СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕГРАДАЦИИ ТУРБОМАШИНЫ ПОСРЕДСТВОМ КОНТРОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК УПОМЯНУТОЙ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2017 года по МПК G05B23/02 

ОБЩАЯ ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области турбомашин и, в частности, авиационных турбореактивных двигателей.

Турбореактивный двигатель классически содержит несколько модулей, таких как компрессор, камера сгорания и турбина. Во время работы эти модули подвержены деградации, влияющей на характеристики одного или нескольких модулей турбореактивного двигателя. В случае сильной деградации происходит нарушение работы турбореактивного двигателя или летательного аппарата, известное специалисту под названием IFSD (In Flight Shut Down), что вынуждает производить незапланированный демонтаж турбореактивного двигателя для операции обслуживания. Как правило, эти деградации связаны с явлениями загрязнения, коррозии, окисления, эрозии, абразии или с попаданием внутрь постороннего тела и т.д.

Для предупреждения сильных деградаций запланированы операции контроля турбореактивного двигателя через равномерные промежутки времени. Таким образом, можно обнаружить, является ли один из модулей турбореактивного двигателя неисправным или проявляет симптомы будущего нарушения работы. Такой способ обнаружения не является удовлетворительным, поскольку износ турбореактивных двигателей одного семейства может различаться, и контроль через равномерные промежутки времени оказывается не адекватным. Действительно, при слишком низкой частотности контроля повышается риск нарушения работы во время полета (IFSD). Если же частотность контроля является слишком высокой, может быть осуществлен один из этапов контроля, тогда как двигатель находится в отличном состоянии, что приводит к ненужной потере времени.

Для устранения этого недостатка было предложено отслеживать непрерывно, то есть для каждого цикла полета летательного аппарата, индивидуальные характеристики турбореактивного двигателя, чтобы заблаговременно обнаруживать появление ненормальных деградаций турбореактивного двигателя.

Известен способ обнаружения деградации турбореактивного двигателя, согласно которому используют базу данных известных сигнатур деградации, которые были идентифицированы в течение эксплуатации турбореактивных двигателей, принадлежащих к одному семейству. Для формирования сигнатуры измеряют физические параметры турбомашины, например, расход топлива, режим турбореактивного двигателя и температуру на выходе двигателя. На практике, на турбомашине измеряют не так много параметров (расход топлива, режим вала высокого давления и температуру, которая соответствует температуре газов на выходе), чтобы обеспечить контроль различных модулей турбомашины. Следовательно, представляется трудным точно отследить модуль или модули, являющиеся причиной ненормальной деградации уровня характеристики турбореактивного двигателя.

Из заявки FR 1151348, поданной на имя компании СНЕКМА, известен способ, использующий теоретическую модель термодинамического цикла упомянутой турбомашины, чтобы иметь большое число сигнатур деградации. На практике, при ограниченном количестве входных данных модели можно получать несколько разных термодинамических конфигураций. Недостаточное определение предназначенной для решения проблемы не позволяет оптимально отслеживать состояние модулей турбомашины.

Кроме того, известные способы обнаружения не учитывают старение турбомашины. В результате способ обнаружения может привести к констатации ненормальной деградации одного из модулей турбомашины, тогда как происходит всего лишь старение турбомашины.

Существует потребность в способе обнаружения деградации, который позволяет различать ухудшение, связанное с номинальным старением, и ухудшение, связанное с ненормальной деградацией элемента.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В связи с этим объектом изобретения является способ обнаружения деградации турбомашины при помощи вычислительного устройства посредством контроля характеристик упомянутой турбомашины, при этом турбомашина содержит множество функциональных модулей, при этом каждый функциональный модуль характеризуется, по меньшей мере, одним параметром состояния, отображающим деградацию функционального модуля турбомашины, при этом общее старение турбомашины характеризуется параметром старения, при этом согласно способу:

- измеряют множество физических параметров турбомашины для формирования текущего показателя характеристики турбомашины;

- вычисляют множество показателей ухудшенной характеристики турбомашины при помощи термодинамической модели турбомашины, предполагая для каждого показателя ухудшенной характеристики, что деградирует только один функциональный модуль турбомашины, при этом каждый показатель ухудшенной характеристики связывают с одним функциональным модулем;

- каждый показатель ухудшенной характеристики, соответствующий единственному деградирующему модулю среди всех функциональных модулей турбомашины, получают посредством моделирования показателя характеристики турбомашины, при котором параметр состояния деградирующего функционального модуля и параметр старения являются переменными, при этом параметры состояния других не деградирующих функциональных модулей считаются нормальными параметрами состояния;

- вычисляют множество показателей стоимости, при этом каждый показатель стоимости соответствует отклонению между текущим показателем характеристики и показателем ухудшенной характеристики, изменяя переменные показателя ухудшенной характеристики таким образом, чтобы отклонение было минимальным, при этом каждый показатель ухудшенной характеристики связывают с его показателем стоимости;

- среди всех показателей стоимости определяют оптимальный показатель стоимости, соответствующий показателю с наименьшим значением;

- обнаруживают деградацию модуля турбомашины, показатель ухудшенной характеристики которого связан с оптимальным показателем стоимости.

Способ в соответствии с изобретением позволяет учитывать старение турбомашины, что позволяет отличать снижение характеристики, связанное со старением турбомашины, от ненормальной деградации. Поскольку число переменных ограничивают, предполагая, что поврежден только один модуль, принятие решения по деградации является быстрым и надежным. Решаемая проблема определяется в большей степени, чем это происходит в известных решениях. Использование показателей стоимости позволяет быстро и надежно подтвердить предположения о деградации турбомашины.

Предпочтительно каждый функциональный модуль характеризуют, по меньшей мере, двумя параметрами состояния. Предпочтительно каждый функциональный модуль характеризуют индикатором деградации производительности и индикатором деградации расхода/пропускной способности. Показатели производительности и расхода/пропускной способности позволяют точно характеризовать модуль турбомашины, в частности тип деградации модуля. Действительно, после обнаружения деградирующего модуля можно анализировать оптимизированные параметры состояния для определения характера деградации, что позволяет осуществлять целенаправленное обслуживание.

Предпочтительно функциональные модули принадлежат к следующим функциональным модулям: модуль вентилятора, модуль компрессора высокого давления, модуль бустера, модуль турбины высокого давления и модуль турбины низкого давления. В таких модулях редко встречаются ненормальные деградации одновременно, что позволяет подтверждать предположения о снижении показателей ухудшенной характеристики.

Согласно отличительному признаку изобретения, сравнивают оптимальный показатель стоимости с порогом стоимости заранее определенного значения и блокируют обнаружение деградации, если оптимальный показатель стоимости меньше порога стоимости. Предпочтительно ограничивают риск ложного обнаружения, регулируя чувствительность обнаружения. Чем меньше показатель стоимости, тем правдоподобнее деградация.

Предпочтительно определяют кандидатный показатель стоимости, соответствующий показателю с наименьшим значением среди всех показателей стоимости, кроме оптимального показателя стоимости, сравнивают разность между кандидатным показателем стоимости и оптимальным показателем стоимости с определенным порогом запаса и обнаруживают деградацию модуля турбомашины, показатель ухудшенной характеристики которого связан с кандидатным показателем стоимости, если разность меньше определенного порога запаса. В случае сомнения предпочтительно способ определяет два модуля, которые могут являться причиной деградации, что позволяет повысить степень обнаружения.

Предпочтительно значения переменных показателя ухудшенной характеристики меняются соответственно в диапазоне изменения, границы которого определяют в зависимости от ранее осуществленных обнаружений деградации. Таким образом, не производят проверку неправдоподобных комбинаций параметров, что позволяет ограничить продолжительность вычисления и повышает надежность способа.

Предпочтительно, поскольку каждый параметр состояния функционального модуля связан с составляющей старения, которая зависит от параметра старения, каждый показатель ухудшенной характеристики зависит от составляющих старения всех модулей. Таким образом, хотя и предполагают, что в турбомашине неисправным является только один модуль, все же учитывают старение каждого модуля, что позволяет получать более релевантные показатели стоимости для повышения надежности решения.

Предпочтительно сравнивают текущую сигнатуру турбомашины с библиотекой или базой данных сигнатур и, в случае необходимости, при помощи математической функции определяют аномалию или аномалии турбомашины. Библиотека пополняется по мере накопления опыта, что будет подробнее пояснено ниже. Это позволяет пополнять библиотеку новыми сценариями, которые встречаются в ходе эксплуатации турбомашин одного парка.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - схематичное отображение модулей турбореактивного двигателя и этапа измерения физических параметров турбореактивного двигателя для вычисления текущего показателя характеристики турбореактивного двигателя во время полета;

фиг. 2 - отслеживание показателей стоимости J2, J3, J4 и ⎥J4-J2⎢, которые характеризуют деградации модулей М2, М3 и М4;

фиг. 3 - блок-схема способа обнаружения в соответствии с изобретением;

фиг. 4 - график текущей сигнатуры турбомашины;

фиг. 5 - графики из библиотеки сигнатур турбомашин.

ОПИСАНИЕ ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ

Далее следует описание изобретения для турбореактивного двигателя летательного аппарата, хотя изобретение можно применять для любого типа турбомашины, такого как турбомашина для производства электроэнергии.

Показанный на фиг. 1 турбореактивный двигатель 1 летательного аппарата классически содержит множество модулей М, таких как модуль М1 вентилятора, модуль М2 компрессора высокого давления, модуль М3 бустера, модуль М4 турбины высокого давления и модуль М5 турбины низкого давления. В дальнейшем предполагается, что турбомашина 1 содержит только пять вышеупомянутых модулей М1-М5, но, разумеется, изобретение можно применять для турбомашины 1, содержащей более 5 модулей.

ПОКАЗАТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБОМАШИНЫ

Для обеспечения контроля характеристик турбореактивного двигателя в ходе его эксплуатации определяют показатель характеристики Y.

Этот показатель характеристики Y классически получают посредством вычисления на основании нескольких измерений физических параметров турбореактивного двигателя 1 в ходе полетов. Например, турбореактивный двигатель содержит множество датчиков С, расположенных в турбореактивном двигателе 1 для измерения физических параметров, таких как температура, давление, расход топлива и режимы вращения.

Показатель характеристики Y можно также получить аналитическим путем при помощи термодинамической модели турбореактивного двигателя, которая зависит от:

- общих параметров турбореактивного двигателя 1 (условия полета, заданные рабочие значения) и

- параметров состояния, которые характерны для модулей М1-М5 турбореактивного двигателя 1.

Предпочтительно термодинамическая модель турбореактивного двигателя 1 представляет собой паспорт двигателя. Паспорт, более известный под английским названием «performance deck» или «engine cycle deck», определяет полный термодинамический цикл турбореактивного двигателя и точно характеризует каждый компонент турбореактивного двигателя. Этот хорошо известный специалистам паспорт позволяет конструкторам двигателя тестировать турбореактивный двигатель 1 на стадии его проектирования до создания прототипа. Паспорт составляют для каждого турбореактивного двигателя одного семейства и одного типа. Обычно паспорт составляют согласно нормам SAE Aerospace ARP755A и AS681G.

В этом примере параметрами состояния каждого модуля М являются два параметра:

- индикатор деградации производительности SE и

- индикатор деградации расхода/пропускной способности SW.

В отличие от общих параметров параметры состояния модулей М не подлежат определению. Разумеется, модуль М может иметь только один параметр состояния или более двух параметров состояния.

В настоящем примере показатель характеристики Y турбореактивного двигателя зависит от 10 параметров состояния (по 2 на модуль), которые приведены в нижеследующей таблице.

Таблица 1
Параметры состояния показателя характеристики Y без старения

Такое определение показателя характеристики Y не учитывает старения турбореактивного двигателя 1. В ходе эксплуатации турбореактивного двигателя 1 его характеристики снижаются, что на общем уровне в течение времени выражается изменением его показателя характеристики Y и на уровне модуля - изменением в течение времени параметров состояния SE, SW.

Для этого параметры состояния SE, SW разбивают на составляющую старения F_SE(λ), F_SW(λ) и составляющую ненормальности ΔSE, ΔSW.

Иначе говоря, для каждого функционального модуля М турбореактивного двигателя 1 параметры состояния SE, SW определяют следующим образом:

SE=F_SE(λ)+ΔSE

SW=F_SW(λ)+ΔSW.

Составляющая старения F_SE(λ), F_SW(λ) зависит от общего уровня старения λ, который определяют в целом для турбореактивного двигателя 1. Функции старения F_SE и F_SW являются известными, или их можно определить при помощи моделей старения. Эти модели старения разрабатывают на основании матрицы деградации, полученной в результате испытаний двигателя и накопления опыта в ходе эксплуатации двигателей. Матрицы деградаций выражают изменение характеристик модулей турбореактивного двигателя между новым состоянием и изношенным состоянием. Опыт эксплуатации двигателя позволяет корректировать изменение характеристик модулей.

Таким образом, для функционального модуля М турбореактивного двигателя 1 неизвестными являются только параметры ΔSE, ΔSW. Поскольку λ является общим параметром турбореактивного двигателя 1, показатель характеристики Y турбореактивного двигателя 1 зависит от следующих 11 параметров состояния:

Таблица 2
Параметры состояния показателя характеристики Y с учетом старения

Как показано на фиг. 1, благодаря наличию датчиков С, расположенных на турбореактивном двигателе 1, можно в целом измерять текущий показатель характеристики Y_COUR турбореактивного двигателя 1 в течение его срока службы. К сожалению, если обнаружено снижение характеристики, то невозможно узнать ее причину (старение, деградация и т.д.). Действительно, текущий показатель характеристики Y_COUR зависит от 11 параметров состояния, и, учитывая недостаточное инструментальное вооружение, аналитическое решение не представляется возможным для определения участия каждого параметра в снижении характеристики.

Анализ характеристик модуля турбореактивного двигателя

Способ обнаружения деградации путем анализа характеристик осуществляют при помощи вычислительного устройства в системе обслуживания, предпочтительно на земле. Некоторые данные получают в ходе полета и сохраняют в бортовом вычислительном устройстве до их передачи в наземную систему обслуживания.

Согласно изобретению, сначала вычисляют текущий показатель характеристики Y_COUR турбореактивного двигателя 1, измеряя множество физических параметров, как показано на фиг. 1, например, температуру, давление, расход топлива и режим вращения. Эти параметры предварительно нормализуют, чтобы избежать влияния вариативности условий работы и чтобы получить возможность когерентного сравнения изменения физических параметров в течение времени.

Как показано на фиг. 2, после этого вычисляют показатели ухудшенной характеристики Y_DEG1-Y_DEG5 турбореактивного двигателя 1 при помощи вышеупомянутой термодинамической модели Mth турбореактивного двигателя 1, которая зависит от общих параметров и от параметров состояния, присущих функциональным модулям М1-М5 турбореактивного двигателя 1 и являющихся неизвестными (ΔSE1-ΔSE5, ΔSW1-ΔSW5, λ).

Каждый показатель ухудшенной характеристики Y_DEG1-Y_DEG5 вычисляют, исходя из предположения, что деградирует только один функциональный модуль М турбореактивного двигателя 1, при этом каждый показатель ухудшенной характеристики Y_DEG1-Y_DEG5 связывают с определенным функциональным модулем М1-М5. Например, показатель ухудшенной характеристики Y_DEG1 вычисляют, исходя из того, что деградирует только модуль М1 турбореактивного двигателя 1. В результате следующие параметры состояния ΔSE2-ΔSE5 и ΔSW2-ΔSW5 являются нулевыми, поскольку модули М2-М5 являются нормальными, то есть не деградируют. Как показано на фиг. 2, показатель ухудшенной характеристики Y_DEG1 зависит только от трех неизвестных параметров: ΔSE1, ΔSW1 и λ.

Если это же рассуждение применить для всех показателей ухудшенной характеристики Y_DEG1-Y_DEG5, то каждый показатель ухудшенной характеристики Y_DEGi зависит от переменных (ΔSEi, ΔSWi, λ), и получают следующие показатели:

- Y_DEG1(ΔSE1, ΔSW1, λ);

- Y_DEG2(ΔSE2, ΔSW2, λ);

- Y_DEG3(ΔSE3, ΔSW3, λ);

- Y_DEG4(ΔSE4, ΔSW4, λ); и

- Y_DEG5(ΔSE5, ΔSW5, λ).

Каждый показатель ухудшенной характеристики Y_DEG1-Y_DEG5 является характерным для деградации только одного определенного модуля турбореактивного двигателя 1.

Предпочтительно каждый показатель ухудшенной характеристики Y_DEG1-Y_DEG5 учитывает старение турбореактивного двигателя 1 для каждого из модулей М1-М5. Таким образом, для показателя ухудшенной характеристики Y_DEG1 параметры состояния модулей М2-М5 учитывают составляющую старения F_SE(λ), F_SW(λ).

Показатель стоимости

Согласно изобретению, каждый показатель ухудшенной характеристики Y_DEGi сравнивают с текущим показателем характеристики Y_COUR. Поскольку показатель ухудшенной характеристики Y_DEGi зависит от переменных (ΔSEi, ΔSWi, λ), это сравнение является параметрическим. В этом примере оптимизируют параметры показателя ухудшенной характеристики Y_DEGi, чтобы ограничить отклонения между показателями характеристики Y_DEGi, Y_COUR.

В дальнейшем минимальное отклонение между показателем ухудшенной характеристики Y_DEGi и текущим показателем характеристики Y_COUR будет называться показателем стоимости J_i. Это минимальное отклонение получают для оптимизированной комбинации параметров ΔSEi*, ΔSWi*, λ* для показателя ухудшенной характеристики Y_DEGi, как показано на фиг. 2.

Этот показатель стоимости J_i, полученный для оптимизированной комбинации параметров ΔSEi*, ΔSWi*, λ*, позволяет максимально приблизиться к текущему показателю характеристики Y_COUR, когда предполагают, что единственным деградирующим модулем является модуль Mi. Таким образом, чем меньше показатель стоимости J_i, тем более правдоподобной является деградация модуля Mi турбореактивного двигателя 1.

Для вычисления минимального значения каждого показателя стоимости J_i меняют параметры ΔSEi, ΔSWi и λ. Предпочтительно изменение параметров (ΔSEi, ΔSWi, λ) является ограниченным. В этом примере параметры (ΔSEi, ΔSWi, λ) меняются в диапазонах изменения, границы которых определяют в зависимости от обнаружения деградаций, ранее происходивших на турбореактивном двигателе 1. Так, турбореактивный двигатель 1 не может «молодеть» от одного полета к другому (λ обязательно увеличивается). Точно так же, производительность модуля Mi не может улучшаться со временем (ΔSEi обязательно увеличивается). Поскольку каждый показатель стоимости J_i зависит только от трех неизвестных параметров (ΔSEi, ΔSWi, λ), то очень просто добиться оптимизации цифровым путем, которая будет единственной. Действительно, чем больше число параметров, тем больше число возможных решений, что мешает принятию надежного решения.

Например, показатель стоимости J_i для модуля Mi вычисляют при помощи следующей формулы:

,

в которой:

- Y_k,i соответствует показателю ухудшенной характеристики при деградации модуля i, наблюдаемой для компонента k модуля турбореактивного двигателя, содержащего N модулей;

- Y_k,COUR соответствует текущему показателю характеристики для компонента k модуля турбореактивного двигателя;

- σ_k соответствует погрешностям измерений на различных показателях характеристики.

Разумеется, можно использовать и другие функции стоимости для измерения правдоподобия предположения о состоянии модуля турбореактивного двигателя.

Во время этого приближения при помощи наименьших квадратов для каждого показателя стоимости J_i определяют значение оптимизированного параметра старения λ*. Поскольку параметры состояния SE, SW модулей М1-М5 зависят также от составляющей старения F_SE(λ*), F_SW(λ*), являющейся функцией λ*, то показатель характеристики каждого нормального модуля Y_k,i тоже изменяется во время вычисления показателя стоимости J_i для данного деградирующего модуля Mi. Иначе говоря, даже если модули Mi считаются исправными, следует учитывать их старение для вычисления показателей ухудшенной характеристики.

Определение деградации модуля

Как показано на фиг. 2, после проверки всех комбинаций получают множество показателей стоимости J_i, каждый из которых связан с набором оптимизированных параметров (ΔSEi*, ΔSWi*, λ*). В этом примере получают пять показателей стоимости J₁-J₅, при этом каждый показатель стоимости отображает правдоподобие предположения о деградации модуля Mi турбореактивного двигателя 1.

Таким образом, чем меньше показатель стоимости J_i, тем больше вероятность того, что модуль Mi деградирует.

Согласно изобретению, как показано на фиг. 2, деградацию обнаруживают, выбирая показатель стоимости с наименьшим значением, называемый оптимальным показателем стоимости J_opt. Действительно, он является наиболее близким к текущему показателю характеристики Y_COUR и может больше всего соответствовать наблюдаемой деградации.

Чтобы ограничить риск ложного обнаружения, применяют этапы консолидации решения деградации.

Как показано на фиг. 3, отслеживают изменение трех показателей стоимости J₂-J₄ в зависимости от уровня деградации турбореактивного двигателя 1, который зависит от времени.

Для ограничения риска ложного обнаружения в первом варианте применения изобретения при выборе показателей стоимости учитывают только показатели стоимости J, меньшие порога стоимости J_max. Предпочтительно порог стоимости J_max является параметрируемым порогом, который в данном случае определяют эмпирическим путем в зависимости от требуемой чувствительности. Чем выше показатель стоимости J, тем менее правдоподобной является деградация. Как показано на фиг. 3, показатели стоимости J2, J3 и J4 являются ниже порога стоимости J_max в интервале t₀-t₁. Следовательно, все показатели стоимости J2, J3 и J4 можно выбирать для обнаружения оптимального показателя стоимости J_opt. С другой стороны, показатель стоимости J3 превышает порог стоимости J_max в интервале t₁-t₂, что ограничивает выбор только показателями стоимости J2 и J4. Ограничивая число учитываемых показателей стоимости, можно ускорить выбор оптимального показателя стоимости J_opt, что является преимуществом.

Во втором варианте применения изобретения сравнивают значение оптимального показателя стоимости J_opt и значение кандидатного показателя стоимости J_cand, соответствующего показателю с наименьшим значением среди всех показателей стоимости J1-J5, кроме оптимального показателя стоимости J_opt. В этом примере оптимальным показателем стоимости J_opt является J4, и кандидатным показателем стоимости J_cand является J2. Сравнивают разность между кандидатным показателем стоимости J_cand и оптимальным показателем стоимости J_opt с порогом запаса S_g определенного значения и пересматривают два наилучших показателя, если разность меньше порога запаса S_g. Действительно, считается, что дискриминация не является достаточно надежной, чтобы с уверенностью определить модуль, который является причиной наблюдаемой деградации. Таким образом, ограничивают риск ложного обнаружения.

Как показано на фиг. 3, показанную разность ⎥J4-J2⎢ сравнивают с порогом запаса S_g. В интервале t₀-t₂ разность ⎥J4-J2⎢ меньше порога запаса S_g, и пересматривают два решения М2 и М4. Действительно, как показано на фиг.3, значения J2 и J4 являются очень близкими друг к другу в интервале t₀-t₂, и очень трудно принять решение о точной причине наблюдаемой деградации. Начиная с момента t₂, разность ⎥J4-J2⎢ превышает порог запаса S_g, и можно принять надежное решение о деградации модуля М4.

Когда принимают решение об одном или двух поврежденных модулях, на этих модулях можно целенаправленно осуществлять операции обслуживания, пока не произошла общая деградация турбореактивного двигателя 1. Этот способ позволяет ограничить операции обслуживания только надлежащими модулями, что позволяет экономить средства и ограничивать время обслуживания. Кроме того, ремонт является упреждающим, что позволяет авиационным компаниям постоянно иметь в наличии самолеты в рабочем состоянии.

На фиг. 4 и 5 показан предпочтительный этап способа в соответствии с изобретением, на котором сравнивают текущую сигнатуру турбомашины с библиотекой сигнатур и, в случае необходимости, при помощи математической функции определяют аномалию или аномалии турбомашины. На фиг. 4 представлен пример текущей сигнатуры турбомашины. Эту сигнатуру получают посредством измерения физических параметров или показателей турбомашины. На фиг. 5 представлен пример библиотеки сигнатур, при этом первый график отображает сигнатуру, полученную, когда деградация производительности модуля М3 влияет на работу турбомашины, и второй график представляет собой сигнатуру, полученную, когда происходит деградация модуля М4. Соответствующая математическая функция классификации позволяет при помощи библиотеки сигнатур (комбинация показателей) идентифицировать, по меньшей мере, одну аномалию турбомашины на основании ее текущей сигнатуры. Сигнатуры сравнивают с точки зрения коллинеарности (форма/направление изменения показателей) и амплитуд. Комбинация этих элементов дает вероятность. Библиотеку сигнатур пополняют по мере накопления опыта (события, встречаемые при эксплуатации) для данного парка турбомашин. В представленном примере сигнатуру на фиг. 4 сравнивают с сигнатурами на фиг. 5, и функция дает вероятность 97% для модуля М3 по сравнению с 52% для модуля М4. Это значит, что сигнатура турбомашины свидетельствует о наличии деградации производительности ее модуля М3.

Изобретение относится к способу обнаружения деградации турбомашины посредством контроля характеристик упомянутой турбомашины, которая содержит множество функциональных модулей. Способ состоит в том, что измеряются множество физических параметров турбомашины для формирования текущего показателя характеристики турбомашины и вычисляются множества показателей ухудшенной характеристики турбомашины при помощи термодинамической модели турбомашины с учетом старения. Для каждого показателя ухудшенной характеристики предполагают, что деградирует только один функциональный модуль турбомашины. Способ позволяет отличать снижение характеристики, связанное со старением турбомашины, от ненормальной деградации. Увеличивается скорость и надежность обнаружения деградации турбомашины. 8 з.п. ф-лы , 5 ил., 2 табл.

1. Способ обнаружения деградации турбомашины (1) при помощи вычислительного устройства посредством контроля характеристик упомянутой турбомашины (1), при этом турбомашина содержит множество функциональных модулей (М1-М5), при этом каждый функциональный модуль (М1-М5) характеризуется, по меньшей мере, одним параметром состояния (ΔSE1-ΔSE5, ΔSW1-ΔSW5), отображающим деградацию функционального модуля (М1-М5) турбомашины (1), при этом общее старение турбомашины (1) характеризуется параметром старения (λ), при этом согласно способу:

- измеряют множество физических параметров турбомашины (1) для формирования текущего показателя характеристики (Y_COUR) турбомашины (1);

- вычисляют множество показателей ухудшенной характеристики (Y_DEG1-Y_DEG5) турбомашины (1) при помощи термодинамической модели турбомашины, предполагая для каждого показателя ухудшенной характеристики (Y_DEG), что деградирует только один функциональный модуль (M) турбомашины (1), при этом каждый показатель ухудшенной характеристики (Y_DEG1-Y_DEG5) связывают с одним функциональным модулем (М1-М5);

- каждый показатель ухудшенной характеристики (Y_DEG), соответствующий единственному деградирующему модулю (M) среди всех функциональных модулей (М1-М5) турбомашины (1), получают посредством моделирования показателя характеристики турбомашины (1), для которого параметр состояния (ΔSE, ΔSW) деградирующего функционального модуля (M) и параметр старения (λ) являются переменными, при этом параметры состояния других недеградирующих функциональных модулей считаются нормальными параметрами состояния;

- вычисляют множество показателей стоимости (J), при этом каждый показатель стоимости (J) соответствует отклонению между текущим показателем характеристики (Y_COUR) и каждым показателем ухудшенной характеристики (Y_DEG1-Y_DEG5), изменяя переменные (ΔSE, ΔSW, λ) показателя ухудшенной характеристики (Y_DEG1-Y_DEG5) таким образом, чтобы отклонение было минимальным, при этом каждый показатель ухудшенной характеристики (Y_DEG1-Y_DEG5) связывают с его показателем стоимости (J1-J5);

- среди всех показателей стоимости (J1-J5) определяют оптимальный показатель стоимости (J_opt), соответствующий показателю с наименьшим значением;

- обнаруживают деградацию модуля турбомашины, показатель ухудшенной характеристики которого связан с оптимальным показателем стоимости (J_opt).

2. Способ по п. 1, в котором каждый функциональный модуль (М1-М5) характеризуют, по меньшей мере, двумя параметрами состояния (ΔSE1-ΔSЕ5, ΔSW1-ΔSW5).

3. Способ по п. 2, в котором каждый функциональный модуль (М1-М5) характеризуют:

- индикатором деградации производительности (ΔSE1-ΔSЕ5) и

- индикатором деградации расхода/пропускной способности (ΔSW1-ΔSW5).

4. Способ по п. 1, в котором функциональные модули (М1-М5) принадлежат к следующим функциональным модулям: модуль вентилятора (М1), модуль компрессора высокого давления (М2), модуль бустера (М3), модуль турбины высокого давления (М4) и модуль турбины низкого давления (М5).

5. Способ по п. 1, в котором:

- сравнивают оптимальный показатель стоимости (J_opt) с порогом стоимости (J_max) заранее определенного значения и

- блокируют обнаружение деградации, если оптимальный показатель стоимости (J_opt) меньше порога стоимости (J_max).

6. Способ по п. 1, в котором:

- определяют кандидатный показатель стоимости (J_cand), соответствующий показателю с наименьшим значением среди всех показателей стоимости (J1-J5), кроме оптимального показателя стоимости (J_opt),

- сравнивают разность между кандидатным показателем стоимости (J_cand) и оптимальным показателем стоимости (J_opt) с определенным порогом запаса (S_g) и

- обнаруживают деградацию модуля турбомашины, показатель ухудшенной характеристики которого связан с кандидатным показателем стоимости, если разность меньше определенного порога запаса (S_g).

7. Способ по п. 1, в котором значения переменных (ΔSEi, ΔSWi, λ) показателя ухудшенной характеристики (Y_DEG1-Y_DEG5) меняются соответственно в диапазонах изменения, границы которых определяют в зависимости от ранее осуществленных обнаружений деградации.

8. Способ по п. 1, в котором, поскольку каждый параметр состояния (ΔSE1-ΔSE5, ΔSW1-ΔSW5) функционального модуля (М1-М5) связан с составляющей старения (F_SE(λ), F_SW(λ)), которая зависит от параметра старения (λ), каждый показатель ухудшенной характеристики (Y_DEG) зависит от составляющих старения (F_SE(λ), F_SW(λ)) всех модулей (М1-М5).

9. Способ по п. 1, в котором сравнивают текущую сигнатуру турбомашины с библиотекой сигнатур и, в случае необходимости, при помощи математической функции определяют аномалию или аномалии турбомашины.