由于其变化只是反映到数值的改变上，监控者无法判断具体频率的变化，从而无法诊断可能的振动故障形式。另外，为了追求最佳的间隙，转子与封严结构的接触磨合成为一种常用的技术手段。这种磨合不算振动故障，但在测试频谱中会出现比较丰富的与工频有关的振动频率，如2倍、3倍等转子工频的频率成分，这些频率下振动幅值的累积也会导致振动总量超过限制值，从而影响发动机的正常试验。
振动分量方法一般应用于涡扇发动机。这种测试方法只关注于来自转子系统并能引起转速工频幅值明显变化的振动源，对表现特征偏离工频的振动故障不具有判断和告警能力，比如发动机腔内积液故障，其振动特征为工频的0.9倍左右，尽管其可能已经表现非常明显，但由于转子工频的幅值未发生明显的变化，离限制值还有很大的裕度，按照振动分量幅值限制，允许继续试车，则可能出现无法预知的后果。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法。
第一方面，本申请公开了一种航空发动机振动测试值限定方法，包括预设第一限制值、第二限制值以及第三限制值，其中
所述第一限制值具有第一频带阈值，其中，最大的第一频带值小于工频幅值；
所述第二限制值具有第二频带值，所述第二频带值为工频幅值；
所述第三限制值具有第三频带阈值，其中，最小第三频带值大于所述工频幅值。
根据本申请的至少一个实施方式，所述第一频带阈值为大于等于0.2倍工频幅值，小于1倍工频幅值；
所述第三频带阈值为大于1倍工频幅值，小于等于3倍工频幅值。
第二方面，本申请还公开了一种航空发动机振动故障判断方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述第一方面任一项所述的航空发动机振动测试值限定方法对航空发动机进行振动测试，得到三个测试值；
步骤二、将得到的三个测试值之间的变化与预设的振动故障特征频率变化情况表进行比对；
步骤三、根据比对结果判断振动故障原因。
根据本申请的至少一个实施方式，所述预设的振动故障特征频率变化情况表中包括故障类型以及不同故障类型在对应的三种限制值条件下的变化情况。
根据本申请的至少一个实施方式，所述故障类型包括原始不平衡、永久弯曲或丢失转子零件、临时转子弯曲、基础变形、密封摩擦、转子轴向摩擦、不对中、轴颈和轴承偏心、轴承破坏、被激励的轴承和支承振动、转子、轴承套筒、临界转速、腔内积液以及油膜涡动。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法，既能准确判断发动机实际运行过程中的振动表现，避免误报警和出现危险不报警，也能实时判断发动机振动超过限定值时可能存在的振动故障。
附图说明
图1是本申请航空发动机振动故障判断方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
根据旋转机械振动故障类型(下表1)可以看出，一般的振动故障特征主要有三种表现，一种是转速工频幅值发生比较明显的变化；第二种是在转速工频以下，出现新的频率成分并具有一定的振动能量，并且这种新的频率成分一般与转速频率没有固定的比例关系；第三种是高于转速工频，并且与转速工频有一定倍数关系。
表1振动故障类型与特征频率
Figure GDA0003521695460000031
Figure GDA0003521695460000041
本发明根据故障特征的三种表现，在航空发动机振动测试中，采用振动总量与振动分量相结合的测试值限定方法，限制值为三个，第一个是在0.2倍工频至1倍工频(不含工频)的频带范围内进行总量限制，这样可以监测与转子转速频率无直接关系的振动故障；第二个是对转速工频幅值的限制；第三个是对从1倍工频(不含工频)至3倍工频(含3倍工频)的频带范围内进行总量限制。三种限制值结合在一起，能够准确判断发动机实际运行过程中的振动表现，避免误报警和出现危险不报警情况的发生。
具体地，第一方面，本申请公开了一种航空发动机振动测试值限定方法，包括(即步骤S101)：
预设第一限制值、第二限制值以及第三限制值；其中，第一限制值具有第一频带阈值，其中，最大的第一频带值小于工频幅值，优选第一频带阈值为大于等于0.2倍工频幅值，小于1倍工频幅值；第二限制值具有第二频带值，第二频带值为工频幅值；第三限制值(即上述第三个)具有第三频带阈值，其中，最小第三频带值大于所述工频幅值，进一步优选第三频带阈值为大于1倍工频幅值，小于等于3倍工频幅值。
第二方面，本申请还公开了一种航空发动机振动故障判断方法，包括如下步骤：
步骤一(即步骤S102)、按照上述第一方面所述的航空发动机振动测试值限定方法对航空发动机进行振动测试，得到三个测试值。
步骤二(即步骤S103)、将得到的三个测试值之间的变化与预设的振动故障特征频率变化情况表进行比对；
步骤三(即步骤S104)、根据比对结果判断振动故障原因。
综上所述，本实施例中，假设0.2倍工频至1倍工频(不含工频)的频带范围内测试到的总量为A，工频幅值为B，1倍工频(不含工频)至3倍工频(含3倍工频)测试到的总量为C，在实际测试过程中就会得到3个值，根据这3个值得变化情况对照表2即可基本判断故障原因。
其中，预设的振动故障特征频率变化情况表中包括故障类型以及不同故障类型在对应的三种限制值条件下的变化情况。具体地，如下表2所示，故障类型包括原始不平衡、永久弯曲或丢失转子零件、临时转子弯曲、基础变形、密封摩擦、转子轴向摩擦、不对中、轴颈和轴承偏心、轴承破坏、被激励的轴承和支承振动、转子、轴承套筒、临界转速、腔内积液以及油膜涡动。
根据本发明的测试值限定方法，测试得到的三个测试值的变化与振动故障之间的关系如表2所示(图中★标示的多少代表该测试值的变化情况，★越多代表变化越明显，反之★越少，代表振动变化不明显)。根据实时的振动表现，结合表2则可以快速给出振动超过限定值时可能存在的振动故障原因。
表2振动故障特征频率变化情况
Figure GDA0003521695460000051
Figure GDA0003521695460000061
下面将以两个实例对本申请的航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法作进一步说明：
实例1：
在某发动机在试验过程中，当转子达到一定转速时，现场出现较大的异常噪音，在振动表现上，由于现场采取的是振动分量监测方法，而基频振动幅值基本未发生变化，无法从振动上判断发动机是否合适继续进行试验。通过事后分析发现，振动故障频率为约0.9倍的转子频率，是发动机腔体内积油在一定转速下发生自激振动产生的振动故障，振动能量非常大，如果继续试车则可能发生危险。
如果按照本申请的方法，则监测现场结果中，A测试值会出现非常明显的变化，B和C测试值则不会有较大变化，对照表2，可以判断为油膜涡动和腔内积液，而发动机由于没有滑动轴承和挤压油膜阻尼器一类结构，不会有油膜涡动产生，则现场可断定故障为腔内积液。
实例2：
发动机在试车过程中，一定转速下涡轮测点经常会出现噪声干扰谱，如果利用总量测试，则会影响到总量测试的准确性。因此，振动总量测试有时会引进与振动故障无关的频率成分，而导致振动超限，使正常的试车无法完成。
而利用本申请的方法进行振动限制，则可看到，测试值A和测试值B不会有明显的变化，而测试值C则出现比较明显的波动。对照表2，没有故障类型可以对应，则需要考虑是否为测试干扰。
综上所述，本申请的航空发动机振动测试值限定方法及振动故障判断方法，既能准确判断发动机实际运行过程中的振动表现，避免误报警和出现危险不报警，也能实时判断发动机振动超过限定值时可能存在的振动故障。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种航空发动机振动故障判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定航空发动机振动测试的限定值，所述限定值包括第一限制值、第二限制值以及第三限制值，其中，所述第一限制值具有第一频带阈值，所述第一频带阈值为大于等于0.2倍工频幅值而小于1倍工频幅值，所述第二限制值具有第二频带值，所述第二频带值为工频幅值，所述第三限制值具有第三频带阈值，所述第三频带阈值为大于1倍工频幅值，小于等于3倍工频幅值；
对航空发动机进行振动测试，得到第一频带阈值、第二频带值和第三频带阈值内的三个测试值；
根据故障类型及特征频率构建航空发动机的振动故障特征频率变化情况表，参见下表，表中★标示的多少代表该测试值的变化情况，★越多代表变化越明显，反之★越少，代表振动变化不明显，所述振动故障特征频率变化情况表中包括故障类型以及不同故障类型在对应的三种限制值条件下的变化情况；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
将得到的三个测试值之间的变化与所述振动故障特征频率变化情况表进行比对；
根据比对结果判断振动故障原因。
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