Диссертация (1173011), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Однако, такой подход неучитывает, что коэффициенты запаса прочности отдельных узлов могут быть нижетребования норм при среднем значении коэффициента запаса прочности вышеустановленных норм, что может вызвать отказ этих узлов, а, следовательно, и всегоагрегата. Недостатком этих методов является то, что в каждом конкретном техническомсостоянии необходимо проведение большого объема экспериментальных работ.
Крометого, надежность результатов прогноза зависит от длительности проведенныхиспытаний и степени обоснованности методик проводимых экстраполяции значенийдолговечности.В результате проведенного анализа работ по определению техническогосостоянияипрогнозированиюостаточногоресурсаустановлено,чторесурсгазотурбинных двигателей определяется ресурсом подшипника качения и определениересурса должно быть связано с оценкой взаимосвязи параметров вибрации инапряженно-деформированного состояния.В диссертации в качестве объекта исследования принят конвертированныйавиационный двигатель «НК-16СТ», предназначенный для привода нагнетателя8природного газа в составе газоперекачивающих агрегатов типа «ГПА-Ц-16», которыйявляется наиболее распространенным в газовой отрасли.На основе анализа результатов исследований, выполненных различнымиавторами, определены цель и задачи исследования.Втораяглавапосвященастатистическомуисследованиюреальнойработоспособности подшипников качения.
Хотя дефекты подшипников качениясоставляют 17% от общего числа дефектов, но 71% дефектов этого узла приводили котказам этого узла и аварийной остановке этого агрегата.Наличиеопорногодискаможетизменятьамплитудно-частотнуюхарактеристику вибрации подшипников. В работе предлагается это влияние учитывать спомощью коэффициента передачи. Необходимость получения коэффициента передачиобусловлена искажением энергии сигнала при прохождении различных сред.
Сигнал отподшипника передается к датчику, проходя через опорный диск двигателя (рис.1)Рис. 1. Схема прохождения сигнала от подшипника к датчику.Хкорп – расстояние от оси врещения до наружного кольца подшипника качения, Хкорп –расстояние от оси вращения до места установки датчика на опорном диске.В результате проведенных исследований установлено, что основное влияние наискажение вибрации подшипника оказывают различные скорости распространения волн(с) в подшипнике и опорном диске.При этом коэффициент передачи имеет вид:xsin ωподш t − подш ссталь аподш, (1)kпер k ( =f пер ) ==акорпxдатчика sin ωподш t −саллюм 9где аподш, акорп – виброускорение на подшипнике и корпусе соответственно, мм/с2; ωподш– частота подшипника, об-1; xподш, хдатчика – удаление от оси вращения наружного кольцаподшипника (диаметр наружного кольца подшипника качения) и установки датчика(диаметра корпуса газотурбинного двигателя); ссталь, саллюм – скорость распространениясигнала в подшипнике и корпусе газотурбинного двигателя.В процессе исследований были выбраны каналы измерения сигналов,обеспечивающие минимальные погрешности и надежность работы.В связи с тем, что подавляющее число разрушений подшипников каченияпроисходило по наружному кольцу, в качестве диагностического параметра предложеноиспользовать сумму амплитуд виброускорения первых трех гармоник частотыперекатывания тел качения по наружному кольцу, который отличается от широкоиспользуемого ранее среднеквадратичного значения виброускорения в диапазоне частот10…10000 Гц поскольку оказывается более чувствительным к дефектам подшипника,так как в нем не учитываются роторные гармоники.
Такой подход позволяет повыситьточность диагностики на ранних стадиях развития дефекта.В связи с тем, что изменение выбранного диагностического параметра вовремени зависит от типа дефекта, в работе были установлены законы изменениявибрации во времени (таб.
1).В отличие от известного в настоящее время экспоненциального изменениявибрации при износе при других дефектах характер изменения вибрации во временирезко меняется. Этот факт может быть полезен при диагностике дефектов подшипниковкачения. Более того, установлено, что вместо рекомендуемых в литературе 14 видовдефектовподшипниковопределяетсячетырьмякаченияреальноедефектами.Этотехническоесостояниеподшипниказначительноупрощаетдиагностикуподшипников качения.10Таблица 1. Основные законы развития дефектов.№п/пТип закономерностиразвития дефектаГрафическое представление закона развития дефектаЛинейного вида(Нарушениегерметичностиполости подшипника;нарушение крепленияподшипника)Логарифмическоговида(Заедание тел качения;перекос колецподшипника)Экспоненциальноговида(Износ подшипниковкачения)Степенного вида(Появление трещины,раковины и забоины;нарушение смазки;появление сколов нанаружнем кольцеподшипника)В результате проведенных исследований установлено, что износ подшипниковкачения составляет 45 процентов от общего числа дефектов.
Износ элементовподшипника приводит к росту величины радиального биения, которое может привести котказу этого узла.11Заменаподшипниковявляетсяоченьтрудоемкойисопровождаетсянеобходимостью разборки ротора при помощи специальных приспособлений, а такжеего обратную сборку и установку, которая должна быть проведена с соблюдениемнеобходимых допусков и посадок.Для разработки методики расчета работоспособности и прогнозированияостаточного ресурса необходимо оценить зависимость изменения суммы амплитудвиброускорений трех гармоник частоты перекатывания тел качения по наружномукольцу подшипника от частоты вращения ротора и времени. Например, зависимостьизменения суммы амплитуд виброускорений трех гармоник частоты перекатывания телкачения по наружному кольцу подшипника от частоты вращения ротора компрессоравысокого давления (ротора КВД) двигателя «НК-16СТ» (рис.3) при наличии дефектатипа износ.
Эта зависимость аппроксимируется уравнением (формула 2)Рис.3. Зависимость изменения суммы виброускорений по трем гармоникам отчастоты вращения ротора компрессора высокого давления.Здесь ось у – значение виброускорения, мм/с2; ось х – частота вращения ротораКВД, об/мин.=a гармоник 0, 0253nКВД + 0, 0151 , (2)∑На рисунке 4 показана зависимость суммы виброускорений по трем гармоникамчастоты перекатываниятелкаченияпо наружнему кольцу отпрогнозирование по ней.12наработки иРис.4. Прогнозирование максимально допустимого значения суммы амплитудвиброускорений взятого по трем гармоникам в зависимости от наработки.Здесь у – значение виброускорения, мм/с2; х – наработка, в часах.Эта зависимость аппроксимируется уравнением 3, вид которой характерен длядефекта типа износ:a гармоник = 0,1378e0,293t , (3)∑Поскольку показатель степени мал, то скорость износа мала и дефект находитсяна начальной стадии развития.
Полученные уравнения 2 и 3 характеризуют текущеетехническоесостояниеподшипникаимогутиспользоватьсядляоценкиработоспособности и прогнозирования ресурса.Таким образом, на основе проведенных исследований:1)При измерении параметров вибрации подшипников ГТД ГПА необходимоучитывать влияние элементов, искажающих возникающие сигналы.2)В качестве диагностического параметра следует использовать суммуамплитуд виброускорения трех первых гармоник частоты перекатывания тел качения понаружному кольцу, что позволит повысить точность диагноза дефекта, особенно наранней стадии развития.3)Установлено, что большинство дефектов, возникающих в подшипникахкачения ГТД ГПА могут быть объединены в группы, каждая из которых имеетразличный вид распределения вибрации по времени.
Это позволяет упроститьдиагностику подшипников.4)Вподшипниковосновукаченияоценкиработоспособностидолжныбытьиположены13прогнозированиязависимостиресурсаизменениядиагностического параметра от числа оборотов и времени. В третьей главе необходимоустановить взаимосвязь диагностического параметра и напряженно-деформированногосостоянияподшипника,иопределитьдопустимоеиаварийноезначениядиагностического параметра.В третьей главе проведено экспериментальное исследование для выявленияфункциональныхзависимостеймеждупараметрамивибрации,величинамиэквивалентных напряжений и деформаций, долговечностью и величиной радиальногобиения. Базовыми значениями для проведения эксперимента явились нормативныезначения геометрических характеристик подшипниковых узлов, указанные в ГОСТ 5202002.Для реализации поставленных целей спроектированы стенды для контроляподшипников качения по величине радиального биения и по параметрам вибрации(рис.4,5).Рис.4.
Схема испытательного стенда№1 для замера величин радиальныхбиений подшипников качения согласноГОСТ 520-2002.1 – индикатор часового типа; 2 –подшипник качений; 3 – шпилька,гайки и шайба; 4 – шайба подвнутреннее кольцо; 5 – планшайба; 6 –стойка С-IV.Рис. 5. Схема испытательного стенда №2 длязамера параметров вибрации подшипникакачения.1 – основание стенда; 2 – нажимной винт; 3– испытываемый подшипник; 4 – привод; 5 планка нажимная с антифрикционнымиконтактными поверхностями; 6 - нажимнаягайка; 7 – шайбы; 8 – прижимной стакан; 9 –оправка для установки подшипника; 10 –эксцентрик; 11 – защитное ограждение; 12 –датчики и магниты для криволинейныхповерхностей; 13 - виброметр «Bruel &Kjeare», виброанализатор «Enpak-1200»,кабели; 14 – трехкулачковый патрон.Для ускорения процесса развития дефекта подшипника качения типа износ в14смазку подшипника добавлены абразивные частицы.
Сделан состав абразивной смазкииз смазки и песка в соотношении 2:1.Были выбраны 3 подшипника, после чего были последовательно наполненысмазкой. На стенде №1 проводился замер величины радиального биения, на стенде №2замер выбранных контролируемых параметров вибрации. На стенде №2 были созданыреальные условия эксплуатации подшипника – с заданием максимально допустимойвеличины дисбаланса и приложением нагрузки путем затяжки гайки 4 моментнымключом и приложением радиальной нагрузки путем установки упора к приводному валу.Замеры среднеквадратического значения виброускорения проводились на заполненномпеском подшипнике до достижения следующих величин 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 мм/с2,после чего исследуемый подшипник снимался со стенда №2, очищался и устанавливалсяна стенд №1, на котором проводился замер величины радиального биения.
Затемочищенный от смазки с песком подшипник устанавливался на стенд №2 для замерасуммарного значения амплитуд виброускорения, взятых на каждой из трех гармоникчастоты перекатывания тел качения по наружному кольцу.Экспериментальные исследования показывают, что при приближении величинырадиального биения к норме 0,02 мм, установленной в ГОСТ 520-2002, происходит ростамплитуды виброускорения на второй гармонике частоты перекатывания тел качения понаружному кольцу подшипника. Рост амплитуд виброускорения на первой и второйгармониках происходит одинаково.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
