WO2014123443A1 - Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство - Google Patents
Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014123443A1 WO2014123443A1 PCT/RU2013/000085 RU2013000085W WO2014123443A1 WO 2014123443 A1 WO2014123443 A1 WO 2014123443A1 RU 2013000085 W RU2013000085 W RU 2013000085W WO 2014123443 A1 WO2014123443 A1 WO 2014123443A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- vibration
- values
- engine
- frequencies
- rotor
- Prior art date
Links
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
- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/12—Testing internal-combustion engines by monitoring vibrations
-
- 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
Definitions
- the invention relates to tests of engines, and in particular relates to a method and apparatus for performing vibration diagnostics and predicting a sudden engine failure containing at least two rotors and one inter-rotor bearing (MCI), due to the destruction of the inter-rotor bearing.
- MCI inter-rotor bearing
- a known method of vibration diagnostics of the rotor bearings of twin-shaft gas turbine engines using a vibration sensor mounted on the engine housing, the vibration signal of the vibration sensor is amplified and converted into amplitude values and rms values, compare the level of the current characteristic time parameter with its allowable (threshold) level .
- the ratio of the amplitude and rms values of the vibration signal is used as a characteristic parameter, and tuning values are used as the acceptable level, which are set by the calibration dependence of the characteristic parameter level on the ratio of the amplitude values of the signal (RF patent for utility model j 87798, publ. 2009).
- GTE gas turbine engine
- a laser vibration transducer with a measuring head, a lens and an electronic unit is used as a means of measuring vibration signals, and a recorder-analyzer with the possibility of digital processing of vibration signals is used as a means of processing vibration signals (RF patent for utility model ⁇ 70005, publ. 2008)
- Measurement of vibration and diagnostics of the technical condition of the components and assemblies of the gas turbine engine was carried out in the process of starting the engine with low gas.
- the degree of development of defects in parts, assemblies, and drive units was estimated by the growth of such relative parameters as the total modulation coefficient in the direct and converted vibration spectra, and also take into account the nature of the change in the vibration levels of the diagnosed units at the rotational speeds of their shafts and higher harmonics.
- Aircraft gas turbine and / or turbojet engines containing at least two rotors and one inter-rotor bearing (MCI) have statistics of sudden engine failures due to MCI destruction.
- the destruction of the initially workable MCI can be sudden and caused by additional mechanical stresses arising, in particular, due to distortions of the rotors during assembly.
- the basis of the invention is the task of improving the reliability of operation of an engine containing at least two rotors and one inter-rotor bearing (MCI).
- MCI inter-rotor bearing
- the method of vibration diagnostics and prediction of sudden engine failure containing at least two rotors and one inter-rotor bearing (MCI)
- MCI inter-rotor bearing
- f ⁇ + f 2 , 2 f 2 + ff 2 - fi, 2 f 2 - f are used as combination frequencies 2 ff 2 , 2 fj + f 2 , as multiples - 2f 2f 2 , 3 fi, 3f 2 , 4f 4f 2 , 5 f 5 f 2 , 6 f ls 6f 2 , where f) is the frequency of rotation of the low-pressure rotor, f 2 -4acTOTa rotation of the high-pressure rotor, and place five vibration velocity sensors in points of the turbojet engine casing, informative regarding the state of MCI in the form of two groups, while one group of two sensors is placed on the VNA casing of the low pressure compressor, the other group of three sensors is placed on the intermediate casing of the compressor, each group being located in one
- threshold values were set previously by statistical analysis of vibration signals of engines with operable and defective MCI at diagnostic frequencies.
- a device for the implementation of the method of vibration diagnostics and prediction of sudden engine failure, a device is used, made, for example, in the form of an electronic computing unit or specialized software loaded into a processor that has instructions stored on it that, when executed, cause conversion of sensor signals into digital information signals, their further conversion to the Fourier spectrum, selection of diagnostic frequencies in the form of a combination of GOVERNMENTAL rotor rotation frequency and / or multiples of the frequencies rotor rotation, filtering information vibration signals and highlighting the maximum values at the diagnostic frequencies, correcting the selected maximum values, comparing the adjusted maximum values with threshold values and choosing more than threshold values.
- the commands determining the correction of the maximum values correct the maximum values for the error of the vibration sensor as follows: the selected maximum value at the combination or multiple frequency is multiplied by the reciprocal sensitivity of the amplitude-frequency characteristic of the vibration sensor itself at the same frequency.
- FIG. 1- illustrates the layout of vibration velocity and / or acceleration sensors in certain places of the housing of a two-rotor turbojet engine with MCI, which are of informative interest about the state of MCI
- FIG. 3 is a view of an information signal with an amplitude-frequency characteristic of a running engine, illustrating the detection at a diagnostic frequency of a value below a threshold
- FIG. 4 is a view of an information signal with an amplitude-frequency characteristic of a running engine, illustrating the detection at a diagnostic frequency of a value higher than a threshold.
- the vibration signals of the vibration velocity and / or acceleration sensors installed at points of the motor housing that are informative about the state of the MCI into digital informational vibration signals.
- the indicated points can serve as points in the cross section of the rotor bodies, in particular high and / or low pressure rotors and others defined for each type of engine.
- Values are calculated showing the correlation of informational vibration signals and threshold values at diagnostic frequencies in the form of combination rotor speeds and / or multiples of rotor speeds.
- Threshold values are preliminarily set by statistical analysis of vibration signals of engines with operable and defective MCI at diagnostic frequencies.
- the vibration signals are converted into a spectrum, for example, by the Fourier transform, and the maximum values at the diagnostic frequencies are extracted in it by spectral analysis.
- Each maximum value of the informational vibration signal corresponds to one of a plurality with respect to threshold values.
- the indicated maximum values are corrected for the error of the vibration sensors.
- the values obtained show a correlation with threshold values. Correction can be performed, for example, according to the amplitude-frequency characteristic of the sensor of a given vibration signal.
- a newly manufactured or repaired engine containing at least two rotors and one inter-rotor bearing (MCI) is mounted on a test stand for conducting presentation or acceptance tests before being put into operation.
- MCI inter-rotor bearing
- the method can be implemented on board an aircraft in operation without a bench installation.
- the analog signals of vibration sensors and rotor speed sensors of the engine rotors are introduced into the device via an analog-to-digital conversion (ADC) board and carry out the corresponding calculations and detections.
- ADC analog-to-digital conversion
- the device can be made in the form of an electronic computing unit and / or specialized software, embedded in a processor, a computer.
- the execution of the control commands causes the conversion of the sensor signals into digital information signals, their further conversion to the Fourier spectrum, the choice of diagnostic frequencies in the form of combination frequencies of rotors and / or rotors rotational speeds that are multiple to the rotational frequencies, filtering of information vibration signals and highlighting the maximum values at diagnostic frequencies, correcting the selected maximum values, comparing adjusted maximum values with threshold values and selecting values greater than threshold values.
- the best variant of the method is shown by the example of vibration diagnostics and predicting the sudden failure of a new aircraft turbojet engine with two rotors and one inter-rotor bearing (MCI) during acceptance tests.
- MCI inter-rotor bearing
- Engine 4 (FIG. 1) is mounted on a stand (not shown) for acceptance tests.
- the engine 4 contains a low pressure rotor 1 (RND), a high pressure rotor 2 (RVD), an inter-rotor bearing 3 (MCI), has an input guide vane body (VNA) 5 of a low pressure compressor, an intermediate compressor case 6.
- RMD low pressure rotor 1
- RVD high pressure rotor 2
- MCI inter-rotor bearing 3
- VNA input guide vane body
- a low pressure compressor an intermediate compressor case 6
- vibration sensors which may be known vibration velocity and / or acceleration sensors.
- the sensors are installed as follows.
- a group of two sensors - sensor 7 and sensor 8 - are placed on the BHA 5 housing of the low-pressure compressor in cross-section AA in horizontal and vertical directions perpendicular to the axis of the engine, another group - sensor 9, sensor 10, sensor 1 1 - is placed on the intermediate housing 6 of the compressor in the cross section BB in horizontal and vertical directions perpendicular to the axis of the engine.
- Each group is located in one cross section (figure 1).
- the received analog signals of vibration sensors are supplied to a device made, for example, in the form of an electronic computing unit or specialized software loaded into a processor. According to the commands stored in it, the signals are digitized, the digitized information vibrational signals are converted into the spectrum by the Fourier transform and the spectral analysis identifies the maximum correlation values at the diagnostic frequencies in the form of combination rotor rotational frequencies and / or multiples of rotor rotational frequencies.
- the selected maximum values are corrected for the error of the vibration sensor as follows: the selected maximum value at the combination or multiple frequency is multiplied by the reciprocal of the sensitivity found by the amplitude-frequency characteristics of the vibration sensor itself at the same frequency (Fig. 2).
- the resulting adjusted maximum values are values showing the correlation of information vibration signals and threshold values at diagnostic frequencies.
- Each of the obtained adjusted maximum values is compared with its own threshold value, which is pre-set by statistical analysis of vibration signals of engines with operable and defective MCI for the same combination and multiple frequencies.
- the corrected values are less than threshold values, as a result of which a sudden engine failure due to the destruction of the rotor bearing is not predicted.
- the engine is operational for the specified resource.
- the present invention can be most widely used for bearer or acceptance tests of aircraft engines before being put into operation.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- 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
Изобретение относится к испытаниям двигателей. При вибрационной диагностике и прогнозировании внезапного отказа вследствие разрушения межроторного подшипника турбореактивного двигателя, содержащего два ротора и один межроторный подшипник (МРП), вибросигналы датчиков виброскорости и/или виброускорения, установленных в точках корпуса двигателя, информативных относительно состояния МРП, преобразуют в информационные вибросигналы. Вычисляют значения, показывающие корреляцию информационных вибросигналов и пороговых значений на диагностических частотах. При вычислении осуществляют преобразование вибросигналов в спектр преобразованием Фурье, спектральным анализом выделяют в нем максимальные значения на диагностических частотах в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных частотам вращения роторов, каждое из которых соответствует одному из множества по отношению к пороговым значениям. Техническим результатом является снижение риска внезапного отказа двигателя вследствие спрогнозированного выхода из строя МРП.
Description
Способ вибрационной диагностики и прогнозирования
внезапного отказа двигателя и устройство.
Область техники.
Изобретение относится к испытаниям двигателей, а именно касается способа и устройства для осуществления вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя, содержащего, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), вследствие разрушения межроторного подшипника. Предшествующий уровень техники
Известен способ вибрационной диагностики межроторных подшипников двухвальных газотурбинных двигателей (ГТД), с помощью датчика вибрации, установленного на корпусе двигателя, вибросигнал датчика вибрации усиливают и преобразуют в амплитудные значения и среднеквадратичные значения, сравнивают уровень текущего во времени характеристического параметра с его допустимым (пороговым) уровнем. В качестве характеристического параметра используют соотношение амплитудного и среднеквадратичного значений вибросигнала, а в качестве допустимого уровня используют настроечные значения, устанавливаемые по тарировочной зависимости уровня характеристического параметра от
соотношения амплитудных значений сигнала (патент РФ на полезную модель j 87798, опубл.2009).
Известен способ диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов газотурбинного двигателя (ГТД), при котором измеренные вибросигналы обрабатывают для получения информации о техническом состоянии деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД. В качестве средства измерения вибросигналов используют лазерный вибропреобразователь с измерительной головкой, объективом и электронным блоком, а в качестве средства обработки вибросигналов - регистратор- анализатор с возможностью цифровой обработки вибросигналов (патент РФ на полезную модель Ν» 70005, опубл.2008)
Измерение вибрации и диагностика технического состояния узлов и агрегатов ГТД выполнялось в процессе запуска двигателя на малом газу. Степень развития дефектов деталей, узлов и приводных агрегатов оценивалась по росту таких относительных параметров как суммарный коэффициент модуляции в прямом и преобразованным спектрами вибрации, а также учитывают характер изменения уровней виброскрости диагностируемых агрегатов на частотах вращения их валов и высших гармониках.
В известных технических решениях при запусках двигателя на заводских стендах диагностика проводилась для выявления зарождающихся и развивающихся дефектов износа деталей, узлов и приводных агрегатов гтд.
Известен способ диагностики состояния двигателей, при котором предварительно подготовленную пробу вводят в спектральный источник света, регистрируют оптические сигналы излучения по двум или более измерительным каналам, преобразуют оптические сигналы в электрические, измеряют их, и определяют содержание элементов, находящихся в пробе отдельно в виде металлических частиц и в виде раствора. Полученные результаты используют для оценки состояния двигателя и его узлов. При
осуществлении способа измеряют также количество частиц износа, строят корреляционную матрицу, выделяют главную компоненту, проводят факторный анализ и рассчитывают коэффициенты, позволяющие отделить диагностическую информацию от шумовой (заявка РФ N° 20061 19726, опуб. 2007).
Известные технические решения не позволяют при испытаниях прогнозировать внезапный отказ двигателя, содержащего, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), вследствие разрушения межроторного подшипника.
Авиационные газотурбинные и/или турбореактивные двигатели, содержащие, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), имеют статистику внезапных отказов двигателей вследствие разрушения МРП.
При этом все известные способы диагностики при испытаниях не выявляют дефекты МРП и двигатель даже с изначально дефектным МРП признаётся работоспособным.
Кроме этого, разрушение изначально работопригодного МРП может быть внезапным и вызвано дополнительными механическими нагрузками, возникающими, в частности из-за перекосов роторов при сборке.
Все известные способы ранее такие отказы не позволяют прогнозировать.
Разрушения МРП носят аварийный характер с тяжелыми последствиями, особенно для авиационного двигателя. Краткое описание изобретения
В основу изобретения положена задача повышения надежности эксплуатации двигателя, содержащего, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП).
Техническим результатом является доэксплуатационное прогнозирование внезапного отказа двигателя вследствие разрушения МРП в течение установленного ресурса.
Поставленная задача решается тем, что способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя, содержащего, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), включает этапы, при которых вибросигналы датчиков, установленных на двигателе, информативных относительно состояния МРП, преобразуют в цифровые информационные вибросигналы и вычисляют значения, показывающие корреляцию информационных вибросигналов и пороговых значений на диагностических частотах, и обнаруживают, является ли значение, показывающее корреляцию, больше порогового значения, прогнозирующую разрушение МРП, при этом при вычислении осуществляют преобразование вибросигналов в спектр, например, преобразованием Фурье, спектральным анализом выделяют в нем максимальные значения на диагностических частотах в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных частотам вращения роторов, каждое из которых соответствует одному из множества по отношению к пороговым значениям, и корректируют указанные максимальные значения на погрешность вибродатчиков, преобразуя в значения, показывающие корреляцию, а на этапе обнаружения осуществляют прогноз разрушения МРП в течение установленного ресурса, если, по меньшей мере, одно из упомянутых значений корреляции больше порогового значения.
При вибрационной диагностике и прогнозировании внезапного отказа вследствие разрушения межроторного подшипника турбореактивного двигателя, содержащего два ротора и один межроторный подшипник (МРП), в качестве комбинационных частот используют f\+ f2, 2 f2+ f f2- fi, 2 f2- f 2 f f2, 2 fj+ f2, в качестве кратных - 2f 2f2, 3 fi, 3f2, 4f 4f2, 5 f 5 f2, 6 fl s 6f2, где f) — частота вращения ротора низкого давления, f2-4acTOTa вращения ротора высокого давления, и размещают пять датчиков виброскорости в
точках корпуса турбореактивного двигателя, информативных относительно состояния МРП в виде двух групп, при этом одну группу в два датчика размещают на корпусе ВНА компрессора низкого давления, другую группу в три датчика - на промежуточном корпусе компрессора, причем каждая группа расположена в одном поперечном сечении корпусов в горизонтальном и вертикальном направлении перпендикулярно оси двигателя.
Целесообразно, чтобы пороговые значения были установлены предварительно статистическим анализом вибросигналов двигателей с работоспособными и дефектными МРП на диагностических частотах.
Максимальные значения на диагностических частотах целесообразно скорректировать на погрешность датчика вибрации по амплитудно-частотной характеристике.
Кроме того, целесообразно, чтобы были преобразованы в информационные и вычислены значения вибросигналов датчиков виброскорости и/или виброускорения при прохождении двигателем всех режимов при частоте вращения роторов от 0 до максимальных значений.
В случае, если хотя бы одно из скоррелированных значений больше собственного порогового значения, прогнозируют внезапный отказ двигателя вследствие разрушения межроторного подшипника в течение установленного ресурса.
Поставленная задача решается также тем, что для осуществления способа вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя используется устройство, выполненное, например, в виде электронно-вычислительного блока или специализированного программного обеспечения, загруженного в процессор, имеющее хранящиеся на нем команды, которые при их выполнении вызывают преобразование сигналов датчиков в цифровые информационные сигналы, дальнейшее их преобразование в спектр Фурье, выбор диагностических частот в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных к частотам
вращения роторов, фильтрацию информационных вибросигналов и выделение максимальных значений на диагностических частотах, коррекцию выделенных максимальных значений, сравнение скорректированных максимальных значений с пороговыми значениями и выбор значений больше пороговых. Целесообразно, чтобы команды, определяющие коррекцию максимальных значений, корректировали максимальные значения на погрешность датчика вибрации следующим образом: выбранное максимальное значение на комбинационной или кратной частоте умножают на величину обратную чувствительности амплитудно-частотной характеристики собственно датчика вибрации на той же частоте.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и фигурами, где : Фиг. 1- иллюстрирует схему размещения датчиков виброскорости и/или виброускорения в определенных местах корпуса двухротороного турбореактивного двигателя с МРП, представляющих информативный интерес о состоянии МРП
Фиг.2 - вид амплитудно-частотной характеристики собственно датчика вибрации
Фиг. 3- вид информационного сигнала с амлитудно- частотной характеристикой работающего двигателя, иллюстрирующего обнаружение на диагностической частоте значения ниже порогового
Фиг. 4- вид информационного сигнала с амлитудно- частотной характеристикой работающего двигателя, иллюстрирующего обнаружение на диагностической частоте значения выше порогового.
При осуществлении способа вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя, содержащего, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), согласно изобретению, вибросигналы датчиков виброскорости и/или виброускорения, установленных в точках корпуса двигателя, информативных относительно состояния МРП, преобразуют в цифровые информационные вибросигналы.
Указанными точками могут служить точки в сечении корпусов роторов, в частности роторов высокого и/или низкого давления и иные, определяемые для каждого типа двигателя.
Вычисляют значения, показывающие корреляцию информационных вибросигналов и пороговых значений на диагностических частотах в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных к частотам вращения роторов.
В качестве комбинационных частот могут быть использованы, в частности частоты mf2 ± kf в качестве кратных - kfi; mf2, где к = 1... 10, т= 1... 10.
Пороговые значения устанавливают предварительно статистическим анализом вибросигналов двигателей с работоспособными и дефектными МРП на диагностических частотах.
При вычислении осуществляют преобразование вибросигналов в спектр, например, преобразованием Фурье, и спектральным анализом выделяют в нем максимальные значения на диагностических частотах. Каждому максимальному значению информационного вибросигнала соответствует одно из множества по отношению к пороговым значениям. Указанные максимальные значения корректируют на погрешность вибродатчиков. Полученные значения показывают корреляцию с пороговыми значениями. Коррекция может быть выполнена, например, по амплитудно- частотной характеристике датчика данного вибросигнала.
Затем осуществляют обнаружение, является ли, по меньшей мере, одно из упомянутых значений корреляции больше порогового значения.
В случае, если хотя бы одно из скоррелированных значений больше своего порогового значения, прогнозируют внезапный отказ двигателя вследствие разрушения межроторного подшипника в течение установленного ресурса.
Для осуществления способа вновь изготовленный или отремонтированный двигатель, содержащий, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), устанавливают на испытательный
стенд для проведения предъявительских или приёмосдаточных испытаний перед отправкой в эксплуатацию.
Способ может быть осуществлен и на борту летательного аппарата, находящегося в эксплуатации без стендовой установки.
Аналоговые сигналы датчиков вибрации и датчиков частот вращения роторов двигателя вводят в устройство через плату аналогово-цифрового преобразования (АЦП) и проводят соответствующие вычисления и обнаружения.
Устройство может быть выполнено в виде электронно-вычислительного блока и/или специализированного программного обеспечения, зафуженного в процессор, компьютер. Выполнение управляющих команд вызывает преобразование сигналов датчиков в цифровые информационные сигналы, дальнейшее их преобразование в спектр Фурье, выбор диагностических частот в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных к частотам вращения роторов, фильтрацию информационных вибросигналов и выделение максимальных значений на диагностических частотах, коррекцию выделенных максимальных значений, сравнение скорректированных максимальных значений с пороговыми значениями и выбор значений больше пороговых.
Лучший вариант осуществления изобретения.
Лучший вариант осуществления способа показан на примере осуществления вибродиагностики и прогнозирования внезапного отказа нового авиационного турбореактивного двигателя с двумя роторами и одним межроторным подшипником (МРП) при приёмосдаточных испытаниях.
Двигатель 4 (фиг.1) устанавливают на стенд (не показан) для приемо- сдаточных испытаний. Двигатель 4 содержит ротор 1 низкого давления (РНД), ротор 2 высокого давления (РВД), межроторный подшипник 3 (МРП), имеет корпус входного направляющего аппарата (ВНА) 5 компрессора низкого давления, промежуточный корпус 6 компрессора.
На корпусах двигателя 4 в местах корпуса, представляющих информативный интерес о состоянии МРП, устанавливают пять вибрационных датчиков. Это могут быть известные датчики виброскорости и/или виброускорения.
Датчики устанавливают следующим образом.
Группу два датчика - датчик 7 и датчик 8- размещают на корпусе ВНА 5 компрессора низкого давления в поперечном сечении А-А в горизонтальном и вертикальном направлениях перпендикулярно оси двигателя, другую группу - датчик 9, датчик 10, датчик 1 1 - размещают на промежуточном корпусе 6 компрессора в поперечном сечении Б-Б в горизонтальном и вертикальном направлениях перпендикулярно оси двигателя. Каждая группа расположена в одном поперечном сечении ( фиг.1).
Включают двигатель и осуществляют работу двигателя на основных режимах: «Запуск двигателя- Малый Газ - Крейсерский- Максимальный- Малый Газ — Останов двигателя» во всём эксплуатационном диапазоне частот вращения роторов от 0 до 100%. Время работы на каждом режиме для достижения информативности вибросигнала, не менее 5 секунд.
Во время работы двигателя осуществляют непрерывную запись сигналов.
Полученные аналоговые сигналы датчиков вибрации поступают в устройство, выполненное, например, в виде электронно-вычислительного блока или специализированного программного обеспечения, загруженного в процессор. По имеющимся, хранящимся в нем командам, сигналы оцифровываются, оцифрованные информационные вибросигналы преобразуются в спектр преобразованием Фурье и спектральным анализом выделяются максимальные значения корреляции на диагностических частотах в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных к частотам вращения роторов. В качестве комбинационных частот используют fi+ f2, 2 f2+ f*i, f2- f 2 f2- f,, 2 fr f2, 2 f,+ f2, в качестве кратных - 2f 2f2, 3 fb 3f2, 4fj, 4f2, 5 fb 5 f2, 6 fi, 6f2, где fj - частота вращения ротора низкого давления, ^-частота вращения ротора высокого давления.
Выбранные максимальные значения корректируют на погрешность датчика вибрации следующим образом: выбранное максимальное значение на комбинационной или кратной частоте умножают на величину обратную чувствительности, найденной по амплитудно-частотной характеристики собственно датчика вибрации на той же частоте (фиг.2). Полученные скорректированные максимальные значения являются значениями, показывающими корреляцию информационных вибросигналов и пороговых значений на диагностических частотах.
Каждое из полученных скорректированных максимальных значений сравнивают с собственным пороговым значением, которое предварительно установлено статистическим анализом вибросигналов двигателей с работоспособными и дефектными МРП для той же комбинационной и кратной частоты.
На фиг. 3 показано, что скорректированное значение виброскорости на частоте fi+f2 составляет х=0,791. Пороговое значение на этой частоте равно 9 (хп=9). Таким образом, обнаружено, что на указанной частоте значение меньше порогового.
Аналогичное сравнение были проведены на остальных комбинационных и кратных частотах.
В результате диагностики было обнаружено, что на всех комбинационных и кратных частотах скорректированные значения меньше пороговых, вследствие чего внезапный отказ двигателя из-за разрушения межроторного подшипника не прогнозируют. Двигатель работоспособен в течение установленного ресурса.
В другом аналогичном двигателе (фиг.4) было обнаружено, что скорректированное значение виброскорости на частоте fi-+-f* 2 составляет х=10,394. Пороговое значение на этой частоте равно 9 (хп=9). Таким образом, обнаружено, что на указанной частоте значение больше порогового.
Аналогичное сравнение проводят на остальных комбинационных и кратных частотах.
В результате диагностики обнаружено, что на всех других комбинационных и кратных частотах скорректированные значения меньше пороговых. Однако, так как обнаружено одно из скорректированных значений больше собственного порогового значения, прогнозируют внезапный отказ двигателя вследствие разрушения межроторного подшипника. Двигатель не работоспособен в течение установленного ресурса.
Промышленная применимость
Предлагаемое изобретение может быть наиболее широко использовано для проведения предъявительских или приёмосдаточных испытаний авиадвигателей перед отправкой в эксплуатацию.
Claims
1. Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя, содержащего, по меньшей мере, два ротора и один межроторный подшипник (МРП), включающий этапы, при- которых вибросигналы датчиков, установленных на двигателе, информативных относительно состояния МРП, преобразуют в цифровые информационные вибросигналы, и вычисляют значения, показывающие корреляцию информационных вибросигналов и пороговых значений на диагностических частотах, и обнаруживают, является ли значение, показывающее корреляцию, больше порогового значения, прогнозирующую разрушение МРП, при этом при вычислении осуществляют преобразование вибросигналов в спектр, например, преобразованием Фурье, спектральным анализом выделяют в нем максимальные значения на диагностических частотах в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных частотам вращения роторов, каждое из которых соответствует одному из множества по отношению к пороговым значениям, и корректируют указанные максимальные значения на погрешность вибродатчиков, преобразуя в значения, показывающие корреляцию, а на этапе обнаружения осуществляют прогноз разрушения МРП в течение установленного ресурса, если, по меньшей мере, одно из упомянутых значений корреляции больше порогового значения.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что при вибрационной диагностике и прогнозировании внезапного отказа вследствие разрушения межроторного подшипника авиационного турбореактивного двигателя, содержащего два ротора и один межроторный подшипник (МРП), в качестве комбинационных частот используют f)+ f2, 2 f2+ fi 5 f2- ft, 2 f2- fu 2 fr f2, 2 f)+ f2, в качестве
кратных - 2f 2f2, 3 ft, 3f2, 4fi, 4f2, 5ft, 5f2,
, 6f2, где ft - частота вращения ротора низкого давления, f2-4acTOTa вращения ротора высокого давления, и размещают пять датчиков виброскорости в точках корпуса турбореактивного двигателя, информативных относительно состояния МРП в виде двух групп, при этом одну группу в два датчика размещают на корпусе входного направляющего аппарата компрессора низкого давления, другую группу в три датчика - на промежуточном корпусе компрессора, причем каждая группа расположена в одном поперечном сечении корпусов в горизонтальном и вертикальном направлении перпендикулярно оси двигателя.
3. Способ по п.1 или п.2 отличающийся тем, что дополнительно включает этап формирования пороговых значений, при котором пороговые значения устанавливают предварительно статистическим анализом вибросигналов двигателей с работоспособными и дефектными МРП на диагностичексих частотах.
4. Способ по п.1 или п.2 отличающийся тем, что максимальные значения на диагностических частотах корректируют на погрешность датчика вибрации по амплитудно-частотной характеристике.
5. Способ по п.1 или п.2 отличающийся тем, что преобразуют в информационные и вычисляют значения вибросигналы датчиков виброскорости и/или виброускорения при прохождении двигателем всех режимов при частоте вращения роторов от 0 до максимальных значений.
6. Устройство для осуществления способа по п.1, выполненное, например, в виде электронно-вычислительного блока или специализированного программного обеспечения, загруженного в процессор, имеющее хранящиеся на нем команды, которые при их выполнении вызывают преобразование сигналов датчиков в цифровые информационные сигналы, дальнейшее их преобразование в спектр Фурье, выбор диагностических частот в виде комбинационных частот вращения роторов и/или кратных к частотам вращения роторов, фильтрацию информационных вибросигналов и
выделение максимальных значений на диагностических частотах, коррекцию выделенных максимальных значений, сравнение скорректированных максимальных значений с пороговыми значениями и выбор значений больше пороговых.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что команды, определяющие коррекцию максимальных значений, корректируют максимальные значения на погрешность датчика вибрации следующим образом: выбранное максимальное значение на комбинационной или кратной частоте умножают на величину обратную чувствительности амплитудно-частотной характеристики собственно датчика вибрации на той же частоте.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2013/000085 WO2014123443A1 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2013/000085 WO2014123443A1 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014123443A1 true WO2014123443A1 (ru) | 2014-08-14 |
Family
ID=51299953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2013/000085 WO2014123443A1 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2014123443A1 (ru) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106096154A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-09 | 北京信息科技大学 | 一种小波包时域信号流形学习故障诊断方法 |
| CN106959158A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-07-18 | 国家电网公司 | 一种抽水蓄能机组振动监测方法及监测系统 |
| CN111428386A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-17 | 杭州电子科技大学 | 基于复杂网络的电梯曳引机转子故障诊断信息融合方法 |
| GB2585043A (en) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | Perkins Engines Co Ltd | Method and apparatus for predicting turbocharger failure modes |
| CN112162197A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-01 | 贵州北盘江电力股份有限公司光照分公司 | 一种立式机组定转子中心偏移故障的在线诊断方法 |
| CN113108892A (zh) * | 2020-01-09 | 2021-07-13 | 珠海格力电器股份有限公司 | 压缩机的气体轴承磨损测试方法 |
| CN114658645A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种往复压缩机的多源信号融合预警方法 |
| CN116907863A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-20 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机振动特征变化与构件损伤监视和预判方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU741086A1 (ru) * | 1977-12-09 | 1980-06-15 | Предприятие П/Я В-2504 | Устройство дл обнаружени диагностических сигналов |
| US20030045992A1 (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-06 | Humerickhouse Charles Edward | Diagnostic method and system for turbine engines |
| WO2003056284A2 (en) * | 2001-11-16 | 2003-07-10 | Goodrich Pump & Engine Control Systems, Inc. | Vibration monitoring system for gas turbine engines |
-
2013
- 2013-02-06 WO PCT/RU2013/000085 patent/WO2014123443A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU741086A1 (ru) * | 1977-12-09 | 1980-06-15 | Предприятие П/Я В-2504 | Устройство дл обнаружени диагностических сигналов |
| US20030045992A1 (en) * | 2001-08-31 | 2003-03-06 | Humerickhouse Charles Edward | Diagnostic method and system for turbine engines |
| WO2003056284A2 (en) * | 2001-11-16 | 2003-07-10 | Goodrich Pump & Engine Control Systems, Inc. | Vibration monitoring system for gas turbine engines |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106096154A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-09 | 北京信息科技大学 | 一种小波包时域信号流形学习故障诊断方法 |
| CN106959158A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-07-18 | 国家电网公司 | 一种抽水蓄能机组振动监测方法及监测系统 |
| GB2585043B (en) * | 2019-06-25 | 2021-12-22 | Perkins Engines Co Ltd | Method and apparatus for predicting turbocharger failure modes |
| GB2585043A (en) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | Perkins Engines Co Ltd | Method and apparatus for predicting turbocharger failure modes |
| US11391199B2 (en) | 2019-06-25 | 2022-07-19 | Perkins Engines Company Limited | Method and apparatus for predicting turbocharger failure modes |
| CN113108892A (zh) * | 2020-01-09 | 2021-07-13 | 珠海格力电器股份有限公司 | 压缩机的气体轴承磨损测试方法 |
| CN111428386A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-17 | 杭州电子科技大学 | 基于复杂网络的电梯曳引机转子故障诊断信息融合方法 |
| CN111428386B (zh) * | 2020-04-22 | 2023-04-18 | 杭州电子科技大学 | 基于复杂网络的电梯曳引机转子故障诊断信息融合方法 |
| CN112162197A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-01 | 贵州北盘江电力股份有限公司光照分公司 | 一种立式机组定转子中心偏移故障的在线诊断方法 |
| CN114658645A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种往复压缩机的多源信号融合预警方法 |
| CN114658645B (zh) * | 2022-03-15 | 2023-10-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种往复压缩机的多源信号融合预警方法 |
| CN116907863A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-20 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机振动特征变化与构件损伤监视和预判方法 |
| CN116907863B (zh) * | 2023-09-12 | 2023-11-28 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机振动特征变化与构件损伤监视和预判方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2484442C1 (ru) | Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и носитель | |
| WO2014123443A1 (ru) | Способ вибрационной диагностики и прогнозирования внезапного отказа двигателя и устройство | |
| RU2480806C2 (ru) | Способ анализа функционирования газовой турбины | |
| US7770458B2 (en) | Method of detecting damage to an engine bearing | |
| JP5216903B2 (ja) | 歯車噛み合い障害検出の側波帯エネルギー比率方法 | |
| JP4787904B2 (ja) | 転がり軸受の余寿命診断方法 | |
| US20090301055A1 (en) | Gas Turbine Engine Systems and Methods Involving Vibration Monitoring | |
| KR101482509B1 (ko) | 베어링 결함 진단 시스템 및 그 진단 방법 | |
| RU2300116C2 (ru) | Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств | |
| JPH07168619A (ja) | 機器／設備診断方法およびシステム | |
| US10895873B2 (en) | Machine health monitoring of rotating machinery | |
| RU2551447C1 (ru) | Способ вибрационной диагностики технического состояния подшипниковой опоры ротора двухвального газотурбинного двигателя | |
| RU2339049C1 (ru) | Способ диагностики электродвигателя переменного тока и связанных с ним механических устройств | |
| RU2478923C2 (ru) | Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя | |
| RU2613047C1 (ru) | Способ вибрационной диагностики подшипниковых опор в составе газотурбинных двигателей с применением технического микрофона | |
| Lim et al. | Improved blade fault diagnosis using discrete Blade Passing Energy Packet and rotor dynamics wavelet analysis | |
| JP6869156B2 (ja) | 状態監視装置および状態監視方法 | |
| RU2730109C1 (ru) | Способ мониторинга вибрации щеточно-коллекторных узлов электродвигателей постоянного тока | |
| RU2658118C1 (ru) | Способ диагностики подшипниковых опор турбореактивного двигателя | |
| KR101482511B1 (ko) | 위상 지연과 데이터 분포 형상지수를 이용한 베어링 결함 진단 시스템 및 그 진단 방법 | |
| Thanagasundram et al. | Autoregressive based diagnostics scheme for detection of bearing faults | |
| US7580802B2 (en) | Method of determining condition of a turbine blade, and utilizing the collected information for estimation of the lifetime of the blade | |
| US10345194B2 (en) | Detection device for initiating failures of a mechanical system | |
| RU2444039C1 (ru) | Способ и устройство диагностики технологического устройства с использованием сигнала датчика технологического параметра | |
| Byington et al. | Recent case studies in bearing fault detection and prognosis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13874403 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13874403 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |