Спосіб оцінки технічного стану підшипників трансмісії авіаційних двигунів
Власники патенту UA 2251674:
Винахід відноситься до авіаційної техніки і може бути використане для оцінки технічного стану двигунів, машин і механізмів з вібровимірювань і характеристиками металевих частинок зносу, виявлених в мастилах, паливах і спеціальних рідинах. Спосіб включає ударно-імпульсний контроль, при якому датчик для реєстрації вібрації за допомогою штанги встановлюють всередину валу турбіни низького тиску в зоні вузла міжвального підшипника на непрацюючому двигуні, вимірюють в процесі вільного обертання ротора середнє значення амплітуд вібросигналів, порівнюють їх з поріговим допомогою сцинтиляційного аналізу визначають рівень параметрів частинок зносу в маслі та(або) в змиві з маслофільтра досліджуваного двигуна, за яким оцінюють склад сплаву, що зношується, і за наявності частинок зносу в маслі, що відносяться до різних підшипників, за перевищенням рівня параметрів частинок зносу і рівня оцінюють технічний стан того чи іншого підшипника трансмісії Технічним результатом є роздільна оцінка технічного стану підшипника турбіни високого тиску та міжвального підшипника. 1 табл.
Пропонований винахід відноситься до авіаційної техніки і може бути використане для оцінки технічного стану двигунів, машин і механізмів з вібровимірювання і характеристиками металевих частинок зносу, виявлених в мастилах, паливах і спеціальних рідинах, зокрема до роздільної оцінки технічного стану роликопідшипників турбіни високого тиску ( ТВД) та міжвального (МВП).
Відомий спосіб діагностики технічного стану механізмів [1] за вібраційними параметрами, що полягає в тому, що на одному вузлі механізму встановлюютьакселерометри в трьох стандартних напрямках, реєструють вихідні сигнали та обробляють їх, використовуючи взаємний спектральний та кореляційний аналізи, для обробки сигналів використовують математичний апарат функції когерентності, виявляють конкретний дефект розподілу рівнів когерентних кратних гармонійних складових спектру.
Відомий спосіб діагностики, заснований на віброакустичному методі виявлення пошкоджень підшипників трансмісії. У штатній системі віброконтролю вібродатчики встановлюються на розділовому корпусі та на кронштейні задньої підвіски двигуна, при цьому вібрація від дефектного підшипника ТВД послаблюється пружно-демпферною опорою, тому вібрація на корпусах в районі установки датчиків зростає лише при значному пошкодженні підшипника ТВД.
Найближчим аналогом є спосіб оцінки технічного стану підшипників трансмісії, що включає розпізнавання ранніх стадій прояву дефекту міжвального роликопідшипника ударно-імпульсним контролем за допомогою ІВУ-1М приладу [4]. Метод полягає у встановленні датчика АНС-014-02 за допомогою штанги всередину валу турбіни низького тиску (HД) у зоні вузла міжвального підшипника на двигуні, що не працює. Ротор КВД обертають від ручки за допомогою ключа від запасного приводу задньої коробки приводів з частотою 100...120 об/хв при зафіксованому в одному з 6 положень ротора КНД. Вимірюючи у процесі вільного обертання ротора КВД (зі знятою ручкою приводу) середнє значення амплітуд вібросигналів, порівнюють їх з допустимим пороговим рівнем.
Метод ударно-імпульсного контролю, як і прилади, що використовують його, мають ряд недоліків, які визначають відсоток достовірності діагнозу, що видається цим приладом. При імпульсно-ударному методі можлива наявність високого рівнявібрації, не пов'язане з наявністю дефектів вузлів та деталей, що омиваються маслом, у тому числі і підшипників трансмісії.
Відомо, що через недосконалість апаратури за показаннями приладів для вимірювання вібрації знімається до 15% двигунів, де заявлений експлуатантом дефект не підтвердився при заводських дослідженнях двигуна. Тобто. трапляються випадки і досить часто, коли імпульсно-вібраційний контроль показує наявність високого рівня вібрації, не пов'язаної з дефектом МВП.
Завданням пропонованого винаходу є створення комплексного методу діагностування підшипників трансмісії з роздільною оцінкою технічного стану підшипника ТВД та МВП.
Поставлене завдання досягається тим, що в способі оцінки технічного стану підшипників трансмісії авіаційного двигуна, що включає ударно-імпульсний контроль, при якому датчик для реєстрації вібрації за допомогою штанги встановлюють внутрішньо валу турбіни низького тиску в зоні вузла міжвального підшипника на непрацюючому двигуні, вимірюють в процесі обертання ротора середнє значення амплітуд вібросигналів, що порівнюють їх з пороговим допустимим рівнем.
Новим у заявляється способі є те, що додатково за допомогою сцинтиляційного аналізу визначають рівень параметрів частинок зносу в олії і(або) в змиві з маслофільтра досліджуваного двигуна, за яким оцінюють склад сплаву, що зношується, і за наявності частинок зносу в маслі, що відносяться до підшипників, за рівнем частинок зносу та рівнем вібрації оцінюють технічний стан того чи іншого підшипника трансмісії.
Спосіб здійснюється наступним чином:
За допомогою сцинтиляційного методу визначають рівень параметрів частинок зносу в маслі та (або) в змиві з маслофільтра досліджуваного двигунастатистичної моделі справного двигуна оцінюється технічний стан підшипників трансмісії [5].
Пробу досліджуваної рідини, взяту з двигуна, попередньо готують шляхом розведення, якщо це необхідно. Потім "озвучують" ультразвуком для приведення металевих частинок зносу, що знаходяться в ній, у зважений стан. Попередньо підготовлену пробу за допомогою розпилювача перетворюють на дрібнодисперну золь. Розпилювач працює в такому режимі, що частинки надходять до плазми послідовно по одній. Отриманий золь, що складається з крапель рідини та частинок металів, потоком газу, що транспортує, безперервно вдується в плазму газового розряду (джерело збудження спектрів).
При попаданні частки в плазму вона нагрівається, випаровується, і отримана атомна пара збуджується і висвічується, тобто. відбувається спалах (сцинтиляція) частки. Швидкість надходження аналізованої проби обрана з розрахунку, щоб частинки металу мікродомішки надходили до плазми послідовно один за одним. Імовірність накладання (злиття) хмар атомної пари різних частинок дуже невелика.
Випромінювання атомної пари за допомогою конденсора надходить на спектральний прилад. Розкладене у спектр випромінювання поліхроматором реєструється на виході фотомножниками.
Тривалість імпульсів випромінювання частинок пропорційна часу знаходження їх у плазмі і становить 1-10 мс, а амплітуда або площа імпульсу - масі частки, що випарувалася. Тому на виході фотопомножувачів присутні послідовності імпульсів різних амплітуд та тривалостей. Електричні імпульси з фотопомножувачів надходять на аналого-цифровий перетворювач та обробляються ЕОМ.
Аналогічно надходять із зразками порівняння та еталонними зразками. Зразки порівняння,приготовані на основі натуральних частинок зносу та атестовані за вмістом хімічних елементів, використовують для отримання градуювальних характеристик, за якими ЕОМ визначає концентрацію елементів у частках зносу та концентрацію розчинених елементів.
Для отримання градуювальних характеристик, якими визначають кількість елементів в частках зносу і концентрацію розчинених металів, використовують зразки порівняння, приготовані на основі натуральних частинок зносу і атестовані за вмістом хімічних елементів. Перевищення кількості частинок та вмісту міді та срібла в маслі та складних частинок типу Cu-Ag, Fe-Ag пов'язують із сепараторами, а Cr-Fe, Me-V – з тілами кочення та обоймами підшипників трансмісійної честі двигуна.
На практиці згідно з експлуатаційними документами рівень вібрації при показанні приладу ІВУ-1М понад 200 мВ вважається завищеним, і двигун ставиться на особливий контроль, при 300 мВ його знімають із крила. Рівень параметрів частинок зношування в пробі олії (змиву) оцінюють шляхом їх порівняння зі статистичною моделлю параметрів справного еталонного двигуна, побудованої заздалегідь за результатами сцинтиляційного аналізу великої кількості свідомо справних, що знаходяться на крилі двигунів. При цьому враховується тип двигуна та його напрацювання після останнього ремонту (ППР).
При діагностиці підшипників трансмісії двигуна комплексним методом можливі чотири варіанти:
1 - параметри частинок зносу та рівень вібрації перевищують допустимі норми - має розвиток дефекту міжвального роликопідшипника;
2 - параметри частинок зношування перевищують допустимий рівень, а вібрація в межах норми - дефект підшипника ТВД;
3 - параметри частинок у межах норми, а рівень вібрації перевищує допустиму межу -вібрація не пов'язана з дефектом вузлів, що омиваються маслом;
4 - параметри частинок зносу і рівень вібрації в нормі - технічний стан вузлів двигуна, що омиваються маслом, в межах норми.
Якщо виявлено ознаки наявності дефекту підшипників трансмісії, за показаннями приладу ІВУ-1М виглядає рівень вібрації. При тих самих параметрах частинок зношування високий рівень вібрації (вище допустимої норми) пов'язується з наявністю дефекту міжвального роликопідшипника, а низький рівень вібрації - має місце дефект підшипника ТВД.
Приклад практичного застосування.
Відомо, що для виготовлення опор валів використовуються сплави на основі заліза, типу Fe-W-Cr-V-Ni та Fe-Cr-Ni, обидва типи підшипників (ТВД та МВП) мають один склад сплаву сталі, з якої виготовлені тіла кочення та обойми підшипників, а також бронзові сепаратори з нанесеним на них свинцево-олов'яно-срібним покриттям. Тому при оцінці бігових доріжок підшипників валів та їх сепараторів звертається увага насамперед на частинки Fe, Cr, Ni, Cu, Ag і особливо ванадія, а також на частинки Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-V (сплавні частинки) , Fe-Cu-Ag, Cu-Ag (задирні частинки).
Наявність сплавних частинок Fe-Cr-Ni-V, перевищення параметрів задирних частинок Fe-Cu-Ag, Cu-Ag, а також перевищення рейтингів (кількість частинок певного складу, нормованих на 1000 частинок всіх складів в 1 мл змиву з маслофільтру) свідчать про значної зношеності чи виході з ладу підшипників трансмісії.
У таблиці наведено результати комплексної оцінки (сцинтиляційний метод + метод ударно-імпульсного контролю) двигунів Д-30КП/КУ/КУ-154.