MONITOROWANIE WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH O NADMIERNYCH LUZACH PODŁUŻNYCH METODAMI FAM-C I FDM-A

Transkrypt

1 Andrzej GĘBURA Tomasz TOKARSKI Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 27, s , 2010 r. DOI /v y MONITOROWANIE WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH O NADMIERNYCH LUZACH PODŁUŻNYCH METODAMI FAM-C I FDM-A W artykule omówiono zagadnienia związane z obserwacją podpór łożyskowych silników turbinowych jednowałowych o zwiększonych luzach podłużnych. Opisano zagrożenia, parametry i objawy tego stanu oraz możliwości jego określenia przy pomocy metod FDM-A 1 i FAM-C 2. Przedstawiono hipotezy opracowane przez autorów, dotyczące kolejnych etapów zużywania się podpór łożyskowych lotniczego silnika turboodrzutowego prowadzące do powstawania nadmiernych luzów podłużnych. Rozważania teoretyczne uzupełniono uzyskanymi wynikami badań diagnostycznych oraz danymi weryfikacji mechanicznej silników z ich demontaży. Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna, diagnozowanie traktów przenoszenia napędu, modulacja częstotliwości, zbiór charakterystyczny, silnik turbinowy, łożysko toczne, współczynnik toczenia, rezonans, dobroć mechaniczna. 1. Wstęp Każda maszyna wirnikowa w danej chwili znajduje się w pewnym określonym stanie technicznym. Stan maszyn wirnikowych opisany jest zbiorem chwilowych własności, m.in. stanem ich węzłów łożyskowych. Przyczyną zmian są pojawiające się uszkodzenia i inne zdarzenia wpływające na zmianę jakości działania zespołu wirnikowego. Podczas ruchu pojawia się równocześnie szereg obciążeń 1 FAM-C metoda diagnozowania napędów oparta na śledzeniu modulacji częstotliwości (FM frequency modulation) napięcia wyjściowego prądnic prądu przemiennego (A od liter AC alternating current). 2 FDM-A metoda diagnozowania napędów oparta na śledzeniu modulacji częstotliwościowej (FM frequency modulation) dla pulsacji napięcia wyjściowego prądnic prądu stałego (D od liter DC direct current).

2 106 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI wirnika wywołanych np. oddziaływaniem czynnika roboczego, niewyważeniem, podatnością łożysk na uszkodzenia czy zewnętrznym obciążeniem oraz nadmiernymi luzami promieniowymi i podłużnymi. W węzłach łożyskowych o znacznej prędkości obrotowej nie można stosować zbyt małych luzów promieniowych [1, 7, 13]. Jednak zbyt duże ich wartości w łożyskach są równie niebezpieczne i powodują zagrożenia dla konstrukcji zespołu wirnikowego w postaci możliwości wystąpienia drgań rezonansowych, co przedstawiono we wcześniejszym opracowaniu autorów [15]. W celu uzupełnienia rozważań na temat luzów stanowiących zagrożenie dla zespołu wirnikowego, należy rozpatrzyć jeszcze wadę podpór łożyskowych związaną z nadmiernymi luzami podłużnymi, czego próbą są badania opisane w niniejszym artykule. Bieżący stan eksploatacyjny węzłów łożyskowych badanego zespołu wirnikowego silnika turbinowego samolotu dobrze odwzorowują pomiary uzyskane metodami FDM-A i FAM-C oparte na analizie sygnałów wyjściowych prądnic pokładowych. Rzeczywisty stan eksploatacyjny badanego silnika można ocenić, analizując uzyskane wyniki wymienionych pomiarów. Niestety, ocena stanu technicznego podpór łożyskowych silnika na podstawie analizy wykonanych pomiarów wspomnianymi metodami nie należy w ogólnym przypadku do prostych zadań. Celowe zatem staje się jednoznaczne przyporządkowanie określonego bieżącego stanu badanego zespołu wirnikowego do parametrów uzyskanych z pomiarów metodami FDM-A i FAM-C. Na podstawie dotychczasowych badań można stwierdzić, że istnieją związki między parametrami uzyskiwanymi wymienionymi metodami a wadami podpór łożyskowych związanymi z nadmiernymi luzami podłużnymi w silniku turbinowym jednowałowym. Powyższa hipoteza powstała na podstawie: badań laboratoryjnych na stanowiskach napędowych LUZES 3 [11], obserwacji poszczególnych zobrazowań przebiegów częstotliwości chwilowej w funkcji czasu dla kilku silników lotniczych jednowałowych (rys. 1), analizy literatury z dziedziny dynamiki maszyn i procesów tribologicznych [1, 4, 5, 9, 10], wyników kontrolnych demontaży silników lotniczych jednowałowych [12]. Wyniki kontrolnych demontaży tej grupy silników wskazywały ślady uderzeń podłużnych pierścienia łożyskowego środkowej podpory w pokrywę łożyska (rys. 6), stąd autorzy ten typ zużycia nazwali kompleksem nadmiernych luzów podłużnych. Jest to nazwa robocza i tylko częściowo oddaje fizykę powstawania pew- 3 LUZES Lotniskowe Urządzenie Zasilania Statków Powietrznych; w tym opracowaniu opisywane jest jego zastosowanie jako elektryczne stanowisko napędowe do badania związków między uszkodzeniami mechanicznymi a parametrami elektrycznymi.

3 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 107 nego kompleksu zjawisk złożonej dynamiki ruchu zespołu wirnikowego. Zdaniem autorów, powstaniu tego typu zużycia sprzyjają zwiększone luzy promieniowe i podłużne, zarówno w podporach wału głównego silnika, jak i w połączeniach mechanicznych z innymi elementami silnika o znacznych wartościach momentu bezwładności. Rys. 1. Schemat kinematyczny jednowałowego silnika turbinowego: 1 łożysko przednie, 2 łożysko środkowe, miejsce połączenia obu części wału (wał turbiny, wał sprężarki), 3 łożysko tylne, 4 turbina, 5 sprężarka, 6 czop łożyska środkowego, 7 tłumik drgań poprzecznych łożyska środkowego, 8 tuleja sprężysta, 9 gniazdo łożyska środkowego, 10 wał turbiny, 11 wał sprężarki Dotychczasowe badania pozwalają na stwierdzenie, że istotną rolę w powstaniu tego typu kompleksu zużyciowego odgrywa przekoszenie połączeń nie tylko w miejscu połączenia wału turbiny z wałem sprężarki, lecz także w miejscu połączenia wielowypustu prądnicy prądu stałego z gniazdem skrzyni napędowej. Autorzy pragną w tym miejscu zaznaczyć, że jako specjaliści z dziedziny awioniki nie czują się kompetentni, na obecnym etapie badań, do przedstawienia pełnego opisu procesu wytwarzania przedmiotowego kompleksu zużyciowego. Skuteczność opracowanych przez autorów metod FAM-C i FDM-A w diagnozowaniu wad poszczególnych par kinematycznych została udowodniona w licznych publikacjach [3, 9 15]. Cały proces zużyciowy jest przez autorów obserwowany w czasie eksploatacji, praktycznie biorąc, tylko poprzez zobrazowania i parametry otrzymywane z pomiarów FAM-C i FDM-A. Oględziny zużytych elementów i weryfikacja badanych zespołów możliwe są wyłącznie po zakończeniu eksploatacji silnika. W niniejszym artykule opisano kolejny kompleks zużyciowy podpór łożyskowych silnika. Autorzy opisali dotychczas kompleks silnie zaciśniętych łożysk tocznych [13] oraz kompleks nadmiernych luzów promieniowych [15].

4 108 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI 2. Zdefiniowanie kryteriów rozpoznawalności kompleksu zużyciowego zwiększonych luzów podłużnych przy pomocy metod FAM-C i FDM-A Kompleks zwiększonych luzów podłużnych, jak wspomniano wcześniej, jest to pojęcie utworzone przez autorów, zarezerwowane dla zużycia silników SO-3/3W do czasu zebrania odpowiedniej liczby wyników badań diagnostycznych. Kompleks ten charakteryzuje się wyjątkowo skomplikowaną dynamiką ruchu przestrzennego wału głównego. W czasie pracy silnika odbywa się m.in. ruch podłużny obu części wału, jak również zmienia się wartość chwilowa kąta wzajemnego przekoszenia obu części wału. Autorzy nie zamierzają w tym miejscu dociekać przyczyn i sposobu rozwijania się tego zjawiska, ale pragną jedynie zwrócić uwagę na możliwość wyróżnienia tego typu kompleksu zużyciowego przy pomocy metody FAM-C. Procesy dynamiki tego ruchu są bowiem w znacznej części odzwierciedlane w parametrach uzyskanych z kanału prądu przemiennego (AC). Przebieg częstotliwości chwilowej f i = f(t) charakteryzuje się głębokimi zniekształceniami (wielokrotnymi podcięciami) kształtu sinusoidy i zmodulowaniami wyższych częstotliwości (FM), jak również zwiększonymi zmodulowaniami (AM) amplitudy (zniekształceniami obwiedni) tego przebiegu (rys. 2). Rys. 2. Przykładowy przebieg zmian częstotliwości chwilowej w funkcji czasu (zobrazowania f i (t)) otrzymany z pomiarów dla czasu obserwacji 0,55 s

5 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 109 Wartość współczynnika względnej głębokości modulacji AM przebiegu f i = f(t) wyraża wzór: Amax A p min fśr Amax Amin 100% W przypadku kompleksu zwiększonych luzów podłużnych wartość ta przekracza dla niektórych znamionowych prędkości obrotowych badanego silnika poziom 50%, zaś po uśrednieniu ze wszystkich badanych znamionowych prędkości obrotowych silnika przekracza 30%. Rys. 3. Przebieg f i = f(t) kanału AC, dla kompleksu zwiększonych luzów podłużnych otrzymany z pomiarów dla czasu obserwacji 5 s Przebieg f i = f(t) dla silników z wadami nienależącymi do kompleksu zwiększonych luzów podłużnych ma kształt quasi-sinusoidalny o okresie wahań równym 3,8 4,2 okresu znamionowego wału głównego. Ich częstotliwość jest równa pierwszej harmonicznej prędkości znamionowej wału głównego, zaś amplituda jest wprost proporcjonalna do wielkości wady mimośrodowości. Przebiegi te mają kształt sinusoidy bez zniekształceń. Wartość współczynnika względnej głębokości modulacji AM przebiegu f i = f(t) zazwyczaj nie przekracza, dla dowolnej znamionowej prędkości obrotowej silnika, poziomu 20%, zaś po uśrednieniu ze wszystkich badanych znamionowych prędkości obrotowych silnika nie przekracza 10%.

6 110 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI Przebiegi f i = f(t) kanału AC dla większości silników charakteryzują się tym, że górna obwiednia modulacji AM ma kształt symetryczny w stosunku do dolnej obwiedni są to klasyczne zmodulowania amplitudy. Niekiedy dla kompleksu zwiększonych oporów tarcia podpór łożyskowych występuje powolny spadek wartości średniej przebiegu f i = f(t). W przypadku silników, w których występuje kompleks zużyciowy zwiększonych luzów podłużnych obwiednia górna modulacji AM jest przeważnie niesymetryczna w stosunku do dolnej. W większości przypadków można zaobserwować składową wolnozmienną precesji częstotliwości średniej (rys. 3). Również zbiory charakterystyczne otrzymane z kanału AC dla kompleksu zużyciowego o zwiększonych luzach podłużnych różnią się w stosunku do innych kompleksów zużyciowych. W ich przypadku wartość wysokości zbioru charakterystycznego pierwszej harmonicznej systematycznie się zwiększa. Świadczy to o zwiększającej się wartości luzów promieniowych. Tempo tego wzrostu jest większe niż w innych kompleksach zużyciowych. Jednocześnie wartość wysokości pierwszej podharmonicznej wprost proporcjonalna do wartości kąta przekoszenia obu części wału jest znacznie wyższa niż w innych kompleksach zużyciowych. Istotne cechy charakteryzujące rozpatrywany kompleks zużycia można zaobserwować także w parametrach otrzymanych z kanału prądu stałego (DC), czyli w kanale pomiarowym przyłączonym do napięcia wyjściowego prądnicy prądu stałego. Obwiednia wykresu wysokości zbiorów charakterystycznych kanału DC (poszczególnych łożysk) w funkcji znamionowych prędkości obrotowych silnika dla różnych kompleksów zużyciowych ma różne charakterystyczne kształty: wykładniczo opadający dla łożyska idealnie działającego [13], wannowy dla stanu rezonansowego podpory łożyskowej [12], narastający dla łożyska zbyt silnie zaciśniętego o zwiększonych oporach toczenia [13], rezonansowy, tj. ze zwiększoną wysokością zbiorów charakterystycznych dla jednej częstotliwości znamionowej w przypadku kompleksu o zwiększonych oporach łącznych. Dla łożyska o zwiększonych luzach podłużnych, wysokości zbiorów charakterystycznych kanału DC mają na przemian zarówno kształty wannowe głównie tuż po remoncie, jak i rezonansowe przeważnie w miarę narastania procesu zużycia. Systematyzując pomiary uzyskane metodami FDM-A i FAM-C, oparte na analizie sygnałów wyjściowych prądnic pokładowych, stwierdzono występowanie zależności wymienionych metod w odniesieniu do procesu zużycia dla silnika turbi-

7 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 111 nowego jednowałowego z kompleksem zwiększonych luzów podłużnych. Bieżący stan badanego silnika z wymienionym kompleksem zużycia charakteryzują następujące parametry uzyskane z pomiarów metodami FDM-A i FAM-C [8, 12, 14]: a) na przebiegu AC częstotliwości chwilowej f i = f(t) występują głębokie podcięcia (na narastającym zboczu quasi-sinusoidy) i zmodulowania wyższych częstotliwości (FM) rys. 2; niekiedy pojedyncze podcięcia przemieniają się w wielokrotne tworzy się składowa szybkozmienna na tle quasi-sinusoidy o znamionowej częstotliwości wahań (zależnej od znamionowej prędkości obrotowej badanego silnika) i pojawia się składowa szybkozmienna o częstotliwości czterokrotnie większej (czterokrotnie mniejszym okresie wahań); wartość współczynnika względnej głębokości zmodulowań AM przebiegu f i = f(t) kanału AC zazwyczaj przekracza dla dowolnej znamionowej prędkości obrotowej silnika poziom 50%, zaś po uśrednieniu ze wszystkich badanych znamionowych prędkości obrotowych silnika przekracza 30%; b) precesyjny charakter (powolny spadek i wzrost wartości średniej) przebiegu f i = f(t) w kanale AC (rys. 3) składowa wolnozmienna precesji ma kształt oscylacyjny; c) początkowo (po remoncie) niska wartość wysokości zbiorów charakterystycznych pierwszej harmonicznej AC prędkości obrotowej wału głównego w czasie eksploatacji systematycznie rośnie [14] systematycznie zwiększają się wartości luzów promieniowych; d) niska wartość rozwartości zbiorów charakterystycznych pierwszej harmonicznej AC prędkości obrotowej wału głównego [14] niewielki poziom owalności gniazda łożyska; e) początkowo wysoka wartość ilorazu wysokości zbiorów charakterystycznych łożyska przedniego i środkowego A ŁP /A ŁŚT >2, w czasie eksploatacji systematycznie maleje; f) obwiednia wykresu wysokości zbiorów charakterystycznych kanału DC (poszczególnych łożysk) w funkcji znamionowych prędkości obrotowych silnika ma kształt zmieniający się w czasie eksploatacji silnika [14]: rezonansowy, czyli dla pewnej znamionowej prędkości obrotowej silnika następuje wyraźne zwiększenie wartości wysokości zbiorów (rys. 4), wannowy (rys. 5); g) wartość dobroci mechanicznej Q, obliczona z częstotliwości zbiorów charakterystycznych otrzymanych z kanału DC, dla łożyska środkowego i tylnego przekracza 8 (wartość uśrednioną ze wszystkich znamionowych prędkości obrotowych).

8 112 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI Rys. 4. Rezonansowy kształt obwiedni wykresu wysokości zbiorów charakterystycznych kanału DC łożyska środkowego Rys. 5. Wannowy kształt obwiedni wykresu wysokości zbiorów charakterystycznych kanału DC łożyska środkowego 3. Opis zużycia mechanicznego silnika turbinowego jednowałowego z kompleksem nadmiernych luzów podłużnych Dotychczas za pomocą metod FDM-A i FAM-C wyselekcjonowano trzy silniki turbinowe jednowałowe, w których węzłach łożyskowych występuje kompleks zwiększonego luzu podłużnego. Dwa z tych silników poddano demontażowi i weryfikacji elementów mechanicznych. W czasie weryfikacji stwierdzono następujące uszkodzenia i nieprawidłowości współpracy poszczególnych elementów węzłów łożyskowych demontowanych silników:

9 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 113 1) ślady uderzeń i deformacje plastyczne (wypływki materiału) na tłumiku drgań podłużnych powstałych w wyniku nieprawidłowej współpracy tłumika z bieżnią zewnętrzną łożyska środkowej podpory; 2) ślady uderzeń na pokrywie łożyska środkowego oraz na bieżni zewnętrznej łożyska środkowego; 3) silne przebarwienia koloru niebieskiego na pokrywie łożyska środkowej podpory; 4) szczelina pomiędzy czołem nakrętki spinającej wał turbiny z wałem sprężarki (rys. 7, szczegół 9) a czołem pierścienia wewnętrznego łożyska środkowego (rys. 7, szczegół 2) była nierównomierna [12]; jednocześnie po odkręceniu nakrętki spinającej wał turbiny z wałem sprężarki stwierdzono pewne zaciemnienia mogące świadczyć o okresowym ocieraniu się tych powierzchni; ponadto półpierścienie (rys. 7, szczegół 10) spinające wał turbiny z wałem sprężarki (po odkręceniu nakrętki spinającej obie części wału) wykazały pewne zużycie krawędzi; 5) stwierdzono obecność nadmiernej ilości opiłków srebra w gnieździe łożyska środkowego, niektóre z tych opiłków miały znaczne rozmiary do kilku milimetrów; 6) ślady ocierania zewnętrznych elementów separatora o powierzchnię bieżni zewnętrznej łożyska środkowego (rys. 8); 7) ślady ocierania pierścieni koszyka o bieżnię wewnętrzną oraz elementów separujących koszyka o kryzę bieżni zewnętrznej łożyska środkowego (rys. 9 11); 8) w oknach separatora łożyska środkowego widoczne są ślady deformacji plastycznej (wypływki materiału) rys. 10; okna separatora były powiększone; wszystkie wałki łożyska środkowego po zdemontowaniu wypadły z węzła łożyskowego (z powodu powiększonych okien). Stwierdzone ślady przebarwienia (koloru niebieskiego) pokrywy łożyska środkowego świadczące o przegrzaniu oraz ślady silnych uderzeń bieżni zewnętrznej tego łożyska w jego pokrywę pokazano na rys. 6. Głębokość śladów po uderzeniach przekraczała 1 mm. Istniejące ślady przegrzania na pokrywie łożyska środkowego oraz ślady uderzeń na jej powierzchni powstały w wyniku nieprawidłowej współpracy tłumika drgań podłużnych i bieżni zewnętrznej łożyska w gnieździe łożyska środkowego. Uszkodzenia tych elementów węzła łożyskowego środkowej podpory silnika powstały w wyniku nadmiernych luzów podłużnych i promieniowych oraz nadmiernych kątów przekoszenia obu części wału. Potwierdza to stwierdzenie istnienia nierównomiernej szczeliny (rys. 7, szczegół 12) pomiędzy: nakrętką (rys. 7, szczegół 9), spinającą wał turbiny z wałem sprężarki, a czołem pierścienia bieżni wewnętrznej łożyska środkowego. Po demontażu nakrętki stwierdzono ślady nadmiernego zużycia pomiędzy półpierścieniem spinającym wał turbiny z wałem sprężarki (rys. 7, szczegół 10) a krawędzią rowka obwodowego w wale turbiny (rys. 7, szczegół 11).

10 114 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI Rys. 6. Pokrywa łożyska środkowej podpory badanego silnika: 1 ślad uderzenia, 2 - ślady przegrzania Rys. 7. Badany silnik turbinowy sposób połączenia obu części wału głównego: 1 łożysko przednie, 2 łożysko środkowe, 3 łożysko tylne, 4 turbina, 5 sprężarka, 6 komutatorowa prądnica prądu stałego GSR-ST-6000WT, 7 skrzynka napędów, 8 trójfazowa prądnica tachometryczna D-10/2, 9 nakrętka specjalna nakręcana na końcówkę czopa łożyska środkowego wału sprężarki, 10 półpierścienie spinające wał turbiny z wałem sprężarki, 11 rowek obwodowy w wale turbiny, 12 miejsce pomiaru szczeliny pomiędzy czołem nakrętki (9) a czołem pierścienia (2)

11 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 115 W demontowanym silniku stwierdzono na bieżni wewnętrznej ślady ocierania przez elementy wewnętrzne (pierścienie spinające separatora) (rys. 11, szczegół 1). W normalnej pracy łożyska środkowego elementy te są oddalone od powierzchni bieżni ok. 0,2 mm, gdyż koszyk jest podnoszony przez elementy toczne tego łożyska. Na skutek zużycia ściernego nastąpiło szybkie rozszerzenie okien separatora, co umożliwiło opadnięcie separatora na bieżnię wewnętrzną łożyska (ślady otarć na wewnętrznej powierzchni pierścieni separatora rys. 10, szczegół 2, ślady współpracy na bieżni wewnętrznej rys. 11, szczegół 2). Pod wpływem sił tarcia ślizgowego separator był napędzany bezpośrednio przez czop główny i bieżnię wewnętrzną łożyska środkowego. Spowodowało to znacznie większe prędkości obrotowe koszyka, niż wynikałoby to z normalnej pracy łożyska, gdy obtaczające się po bieżniach elementy toczne napędzają koszyk (rys. 9). Teorię tę potwierdzają wyrobienia (ubytki materiału) w oknach koszyka w normalnej pracy elementy toczne popychają koszyk i pozostawiają odciski w kierunku ruchu obwodowego, jeśli natomiast koszyk (pod wpływem sił tarcia ślizgowego) napędza elementy toczne, to powstają odciski również na krawędzi okien od strony przeciwnej do kierunku obrotu czopa (rys. 10). Rys. 8. Koszyk łożyska środkowego wyszlifowania na elementach separujących strzałkami zaznaczono miejsca wyszlifowań

12 116 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI a) b) Rys. 9. Sposób atakowania krawędzi okna koszyka: a) przy normalnym obtaczaniu się elementów tocznych pomiędzy bieżniami, b) po opadnięciu koszyka, który napędzany siłą tarcia czopa uzyskuje zwiększoną prędkość i zaczyna napędzać wałki toczne Rys. 10. Koszyk łożyska środkowego: 1 ślady deformacji plastycznej (wypływek) elementów separujących koszyka w miejscu ich styczności z elementami tocznymi, 2 ślady otarć na wewnętrznej powierzchni separatora Na bieżni wewnętrznej łożyska środkowego widoczne są także ślady bruzdowania ślady po zbyt silnym docisku elementów tocznych do bieżni wewnętrznej, powodującym charakterystyczne pofałdowania i uszkodzenia ciągłości powierzchni bieżni (rys. 11). Ślady te są szczególnie intensywne od strony sprężarki. Jednocześnie, na przebiegach częstotliwości f i = f(t) (metoda FAM-C) otrzymanych z toru pomiarowego trójfazowej prądniczki tachometrycznej można zauważyć bardzo wysoki poziom głębokości modulacji amplitudy, wynoszący 30,8%. Świadczy to o znacznych wartościach kąta przekoszenia obu części wału zespołu wirnikowego.

13 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 117 Rys. 11. Wał silnika z bieżnią wewnętrzną łożyska środkowego: 1 ślady ocierania ( wyszlifowania ) elementów wewnętrznych koszyka (pierścieni separatora) o bieżnię, 2 ślady bruzdowania bieżni wewnętrznej przez elementy toczne Dodatkowo w czasie weryfikacji stwierdzono ślady zużycia na wałku wielowypustowym prądnicy prądu stałego badanego silnika (rys. 12). Na jego części zewnętrznej stwierdzono ślady silnego zużycia w postaci widocznych beczułkowatych ubytków materiału na płaszczyźnie przyporu, które mogą świadczyć o znacznych wartościach kąta przekoszeniach połączenia [4, 5, 9]. 1 Rys. 12. Wałek wielowypustowy prądnicy prądu stałego badanego silnika: 1 ślad ubytków materiałowych na wielowypustach wałka napędowego

14 118 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI Podobne ubytki materiałowe na wielowypustach wałka prądnicy oraz na powierzchniach wielowypustów gniazda napędu zaobserwowano również w doświadczeniach wykonanych na stanowisku napędowym LUZES-II [9], po kilkudziesięciu godzinach pracy połączenia wielowypustowego prądnicy z gniazdem skrzynki napędowej z przekoszeniem β = 1,5 o (prądnica SGO-8) [9, 10, 11]. 4. Podsumowanie Diagnostyka zespołów napędowych, w tym silników lotniczych, ma duże znaczenie w prawidłowym procesie ich eksploatacji, zwłaszcza w odniesieniu do podstawowego wymogu, jakim jest zapewnienie bezpieczeństwa lotów. Takie zadanie pociąga za sobą konieczność stosowania metod i środków umożliwiających zebranie informacji o własnościach działającego zespołu, a następnie prawidłowe ich zinterpretowanie. Działanie i procesy zużywania się silnika lotniczego mają charakter ciągły i nie dają jednoznacznych przesłanek do naturalnego rozgraniczenia stanów. W artykule przedstawiono jeden ze sposobów zużywania się podpór łożyskowych wałów głównych silników turboodrzutowych, prowadzący do awarii, roboczo nazwany przez autorów kompleksem nadmiernych luzów podłużnych. Przedstawiono sposób rozpoznawania tego kompleksu metodami FAM-C i FDM- A. Charakteryzuje się on m.in.: istnieniem wcięć na zboczach przebiegów f i = f(t) kanału AC, na tle składowej głównej przebiegu f i = f(t) kanału AC o częstotliwości 0,25*n N /60 występowaniem wyższej lub równej amplitudy składowej szybkozmiennej (o częstotliwości równej n N /60), gdzie n N znamionowa prędkość obrotowa wału głównego, szybkim wzrostem wartości pierwszej harmonicznej kanału AC świadczącym o zwiększaniu się luzów promieniowych, wysoką wartością amplitudy pierwszej podharmonicznej, świadczącą o wysokiej wartości kątów przekoszenia obu części wału względem siebie. Przedstawiony w opracowaniu opis wyselekcjonowanych silników po demontażu potwierdził diagnozy (oparte na analizach FAM-C i FDM-A) o bieżącym stanie ich zużycia. Stan poszczególnych podzespołów węzłów łożyskowych sugeruje, że jest to groźny typ zużycia mechanicznego podpór łożyskowych. Ślady uderzeń, poziom zużycia ściernego i przebarwienia elementów węzłów łożyskowych świadczą o wyjątkowo dużym poziomie energii wydzielanej w tego typu zużyciu, sugerującym awaryjny stan zużycia silnika.

15 Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach podłużnych 119 W oparciu o wyniki wykonanych badań można stwierdzić, że zastosowanie metod FAM-C i FDM-A w badaniach diagnostycznych silników lotniczych stwarza możliwość bezdemontażowej oceny ostrzegawczych sygnałów diagnostycznych związanych z procesami ich zużywania i może mieć istotne znaczenie dla sterowania bezpieczną ich eksploatacją w szczególności w celu zapobiegania zużywaniu awaryjnemu. Praca finansowana ze środków na naukę w latach Literatura 1. Berwell F.T.: Łożyskowanie, WNT, Warszawa Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego. Opis patentowy PL B1, zgłoszenie , udzielenie patentu Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu stałego. Opis patentowy PL B1, zgłoszenie , udzielenie patentu Borgoń J., Stukonis M., Szymczak J.: Czy uszkodzenia połączeń wielowypustowych w silnikach lotniczych mogą spowodować wypadki lotnicze. Informator ITWL 1993, Techniczne problemy eksploatacji i niezawodności wojskowych statków powietrznych, Kiekrz Chaimzov M.E., Kryłow K.A., Korablev A.I.: Nadieżnost aviacionnych raziemnych soiedinienij. Transport, Moskva. 6. Chaimzow M.E., Korablev A.I.: Rabotosposobnost aviacionnych zubcatych soiedinienii. Transport, Moskva Dietrich M.: Podstawy konstrukcji maszyn. T. 2, WNT, Warszawa Gębura A.: Metoda modulacji częstotliwości napięcia prądnic pokładowych w diagnozowaniu zespołów napędowych. Wydawnictwo ITWL, Warszawa Gębura A.: Przekoszenia połączeń wielowypustowych a modulacja częstotliwości prądnic. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, z. 4/99(120). 10. Gębura A.: Związki modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego prądnicy z wybranymi wadami układu napędowego [w:] Turbinowe silniki lotnicze w ujęciu problemowym, red. M. Orkisz. Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne, Lublin Gębura A., Prażmowski W., Kowalczyk A., Falkowski P., Głowacki T., Budzyński P., Pisarska K.: Sprawozdanie z pracy na temat: Diagnostyka techniczna statków powietrznych. Zadanie cząstkowe: modelowanie matematyczne stanów dynamicznych

16 120 Andrzej GĘBURA, Tomasz TOKARSKI układów napędowych prądnic lotniczych i zmian jakościowych energii elektrycznej, niepublikowane. Warszawa, listopad Gębura A., Radoń T., Tokarski T., Kaleta R., Szymański M.: Sprawozdanie z pracy nr 270/43/2008: Opracowanie metody diagnozowania podpór łożyskowych silników SO-3 oraz SO-3W w oparciu o analizę sygnału wyjściowego prądnic pokładowych poziom I-III technologii, niepublikowane. Warszawa 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, z Gębura A., Tokarski T., Szymański M., Kobylański A.: Sprawozdanie z pracy Nr 270/43/2008 Weryfikacja metody diagnozowania podpór łożyskowych silników SO-3 oraz SO-3W w oparciu o analizę sygnału wyjściowego prądnic pokładowych poziom IV-V technologii, niepublikowane. Warszawa Gębura A., Tokarski T.: Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach promieniowych metodami FAM-C i FDM-A. Prace Naukowe Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych 2009, z. 25.