Możliwości metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych

Transkrypt

1 dr inż. Andrzej Gębura Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych WARSZAWA 46, skr. poczt. 96 ul. Księcia Bolesława 6 tel Warszawa, dnia r. Pan prof. dr hab. inż. Jerzy GIRTLER, Aniceta Drewing Katedra Siłowni Okrętowych Wydziału Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej Ul. G. Narutowicza 11/12, Gdańsk sek4oce@pg.gda.pl Redakcja Polish Marical Riseich W załączeniu przesyłam artykuł pt. Możliwości metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych z prośbą o opublikowanie. Z góry serdecznie dziękuję. Z poważaniem

2 dr inż. Andrzej GĘBURA, Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych Zakład Osprzętu Lotniczego Pracownia Lotniczych Systemów Elektroenergetycznych i Napędów Elektrycznych Możliwości metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych SUMMARY For various aircraft power transmission tracks wear away to different degrees. Air Force Institute of Technology developed the diagnostic method based on the measurement of alternator s frequency modulation. This method makes it possible to qualify the level of usual wear-and-tear of subassemblies and locate defects during operation of aircraft power transmission tracks. Algorithms of quick and effective analysis for particular kinematic couples of "wear-and-tear" have been worked out. Basing on this method a few prototypes of pocket size testers were produced six years ago, which are conbined with aircraft electric network and indicate the most worn subassembly, as well as the level of "wear-and-tear". Actually the diagnostic system based on tester s results, using the computer data base, would increase the reliability of whole aircraft systems. Until now, diagnostic level has been qualified only on the base of so-called negative standard power transmission track, with at least one extremely worn out element, and only for one aircraft type. Theoretical and experimental works go on simultaneously, with the aim to establish more universal method. Słowa kluczowe: diagnostyka techniczna, diagnozowanie zespołów napędowych, skoszenie 1 osi wałów, modulacja częstotliwości, zbiór charakterystyczny. 1. Wprowadzenie Wałki połączeń zespołów napędowych ulegają niejednokrotnie przedwczesnemu zużyciu na skutek działania złożonych czynników. W ślad za [1] można przytoczyć, że...znane są przypadki, nie zawsze do końca wyjaśnione, zużycia zespołów napędowych, prowadzące do przerwania przekazywania napędu od silnika do punktu odbioru energii mechanicznej. Wymiana uszkodzonego elementu powoduje niejednokrotnie ponowne jego uszkodzenie w czasie eksploatacji. W przypadku konstrukcyjnego wzmocnienia uszkadzającego się elementu, pęka często inny, najsłabszy element łańcucha, zgodnie z zasadą wędrującego słabego ogniwa. Aby móc śledzić i ewentualnie przeciwdziałać zjawiskom nadmiernego zużycia, autor niniejszej publikacji zaproponował zastosowanie metody FAM-C [2, 3] (FM -modulacja częstotliwości, A-prąd przemienny, C-poziom zaawansowania metody) opartej na pomiarze modulacji częstotliwości chwilowej prądnicy prądu przemiennego. Metoda ta stosowana jest od kilku lat w zakresie diagnozowania elementów mechanicznych techniki lotniczej, m. in. do diagnozowania: uszkodzeń sprzęgieł jednokierunkowych silników turbinowych, przetwornic lotniczych, skrzyń napędowych. Do diagnozowania sprzęgieł jednokierunkowych i bloku hydraulicznego stabilizatora obrotów samolotu MiG-29 opracowany został tester wielkości miernika kieszonkowego, który po jednominutowym teście wskazuje stan diagnostyczny poszczególnych elementów. W 2001 r. w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych został wykonany, wdrożony i oddany do eksploatacji w Jednostce Wojskowej system diagnostyczny SD-KSA działający w oparciu o dane uzyskiwane z ww. testerów, umożliwiający: - przegląd rozwoju zużycia w funkcji czasu eksploatacji poszczególnych podzespołów każdego ze statków powietrznych (rys. 1a) ma to znaczenie dla 1 Nazywane jest również przekoszeniem.

3 wnioskowania, czy na skutek nieprzewidzianych przez twórców oprogramowania systemu nie rozpoczął się przyśpieszony (wcześniejszy) proces zużycia; - zbiorcze zestawienie stanu zużycia poszczególnych podzespołów zbioru aktualnie eksploatowanych statków powietrznych (rys. 1b) ma to decydujące znaczenie przy planowaniu: remontów, intensywności eksploatacji. Wielką zaletą eksploatacyjną metody jest brak potrzeby dołączania do obiektu jakichkolwiek czujników także rolę pełni etatowa prądnica zabudowana na obiekcie. Z uwagi na właściwości przenoszenia informacji diagnostycznej przez modulacje częstotliwości prądnicy prądu przemiennego, pomiar może się odbywać w dowolnym punkcie sieci, nawet bardzo odległym od badanego obiektu. Zapewnia to badaczowi bezpieczeństwo a sprawdzanemu obiektowi zapewnia nieprzerwaną i niezaburzoną pracę. 2. Opis metody diagnostycznej FAM-C Pełny opis metody diagnostycznej zawarto w [2 7]. Warto jednak wymienić najważniejsze jej elementy niezbędne do zrozumienia kontekstu zagadnień poruszanych w niniejszym opracowaniu. Każdej wadzie montażowej lub zużyciowej, np. skoszeniu połączeń wielowypustowych skrzyń napędów towarzyszy zmodulowanie wyjściowej prędkości kątowej. Okres zmodulowań jest, jak wykazano, parametrem charakterystycznym dla typu wady i kątowej prędkości znamionowej danej pary kinematycznej. Amplituda zmodulowań jest natomiast proporcjonalna do wielkości danej wady. Zmodulowania te przenoszone są, poprzez układ transmisji, do wirnika prądnicy (rys.2). Prądnica lotnicza, będąca maszyną synchroniczną, odzwierciedla zmiany chwilowej prędkości kątowej (rys.2b) w postaci modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego (rys.2a). Mierząc przyrosty czasu pomiędzy kolejnymi przejściami przez poziom zerowy (rys.3a, punkty 1-2, 2-3, 3-4 itd.) i odkładając podwojoną ich odwrotność na płaszczyźnie współrzędnych prostokątnych (t, f i ), otrzymuje się zbiór (rys. 2b linia schodkowa ) odzwierciedlający, w sposób dyskretny, przebieg zmian prędkości wirnika prądnicy (rys.2a). Dla każdego odchylenia (rys.2b) można przyporządkować dwa parametry: * czas odchylenia t odi, * amplitudę odchylenia F. Czas odchylenia można zastąpić częstotliwością procesu f p zgodnie ze wzorem: f pi =1/(2t odi ) (1) Każde odchylenie (rys. 3b) może być przedstawione na płaszczyźnie (f p, F) - rys.2c. W czasie licznych prac badawczych stwierdzono, że zbiór takich punktów ma tendencję do skupiania się w zbiory. Nazwano je zbiorami charakterystycznymi, gdyż charakteryzowały zużycie poszczególnych podzespołów. Stwierdzono, że mają różne kształty (rys.2), wysokości i położenia względem osi odciętych. W czasie licznych prac badawczych stwierdzono, że z wielkością wartości wady rośnie wysokość danego zbioru {/ΔF max/ + /ΔF min /}, zaś pasmo zajmowane przez zbiór względem osi odciętych 0-f p było charakterystyczne dla danego typu podzespołu. W czasie licznych aplikacji metody autor stwierdził, że utworzone, w opisany powyżej sposób, zobrazowania w postaci zbiorów charakterystycznych są korzystne dla dobrze poznanego obiektu, o dobrze znanych relacjach pomiędzy zmianą wielkości wady mechanicznej a zmianą głębokości modulacji amplitudy. Posługiwanie się tymi zobrazowaniami ma wiele zalet: a) łatwość automatyzowania procesu diagnozowania:

4 - dla każdego typu wady każdego podzespołu zarezerwowane są wcześniej wyznaczone pasma charakterystyczne na osi odciętych, - w każdym paśmie wyznaczone są (zwykle cztery: A, B, C, D) poziomy diagnostyczne na osi rzędnych w zależności od wysokości danego zbioru, podzespół klasyfikowany jest do określonej klasy diagnostycznej; b) łatwość obserwacji na jednej płaszczyźnie dowolnie długich przebiegów czasowych ma to szczególnie duże znaczenie przy sygnałach pojawiających się stochastycznie; c) łatwość wyodrębniania składowej pulsacji z sygnałów silnie zmodulowanych; co prawda takie wydzielanie dokonuje także cząstkowa analiza Fouriera, lecz ma ona dwie wady: - prążki dla realnych zespołów napędowych są zwykle rozmyte, co czyni obraz diagnostyczny mało przejrzystym i trudnym do zautomatyzowania, - analiza taka nie uwzględnia procesów stochastycznych. Pomimo wszystkich wymienionych zalet zobrazowania zużycia na płaszczyźnie (f p, F), jednak dla obiektów nieznanych 2 zaleca się stosowanie do celów diagnostycznych przebiegów 3 f i = ƒ(t). Doświadczony diagnosta, na bazie takiego przebiegu, przeprowadzi bardziej skuteczny, chociaż i bardziej pracochłonny, proces rozpoznania stanu diagnozowanego obiektu. 3. Badania laboratoryjne na układzie napędowym LUZES-III 4 Badana wykonano na stanowiskach urządzenia LUZES-III (rys. 3) [8, 9]. Składa się ono z silnika napędowego, przekładni 5 z prądnicą oraz sprzęgła kłowego S łączącego wał silnika z wałem wejściowym przekładni. Przekładnia ma możliwość: - precyzyjnego przechylania się (zmiana kąta skoszenia sprzęgła S ), - zmiany odległości równoległego 6 połączenia wałów sprzęgła S (zmiana wartości mimośrodu a). Luzy, skoszenia lub mimośrodowości połączeń noszą w dalszej części pracy ogólną nazwę wad par kinematycznych. Powodują one periodyczną zmianę przebiegu chwilowej wartości prędkości kątowej elementu napędzanego. Każdy z tych przebiegów charakteryzuje się określonym okresem powtarzania, zależnym od parametrów konstrukcyjnych pary kinematycznej (np. liczby zębów wieńca koła zębatego) [5]. Amplituda zmian chwilowej prędkości kątowej jest ściśle określona i proporcjonalna do parametru wady, np.: - w przypadku par kinematycznych z luzami - do parametru luzu, - w przypadku mimośrodu - do wartości a przesunięcia mimośrodowego, - w przypadku przekoszenia połączeń - do wartości kąta przekoszenia 2 O nieznanych związkach pomiędzy wadą zespołu a zmianami w głębokości modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego prądnicy. 3 Właściwie zobrazowanie f i = ƒ(t) jest w postaci dyskretnej (jako zbiór punktów). W praktyce diagnostycznej korzysta się ze zobrazowań o dużym zagęszczeniu takich punktów, które sprawiają wrażenie przebiegu ciągłego. 4 Jest to układ napędowy złożony z silnika prądu stałego, sprzęgła kłowego oraz jednostopniowej przekładni TUN-75/R; na przekładni tej zamontowana jest prądnica prądu stałego albo przemiennego. 5 Skrzynia napędów typ TUN-75/R zmodyfikowany reduktor silnika GTD-350 śmigłowca Mi-2. 6 W dalszej części publikacji, w ślad za niektórymi opracowaniami, błąd ten nazywany jest błędem mimośrodowości.

5 Z okresu powtarzania danego zjawiska można wnioskować o typie uszkodzonego ogniwa kinematycznego, natomiast z amplitudy - o wielkości parametru wady danej pary kinematycznej. W czasie badań na statkach latających oraz laboratoryjnych na zespołach napędowych, zaobserwowano zależności umożliwiające rozróżnienie typu wady oraz ocenę jej wartości. W niektórych przypadkach podjęto także próbę znalezienia zależności matematycznych. Niektóre z nich przedstawiono poniżej Mimośrodowość połączeń W badaniach na zespołach napędowych [2, 5, 7] zarówno laboratoryjnych, jak i kompleksowych (na pokładach statków powietrznych) stwierdzono ścisłą zależność wysokości zbiorów charakterystycznych określoną jako: W F= { F i } min + { F i } max (2) Przyjęto model kinematyczny połączenia jednowypustowego gdzie przyjęto oznaczenia: D N średnica gniazda napędu; D pr średnica wałka prądnicy; a wartość mimośrodowości; O 1 oś obrotu wałka prądnicy. Po wykonaniu odpowiednich założeń i przekształceń opisanych w [4-5] otrzymano wzór określający chwilową wartość prędkości kątowej: DNω1 ω 2 ( t) (3) DN 2asin ω1t Po wykonaniu kolejnych przekształceń można otrzymać wzór na mimośrodowość: DN { Fi } max { Fi } a min (4) 4 fśr Analiza wysokości zbiorów charakterystycznych na płaszczyźnie (f p, F) dostarcza informacji o wielkości wady np. o wartości mimośrodu, który może być wyznaczony ze wzoru (5). Takie zobrazowanie nie dostarcza danych o kierunku geometrycznego przemieszczenia się elementów, które byłyby niezbędne do ewentualnego skorygowania wady. Jeśli do wzoru (5) zamiast 1t podstawi się kąt obrotu wirnika prądnicy, to otrzyma się zobrazowanie zmian prędkości kątowej obrotu ( 2) w funkcji kąta obrotu: 3.2. Skoszenie (przekoszenia) połączeń 2( )=[D N 1 ]/[ D N -2asin ] (5) Inny charakter zmodulowań wyjściowej prędkości obrotowej istnieje dla połączeń ze skoszeniem osi wałów [5, 6]. Do wyprowadzeń można wykorzystać materiał matematyczny dotyczący połączeń mimośrodowych [1] przy uzmiennionej wartości przesunięcia mimośrodowego a. Położenie punktu styku P wypustu wałka prądnicy z rowkiem prowadzącym tulei napędowej, z zależności geometrycznych może być opisane wzorem: tg = a( ) / (L 12 cos (6) gdzie: a( ) wartość przesunięcia mimośrodowego zależnego od chwilowego położenia kątowego tulei napędzającej, L 12 wartość połowy długości czynnej wałka połączenia wielowypustowego. Po wykonaniu pewnych założeń i przekształceń opisanych w [6 7] można otrzymać:

6 D D N 2tg L sin 2 t) (7) Z (7) wynika, że skoszenie połączenia przejawia się w postaci sinusoidalnego zmodulowania przebiegu chwilowej prędkości kątowej elementu napędzanego o częstotliwości drugiej harmonicznej prędkości znamionowej danej pary kinematycznej, co potwierdza praktyka pomiarowa autorów Połączenia z luzami Połączenia z luzami można wyodrębnić jako osobne zadanie metody FAM-C - zdaniem autora element ten jest szczególnie istotny przy diagnozowaniu silników z zapłonem samoistnym. W dotychczasowych aplikacjach metody opracowano kryteria jakościowe, a nie ilościowe, co wynika z trudności związanych z koniecznością doskonałej wręcz znajomości 7 obiektu i możliwości precyzyjnego opisu matematycznego. Do celów diagnostycznych wystarczające jest przeważnie kryterium jakościowe, dobrane na zasadzie wzorca negatywnego 8 zebranego z obiektu o zbyt dużych luzach, stwierdzonych klasycznymi środkami oceny np. pomiarów mechanicznych bicia promieniowego łożysk, pomiarów mechanicznych luzów międzyzębnych itp. Badania wykonano na opisanym wcześniej stanowisku napędowym LUZES-III [8]. Dodatkowo wykonano w jednej połówce sprzęgła S (rys. 3) podfrezowania zapewniające odpowiedni luz połączenia. W czasie pracy stanowiska na sprzęgle S istniała wada połączenia zapewniająca mimośrodowość, odzwierciedloną w przebiegu n = f(t) (rys. 4) oraz odzwierciedlającą f i = f(t) (rys. 5) w postaci zmodulowania sinusoidalnego o częstotliwości zmodulowań równych pierwszej harmonicznej prędkości obrotowej sprzęgła S (rys. 4 - linia przerywana). Pojawienie się luzu połączenia na sprzęgle S spowodowało zmianę kształtu przebiegu (rys. 4 linia ciągła). Można zauważyć, że luz powoduje zmiany w przebiegu zmian chwilowej wartości prędkości kątowej 2 = f(t), na zasadzie reguły przekory : a) opóźnienie ruchu w chwili przyśpieszania prędkości kątowej (rys. 4 zaciemniony odcinek czasu); b) dążenie do podtrzymania poziomu prędkości kątowej z chwilą zmniejszania tej prędkości. Takie oddziaływanie luzów powoduje wcięcia krzywej prędkości kątowej na narastającym zboczu sinusoidy (rys. 4). Analogiczne wcięcie można zaobserwować na narastającym zboczu przebiegu częstotliwości napięcia wyjściowego prądnicy f i = f(t) (rys. 5). Na opadającym zboczu (rys. 5) można natomiast zaobserwować tendencję do podtrzymania spadku prędkości kątowej. Na podstawie wielu badań laboratoryjnych na zespole napędowym LUZES-III oraz symulacji komputerowych można dojść do wniosku, że względna głębokość opisanych powyżej wcięć w narastającym zboczu przebiegu f i = f(t) oraz opóźnień na zboczu opadającym jest wprost proporcjonalna do wartości luzu. 7 Przykładem może byćfakt, że w silniku o zapłonie samoistnym na zobrazowania podobne do podcięć w przebiegach odzwierciedlających mimośrodowość wału korbowego wpływa również przyśpieszenie powodowane rozpłomienianiem mieszanki paliwowo-powietrznej. 8 W dotychczasowej działalności zespołu badawczego ITWL zebrano dość obfity materiał wzorcowy odnoszący się do agregatów i podzespołów lotniczych brak natomiast takich informacji dotyczących silników o zapłonie samoistnym.

7 4. Rozdzielczość, czułość i błędy metody Z uwagi na konieczność oceny dokładności odzwierciedlenia zmian prędkości kątowej 2 = f(t), przez przebieg f i = f(t) otrzymany z przebiegu napięcia wyjściowego prądnicy, należało przeprowadzić odpowiednie pomiary laboratoryjne. Doświadczenia diagnostyczne na obiektach rzeczywistych oraz symulacje komputerowe udowodniły, ze dokładność odzwierciedlenia 2 = f(t) przez przebieg f i = f(t) zależy wprost proporcjonalnie od iloczynu czynników: a) ilorazu k 9 wartości znamionowej okresu przebiegu obserwowanego zmodulowania prędkości kątowej badanego ogniwa kinematycznego (T np ) do okresu przebiegu napięcia wyjściowego prądnicy (T NG ), co można opisać wzorem: k = T np. T NG (8) b) numeru harmonicznej h znamionowej prędkości kątowej danego ogniwa kinematycznego; c) przełożenia mechanicznego pomiędzy wałem prądnicy a diagnozowanym ogniwem kinematycznym; d) liczby faz pomiarowych (1 albo 3); e) systemu pomiaru przyrostów czasu napięcia wyjściowego prądnicy: - półokresowy wartość 2, - pełnookresowy wartość 1. Dla silników wysokoprężnych przebiegi 2 = f(t) charakteryzują się znaczną liczbą miejsc quasi-nieciągłych, dlatego też pomiary laboratoryjne powinny je naśladować jako bazowy wybrano przebieg piłokształtny. Wartość k zmieniano w zakresie od 3 do 50. Przebieg piłokształtny modulował generator sygnałowy o częstotliwości znamionowej 400 Hz i napięciu wyjściowym 115 V. Zmiany przyrostów czasu dla tak zmodulowanego sygnału napięciowego były zliczane za pomocą aparatury typowej dla metody FAM-C. Otrzymane przebiegi f i = f(t) były porównywane z wzorcowym przebiegiem piłokształtnym określano błędy fazy i amplitudy. Sumaryczne błędy amplitudy A = f(k) przedstawiono na rys. 6, natomiast fazy = f(k) na rys. 7. Zauważono, że błąd amplitudy wraz ze wzrostem współczynnika krotności okresów k zmniejsza się: dla k=3, A = 32%; dla k=7, A = 7% po czym powoli dąży do stanu nasycenia dla k=27, A = 1,26%, dla k =50, A = 1,24%. W podobny sposób zmienia się błąd fazy: dla k = 3, = 33%; dla k = 7, = 8%. Ponieważ błąd <10% można uznać za wstępnie zadowalający, więc można przyjąć, że dla współczynnika krotności okresów k 7 następuje wiarygodne 10 odzwierciedlenie zmian prędkości obrotowej danej pary kinematycznej. 9 k nazwano roboczo współczynnikiem krotności okresów. 10 W rzeczywistości próbkowanie w metodzie FAM-C jest w sposób naturalny zsynchronizowane z obserwowanym przebiegiem. Dzięki temu błąd amplitudy i fazy jest znacznie mniejszy, szczególnie dla okresów zwiększania prędkości kątowej obserwowanej pary kinematycznej, gdzie liczba próbkowań również wzrasta proporcjonalnie do przyrostu prędkości.

8 5. Pomiary jednofazowe diagnozowanie metodą FAM-C siłowni promu Polonia W ramach IV Krajowej Konferencji DIAG 98 dokonano pierwszych pomiarów na promie Polonia [4, 10]. Schemat kinematyczny maszynowni przedstawiono na rys. 8, zaś parametry zestawiono w tablicy 1. Zgodnie z kryterium próbkowania uznano za metrycznie możliwe pomiary wartości mimośrodowości oraz skoszenia sprzęgieł głównych (SP, SL rys. 8) oraz sprzęgła wału śruby (oznaczenie SS rys. 8). Pomiary wykonano metodą FAM-C i dokonano zobrazowania w postaci zbiorów charakterystycznych (rys. 9). Na podstawie danych opisowych maszynowni możliwe było wyznaczenie częstotliwości procesu f p i innych parametrów niektórych wad - zestawiono w tablicy 1, wybrane parametry konstrukcyjne w tablicy 2 oraz obliczenie niektórych parametrów wad sprzęgieł w stanie dynamicznym 11 zawarto w tablicy Pomiary trójfazowe diagnozowanie metodą FAM-C siłowni promu Pomerania W ramach II Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej Expo-Diesel &Gas Turbine 01 dokonano pomiarów trójfazowych zespołu maszynowni podczas różnych warunków jej obciążenia w czasie typowego rejsu. Na podstawie danych opisowych maszynowni możliwe było wyznaczenie częstotliwości procesu f p i innych parametrów niektórych wad, co zestawiono w tablicy 4, wybrane parametry konstrukcyjne - w tablicy 5. Stwierdzono, że możliwe są (tablica 4) obserwacje pulsacji prędkości kątowej spowodowane pracą poszczególnych tłoków w cylindrach (współczynnik krotności okresów k =9,6). Zbyt małe doświadczenie zespołu badawczego ITWL w dziedzinie diagnozowania silników o zapłonie samoistnym nakazywało ostrożność w formułowaniu wniosków diagnostycznych wynikających z obserwowanych przebiegów stąd nie wykonano zobrazowań w postaci zbiorów charakterystycznych. Wykonane przebiegi f i = f(t), w zestawieniu z literaturą z dziedziny eksploatacji silników wysokoprężnych, obudziły wiele skojarzeń. Jako przykład może służyć przebieg ukazany na rys. 10 jednego z silników głównych obciążony mechanicznie śrubą napędową. Pulsacje są tu równomierne, charakterystyczne dla poprawnej pracy. Czasami jednak pojawia się wyskok wartości szczytowej pulsacj, co może świadczyć o zwiększonej dawce wtryśniętego paliwa do jednego z cylindrów. Inny przebieg (rys. 11) został zarejestrowany z napięcia wyjściowego prądnicy rezerwowego agregatu prądotwórczego. Miał on mniejszą moc niż silnik główny i nie był, praktycznie biorąc, obciążony mechanicznie - stąd amplituda pulsacji jest znacznie mniejsza. Zbocze opadające charakteryzuje suw sprężania i ma dwa etapy: - pierwszy związany prawdopodobnie z wybieraniem luzów lub odkształceń korbowodu, - drugi to sprężanie po wybraniu luzów. W jednym przypadku na początku drugiego etapu sprężania nastąpił przedwczesny samozapłon, który wytworzył dodatkowy chwilowy moment obrotowy. W pewnym momencie zsumował się on z momentem obrotowym innego cylindra z prawidłowo wytworzonym zapłonem wartość szczytowa prędkości kątowej wału silnika 11 Jak wynika z badań laboratoryjnych wykonanych w ITWL ustawione wstępnie (bez pracy zespołu napędowego) wartości mimośrodowości lub skoszenia wałów w czasie pracy zespołu napędowego, na skutek sił dynamicznych, oraz luzów ulegają zmniejszeniu osie wirujące złączone sprzęgłem mają tendencję do wzajemnego ustawienia się wzdłuż jednej wspólnej osi symetrii.

9 wysokoprężnego wzrosła o 70% w stosunku do wartości szczytowej występującej w warunkach normalnego zapłonu. 7. Podsumowanie W pracy opisano teorię i aplikacje metody diagnostycznej opartej o analizę parametrów modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego prądnic okrętowych zespołów napędowych wyposażonych w silniki o zapłonie samoistnym. Dzięki zastosowaniu metody FAM-C możliwe jest wcześniejsze wykrywanie defektu podzespołu, zanim stanie się on groźny dla całości zespołu napędowego. Jeżeli badany obiekt został badawczo dobrze poznany, to można za pomocą oryginalnych algorytmów stosowanych w metodzie FAM-C tworzyć zobrazowania w postaci zbiorów charakterystycznych, ustalić pasma dla poszczególnych wad ogniw kinematycznych oraz poziomy diagnostyczne dla każdego z nich. Wtedy możliwe jest zbudowanie niewielkiego testera, który po kilku minutach lokalizuje zużyte podzespoły i określa stopień ich zużycia. Test przeprowadza się bez żadnego dodatkowego czujnika jego rolę pełni etatowa prądnica zespołu napędowego. Pomiar może być prowadzony z dala od niebezpiecznych miejsc badanego obiektu, a tester może być dołączany w dowolnym punkcie sieci elektrycznej. Zespół ITWL pod kierunkiem autora opracował i wdrożył także system diagnostyczny SD-KSA dla samolotów MiG-29, który umożliwia skuteczne planowanie przedsięwzięć eksploatacyjnych. Dla mniej znanych obiektów należy korzystać ze zobrazowań przebiegów zmian wartości chwilowych częstotliwości. Doświadczony diagnosta na podstawie skojarzeń ze zjawiskami na innych obiektach potrafi wiele powiedzieć o prawdopodobnych usterkach nieznanego wcześniej typu obiektu. Na zakończenie warto zwrócić uwagę, na bazie porównań przebiegów, na nieakcentowane wcześniej zjawisko przesuwania się okna widzialności przy znaczącej zmianie współczynnika 12 krotności okresów k które objawiają się wzrostem widzialności przebiegów szybkozmiennych i brakiem widzialności przebiegów wolnozmiennych. Przykładem mogą być obserwacje przebiegów wolnozmiennych dokonane na promie Polonia (rys. 12a) i Pomerania (rys. 12b). Obie maszynownie mają zbliżone mają zbliżone parametry oraz częstotliwości drgań własnych podzespołów mechanicznych. Na Polonii prowadzono pomiary jednofazowe, na Pomeranii trójfazowe, a więc wartość parametru k wzrosła trzykrotnie. Na rys. 12a składowa wolnozmienna widoczna jest jako quasi-sinusoida zmodulowana średniozmienną składową niosącą informacje diagnostyczne m. in. o mimośrodowości sprzęgieł zespołu napędowego. Na rys. 12b składowa wolnozmienna staje się obwiednią sygnału superszybkozmiennego 13. Metoda FAM-C ma, zdaniem autora, dużo niewyczerpanych jeszcze możliwości i to szczególnie, być może, dla silników wysokoprężnych. I tak na przykład mogą być monitorowane przebiegi kątów skręcenia wałów napędowych, a wówczas niezbędne są zsynchronizowane pomiary na dwóch prądnicach jednocześnie. Oczywiście każda z prądnic winna odbierać moc mechaniczną z innego końca danego wału. Monitorując z kolei wahania wartości skręcenia, można będzie wnioskować o prawdopodobieństwie powstania pęknięć zmęczeniowych. Obserwując fazę i częstotliwość skręceń, można będzie stwierdzać rozpoczęcie powstawania takich pęknięć, bez konieczności wyłączania zespołu napędowego i nadzorować w sposób ciągły jego eksploatację, aż do momentu, kiedy pęknięcia staną się niebezpieczne. 12 Wyrażony wzorem (8). 13 niesie sygnał diagnostyczny m. in. o parametrach ruchu zespołu korbowo-tłokowego.

10 Inną możliwością jest, opisane w [11, 12], tworzenie obrazów wad we współrzędnych biegunowych dla poszczególnych elementów wirujących. Obraz taki zsynchronizowany z geometrycznym położeniem elementu powinien pomóc w skutecznej korekcie wady np. mimośrodowości sprzęgła przez mechanika. Podsumowując, metoda FAM-C jest szybka, precyzyjna, tania, bezpieczna dla diagnosty i nie zakłóca pracy obiektu. Kryje w sobie wiele, niewykorzystanych jeszcze do końca, właściwości i możliwości diagnostycznych.

11 BIBLOGRAFIA Do artykułu Możliwości diagnostyczne metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych 1. Zwierzchowski S.: Kryteria i metody wyboru parametrów dynamicznych układów mechanicznych z uwzględnieniem węzłów kinematycznych, Rozprawa habilitacyjna, Politechnika Poznańska Gębura A., Falkowski P., Kowalczyk A, Lindstedt P.: Diagnozowanie skrzyń napędowych. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, zeszyt 4/97(120). 3. D. Biarda, P. Falkowski, A. Gębura, A. Kowalczyk A.: Opis patentowy PL B1.: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silnik, a zwłaszcza lotniczy silnik spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego; Zgłoszenie , udzielenie patentu Gębura A., Falkowski P., Kowalczyk A.: Diagnozowanie układów napędowych prądnic w oparciu o analizę parametrów generowanego napięcia wyjściowego. IV Konferencja Diagnostyka Techniczna Urządzeń i Systemów Szczecin - Międzyzdroje - Ystad Gębura A.: Związki modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego prądnicy z wybranymi wadami układu napędowego. [W:] monografia pod redakcją naukową prof. M. Orkisza p.t. Turbinowe silniki lotnicze w ujęciu problemowym ; Polskie Naukowo- Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne, Lublin 2000, ss Gębura A.: Przekoszenia połączeń wielowypustowych a modulacja częstotliwości prądnic. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, zeszyt 4/99(120). 7. Gębura A.: Diagnostic of aircraft power transmissionn track based on the analisys of generator s frequency, Journal of Technical Physics, no 1/2002r. 8. [7] Gębura A., Prażmowski W., Kowalczyk A., Falkowski P., Głowacki T., Budzyński P., Pisarska K.: Sprawozdanie z pracy: >Określenie związków pomiedzy parametrami jakości energii prądnic pokładowych a stanem zużycia skrzyń napędowych<, Warszawa 1997, niepublikowane, nr BT ITWL 11818/I. 9. Lindstedt P., Gębura A., Radkowski S.: Sprawozdanie z projektu badawczego nr7t07b00412: >Diagnozowanie uszkodzeń napędów lotniczych na podstawie analizy sygnałów wibroakustycznych i elektrycznych<. Niepublikowane, nr BT ITWL 11985/I, Gębura A., Radoń T., Tokarski T.: Diagnozowanie zespołów napędowych na podstawie obserwacji zmian częstotliwości napięcia wyjściowego prądnic. II Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna Expo-Diesel &Gas Turbine 01, Gdańsk- Międzyzdroje-Kopenhaga Gębura A., Falkowski P., Kowalczyk A.: Diagnozowanie zespołów napędowych statków powietrznych metodą analizy modulacji częstotliwości prądnic lotniczych. Materiały XXVI Ogólnopolskiego Sympozjum Diagnostyka Maszyn, Węgierska Górka 1999, Politechnika Śląska. 12. Lindstedt P., Gębura A., Radkowski S.: Sprawozdanie z projektu badawczego nr7t07b00412: >Diagnozowanie uszkodzeń napędów lotniczych na podstawie analizy sy-

12 gnałów wibroakustycznych i elektrycznych>, Niepublikowane, nr BT ITWL 12269/I, 1998.

13 SPIS RYSUNKÓW Do artykułu Możliwości diagnostyczne metody FAM-C w diagnozowaniu siłowni okrętowych Rys. 1. Zobrazowania w systemie SD-KSA: a) eskadrowa baza danych zobrazowania zużycia sprzęgła jednokierunkowego w funkcji godzin nalotu; b) komputerowa baza danych BD-KSA zobrazowania słupkowe stanu technicznego sprżęgieł jednokierunkowych i bloków hydraulicznych poszczególnych samolotów Rys. 2. Sposób tworzenia punktów charakterystycznych na płaszczyźnie (f p, F): a)zmiana napięcia wyjściowego w czasie; b)zmiana wejściowej prędkości kątowej wirnika prądnicy i odwzorowująca ją zmiana częstotliwości; c)punkty charakterystyczne na płaszczyźnie (f p, F) Rys. 3. Stanowisko LUZES-III Rys. 4. Teoretyczny przebieg zmian chwilowych wartości: prędkości obrotowej n = f(t) oraz częstotliwości dla sprzęgła z wadą mimośrodowości i luzem obwodowym. Rys. 5. Zmierzony przebieg zmian chwilowych częstotliwości dla sprzęgła z wadą mimośrodowości i luzem obwodowym Rys. 6. Zmiany wartości względnej błędu amplitudy w funkcji współczynnika krotności okresów k Rys. 7. Zmiany wartości względnej błędu fazy w funkcji współczynnika krotności okresów k. Rys. 8. Schemat blokowy siłowni okrętowej: G generator prądnica wałowa, SR śruba okrętowa, SS sprzęgło śruby okrętowej, SN przekładnia, SP, SL sprzęgła podatne silników (odpowiednio prawego i lewego), DP, DL silniki Diesla (odpowiednio prawy i lewy). Rys. 9. Zbiory charakterystyczne dla maszynowni promu Polonia pomiary jednofazowe. Rys. 10. Przebieg zmian wartości chwilowej częstotliwości f i = f(t), dla jednego z silników głównych maszynowni promu Pomerania pomiary trójfazowe Rys. 11. Przebieg zmian wartości chwilowej częstotliwości f i = f(t) dla rezerwowego agregatu prądotwórczego promu Pomerania pomiary trójfazowe Rys. 12. Przebieg zmian wartości chwilowej częstotliwości f i = f(t) otrzymany z prądnicy wałowej promów: a) Polonia pomiar jednofazowy; b) Pomerania pomiar trójfazowy