Dzięki monitorowaniu stanu, opracowanie inteligentnych łożysk pomoże poprawić niezawodność silników lotniczych. Celem tego projektu jest opracowanie inteligentnego systemu łożyskowego do naziemnej maszyny weryfikacyjnej o ultrawysokiej sprawności napędu (UHPE), w tym w pełni zintegrowanego systemu bezprzewodowych czujników z własnym zasilaniem dla samolotów nowej generacji. W artykule dokonano przeglądu istniejących technologii inteligentnych łożysk, pokazując strukturę zintegrowanego systemu czujników, koncentrując się na parametrach, które mają być monitorowane przez silniki lotnicze oraz metodach doboru technologii czujników. Obecnie większość opracowanych inteligentnych łożysk może być stosowana w przemyśle samochodowym, kolejowym i innych. Ich dostępność jest ograniczona i nie nadają się do trudnych warunków (takich jak wysoka temperatura i wysoki poziom wibracji), na jakie narażone są silniki odrzutowe. Podstawowe elementy monitorowania obejmują wibracje, temperaturę, obciążenie, ruch wrzeciona, prędkość i zanieczyszczenia związane ze zużyciem. Wybierz odpowiednią technologię wykrywania w oparciu o metodę klasyfikacji trwałości w ekstremalnych warunkach wewnątrz silnika, a także rozmiar, wagę, czułość, pasmo częstotliwości roboczej, metodę instalacji, wymagania dotyczące przetwarzania danych oraz zużycie energii podczas gromadzenia energii i transmisji bezprzewodowej.
IWprowadzenie
Łożysko toczne jest jedną z najważniejszych części silnika odrzutowego. Monitorowanie stanu łożysk silników odrzutowych jest pomocne w wykrywaniu usterek łożysk i przewidywaniu ich żywotności. Opracowane inteligentne zintegrowane łożysko czujnikowe może realizować monitorowanie stanu online. Łożysko nazywane jest inteligentnym łożyskiem, które składa się z małych czujników o niskim poborze mocy i ma możliwość samodzielnego zasilania energią do komunikacji bezprzewodowej i transmisji danych. Inteligentne pole widzenia łożyska przeniesie monitorowanie stanu online na nowy poziom. Jednak obecnie większość istniejących inteligentnych technologii łożyskowych może być stosowana w samochodach, kolejnictwie, urządzeniach wiatrowych itp. Ze względu na złożone i wymagające środowisko i warunki pracy silników odrzutowych, w tym bardzo dużą prędkość wrzeciona, wysoką częstotliwość drgań i wysoka temperatura, rozwój inteligentnych łożysk, które mogą być stosowane w silnikach odrzutowych, jest bardzo ograniczony. Wał główny silnika odrzutowego i łożyska turbiny są wystawione na działanie temperatur odpowiednio około 200 i 300 stopni. Olej smarowy o wysokiej temperaturze również stwarza trudne warunki dla czujnika. Inne wyzwania to ograniczona moc wejściowa, ograniczona przestrzeń i dostępność kanałów przewodowych oraz niedostępność na rynku komponentów elektronicznych odpornych na wysokie temperatury. Ponadto stosowanie czujników magnetycznych lub materiałów wokół łożysk silników odrzutowych jest ściśle ograniczone, ponieważ mogą one adsorbować metalowe opiłki i powodować blokowanie. W silnikach odrzutowych łożyska montowane są w szczelnych metalowych obudowach, co poważnie ogranicza bezprzewodową transmisję danych. Dlatego też, chociaż w ostatnich latach technologia poczyniła znaczne postępy, badania i rozwój inteligentnych łożysk do silników odrzutowych nadal stanowią wyzwanie.
Pierwszym etapem tej pracy jest określenie elementów czujników używanych do monitorowania stanu łożysk w trudnych warunkach, w których znajduje się silnik odrzutowy, a także integracja czujnika w inteligentnym łożysku, które może mierzyć szereg parametrów wskazujących na stan łożyska. Jednocześnie opracowujemy technologię gromadzenia energii, która może bezprzewodowo gromadzić i przesyłać dane, co jest kluczowym elementem inteligentnych łożysk.
Główny cel projektu
*Zidentyfikować dostępne na rynku czujniki odpowiednie do monitorowania stanu łożysk silników odrzutowych, zwłaszcza tych, które mogą pracować w wysokich temperaturach i korozyjnym środowisku olejów smarowych silników odrzutowych i zastosować je w silnikach odrzutowych;
* Zidentyfikuj czujniki małej mocy, aby zmniejszyć zużycie energii;
* Zidentyfikuj i opracuj technologie gromadzenia energii odpowiednie dla środowisk silników odrzutowych;
* Optymalizuj zużycie energii przez system czujników i opracuj strategię dystrybucji energii;
*Opracować system komunikacji bezprzewodowej do transmisji danych przez metalową obudowę silnika odrzutowego.
W celu weryfikacji wybranej technologii i inteligentnego systemu czujników w laboratorium zostanie przeprowadzony szereg testów części i małych poziomów łożysk. Głowica testowa jest przeznaczona do stanowiska testowego małych łożysk w celu symulacji rzeczywistego środowiska silników odrzutowych. Niniejszy artykuł koncentruje się na rozwoju inteligentnych elementów czujników łożysk. Przede wszystkim w tym artykule podsumowano istniejącą technologię inteligentnych łożysk i omówiono wyzwania stojące przed systemem czujników w środowisku silnika odrzutowego. Następnie niniejszy artykuł opisuje metodę doboru czujnika i budowę inteligentnego łożyska, a na końcu zawiera wnioski.
Podsumowanie inteligentnej technologii łożysk
W ciągu ostatnich trzech dekad wykonano wiele pracy w zakresie rozwoju łożysk czujnikowych. Początkowo badania koncentrowały się na zainstalowaniu wielu czujników na łożysku w celu pomiaru parametrów, które mogą wskazywać na stan łożyska. Drgania, prędkość i temperatura są uważane za najważniejsze parametry do monitorowania stanu łożysk w trybie on-line. Następnie jest rozszerzany o monitorowanie obciążenia i smarowania.
Instalacja inteligentnych jednostek jest ważnym aspektem w rozwoju inteligentnych łożysk. Zespół czujnika został najpierw zainstalowany na cokole łożyska, który został opracowany w celu osadzenia czujnika w pierścieniu łożyska. Czujniki większości łożysk dostępnych na rynku są połączone poprzez okablowany, odnowiony system pierścieni. Większość tych łożysk może być stosowana w przemyśle motoryzacyjnym i kolejowym, na przykład tuleja do montażu w zespole łożyska maźnicy ze zintegrowanymi czujnikami w przemyśle kolejowym. Jednym słowem poczyniono ogromne postępy w rozwoju technologii łożysk czuciowych. Jednak do tej pory liczba dostępnych towarów, takich jak łożyska maźnic, czujniki ruchu i sterowania NSK, łożyska aktywnych czujników i zintegrowane łożyska czujników obrotowych, jest nadal ograniczona. Punkt ciężkości badań przesunął się z łożyska wykrywającego (zespół czujnika przewodowego) na łożysko inteligentne (bezprzewodowy system czujników z własnym zasilaniem). W celu odłączenia zasilania w celu monitorowania inteligentnych łożysk w trybie online bardzo popularne są bezprzewodowe systemy czujników i samozasilające się jednostki czujników do zbierania energii. Jednak inteligentne łożysko z własnym zasilaniem i bezprzewodowym systemem czujników jest wciąż w fazie badań i rozwoju, a na rynku nie ma jeszcze produktu? Podobnie rozwój czujników cienkowarstwowych i MEMS przesunął punkt ciężkości badań na osadzanie czujników w wewnętrznych i zewnętrznych pierścieniach łożysk. Większość rozwoju technologii wykrywania i inteligentnych łożysk została zastosowana w przemyśle kolejowym i samochodowym, ale mniej uwagi poświęcono łożyskom silników odrzutowych. Tradycyjnie łożyska silników odrzutowych są monitorowane poprzez pomiary drgań i monitoring resztek oleju. Celem niniejszych badań jest opracowanie zintegrowanego inteligentnego układu łożyskowego dla nowej generacji silników odrzutowych w oparciu o istniejącą wiedzę na temat technologii inteligentnych łożysk i warunków pracy łożysk silników odrzutowych.
Wyzwania w opracowywaniu inteligentnych łożysk do silników odrzutowych
Jak wspomniano powyżej, chociaż opracowano inteligentne łożyska stosowane w innych dziedzinach, nadal nie ma dostępnych inteligentnych łożysk do silników odrzutowych ze względu na pewne poważne wyzwania. W początkowej fazie badań wyzwania te stały się jaśniejsze, pomagając zidentyfikować technologie czujników dla silników odrzutowych.
Łożyska silnika odrzutowego pracują przy dużej prędkości (3,000rpm - 10,000rpm), wysokiej temperaturze (> 200 stopni) i wysokich wibracjach (> 100g). Ponadto silnik odrzutowy pozostaje w tak zwanym stanie wygrzewania, aby magazynować ciepło, które nie może rozproszyć ciepła nawet po zatrzymaniu silnika, podnosząc w ten sposób temperaturę łożyska do 250 stopni.
W celu symulacji środowiska pracy silników odrzutowych zaplanowane zostaną testy łożysk w temperaturze od 150 do 250 stopni. Jest to duże wyzwanie dla większości istniejących urządzeń elektronicznych, ponieważ mogą one pracować tylko w środowiskach o temperaturze do 80 stopni. Znalezienie czujników i związanych z nimi technologii odpowiednich do środowiska o wysokiej temperaturze jest główną przeszkodą w rozwoju inteligentnych łożysk do silników odrzutowych. Ponad 90 procent akcelerometrów jest projektowanych i produkowanych do użytku w środowiskach poniżej 80 stopni.
Drugim wyzwaniem jest duża prędkość obrotowa wrzeciona (3,000rpm - 10,000rpm), która tworzy środowisko o wysokiej amplitudzie wibracji. To nie tylko utrudnia poprawę trwałości czujnika, ale także stanowi poważne wyzwanie dla pomiaru drgań, prędkości klatki i innych wartości (szczegóły poniżej). Ponadto, aby symulować osiągi silników odrzutowych, na stanowisku testowym zastosowano mniejsze łożyska, dzięki czemu będzie on pracował z większą prędkością (między 25,000 obr./min a 30,000 obr./min) aby uzyskać średnicę podziałową podobną do średnicy silników odrzutowych.
Oprócz ograniczeń temperaturowych inteligentne łożyska do silników odrzutowych wymagają niskiego zużycia energii, aby umożliwić bezprzewodową transmisję energii i danych przy użyciu odpowiednich technologii gromadzenia energii. Istnieją dalsze ograniczenia w środowisku silnika odrzutowego, takie jak niskie wymagania dotyczące zużycia energii (skutkujące ograniczonym przetwarzaniem i przechowywaniem danych w powietrzu), mała przestrzeń do instalacji czujnika, nieelastyczna konstrukcja silnika po dodaniu wymagań klienta, brak możliwości użycia czujników magnetycznych z powodu zablokowania przez metalowe opiłki oraz niemożność użycia czujników optycznych (użycie oleju będzie utrudniać działanie optyczne).
W przypadku czujników spełniających wymagania dotyczące wysokich temperatur należy je również przetestować, aby upewnić się, że mogą być wystawione na działanie wysokiej temperatury (np. 180 stopni) oleju smarowego silników odrzutowych. Zasadniczo w silnikach odrzutowych stosuje się oleje do silników gazowych i/lub oleje o wysokiej stabilności termicznej (HTS). Oleje te są agresywne i mogą powodować chemiczne uszkodzenia czujnika w środowisku o wysokiej temperaturze przez długi czas. Smary mogą również uszkodzić złącza i kable czujników w silniku.
Ze względu na wysokie temperatury, jeśli konieczne jest przyklejenie czujnika do łożyska/obudowy, należy wybrać odpowiedni klej lub żywicę epoksydową, ponieważ większość klejów nie może być stosowana w wysokich temperaturach. Przed użyciem należy również sprawdzić wpływ korozyjnego środowiska olejowego na klej. Aby zweryfikować wybrany czujnik oraz jego złącze i kabel, przeprowadzono test wstępny w środowisku oleju smarowego o wysokiej temperaturze, zanim został on zintegrowany z małym stanowiskiem do testowania łożysk.
Dobór czujników
Jednym z najważniejszych zadań w rozwoju zintegrowanych inteligentnych łożysk jest staranny dobór dostępnych na rynku czujników (COTS) odpowiednich do warunków pracy łożysk silników odrzutowych. Początkowo, przed opracowaniem w pełni zintegrowanych inteligentnych łożysk w łożyskach montowanych/osadzanych, czujniki były montowane na cokołach łożyskowych na stanowisku badawczym. Jak wspomniano powyżej, podczas opracowywania inteligentnych łożysk rozważa się zastosowanie czujników zdolnych do pomiaru drgań, temperatury, prędkości koszyka, przemieszczenia wrzeciona i obciążenia.
Aby zapewnić wybór najbardziej odpowiedniego czujnika dla inteligentnego łożyska, czujnik COTS jest wybierany przy użyciu metody pokazanej na rysunku 1. W przemyśle lotniczym, w celu obniżenia kosztów, coraz więcej uwagi poświęca się rozwiązaniom opartym na czujnikach COTS. Wszelkie czujniki COTS, które mają być stosowane w silnikach odrzutowych, muszą spełniać wysokie standardy wydajności, o których mówi przemysł lotniczy. Wybór czujników opiera się na informacjach i wiedzy na temat monitorowania łożysk, uzyskanych z literatury i norm, konstrukcji łożyska, środowiska łożyska i warunków pracy oraz innych wymagań. Proces selekcji można podzielić na dwie części: a) określenie właściwych metod i technologii; b) Identyfikacja najbardziej odpowiedniego czujnika dla stanu techniki. Pierwsza część identyfikuje techniki mające zastosowanie do pomiaru określonych parametrów. Na przykład istnieje wiele dostępnych metod pomiaru temperatury łożysk, takich jak termopara, technologia MEMS itp. W przypadku tego zastosowania wybrano termoparę zamiast technologii MEMS, ponieważ termopara nie musi dostarczać energii elektrycznej i może mierzyć temperaturę w szerokim zakresie. W oparciu o techniki zidentyfikowane w pierwszej części, druga część koncentruje się na doborze (modelowaniu i produkcji) konkretnych czujników.
Wybierz czujniki zdolne do pomiaru drgań, prędkości klatki i obciążenia dla inteligentnych łożysk silników odrzutowych. Poniższe podrozdziały zawierają szczegółowe informacje na temat wyboru.
01 Wibracje
Monitorowanie drgań jest jedną z najważniejszych i najczęściej stosowanych metod monitorowania stanu łożysk, ponieważ monitorowanie drgań może dostarczać informacji diagnostycznych zgodnie z określoną częstotliwością charakterystyczną łożyska w celu identyfikacji wadliwych elementów. Nawet niewielkie wady powierzchni współpracującej łożyska, jeśli nie zostaną wykryte na czas, mogą doprowadzić do uszkodzenia łożyska. W zależności od geometrii, liczby elementów tocznych i prędkości wrzeciona, wady łożysk tocznych będą generować określoną częstotliwość. Oczekiwaną częstotliwość defektów można obliczyć za pomocą wzoru podanego w Odnośniku 16. Wykrywanie tych częstotliwości jest pomocne w przewidywaniu żywotności łożysk silnika odrzutowego. Dla planowanych testów łożysk obliczono oczekiwaną częstość defektów na podstawie konstrukcji łożyska i prędkości obrotowej wrzeciona. Obliczenia te dostarczają informacji do wyboru odpowiedniego czujnika dla badanego łożyska.
Aby skutecznie mierzyć wibracje, czujnik powinien być używany do pomiaru wibracji? Jest on montowany na łożysku obok obszaru styku (w pobliżu obszaru obciążenia), gdzie element toczny łożyska styka się bezpośrednio z bieżnią. Obszar w pobliżu ładunku, w którym zainstalowany jest czujnik, jest również obszarem o wysokiej temperaturze łożyska silnika odrzutowego, a temperatura może sięgać nawet 250 stopni. Duża prędkość silnika odrzutowego prowadzi do wysokiej częstotliwości defektów. Dlatego technologia przyspieszeniomierza w trybie ładowania spełnia wymagania, podczas gdy technologie oparte na przemieszczeniu i wibracjach nie są odpowiednie.
In addition to the stringent requirements for the accelerometer temperature and frequency range, the sensor resonant frequency is also important. For the required frequency range (>25kHz), częstotliwość rezonansowa musi być co najmniej dwukrotnie większa od częstotliwości roboczej akcelerometru? potroić. Oznacza to, że akcelerometr ma częstotliwość rezonansową co najmniej 50 kHz. Rezonans i częstotliwość robocza akcelerometru są odwrotnie proporcjonalne do czułości, to znaczy im wyższa częstotliwość rezonansowa, tym niższa czułość i odwrotnie. W tym przypadku preferowana jest wyższa częstotliwość rezonansowa, ponieważ czułość może być kontrolowana przez wzmacniacz.
Metoda instalacji to kolejny czynnik, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze czujników. Aby zapewnić pewny montaż akcelerometru na łożysku w środowiskach o wysokich wibracjach i wysokich temperaturach, dostępne są tylko czujniki montowane na śrubach. Nie jest możliwe naklejenie akcelerometru na łożysku metodą klejenia, ponieważ nie tylko zmniejszy to częstotliwość pracy i rezonansu, ale również będzie tłumić drgania. Ponadto w środowisku o wysokiej temperaturze zdolność klejenia będzie się zmniejszać z czasem, co nie może spełnić wymagań długotrwałej pracy.
Zgodnie z kryteriami określonymi w metodzie selekcji, przebadano setki akcelerometry COTS różnych producentów i tylko osiem czujników spełniało wymagania dotyczące częstotliwości pracy, częstotliwości rezonansowej i innych parametrów. Prędkość wrzeciona jest bardzo duża (25,000 obr/min - 30,000 obr/min); Dlatego oczekuje się, że częstotliwość defektów będzie również rozwijać się w kierunku wyższego końca widma. Przy częstotliwościach harmonicznych 5 i 10 oczekiwane częstotliwości defektów wynoszą odpowiednio 28 kHz i 56 kHz. Częstotliwości robocze i rezonansowe tych akcelerometrów są odpowiednio większe niż 15 kHz i 45 kHz. Wybrano dwa akcelerometry o najwyższej częstotliwości rezonansowej, odpowiednio o częstotliwościach 90 kHz i 100 kHz. Częstotliwość pracy obu akcelerometrów wynosi 20 kHz. Ponadto dostępne są czujniki o częstotliwości pracy do 30kHz. Jednak podana częstotliwość pracy jest wyższa niż w przypadku innych akcelerometrów, ale częstotliwość rezonansowa mieści się w częstotliwości harmonicznej generowanej przez częstotliwość uszkodzenia łożyska. Dlatego użycie tego akcelerometru jest niepraktyczne i nie będzie używane w teście.
02 Szybkość klatki
W silnikach odrzutowych prędkość obrotowa elementów łożysk jest bardzo duża, a ślizganie się między bieżniami a elementami tocznymi spowoduje wczesne uszkodzenie. Względne przesuwanie się między współpracującymi powierzchniami spowoduje powstanie dużej ilości powierzchniowego naprężenia ścinającego. W przypadku łożysk obracających się z dużą prędkością poślizg spowoduje, że rzeczywista prędkość elementu tocznego będzie niższa niż wartość teoretyczna. Efektu poślizgu nie można monitorować za pomocą wibracji, ale można go monitorować, mierząc prędkość klatki.
Prędkość obrotową klatki można mierzyć metodami bezkontaktowymi, takimi jak prąd wirowy, czujnik pojemnościowy, czujnik magnetyczny i czujnik optyczny. Jednak z wielu powodów trudne warunki panujące w silniku odrzutowym ograniczają zastosowanie czujników magnetycznych, pojemnościowych i optycznych. Na przykład nie wolno umieszczać elementów magnetycznych w zbiorniku oleju powietrza, ponieważ czujniki magnetyczne gromadzą zanieczyszczenia, powodując niebezpieczeństwo. Czujniki optyczne nie mogą dokonywać dokładnych pomiarów, ponieważ światło ugina się i rozprasza w środowisku oleju smarowego łożyska. Zakres pomiarowy czujnika pojemnościowego jest ograniczony, a olej smarujący ma znaczący wpływ na dokładność pomiaru.
Czujnik prądów wirowych spełnia wszystkie wymagania dotyczące pomiaru prędkości obrotowej koszyka łożyska silnika odrzutowego, w tym wysoką temperaturę, dużą prędkość obrotową oraz dostępną przestrzeń wokół łożyska silnika. Prędkość klatki mierzy się, obliczając czas przejścia każdej kulki przez sondę wykrywającą prądy wirowe. Jak pokazano na rysunku 2, za każdym razem, gdy kulka przechodzi przez sondę, w wyniku interferencji pola magnetycznego generowana jest zniekształcona fala prostokątna. Gdy po osiągnięciu określonej szybkości generowany jest impuls, częstotliwość ta nazywana jest częstotliwością przełączania i można ją obliczyć, mnożąc liczbę kulek przez prędkość klatki. W przypadku łożyska na niewymiarowym stanowisku badawczym teoretyczna wartość prędkości koszyka wynosi około połowy prędkości wrzeciona. Pomiędzy 12500 obr./min a 15000 obr./min liczba kulek wynosi 20. Otrzymana częstotliwość przełączania wynosi od 250000 do 300000. Zmierzenie tak wysokiej wartości częstotliwości przełączania jest wyzwaniem dla większości czujników COTS. Łącząc inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, takie jak temperatura, zasięg sondy i czas reakcji, powierzchnia kuli i zanurzenie w oleju, wybór czujnika prądów wirowych odpowiedniego dla łożysk silników odrzutowych staje się wyzwaniem.
Rys. 2 Pomiar prędkości obrotowej klatki z częstotliwością przełączania
Temperatura wokół łożyska w rowku oleju powietrznego może sięgać nawet 200 stopni. Typowy czujnik prądów wirowych składa się z czujnika połączonego z elementami elektronicznymi, który może wytrzymać wysoką temperaturę 80 stopni. Rozwiązaniem tego problemu jest użycie kabli w celu oddzielenia jednostki czujnikowej od elementów elektronicznych. Niestety spowoduje to znaczne spowolnienie czasu reakcji czujnika i zmniejszenie częstotliwości przełączania. Częstotliwość przełączania większości czujników prądów wirowych, które mogą być stosowane w wysokich temperaturach, może sięgać zaledwie kilkuset herców, podczas gdy częstotliwość przełączania pomiaru prędkości uchwytu silnika odrzutowego wynosi około kilku tysięcy herców. Jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie ściśnięcia w klatce, które może być mierzone przez czujnik turbiny dla każdego cyklu. Jest to jednak oparte na możliwości zastąpienia istniejących konstrukcji łożysk silników odrzutowych.
Wybór sondy wiroprądowej jest często oparty na zakresie pomiarowym, powierzchni sondy i wielkości celu pomiarowego. Podobnie zakres pomiarowy jest bezpośrednio powiązany z rozmiarem sondy, to znaczy, gdy rozmiar sondy wzrasta, zakres pomiarowy również wzrośnie i odwrotnie. Jednak dla danego celu zaleca się, aby rozmiar sondy był mniejszy lub równy rozmiarowi celu (patrz Ryc. 2). Aby zmaksymalizować wykrywanie, kształt mierzonego obiektu (np. klatki) powinien być prostokątny (zob. rysunek 2). Jeśli jest to łożysko kulkowe, widoczna powierzchnia sondy wiroprądowej jest bardzo mała, dlatego lepiej wybrać mniejszą sondę. To z kolei zawęzi zakres pomiarowy sondy. Można to wyregulować, jeśli czujnik jest zamontowany obok łożyska. Ponadto koszyk obracający się z dużą prędkością może wykazywać niewielkie przemieszczenie osiowe, co wymaga zainstalowania czujnika w bezpiecznej odległości, aby uniknąć kontaktu z łożyskiem podczas pracy.
W połączeniu ze wszystkimi wyzwaniami w procesie selekcji okazało się, że tylko dwie sondy wiroprądowe spełniły warunki i zostały wybrane do opracowania inteligentnych łożysk. Te dwie sondy zostaną przetestowane na małym stanowisku do testowania łożysk w celu zmierzenia retencji łożyska? Należy ocenić zdolność do osiągania prędkości obrotowej. W dalszej części projektu zbadana zostanie również wykonalność specjalnie zaprojektowanych klatek.
03 Załaduj
Łożysko silnika odrzutowego przenosi obciążenia zarówno osiowe, jak i promieniowe. Monitorowanie obciążenia łożyska w czasie rzeczywistym może pomóc w zrozumieniu dynamicznego stanu silnika w złożonych warunkach pracy. Ogniwa obciążnikowe są zwykle używane do pomiaru obciążenia, ale ze względu na ich dużą wagę i rozmiar są niepraktyczne, więc nie nadają się do łożysk silników odrzutowych. Dlatego w tym zastosowaniu wybrano alternatywną metodę oceny obciążenia poprzez pomiar odkształcenia sprężystego pierścienia łożyska stałego za pomocą tensometru. Istnieje wiele metod pomiaru naprężenia, a trzy z nich mogą mieć zastosowanie w trudnych warunkach silników odrzutowych, w tym tensometry oporowe, siatki świetlne i urządzenia do fal akustycznych na powierzchni. System pomiaru siatek świetlnych jest bardzo duży i potrzebuje dużo energii do wspomagania działania. Podobnie należy dalej rozwijać czujniki SAW, aby móc mierzyć naprężenia w trudnych warunkach silników odrzutowych. Dlatego w tym projekcie wybrano tensometr oporowy do pomiaru odkształcenia łożyska silnika odrzutowego.
Aby zmierzyć odkształcenie sprężyste pierścienia zewnętrznego, zaleca się zamontowanie tensometru bezpośrednio na pierścieniu zewnętrznym łożyska (stałym). Tensometr należy zainstalować na zewnątrz łożyska, a odkształcenia promieniowe i osiowe należy mierzyć wzdłuż strony wtórnej. Na pierścieniu zewnętrznym tensometr jest narażony na działanie wysokich temperatur do 250 stopni C. Jak wspomniano powyżej, należy wybrać odpowiedni klej (lub klej), aby zakończyć długi czas wykrywania. Podobnie, po pewnym czasie agresywność chemiczna środka smarnego również osłabi efekt wiązania. Dlatego tensometr należy chronić przed agresywnym olejem smarowym. Wyciek oleju między złączami tensometru spowoduje natychmiastową awarię czujnika.
Ponadto podczas pracy pierścień zewnętrzny łożyska silnika odrzutowego podlega silnym zmianom temperatury, a pomiar odkształcenia w dużej mierze zależy od temperatury jego otoczenia. W celu uzyskania dokładnych wyników pomiaru odkształcenia należy zastosować kompensację temperatury. Można to zrealizować za pomocą tensometru typu T (patrz rysunek 3), a odkształcenie różnicowe można zmierzyć, ustanawiając obwód mostka płytowego. Jednak ze względu na ograniczoną przestrzeń dostępną na pierścieniach łożysk, zwłaszcza po stronie bieżni, stanowi to kolejne wyzwanie. Rysunek 3 pokazuje, że aby zmierzyć odkształcenie promieniowe, tensometr powinien być zainstalowany na zewnątrz okucia. Jednak całkowita szerokość badanego pierścienia zewnętrznego wynosi 5,5 mm. Biorąc pod uwagę wszystkie ograniczenia i wymagania, uznaje się, że do testowanego łożyska mają zastosowanie tylko dwa typy tensometrów. Wymiary tych dwóch tensometrów to 5,6 mm × 5,6 mm (prostokątny) × 5,4 mm (okrągły).
Cwłączenie
Dzięki wstępnym badaniom jasne jest, że trudne warunki panujące w silnikach odrzutowych stanowią wielkie wyzwanie dla rozwoju inteligentnych łożysk. Dwa główne wyzwania – wysoka temperatura i duża prędkość, a także wiele innych wyzwań również ograniczają wybór czujników do łożysk silników odrzutowych. Na podstawie opisu literaturowego i doświadczenia branżowego najważniejszymi parametrami wybranymi do monitorowania łożysk silników odrzutowych są drgania, temperatura, prędkość koszyka, przemieszczenie wrzeciona i obciążenie. Stosowana jest metodologia wyboru technologii wykrywania odpowiedniej dla łożysk lotniczych. Po kompleksowym sprawdzeniu czujników COTS okazuje się, że tylko kilka czujników spełnia wymagania. Przyszłe prace będą koncentrować się na wstępnym teście wybranego czujnika w wysokiej temperaturze i środowisku zanurzeniowym w oleju przed testem na małym łożysku testowym.
Więcej o WBMWałek stożkowy:
WBM produkuje rolki stożkowe o wysokiej precyzji: Wydajność: 10 milionów sztuk miesięcznie; Wydajność resztkowa: 4 miliony sztuk miesięcznie; 5 linii do produkcji rolek; 7 kombajnów do kombajnów (3 krajowe, 4 krajowe); Wydajność obróbki cieplnej: 9 ton dziennie.
Witamy wskontaktuj się z WBMpo więcej informacji!