СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ ИЗНОСА В ПОТОКЕ МАСЛА РАБОТАЮЩЕГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2018 года по МПК G01M15/14 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оперативного бортового контроля технического состояния работающего газотурбинного двигателя (ГТД) на наличие металлических частиц износа трущихся поверхностей в потоке масла системы смазки, и может быть использовано в авиации, а также в газовой и нефтяной промышленности, электроэнергетике и других отраслях промышленности для диагностики состояния узлов трения, ремонта по состоянию и предотвращения аварийных ситуаций.

Известны способы обнаружения металлических частиц в масле, основанные на спектральном, сцинтилляционном, феррографическом, колориметрическом анализе, анализе методом радиоактивных изотопов и ряд других, имеющих довольно высокую информативность. (Машошин О.Ф. Диагностика авиационной техники. Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. - 141 с.)

Недостаток этих способов состоит в том, что они применяются лишь в лабораторных условиях и не пригодны для использования непосредственно на работающем двигателе.

Известны способы контроля состояния узлов терния газотурбинных двигателей, основанные на накоплении металлических частиц, содержащихся в потоке масла, на магнитной пробке, установленной в маслопроводе, и последующей регистрации электронным блоком момента достижения их массы заданной величины (Патент РФ №2511971. Сигнализатор стружки, опубл. 10.04.2014).

Недостатком способа является то, что магнитные пробки не улавливают немагнитные частицы металла и требуется значительное время между появлением продуктов износа в масле и выдачей сигнала «стружка в масле» из-за необходимости накопления значительного количества продуктов износа в зазоре между электрическим контактом и корпусом магнитной пробки.

Известен способ, реализованный в устройстве с датчиками проточного типа (фильтры-сигнализаторы) в виде решетки из проводников и включающий регистрацию такой концентрации частиц износа в потоке масла, при которой одна из пар проводников замыкается, и формирование электронным блоком сигнала о наличии частиц металла в масле. (Патент РФ №2315900. Сигнализатор наличия металлических частиц в системе смазки, опубл. 27.01.2008.)

Недостатком способа является неспособность регистрировать единичные частицы износа и невозможность обнаружения развивающегося дефекта на начальной стадии разрушения узла трения.

Известен способ, применяемый в стационарной системе контроля металлических частиц МРМ 01, заключающийся в прокачивании масла из системы смазки через проходной канал сенсора металлических частиц MPS, с принципом действия, основанным на индуктивном методе измерения, контроле числа частиц износа в определенном интервале времени с помощью блока управления МРМ 01 (электронный ресурс www.filterelement.ru/?firm=internormen&catalog).

Недостатком способа является неспособность выявлять единичные частицы износа, находящиеся одновременно в одном поперечном сечении потока масла.

Наиболее близким по технической сущности является способ, реализованный в системе мониторинга частиц износа с датчиком проточного типа «Вектор-Т», разработанной ООО "ГК Инновация" (электронный ресурс www.gkin.ru/vector-t.html). Система в режиме реального времени прокачивает масло из системы смазки двигателя через проходной канал датчика, регистрирует частицы металла в потоке масла, идентифицирует вид металла (магнитный или не магнитный) и формирует информационные сигналы о наличии частиц металла.

Недостатком способа является невозможность выделения числа единичных частиц износа в случае, если они будут находиться в одном сечении, поперечном потоку масла, при прохождении чувствительного элемента датчика. Нахождение нескольких частиц металла в одном сечении потока будет фиксироваться как одна частица большего размера.

Целью изобретения является обеспечение возможности выделения отдельных частиц металла из группы частиц, находящихся в одном поперечном сечении потока масла, а также повышение чувствительности преобразования.

Указанная цель достигается тем, что в известный способ, заключающийся в прокачке масла из системы смазки двигателя через проходной канал датчика, идентификации вида металла (магнитный или не магнитный), регистрации частиц металла в потоке масла, формировании информационного сигнала о наличии частиц металла, введены дополнительные операции:

- разделение общего потока масла, поступающего в датчик, на N независимых потоков, суммарная площадь сечений которых равна площади сечения поступающего масляного потока;

- контроль частиц металла в каждом из N независимых потоков с помощью кластера одновитковых вихретоковых чувствительных элементов, размеры которых определяются сечением независимых потоков;

- фиксация момента времени и возможного числа от одной до N одновременно прошедших частиц металла через контролируемое сечение потока масла.

Принцип действия предлагаемого способа поясняется фигурой 1. Общий поток масла 1 системы смазки ГТД разделяется на входе датчика 5, реализующего способ, на N независимых потоков 3. Одновитковые вихретоковые чувствительные элементы 2 кластера 4 охватывают каждый из независимых потоков и формируют информационные сигналы о прохождении частицы металла в данном независимом потоке. Сигналы с чувствительных элементов обрабатываются в вычислительном блоке и формируется информация о числе и типе (магнитный, немагнитный) частиц металла в каждый момент времени в контролируемом сечении потока масла.

Возможность регистрации отдельных частиц металла из общей группы частиц, находящихся одновременно в одном поперечном сечении потока масла, существенно возрастает с увеличением числа независимых потоков N. При равномерном распределении частиц металла по площади сечения потока следует ожидать обнаружения от 1 до N частиц металла, находящихся одновременно в одном сечении.

Операция разделения общего потока масла на независимые потоки с меньшей площадью сечения положительно сказывается на чувствительности вихретоковых чувствительных элементов. В первом приближении уровень информационного сигнала (относительная чувствительность а) вихретокового чувствительного элемента зависит от величины перекрываемой площади частицей металла S₄ в поперечном сечении потока масла S_M, охватываемого витком чувствительного элемента.

При разделении потока на несколько независимых площадь поперечного сечения каждого из них уменьшается в N раз и соответственно возрастает относительная чувствительность α_N в N раз.

Благодаря непрерывному контролю числа проходящих частиц в каждом поперечном сечении и в целом в потоке масла во времени, анализируя тенденцию изменений непосредственно во время эксплуатации двигателей и без их остановки, появляется возможность оценивать степень износа основных узлов трения, прогнозировать развитие дефектов в будущем и устранять проблемы в работе двигателя до их развития, максимально использовать ресурс двигателя и проводить ремонтные работы не по регламенту, а по фактическому состоянию, а также заблаговременно предупреждать о приближении аварийных ситуаций в двигателе.

Использование: обнаружение и регистрация металлических частиц износа в потоке масла работающего ГТД. Для обнаружения металлических частиц износа в потоке масла работающего газотурбинного двигателя общий поток масла разделяют на N независимых потоков, суммарная площадь поперечного сечения которых равна площади поперечного сечения общего входного потока; контроль каждого независимого потока осуществляют индивидуальным одновитковым вихретоковым чувствительным элементом кластерного датчика, благодаря чему повышается чувствительность вихретоковых чувствительных элементов и возможность обнаружения единичных металлических частиц, находящихся в одном поперечном сечении потока масла; фиксируют момент времени и возможное число от одной до N одновременно прошедших частиц металла через контролируемое сечение потока масла, а по результатам измерения судят об изменении технического состояния двигателя непосредственно во время его эксплуатации, что позволяет своевременно обнаружить зарождение дефектов трущихся поверхностей и принять меры по недопущению аварийной ситуации. 1 ил.

Способ обнаружения металлических частиц износа в потоке масла работающего газотурбинного двигателя, заключающийся в прокачке масла системы смазки двигателя через проходной канал датчика; регистрации частиц металла в потоке масла; идентификации магнитного или не магнитного вида металла; формировании информационного сигнала о наличии частиц металла; отличающийся тем, что с целью повышения возможности обнаружения единичных металлических частиц, находящихся в одном поперечном сечении потока масла, а также повышения чувствительности введены следующие дополнительные операции: разделение общего потока масла на N независимых потоков, суммарная площадь поперечного сечения которых равна площади поперечного сечения общего входного потока; контроль каждого независимого потока индивидуальным одновитковым вихретоковым чувствительным элементом кластерного датчика; фиксация момента времени и возможного числа от одной до N одновременно прошедших частиц металла через контролируемое сечение потока масла.