Door middel van gezondheidsmonitoring zal de ontwikkeling van intelligente lageroplossingen de betrouwbaarheid van vliegtuigmotoren helpen verbeteren. Het doel van dit project is het ontwikkelen van een intelligent lagersysteem voor de grondtestverificatiemachine met ultrahoge voortstuwingsefficiëntie (UHPE), inclusief een volledig geïntegreerd, zelfaangedreven draadloos sensorsysteem voor de volgende generatie vliegtuigen. Dit artikel geeft een overzicht van de bestaande technologieën van intelligente lagers, waarbij de structuur van het geïntegreerde detectiesysteem wordt getoond, waarbij de nadruk ligt op de parameters die moeten worden gemonitord door vliegtuigmotoren en de selectiemethoden van detectietechnologieën. Momenteel kunnen de meeste intelligente lagers die zijn ontwikkeld, worden gebruikt in de auto-, spoorweg- en andere industrieën. Hun beschikbaarheid is beperkt en ze zijn niet geschikt voor de zware omstandigheden (zoals hoge temperaturen en hoge trillingsniveaus) die straalmotoren ervaren. De primaire monitoringinhoud omvat trillingen, temperatuur, belasting, spilbeweging, snelheid en slijtageresten. Selecteer de juiste detectietechnologie op basis van de classificatiemethode voor duurzaamheid onder extreme omstandigheden in de motor, evenals grootte, gewicht, gevoeligheid, werkfrequentieband, installatiemethode, vereisten voor gegevensverwerking en energieverbruik voor energieverzameling en draadloze transmissie.
Iinleiding
Rollagers zijn een van de belangrijkste onderdelen van een straalmotor. De conditiebewaking van lagers van straalmotoren is nuttig om lagerfouten op te sporen en de levensduur van lagers te voorspellen. Het ontwikkelde intelligente geïntegreerde detectielager kan online conditiemonitoring realiseren. Het lager wordt intelligent lager genoemd, dat is samengesteld uit kleine sensoren met laag vermogen en een eigen energietoevoermogelijkheid heeft voor draadloze communicatie en datatransmissie. Een intelligent gezichtsveld zal de online conditiemonitoring naar een nieuw niveau tillen. Momenteel kunnen de meeste bestaande intelligente lagertechnologieën echter worden gebruikt in auto's, spoorwegen, windenergieapparatuur, enz. Vanwege de complexe en uitdagende omgeving en bedrijfsomstandigheden van straalmotoren, waaronder extreem hoge spilsnelheden, hoge trillingsfrequentie en Bij hoge temperaturen is de ontwikkeling van intelligente lagers die in straalmotoren kunnen worden gebruikt zeer beperkt. De hoofdas van een straalmotor en de lagers van een turbine worden blootgesteld aan temperaturen van respectievelijk ongeveer 200 graden en 300 graden. Smeerolie op hoge temperatuur vormt ook een ruwe omgeving voor de sensor. Andere uitdagingen zijn onder meer het beperkte ingangsvermogen, de beperkte ruimte en beschikbaarheid van bekabelde kanalen, en het niet beschikbaar zijn van hittebestendige elektronische componenten op de markt. Bovendien is het gebruik van magnetische sensoren of materialen rond de lagers van straalmotoren strikt beperkt, omdat deze metaalresten kunnen adsorberen en verstoppingen kunnen veroorzaken. In straalmotoren worden lagers geïnstalleerd in afgesloten metalen behuizingen, wat de draadloze gegevensoverdracht ernstig beperkt. Hoewel de technologie de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang heeft geboekt, is het onderzoek naar en de ontwikkeling van intelligente lagers voor straalmotoren daarom nog steeds een uitdaging.
De eerste stap van dit werk is het bepalen van de sensorcomponenten die worden gebruikt voor het monitoren van de lagerconditie in de ruige omgeving waarin de straalmotor zich bevindt, evenals de sensorintegratie in het intelligente lager die een reeks parameters kan meten die de lagerstatus aangeven. Tegelijkertijd ontwikkelen we een energieverzamelingstechnologie die gegevens draadloos kan verzamelen en verzenden, wat een belangrijk onderdeel is van intelligente lagers.
Hoofddoel van het project
*Identificeer de sensoren op de markt die geschikt zijn voor het bewaken van de toestand van straalmotorlagers, vooral die welke kunnen werken in hoge temperaturen en corrosieve smeerolieomgevingen van straalmotoren, en gebruik ze in straalmotoren;
*Identificeer sensoren met laag vermogen om het energieverbruik te verminderen;
*Identificeer en ontwikkel technologieën voor energieverzameling die geschikt zijn voor straalmotoromgevingen;
*Optimaliseer het energieverbruik van het sensorsysteem en ontwikkel een energiedistributiestrategie;
*Ontwikkel een draadloos communicatiesysteem voor gegevensoverdracht via het metalen chassis van de straalmotor.
Om de geselecteerde technologie en het intelligente sensorsysteem te verifiëren, zal in het laboratorium een reeks tests op onderdelen en kleine lagerniveaus worden uitgevoerd. Een testkop is ontworpen voor het testbed van kleine lagers om de echte omgeving van straalmotoren te simuleren. Dit artikel richt zich op de ontwikkeling van intelligente lagersensorcomponenten. Allereerst vat dit artikel de bestaande intelligente lagertechnologie samen en bespreekt het de uitdagingen waarmee het sensorsysteem in de straalmotoromgeving wordt geconfronteerd. Daarna beschrijft dit artikel de methode van sensorselectie en de structuur van intelligent lager, en wordt uiteindelijk de conclusie gegeven.
Samenvatting van intelligente lagertechnologie
In de afgelopen dertig jaar is er veel werk verricht in de ontwikkeling van sensorlagers. In eerste instantie richtte het onderzoek zich op het installeren van meerdere sensoren op het lager om de parameters te meten die de lagerstatus kunnen aangeven. Trillingen, snelheid en temperatuur worden beschouwd als de belangrijkste parameters voor het online monitoren van de lagerstatus. Vervolgens wordt het uitgebreid met monitoring van belasting en smering.
De installatie van intelligente units is een belangrijk aspect bij de ontwikkeling van intelligente lagers. De sensoreenheid werd eerst geïnstalleerd op het lagervoetstuk, dat werd ontwikkeld om de sensor in de lagerring in te bedden. De sensoren van de meeste lagers op de markt zijn verbonden via een bekabeld gerenoveerd ringsysteem. De meeste van deze lagers kunnen worden gebruikt in de automobiel- en spoorwegindustrie, zoals de bus die in de aspotlagereenheid wordt geïnstalleerd met geïntegreerde sensoren in de spoorwegindustrie. Kortom, er is grote vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van sensorlagertechnologie. Tot nu toe is het aantal beschikbare onderdelen, zoals aspotlagers, NSK-beweging en -bediening, actieve sensorlagers en geïntegreerde roterende sensorlagers, echter nog steeds beperkt. De focus van het onderzoek is verschoven van het detecteren van peilingen (bedrade sensoreenheid) naar intelligente peilingen (zelfaangedreven draadloos sensorsysteem). Om de stroomvoorziening voor online monitoring van intelligente lagers te verwijderen, zijn draadloze sensorsystemen en zelfaangedreven sensoreenheden voor energieverzameling erg populair. Het intelligente lager met eigen energievoorziening en draadloos sensorsysteem bevindt zich echter nog in de onderzoeks- en ontwikkelingsfase en er is nog geen product op de markt? Op dezelfde manier heeft de ontwikkeling van dunne-filmsensoren en MEMS de focus van het onderzoek verlegd naar het inbedden van sensoren in de binnen- en buitenringen van lagers. Het grootste deel van de ontwikkeling van sensor- en intelligente lagertechnologieën is toegepast op de spoorweg- en auto-industrie, maar er is minder aandacht besteed aan lagers van straalmotoren. Traditioneel worden de lagers van straalmotoren bewaakt door het meten van trillingen en het monitoren van olieresten. Het doel van dit onderzoek is het ontwikkelen van een geïntegreerd intelligent lagersysteem voor een nieuwe generatie straalmotoren, gebaseerd op de bestaande kennis van intelligente lagertechnologie en de bedrijfsomstandigheden van straalmotorlagers.
Uitdagingen bij het ontwikkelen van intelligente lagers voor straalmotoren
Zoals hierboven vermeld zijn er, hoewel er slimme lagers zijn ontwikkeld die op andere gebieden worden gebruikt, nog steeds geen slimme lagers beschikbaar voor straalmotoren vanwege een aantal grote uitdagingen. In de beginfase van dit onderzoek werden deze uitdagingen duidelijker, waardoor sensortechnologieën voor straalmotoren konden worden geïdentificeerd.
De lagers van de straalmotor werken op hoge snelheid (3,000tpm - 10,000tpm), hoge temperaturen (＞ 200 graden) en hoge trillingen (＞ 100 g). Bovendien blijft de straalmotor in de zogenaamde hot-soak-toestand om de warmte op te slaan, die de warmte niet kan afvoeren, zelfs niet nadat de motor niet meer werkt, waardoor de lagertemperatuur stijgt tot 250 graden.
Om de omgeving van straalmotoren te simuleren, zullen geplande lagertests worden uitgevoerd bij 150 graden tot 250 graden. Dit is een grote uitdaging voor de meeste bestaande elektronische apparaten, omdat ze alleen kunnen werken in omgevingen tot 80 graden. Het vinden van sensoren en aanverwante technologieën die geschikt zijn voor omgevingen met hoge temperaturen is het belangrijkste obstakel bij de ontwikkeling van intelligente lagers voor straalmotoren. Meer dan 90% van de versnellingsmeters zijn ontworpen en vervaardigd voor gebruik in omgevingen onder de 80 graden.
De tweede uitdaging is de hoge spilsnelheid (3,000rpm - 10,000rpm), waardoor een omgeving met veel trillingen en een hoge amplitude ontstaat. Dit maakt het niet alleen moeilijker om de duurzaamheid van de sensor te verbeteren, maar vormt ook een grote uitdaging voor het meten van trillingen, kooisnelheid en andere waarden (zie hieronder voor details). Om de prestaties van straalmotoren te simuleren, worden bovendien kleinere lagers op de testbank gebruikt, zodat deze op een hoger toerental zal draaien (tussen 25,000 tpm en 30,000 tpm) om een spoeddiameter te bereiken die vergelijkbaar is met die van straalmotoren.
Naast temperatuurlimieten vereisen slimme lagers voor straalmotoren een laag energieverbruik om draadloze stroom- en datatransmissie mogelijk te maken met behulp van geschikte technologieën voor energieverzameling. Er zijn nog meer beperkingen in de straalmotoromgeving, zoals lage energieverbruikvereisten (resulterend in beperkte gegevensverwerking en -opslag in de lucht), kleine sensorinstallatieruimte, inflexibel motorontwerp na het toevoegen van klantvereisten, onvermogen om magnetische sensoren te gebruiken vanwege verstopping van metaalresten en het onvermogen om optische sensoren te gebruiken (het gebruik van olie zal de optische prestaties belemmeren).
Sensoren die aan de hoge temperatuureisen voldoen, moeten ook worden getest om er zeker van te zijn dat ze kunnen worden blootgesteld aan de hoge temperatuur (zoals 180 graden) smeerolie van straalmotoren. Over het algemeen gebruiken straalmotoren gasmotoroliën en/of HTS-oliën (hoge thermische stabiliteit). Deze oliën zijn agressief en kunnen in een omgeving met hoge temperaturen gedurende lange tijd chemische schade aan de sensor veroorzaken. Smeermiddelen kunnen ook de connectoren en kabels van de sensoren in de motor beschadigen.
Als het bij hoge temperaturen nodig is om de sensor op het lager/huis te plakken, moet u de juiste lijm of epoxyhars kiezen, aangezien de meeste lijmen niet bij hoge temperaturen kunnen worden gebruikt. Vóór gebruik moet ook de impact van de corrosieve olieomgeving op de lijm worden geïnspecteerd. Om de geselecteerde sensor en de connector en kabel ervan te verifiëren, werd in dit onderzoek een pre-test uitgevoerd in een smeerolieomgeving met hoge temperaturen voordat deze werd geïntegreerd in een kleine lagertestbank.
Selectie van sensoren
Een van de belangrijkste taken bij de ontwikkeling van geïntegreerde intelligente lagers is het zorgvuldig selecteren van de commerciële kant-en-klare (COTS) sensoren die geschikt zijn voor de bedrijfsomstandigheden van straalmotorlagers. Voorafgaand aan de ontwikkeling van volledig geïntegreerde slimme lagers in gemonteerde/ingebedde lagers werden de sensoren aanvankelijk in lagersokkels op de testbank gemonteerd. Zoals hierboven vermeld, wordt overwogen om tijdens de ontwikkeling van intelligente lagers sensoren te gebruiken die trillingen, temperatuur, kooisnelheid, spilverplaatsing en belasting kunnen meten.
Om ervoor te zorgen dat de meest geschikte sensor wordt geselecteerd voor het slimme lager, wordt de COTS-sensor geselecteerd met behulp van de methode weergegeven in figuur 1. In de lucht- en ruimtevaartindustrie krijgen COTS-sensorgebaseerde oplossingen steeds meer aandacht om de kosten te verlagen. Alle COTS-sensoren die in straalmotoren worden ingezet, moeten voldoen aan de hoge prestatienormen die door de lucht- en ruimtevaartindustrie worden genoemd. De selectie van sensoren is gebaseerd op de informatie en kennis over lagermonitoring verkregen uit literatuur en normen, lagerontwerp, lageromgeving en bedrijfsomstandigheden, en andere vereisten. Het selectieproces kan in twee delen worden verdeeld: a) identificatie van de juiste methoden en technologieën; b) Identificatie van de meest geschikte sensor voor de stand van de techniek. Het eerste deel identificeert de technieken die toepasbaar zijn voor het meten van specifieke parameters. Er zijn bijvoorbeeld veel beschikbare methoden om de lagertemperatuur te meten, zoals thermokoppel, MEMS-technologie, enz. Voor deze toepassing is de reden waarom het thermokoppel wordt gekozen in plaats van MEMS-technologie dat het thermokoppel geen elektrische energie hoeft toe te voeren en kan meet de temperatuur in een breed bereik. Gebaseerd op de technieken geïdentificeerd in het eerste deel, richt het tweede deel zich op de selectie (modellering en productie) van specifieke sensoren.
Selecteer sensoren die trillingen, kooisnelheid en belasting kunnen meten voor slimme lagers van straalmotoren. In de volgende subsecties worden details over de selectie gegeven.
01 Trilling
Trillingsmonitoring is een van de belangrijkste en meest gebruikte methoden voor het monitoren van de lagerconditie, omdat trillingsmonitoring diagnostische informatie kan opleveren op basis van de specifieke karakteristieke frequentie van het lager om defecte componenten te identificeren. Zelfs kleine defecten aan het contactoppervlak van het lager kunnen, als ze niet op tijd worden ontdekt, leiden tot defecten aan het lager. Afhankelijk van de geometrie, het aantal rolelementen en de spilsnelheid zullen de defecten van wentellagers een specifieke frequentie veroorzaken. De verwachte defectfrequentie kan worden berekend met behulp van de formule in referentie 16. De detectie van deze frequenties is nuttig om de levensduur van lagers van straalmotoren te voorspellen. Voor de geplande lagertests is de verwachte defectfrequentie berekend op basis van het lagerontwerp en het spiltoerental. Deze berekeningen bieden informatie voor het selecteren van de juiste sensor voor het proeflager.
Om de trillingen effectief te meten, moet de sensor worden gebruikt om de trillingen te meten? Het wordt op het lager geïnstalleerd naast het contactgebied (dichtbij het laadgebied), waar het rolelement van het lager rechtstreeks contact maakt met de loopring. Het gebied nabij de belasting waar de sensor is geïnstalleerd, is ook het hogetemperatuurgebied van het straalmotorlager en de temperatuur kan oplopen tot 250 graden. De hoge snelheid van de straalmotor leidt tot een hoge defectfrequentie. Daarom voldoet de accelerometertechnologie in de oplaadmodus aan de eisen, terwijl op verplaatsing en trillingen gebaseerde technologieën niet geschikt zijn.
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 (>25 kHz), moet de resonantiefrequentie minstens tweemaal de werkfrequentie van de accelerometer zijn? verdrievoudigen. Dit betekent dat de versnellingsmeter een resonantiefrequentie heeft van minimaal 50 kHz. De resonantie en werkfrequentie van de versnellingsmeter zijn omgekeerd evenredig met de gevoeligheid, dat wil zeggen: hoe hoger de resonantiefrequentie, hoe lager de gevoeligheid, en omgekeerd. In dit geval verdient de hogere resonantiefrequentie de voorkeur, omdat de gevoeligheid door de versterker kan worden geregeld.
De installatiemethode is een andere factor waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van sensoren. Om ervoor te zorgen dat de versnellingsmeter veilig op het lager wordt gemonteerd in omgevingen met veel trillingen en hoge temperaturen, zijn er alleen met bouten en schroeven gemonteerde sensoren beschikbaar. Het is niet haalbaar om de versnellingsmeter op het lager te plakken door middel van lijminstallatie, omdat deze niet alleen de werking en de resonantiefrequentie zal verminderen, maar ook als trillingsdemper zal werken. Bovendien zal in de omgeving met hoge temperaturen het hechtvermogen in de loop van de tijd afnemen, wat niet kan voldoen aan de eisen van langdurig gebruik.
Volgens de criteria die in de selectiemethode waren gedefinieerd, werden honderden COTS-versnellingsmeters van verschillende fabrikanten gescreend en voldeden slechts acht sensoren aan de vereisten op het gebied van werkfrequentie, resonantiefrequentie en andere kenmerken. Het spiltoerental is erg hoog (25,000 rpm - 30,000 rpm); Daarom wordt verwacht dat de defectfrequentie zich ook naar het hogere uiteinde van het spectrum zal ontwikkelen. Bij harmonische frequenties van 5 en 10 zijn de verwachte foutfrequenties respectievelijk 28 kHz en 56 kHz. De bedrijfs- en resonantiefrequenties van deze versnellingsmeters zijn respectievelijk groter dan 15 kHz en 45 kHz. Er zijn twee versnellingsmeters met de hoogste resonantiefrequentie geselecteerd, met frequenties van respectievelijk 90 kHz en 100 kHz. De werkfrequentie van beide versnellingsmeters is 20 kHz. Daarnaast zijn er sensoren met een werkfrequentie tot 30 kHz. De gegeven werkfrequentie is echter hoger dan bij andere versnellingsmeters, maar de resonantiefrequentie valt binnen de harmonische frequentie die wordt gegenereerd door de lagerdefectfrequentie. Daarom is het gebruik van deze versnellingsmeter onpraktisch en zal deze niet in de test worden gebruikt.
02 Kooisnelheid
In straalmotoren is de rotatiesnelheid van lagercomponenten erg hoog, en het glijden tussen loopbanen en rolelementen zal vroegtijdig falen veroorzaken. Het relatieve glijden tussen op elkaar aansluitende oppervlakken zal een grote hoeveelheid schuifspanning aan het oppervlak veroorzaken. Bij lagers die op hoge snelheid draaien, zal het glijden ertoe leiden dat de werkelijke snelheid van het rolelement lager is dan de theoretische waarde. Het slipeffect kan niet worden gecontroleerd door trillingen, maar kan wel worden gecontroleerd door de snelheid van de kooi te meten.
De rotatiesnelheid van de kooi kan worden gemeten met contactloze methoden zoals wervelstroom, capacitieve sensor, magnetische sensor en optische sensor. Om een aantal redenen beperkt de barre omgeving van de straalmotor echter het gebruik van magnetische, capacitieve en optische sensoren. Het is bijvoorbeeld niet toegestaan om magnetische componenten in de luchtolietank te plaatsen, omdat de magnetische sensoren slijtageresten verzamelen, waardoor gevaar ontstaat. Optische sensoren kunnen geen nauwkeurige metingen uitvoeren omdat licht diffract en verstrooit in de lagersmeerolieomgeving. Het meetbereik van de capacitieve sensor is beperkt en de smeerolie heeft een aanzienlijke invloed op de meetnauwkeurigheid.
De wervelstroomsensor voldoet aan alle eisen voor het meten van de rotatiesnelheid van de lagerkooi van de straalmotor, inclusief hoge temperatuur, hoge rotatiesnelheid en de beschikbare ruimte rond het motorlager. De kooisnelheid wordt gemeten door de tijd te berekenen die elke bal nodig heeft om door de wervelstroomdetectiesonde te gaan. Zoals weergegeven in figuur 2 zal elke keer dat de bal door de sonde passeert, een vervormde blokgolf worden gegenereerd als gevolg van interferentie van het magnetische veld. Wanneer bij het bereiken van een bepaalde snelheid een puls wordt gegenereerd, wordt deze snelheid de schakelfrequentie genoemd en kan worden berekend door het aantal ballen te vermenigvuldigen met de kooisnelheid. Voor het lager op de ondermaatse testbank bedraagt de theoretische waarde van de kooisnelheid ongeveer de helft van de spilsnelheid. Tussen 12500 rpm en 15000 rpm is het aantal kogels 20. De resulterende schakelfrequentie ligt tussen de 250.000 en 300.000. Het meten van zo'n hoge schakelfrequentiewaarde is voor de meeste COTS-sensoren een uitdaging. Door andere factoren te combineren waarmee rekening moet worden gehouden, zoals temperatuur, sondebereik en reactietijd, baloppervlak en olie-immersie, wordt het selecteren van een wervelstroomsensor die geschikt is voor straalmotorlagers een uitdaging.
Fig. 2 Meten van de rotatiesnelheid van de kooi met schakelfrequentie
De temperatuur rond het lager in de luchtoliegroef kan oplopen tot 200 graden. Een typische wervelstroomsensor bestaat uit een sensoreenheid verbonden met elektronische componenten, die bestand zijn tegen een hoge temperatuur van 80 graden. De oplossing voor dit probleem is het gebruik van kabels om de sensoreenheid te scheiden van de elektronische componenten. Helaas zal dit de responstijd van de sensor aanzienlijk vertragen en de schakelfrequentie verminderen. De schakelfrequentie van de meeste wervelstroomsensoren die bij hoge temperaturen kunnen worden gebruikt, kan slechts enkele honderden hertz bereiken, terwijl de schakelfrequentie van snelheidsmetingen met straalmotorhouders ongeveer enkele duizenden hertz bedraagt. Een mogelijke oplossing is het aanbrengen van een knijpbeweging in de kooi die voor elke cyclus door een turbinesensor kan worden gemeten. Dit is echter gebaseerd op de haalbaarheid van het vervangen van bestaande lagerontwerpen voor straalmotoren.
De keuze voor een wervelstroomsonde is vaak gebaseerd op het meetbereik, het sondegebied en de meetdoelgrootte. Op dezelfde manier is het meetbereik direct gerelateerd aan de sondegrootte, dat wil zeggen dat wanneer de sondegrootte groter wordt, het meetbereik ook groter zal worden, en omgekeerd. Voor een bepaald doel wordt echter aanbevolen dat de sondegrootte kleiner is dan of gelijk is aan de doelgrootte (zie figuur 2). Om de detectie te maximaliseren moet de vorm van het meetobject (bijv. kooi) bij voorkeur rechthoekig zijn (zie Figuur 2). Als het een kogellager is, is het zichtbare oppervlak van de wervelstroomsonde erg klein, dus het is beter om een kleinere sonde te kiezen. Dit zal echter op zijn beurt het meetbereik van de sonde verkleinen. Dit kan aangepast worden als de sensor naast het lager gemonteerd wordt. Bovendien kan de kooi die met hoge snelheid draait een kleine axiale verplaatsing vertonen, waardoor de sensor op een veilige afstand moet worden geïnstalleerd om contact met het lager tijdens bedrijf te voorkomen.
Gecombineerd met alle uitdagingen in het selectieproces bleek dat slechts twee wervelstroomsondes aan de voorwaarden voldeden en werden ze geselecteerd voor de ontwikkeling van intelligente lagers. Deze twee sondes zullen worden getest op de kleine lagerproefbank om de lagerretentie te meten? Het vermogen tot rotatiesnelheid moet worden geëvalueerd. Later in het project zal ook de haalbaarheid van speciaal ontworpen kooien worden onderzocht.
03 Laden
Het straalmotorlager draagt de belasting zowel axiaal als radiaal. Het realtime monitoren van de belasting op het lager kan helpen de dynamische toestand van de motor onder complexe bedrijfsomstandigheden te begrijpen. Loadcellen worden meestal gebruikt om de belasting te meten, maar vanwege hun zware gewicht en formaat zijn ze niet praktisch en daarom niet geschikt voor lagers van straalmotoren. Daarom is in deze toepassing gekozen voor een alternatieve methode om de belasting te evalueren door de elastische vervorming van de vaste lagerring te meten met een rekstrookje. Er zijn veel methoden om spanning te meten, en drie daarvan kunnen van toepassing zijn op de ruige omgeving van straalmotoren, waaronder weerstandsrekstrookjes, lichtroosters en oppervlakte-akoestische golfapparatuur. Het lichtroostermeetsysteem is erg groot en heeft veel energie nodig om de werking te ondersteunen. Op dezelfde manier moeten SAW-sensoren verder worden ontwikkeld om de belasting in de zware omgeving van straalmotoren te kunnen meten. Daarom is in dit project gekozen voor een weerstandsrekstrookje om de rek van straalmotorlagers te meten.
Om de elastische vervorming van de buitenring te meten, wordt aanbevolen om het rekstrookje direct op de (vaste) buitenring van het lager te installeren. Het rekstrookje moet buiten het lager worden geïnstalleerd en de radiale en axiale spanningen moeten langs de secundaire zijde worden gemeten. Op de buitenring wordt de rekstrookje blootgesteld aan hoge temperaturen tot 250 graden C. Zoals hierboven vermeld, moet een geschikte lijm (of lijm) worden gekozen om de langdurige detectie te voltooien. Op dezelfde manier zal de chemische agressiviteit van het smeermiddel na verloop van tijd ook het hechtingseffect verzwakken. Daarom moet het rekstrookje worden beschermd tegen agressieve smeerolie. Wanneer er olie lekt tussen de connectoren van de rekstrookjes, zal dit onmiddellijk leiden tot sensorstoringen.
Bovendien ondergaat de buitenring van het straalmotorlager tijdens bedrijf ernstige temperatuurveranderingen en hangt de rekmeting grotendeels af van de temperatuur van de omgeving. Om nauwkeurige rekmetingsresultaten te verkrijgen, moet temperatuurcompensatie worden toegepast. Dit kan worden gerealiseerd met een rekstrookje van het T-type (zie figuur 3), en de differentiële rek kan worden gemeten door een plaatbrugcircuit tot stand te brengen. Vanwege de beperkte beschikbare ruimte op de lagerringen, vooral aan de loopbaanzijde, vormt dit echter een nieuwe uitdaging. Figuur 3 laat zien dat om de radiale rek te meten, het rekstrookje buiten de ferrule moet worden geïnstalleerd. De totale breedte van de te testen buitenring bedraagt echter 5,5 mm. Rekening houdend met alle beperkingen en vereisten wordt erkend dat slechts twee typen T-rekstrookjes van toepassing zijn op het proeflager. De afmetingen van deze twee rekstrookjes zijn 5,6 mm x 5,6 mm (rechthoekig) x 5,4 mm (rond).
Cconclusie
Uit voorlopig onderzoek is gebleken dat de barre omgeving van straalmotoren een grote uitdaging vormt voor de ontwikkeling van intelligente lagers. Twee van de belangrijkste uitdagingen – hoge temperatuur en hoge snelheid, en vele andere uitdagingen beperken ook de keuze aan sensoren voor straalmotorlagers. Op basis van literatuurbeschrijvingen en ervaring in de sector zijn de belangrijkste parameters die zijn geselecteerd voor het monitoren van lagers van straalmotoren trillingen, temperatuur, kooisnelheid, spindelverplaatsing en belasting. Er wordt een methodologie gebruikt om de sensortechnologie te selecteren die geschikt is voor luchtvaartlagers. Na uitgebreide screening van COTS-sensoren blijkt dat slechts enkele sensoren aan de eisen voldoen. Het toekomstige werk zal zich richten op de pre-test van de geselecteerde sensor in een omgeving met hoge temperaturen en olie-immersie, vóór de test op het testbed met kleine lagers.
Meer over WBMConische rol:
WBM produceert uiterst nauwkeurige conische rollen: capaciteit: 10 miljoen stuks per maand; Restcapaciteit: 4 miljoen stuks per maand; 5 rollenproductielijnen; 7 machines voor koude kop (3 Nationals, 4 Domestic); Warmtebehandelingscapaciteit: 9 ton per dag.
Welkom bijneem contact op met WBMvoor meer informatie!