RU2658118C1 - Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine - Google Patents
Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658118C1 RU2658118C1 RU2017124964A RU2017124964A RU2658118C1 RU 2658118 C1 RU2658118 C1 RU 2658118C1 RU 2017124964 A RU2017124964 A RU 2017124964A RU 2017124964 A RU2017124964 A RU 2017124964A RU 2658118 C1 RU2658118 C1 RU 2658118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- measured
- amplitude
- values
- defect
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000000712 assembly Effects 0.000 title abstract 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 title abstract 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/04—Bearings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к виброакустической диагностике турбомашин, преимущественно подшипниковых опор турбореактивного двигателя (далее ТРД).The present invention relates to vibro-acoustic diagnosis of turbomachines, mainly bearing bearings of a turbojet engine (hereinafter referred to as turbojet engine).
Известен способ диагностики межвальных подшипников качения двухвальных турбомашин, в котором приводят во вращение один из валов двигателя, затем, обеспечив возможность свободного вращения вала, измеряют амплитудные значения виброускорения и усредненное значение, используя последнее для установления диагностического порогового уровня, производят сравнение измеряемых амплитудных значений виброускорения с диагностическим пороговым уровнем, по результатам которого судят о наличии и степени развития дефектов межвальных подшипников (RU 2200942 С2).A known method for the diagnosis of inter-shaft rolling bearings of twin-shaft turbomachines, in which one of the engine shafts is rotated, then, providing the possibility of free rotation of the shaft, measure the vibration acceleration amplitude values and the average value, using the latter to establish a diagnostic threshold level, compare the measured vibration acceleration amplitude values with diagnostic threshold level, according to the results of which they judge the presence and degree of development of defects of shaft bearings (R U 2200942 C2).
Известный способ выбран в качестве прототипа.The known method is selected as a prototype.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- Используется информация, измеренная на корпусе, что существенно изменяет полезную диагностическую информацию (по частоте, амплитуде и фазе) и затрудняет обнаружение дефекта.- The information measured on the case is used, which significantly changes the useful diagnostic information (in frequency, amplitude and phase) and makes it difficult to detect a defect.
- Существенно снижается время прогнозирования отказа (прогноз максимум на несколько часов вперед).- Significantly reduces the time for predicting failure (forecast maximum a few hours in advance).
Использует частоты, не связанные с дефектом (частоты, создаваемые агрегатами и узлами двигателя) и являющиеся помеховыми, при диагностике. Все вышеперечисленные недостатки устраняются предлагаемым изобретением.Uses frequencies that are not related to the defect (frequencies generated by the units and components of the engine) and which are interfering, for diagnosis. All of the above disadvantages are eliminated by the invention.
Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является определение дефектов подшипниковых опор на ранних стадиях, высокая помехозащищенность и низкая возможность ложных срабатываний.The technical result achieved by using the claimed invention is the identification of defects of bearing bearings in the early stages, high noise immunity and low possibility of false alarms.
Указанные технические эффекты достигаются тем, что в способе диагностики подшипниковых опор турбореактивного двигателя, включающем измерение амплитудных значений сигнала от датчика на режиме холодной прокрутки, установление порогового уровня амплитуды сигнала по их усредненным значениям, сравнение измеряемых амплитудных значений с диагностическим пороговым уровнем и определение характеристики дефекта по результатам сравнения, согласно настоящему изобретению измерение амплитудных значений сигнала производят акустическим микрофоном, установленным в представительной точке внутри корпуса двигателя, выход двигателя на режим холодной прокрутки определяют по превышению установленного значения амплитуд сигналов частот вращения лопаток и ротора, измеряемые амплитудные значения сигнала на режиме холодной прокрутки во всем диапазоне частот отфильтровывают от частот, не связанных с дефектами подшипниковых опор, и разделяют, по меньшей мере, на два диапазона, характеризующих степень развития дефекта, значения пороговых и измеряемых амплитуд частот аппроксимируют в логарифмических координатах, а определение характеристики дефекта производят по результатам сравнения в каждом диапазоне порогового среднеквадратичного значения вибрации с среднеквадратическим значением измеренной амплитуды на режиме холодной прокрутки.These technical effects are achieved by the fact that in a method for diagnosing bearings of a turbojet engine, including measuring the amplitude of the signal from the sensor in the cold scroll mode, setting the threshold level of the signal amplitude from their average values, comparing the measured amplitude values with the diagnostic threshold level and determining the defect characteristics by the comparison results, according to the present invention, the measurement of the amplitude values of the signal is produced by an acoustic microphone installed at a representative point inside the engine housing, the engine's output to the cold scroll mode is determined by exceeding the set value of the amplitudes of the signals of the rotational speeds of the blades and rotor, the measured amplitude values of the signal in the cold scroll mode in the entire frequency range are filtered from frequencies that are not related to bearing defects supports, and is divided into at least two ranges characterizing the degree of development of the defect, the threshold and measured frequency amplitudes are approximated in l ogarithmic coordinates, and defect characteristics are determined by comparing the results in each range of the threshold rms vibration value with the rms value of the measured amplitude in the cold scroll mode.
Разбиение области измерения на несколько диапазонов, характеризующих степень развития дефекта и использование акустического сигнала, измеренного на близком расстоянии к объекту диагностирования, позволяет определять дефекты подшипниковых опор на ранних стадиях, при этом использование фильтрации сигнала позволяет добиться высокой помехозащищенности и низкой возможности ложных срабатываний.Dividing the measurement area into several ranges characterizing the degree of development of the defect and the use of an acoustic signal measured at a close distance to the object of diagnosis allows defining bearing bearings at early stages, while using signal filtering allows for high noise immunity and low possibility of false alarms.
Наличие минимум двух диапазонов обуславливается возможностью ранней диагностики и связано с процессами выхода из строя подшипниковых опор. Разные стадии дефекта проявляются на разных частотах и несколько поддиапазонов позволяют более точно определить изменение во всем диапазоне частот.The presence of at least two ranges is determined by the possibility of early diagnosis and is associated with the processes of failure of bearing bearings. Different stages of the defect appear at different frequencies and several sub-bands allow a more accurate determination of the change in the entire frequency range.
Пример реализации заявленного способа виброакустической диагностики подшипниковых опор турбореактивного двигателяAn example of the implementation of the claimed method of vibroacoustic diagnostics of bearing bearings of a turbojet engine
Акустическое устройство (акустический микрофон) подсоединяем к компьютеру, состоящему из расчетного блока и анализатора, помещаем в газовоздушный тракт ТРД, после чего выполняется «холодная прокрутка» (ХП) двигателя (стандартная процедура), выход на этот режим определяется по превышению установленного значения амплитуд сигналов частот вращения лопаток и ротора, при этом анализатор измеряет сигнал во всем диапазоне частот, преобразует в децибелы, вычисляет среднеквадратическое значение (СКЗ) (22 дБ) и сравнивает с заранее экспериментально установленным уровнем в 20 дБ, в результате этого автоматически распознает начало ХП по превышению данного значения. Затем выполняется определение необходимых оборотов ротора, путем отфильтровывания всех частот, кроме двух шириной в 10 Гц (значение дано на погрешность регулирования САУ и колебания оборот ротора), равных частотам вращения ротора определенным расчетным путем в 45 Гц и лопаток турбины ротора высокого давления в 4000 Гц. В данных диапазонах измеряется СКЗ каждого (для ротора 5 мм/с, для лопаток турбины 7 мм/с) и сравнивается с установленным в процессе набора статистики и измерения парка авиадвигателей пределом (для ротора 2 мм/с, для лопаток турбины 3 мм/с). При превышении двух ранее установленных диапазонов анализатором дается команда на выполнение измерений. После этого выполняется измерение, которое состоит из: отфильтровывания частот 1100 Гц, 2520 Гц, 2250 Гц, 2900 Гц, 3290 Гц, 3450 Гц, 4100 Гц, 4250 Гц, 4380 Гц, 4890 Гц, 5220 Гц, 5400 Гц, 5550 Гц, 5690 Гц, 6340 Гц, 7200 Гц, 7560 Гц 7890 Гц, 8000 Гц, 8960 Гц 9430 Гц, не связанных с дефектом подшипниковых опор, выделения 3 частотных диапазонов, характеризующих степень развития дефекта: от 1-5 кГц; от 5-10 кГц и от 10-20 кГц. Определение характеристики дефекта производят по результатам сравнения в каждом диапазоне порогового значения СКЗ вибрации с среднеквадратическим значением измеренной амплитуды на режиме холодной прокрутки путем логарифмирования данных диапазонов (каждого по отдельности) и измерение их СКЗ. Сравнение СКЗ диапазона 1-5 кГц в 27 мм/с с установленным в процессе набора статистики отказов и измерений исправных и неисправных двигателей в 30 мм/с; 5-10 кГц в 33 мм/с с установленным в процессе набора статистики отказов и измерений исправных и неисправных двигателей в 30 мм/с и 10-20 кГц в 19 мм/с с установленным в процессе набора статистики отказов и измерений исправных и неисправных двигателей в 25 мм/с значением. В результате анализатором идентифицируется превышение в одном из диапазонов и выдается команда на экран индикации «дефект». При этом делается вывод о дефекте подшипниковой опоры и двигатель отстраняется от эксплуатации.An acoustic device (acoustic microphone) is connected to a computer consisting of a calculation unit and an analyzer, placed in the gas-air path of the turbojet engine, after which the engine is “cold scrolled” (CP) (standard procedure), the output to this mode is determined by exceeding the set value of the signal amplitudes the rotational speeds of the blades and rotor, while the analyzer measures the signal in the entire frequency range, converts to decibels, calculates the root mean square value (RMS) (22 dB) and compares it with previously experimental about the set level of 20 dB, as a result of this, it automatically recognizes the beginning of CP when this value is exceeded. Then, the necessary rotor revolutions are determined by filtering out all frequencies except two frequencies with a width of 10 Hz (the value is given for the ACS control error and fluctuations in the rotor revolution) equal to the rotor frequencies determined by the calculation method at 45 Hz and the turbine blades of the high pressure rotor at 4000 Hz . In these ranges, the RMS of each (for a rotor of 5 mm / s, for turbine blades of 7 mm / s) is measured and compared with the limit established for the statistics and measurement of the aircraft engine fleet (for a rotor of 2 mm / s, for turbine blades of 3 mm / s ) If two previously established ranges are exceeded, the analyzer gives a command to take measurements. After that, a measurement is performed, which consists of: filtering out the frequencies of 1100 Hz, 2520 Hz, 2250 Hz, 2900 Hz, 3290 Hz, 3450 Hz, 4100 Hz, 4250 Hz, 4380 Hz, 4890 Hz, 5220 Hz, 5400 Hz, 5550 Hz, 5690 Hz, 6340 Hz, 7200 Hz, 7560 Hz 7890 Hz, 8000 Hz, 8960 Hz 9430 Hz, not associated with a defect of the bearings, allocation of 3 frequency ranges characterizing the degree of development of the defect: from 1-5 kHz; from 5-10 kHz and from 10-20 kHz. The defect characteristics are determined by comparing in each range the threshold value of the RMS vibration with the rms value of the measured amplitude in the cold scroll mode by logarithm of these ranges (each individually) and measuring their RMS. Comparison of the RMS of the range 1-5 kHz at 27 mm / s with the established in the process of collecting statistics of failures and measurements of serviceable and faulty engines at 30 mm / s; 5-10 kHz at 33 mm / s with installed during the collection of statistics of failures and measurements of serviceable and faulty engines at 30 mm / s and 10-20 kHz at 19 mm / s with installed during the collection of statistics of failures and measurements of working and faulty engines at 25 mm / s value. As a result, the analyzer identifies an excess in one of the ranges and issues a command to the “defect” display screen. In this case, a conclusion is made about the defect of the bearing support and the engine is removed from operation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124964A RU2658118C1 (en) | 2017-07-13 | 2017-07-13 | Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124964A RU2658118C1 (en) | 2017-07-13 | 2017-07-13 | Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658118C1 true RU2658118C1 (en) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124964A RU2658118C1 (en) | 2017-07-13 | 2017-07-13 | Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658118C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110455243A (en) * | 2019-08-08 | 2019-11-15 | 天津大学 | A kind of rotating vane tip clearance measuring system and method based on RMS |
| RU2709238C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-12-17 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Diagnostic method of turbomachine rotor rolling bearing technical state |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2165605C1 (en) * | 1999-10-04 | 2001-04-20 | Рейбанд Юрий Яковлевич | Method of and device for diagnosing condition of internal combustion engine and/or transmission of automobile |
| RU2200942C2 (en) * | 2001-03-19 | 2003-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Method of vibroacoustic diagnosis of intershaft antifriction bearings of twin-shaft turbomachines and device for method embodiment |
| US20060283190A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Engine status detection with external microphone |
| RU2613047C1 (en) * | 2015-11-25 | 2017-03-15 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Method of vibration diagnostics of bearing supports as part of gas turbine engines using technical microphone |
-
2017
- 2017-07-13 RU RU2017124964A patent/RU2658118C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2165605C1 (en) * | 1999-10-04 | 2001-04-20 | Рейбанд Юрий Яковлевич | Method of and device for diagnosing condition of internal combustion engine and/or transmission of automobile |
| RU2200942C2 (en) * | 2001-03-19 | 2003-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Method of vibroacoustic diagnosis of intershaft antifriction bearings of twin-shaft turbomachines and device for method embodiment |
| US20060283190A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Engine status detection with external microphone |
| RU2613047C1 (en) * | 2015-11-25 | 2017-03-15 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Method of vibration diagnostics of bearing supports as part of gas turbine engines using technical microphone |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709238C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-12-17 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Diagnostic method of turbomachine rotor rolling bearing technical state |
| CN110455243A (en) * | 2019-08-08 | 2019-11-15 | 天津大学 | A kind of rotating vane tip clearance measuring system and method based on RMS |
| CN110455243B (en) * | 2019-08-08 | 2024-04-19 | 天津大学 | RMS-based rotary blade tip clearance measurement system and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109883702B (en) | Motor bearing fault diagnosis method based on time-frequency domain statistical characteristics | |
| RU2449252C2 (en) | Detection method of damage to support rolling bearing of engine | |
| RU2558007C2 (en) | Method to detect damage of at least of support bearing of engine | |
| US7698942B2 (en) | Turbine engine stall warning system | |
| RU2484442C1 (en) | Vibration diagnostics and forecasting method of sudden failure of engine, and carrier | |
| US6681634B2 (en) | Bearing defect detection using time synchronous averaging (TSA) of an enveloped accelerometer signal | |
| Klausen et al. | Multi-band identification for enhancing bearing fault detection in variable speed conditions | |
| CN110163190B (en) | Rolling bearing fault diagnosis method and device | |
| JPS58176545A (en) | Acoustic type defect detection system | |
| CN111397877B (en) | Rotary machine beat vibration fault detection and diagnosis method | |
| WO2014123443A1 (en) | Method and device for vibration diagnosis and forecasting sudden engine failure | |
| JPH09113416A (en) | Method for diagnosing damage of rolling bearing | |
| RU2658118C1 (en) | Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine | |
| JP7136726B2 (en) | Signal processing device, signal processing method | |
| JPH1026580A (en) | Method and device for diagnosing speed-change-type rotary mechanical equipment | |
| RU2551447C1 (en) | Method of vibration diagnostics of technical state of bearing rotor support at two-shaft gas-turbine engine | |
| JP2003085157A (en) | Frequency analyzer by applying fft algorithm and abnormality determining device and abnormality determining system | |
| RU2478923C2 (en) | Diagnostics method of technical state of inter-rotor bearing of two-shaft gas turbine engine | |
| RU2613047C1 (en) | Method of vibration diagnostics of bearing supports as part of gas turbine engines using technical microphone | |
| RU2297613C2 (en) | Method of diagnosing gas-turbine engine | |
| CN113358210B (en) | Pressure pulsation-based supercharger turbine blade vibration monitoring method | |
| Thanagasundram et al. | Autoregressive based diagnostics scheme for detection of bearing faults | |
| RU2598983C1 (en) | Diagnostic technique for type of oscillations of working blades of axial turbomachine | |
| KR101482511B1 (en) | Diagnosis System and Method of Bearing Defect by Phase Lag and Data Dispersion Shape Factor | |
| RU2624089C1 (en) | Method of determining the operating modes of the gas turbine engine, meaning the minimum values of the axial power, acting on the radial-steering bearing |