Интегральная оценка динамики износа узлов трения авиационных ГТД различными методами трибодиагностики Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2008 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 127

серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов

УДК 629.797.004

ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ИЗНОСА УЗЛОВ ТРЕНИЯ АВИАЦИОННЫХ ГТД РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ ТРИБОДИАГНОСТИКИ

М.И. ДАСКОВСКИЙ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Машошиным О.Ф.

В статье предлагается для оценки динамики износа узлов трения авиационных ГТ Д использовать интегральную характеристику для комплексного учета характера взаимодействия.

Современная трибодиагностика узлов трения авиационных двигателей предполагает комплексное использование рентгеноспектрального, феррографического и параметрического методов контроля. Методы основаны на различных физических принципах и каждый из них отражает динамику изнашивания в собственных единицах измерения, что, естественно, затрудняет их сопоставление.

В отечественной и зарубежной практике отсутствует единая методическая позиция по комплексному использованию различных методов трибодиагностики. Так, при эксплуатации двигателя ПС-90А самолета Ил-96 в соответствии с действующей документацией необходимо проводить спектральный анализ концентрации металлов в пробах масла, а также определять размер и количество частиц изнашивания (морфологический анализ), соответствующие каждой пробе. Оба метода предполагают использование граничных значений, где феррография рассматривается в качестве дублирующего метода.

Трибодиагностика семейства двигателей CFM56, эксплуатируемых на самолётах A310-300, A320-200, В737-300, в отдельных случаях (при наличии стружки на контрольных элементах) предполагает использование рентгеноспектрального анализа концентрации металлов в пробах масла в сопоставлении с результатами параметрического контроля (уровень вибрации, расход масла, давление суфлирования).

На двигателях PW4000 фирмы Prat & Whitney используется многоэлементный периодический контроль концентрации металлов в сопоставлении с параметрическим контролем.

Для выявления общей перспективной тенденции комплексного применения указанных методов необходимо использовать общую единую меру отражения динамики износа, обеспечивающую возможность их сопоставления с целью сравнительной оценки.

Иначе говоря, динамика изменения концентрации по различным химическим элементам, изменение распределения количества и размера частиц износа, а также изменение динамики результатов параметрического контроля должны отражаться на временном графике процесса износа в единой математической размерности, обеспечивающей возможность их сопоставления по способности выявления начальной стадии интенсивного износа.

В качестве указанной меры I предлагается использовать разницу между прогнозируемыми (по результатам предыдущих измерений) и фактическими значениями исследуемой величины (параметра) процесса изнашивания. Если предсказуемость хорошая, т.е. величина I имеет малое значение, то процесс изнашивания идет стационарно.

Более того, по результатам предыдущих измерений можно прогнозировать, например, величину ожидаемой концентрации железа в пробе масла в сопоставлении с величиной ожидаемого уровня вибрации в зоне опорного подшипника.

Рассмотрим механизм программного определения величины I применительно к обработке результатов анализа проб масла. На основании ряда n измерений величины концентрации элементов Fe, Cu, ... , Zn (в дальнейшем для удобства а, Р,.. .,5), определяется характер статистической взаимосвязи (коэффициент корреляции) для каждой пары контролируемых металлов,

(а- Р), ..( т-5 ) Так, для набора из т металлов исследуются 2 = т • (т-1) /2 корреляционных пар. При контроле проб на 12 химических элементов вычисляется 2 = 66 значений коэффициентов корреляции Япав, ...,ЯпаЗ (1) для каждого результата измерения величины концентрации элементов в пробе масла.

п

X (- ^хср.) (^$3 - ^ср. )

пп _ _7=1_____________________ (1)

аЬ (п - 1)33 ' ' ’

где - средние квадратичные отклонения значений концентраций, полученные в резуль-

тате измерений:

п

2 X (■/„ - ^р)2

(&: )2=31---------------,

1 а} (п-1)

п 2

2 X ( ^$3 - ^ср.)

(&;) = 31-------------. (2)

v р' (п -1)

^аз, $з - результаты _]-го измерения значения концентрации элементов а и $;

Jаср., 3^ср , - средние значения, полученные по результатам измерений концентрации элементов а и $;

п - количество измерений.

Для начала работы программы необходимо набрать предварительную статистику, например, из п = 8 (восьми) измерений. После чего, по трем последним измерениям (для каждого из 2 = 66 значений коэффициентов корреляции КпаР,.,Япа5) программа экстраполяцией по методу наименьших квадратов выдает расчетное значение Япр1 для каждой корреляционной пары, которое должно быть при измерении с номером п=3+1.

При наступлении 3+1 - го измерения программа производит сравнение прогнозируемого Кпр1 и фактического значений Яф1 первой корреляционной пары, которые будут отличаться на величину Аа,$(1), лежащую по абсолютному значению в интервале 0 ^1.

Аа,$(1) = | Япр 1 - Яф1 |

Аналогичным образом определяются качество прогноза по всем остальным 2 = 65 -и корреляционным парам. Результат качества прогноза в точке 3+1 определяется суммой результатов (3) прогнозирования по каждой корреляционной паре.

Результат качества прогноза в точке 3+1 определяется суммой результатов прогнозирования по каждой корреляционной паре.

2

3 = X !°82(1 -Д 2,3.,)- (3)

1

Итоговое прогнозируемое значение 13+1 становится точкой графика, а фактическое значение Яф1 становится первым в тройке значений для следующего прогноза значений Впав, ...,ВпаЗ. После получения первого результата измерения прогнозируется результат измерения п= 3+2. При получении результатов второго измерения вычисляются значения Аа,$(2) и значения 13+2, которое фиксируется на графике и т.д.

Формальным признаком начала аномальной стадии износа является факт пересечения графиком границы доверительного интервала, который определяется стандартным выражением:

п

X (я3+1 - я3+1 )2

V пдга. гоагд .'

^ = ^а 3---------- ----------------------------------------------. (4)

п -1

где їа - табличное значение функции Лапласа; п - номер измерения.

Аналогично программа обрабатывает результаты измерений количества частиц изнашивания в различных размерных группах или параметров вибрации по узлам подвески двигателя путем использования результатов измерений в качестве значений

На графиках рис. 1, рис. 2 представлены интегральные характеристики износа двигателя ПС-90А, построенные программой по результатам ретроспективной обработки данных спектрального анализа концентрации металлов в масле (перечень элементов приведен на графиках) с результатами феррографического анализа этих же проб масла (БЬ - количества крупных и ББ -мелких частиц в пробе масла) и результатами параметрического контроля значений вибрации в зоне передних и задних опор компрессора.

Интегральные характеристики износа двигателя, снятого с эксплуатации по причине срабатывания аварийного сигнализатора «СТРУЖКА В МАСЛЕ»

[Выход /Езс] СИнд. конц.3 ^Сигн.конц

+ .5-

ар.износа! [Связь нар.3 ССвязи элем]

Нар - 2457

2п Ті Ге

Нр Нр Нр

0Вх 06-х 06-х

40-039 3/1 ем . Измер . 10 74

N изм. 65

Нараб. 2535

Сигнал 1.13

Диверит. инт _95х_ -99/-

Выход < Езс> Пасші.< ♦ >

1 1

Дв. 40-0 39 Ре і зул ьтаты

обработки данных МО/ по элементам - А§, А, С Си, Ре, N1, Бі Ті, гп

- .1 - - {-/ А - - “ - -

№

[Выход /Езс] [Инд. конц.] НСигн.конц

ар.износа] [Связь нар.] [Связи злом]

Нсір - 2457

2г» Ті Ге

Нр Нр Нр

08х 06х 06х

40-039

Злем.Измер.

10 74

N изм. 05

Нараб. 2535

Сигнал 1.13 Доверит. ИНТ

_95х_ 99И

Выход < Екп> Иасшт.< X >

. 1 1

Дв. 40-0 39 Ре і зул ьтаты

обработки данных МО/ по элементам - А, С Си, Ре, Мі, Бі Ті, Zr^

к" л І-П - - - - -

ш §Ш „ , ф ч

ВЭО воб 1СІОП 15(10 ГЇОО 1(500 1В00 Люо

НАРАБОТКА

3400 2 Осю 2ЙОО эбао

Рис. 1. Начальная стадия интенсивного износа с наработкой, близкой 1400час., зафиксирована почти одновременно на В и С

Пунктиром обозначены линии 95% и 99% -го доверительного интервала. В подрисуночных надписях используются буквенные обозначения методов трибодиагностики, обозначенные на графике.

Сравнение динамических характеристик, представленных на типовых рисунках, позволяет сделать предварительный вывод о возможности наличия взаимосвязи между изменением количества и размера частиц изнашивания в масле и изменением характера взаимосвязи вибрационных характеристик авиадвигателя, что, в свою очередь, может рассматриваться в качестве формального признака начала аномальной стадии износа.

Характеристики износа двигателя, снятого с эксплуатации по причине обнаружения металлической стружки на магнитной пробке р/п ТВД

Рис. 2. Начальная фаза аномального износа (пересечение графиком линий доверительного интервала ) с наработкой, близкой 4000час., зафиксирована почти одновременно на В и С

На рис. 3 представлен график результатов обработки программой параметров вибрации, представленных на рис. 2 (С) совместно с результатами измерения количества крупных и мелких частиц (соответственно DL и DS).

[Выход /Ебс] [Инд. конц.] ^Сигн.конц.К [Хар.износа] [Связь нар.] [Связи элем]

Нар.= 5328 Укз DL DL Нр Нр Vkj 14 х 13 х 13х

11-007к

Элем.Измер.

6 98

N изм. 87

Нараб. 5328

Сигнал 0.58 Доверит. инт _95х_ -99х-

Выход <Esc> Масшт.< t >

. і 1 Внимание?

ч X ,

v N X %

. _ .-A" T? *■ _ -■ - -ji _ If

о ч ,ч ,v- a

/V yvj jt'J V ' 'J

2003 2500 3003

ф- смена масла

3500 4000

НАРАБОТКА

Рис. 3. Результаты комплексной обработки параметров вибрации совместно с результатами феррографического анализа по данным, используемым при построении графиков рис. 2.

На «иконке» в левом верхнем углу (рис.3) видно, что при наработке 5328 час. программа сформулировала сигнал «Внимание», основными составляющими которого являются:

- изменение параметра Укз по наработке 14%;

- изменение количества частиц БЬ по наработке 13%;

- изменение взаимосвязи между количеством частиц БЬ и Укз 13%.

Приведенное можно рассматривать в качестве одной из причин близости графиков износа

по результатам параметрического и феррографического контроля.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ефимова М.Р., Рябцев В.М. Общая теория статистики. - М.: Финансы и статистика, 1991.

THE INTEGRAL ESTIMATING OF AIR JETS FRICTION COMPONENTS WEAR RATE BY

DIFFERENT TRIBOMONITORING METHODS

Daskovskiy M.I.

This articles suggests to use an integral characteristic to integral estimating of air jets friction components wear rate by different tribomonitoring methods

Сведения об авторе

Дасковский Михаил Исаевич, 1985 г.р., окончил МИЭМ (2007), аспирант МГТУ ГА, автор 6 научных работ, область научных интересов - диагностика авиационных ГТД.