از طریق نظارت بر سلامت، توسعه راه حل های بلبرینگ هوشمند به بهبود قابلیت اطمینان موتورهای هوایی کمک می کند. هدف از این پروژه توسعه یک سیستم یاتاقان هوشمند برای دستگاه تأیید آزمایش زمینی با راندمان پیشرانه فوقالعاده بالا (UHPE)، از جمله یک سیستم حسگر بیسیم کاملاً یکپارچه برای هواپیماهای نسل بعدی است. این مقاله مروری بر فناوریهای موجود یاتاقانهای هوشمند ارائه میکند، ساختار سیستم حسگر یکپارچه را نشان میدهد، بر پارامترهایی که باید توسط موتورهای هوایی نظارت شوند و روشهای انتخاب فناوریهای سنجش تمرکز میکند. در حال حاضر بیشتر بلبرینگ های هوشمندی که تولید شده اند می توانند در صنایع خودروسازی، راه آهن و سایر صنایع مورد استفاده قرار گیرند. در دسترس بودن آنها محدود است و برای محیط های خشن (مانند دمای بالا و سطح ارتعاش بالا) که موتورهای جت تجربه می کنند مناسب نیستند. محتویات نظارت اولیه شامل لرزش، دما، بار، حرکت دوک نخ ریسی، سرعت و ضایعات سایش است. فناوری سنجش مناسب را بر اساس روش طبقهبندی دوام در محیط شدید داخل موتور و همچنین اندازه، وزن، حساسیت، باند فرکانس کاری، روش نصب، الزامات پردازش دادهها و مصرف انرژی جمعآوری انرژی و انتقال بیسیم انتخاب کنید.
Iمقدمه
رولبرینگ یکی از مهمترین قطعات در موتور جت است. نظارت بر وضعیت یاتاقان های موتور جت برای تشخیص عیوب یاتاقان و پیش بینی عمر یاتاقان مفید است. یاتاقان حسگر یکپارچه هوشمند توسعه یافته می تواند نظارت بر وضعیت آنلاین را انجام دهد. یاتاقان یاتاقان هوشمند نامیده می شود که از سنسورهای کوچک کم مصرف تشکیل شده است و دارای قابلیت تامین انرژی خود برای ارتباطات بی سیم و انتقال داده است. میدان دید یاتاقان هوشمند نظارت بر وضعیت آنلاین را به سطح جدیدی ارتقا می دهد. با این حال، در حال حاضر، بیشتر فناوریهای بلبرینگ هوشمند موجود را میتوان در خودروها، راهآهن، تجهیزات برق بادی و غیره مورد استفاده قرار داد. دمای بالا، توسعه یاتاقان های هوشمندی که می توانند در موتورهای جت استفاده شوند بسیار محدود است. شفت اصلی یک موتور جت و یاتاقان های یک توربین به ترتیب در معرض دمای حدود 200 درجه و 300 درجه قرار دارند. روغن روانکاری با دمای بالا نیز یک محیط سخت برای سنسور ایجاد می کند. چالش های دیگر شامل توان ورودی محدود، فضای محدود و در دسترس بودن کانال های سیمی و در دسترس نبودن قطعات الکترونیکی مقاوم در برابر دمای بالا در بازار است. علاوه بر این، استفاده از حسگرهای مغناطیسی یا مواد در اطراف یاتاقان های موتور جت به شدت محدود شده است، زیرا ممکن است زباله های فلزی را جذب کرده و باعث انسداد شوند. در موتورهای جت، یاتاقان ها در جعبه های فلزی مهر و موم شده نصب می شوند که انتقال داده های بی سیم را به شدت محدود می کند. بنابراین، اگرچه این فناوری در سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است، اما تحقیق و توسعه یاتاقانهای هوشمند برای موتورهای جت همچنان یک چالش است.
اولین گام این کار، تعیین اجزای حسگر مورد استفاده برای نظارت بر وضعیت یاتاقان در محیط سخت که موتور جت در آن قرار دارد، و همچنین ادغام سنسور در یاتاقان هوشمند است که میتواند یک سری از پارامترها را اندازهگیری کند که وضعیت یاتاقان را نشان میدهد. در عین حال، ما یک فناوری جمعآوری انرژی را توسعه میدهیم که میتواند دادهها را به صورت بیسیم جمعآوری و انتقال دهد، که بخشی کلیدی از یاتاقانهای هوشمند است.
هدف اصلی پروژه
* سنسورهای موجود در بازار را که برای نظارت بر وضعیت یاتاقان های موتور جت مناسب هستند، به ویژه آنهایی که می توانند در دمای بالا و محیط های روغن روان کننده خورنده موتورهای جت کار کنند، شناسایی و از آنها در موتورهای جت استفاده کنید.
*شناسایی سنسورهای کم مصرف برای کاهش مصرف انرژی.
*شناسایی و توسعه فن آوری های جمع آوری انرژی مناسب برای محیط های موتور جت.
*بهینه سازی مصرف انرژی سیستم حسگر و توسعه استراتژی توزیع انرژی.
* توسعه سیستم ارتباط بی سیم برای انتقال داده ها از طریق شاسی فلزی موتور جت.
به منظور تأیید فناوری انتخاب شده و سیستم حسگر هوشمند، یک سری آزمایش بر روی قطعات و سطوح کوچک یاتاقان در آزمایشگاه انجام خواهد شد. یک سر تست برای بستر آزمایشی یاتاقان های کوچک طراحی شده است تا محیط واقعی موتورهای جت را شبیه سازی کند. این مقاله بر توسعه اجزای سنسور بلبرینگ هوشمند تمرکز دارد. اول از همه، این مقاله فن آوری بلبرینگ هوشمند موجود را خلاصه می کند و چالش های پیش روی سیستم حسگر در محیط موتور جت را مورد بحث قرار می دهد. پس از آن، این مقاله به تشریح روش انتخاب سنسور و ساختار بلبرینگ هوشمند می پردازد و در نهایت نتیجه گیری می کند.
خلاصه ای از فناوری بلبرینگ هوشمند
در سه دهه گذشته، کارهای زیادی در زمینه توسعه یاتاقان های حسگر انجام شده است. در ابتدا، تحقیقات بر روی نصب چندین سنسور بر روی یاتاقان برای اندازهگیری پارامترهایی که میتوانند وضعیت بلبرینگ را نشان دهند، متمرکز شد. لرزش، سرعت و دما به عنوان مهمترین پارامترها برای نظارت بر خط وضعیت بلبرینگ در نظر گرفته می شوند. سپس گسترش می یابد تا نظارت بر بار و روانکاری را در بر گیرد.
نصب واحدهای هوشمند یک جنبه مهم در توسعه بلبرینگ های هوشمند است. واحد حسگر ابتدا بر روی پایه یاتاقان نصب شد که به منظور تعبیه سنسور در حلقه یاتاقان توسعه یافت. سنسورهای اکثر یاتاقانهای موجود در بازار از طریق یک سیستم حلقهای بازسازیشده سیمی متصل میشوند. بیشتر این بلبرینگ ها را می توان در صنایع خودروسازی و راه آهن استفاده کرد، مانند آستین برای نصب در واحد یاتاقان جعبه محور با سنسورهای یکپارچه در صنعت راه آهن. در یک کلام، پیشرفت زیادی در توسعه فناوری یاتاقان های حسگر حاصل شده است. با این حال، تا کنون، تعداد کالاهای موجود، مانند یاتاقانهای جعبه محور، حرکت و کنترل NSK، یاتاقانهای سنسور فعال و یاتاقانهای سنسور چرخشی یکپارچه، هنوز محدود است. تمرکز تحقیقات از یاتاقان حسگر (واحد حسگر سیمی) به بلبرینگ هوشمند (سیستم حسگر بی سیم خود تغذیه) تغییر کرده است. به منظور حذف منبع تغذیه برای نظارت آنلاین بلبرینگ های هوشمند، سیستم های حسگر بی سیم و واحدهای حسگر خود تغذیه برای جمع آوری انرژی بسیار محبوب هستند. با این حال، بلبرینگ هوشمند با تامین انرژی خود و سیستم حسگر بی سیم هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است و هنوز محصولی در بازار وجود ندارد؟ به طور مشابه، توسعه حسگرهای لایه نازک و MEMS تمرکز تحقیقات را به تعبیه سنسورها در حلقه های داخلی و خارجی یاتاقان ها تغییر داده است. بیشتر توسعه فناوریهای حسگر و بلبرینگ هوشمند در صنایع راهآهن و خودرو اعمال شده است، اما توجه کمتری به یاتاقانهای موتور جت شده است. به طور سنتی، یاتاقان های موتور جت با اندازه گیری لرزش و نظارت بر زباله های نفتی نظارت می شوند. هدف از این تحقیق توسعه یک سیستم بلبرینگ هوشمند یکپارچه برای نسل جدید موتور جت بر اساس دانش موجود از فناوری بلبرینگ هوشمند و شرایط عملکرد بلبرینگ موتور جت است.
چالشهای توسعه یاتاقانهای هوشمند برای موتورهای جت
همانطور که در بالا ذکر شد، اگرچه بلبرینگهای هوشمند مورد استفاده در زمینههای دیگر توسعه یافتهاند، اما به دلیل برخی چالشهای عمده، هنوز یاتاقانهای هوشمندی برای موتورهای جت در دسترس نیستند. در مرحله اولیه این مطالعه، این چالشها واضحتر شدند و به شناسایی فناوریهای حسگر برای موتورهای جت کمک کردند.
بلبرینگ های موتور جت با سرعت بالا (3،{1}}rpm - 10،000rpm)، دمای بالا (~ 200 درجه) و ارتعاش بالا (~ 100 گرم) کار می کنند. علاوه بر این، موتور جت در حالت خیساندن گرم باقی می ماند تا گرما را ذخیره کند که حتی پس از توقف کار موتور نمی تواند گرما را دفع کند و در نتیجه دمای یاتاقان را تا 250 درجه افزایش می دهد.
به منظور شبیه سازی محیط موتورهای جت، آزمایش های برنامه ریزی شده یاتاقان ها در 150 درجه تا 250 درجه انجام می شود. این یک چالش بزرگ برای اکثر دستگاه های الکترونیکی موجود است، زیرا آنها فقط می توانند در محیط هایی تا 80 درجه کار کنند. یافتن حسگرها و فناوریهای مرتبط مناسب برای محیط با دمای بالا، مانع اصلی در توسعه یاتاقانهای هوشمند برای موتورهای جت است. بیش از 90 درصد شتاب سنج ها برای استفاده در محیط های زیر 80 درجه طراحی و ساخته شده اند.
چالش دوم سرعت اسپیندل بالا (3،{1}}rpm - 10،000rpm) است که یک محیط ارتعاش بالا با دامنه بالا ایجاد میکند. این نه تنها بهبود دوام سنسور را دشوارتر میکند، بلکه چالش بزرگی برای اندازهگیری لرزش، سرعت قفس و سایر مقادیر ایجاد میکند (برای جزئیات به زیر مراجعه کنید). علاوه بر این، برای شبیهسازی عملکرد موتورهای جت، از یاتاقانهای کوچکتر روی میز آزمایش استفاده میشود، بنابراین سرعت آن با سرعت بالاتری (بین 25،{5}} دور در دقیقه و 30،000 دور در دقیقه) خواهد بود. برای دستیابی به قطر گامی مشابه قطر موتورهای جت.
علاوه بر محدودیتهای دما، یاتاقانهای هوشمند برای موتورهای جت به مصرف انرژی پایینی نیاز دارند تا با استفاده از فناوریهای جمعآوری انرژی مناسب، توان بیسیم و انتقال داده را فعال کنند. محدودیتهای بیشتری در محیط موتور جت وجود دارد، مانند نیازهای مصرف انرژی پایین (که منجر به پردازش و ذخیرهسازی اطلاعات در هوا محدود میشود)، فضای نصب سنسور کوچک، طراحی موتور غیرقابل انعطاف پس از افزودن نیاز مشتری، عدم توانایی در استفاده از سنسورهای مغناطیسی به دلیل مسدود شدن زبالههای فلزی. و عدم توانایی در استفاده از حسگرهای نوری (استفاده از روغن مانع عملکرد نوری می شود).
برای سنسورهایی که شرایط دمای بالا را برآورده می کنند، باید آنها را نیز آزمایش کرد تا اطمینان حاصل شود که می توانند در معرض دمای بالا (مانند 180 درجه) روغن روان کننده موتورهای جت قرار گیرند. به طور کلی، موتورهای جت از روغن موتورهای گازسوز و/یا روغن های با ثبات حرارتی بالا (HTS) استفاده می کنند. این روغن ها تهاجمی هستند و می توانند برای مدت طولانی در محیط با دمای بالا به سنسور آسیب شیمیایی وارد کنند. روان کننده ها همچنین می توانند به کانکتورها و کابل های حسگرهای موتور آسیب برسانند.
با توجه به دماهای بالا، در صورت نیاز به چسباندن سنسور به یاتاقان / محفظه، باید چسب یا رزین اپوکسی مناسب را انتخاب کنید، زیرا اغلب چسب ها در دماهای بالا قابل استفاده نیستند. قبل از استفاده، تاثیر محیط روغن خورنده بر روی چسب نیز باید بررسی شود. به منظور تأیید سنسور انتخاب شده و رابط و کابل آن، این مطالعه یک پیش آزمون را در یک محیط روغن روانکاری با دمای بالا قبل از ادغام آن در یک میز آزمایش یاتاقان کوچک انجام داد.
انتخاب سنسورها
یکی از مهمترین وظایف در توسعه یاتاقان های هوشمند یکپارچه، انتخاب دقیق سنسورهای تجاری (COTS) مناسب برای شرایط عملکرد بلبرینگ های موتور جت است. در ابتدا، قبل از توسعه یاتاقانهای هوشمند کاملاً یکپارچه در یاتاقانهای نصبشده/ تعبیهشده، سنسورها در پایههای یاتاقان روی میز آزمایش نصب میشدند. همانطور که در بالا ذکر شد، استفاده از سنسورهایی با قابلیت اندازه گیری لرزش، دما، سرعت قفس، جابجایی دوک و بار در طول توسعه یاتاقان های هوشمند در نظر گرفته شده است.
برای اطمینان از انتخاب مناسب ترین سنسور برای بلبرینگ هوشمند، سنسور COTS با استفاده از روش نشان داده شده در شکل 1 انتخاب می شود. در صنعت هوافضا، به منظور کاهش هزینه ها، راه حل های مبتنی بر سنسور COTS بیشتر و بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. هر سنسور COTS برای استقرار در موتورهای جت باید استانداردهای عملکرد بالایی را که توسط صنعت هوافضا ذکر شده است مطابقت داشته باشد. انتخاب سنسورها بر اساس اطلاعات و دانش نظارت بر یاتاقان به دست آمده از ادبیات و استانداردها، طراحی بلبرینگ، محیط و شرایط عملیاتی یاتاقان و سایر الزامات است. فرآیند انتخاب را می توان به دو بخش تقسیم کرد: الف) شناسایی روش ها و فناوری های صحیح. ب) شناسایی مناسب ترین حسگر برای هنر قبلی. بخش اول تکنیک های قابل استفاده برای اندازه گیری پارامترهای خاص را مشخص می کند. به عنوان مثال، روش های زیادی برای اندازه گیری دمای یاتاقان وجود دارد، مانند ترموکوپل، فناوری MEMS و غیره. برای این کاربرد، دلیل انتخاب ترموکوپل به جای فناوری MEMS این است که ترموکوپل نیازی به ورودی انرژی الکتریکی ندارد و می تواند اندازه گیری دما در محدوده وسیع بر اساس تکنیکهای شناسایی شده در بخش اول، بخش دوم بر انتخاب (مدلسازی و ساخت) حسگرهای خاص تمرکز دارد.
سنسورهایی را انتخاب کنید که قادر به اندازهگیری لرزش، سرعت قفس و بار برای یاتاقانهای هوشمند موتورهای جت هستند. زیربخش های زیر جزئیات انتخاب را ارائه می دهند.
01 لرزش
مانیتورینگ ارتعاش یکی از مهم ترین و رایج ترین روش های مورد استفاده برای پایش وضعیت بلبرینگ است، زیرا مانیتورینگ ارتعاش می تواند اطلاعات تشخیصی را با توجه به فرکانس مشخصه خاص یاتاقان برای شناسایی اجزای معیوب ارائه دهد. حتی عیوب کوچک روی سطح جفت یاتاقان، اگر به موقع تشخیص داده نشود، می تواند منجر به خرابی یاتاقان شود. با توجه به هندسه، تعداد عناصر نورد و سرعت دوک، عیوب یاتاقان های نورد فرکانس خاصی تولید می کند. فرکانس عیب مورد انتظار را می توان با استفاده از فرمول ارائه شده در مرجع 16 محاسبه کرد. تشخیص این فرکانس ها برای پیش بینی عمر یاتاقان های موتور جت مفید است. برای آزمایش های بلبرینگ برنامه ریزی شده، فرکانس عیب مورد انتظار بر اساس طراحی یاتاقان و سرعت اسپیندل محاسبه شده است. این محاسبات اطلاعاتی را برای انتخاب سنسور مناسب برای یاتاقان تست فراهم می کند.
برای اندازه گیری موثر ارتعاش، باید از سنسور برای اندازه گیری ارتعاش استفاده شود؟ روی یاتاقان در کنار ناحیه تماس (نزدیک ناحیه بار) نصب می شود، جایی که عنصر نورد یاتاقان مستقیماً با مسیر مسابقه تماس می گیرد. منطقه نزدیک بار که در آن سنسور نصب شده است، همچنین ناحیه دمای بالا یاتاقان موتور جت است و دما می تواند تا 250 درجه باشد. سرعت سریع موتور جت منجر به فرکانس بالای نقص می شود. بنابراین، فناوری شتاب سنج حالت شارژ الزامات را برآورده می کند، در حالی که فناوری های مبتنی بر جابجایی و ارتعاش مناسب نیستند.
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 کیلوهرتز)، فرکانس تشدید باید حداقل دو برابر فرکانس کاری شتاب سنج باشد؟ سه گانه. این بدان معناست که شتاب سنج دارای فرکانس تشدید حداقل 50 کیلوهرتز است. رزونانس و فرکانس کاری شتاب سنج با حساسیت نسبت معکوس دارد، یعنی هر چه فرکانس تشدید بیشتر باشد، حساسیت کمتر است و بالعکس. در این مورد، فرکانس تشدید بالاتر ترجیح داده می شود، زیرا حساسیت را می توان توسط تقویت کننده کنترل کرد.
روش نصب یکی دیگر از عواملی است که هنگام انتخاب سنسور باید در نظر گرفته شود. برای اطمینان از اینکه شتاب سنج به طور ایمن بر روی یاتاقان در محیط های لرزش و دمای بالا نصب می شود، فقط سنسورهای نصب شده به پیچ و مهره در دسترس هستند. چسباندن شتاب سنج بر روی بلبرینگ با نصب چسب امکان پذیر نیست، زیرا نه تنها کارکرد و فرکانس تشدید را کاهش می دهد، بلکه به عنوان یک تضعیف کننده ارتعاش نیز عمل می کند. علاوه بر این، در محیط دمای بالا، توانایی چسبندگی با گذشت زمان کاهش می یابد، که نمی تواند الزامات عملیات طولانی مدت را برآورده کند.
با توجه به معیارهای تعریف شده در روش انتخاب، صدها شتاب سنج COTS ارائه شده توسط سازندگان مختلف غربال شدند و تنها هشت سنسور شرایط فرکانس کاری، فرکانس تشدید و سایر مشخصات را برآورده کردند. سرعت اسپیندل بسیار سریع است (25،{1}} دور در دقیقه - 30،000 دور در دقیقه). بنابراین، انتظار می رود که فرکانس نقص نیز به سمت انتهای بالاتر طیف توسعه یابد. در فرکانس های هارمونیک 5 و 10، فرکانس های نقص مورد انتظار به ترتیب 28 کیلوهرتز و 56 کیلوهرتز هستند. فرکانس کاری و رزونانسی این شتاب سنج ها به ترتیب بیشتر از 15 کیلوهرتز و 45 کیلوهرتز است. دو شتاب سنج با بالاترین فرکانس تشدید، با فرکانس های 90 کیلوهرتز و 100 کیلوهرتز انتخاب شده اند. فرکانس کاری هر دو شتاب سنج 20 کیلوهرتز است. علاوه بر این، سنسورهایی با فرکانس کاری تا 30 کیلوهرتز وجود دارد. با این حال، فرکانس کاری داده شده بالاتر از سایر شتاب سنج ها است، اما فرکانس تشدید در فرکانس هارمونیک تولید شده توسط فرکانس نقص یاتاقان قرار می گیرد. بنابراین استفاده از این شتاب سنج غیرعملی بوده و در تست از آن استفاده نخواهد شد.
02 سرعت قفس
در موتورهای جت، سرعت چرخش اجزای بلبرینگ بسیار سریع است و لغزش بین مسیرهای مسابقه و عناصر نورد باعث خرابی زودهنگام خواهد شد. لغزش نسبی بین سطوح جفت گیری مقدار زیادی تنش برشی سطحی ایجاد می کند. برای یاتاقان ها در چرخش با سرعت بالا، لغزش باعث می شود که سرعت واقعی عنصر نورد کمتر از مقدار تئوری باشد. اثر لغزش را نمی توان با لرزش کنترل کرد، اما می توان با اندازه گیری سرعت قفس آن را کنترل کرد.
سرعت چرخش قفس را می توان با روش های غیر تماسی مانند جریان گردابی، سنسور خازنی، سنسور مغناطیسی و سنسور نوری اندازه گیری کرد. با این حال، به یک سری دلایل، محیط سخت موتور جت استفاده از حسگرهای مغناطیسی، خازنی و نوری را محدود می کند. به عنوان مثال، قرار دادن اجزای مغناطیسی در مخزن روغن هوا مجاز نیست، زیرا سنسورهای مغناطیسی زباله های فرسوده را جمع آوری کرده و باعث ایجاد خطر می شود. سنسورهای نوری نمی توانند اندازه گیری های دقیقی انجام دهند زیرا نور در محیط روغن روان کننده یاتاقان پراکنده و پراکنده می شود. محدوده اندازه گیری سنسور خازنی محدود است و روغن روان کننده تاثیر قابل توجهی بر دقت اندازه گیری دارد.
سنسور جریان گردابی تمامی الزامات برای اندازه گیری سرعت چرخش قفس یاتاقان موتور جت از جمله دمای بالا، سرعت چرخش بالا و فضای موجود در اطراف بلبرینگ موتور را برآورده می کند. سرعت قفس با محاسبه زمان عبور هر توپ از پروب تشخیص جریان گردابی اندازه گیری می شود. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، هر بار که توپ از پروب عبور می کند، یک موج مربعی تحریف شده به دلیل تداخل میدان مغناطیسی ایجاد می شود. هنگامی که یک پالس با رسیدن به یک نرخ مشخص تولید می شود، این نرخ فرکانس سوئیچینگ نامیده می شود و می توان آن را با ضرب تعداد توپ ها در سرعت قفس محاسبه کرد. برای یاتاقان روی میز تست کم اندازه، مقدار تئوری سرعت قفس حدود نیمی از سرعت دوک است. بین 12500 دور در دقیقه و 15000 دور در دقیقه، تعداد توپ ها 20 است. فرکانس سوئیچینگ حاصل بین 250000 تا 300000 است. اندازه گیری چنین مقدار فرکانس سوئیچینگ بالا برای اکثر سنسورهای COTS یک چالش است. ترکیب سایر عواملی که باید در نظر گرفته شوند، مانند دما، محدوده پروب و زمان واکنش، مساحت سطح توپ و غوطه وری روغن، انتخاب یک سنسور جریان گردابی مناسب برای یاتاقان های موتور جت چالش برانگیز می شود.
شکل 2 اندازه گیری سرعت چرخش قفس با فرکانس سوئیچینگ
دمای اطراف بلبرینگ در شیار روغن هوا می تواند تا 200 درجه باشد. یک سنسور جریان گردابی معمولی شامل یک واحد سنجش متصل به قطعات الکترونیکی است که می تواند دمای بالای 80 درجه را تحمل کند. راه حل این مشکل استفاده از کابل برای جداسازی واحد حسگر از قطعات الکترونیکی است. متأسفانه، این امر زمان پاسخ سنسور را تا حد زیادی کاهش می دهد و فرکانس سوئیچینگ را کاهش می دهد. فرکانس سوئیچینگ اکثر سنسورهای جریان گردابی که در دماهای بالا قابل استفاده هستند فقط به چند صد هرتز می رسد، در حالی که فرکانس سوئیچینگ اندازه گیری سرعت نگهدارنده موتور جت حدود چندین هزار هرتز است. یک راه حل ممکن اعمال فشار در قفس است که می تواند توسط یک سنسور توربین برای هر چرخه اندازه گیری شود. با این حال، این بر اساس امکان سنجی جایگزینی طرح های بلبرینگ موتور جت موجود است.
انتخاب پروب جریان گردابی اغلب بر اساس محدوده اندازه گیری، مساحت پروب و اندازه هدف اندازه گیری آن است. به طور مشابه، محدوده اندازه گیری مستقیماً با اندازه پروب مرتبط است، یعنی زمانی که اندازه پروب افزایش می یابد، محدوده اندازه گیری نیز افزایش می یابد و بالعکس. با این حال، برای یک هدف معین، توصیه می شود که اندازه کاوشگر کمتر یا مساوی با اندازه هدف باشد (شکل 2 را ببینید). به منظور به حداکثر رساندن تشخیص، شکل جسم اندازه گیری (مثلا قفس) ترجیحاً باید مستطیلی باشد (شکل 2 را ببینید). اگر بلبرینگ باشد، سطح قابل مشاهده پروب جریان گردابی بسیار کوچک است، بنابراین بهتر است پروبی کوچکتر انتخاب کنید. با این حال، این به نوبه خود دامنه اندازه گیری کاوشگر را محدود می کند. در صورتی که سنسور در کنار بلبرینگ نصب شده باشد، می توان آن را تنظیم کرد. علاوه بر این، قفسی که با سرعت بالا می چرخد ممکن است مقدار کمی جابجایی محوری داشته باشد، که نیاز به نصب سنسور در فاصله ایمن برای جلوگیری از تماس با یاتاقان در حین کار دارد.
همراه با تمام چالشهای موجود در فرآیند انتخاب، مشخص شد که تنها دو کاوشگر جریان گردابی شرایط را برآورده میکنند و آنها برای توسعه یاتاقانهای هوشمند انتخاب شدند. این دو کاوشگر بر روی میز آزمایش یاتاقان کوچک برای اندازه گیری احتباس یاتاقان آزمایش می شوند؟ قابلیت سرعت چرخش باید ارزیابی شود. در ادامه پروژه، امکان سنجی قفس های طراحی شده ویژه نیز بررسی خواهد شد.
03 بار
بلبرینگ موتور جت بار را به صورت محوری و شعاعی تحمل می کند. نظارت بر بار روی بلبرینگ می تواند به درک وضعیت دینامیکی موتور در شرایط پیچیده عملیاتی کمک کند. معمولا از لودسل ها برای اندازه گیری بار استفاده می شود، اما به دلیل وزن و اندازه زیاد، کاربردی نیستند، بنابراین برای یاتاقان های موتور جت مناسب نیستند. بنابراین، در این کاربرد، یک روش جایگزین برای ارزیابی بار با اندازهگیری تغییر شکل الاستیک حلقه یاتاقان ثابت با یک کرنشگیج انتخاب میشود. روشهای زیادی برای اندازهگیری کرنش وجود دارد، و سه مورد از آنها ممکن است برای محیط سخت موتورهای جت قابل استفاده باشد، از جمله کرنش سنجهای مقاومت، گریتینگهای سبک و دستگاههای موج صوتی سطحی. سیستم اندازه گیری گریت نور بسیار بزرگ است و برای پشتیبانی از عملیات به انرژی زیادی نیاز دارد. به طور مشابه، حسگرهای SAW باید بیشتر توسعه یابند تا بتوانند فشار را در محیط سخت موتورهای جت اندازهگیری کنند. بنابراین برای اندازه گیری کرنش یاتاقان موتور جت، کرنش سنج مقاومتی در این پروژه انتخاب شده است.
به منظور اندازه گیری تغییر شکل الاستیک رینگ بیرونی، توصیه می شود استرین گیج را مستقیماً روی حلقه بیرونی یاتاقان (ثابت) نصب کنید. کرنش سنج باید خارج از یاتاقان نصب شود و کرنش های شعاعی و محوری باید در امتداد سمت ثانویه اندازه گیری شوند. در حلقه بیرونی، کرنش سنج در معرض دماهای بالا تا 250 درجه سانتیگراد قرار می گیرد. همانطور که در بالا ذکر شد، باید یک چسب (یا چسب) مناسب برای تکمیل سنجش طولانی مدت انتخاب شود. به طور مشابه، پس از مدتی، تهاجمی شیمیایی روان کننده نیز اثر پیوند را تضعیف می کند. بنابراین، کرنش سنج باید از روغن روان کننده تهاجمی محافظت شود. هنگامی که تراوش روغن بین کانکتورهای کرنش سنج رخ می دهد، بلافاصله باعث خرابی سنسور می شود.
علاوه بر این، در حین کار، رینگ بیرونی یاتاقان موتور جت دستخوش تغییرات دمایی شدید می شود و اندازه گیری کرنش تا حد زیادی به دمای محیط آن بستگی دارد. برای به دست آوردن نتایج دقیق اندازه گیری کرنش، جبران دما باید اعمال شود. می توان آن را با کرنش سنج نوع T (نگاه کنید به شکل 3)، و کرنش دیفرانسیل را می توان با ایجاد یک مدار پل صفحه ای اندازه گیری کرد. با این حال، به دلیل فضای محدود موجود در حلقه های بلبرینگ، به خصوص در سمت راه آهن، این یک چالش دیگر است. شکل 3 نشان می دهد که برای اندازه گیری کرنش شعاعی، کرنش سنج باید خارج از فرول نصب شود. با این حال، عرض کل حلقه بیرونی مورد آزمایش 5.5 میلی متر است. با در نظر گرفتن تمام محدودیت ها و الزامات، مشخص شده است که تنها دو نوع گیج کرنش T برای یاتاقان تست قابل استفاده هستند. ابعاد این دو کرنش سنج 5.6 میلی متر × 5.6 میلی متر (مستطیل شکل) × 5.4 میلی متر (گرد) است.
Cنتیجه گیری
از طریق تحقیقات اولیه، واضح است که محیط سخت موتورهای جت چالش بزرگی را برای توسعه یاتاقان های هوشمند ایجاد می کند. دو مورد از چالشهای اصلی - دمای بالا و سرعت بالا، و همچنین بسیاری از چالشهای دیگر، انتخاب سنسورها برای یاتاقانهای موتور جت را محدود میکنند. بر اساس شرح ادبیات و تجربه صنعت، مهمترین پارامترهای انتخاب شده برای نظارت بر یاتاقان های موتور جت عبارتند از ارتعاش، دما، سرعت قفس، جابجایی اسپیندل و بار. یک روش برای انتخاب فناوری سنجش مناسب برای یاتاقان های هوانوردی استفاده می شود. پس از غربالگری جامع سنسورهای COTS، مشخص شد که تنها تعداد کمی از سنسورها الزامات را برآورده می کنند. کار آینده بر روی آزمایش اولیه سنسور انتخاب شده در دمای بالا و محیط غوطه وری روغن قبل از آزمایش بر روی بستر آزمایشی کوچک یاتاقان متمرکز خواهد شد.
اطلاعات بیشتر در مورد WBMغلتک مخروطی:
WBM غلتک های مخروطی با دقت بالا تولید می کند: ظرفیت: 10 میلیون عدد در ماه؛ ظرفیت باقیمانده: 4 میلیون عدد در ماه. 5 خط تولید غلتک؛ 7 دستگاه هد سرد (3 نفر ملی، 4 دستگاه داخلی); ظرفیت عملیات حرارتی: 9 تن در روز.
خوش آمدید بهبا WBM تماس بگیریدبرای اطلاعات بیشتر!