Метод за оценка на техническото състояние на лагерите на трансмисията на авиационни двигатели
Собственици на патент RU 2251674:
Изобретението се отнася до самолетостроенето и може да се използва за оценка на техническото състояние на двигатели, машини и механизми чрез измерване на вибрации и характеристики на износване на метални частици, намиращи се в смазочни масла, горива и специални течности. Методът включва ударно-импулсен контрол, при който сензор за запис на вибрации с помощта на прът е монтиран вътре в вала на турбина с ниско налягане в областта на междуваловия лагерен възел на празен двигател, средната стойност на амплитудите на вибрационния сигнал се измерва по време на свободно въртене на ротора, те се сравняват с праговото допустимо ниво, използвайки сцинтилационен анализ, нивото на параметрите на частиците на износване в маслото и (или) в определя се измиването от масления филтър на изследвания двигател, чрез което се оценява съставът на сплавта за износване и при наличие на частици от износване в масло, свързани с различни лагери, се оценява техническото състояние на един или друг лагер на трансмисията чрез превишаване на нивото на параметрите на частиците на износване и нивото на вибрации. Техническият резултат е отделна оценка на техническото състояние на лагера на турбината за високо налягане и на междуваловия лагер. 1 табл.
Настоящото изобретение се отнася до авиационната техника и може да се използва за оценка на техническото състояние на двигатели, машини и механизми чрез измерване на вибрации и характеристики на износване на метални частици, открити в смазочни масла, горива и специални течности, по-специално за отделна оценка на техническото състояние на турбинни ролкови лагери с високо налягане (HPT) и междувалови лагери (MVP).
Съществува метод за диагностициране на техническото състояние на механизми [1] чрез параметри на вибрациите, който се състои в това, че един възел на механизма е инсталиранакселерометри в три стандартни посоки, регистрират изходни сигнали и ги обработват с помощта на взаимен спектрален и корелационен анализ, използват математическия апарат на кохерентната функция за обработка на сигнала, идентифицират специфичен дефект чрез разпределението на нивата на кохерентни множество хармонични компоненти на спектъра.
Известен диагностичен метод [3], базиран на виброакустичния метод за откриване на повреда в лагерите на трансмисията. В стандартната система за контрол на вибрациите сензорите за вибрации са монтирани на разделителния корпус и на скобата на задното окачване на двигателя, докато вибрациите от дефектен HPT лагер се отслабват от опора с еластичен амортисьор, следователно вибрациите на корпусите в зоната на монтиране на сензора се увеличават само ако HPT лагерът е значително повреден.
Най-близкият аналог е метод за оценка на техническото състояние на трансмисионните лагери, включително разпознаване на ранните етапи на дефект в междувалов ролков лагер чрез ударно-импулсен контрол с помощта на устройство IVU-1M [4]. Методът се състои в инсталиране на сензора ANS-014-02 с помощта на прът вътре във вала на турбината с ниско налягане (HD) в областта на лагерния възел между валовете на празен двигател. HPC роторът се завърта от дръжката с помощта на ключ от резервното задвижване на задната скоростна кутия при честота 100..120 об/мин с LPC ротор, фиксиран в една от 6 позиции. Измервайки средната стойност на амплитудите на вибрационните сигнали в процеса на свободно въртене на ротора на HPC (с отстранена дръжка за задвижване), те се сравняват с прагово допустимото ниво.
Методът за шоково-пулсов контрол, както и устройствата, които го използват, имат редица недостатъци, които определят процента на надеждност на диагнозата, издадена от това устройство. С метода на импулсно въздействие е възможно високо нивовибрации, които не са свързани с наличието на дефекти в компоненти и части, измити с масло, включително трансмисионни лагери.
Известно е, че поради несъвършенството на оборудването до 15% от двигателите се записват според показанията на уредите за измерване на вибрации, при които декларираният от оператора дефект не е потвърден по време на фабричните изследвания на двигателя. Тези. има случаи и доста често, когато импулсно-вибрационният контрол показва наличие на високо ниво на вибрация, което не е свързано с дефект в MVP.
Целта на изобретението е да се създаде цялостен метод за диагностика на трансмисионни лагери с отделна оценка на техническото състояние на лагера на TVD и MVP.
Задачата се постига с факта, че в метода за оценка на техническото състояние на лагерите на трансмисията на авиационни двигатели, включително ударно-импулсен контрол, при който датчик за запис на вибрации с прът е монтиран вътре в вала на турбина с ниско налягане в зоната на междуваловия лагерен възел на празен двигател, се измерва средната стойност на амплитудите на вибрационния сигнал по време на свободно въртене на ротора и те се сравняват с прагово допустимо ниво.
Новото в претендирания метод е, че допълнително с помощта на сцинтилационен анализ се определя нивото на параметрите на частиците на износване в маслото и (или) в промивката от масления филтър на двигателя, който се изследва, според което се оценява съставът на сплавта на износване и при наличие на частици на износване в маслото, свързани с лагерите, техническото състояние на един или друг трансмисионен лагер се оценява чрез нивото на частиците на износване и нивото на вибрациите.
Методът се изпълнява, както следва:
Използвайки сцинтилационния метод, се определя нивото на параметрите на частиците на износване в маслото и (или) в измиването от масления филтър на изследвания двигател иЗа оценка на техническото състояние на лагерите на трансмисията се използва статистическият модел на работещ двигател [5].
Проба от течност за изпитване, взета от двигателя, се обработва предварително чрез разреждане, ако е необходимо. След това се "озвучава" чрез ултразвук, за да доведе металните частици на износване в него в суспендирано състояние. Предварително приготвената проба се превръща във фино диспергиран зол с помощта на пулверизатор. Пулверизаторът работи в такъв режим, че частиците влизат в плазмата последователно една по една. Полученият зол, състоящ се от течни капчици и метални частици, непрекъснато се вдухва в газоразрядната плазма (източника на възбуждане на спектрите) от поток газ-носител.
Когато една частица навлезе в плазмата, тя се нагрява, изпарява се и получената атомна пара се възбужда и излъчва, т.е. възниква проблясък (сцинтилация) на частицата. Скоростта на навлизане на анализираната проба е избрана така, че металните частици от микропримеси да влизат в плазмата последователно една след друга. Вероятността за припокриване (сливане) на облаци от атомни пари от различни частици е много малка.
Излъчването на атомни пари с помощта на кондензатор влиза в спектралния уред. Излъчването, разложено на спектър от полихроматор, се записва на изхода от фотоумножители.
Продължителността на импулсите на излъчване на частиците е пропорционална на времето, през което те са в плазмата и е 1-10 ms, а амплитудата или площта на импулса е пропорционална на изпарената маса на частицата. Следователно на изхода на фотоумножителите има последователности от импулси с различна амплитуда и продължителност. Електрическите импулси от фотоумножителите се подават към аналогово-цифров преобразувател и се обработват от компютър.
Същото се прави със сравнителни проби и референтни проби. сравнителни проби,приготвени на базата на естествени износващи частици и сертифицирани за съдържание на химични елементи, се използват за получаване на калибрационни характеристики, чрез които компютърът определя концентрацията на елементи в износващите частици и концентрацията на разтворени елементи.
За получаване на калибрационни характеристики, които определят броя на елементите в частиците на износване и концентрацията на разтворените метали, се използват еталонни проби, приготвени на базата на частици на естествено износване и сертифицирани за съдържанието на химични елементи. Излишъкът от броя на частиците и съдържанието на мед и сребро в маслото и сложните частици като Cu-Ag, Fe-Ag се свързват със сепараторите, а Cr-Fe, Me-V - с търкалящите тела и лагерните клетки на скоростната кутия на двигателя.
На практика, според експлоатационните документи, нивото на вибрации, когато приборът IVU-1M отчита повече от 200 mV, се счита за твърде високо и двигателят се поставя под специален контрол, при 300 mV се отстранява от крилото. Нивото на параметрите на частиците на износване в пробата масло (отмиване) се оценява чрез сравняването им със статистически модел на параметрите на работещ еталонен двигател, изграден предварително от резултатите от сцинтилационен анализ на голям брой известни работещи двигатели, разположени на крилото. Това отчита вида на двигателя и времето му на работа след последния ремонт (LPR).
При диагностициране на лагерите на трансмисията на двигателя по сложен метод са възможни четири варианта:
1 - параметрите на частиците на износване и нивото на вибрациите надвишават допустимите граници - има развитие на дефект в междуваловия ролков лагер;
2 - параметрите на частиците на износване надвишават допустимото ниво, а вибрациите са в нормалните граници - дефект в HPT лагера;
3 - параметрите на частиците са в нормалните граници, а нивото на вибрациите надвишава допустимата граница -вибрациите не са свързани с дефект в единиците, измити с масло;
4 - параметрите на частиците от износване и нивото на вибрациите са нормални - техническото състояние на компонентите на двигателя, измити с масло, е в нормални граници.
Ако има признаци на дефект в лагерите на трансмисията, нивото на вибрациите се показва според показанията на устройството IVU-1M. При същите параметри на износващите се частици високото ниво на вибрации (над допустимата норма) се свързва с наличието на дефект в междуваловия ролков лагер, а ниското ниво на вибрации е дефект в HPT лагера.
Пример за практическо приложение.
Известно е, че за производството на опори на валове се използват сплави на основата на желязо, като Fe-W-Cr-V-Ni и Fe-Cr-Ni, и двата типа лагери (TVD и MVP) имат един и същ състав на стоманената сплав, от която са направени търкалящите елементи и лагерните клетки, както и бронзови клетки с нанесено върху тях оловно-калаено-сребърно покритие. Ето защо, когато се оценяват каналите на лагерите на валовете и техните сепаратори, вниманието се обръща предимно на частиците от Fe, Cr, Ni, Cu, Ag и особено ванадий, както и частиците от Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-V (частици от сплави), Fe-Cu-Ag, Cu-Ag (засядащи частици).
Наличието на частици от сплав Fe-Cr-Ni-V, надвишаващи параметрите за оценяване на частици Fe-Cu-Ag, Cu-Ag, както и превишаване на оценките (броят на частиците с определен състав, нормализиран на 1000 частици от всички състави в 1 ml промиване от масления филтър) показват значително износване или повреда на лагерите на трансмисията.
Таблицата показва резултатите от цялостната оценка (метод на сцинтилация + метод на ударно-импулсен контрол) на двигателите D-30KP/KU/KU-154.