[发明专利]航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机故障诊断领域，具体是一种检测变转速工况下航空发动机中介轴承故障的方法。

背景技术

现代航空发动机一般为双转子结构。为了减轻重量，简化结构，通常用中介轴承作为高压转子的后支承，即高压转子的后支点通过中介轴承支承在低压轴上。中介轴承的外环安装在高压转子上，内环安装在低压转子上；或者外环安装在低压转子上，内环安装在高压转子上，故称中介轴承。中介轴承的外环与内环同时旋转，分为内环与外环反向旋转与同向旋转两种模式。中介轴承有着转速高，温度高，动载荷大，润滑条件较差的特点，易于出现故障，且在故障产生初期难于诊断。一旦出现故障，可能会造成严重的事故。因此，对航空发动机中介轴承的故障检测非常重要。但由于中介轴承的内、外环转速始终处在变化之中，故障特征信息难于检测，往往很难或根本无法判定轴承的故障。

目前国内外对航空发动机轴承故障检测的方法大多集中于三个方向：1.普通轴承定转速整周期分析检测方法；2.普通轴承变转速分析检测方法；3.中介轴承定转速整周期分析检测方法。其中1、2两种方法不适用于中介轴承的故障检测。而第3种方法在变转速工况下对中介轴承进行故障诊断时，会出现故障特征频率混叠和漂移，频谱尖峰度差的问题，难于诊断中介轴承的故障。

专利公开号为102788695A的发明公开了一种滚动轴承磨损的识别方法，主要方式是对瞬时振动信号作短时傅里叶变换来识别轴承磨损情况与故障情况。但该方法仅适用于外环固定、内环旋转的常规轴承，对中介轴承不适用。另外，该方法所用的分析数据为短时样本，在对轴承故障诊断时具有较大的随机性，不如长时大样本取得的分析数据准确。

专利公开号为103018043A的发明公开了一种变转速轴承故障诊断方法，引入了将振动信号从时域向转角域转换的分析方法，但该发明不适用于中介轴承的故障诊断。

发明内容

为克服现有技术中存在的不适用于中介轴承的故障诊断的不足，本发明提出了一种航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置。

本发明提出的检测航空发动机中介轴承故障的具体过程是：

第一步：确定故障特征倍频。

故障特征倍频是指轴承的故障特征频率与轴承的内环和轴承的外环之间的相对转动频率之比。

通过公式(1)确定中介轴承外环局部故障特征倍频F_e

通过公式(2)确定中介轴承滚动体局部故障特征倍频F₀

通过公式(3)确定中介轴承内环局部故障特征倍频F_i

公式中：

d是轴承滚动体的直径。

α是接触角，指轴承的某个滚动体与轴承内环和外环接触平面和轴承径向平面之间的夹角。

D_m是轴承的滚动体中心圆直径，角标m意为中间，middle。

z是轴承的滚动体个数。

第二步：采集转速脉冲信号和原始时域振动信号。所述转速脉冲信号与原始时域振动信号的采集在时间上是同时进行的。

所述的采集转速脉冲信号包括采集中介轴承外环转速脉冲信号T_e和中介轴承内环转速脉冲信号T_i。

通过光电传感器与粘贴在转子转轴上的反光纸的配合，采集中介轴承所连接的高压转子的转速脉冲信号和低压转子的转速脉冲信号；转速脉冲信号的采集方式是：两个光电传感器分别将所述高压转子和低压转子转动的物理状态转换为两路电信号传送给数据采集系统，用户通过软件设定数据采集系统的采样频率F_c，数据采集系统能以该采样频率F_c将接收的高压转子转动的电信号和低压转子转动的电信号分别转换为两组能够被计算机识别的数组形式的数据，再通过USB数据线传送给计算机，供计算机进行处理和存储。

在高压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承外环的转速脉冲信号T_e；同样，在低压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承内环的转速脉冲信号T_i。

通过将电涡流传感器对准鼓筒形轴承座，采集中介轴承的原始时域振动信号。