Cztery modele zużycia tribologicznego podpór łożyskowych w oparciu o analizę sygnału prądnicy

The article describes test results of rolling bearings conducted on turbojets, with the simultaneous use of two diagnostics methods: FAM-C and FDM-A [7]. For these methods, no installation of additional sensors on the aircraft is needed - the on-board electric generators are used as sensors. The „FAM-C” method uses the aircraft’s alternating current (AC) tachometer generator, whereas the “FDM-A” method uses the direct current (DC) commutator-type generator. Spectrum of angular velocity of individual bearings manifests itself in high frequency ranges (60-240 Hz for the tachometer generator, 3-10 kHz for the DC generator), making the oscillation signal resistant to noise. This frequency modulated signal can be picked up by measuring instruments in any point of the aircraft electrical system. After detection the initial signal is obtained. Measurement analysis can be easily automated [10]. During detection, the carrier frequency is filtered off. Currently, with the simultaneous use of correlated FAM-C and FDM-A methods, four models of rolling bearings wear can be detected: increase of aggregate friction, seizure of rolling elements, increase of radial clearances, increase of axial clearance. This division was made on the basis of observing the technical condition of rolling bearings on many (around 30) turbojets during its normal operation.Artykuł omawia wyniki badań łożysk tocznych przeprowadzonych na silnikach turboodrzutowych z jednoczesnym wykorzystaniem dwóch metod diagnostycznych: FAM-C i FDM-A [7]. W metodach tych nie trzeba instalować żadnych dodatkowych czujników - jako przetworniki wykorzystywane są prądnice pokładowe. W metodzie "FAM-C" wykorzystuje się prądnicę tachometryczną prądu przemiennego (AC), podczas gdy "FDM-A" wykorzystuje komutatorową prądnicę prądu stałego (DC). Widmo prędkości kątowej poszczególnych łożysk przenoszone jest przez prądnicę w pasmo wysokich zakresów częstotliwości (60-240 Hz dla prądnicy tachometrycznej, 3-10 kHz do prądnicy prądu stałego), dzięki czemu staje się bardzo odporne na zakłócenia. Ten modulowany częstotliwościowo sygnał może być odbierany przez przyrządy pomiarowe w każdym punkcie instalacji elektrycznej samolotu. Po detekcji odzyskiwany jest sygnał pierwotny. Analiza wyników z takiego pomiaru może być łatwo zautomatyzowana [10]. Podczas detekcji odfiltrowywana jest częstotliwość nośna. Przy jednoczesnym stosowaniu skorelowanych metod FAM-C i FDM-A, mogą być wykrywane cztery modele zużycia łożysk tocznych: zwiększonych oporów biernych, zaciśniętych elementów tocznych, zwiększanych luzów promieniowych, zwiększonych luzów osiowych. Podział ten został dokonany na bazie obserwacji stanu technicznego łożysk tocznych wielu (około 30- tu)egzemplarzy silników turboodrzutowych w czasie ich normalnej eksploatacji

Diagnostic of Skew in Splined Coupling

W artykule zaprezentowano doświadczenia badawcze dotyczące opracowanej i rozwijanej w ITWL metodzie badawczej. Metodę tę nazwano FAM- C. Zdaniem autora, na podstawie kilkuletnich rozważań teoretycznych oraz doświadczeń laboratoryjnych i pomiarów na statkach powietrznych, metodą tą można skutecznie określać wielkość przekoszeń w połączeniach wielowypustowych. Jako przetwornik wykorzystana jest tu "etatowa" pradnica pokładowa. Wystarczy przyłączyć aparaturę diagnostyczną do dowolnego zacisku będącego pod napięciem, a diagnoza o stanie technicznym jego poszczególnych elementów może być postawiona w ciągu kilku minut. Opisano matematyczne zmiany chwilowej prędkości katowej wielowypustowych połączeń z montażową wadą przekoszenia. Ukazano możliwiść określenia kąta przekoszenia na podstawie obliczonej wysokości zbioru charakterystycznego otrzymanego metodą modulacji częstotliwości. Przedstawiono materiał badawczy otrzymany z badań laboratoryjnych zespołu napędowego LUZES-III, w którym rolę "prądnicy- obserwatora" pełniła lotnicza SGO-8.In this paper has been presented method described scientifically in ITWL. This method named FAM-C (F - Frequency, M - Modulation, A - Alternating current, C- level of advanced method). The airborne alternator is used as a converter. It is sufficient to connect diagnostic equipment to any live terminal and a diagnosis concerning technical state of elements is possible in a a few minutes. Skew of splined coupling in an effect of assembly error or consumption process. In this connections changes of instantaneous angular velocity of splined coupling with skew disadvantage have been mathematically described. The possibility of calculation of skew angle on the base of characteristic pattern`s height obtained using frequency modulation method has been shown

Diagnosing turbine engine bearing structures with the aid of FAM-C and FDM-A methods

The diagnostic method FDM-A [2], based on the measurement of the pulsation component frequency modulation, and the FAM-C method, making use of the alternating current frequency, were developed in the Air Force Institute of Technology. The essence of their accuracy consists in “natural” synchronisation of the sampling signal with the angular velocity of the observed kinematic links. These methods make it possible to determine the level of wear of a subsystem and its location during normal operation of the power unit. They provide opportunities for determining numerous parameters of bearings, bearing structures, and the rotor unit. Moreover, the FDM-A method makes it possible to detect resonances in particular elements and their parameters - among others, they provide opportunities for assessing the level of the mechanic quality factor of the examined structure, i.e. the time margin of structure operation until the structure reaches the state of resonance. On the other hand, the FAM-C method provides opportunities for defining numerous parameters of the phenomena connected with the rotor unit. The diagnostic system is connected to an arbitrary point of the electric network (electric junction, for instance) supplied with the direct voltage1 or the alternating voltage2 taken from the generators driven by the examined rotating system. The presented experimental material was recorded in operating investigations of the aircraft turbine engine unit, in which the role of “generators – observers” was played by: an aircraft DC generator and a threephase AC rate generator. Generators of this type are also used in rocket cutters with turbine engines, this way the conclusions presented in the article can be easily transferred to those objects. During the measurements, performed on the decks of the examined airplanes and on engine test beds, the ranges and locations of assembly and wear defects were determined. Successive stages of wear of the rolling bearings were also observed

Diagnozowanie pokładowych prądnic lotniczych

In the paper select problems related to diagnosis of onboard generators and alternators with control systems are discussed. Problems refer to commutator generators and synchronous single and three phase alternators. Special attention is paid to commutation effects. Results of incorrectness and possibility to detect them are discussed. There are also discussed effects concomitant with changes in a character of a pulsation during short-circuits or isolating clearance in a wiring of a rotor or a stator. Possibility of diagnosis of generator's or alternator's parts by means of analysis of pulsation component parameters is indicated. In a case of alternators, there are discussed a number of diagnostic methods based on an observation of shape changes of voltage or frequency modulation. It provides to detect numerous mechanical or electrical faults of generators, alternators or their control systems.Starzejąca się technika lotnicza wymaga poważnego podejścia do problemu oceny trwałości statku powietrznego w tym, do niedawna nie zawsze doceniane, trwałości instalacji elektroenergetycznej. Szeroko pojęty system elektryczny statku powietrznego wpływa swą, często obniżoną, na skutek procesów starzeniowych, kondycją, na obniżenie trwałości wszystkich innych systemów. W pracy omówiono wybrane problemy związane z diagnozowaniem pokładowych prądnic lotniczych wraz z układem regulacji. Problematyka poruszana w tym artykule dotyczy komutatorowych prądnic prądu stałego oraz przemiennego (synchronicznych prądnic jednofazowych i trójfazowych). Podczas omawiania problemów diagnozowania prądnic prądu stałego szczególną uwagę zwrócono na zjawiska komutacji - omówiono objawy nieprawidłowości i możliwości ich wykrywania. Omówiono również pewne zjawiska towarzyszące zmianom w charakterze pulsacji podczas zwarć lub przerw w uzwojeniach w wirniku lub stojanie - wskazano na możliwość diagnozowania tych elementów prądnic za pomocą analizy parametrów składowych pulsacji. Zaproponowano zastosowanie metody obserwacji szczególnych korelacji pulsacji do wykrywania zwarć wirnika lub stojana. Analizując kształt i amplitudę składowej pulsacji prądnicy komutatorowej prądu stałego, można wykrywać zwarcia i przerwy w obwodzie wirnika. W przypadku przerw w obwodzie wirnika zmniejszeniu ulega amplituda składowej pulsacji a w przypadku zwarcia obraz charakterystyczny składowej pulsacji. Zwarte uzwojenie podczas przemieszczania się wirnika pod kolejnym biegunem stojana wywołuje wielokrotnie zwiększoną pulsację komutatorową. Dzięki pogłębieniu wiedzy doświadczalnej na ten temat możliwe było diagnozowanie szeregu uszkodzeń zarówno prądnic prądu stałego jak i całych węzłów elektroenergetycznych. W przypadku prądnic prądu przemiennego omówiono szereg metod diagnostycznych opartych na obserwacji zmian kształtu przebiegu modulacji napięcia lub częstotliwości, umożliwiających wykrywanie wielu wad mechanicznych i elektrycznych prądnic oraz ich układów regulacji. Referat omawia aspekty diagnostyczne związane z obserwacją parametrów dynamicznych lotniczych pokładowych pierwotnych i wtórnych źródeł prądu przemiennego. Omówione zostały właściwości diagnostyczne takich parametrów jak: a) impulsy przepięciowe i zanikowe dla stanów przejściowych obciążenia sieci pokładowej, b) amplituda obwiedni, c) zniekształcenia kształtu przebiegu (całkowita zawartość harmonicznych, wartość poszczególnych harmonicznych, współczynnik amplitudy, odchylenie od kształtu sinusoidy), d) dewiacja częstotliwości, e) precesja częstotliwości, f) wartość harmonicznych cząstkowej transformaty Fouriera częstotliwości; g) przebieg zmian wartości chwilowej częstotliwości

Selected problems of diagnosing toothed gears in the aspect of developing hums system

A diagnostic FDM-A method, based on the measurement of modulation of constituent frequency of direct current (DC) generator pulsation as well as FAM-C method, established on the measurement of frequency modulation of alternating current (AC) generator, were developed in the Air Force Institute of Technology [3, 9-10]. The essence of their accuracy lies in "natural" synchronizing of sampling with angular speed of the observed kinematic pair – if the dynamic processes of the observed object accelerate, the sampling becomes faster too [9-10]. At the same time, around the "synchronization points", due to the clearance in the power transmission there is a certain natural oscillation between the observed kinematic pair and generator’s rotor − vibrations are created. These vibrations are called jitter [9, 23] and they constitute an additional supplement to this method, because they provide more information on resolution and accuracy. Moreover, the abovementioned method enables to define the level of subassembly abrasive wear and its location in the time of normal operation of the powerplant [9-10]. This method allows also detecting resonances of elements on the basis of observation of shape and relative position of characteristic sets, which i.e. enable to calculate the mechanical quality factor of kinematic pair − it is possible to establish the operation time of kinematic pair until entering the resonance degradation. Other numerous parameters associated with the assembly of power unit rotor were also outlined: rotor skew angle, level of frictional wear of bearing cage − lack of contact of bearing components, bearing assembly ovalisation

Monitorowanie transmisji śmigłowców z zastosowaniem metody FAM-C

Dynamics of the helicopter rotor (blade vibrations, ground resonance, influence of forward speed etc.) plays a significant role in wear of transmission and engine systems. Particularly severe wear of these elements can be expected on military helicopters operating in battlefield conditions, where exceedances of dynamic flight parameters and harsh maneuvers occur more frequently. The “FAM-C” diagnostic method, developed by the Air Force Institute of Technology in Poland, has been used for assessing and monitoring a fatigue wear. Particularly, this method may be applied to monitor defects of power plant and helicopter transmission system, where other “classical” methods are less efficient due to the very complex variable system as for the direction and frequency, system of forces generating vibrations in kinematic pairs situated close to each other. Due to this reasons certain vibroacoustic and thermal effects develop around these pairs and they interfere with each other. In a helicopter, a power plant, including a power transmission system is also a carrying assembly. It forced designers to construct a power plant with increased number of joints and bearing supports. This article depicts possibilities of FAM-C method regarding wear of the main bearing of helicopter rotor, wear of surface of teeth contact, clearances between axles of gear wheels in gear and the evaluation of circumferential clearances on splined connections. In the FAM-C method, signal from the AC generator used in routine operation of the helicopter is processed. Signal analysis enables simultaneous monitoring of several engine and transmission elements at the same time. It doesn’t require any separate sensors – one permanent electric generator or tachometer generator is - by the appropriate way of picking up and converting the output voltage signal - a source of the whole gamut of diagnostic information.Dynamika wirnika śmigłowca (drgania łopat, rezonans przyziemny, wpływ prędkości postępowej itp.) odgrywają istotną rolę w zużywaniu systemu transmisji i zespołu napędowego. Szczególnie szybkie zużycie tych elementów należy oczekiwać śmigłowcach wojskowych w warunkach bojowych, w których to często występują przekroczenia parametrów dynamiki lotu. Metoda FAM-C opracowana w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych w Polsce została użyta do oceny i monitorowania tego zużycia. W szczególności metoda ta może być używana do monitorowania uszkodzeń zespołu napędowego i transmisji śmigłowca, gdzie inne „klasyczne” metody są mniej skuteczne z uwag na bardzo skomplikowany układ zmiennych co do kierunku amplitudy i częstotliwości układ sił wywołujący wibracje w blisko siebie położonych parach kinematycznych. Z tego powodu tworzą się wokół tych par kinematycznych efekty wibroakustyczne i termiczne , które się wzajemnie zakłócają. W śmigłowcu zespół napędowy w tym zespół transmisji mocy jest jednocześnie zespołem nośnym. Wymusiło to na konstruktorach konstruowanie układu napędowego ze znacznie większa liczbą przegubów i podpór łożyskowych. W tym artykule przedstawiono możliwości metody FAM-C dotyczącej zużycia głównego łożyska wirnika nośnego, zużycia płaszczyzny styku zębów, luzów pomiędzy osiami kół zębatych w przekładni oraz oceny luzów obwodowych na połączeniach wielowypustowych. W metodzie FAM-C przetwarzany jest sygnał z generatora prądu przemiennego w czasie normalnej eksploatacji śmigłowca. Analiza tego sygnału umożliwia jednoczesne monitorowanie wielu elementów silnika i przekładni jednocześnie

The diagnosis of onboard generators (alternators)

In the paper selected problems related to diagnostics of onboard generators and alternators fitted with control systems are discussed. Problems refer to commutator generators and synchronous single- and threephase alternators. Special attention is paid to commutation effects. Results of incorrectness and possibility to detect them are discussed. There are also discussed effects associated with changes in a character of pulsation, which occur during shortings or insulation clearances in rotor or stator wiring. Possibility of diagnosis of generator’s or alternator’s parts by means of analysis of pulsation component parameters is indicated. In the case of alternators a number of diagnostic methods based on observation of changes in shape of voltage or frequency modulation, is discussed. This allows to detect many mechanical or electrical faults of generators, alternators or their control systems

Diagnosis by FAM-C method of a support's bearings turbine engine

Metoda diagnostyczna FAM-C częstotliwości prądu przemiennego oraz metoda FDM-A [1, 2] bazująca na pomiarze modulacji częstotliwości składowej pulsacji, zostały opracowane w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych. Istotą ich dokładności jest "naturalne" zsynchronizowanie sygnału próbkującego z prędkością kątową obserwowanych ogniw kinematycznych - im szybsze procesy dynamiczne powstają w obserwowanym obiekcie, tym szybsze jest również próbkowanie. Jednocześnie wokół "punktu synchronizacji" powstają, na skutek istnienia luzów w układzie napędowych, naturalne względne wahania pomiędzy obserwowanym ogniwem kinematycznym a wirnikiem prądnicy - powstaje swoiste "zmodulowanie próbkowania" umożliwiające dodatkowe zwiększenie rozdzielczości i dokładności metody. Metody te umożliwiają określenie poziomu zużycia ściernego podzespołu oraz jego identyfikację podczas normalnej pracy zespołu napędowego. Diagnostyka przeprowadzona ww metodami umożliwia określenie licznych parametrów łożysk łożyskowych i węzłów łożyskowych oraz zespołu wirnikowego takich jak: poziom tarcia tocznego każdego z łożysk, płynność ruchu koszyka, wielkość luzów promieniowych. Metoda umożliwia wykrywanie rezonansów poszczególnych elementów poprzez obserwację kształtu i wysokości względnej zbiorów charakterystycznych, z których można wyznaczyć m.in. wielkość dobroci mechanicznej danego węzła. Ponadto określane są liczne parametry i zjawiska związane z zespołem wirnikowym jak określenie wielkości przekoszeń i niewspółosiowości wałów, poziom zużycia ciernego na styku koszyk - element toczny i inne. Podstawową zaletą metody jest to, że układ diagnostyczny jest przyłączany do dowolnego miejsca (np. złącza elektrycznego) zasilanego napięciem stałym lub przemiennym z etatowego źródła energii elektrycznej diagnozowanego obiektu. Przedstawiono materiał badawczy otrzymany z badań eksploatacyjnych zespołu lotniczego silnika turbinowego, w którym rolę "prądnicy - obserwatora" pełniła lotnicza prądnica prądu stałego oraz trójfazowa prądnica tachometryczna.Diagnostic FDM-A method [2] based on a measurement of frequency modulation of a pulsation component as well as FAM-C method based on a measurement of a alternating current's frequency have been developed in Air Force Institute of Technology. As a diagnostic sensor an onboard generator (alternator) is used. The sensor is coupled with an investigated power unit. The generator or alternator is a converter of diagnostic signals into electric signal - accomplishes digital (discrete) conversion of signals contained in components of an angular velocity of a generator's or alternator's shaft. An original diagnostic signal is the angular velocity carrying diagnostic information about faults and failures of power unit's parts. Each part of the power unit is a specific vibration generator or modulator. An essence of their accuracy is "natural" synchronization of a sample signal with an angular velocity of an observed kinematics link - as quicker dynamic processes arise in an observed object, a sampling is also quicker. Simultaneously round about "synchronization point" arise, as a result of clearances in a drive, natural relative oscillation between the observed kinematics link and an alternator's rotor - arise characteristic "sample modulation" which provides an additional extension of a method's resolution and accuracy. These methods provide to define a level of a sub-assembly's abrasive wear and its localization during normal work of a power unit. It is possible to define numerous parameters of bearings and their kinematics pairs as well as a rotor assembly. They are: a level of a bearing rolling friction, smoothness of a bearing cage's motion, a quantity of a radial clearance. It also provides to detect resonances in elements as well as observe a shape and a relative height of characteristic patterns, from which it is possible to calculate, among others, a quantity of a mechanical quality factor of a kinematics pair - it is possible to define an operating time reserve of the kinematics pair to resonance. Numerous parameters and effects related to a rotor assembly are also defined. They are: a quantity of a skew of shafts, a level of a frictional wear on a bearing cage - rolling element contact, an ovalization of a bearing mounting and a quantity of a bearing journal's skew