Four models of tribological wear of turbine jet engine bearings based on methods of electrical generator signal analysis

• Autorzy: Gębura A.

Warianty tytułu

PL

Cztery modele zużycia tribologicznego podpór łożyskowych w oparciu o analizę sygnału prądnicy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes test results of rolling bearings conducted on turbojets, with the simultaneous use of two diagnostics methods: FAM-C and FDM-A [7]. For these methods, no installation of additional sensors on the aircraft is needed - the on-board electric generators are used as sensors. The „FAM-C” method uses the aircraft’s alternating current (AC) tachometer generator, whereas the “FDM-A” method uses the direct current (DC) commutator-type generator. Spectrum of angular velocity of individual bearings manifests itself in high frequency ranges (60-240 Hz for the tachometer generator, 3-10 kHz for the DC generator), making the oscillation signal resistant to noise. This frequency modulated signal can be picked up by measuring instruments in any point of the aircraft electrical system. After detection the initial signal is obtained. Measurement analysis can be easily automated [10]. During detection, the carrier frequency is filtered off. Currently, with the simultaneous use of correlated FAM-C and FDM-A methods, four models of rolling bearings wear can be detected: increase of aggregate friction, seizure of rolling elements, increase of radial clearances, increase of axial clearance. This division was made on the basis of observing the technical condition of rolling bearings on many (around 30) turbojets during its normal operation.

PL

Artykuł omawia wyniki badań łożysk tocznych przeprowadzonych na silnikach turboodrzutowych z jednoczesnym wykorzystaniem dwóch metod diagnostycznych: FAM-C i FDM-A [7]. W metodach tych nie trzeba instalować żadnych dodatkowych czujników - jako przetworniki wykorzystywane są prądnice pokładowe. W metodzie "FAM-C" wykorzystuje się prądnicę tachometryczną prądu przemiennego (AC), podczas gdy "FDM-A" wykorzystuje komutatorową prądnicę prądu stałego (DC). Widmo prędkości kątowej poszczególnych łożysk przenoszone jest przez prądnicę w pasmo wysokich zakresów częstotliwości (60-240 Hz dla prądnicy tachometrycznej, 3-10 kHz do prądnicy prądu stałego), dzięki czemu staje się bardzo odporne na zakłócenia. Ten modulowany częstotliwościowo sygnał może być odbierany przez przyrządy pomiarowe w każdym punkcie instalacji elektrycznej samolotu. Po detekcji odzyskiwany jest sygnał pierwotny. Analiza wyników z takiego pomiaru może być łatwo zautomatyzowana [10]. Podczas detekcji odfiltrowywana jest częstotliwość nośna. Przy jednoczesnym stosowaniu skorelowanych metod FAM-C i FDM-A, mogą być wykrywane cztery modele zużycia łożysk tocznych: zwiększonych oporów biernych, zaciśniętych elementów tocznych, zwiększanych luzów promieniowych, zwiększonych luzów osiowych. Podział ten został dokonany na bazie obserwacji stanu technicznego łożysk tocznych wielu (około 30- tu)egzemplarzy silników turboodrzutowych w czasie ich normalnej eksploatacji.

Słowa kluczowe

EN

frequency analysis; DC generator; AC generator; bearing wear; increase of radial clearances; increase of axial clearances

PL

modulacja częstotliwości; prądnica prądu stałego; prądnica prądu przemiennego; zwiększone luzy promieniowe; zwiększone luzy podłużne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 18, No. 1
• Strony: 59--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gębura A.

• Air Force Institute of Technology, 01-494, Warszawa 46, Księcia Bolesława 6

Bibliografia

• 1. Barwell FT. Lubrication of bearings. 1956.
• 2. Bilinkis I. Digital Alias-free Signal Processing. ISBN 978-0-470-02738-7.
• 3. Campbell W.: Elastic fluid turbine rotor and method of avoiding tangential bucket vibration threin. Patent US 1.502.904.
• 4. Carrington IB, Wright JR, Cooper JE, Dimitriadis G. A comparison of blade tip timing data analysis methods. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G, Journal of Aerospace Engineering, 2001; 215(5): 301-312.
• 5. Chuan Li, Vinicio Sanchez, Grover Zurita, Mariela Cerrada Lozada, Diego Cabrera: Rolling element bearing defect detection using the generalized synchrosqueezing transform guided by timefrequency ridge enhancement, ISA Transactions, 2016; 60: 274-284.
• 6. Ma GJ, Wu CW, Zhou P. Influence of Wall Slip on the Dynamic Properties of a Rotor-Bearing System. Tribology Transactions, 2008; 51: 204-212.
• 7. Gębura A, Tokarski T. Metody FDM-A i FAM-C w wykrywaniu i monitorowaniu silnie zaciśniętych łożysk tocznych, Prace Naukowe Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, 2008; 23: 223-235.
• 8. Gębura A, Tokarski T. The monitoring of the Bearing joints with excessive axial clearances using the FAMC and FDM-A methods, Research Works of Air Force Institute of Technology (Prace Naukowe ITWL), 2010; 27: 105-137.
• 9. Gębura A, Tokarski T. The monitoring of the Bearing nodes with excessive radial clearances using the FAM-C and FDM-A methods, Research Works of Air Force Institute of Technology (Prace Naukowe ITWL), 2009; 25: 89-127.
• 10. Gębura A, Pietnoczko B, Tokarski T. Diagnostic testers operating on the basis of the FAM-C method. Diagnostyka, 2016; 17(3): 87-94.
• 11. Gębura A. Inspecting the technical condition of bearing assemblies and selected elements of power unit transmission, 2014, Warsaw: Publisher of the Air Force Institute of Technology.
• 12. Hermans L, Van der Auweraer H. Modal Testing and Analysis of Structures under Operational Conditions. Mechanical System and Signal Processing, 1990: 1(2):193-216.
• 13. Sawalhi N, Randall R. Effects of limiting the bandwidth of the vibration signal on bearing fault detection and diagnosis using state of the art techniques, AIAC-13 Thirteenth American International Aerospace Congress; Sixth DSTO, 2013.
• 14. Skoć A, Spałek J, Makusik S. Podstawy konstrukcji maszyn, T. 2, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2008.
• 15. Spałek J. Problemy inżynierii smarowania maszyn w górnictwie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003.
• 16. Spychała P, Majewski P, Szczekala M, Gębura A. Badania silnika 308 w hamowni WZL-3, Warszawa 2006.
• 17. Sung-HoonJeng, Seok-Ju Yong. Friction and wear characteristic Due to stick-slip under fretting condition, Tribology Transactions, 2004; 50:564-722.
• 18. Szurgacz D. Tribological aspects of machine operation in mining engineering. Research Reports of Central Mining Institute. Mining & Environment, 2010; 1.
• 19. Wang W. Damage Detection of Gas Turbine Engine By Analyzing Blade Tip Timing Data. Proc. Of HUMS 2003. Conference, DSTO, Australia.
• 20. Witoś M. Increasing the durability of turbine engines through active diagnostics and control`. Research Works, 2011; 29.
• 21. Woch M, Matyjewski M, Kurdelski M. Reliability at the checkpoints of an aircraft supporting structure, Maintenance and Reliability,2015; 17(3):457-462.
• 22. Woch M, Nowakowski T, Młynarczyk M. Conference „Proceeding of the European safety and Reliability Conference (CSREL), location Wrocław Metodology and Applications, 2015:2355-2360.
• 23. Żurek J, Tomaszek H, Zieja M. Analysis of structural component’s life time distribution considered from the aspect of the wearing with the characteristic function applied, 22nd Annual Conference on European Safetly and Reliability (ESREL), SEP 29- OCT 02.2013, Amsterdam “Safety Reliability and Risk Analysis: Beyond the Horizon”, 2013: 2597- 2602.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).