Диагностика износа упорного подшипника турбонасосного агрегата ракетного двигателя НК-33

Внедрение: 2021 г.

В работе [1] рассмотрена задача ранней диагностики износа комбинированного опорно-упорного подшипника турбонасосного агрегата (ТНА) жидкостного ракетного двигателя НК‑33. Особенностью данной задачи является существенное ограничение на доработки конструкции силовой установки. Предложено оригинальное решение, основанное на замене штатных индукционных датчиков скорости вращения турбонасоса, применяемых в настоящее время в ТНА, на однокатушечные вихретоковые датчики (ОКВД) с чувствительными элементами в виде отрезка линейного проводника. ОКВД обеспечивает контроль осевого смещения вала в упорном подшипнике, которое характеризует состояние агрегата и увеличивается с износом подшипника. Также сохраняется функция измерения скорости вращения вала ТНА. В статье описан предложенный подход, а также лабораторный прототип системы раннего обнаружения износа упорного подшипника ТНА. Проанализированы результаты исследования прототипа, подтверждающие реализуемость предложенного подхода.

Лабораторный стенд (рисунок 1) разработан для проверки работоспособности предложенного в статье метода и отработки алгоритмов определения осевых смещений вала ротора ТНА в упорном подшипнике.

Рисунок 1. Лабораторный стенд для проверки работоспособности предложенного метода: 1 – токовихревые датчики; 2 – статор; 3 – выступ измерительного диска; 4 – модуль E14‑440; 5 – блок измерительных преобразователей; 6 – блок обработки сигналов.

В его состав входит имитатор ТНА, содержащий статор (2) с установленными ОКВД1 и ОКВД2 (1), имитатор измерительного диска из нержавеющей немагнитной стали с двумя выступами (3), блок измерительных преобразователей (5), содержащий схемы измерения, блок обработки сигналов (6) и внешний модуль E14‑440 с 14-битным АЦП для ввода информации измерений в ПК.

На рисунке 2 представлены скриншоты программы сканирования измерительных каналов прототипа диагностической системы.

Рисунок 2. Временные диаграммы изменения сигналов схем измерения при отсутствии осевого смещения вала ротора ТНА (а) и наличии (b и c).

Проведенные эксперименты полностью подтвердили реализуемость предложенного подхода к определению осевых смещений вала в упорном подшипнике, которые характеризуют износ подшипникового узла и могут служить источником первичной информации для ранней диагностики его состояния. Также оценивалась чувствительность к осевому смещению измерительного диска, которая оказалась достаточной для идентификации желаемого диагностического параметра с приемлемой точностью.

Источник:
Belosludtsev, V.; Borovik, S.; Danilchenko, V.; Sekisov, Y. Wear. Diagnostics of the Thrust Bearing of NK-33 Turbo-Pump Unit on the Basis of Single-Coil Eddy Current Sensors. Sensors 2021, 21, 3463. https://doi.org/10.3390/s21103463

Разработчик: Белослудцев В., Боровик С., Данильченко В., Секисов Ю. (СамНЦ РАН, Институт проблем управления сложными системами РАН)