RU2664748C1 - Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя - Google Patents
Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664748C1 RU2664748C1 RU2017129020A RU2017129020A RU2664748C1 RU 2664748 C1 RU2664748 C1 RU 2664748C1 RU 2017129020 A RU2017129020 A RU 2017129020A RU 2017129020 A RU2017129020 A RU 2017129020A RU 2664748 C1 RU2664748 C1 RU 2664748C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- rotor
- defect
- gas turbine
- turbine engine
- Prior art date
Links
Images
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
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
Abstract
Изобретение относится к способам технической диагностики дефектов подшипников качения газотурбинного двигателя при испытаниях и в эксплуатации и может найти применение в двигателестроении для выявления наличия дефекта недостаточной смазки подшипника качения. Технический результат изобретения - повышение надежности диагностики на начальной стадии развития дефекта смазки подшипника; оперативность получения диагноза появления дефекта смазки подшипника и расширение возможностей способа диагностики. В способе диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки. 2 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния газотурбинных двигателей, а именно к способам технической диагностики дефектов подшипников качения газотурбинного двигателя при испытаниях и в эксплуатации, и может найти применение в двигателестроении для выявления наличия дефекта недостаточной смазки подшипника качения.
Известен способ диагностики дефекта смазки узлов механизмов (описание изобретения к патенту РФ №2138046, МПК G01N 33/30, G01M 7/02, опубл. 20.09.1999), когда о смазочной способности масла судят по величине среднеквадратического значения виброускорения путем измерения на поверхности узла механизма вибрации в широкой полосе частот (1400-40000 Гц).
Недостатком данного способа диагностики является то, что полезный сигнал, повышающий интегральный уровень среднеквадратического значения виброускорения, маскируется в широком диапазоне частот за счет повышения среднеквадратического значения виброускорения на частотах следования (мелькания) лопаток венцов рабочих колес ротора и приводных агрегатов, на частотах пересопряжения зубьев зубчатых колес и т.д. Поэтому выделение слабого полезного сигнала на фоне сильных помех затрудняет и делает ненадежной диагностику на стадии зарождения дефекта.
Известен способ диагностики дефекта смазки подшипника качения (Тейлор «Идентификация дефектов подшипников с помощью спектрального анализа». Труды американского общества инженеров-механиков. Конструирование, 1980, т. 102, №2), при котором в диапазоне частот вращения ротора измеряют и регистрируют корпусную вибрацию в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в этом спектре диагностических составляющих, делают вывод о наличии дефекта смазки подшипника.
Способ диагностики недостаточно надежен из-за возможности постановки ложного диагноза по причине присутствия в спектре составляющих, которые можно принять за составляющие, характеризующие наличие дефекта недостаточности смазки подшипника, при отсутствии такового, что не позволяет его использовать на стадии зарождения дефекта.
Наиболее близким к предлагаемому является способ диагностики технического состояния подшипника качения опоры ротора газотурбинного двигателя, при котором предварительно определяют первую критическую частоту вращения, при работе двигателя измеряют температуру подшипника и корпусную вибрацию, которую регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в нем составляющих, по которым делают вывод о наличии дефекта недостаточной смазки подшипника (описание изобретения к патенту РФ №2460053, МПК G01M 7/02, опубл. 27.08.2012. Бюл. №24).
Для повышения эффективности диагностирования недостаточности смазки подшипника за составляющими наблюдают на наибольшем из установленных режимов диагностики. Для подтверждения наличия дефекта смазки измеряют и контролируют увеличение температуры обоймы подшипника.
Недостатками наиболее близкого способа диагностики дефекта недостаточной смазки подшипника являются следующие.
Способ позволяет выполнять диагностику дефекта смазки подшипника лишь на заключительной стадии развития дефекта. При этом на режиме диагностики в спектре вибрации присутствует составляющая на первой критической частоте вращения ротора, появляющаяся при развитом дефекте, когда подшипник может получить значительные повреждения, работая при скудной смазке. В этом случае необходимо в экстренном порядке завершить работу двигателя во избежание его повреждений.
Кроме того, способ неприменим для диагностирования ранней стадии развития дефекта, т.к. при этом в спектре вибрации еще отсутствует составляющая на первой критической частоте. Нахождение составляющих, кратных от отсутствующей в нем составляющей (при частоте вращения ротора, отличной от первой критической частоты), не представляется возможным, несмотря на то, что ее значение известно заранее.
Кроме того, ограничением для применения данного способа является то, что диагностика дефекта недостаточной смазки подшипника выполняется на дополнительном (искусственно созданном) диагностическом режиме. Выбор режимов работы газотурбинного двигателя определяется условиями проведения испытаний, при которых работа двигателя выполняется на приведенных частотах вращения ротора. В данном способе режим диагностики имеет место на фиксированной физической (измеренной) частоте вращения ротора, и в зависимости от климатических условий будет проявляться на разных приведенных частотах вращения, т.е. «плавать» по отношению к режимам работы двигателя, установленным программой испытаний.
Технической задачей изобретения является создание способа, позволяющего выполнять эффективную диагностику технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя при появлении дефекта недостаточной смазки во избежание повреждения подшипника и двигателя в целом.
Техническими результатами, на достижение которых направлено предлагаемое изобретение, являются:
- повышение надежности диагностики на начальной стадии развития дефекта смазки подшипника за счет того, что в процессе ее выполнения в спектре корпусной вибрации сразу видны составляющие, равноотстоящие от составляющей на частоте вращения ротора (остается только определить величину, на которую они отстоят);
- оперативность получения диагноза появления дефекта смазки подшипника ротора газотурбинного двигателя за счет обнаружения зарождающегося дефекта;
- расширение возможностей способа диагностики: отказ от искусственно установленного режима диагностики, используемого в прототипе, и не требующегося при проведении испытаний и в эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в способе диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, при котором предварительно определяют первую критическую частоту вращения, при работе двигателя измеряют температуру подшипника и корпусную вибрацию, которую регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в нем составляющих, по которым делают вывод о наличии дефекта недостаточной смазки подшипника, в отличие от известного, изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - спектр корпусной вибрации при нормальной (штатной) работе двигателя; фиг. 2 - спектр корпусной вибрации при появлении дефекта недостаточной смазки подшипника.
Способ осуществляют следующим образом.
Предварительно расчетным (например, с помощью DINAMICS 4.10 или ANSYS 17) и/или экспериментальным (по анализу вибрации) путем определяют первую критическую частоту вращения ротора ƒ1кр.
При работе газотурбинного двигателя измеряют и контролируют температуру подшипника. Измеряют корпусную вибрацию, например, с помощью используемого для контроля вибрации вибропреобразователя, установленного на корпусе двигателя, вблизи исследуемого подшипника, или непосредственно на его опору.
Регистрируют корпусную вибрацию в виде амплитудно-частотного спектра, например, с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье в частотном диапазоне, включающем удвоенную частоту вращения ротора.
В процессе работы двигателя при изменении (увеличении или снижении) частоты вращения ротора наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации дискретных составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, которые превышают уровень шумов и за изменением температуры подшипника.
Определяют, на какую величину они отстоят от составляющей на частоте вращения ротора. Если составляющие равноотстоят от составляющей на частоте вращения ротора на величину, равную первой критической частоте вращения и при этом наблюдается повышение температуры подшипника, то диагностируют наличие дефекта недостаточности его смазки.
Пример осуществления способа.
Способ был реализован в процессе стендовых испытаний газотурбинного двигателя. Для измерения и контроля вибрации использовали вибропреобразователь (акселерометр), смонтированный на корпусе двигателя, имеющем силовую связь с корпусом подшипника.
Предварительно, до проведения испытаний двигателя, расчетным путем определили первую критическую частоту вращения ротора. Для ее расчета производили построение его динамической модели в виде 2D-модели с помощью балочных элементов для использования программного продукта расчета динамических характеристик роторов DINAMICS 4.10. Критическую частоту, определенную расчетным путем, уточнили экспериментально по анализу вибрации, она составила ƒ1кр=123 Гц.
При нормальной (штатной) работе двигателя в спектре корпусной вибрации присутствовала одна составляющая на частоте первой роторной гармоники ƒ1р=369 Гц (фиг. 1).
В ходе длительной наработки двигателя при снижении частоты вращения ротора в спектре корпусной вибрации появились две составляющие, равноотстоящие от составляющей на частоте вращения ротора (первой роторной гармоники) ƒ1р. Уровень этих составляющих превышал уровень шумов. Было установлено, что данные составляющие отстоят от частоты вращения ротора ƒ1р на величину первой критической частоты вращения ƒ1кр=123 Гц. На фиг. 2 видны составляющие: (ƒ1р-ƒ1кр)=246 Гц и (ƒ1р+ƒ1кр)=492 Гц.
При этом также наблюдалось плавное увеличение контролируемой температуры подшипника от 135 до 150°C.
Испытания были остановлены. Выполненная разборка и дефектация опоры подшипника подтвердила, что появление в спектре указанных составляющих, сопровождавшееся увеличением контролируемой температуры подшипника, является свидетельством начала развития дефекта его недостаточной смазки.
При последующих испытаниях было подтверждено, что спектр, показанный на фиг. 2, соответствует начальной стадии развития дефекта смазки подшипника.
В процессе наработки двигателя появление этих составляющих наблюдалось сначала при снижении частоты вращения ротора. При этом их появление не только при снижении, но при повышении частоты вращения ротора, следует считать настораживающим фактом развития дефекта смазки подшипника.
Использование данного способа диагностики дефекта недостаточной смазки подшипника качения позволяет повысить оперативность и надежность диагностики на стадии появления дефекта смазки подшипника, что позволяет избежать повреждения подшипника и двигателя в целом.
Claims (1)
- Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя, при котором предварительно определяют первую критическую частоту вращения, при работе двигателя измеряют температуру подшипника и корпусную вибрацию, которую регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра, наблюдают за появлением в нем составляющих, по которым делают вывод о наличии дефекта недостаточной смазки подшипника, отличающийся тем, что изменяют частоту вращения ротора, наблюдают за появлением в спектре корпусной вибрации составляющих, равноотстоящих от составляющей на частоте вращения ротора, если они отстоят на величину первой критической частоты вращения и при этом увеличивается температура подшипника, делают вывод о появлении дефекта его недостаточной смазки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129020A RU2664748C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129020A RU2664748C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2664748C1 true RU2664748C1 (ru) | 2018-08-22 |
Family
ID=63286786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129020A RU2664748C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2664748C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2138046C1 (ru) * | 1998-03-18 | 1999-09-20 | Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН | Способ вибродиагностики смазочной способности масел узлов механизмов |
| FR2913769A1 (fr) * | 2007-03-12 | 2008-09-19 | Snecma Sa | Procede de detection d'un endommagement d'un roulement de palier d'un moteur |
| RU2460053C1 (ru) * | 2011-04-13 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ вибродиагностики дефекта смазки подшипника качения |
| RU2512610C2 (ru) * | 2009-01-13 | 2014-04-10 | Снекма | Способ и система контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы |
| RU2558007C2 (ru) * | 2009-11-04 | 2015-07-27 | Снекма | Способ обнаружения повреждения, по меньшей мере, одного опорного подшипника двигателя |
-
2017
- 2017-08-14 RU RU2017129020A patent/RU2664748C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2138046C1 (ru) * | 1998-03-18 | 1999-09-20 | Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного отделения РАН | Способ вибродиагностики смазочной способности масел узлов механизмов |
| FR2913769A1 (fr) * | 2007-03-12 | 2008-09-19 | Snecma Sa | Procede de detection d'un endommagement d'un roulement de palier d'un moteur |
| EP1970691B1 (fr) * | 2007-03-12 | 2011-05-25 | Snecma | Procédé de détection d'un endommagement d'un roulement de palier d'un moteur |
| RU2512610C2 (ru) * | 2009-01-13 | 2014-04-10 | Снекма | Способ и система контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы |
| RU2558007C2 (ru) * | 2009-11-04 | 2015-07-27 | Снекма | Способ обнаружения повреждения, по меньшей мере, одного опорного подшипника двигателя |
| RU2460053C1 (ru) * | 2011-04-13 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Способ вибродиагностики дефекта смазки подшипника качения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4787904B2 (ja) | 転がり軸受の余寿命診断方法 | |
| Bajric et al. | Review of vibration signal processing techniques towards gear pairs damage identification | |
| Tan et al. | Limitation of acoustic emission for identifying seeded defects in gearboxes | |
| CN104833510A (zh) | 加速度四个阶段频率轴承故障诊断法 | |
| Randall et al. | New cepstral methods for the diagnosis of gear and bearing faults under variable speed conditions | |
| Rodriguez-Donate et al. | Wavelet-based general methodology for multiple fault detection on induction motors at the startup vibration transient | |
| WO2014123443A1 (ru) | Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство | |
| RU2460053C1 (ru) | Способ вибродиагностики дефекта смазки подшипника качения | |
| RU2478923C2 (ru) | Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя | |
| El Morsy et al. | Rolling bearing fault diagnosis techniques-autocorrelation and cepstrum analyses | |
| RU2664748C1 (ru) | Способ диагностики технического состояния подшипника качения ротора газотурбинного двигателя | |
| RU2613047C1 (ru) | Способ вибрационной диагностики подшипниковых опор в составе газотурбинных двигателей с применением технического микрофона | |
| RU2658118C1 (ru) | Способ диагностики подшипниковых опор турбореактивного двигателя | |
| RU2297613C2 (ru) | Способ диагностики газотурбинного двигателя | |
| Thanagasundram et al. | Autoregressive based diagnostics scheme for detection of bearing faults | |
| Selami et al. | Gear Crack Detection Using Residual Signal and Empirical Mode Decomposition. | |
| Grządziela et al. | An application of order tracking procedure for diagnosis technical state of rotor system in shut-down process | |
| Osman et al. | Vibration Signature of Gear Pump of Missing One and Two Teeth | |
| Ebrahimi | Vibration Analysis for Fault Diagnosis of Rolling Element Bearing | |
| RU2624089C1 (ru) | Способ определения режимов работы газотурбинного двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник | |
| Fan et al. | Diagnosis of gear damage based on coefficient of variation method by analyzing vibration accelerations on one gear tooth | |
| RU2812379C1 (ru) | Способ диагностики технического состояния газотурбинного двигателя | |
| RU2495395C1 (ru) | Способ диагностики трансмиссии двухвального газотурбинного двигателя | |
| Roque et al. | An approach to fault diagnosis of rolling bearings | |
| Tahmasbi et al. | Diagnosis and root cause analysis of bearing failure using vibration analysis techniques |