СПОСОБ МУЛЬТИАНТЕННОЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА УСТАНОВИВШИХСЯ И НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ Российский патент 2013 года по МПК G01M15/14 

Описание патента на изобретение RU2474806C1

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно для повышения эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их испытаний и эксплуатации.

В последние годы широкое развитие получили новые перспективные способы диагностики газотурбинных двигателей. К таким способам относится метод электростатической диагностики состояния газотурбинных двигателей. В основе способа лежит регистрация заряженных частиц (электронов, ионов, микрочастиц) в авиационных двигательных струях и в газодинамическом течении по тракту двигателя. Эти частицы образуются в камере сгорания в процессе горения топливовоздушной смеси, при эрозии и разрушении элементов двигателя или попадают в двигатель извне. Заряженные частицы создают в потоке и окружающем его пространстве нестационарное электростатическое поле, которое регистрируется специальными зондами-антеннами. На основе полученных сигналов можно получить информацию о процессах, происходящих в двигателе, выявить и спрогнозировать аномалии, имеющиеся в нем. Это повышает безопасность эксплуатации авиационной техники, снижает затраты при ее обслуживании и обеспечивает оперативность принятия решений.

Известен способ регистрации неисправностей двигателей, патент США №5552711, НКИ 324/464, от 03.09.1996 г., на основе анализа частот электромагнитного излучения имеющихся в двигательной струе разного вида ионов, возникающих как при горении топливовоздушной смеси в камере сгорания, так и при появлении (и сгорании) в проточной части газотурбинного двигателя металлических частиц, образующихся при эрозии или разрушении элементов двигателя.

Недостатком данного технического решения является то, что данный способ довольно сложен и трудно применим на практике из-за необходимости точного определения частоты излучения регистрируемых ионов разного вида, выявления отличий ионов, возникших при неисправности двигателя от ионов, появляющихся в двигательной струе в результате процессов, происходящих в исправном двигателе. Дополнительной сложностью является необходимость учета влияния магнитного поля земли на результаты измерений.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятому за прототип является способ электростатической диагностики, описанный в патенте РФ на изобретение №2258923, МПК G01N 27/60, опубл. 20.08.2005 г., который описывает способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы при установке одной электростатической антенны за срезом сопла двигателя вне корпуса двигателя и вне его газодинамической струи. В процессе работы сигнал с антенны записывается и анализируется, и на основе установленных критериев делается заключение о наличии или отсутствии отклонений от нормальной работы диагностируемого двигателя в целом.

Недостатком данного способа является то, что одиночная антенна, установленная за срезом сопла двигателя, в ряде случаев не позволяет разделить аномалии на возникшие внутри двигателя и "внесенные" в двигатель извне попадающими на его вход частицами. Также не всегда удается определить место происхождения аномалии внутри двигателя из-за перезарядки или исчезновения (сгорания) частиц в процессе их движения к выходу из двигателя. Это усложняет принятие решения об исправности или неисправности двигателя.

Технической задачей заявляемого способа является повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей при их испытаниях и в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе мультиантенной диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы, заключающемся в том, что регистрируют электрический сигнал от газодинамического потока, текущего по тракту двигателя и реактивной газодинамической струи двигателя с помощью электростатических антенн и по результатам статистической обработки сигнала диагностируют неисправность двигателя, устанавливают несколько электростатических антенн на входе, выходе и по тракту двигателя, регистрируют этими антеннами электрические сигналы от газодинамического потока и реактивной струи двигателя, определяют величины дисперсии зарегистрированных сигналов и спектральной мощности зарегистрированных сигналов, определяют характерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленные дисперсии и спектральной мощности с заданным эталонными величинами для каждой антенны и при превышении вычисленных дисперсий своих эталонных значений и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе и проводят разделение аномалий на внутридвигательные и аномалии двигателя от внешних источников.

За срезом сопла вне двигателя и вне его газодинамической струи, в воздухозаборнике двигателя, а также по тракту двигателя в его компрессоре устанавливают электростатические антенны для регистрации пульсаций электрического поля, создаваемого заряженными частицами (электронами, ионами, микрочастицами), присутствующими в двигательной струе. Контроль исправности двигателя осуществляют проведением статистического анализа зарегистрированного сигнала, вычисляют дисперсии сигналов σij по выборке из N точек регистрируемого сигнала на заданном интервале времени τ и сравнивают вычисленную текущую дисперсию σij с заданной эталонной величиной σi* для каждой антенны. При выходе величины σj из заданного диапазона производят контроль стационарности режима работы двигателя (nВД) и выдается сигнал "Неисправность". Аналогичный анализ проводится со спектральной реализацией зарегистрированных сигналов: на заданном интервале времени τ определяются частоты fij, превышающие заданный уровень fi для каждой антенны. Частоту, на которой произошло превышение, сравнивают с частотами из базы данных аномальных режимов, и в случае совпадения выдается сигнал о наличии определенного типа неисправности. Если в базе данных частота отсутствует, то выдается сигнал "Неисправность". При наличии или отсутствии "аномальных" сигналов с антенн, установленных в компрессоре двигателя и в его воздухозаборнике, делается заключение о природе аномалии: внутридвигательная аномалия или аномалия, вызванная внешними частицами.

На фиг.1 представлена типичная временная развертка сигнала, зарегистрированного с помощью электростатической антенны.

Реализация заявляемого способа мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы осуществляются следующим образом.

1. Выбирают длительность τ выборки, на которой анализируется сигнал. Выбирают количество точек N в выборке (определяет частоту записи сигналов с антенн).

2. Вводят эталонную характеристику дисперсии регистрируемого сигнала для каждой i-й антенны в зависимости от работы двигателя σi этi эт (nВД) и назначают предельный допуск дисперсии сигнала σi для каждой антенны. Вводят зависимость S(f)i∗=S(f)i∗(nВД) - предельное значение спектральной мощности сигнала для каждой антенны в зависимости от режима работы двигателя. Вводят значения характерных частот аномальных режимов (например, вращающийся срыв, помпаж, нестационарное горение и др.) для каждой антенны fij аном. Введению характеристик σI эт, σi, S(f)i∗, fij аном должны предшествовать испытания данного двигателя или двигателя данного типа.

3. На установившимся режиме для текущего nВД на участке длительностью τ обрабатывают N точек электростатического сигнала каждой антенны для вычисления текущего j-го значения дисперсии для i-й антенны σij. Проверяют условие σij≤σi∗.

Если условие для всех антенн выполняется, то следует обработка следующей выборки сигнала для каждой антенны. Если условие не выполняется, то производят контроль изменения режима работы двигателя по параметру nВД (отсутствие переходного режима работы).

4. Если параметр nВД изменился, то производят корректировку параметров σi∗ к новому nВД и обработку следующей выборки сигнала для каждой антенны.

5. Если параметр nВД не изменился, то выдается сигнал "Неисправность", снижение режима и выяснение причины появления аномалии.

6. Одновременно с вычислением дисперсии проводят вычисление спектра по выбранной реализации сигналов антенн и сканирование вычисленных спектров на предмет сравнения величин спектральной мощности Si≤Si∗.

Если условие для всех антенн выполняется, то следует обработка следующей выборки сигнала для каждой антенны. Если условие не выполняется, то производят контроль изменения режима работы двигателя по параметру nВД (отсутствие переходного режима работы).

7. Если параметр nВД изменился, то производят корректировку параметров Si∗ к новому nВД и обработку следующей выборки сигнала для каждой антенны.

8. Если параметр nВД не изменился, то выдается сигнал "Неисправность", снижение режима и выяснение причины появления аномалии. При этом проводится сканирование всего спектра и сравнение частот, на которых произошло превышение Si∗ с частотами fij аном.. В случае совпадения выдается сигнал о конкретном аномальном режиме ("Нестационарное горение" и др.).

9. Если сигнал "Неисправность" выдан по сигналу антенны, расположенной в воздухозаборнике, то аномалия считается "внешней". В противном случае аномалия считается "внутридвигательной".

Здесь:

nВД - частота вращения ротора высокого давления,

τ - длительность выборки, по которой производится расчет,

N - количество точек выборки,

σi эт - эталонное значение дисперсии сигнала исправного двигателя,

σij - текущее значение дисперсии сигнала i-й антенны,

S(f)i∗ - предельное допустимое значение величины спектральной мощности сигнала i-й антенны,

fij аном - значения характерных частот конкретного аномального режима для i-й антенны.

На переходных режимах поведение электростатического сигнала, связанное с ростом до максимального уровня и последующим снижением его амплитуды не следует считать аномальным режимом. В процессе приемистости, как показали исследования, происходит достаточно быстрая перестройка временной развертки и спектра электрического сигнала. Увеличение уровня сигнала до максимального значения происходит при увеличении расхода топлива в основной камере сгорания автоматом приемистости системы автоматического управления двигателем.

Предлагаемый способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на штатных установившихся и неустановившихся режимах его работы позволяет при использовании понизить эксплуатационные расходы и время для проведения диагностики как в ходе предполетной, так и межполетной подготовки двигателя, обеспечивает высокую точность регистрации заряженных частиц в авиационных двигательных реактивных струях, повышая тем самым безопасность его летной эксплуатации.

Похожие патенты RU2474806C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ПОПАДАНИИ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ НА ИХ ВХОД 2007
  • Голенцов Дмитрий Анатольевич
  • Божков Александр Иванович
RU2348911C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА УСТАНОВИВШИХСЯ И НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ 2004
  • Ватажин А.Б.
  • Голенцов Д.А.
  • Божков А.И.
  • Лихтер В.А.
RU2258923C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА УСТАНОВИВШИХСЯ И НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ 2006
  • Голенцов Дмитрий Анатольевич
  • Божков Александр Иванович
RU2310180C1
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЕ 2004
  • Божков А.И.
  • Ватажин А.Б.
  • Голенцов Д.А.
RU2263808C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2004
  • Голенцов Дмитрий Анатольевич
  • Божков Александр Иванович
RU2272923C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ И РЕГИСТРАЦИИ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 2005
  • Голенцов Дмитрий Анатольевич
  • Божков Александр Иванович
  • Бодров Анатолий Сергеевич
  • Ватажин Александр Бенцианович
RU2301902C1
Способ бесконтактной ранней диагностики разгара камеры ракетного двигателя по напряжённости собственного магнитного поля продуктов сгорания 2017
  • Пушкин Николай Моисеевич
  • Рудинский Александр Викторович
  • Ягодников Дмитрий Алексеевич
RU2663311C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 2008
  • Гончаров Борис Васильевич
  • Дятлов Алексей Викторович
  • Ивахнюк Григорий Константинович
  • Гончарова Анастасия Борисовна
  • Мальков Андрей Алексеевич
  • Чеченин Алексей Николаевич
RU2391644C2
Способ полетной диагностики узлов турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков 2017
  • Эзрохи Юрий Александрович
  • Каленский Сергей Мирославович
RU2665142C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2008
  • Иноземцев Александр Александрович
  • Семенов Александр Николаевич
  • Андрейченко Игорь Леонардович
  • Полатиди Людмила Борисовна
  • Полатиди Софокл Харлампович
  • Саженков Алексей Николаевич
  • Сычев Владимир Константинович
  • Ступников Владимир Леонидович
RU2389998C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 474 806 C1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ МУЛЬТИАНТЕННОЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА УСТАНОВИВШИХСЯ И НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Изобретение относится к области диагностики технического состояния газотурбинных двигателей.

Технический результат - повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их производства, испытаний и эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что за срезом сопла вне двигателя и вне его газодинамической струи, в воздухозаборнике двигателя, а также по тракту двигателя в его компрессоре устанавливают электростатические антенны для регистрации пульсаций электрического поля, создаваемого заряженными частицами (электронами, ионами, микрочастицами), присутствующими в двигательной струе. Определяют величины дисперсии зарегистрированных сигналов и спектральной мощности, определяют характерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленные величины дисперсии и спектральной мощности с заданными эталонными величинами для каждой антенны и при превышении вычисленных дисперсий своих эталонных значений и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе и проводят разделение аномалий на внутридвигательные и аномалии двигателя от внешних источников. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 474 806 C1

Способ мультиантенной диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы, заключающийся в том, что регистрируют электрический сигнал от газодинамического потока, текущего по тракту двигателя и реактивной газодинамической струи двигателя с помощью электростатических антенн и по результатам статистической обработки сигнала диагностируют неисправность двигателя, отличающийся тем, что устанавливают несколько электростатических антенн на входе, выходе и по тракту двигателя, регистрируют этими антеннами электрические сигналы от газодинамического потока и реактивной струи двигателя, определяют величины дисперсии зарегистрированных сигналов и спектральной мощности зарегистрированных сигналов, определяют характерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленные величины дисперсии и спектральной мощности с заданными эталонными величинами для каждой антенны и при превышении вычисленных дисперсий своих эталонных значений и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе и проводят разделение аномалий на внутридвигательные и аномалии двигателя от внешних источников.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2474806C1

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА УСТАНОВИВШИХСЯ И НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ 2004
  • Ватажин А.Б.
  • Голенцов Д.А.
  • Божков А.И.
  • Лихтер В.А.
RU2258923C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА УСТАНОВИВШИХСЯ И НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ 2006
  • Голенцов Дмитрий Анатольевич
  • Божков Александр Иванович
RU2310180C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ПОПАДАНИИ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ НА ИХ ВХОД 2007
  • Голенцов Дмитрий Анатольевич
  • Божков Александр Иванович
RU2348911C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Горелик Александр Леопольдович
  • Масловский Александр Владимирович
  • Меньшиков Леонид Георгиевич
  • Перепелицин Евгений Георгиевич
  • Тягунов Александр Борисович
  • Эпштейн Сергей Самуилович
RU2112935C1
US 20060012377 A1, 19.01.2006
US 5552711 A1, 03.09.1996.

RU 2 474 806 C1

Авторы

Голенцов Дмитрий Анатольевич

Ватажин Александр Бенцианович

Лихтер Владимир Абрамович

Вавировская Светлана Львовна

Даты

2013-02-10Публикация

2011-08-10Подача