[发明专利]探测至少一个发动机滚柱轴承损伤的方法

说明书

本发明涉及监测发动机磨损，特别是旋转支撑发动机至少一个转轴的滚柱轴承的磨损情况。

航空涡轮机中的滚柱轴承支撑着涡轮机高压和低压本体的轴。在相对于涡轮机固定壳体来支撑轴的传统滚柱轴承和相对于第二轴来支撑第一轴的滚柱轴承(称之为“中介轴承”)之间形成区别。

滚柱轴承的破裂会导致轴承所支撑轴的旋转停止，进而引起发动机完全停止，从而潜在危及安装该涡轮机的飞机上的乘客生命安全。轴承破裂后，轴承碎片会进入到涡轮机各个不同部件之间，使得涡轮机必须整体更换。对轴承磨损情况的探测，旨在其破裂之前，便可更换损伤的轴承，从而可以增加涡轮机的使用寿命。

为了探测滚柱轴承的磨损情况，已知有许多简单方法，其中包括测量燃气涡轮机的振动信号，以便采用统计方法来计算该信号的振动功率(统计矩方法)，所谓的RMS方法包括计算平方平均的平方根等。然后，将该信号的振动功率与根据经验确定的探测阈值进行比较。如果信号功率超过了探测阈值，则探测到滚柱轴承存在磨损。这种方法只适用于在噪音小或无噪音环境下使用的涡轮机，例如，电气工程涡轮机。

航空涡轮机使用在噪声非常大的环境中(燃烧噪音、气动流所造成的噪音、高压轴和低压轴转速的无数谐波、涉及非平衡质量的噪音等等)。为此，诸如前面所述方法则不适用。

对于航空涡轮机，目前使用的是一种损伤数据库，将发动机滚柱轴承全部损伤情况汇集在一起。这种数据库优选包括了发动机轴承所有滚柱的损伤情况。

例如，损伤数据库包括具有中介滚柱轴承的损伤内环和损伤外环特征的频率。实际上，如果滚柱轴承外环表面存在损伤，那么，每当滚动部件接触该损伤时，该损伤就会产生作用。为此，每个损伤的特征就是一个理论频率或多个集中在一起作为缺陷指标的理论频率，这些理论频率本身在损伤数据库内汇聚一起。

引起滚柱轴承损伤的频率与该轴承所支撑的轴的转速成比例，所述频率通过涡轮机部件振动而传播。适合航空领域的探测方法是研究发动机部件高速运行时的振动程度。为此，这种方法是在整个飞行周期期间获取一个或多个振动传感器给出的振动信号，这些传感器可探测涡轮机各个部件的振动情况。然后，通过确认振动程度高于良好滚柱轴承的预定阈限，从而确定探测到滚柱轴承存在损伤，并为此而确认相同的因素。例如，可参阅欧洲专利申请EP 1,111,364，该申请介绍了这种方法的实施方式。

然而，采用损伤滚柱轴承进行的试验表明，采用这种方法进行的探伤并不系统。实际上，自然振动环境在涡轮机高速运行时会影响到振动传感器的测量结果，这种环境导致很难看到反映损伤特征的振动级。

此外，SNECMA公司的专利申请FR 2,913,769 A1公开了一种探测方法，其中，在发动机以低速可再次工作期间测量振动信号。这种方法只能探测一个滚柱轴承的损伤情况。此外，现有技术的所有方法都限于探测确定的稳定转速(低速或高速)时一个滚柱轴承类型的损伤情况。然而，一些损伤仅发生在高速或低速运行时。

本发明申请者希望提出一种可探测待探测成组滚柱轴承损伤情况的通用方法，所述探测方法实施迅速，从而可以进行实时诊断。此外，申请者尝试提高探测精度，以便能够可靠而重复地确定是否至少一个滚柱轴承损伤。

为此，本发明涉及一种探测旋转支撑发动机至少一个转轴的至少一个滚柱轴承损伤的方法，其特征在于，该方法包括了如下步骤：

a)确定测量周期，在该测量周期期间，轴的转速会在低速和高速之间变化；

b)在整个测量周期P期间，采集发动机部件机械振动的当前振动信号；

c)在测量周期期间，采样当前振动信号；

d)在测量周期期间，使采样振动信号与轴转速的变化同步；

e)将采样的和同步的振动信号转换成频率信号，以便获得根据轴转速布置的频率谱线；

f)计算谱线的平均幅度，以便获得该发动机的当前振动特征；

g)计算发动机当前振动特征和良好状态下参考振动特征之间的偏差比；以及

h)将偏差比与预先设立的数据库的缺陷指标进行对比，列出发动机滚柱轴承理论损伤，以便确定该滚柱轴承的潜在损伤。

本发明在此提出一种测量周期，在此测量周期期间，轴的转速会在低速和高速之间变化，但是，显然，本发明还适用于较低转速和较高转速之间，重要的是，发动机转速在两个确定的转速值之间是可变化的。优选地，所述较高转速为高速，而所述较低转速为低速。