УДК 621.81

Влияние радиальных зазоров подшипников опор ротора на вибрацию газотурбинного двигателя

Оглобличев Максим Алексеевич – соискатель Уфимского государственного авиационного технического университета.

Аннотация: В данной работе проведено исследование влияния радиальных зазоров подшипников опор ротора на вибрацию газотурбинного двигателя методом регрессионного моделирования. Моделирование проводилось по данным стендовых испытаний двигателей. Определены подшипники, радиальные зазоры которых оказывают наиболее значимое влияние на вибрацию двигателя.

Ключевые слова: Испытания, вибрация, сборка, радиальный зазор, регрессионное моделирование.

Одним из методов оценки технического состояния авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) является контроль уровня их вибраций и анализ тенденции изменения этого уровня в процессе эксплуатации.

Уровень вибрации определяется характером возбуждающих сил, зависящим от индивидуальных конструктивных особенностей каждого конкретного двигателя, а также влиянием эксплуатационных факторов. Наиболее опасная вибрация вызывается неуравновешенностью роторов, которая характеризуется как начальным дисбалансом, связанным с технологическими и конструктивными особенностями двигателя, так и постепенно развивающимся дисбалансом, связанным с воздействием различных эксплуатационных факторов.

Исследование проводилось с применением программного обеспечения «STATISTICA». В качестве исходных данных для исследования использовались данные измерений вибрации двигателей в стендовых испытаниях и данные значений радиальных зазоров подшипников опор ротора, установленных на двигатель в процессе его сборки.

Принятые обозначения мест контроля вибрации приведены в табл. 1.

Таблица 1. Каналы регистрации вибрации и соответствующие им датчики контроля.

№	Канал	Название	Тип датчика
1		Вертикальная на компрессоре низкого давления (КНД)	МВ-25В
2		Горизонтальная на компрессоре низкого давления (КНД)	МВ-25Г
3		Вертикальная на промежуточном корпусе (ПК)	МВ-25В
4		Горизонтальная на промежуточном корпусе (ПК)	МВ-25Г
5		Вертикальная на турбине	МВ-27-2В
6		Горизонтальная на турбине	МВ-27-1Г

Принятые обозначения радиальных зазоров подшипников приведены в табл. 2.

Таблица 2. Обозначения радиальных зазоров и места расположения подшипников.

№	Обозначение радиального зазора	Тип подшипника	Значение радиального зазора по ТУ	Место расположения
1		роликовый	0,025…0,045 мм	Передняя опора КНД
2		шариковый	0,15...0,18 мм	Задняя опора КНД
3		роликовый	0,025...0,045	Межвальный подшипник
4		шариковый	0,15...0,18	Передняя опора КВД
5		роликовый	0,055...0,075	Межроторный подшипник
6		роликовый	0,045...0,065	Опора турбины

Примечание: КВД – компрессор высокого давления.

Моделирование проводилось по данным, полученным в стендовых испытаниях двигателей на режиме «Полный форсаж».

На этапе предварительного исследования рассматривалась матрица парных корреляций между исследуемыми параметрами (табл. 3). Коэффициенты парных корреляций определяли по формуле:

    (1)

где y₁ и y₂ – исследуемые параметры; N – количество опытов; i – номер опыта; ₁ и ₂ – средние значения параметров y₁ и y₂, соответственно.

Таблица 3. Матрица парных корреляций статистических данных.

По данным табл. 3 видно, что наиболее сильная связь наблюдается:

• между вибрацией  и радиальными зазорами  и ;
• между вибрацией  и радиальным зазором ;
• между вибрацией  и радиальными зазорами  и .

Рассматривались многомерные регрессионные модели вида [1]:

;     (2)

Значения средней относительной ошибки E_отн оценивались по формуле:

,    (3)

где y_i – измеренное значение вибрации; y_i,мод. – значение вибрации, рассчитанное по регрессионной модели вида (2).

Для канала вибрации  после исключения незначимых факторов из модели вида (2) с применением критерия Стьюдента было получено уравнение регрессии вида (табл. 4):

    (4)

Таблица 4. Результаты регрессионного моделирования для канала вибрации К_В.

В таблице приняты следующие обозначения:

• b_i – коэффициенты уравнения регрессии;
• стандартная ошибка b – стандартная ошибка оценки коэффициента уравнения регрессии;
• F – критерий Фишера (для оценки адекватности уравнения регрессии);
• F_кр – критическое (табличное) значения критерия Фишера;
• t_i – критерий Стьюдента (для оценки значимости коэффициентов уравнения регрессии);
• t_кр – критическое (табличное) значение критерия Стьюдента;
• p – вероятность нулевой гипотезы для коэффициентов уравнения регрессии.

При F > F_кр уравнение регрессии признается адекватным. При t_i> t_кр коэффициенты уравнения регрессии признаются значимыми.

Для канала вибрации  после исключения незначимых факторов было получено уравнение регрессии вида (табл. 5):

    (5)

Таблица 5. Результаты регрессионного моделирования для канала вибрации К_Г.

Для канала вибрации Т_Г после исключения незначимых факторов было получено уравнение регрессии вида (табл. 6):

    (6)

Таблица 6. Результаты регрессионного моделирования для канала вибрации Т_Г.

Для каналов вибрации ,  и  регрессионные модели оказались неадекватными по критерию Фишера.

По результатам проведенного исследования можно сделать вывод о том, что наиболее значимо на вибрацию двигателя влияют:

• на вибрацию  – радиальный зазор межвального подшипника и радиальный зазор подшипника опоры турбины;
• на вибрацию  – радиальный зазор межвального подшипника;
• на вибрацию  – радиальный зазор подшипника задней опоры компрессора низкого давления и радиальный зазор межроторного подшипника.

Список литературы

1. Гишваров А. С., Рахимов А. Х. Планирование эксперимента при исследовании авиационных двигателей и энергетических установок. Уфа: УГАТУ, 2019. 243 с.