Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колёс редуктора газотурбинного двигателя
DIAGNOSTIC METHOD FOR DEFECTS OF TEETH OF GEARED WHEELS OF REDUCTION GEAR OF GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к диагностике дефектов шестерён 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.Д. 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 картера зубчатой передачи, на котором установлен вибропреобразователь,  выбранного уровня определения ширины резонансной зоны 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.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному изобретению является способ диагностирования зубчатых зацеплений механических передач, описанный в патенте BY № 9279 с приоритетом от  02.07. 2002г,  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 колёс и по разнице их показаний определяют наличие дефекта. Недостатком данного способа является необходимость постановки около зубчатых колёс специальных датчиков углового положения, что ограничивает область его использования исследовательскими работами на специальных установках.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение диагностики дефектов шестерён редуктора и возможность её реализации в условиях эксплуатации двигателя.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колёс редуктора газотурбинного двигателя заключающийся в том, что снимают сигналы вращения входного и выходного  валов диагностируемой передачи и по разнице исследуемых параметров определяют величину дефекта, причем наличие дефекта определяют по разнице дисперсий текущей частоты узкополосных процессов частот вращения входного и выходного валов, полученных с тахометрических датчиков их вращения, входящих в состав двигателя, и сравнивают эту разницу с эталонным значением. Предлагаемый способ позволяет диагностировать величину износа без использования дополнительно установленных датчиков частоты вращения роторов и обеспечивает диагностику данного дефекта в процессе эксплуатации двигателя. Предлагаемый способ применим для различных типов машин, имеющих датчики частоты вращения входного и выходного валов зубчатой передачи. Анализируя сигналы со «штатных» тахометрических датчиков частоты вращения (ДЧВ) входного вала (вал газогенератора) редуктора и выходного (вал воздушного винта).
Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колёс редуктора газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом. При работе двигателя на одном из стационарных режимов одновременно регистрируются сигналы с тахометрических датчиков частоты вращения входного вала редуктора (газогенератора) и выходного вала (воздушного винта). Частота квантования не менее десяти точек на период сигналов частоты вращения валов. Посредством спектрального анализа определяются средние значения частот, соответствующих частотам вращения роторов. Узкополосными фильтрами со средними частотами, равными значениям средних частот сигналов с тахометрических датчиков, процессы фильтруются. Определяется текущее значение частоты, по полученным массивам данных рассчитываются дисперсии текущих частот вращения роторов и определяется их разность (Δ). Полученное значение сравнивается с эталонным. Использование предлагаемого способа показано на примере газотурбинного двигателя. Способ диагностики дефектов зубьев зубчатых колёс редуктора газотурбинного двигателя проиллюстрирован схемой расположенной на фигуре 1, где изображена зависимость разницы дисперсий от величины суммарного износа. На 18 экземплярах данного двигателя, прошедших ремонт, была получена статистика разности дисперсий текущих частот при их работе на максимальном режиме. По полученным данным, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009, рассчитано эталонное значение
,                             (1)
где ,  - соответственно среднее и среднеквадратическое значения.
Для рассматриваемого случая - =0.02 Гц,  =0.0073 Гц. Приняв перед   среднее значение коэффициента (2.65) получим  =0.213 Гц. На фиг. 1 представлена (зависимость разности дисперсий от величины износа по 15ти двигателям с различным уровнем дефекта). Уравнение линейной аппроксимации имеет вид (коэффициент корреляции r=0.73)
y = 1.596x - 0.012 . (2)
Переписывают соотношение (2) для износа
х =(у+0.012)/1.596.   (3)
Э
Подставив в уравнение (3) величину А = 0.213 получают норму на эталонное значение суммарного износа, равное 0.021 мм. Как видно на фиг. 1, превышение полученного эталонного значения отмечается только для одного двигателя. На нём была выявлена трещина на рабочей лопатке 7 ступени компрессора, вызванная повышенным износом зубчатых колес редуктора.