DIAGNOZOWANIE I MONITOROWANIE STANU TECHNICZNEGO ELEKTRYCZNYCH POMP PALIWOWYCH STATKÓW POWIETRZNYCH

Transkrypt

1 Tomasz TOKARSKI Andrzej GĘBURA Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych PRACE NAUKOWE ITWL Zeszyt 33, s , 2013 r. DOI /afit DIAGNOZOWANIE I MONITOROWANIE STANU TECHNICZNEGO ELEKTRYCZNYCH POMP PALIWOWYCH STATKÓW POWIETRZNYCH W pracy omówiono wybrane problemy eksploatacyjne elektrycznych pomp paliwowych. Są one niezbędne do wytworzenia nadciśnienia przed pompą nurnikową silnika turboodrzutowego. Po jej awarii może dojść do zapowietrzenia pompy nurnikowej i zgaśnięcia silnika. Porównano zalety i wady dwóch typów elektrycznych napędów pomp paliwowych: trójfazowego prądu przemiennego 115/208 VG, 400 Hz i prądu stałego 28 V. Przedstawiono możliwości diagnozowania i monitorowania stanu technicznego elektrycznych pomp paliwowych przez ITWL. Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna, zwarcie elektryczne, pulsacja komutatorowa, uszkodzenia elektryczne, przebicie elektryczne, zgaśnięcie silnika turboodrzutowego. 1. Wstęp przeznaczenie i budowa Elektryczne pompy paliwowe niezbędne są do utworzenia pewnego nadciśnienia (ok. 0,02 0,04 MPa) paliwa podawanego do mechanicznej pompy paliwowej silnika głównego statku powietrznego. Nie jest celem autorów tego artykułu analiza, w jakim stopniu i w jakich warunkach niepoprawna praca elektrycznej pompy paliwowej wpływa na bezpieczeństwo lotów statków powietrznych. Wystarczy przypomnieć, że w przypadku niedziałania takiej pompy mogą wystąpić kłopoty z poprawną pracą silnika, a nawet jego wyłączenie. W przypadku zwarć w instalacji oraz niskiego poziomu paliwa istnieje także możliwość wybuchu oparów paliwa. W wielu konstrukcjach statków powietrznych pompy paliwowe spełniają także inne, ważne funkcje: biorą udział w balastowaniu płatowca, przepompowując paliwo podczas startu i lądowania, w układzie chłodzenia przetłaczają paliwo przez chłodnicę paliwowopowietrzną (pompa ECN-91C na Su-22), w układzie tankowania nadciśnieniowego zbiorników paliwa.

2 222 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA W artykule autorzy specjaliści elektrycy skupili się nad zjawiskami awarii elektrycznych pomp paliwowych. Omówiono podstawowe ich typy i rodzaje oraz porównano ich podstawowe konstrukcje. Szczególną uwagę zwrócono na niedomagania tych pomp oraz możliwości ich diagnozowania i monitorowania. Elektryczne pompy paliwowe składają się z części silnikowej i hydraulicznej (rys. 1) Rys. 1. Pompa 495B przekrój: 1 kierunek przepływu paliwa lotniczego, 2 króciec wylotowy (wyjściowy) ciśnieniowy instalacji paliwowej, 3 korpus części hydraulicznej pompy, 4 turbina odśrodkowa pompy paliwowej, 5 kierunek przepływu powietrza przepływającego przez kanał wentylacyjny, 6 pokrywa kanału wentylacyjnego, 7 szczelina wentylacyjna, 8 wiązka kabli elektrycznych, 9 pokrywa (płyta) zbiornika paliwa lotniczego, 10 siatka filtra paliwowego, 11 stojan silnika elektrycznego, 12 wirnik silnika elektrycznego, 13 kołpak (osłona) aluminiowa silnika elektrycznego, 14 paliwo lotnicze, 15 wałek wirnika silnika elektrycznego i turbiny paliwowej, 16 korpus podstawy silnika elektrycznego

3 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp Część silnikowa jest szczelnie oddzielona od części hydraulicznej. Silnik elektryczny stojan (rys. 1, p. 11) i wirnik (12) jest na jednej osi z turbiną odśrodkową (4). Turbina odśrodkowa jest najprostszą formą pompy paliwowej mającą duże tolerancje strukturalne dla zwiększonych luzów i błędów wykonania. Paliwo (14) jest wstępnie oczyszczane poprzez filtr paliwowy wykonany z siatki mosiężnej (10) i wpływa przez otwory w korpusie podstawy silnika elektrycznego, a dalej przedostaje się do środkowej części turbiny odśrodkowej. Wirująca turbina wyrzuca paliwo siłą odśrodkową pod pewnym nadciśnieniem, aby dostało się do króćca wylotowego (2) połączonego z instalacją paliwową statku powietrznego. Niezwykle ważnym elementem jest chłodzenie silnika elektrycznego pompy paliwowej. Dokonuje się to na dwa sposoby: chłodzenie cieczą elektryczny silnik jest zamknięty w cienkościennym kołpaku (13) zanurzonym w paliwie lotniczym, co zapewnia chłodzenie elementów elektrycznych i magnetycznych w czasie ich pracy; cienkościenność kołpaka zmniejsza inercję przekazywania ciepła; chłodzenie powietrzem przy kanale kablowym w pobliżu złącza elektrycznego wiązki kablowej (8) jest specjalny nadlew zamknięty pokrywą (6). W czasie transportu jest on szczelny. Przed montażem należy wykręcić śruby mocujące pokrywę do nadlewu i przełożyć podkładki tak, aby pomiędzy pokrywą a nadlewem utworzyła się szczelina wentylacyjna wielkości od 0,2 do 3 mm, w zależności od typu pompy. Dzięki temu chłodne powietrze dostaje się z atmosfery do wnętrza silnika elektrycznego. 2. Konstrukcje elektrycznych pomp paliwowych W konstrukcjach krajów byłego Związku Radzieckiego stosuje się silniki prądu stałego, zasilane z sieci pokładowej 28 V (rys. 2). W krajach zachodnich, np. w USA, stosuje się silniki trójfazowe (rys. 3), zasilane z pokładowej sieci trójfazowej 115/200 V, 400 Hz. Silniki zasilane z pokładowej sieci trójfazowej 115/200 V, przy zachowaniu tej samej mocy oddawanej do odśrodkowej pompy paliwowej, mają znacznie mniejszą masę i gabaryty niż silniki zasilane prądem stałym 28 V. Łatwo to wytłumaczyć, gdyż dla wytworzenia tej samej mocy użytecznej silnik elektryczny musi pobrać z sieci moc elektryczną P określoną wzorem: gdzie: U napięcie zasilania [V]; I natężenie pobieranego prądu [A]; η sprawność. P = U I/η (1)

4 224 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA Przy podwyższaniu napięcia U zmniejsza się wartość natężenia prądu I. Dla wytrzymałości cieplnej maszyn elektrycznych istotna jest gęstość prądu J wyrażona wzorem: J = I / S (2) gdzie: S pole przekroju poprzecznego żyły przewodzącej przewodu uzwojenia silnika elektrycznego. Wartość gęstości prądu w uzwojeniach maszyn elektrycznych powinna być utrzymywana na poziomie 2 3 A/mm 2. Jeżeli więc, zgodnie z wzorem (1), przy danej mocy mechanicznej potrzebnej do przepompowywania paliwa, niezbędna jest określona moc elektryczna, to wraz ze zwiększaniem napięcia zasilania, zmniejsza się natężenie prądu, a zgodnie z wzorem (2) zmniejsza się przekrój stosowanego przewodu. Należy tu dodać, że w silniku trójfazowym nie ma potrzeby stosować ciężkiego komutatora i węzła szczotkowego. Podsumowując, elektryczne pompy paliwowe napędzane silnikami elektrycznymi prądu stałego są prawie dwukrotnie cięższe i mają większe gabaryty (pompy zasilane napięciem 28 V mają wysokość od 200 mm do 480 mm, średnice od 100 do 300 mm, natomiast zasilane napięciem trójfazowym 115/208 V wysokość od 50 do 200 mm, średnicę od 60 do 100 mm). W świetle powyższych faktów nasuwa się pytanie: dlaczego na statkach powietrznych, gdzie walczy się o ujęcie każdego kilograma masy, nie stosuje się powszechnie elektrycznych pomp paliwowych zasilanych napięciem trójfazowym 115 V, 400 Hz? Odpowiedź tkwi w jakości izolacji i w związanym z tym bezpieczeństwie eksploatacji. Należy pamiętać, że elektryczne pompy paliwowe są częścią układu paliwowego. Niektóre ich typy są wręcz zanurzone w zbiornikach. Przebicie elektryczne izolacji takiej pompy w otoczeniu oparów paliwa może łatwo zakończyć się katastrofą. O takiej możliwości świadczy katastrofa Boeinga 747 w 1996 r. oraz Zarządzenie Administracji Lotnictwa Cywilnego [13] z sierpnia 2002 r. dotyczące przypadków przebicia uzwojeń w pompach samolotów Boeing 737 (model 600, 700, 800, 900), 747, 757 (serie 60B i 60B ). Zarządzenie to określa minimalną ilość paliwa dopuszczaną w czasie lotu dla każdego zbiornika (paliwo, przykrywając elementy pompy paliwowej, odcina dostęp powietrza), nakazuje też włączanie pomp zbiorników skrzydłowych dopiero w czasie lotu poziomego, tj. w czasie ostrego lotu wznoszącego przy niepełnych zbiornikach paliwowych zaleca wyłączanie elektrycznych pomp paliwowych). Wprowadzono zakaz wciskania bezpieczników pomp paliwowych po ich zadziałaniu, jak również wyłączania pomp tuż po ich uruchomieniu. Powstają wówczas stany przepięciowe ułatwiające przebicie.

5 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp Rys. 2. Elektryczna pompa paliwowa konstrukcji rosyjskiej 495B z silnikiem prądu stałego zasilanym z sieci pokładowej 28 V prądu stałego Rys. 3. Elektryczna pompa paliwowa konstrukcji USA z silnikiem prądu przemiennego zasilanym z trójfazowej sieci pokładowej 115/208 V, 400 Hz Podczas rozpędzania wirnika pompy z silnikiem prądu stałego wydziela się więcej ciepła niż w przypadku pomp zasilanych prądem przemiennym. W dodatku mogą wówczas powstawać znaczne prądy rozwierania układów komutacyjnych, co może powodować wypalanie styków na skutek łuku elektrycznego.

6 226 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA 3. Typowe uszkodzenia elektrycznych pomp paliwowych w konstrukcjach rosyjskich W lotnictwie Sił Zbrojnych RP na eksploatowanym dotychczas sprzęcie powszechnie stosuje się elektryczne pompy paliwowe z silnikami prądu stałego. Niskie napięcie zasilania (28 V), duże konstrukcyjne współczynniki bezpieczeństwa 1 oraz stosunkowo (w porównaniu z lotnictwem zachodnim) niska średnia godzin nalotu sprawia, że brak jest przypadków przebicia izolacji, czy to uzwojeń, czy też przewodów zasilających silnik. W miarę upływu lat i zwiększania się godzin nalotów statków powietrznych rośnie liczba defektów mechanicznych pomp, jak np. głośna praca czy brak wystarczającego ciśnienia. W pewnych szczególnych sytuacjach, jak już wspomniano, może to powodować katastrofalne wręcz skutki dla bezpieczeństwa pilota, dlatego też specjaliści Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych w ramach prac związanych z przedłużeniem resursów statków powietrznych prowadzą przeglądy elektrycznych pomp paliwowych. Zdobyte doświadczenia umożliwiły opracowanie biuletynów [7 10] dla niektórych typów pomp, w których opisano sposoby sprawdzania ich przez personel techniczny jednostki. Aby omówić najczęściej spotykane defekty, należy najpierw zapoznać się z konstrukcją typowej pompy elektrycznej zasilanej z sieci prądu stałego (rys. 1). Dwie podstawowe części: mechaniczna pompa paliwowa odśrodkowa, silnik elektryczny komutatorowy prądu stałego w pompach lotniczych konstrukcji rosyjskiej, albo trójfazowy silnik w pompach lotniczych konstrukcji amerykańskiej, są połączone ze sobą wspólnym wałkiem uszczelnionym systemem membran i oringiem. Korpus silnika elektrycznego jest przykryty cienkościennym kołpakiem, ciasno nasuniętym na stojan silnika. Mała grubość blachy kołpaka umożliwia skuteczne odprowadzenie ciepła z silnika elektrycznego do paliwa, w którym jest on zanurzony. Dodatkowe chłodzenie wirnika silnika elektrycznego zapewnia przepływ powietrza wzdłuż wiązki zasilającej. Częstym błędem personelu technicznego jest nieodsłanianie szczeliny wentylacyjnej umieszczonej tuż przy złączu elektrycznym pompy. Wytwórnie pomp uszczelniają ją podkładką z fibry na czas transportu i magazynowania. Po zamontowaniu pompy na pokładzie statku powietrznego należy taką podkładkę wyjąć. 1 Pompy te mają stosunkowo dużą masę wobec wartości mocy pobieranej, co ułatwia chłodzenie uzwojeń. Korpusy pomp większej mocy (powyżej 500 W) są przeważnie zanurzane w paliwie, które zapewnia dodatkowe chłodzenie.

7 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp Elektryczne pompy paliwowe w dotychczasowej eksploatacji (z wyjątkiem paru typów) nie podlegały żadnym obsługom technicznym. Nic dziwnego, że w czasie przeglądów wykonywanych wg technologii opracowanej w ITWL, wewnątrz pompy znajdują się znaczne ilości produktów ścierania szczotek węglowych. Szczególnie duża ilość znajduje się w kanałach wentylacyjnych pomp. Nadmierna ilość pyłu powoduje zwiększone iskrzenie w czasie komutacji silnika elektrycznego, podwyższenie temperatury węzła komutatorowego i w konsekwencji przyśpieszenie zużycia szczotek i wycinków komutatora. W pewnym momencie szczotki komutatora są już tak krótkie, że sprężyny dociskowe nie zapewniają wystarczająco silnego docisku do wycinków komutatora. Dlatego w kolejnych biuletynach ITWL zaproponował (na podstawie długotrwałych obserwacji i pomiarów wykonywanych w czasie eksploatacji) wprowadzenie kategorii diagnostycznych zespołu szczotek węglowych dla każdego typu elektrycznej pompy paliwowej tabela 1. Wysokość szczotek elektrycznych pomp paliwowych i ich klasa diagnostyczna Tabela 1 Typ pompy/ silnika elektrycznego Wysokość szczotki Rozrzut wysokości szczotek Klasa diagnostyczna Nakazowa częstość pomiaru Głębokość rowka komutatora Nakazowa częstość pomiaru Uwagi - mm mm - h mm h - 495B/MGP- 19 A 400± I<40 A 70B2 19 h 17 B 200± dla 495B Δh 0,5 495F/MGP- 17 h 15 C 100± I<70 A 70B2 h<15,5-0,1 D dla 495F 18,5 A 400±40 g 0,5 400±40 I<40 A zakres 1029/MGP- 16 h 18,5 B 200±20 0,5 g 1,0 200±20 normalny Δh 1, ,5 h 16 C 100±10 1,0 g 1,5 100±10 I<72 A zakres h<14,5-0,1 D 0 g>1,5 0 forsowny 23,5 A 400±40 g 0,1 400±40 ECN- 23,5 h 22,5 B 200±20 0,1 g 0,3 200±20 Δh 2,0 45B/MGP ,5 h 21,5 C 100±10 0,3 g 0,7 100±10 I<24 A h<21,5-0,1 D 0 g>0,7 0 Podczas typowych wibracji spotykanych w czasie lotu statku powietrznego występuje zwiększone iskrzenie komutatora, włącznie z powstaniem łuku elektrycznego. W wyniku tego wzrasta temperatura komutatora, powodująca degradację węzła komutatorowo-szczotkowego. Wzrost temperatury może być tak

8 228 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA znaczny, że doprowadza niekiedy do rozlutowania uzwojeń wirnika. Zamontowana pomiędzy wycinkami komutatora mika izolacyjna, w nowej maszynie zagłębiona około 0,6 0,8 mm poniżej wierzchołka klepek komutatora, teraz jest na wierzchu. Trzeba dodać, że mika, mająca znacznie większą twardość od miedzi, inicjuje proces tzw. frezowania szczotek. Następstwem jest dodatkowy wzrost temperatury węzła komutatorowo-szczotkowego, skrócenie długości szczotek oraz intensyfikacja iskrzenia. Do nieszczęścia wystarczy mała nieszczelność obudowy pompy i trochę oparów paliwa. Podczas przeglądów w ITWL stwierdzono pewne stopnie degradacji opisane w niniejszym artykule. Obserwuje się wręcz ich intensyfikację wprost proporcjonalną do czasu nalotu tych agregatów. Elektryczne pompy paliwowe umieszczane w zbiornikach podwieszanych prawdopodobnie narażone są na wyjątkowo wysoką amplitudę wibracji. Świadczą o tym przetarcia elektrycznej wiązki zasilającej tego typu pomp (rys. 4 i 5). Rys. 4. Elektryczna pompa paliwowa 28 V, typ ECN-91B ze śmigłowca Mi-17 (zbiornik boczny) widok ogólny

9 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp Rys. 5. Elektryczna pompa paliwowa 28 V, typ ECN-91B ze śmigłowca Mi-17 (zbiornik boczny); strzałką oznaczona przetarta izolacja wiązki przewodów zasilających 4. Monitorowanie elektrycznych pomp paliwowych w USA W Oak Ridge National Laboratory opracowano analizator stanów elektrycznych ESA do wykrywania procesów destrukcyjnych wyposażenia elektromechanicznego, zainspirowany opisem patentowym [2]. Podstawowymi podsystemami tego urządzenia są analizatory harmonicznych prądów i napięć wejściowych (dla silników elektrycznych) i wyjściowych (dla generatorów). System ten może stwierdzać uszkodzenia mechaniczne i elektryczne oraz lokalizować miejsca uszkodzeń. Dzięki temu możliwe jest wcześniejsze podjęcie środków profilaktycznych dotyczących sposobu eksploatacji, konserwacji czy też remontu. Twórcy oprogramowania tego systemu, oprócz prążków prądów i napięć, posługują się przebiegami czasowymi prądów i napięć. Oba te sposoby zobrazowań porównywane są z przebiegami i prążkami wzorcowymi dla różnych rodzajów uszkodzeń danego typu pompy paliwowej. Prace badawcze wykazały np. możliwość lokalizacji pękniętego wałka pompy, uszkodzenia węzła łożyskowania i innych.

10 230 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA Twórcy ESA wyszli z założenia, że wszystkie uszkodzenia (elektryczne i mechaniczne) i zużycia agregatów znajdują swoje odbicie w widmie harmonicznych przebiegów amplitud napięć i prądów. W omawianym patencie mocno eksponowane są możliwości metody w zakresie poszukiwania uszkodzeń mechanicznych. Większość podanych tu przykładów dotyczy diagnozowania zespołów napędowych wyposażonych w prądnice. Zdaniem autorów niniejszego artykułu, dysponujących doświadczeniem wieloletnich badań, można stwierdzić, że sygnały są silnie zakłócane, gdyż bazują na analizie modulacji amplitudy przebiegów prądu i napięcia. Znacznie korzystniejszy, jeśli chodzi o diagnozowanie wad mechanicznych, wydaje się sposób bazujący na analizie modulacji częstotliwości proponowany przez specjalistów ITWL. 5. Możliwości diagnozowania elektrycznych pomp paliwowych przez ITWL W ITWL aktualnie trwają prace nad opracowaniem sposobu monitorowania elektrycznych pomp paliwowych m.in. metodą FDM-A [1, 3 6]. Opiera się ona głównie na analizie modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego prądnicy prądu przemiennego. Nasuwa się pytanie, jak umieścić w elektrycznej pompie paliwowej prądnicę, z której będziemy mierzyć zmiany częstotliwości? W proponowanym sposobie monitorowania wykorzystano pracę generatorową (rys. 6) silnika zamienionego na prądnicę (rys. 7) w czasie tzw. dobiegu silnika. - R 1 M R V z sz z r Rys. 6. Schemat ideowy układu pomiarowo-diagnostycznego elektrycznej pompy paliwowej 495B: M uzwojenie wirnika, z sz szeregowe uzwojenie stojana, z r równoległe uzwojenie stojana, R 1 rezystor nastawny PEWR15-20Ω±10%, R 1 rezystor nastawny PEWR15-20 Ω ±10%

11 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp FDM-A M R 1 zsz R 2 z r O sc V Z s Rys. 7. Schemat ideowy układu pomiarowo-diagnostycznego elektrycznej pompy paliwowej 495B: M uzwojenie wirnika silnika elektrycznego elektrycznej pompy paliwowej 495B, z sz szeregowe uzwojenie stojana, z r równoległe uzwojenie stojana, R 1 rezystor nastawny PEWR15-20Ω±10%, R 1 rezystor nastawny PEWR15-20 Ω ±10% Dla silnika prądu stałego jest to bardzo prosta zamiana, gdyż jest to maszyna elektryczna odwracalna. Podstawowym elementem wykonawczym omawianego systemu diagnostycznego jest tester, który automatycznie sprawdza stan techniczny pompy: a) zwarcie w uzwojeniach, b) przebicie kondensatorów, c) odłączenie kondensatorów od obwodu elektrycznego, d) stan izolacji uzwojeń, e) uszkodzenie węzła komutatorowo-szczotkowego 2, f) zużycie łożysk tocznych, g) uszkodzenie skrzydełek turbiny pompy, h) mimośrodowość lub skoszenie osi obrotu wirnika pompy względem osi symetrii stojana silnika elektrycznego, i) poziom tarcia ogólnego pompy. 2 Możliwe staje się stwierdzenie m.in.: czy wycinki komutatora nie są pozwierane, czy szczotki węglowe są wystarczająco silnie dociskane do powierzchni komutatora, czy komutator nie ma bicia promieniowego.

12 232 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA Zwarcia w uzwojeniach lub przebicia kondensatorów objawiają się zmianą częstotliwości rezonansowej 3 na wejściu pompy podczas pracy silnikowej. Zjawisko to może być obserwowane podczas pracy silnika elektrycznego pompy lub podczas dobiegu przy pracy prądnicowej. Pomiar taki można wykonać metodą techniczną, zasilając pompę z automatycznie przestrajanego generatora akustycznego o zakresie 1 30 khz i mierząc natężenie prądu. Układ będzie tak długo zmieniał wartość częstotliwości, aż określi wartość, przy której wartość natężenia prądu będzie największa (rezonans szeregowy) lub najmniejsza (rezonans obwodu równoległego). Jednocześnie stan zwarcia będzie kontrolowany poprzez obserwację zmian pulsacji, która prowadzi do spostrzeżeń: bez zwarć dominują pulsacje żłobkowe (rys. 8), przy zwarciu dominują pulsacje biegunowe, gdzie przy ich ekstremach objawiają się dodatkowo wysokie pulsacje komutatorowe (rys. 9 i 10). Rys. 8. Zmiany składowej pulsacji dla lotniczej prądnicy prądu stałego bez zwarcia 3 Znamionowa częstotliwość rezonansowa wyraża się wzorem f rn = 1/ [2Π (L N C N ) 1/2 ]. Jeżeli zmierzona częstotliwość jest większa od znamionowej, świadczy to o odłączonym kondensatorze albo częściowym zwarciu uzwojeń.

13 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp Rys. 9. Zmiany składowej pulsacji dla prądnicy prądu stałego GSR-ST-12000WT przy zwarciu uzwojenia w wirniku przebieg z rejestratora u [V] Pulsacje komutatorowe Pulsacje komutatorowe t [s] Rys. 10. Zmiany składowej pulsacji dla prądnicy prądu stałego GSR-ST-12000WT przy zwarciu uzwojenia w wirniku przebieg przetworzony graficznie

14 234 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA Stan izolacji jest automatycznie badany za pomocą pomiaru upływu natężenia prądu pomiędzy zaciskami wejściowymi pompy a jej obudową. Uszkodzenie węzła komutatorowo-szczotkowego jest łatwe do obserwacji metodą FDM-A [1, 3 6]. Jeżeli komutacja nie będzie prawidłowa z powodu zbyt słabego docisku szczotek węglowych (np. na skutek wytarcia szczotek albo ich zawieszenia w uchwytach), to pojawią się na przebiegach częstotliwości chwilowych charakterystyczne, stochastyczne wzbudzenia (oscylacje) gasnące. Zużycie łożysk tocznych można również kontrolować metodą FDM-A. W przypadku uszkodzenia np. bieżni łożyska pojawią się charakterystyczne przyhamowania prędkości obrotowej w cyklach odpowiadających czasowi jednego pełnego obrotu osi pompy. Ujawnienie uszkodzenia skrzydełek turbiny pompy dzięki metodzie FAM-C staje się możliwe nawet w przypadku pompy pracującej na pokładzie SP. Widoczne będą charakterystyczne modulacje przebiegu częstotliwości z okresem równym ilorazowi czasu pełnego obrotu wirnika pompy i liczby łopatek turbiny. Mimośrodowość lub skoszenie będzie się objawiało charakterystycznymi modulacjami na przebiegu wartości chwilowej częstotliwości: mimośrodowość pierwsza harmoniczna znamionowej prędkości obrotowej, skoszenie pierwsza podharmoniczna znamionowej prędkości obrotowej. Ponadto poziom tarcia ogólnego określony jest poprzez pomiar czasu dobiegu pompy im dłuższy czas dobiegu, tym mniejszy poziom tarcia ogólnego. Możliwa jest również ocena stanu technicznego łożysk tocznych, analogicznie jak na samolotach TS-11 Iskra. Autorzy na podstawie analizy parametrów modulacji przesyłanych z prądnicy pokładowej prądu stałego diagnozują stan techniczny podpór łożyskowych silników SO-3/3W [12]. 6. Podsumowanie Elektryczne pompy paliwowe, jak wynika z aktualnych danych z literatury zachodniej, w pewnych szczególnych warunkach lotu mogą być przyczyną niesprawności silników napędowych, a nawet wybuchów oparów paliwa, co czasami prowadzi do katastrofy. W krajach zachodnich oraz w USA stosuje się pompy zasilane napięciem przemiennym 115/208 V, 400 Hz natomiast w krajach wschodnioeuropejskich napięciem stałym 28 V. Pompy zachodnie mają znacznie (ponad dwukrotnie) mniejszą wagę i gabaryty, jednakże podwyższone napięcie (115/208 V) powoduje liczniejsze przebicia izolacji uzwojeń niż w pompach zasilanych niskim (27 V) napięciem. Podwyższone napięcie powoduje jonizację powietrza, zwiększając dodatkowo niebezpieczeństwo przebicia i wyładowania

15 Diagnozowanie i monitorowanie stanu technicznego elektrycznych pomp łukowego, co w środowisku oparów paliwa i obniżonego ciśnienia atmosferycznego (powstającego wraz ze wzrostem wysokości) łatwo może doprowadzić do wybuchu oparów paliwa w zbiornikach. W obu systemach występują podobne zużycia mechaniczne pękania wałków, uszkodzenia łożyskowania. W artykule zaprezentowano amerykański system monitorowania stanu technicznego pomp, oparty na klasycznej analizie harmonicznych napięć i prądów. Przedstawiono również propozycję zastosowania nowatorskich systemów opracowanych w ITWL z zastosowaniem m.in. metody FDM-A. Zastosowanie w lotnictwie Sił Zbrojnych RP systemu diagnostycznego, testera pomp paliwowych, pracującego w oparciu o metodę FDM-A mogłoby istotnie wpłynąć na poprawę bezpieczeństwa eksploatowanych statków powietrznych dzięki możliwości bieżącej oceny stanu technicznego pomp paliwowych i tym samym wyeliminowaniu istniejącego zagrożenia ich awarii w locie. Literatura 1. Biarda D., Falkowski P., Gębura A., Kowalczyk A.: Opis patentowy PL B1.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego Dickens, U.S. Patent : A method and apparatus for monitoring rotating aircraft components Gębura A., Biarda D., Falkowski P., Kowalczyk A.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu stałego. Patent PL B1. 4. Gębura A.: Cechy diagnostyczne składowej pulsacji prądnic prądu stałego. Prace Naukowe Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, nr 16, Warszawa Gębura A., Falkowski P., Kowalczyk A., Lindstedt P.: Diagnozowanie skrzyń napędowych. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, nr 4/97(120). 6. 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., Darowski J.: Biuletyn eksploatacyjny nr O/4251/99. Dotyczy: eksploatacji szczotek weglowych silników elektrycznych pomp paliwowych 463B na samolotach Jak-40 i śmigłowcach Mi-14 według stanu technicznego. Warszawa Gębura A., Darowski J., Tokarski T.: Aneks nr 1 do biuletynu eksploatacyjnego nr P/O/R/U/4413/E/2000. Samolot S-54K i S-52UM3K. Warszawa Gębura A., Darowski J., Tokarski T.: Aneks nr 2 do biuletynu eksploatacyjnego nr P/O/R/U/4371/E/2000. Samolot S-54K i S-52UM3K. Warszawa Gębura A., Darowski J., Tokarski T.: Aneks nr 3 do biuletynu eksploatacyjnego nr P/O/R/U/4413/E/2000. Samolot S-54K i S-52UM3K. Warszawa 2003.

16 236 Tomasz TOKARSKI, Andrzej GĘBURA 11. Gębura A., Radoń T.: Uszkodzenia prądnic i styczników lotniczych w trudnych warunkach operacyjnych na przykładzie Iraku i Afganistanu. Prace Naukowe Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, nr 30, Warszawa Gębura A., Tokarski T.: Monitorowanie węzłów łożyskowych o nadmiernych luzach promieniowych metodami FAM-C i FDM-A. Prace Naukowe Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, nr 25, Warszawa U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration: Emergency Airworthiness Directive