Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колёс редуктора газотурбинного двигателя
METHOD FOR DIAGNOSTICS OF DEFECTS OF GEARS OF GEAR WHEELS OF GEARBOX OF GAS-TURBINE ENGINE

Изобретение относится к диагностике дефектов шестерен редуктора газотурбинного двигателя для различных типов машин, имеющих датчики частоты вращения входного и выходного валов зубчатой передачи, и может быть использовано в процессе эксплуатации двигателя.
Известен из уровня техники А.С.(СССР) П. Вильнер, Ф.В. Голов // БИ.- 2005.-№31, способ виброакустического диагностирования зубчатых передач, заключающийся в плавном изменении частоты их вращения в зоне параметрического резонанса и определении ширины резонансной зоны по измеренной амплитуде. Техническое состояние зубчатого зацепления определяется по величине этой ширины.
К недостаткам данного способа следует отнести необходимость постановки вибропреобразователя на картер зубчатой передачи и невысокую точность, связанную с тем, что на результат измерений будет влиять ряд факторов, в том числе скорость изменения частоты вращения зубчатой передачи, нестабильность передаточной функции от источника вибрации до вибропреобразователя, выбранного уровня определения ширины резонансной зоны, зашумленность вибрационного процесса и др.
Известен из уровня техники патент (RU) №2384829 с приоритетом от 23.03.2009 г. способ исследования степени износа зубчатых колес включающий замер их геометрических параметров после процесса изнашивания и сравнение последних с параметрами идентичных неизношенных колес, отличающийся тем, что испытываемое колесо включают в замкнутый силовой контур, составленный из него и трех идентичных неизношенному испытываемому образцовых колес, причем образцовые колеса укреплены на валах жестко, а испытываемое - с возможностью свободного вращения на валу, и регистрируют при работе контура углы поворота испытываемого и сопряженного с ним образцового колеса, сравнивают эти углы и по разнице их величин судят о степени и характере износа испытываемого колеса.
Недостатком данного способа является не возможность исследования степени износа зубчатых колес, при оценке качества зубчатого зацепления в механических передачах, в условиях эксплуатации двигателя.
Известен способ диагностирования зубчатых зацеплений механических передач, описанный в патенте BY №9279 с приоритетом от 02.07. 2002 г, включающий подведение к ведущему и ведомому зубчатым колесам крутящего момента и момента сопротивления соответственно, причем задатчиком, связанным с ведущим колесом, генерируют высокочастотный опорный сигнал, считывают датчиками высокочастотный опорный гармонический сигнал от ведущей шестерни и гармонический сигнал зубцовой частоты ведомой шестерни и сопоставляют их путем подсчета количества импульсов опорного сигнала в каждом импульсе ведомой шестерни, их сравнения между собой и выявления импульса ведомой шестерни длительностью, отличающейся от длительности остальных импульсов, причем по разнице между количеством импульсов опорного сигнала в длительности импульса ведомой шестерни при подведении к ведущему колесу крутящего момента и при подведении к нему тормозного момента определяют величину углового зазора в зацеплении, которая характеризует износ боковых поверхностей зубьев.
Для реализации данного способа устанавливают два высокочастотных датчика углового положения ведущего и ведомого зубчатых колес и по разнице их показаний определяют наличие дефекта. Недостатком данного способа является необходимость постановки около зубчатых колес специальных датчиков углового положения, что ограничивает область его использования исследовательскими работами на специальных установках.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя, описанный в патенте №2737993 с приоритетом от 07.05.2020 г., включающий выбор стационарного режима работы двигателя, снятие сигналов вращения входного и выходного валов редуктора, расчет текущего значения по узкополосным процессам их частот вращения, расчет дисперсий и оценка их разности, которая характеризует степень развития дефекта. Сигналы снимаются с тахометрических датчиков частот вращения валов, входящих в состав двигателя.
Недостатком данного способа является влияние на результат, помимо дефекта зубчатого зацепления, ряда других факторов: технологических (погрешности изготовления и сборки зубчатого зацепления), конструктивными (податливость деталей редуктора, модификация рабочих поверхностей зубьев), эксплуатационных (частота вращения зубчатых колес, температура, передаваемая нагрузка), девиация частоты вращения валов от работы системы поддержания режима двигателя.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение чувствительности и точности диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя, заключающийся в том, что снимают сигналы вращения выходного и входного валов диагностируемой передачи и по разности дисперсий текущей частоты узкополосных процессов частот их вращения определяют величину дефекта, причемналичие дефекта определяют как результат вычитания разности дисперсий текущих частот узкополосных процессов частот вращения выходного и входного валов, полученных с тахометрических датчиков их вращения, входящих в состав двигателя, и полученного результата предварительного замера разности дисперсий перед началом эксплуатации редуктора, и эту разницу сравнивают с эталонным значением. Разница дисперсий входного и выходного валов определяет результат суммарного влияния износа в совокупности с действиями следующих факторов: изготовление и сборка зубчатого зацепления, податливость деталей под нагрузкой, модификации зубьев, действие передаваемой нагрузки и частоты вращения, девиация частоты выходного вала под действием систем регулирования двигателя. Указанные факторы, присутствуют всегда и только они определяют измеренную разницу во новь изготовленном редукторе. В заявленном способе предлагается перед началом эксплуатации редуктора определить результат предварительного замера дисперсий, затем для диагностики дефекта данный результат вычитать из полученного результата дисперсий текущей частоты узкополосных процессов частот вращения входного и выходного валов, полученных с тахометрических датчиков их вращения, входящих в состав двигателя. Таким образом определение дефекта происходит за счет учета влияния отмеченных выше факторов путем расчета разности дисперсий перед началом эксплуатации редуктора и вычитании полученного результата из разности дисперсий, полученной при проведении диагностики технического состояния редуктора, что повышение чувствительности и точности диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя.
Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колес редуктора газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом. Перед началом эксплуатации изготовленного или отремонтированного редуктора двигателя на выбранном стационарном режиме его работы снимаются сигналы с тахометрических датчиков, входящих в состав двигателя, частот вращения входного и выходного валов редуктора. Узкополосным фильтром с центральной частотой, равной среднему значению частот вращения валов, выделяются узкополосные процессы текущего значения частот их вращения. По полученным массивам данных частот вращения рассчитываются дисперсии девиации частот вращения входного и выходного валов редуктора и берется их разница. Аналогичным образом оценивается разница дисперсий (ΔD) при проведении диагностики технического состояния редуктора. Результаты измерений перед началом эксплуатации и при диагностике технического состояния редуктора вычитаются. Полученная разница сравнивается с эталонным значением. На фигуре 1 представлены данные по 11 двигателям с разной степенью износа боковых поверхностей зубьев редуктора, полученные при оценке их технического состояния. Зависимость параметра ΔD от величины износа носит линейный характер. Уравнение аппроксимации имеет вид у=0.530х-0.00008, коэффициент корреляции r=0.88. Расчет разности дисперсий по 18 отремонтированным двигателям дает результат 0,0087 Гц. Это составляет больше половины исследуемого параметра (см. фигуру 1). Следовательно, указанные выше факторы: податливость деталей редуктора, модификация рабочих поверхностей зубьев, частота вращения зубчатых колес, температура, передаваемая нагрузка, девиация частоты вращения валов от работы системы поддержания режима двигателя оказывают существенное влияние на полученный результат, которое предлагаемый способ позволяет устранить.