Reliability of middle bearing in SO-3 jet engine

• Autorzy: Szczepanik R. , Rokicki E. , Spychała J. , Rzadkowski R.

Warianty tytułu

PL

Niezawodność łożyska środkowego silnika odrzutowego SO-3

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the last years damages of the middle bearing of SO-3 engines were the reasons of serious air incidents. In this paper the peak detector analysis of tip-timing data has been applied as an alternative method of studying the results of experimental research. Measurements of seventh stage compressor rotor blade vibrations were made using the tip-timing method at the AFIT. The experimental analyses concerned both an SO-3 engine with a middle bearing in a good technical condition and an engine with a damaged middle bearing. A numerical analysis of the free vibration of the seventh stage blade was conducted to verify the experimental ones. The seventh compressor rotor blade of an SO-3 engine (close to the middle bearing) was modelled using an FE model and its natural frequencies were calculated. The method presented in this paper enables prediction of middle bearing failure in an SO-3 engine 33 minutes before it happens.

PL

W ostatnich latach uszkodzenia środkowego łożyska silnika typu SO-3 były przyczynami poważnych zdarzeń lotniczych. W niniejszym artykule, jako alternatywna metoda do analizy danych uzyskanych metodą „tip-timing” podczas badań eksperymentalnych, został zastosowany detektor szczytowy. Pomiary drgań łopatek siódmego stopnia sprężarki zostały przeprowadzone z wykorzystaniem metody „tip-timing” w ITWL. Badania eksperymentalne dotyczyły zarówno silnika z łożyskiem środkowym o dobrym stanie technicznym, jak i łożyska uszkodzonego. W celu weryfikacji badań eksperymentalnych wykonano analizy numeryczne drgań własnych łopatek siódmego stopnia wirnika sprężarki. Łopatki tego stopnia, znajdującego się w strefie łożyska środkowego, zamodelowano, używając metody elementów skończonych, a następnie wyliczono ich częstotliwości drgań własnych. Metoda przedstawiona w artykule umożliwiła zidentyfikowanie symptomów uszkodzenia łożyska środkowego silnika SO-3 na 33 minuty przed awarią.

Słowa kluczowe

EN

reliability of bearing; peak detector; technical condition; jet engine bearings; blade tip-timing

PL

niezawodność łożyska; detektor szczytowy; stan techniczny; łożyska silnika odrzutowego; czas przyjścia łopatki

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 46, nr 4
• Strony: 59--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Szczepanik R.

• Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława Street 6, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Rokicki E.

• Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława Street 6, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Spychała J.

• Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława Street 6, 01-494 Warsaw, Poland

autor

Rzadkowski R.

• Institute of Fluid-Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Gen. J. Fiszera Street 14, 80-952 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] Zhang B., Georgoulas G., Orchard M., Saxena A., Brown D., Vachtsevanos G. and Liang S, (2008), Rolling Element Bearing Feature Extraction and Anomaly Detection VETOMAC–VI I. Angello, S.K. Khuntia and A. Chatterjee 366 Based on Vibration Monitoring, 16th Mediterranean Conference on Control and Automation Congress Centre, Ajaccio, France, June 25–27.
• [2] Monavar H.M, Ahmadi H. and Mohtasebi S.S., (2008), Prediction of defects in roller bearings using vibration signal analysis, World Applied Sciences Journal, Vol. 4(1), pp. 150–154.
• [3] Yang H., Mathew J. and Ma J., (2005), Fault diagnosis of rolling element bearings using basis pursuit, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 19, pp. 341–356.
• [4] McInerny S. A. and Dai Y, (2003), Basic vibration signal Processing for Bearing Fault Detection, IEEE transactions on education, Vol. 46(1), pp. 149.
• [5] Tandon N. and Choudhury A, (1997), An analytical model for the prediction of the vibration response of rolling element bearings due to a localized defect, J. Sound and Vib., Vol. 205(3), pp. 275–292.
• [6] Mc Fadden P.D. and Smith J.D., (1984), Model for the vibration produced by a single point defect in a rolling element bearing, J. Sound and Vib., Vol. 96(1), pp. 69–82.
• [7] Mc Fadden P.D. and Smith J.D., (1985), The vibration produced by multiple point defects in a rolling element bearing, J. Sound and Vib., Vol. 98(2), pp. 263–273.
• [8] Rao J.S. Vibratory Condition Monitoring of Machines, narosa Publishing House, 2000.
• [9] Bari H.M. Bearing and Fan Failure Diagnostic Using Vibratory monitoring: A Case Study, Proceedings of the 6th International Conference on Vibration Engineering and Technology of Machinery, VETOMAC –VI, Ed. K.Gupta, S.P. Singh, J.K. Darpe, MACMILLAN, 876––886, 2010.
• [10] Angello, I. and Chatterjee, A. , Extraction of Non Stationary Characteristics of Rolling Element Bearings for Fault Diagnosis Using Wavelet Analysis, Proceedings of International Conference on advances in mechanical engineering, 3–5 Aug 09, SVNIT-Surat, 497.
• [11] Lin J. and Qu, L, (2000), Feature extraction based on Morlet wavelet and its application for mechanical fault diagnosis, J. Sound and Vib. ,Vol. 234(1), pp. 135–148.
• [12] Lin J.Z. and Fyfe K.R. (2004), Mechanical fault detection based on the wavelet de-noising technique, J. Vib. and Acoustics., Vo. 126, pp. 9–16.
• [13] Nikolaou N.G. and Antoniadis I.A., (2002), Demodulation of vibration signals generated by defects in rolling element bearings using Complex Shifted Morlet Wavelets, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 16(4), pp. 677–694.
• [14] Szczepanik R., Witoś M., Szczepankowski A. and Bekiesiński R. Report 3/34/94 of failure reasons of the middle bearing of SO-3W engine. No 48173105, ITWL 10943/I, Warsaw, 1994.
• [15] Kierszko Z. Report 1/34/95 of Engine Inspection SO-3 no 37177124. SO-3 no 37174264, SO-3W no 48174113, ITWL 11123/I, Warsaw, 1995.
• [16] Przysowa R., The estimation of the technical state of aircraft engine rotor using digital method of converting the experimental signal from rotor blades. PhD Thesis. ITWL, 2007.
• [17] Szczepanik R. Experimental analysis of rotor blades of aircraft engines in various operating conditions. Dsc Thesis, ITWL Warsaw, 2009.
• [18] Rokicki E., Rządkowski R. and Szczepanik R. Experimental analysis of the first and seventh rotor blades of SO-3 compressor stage and turbine stage, IMP PAN, 263 /08, Gdańsk, 2008.
• [19] Svan 948 - manual.