СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА МАСЛА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛА В СРЕДСТВАХ ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ГТД Российский патент 2021 года по МПК F16N29/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам обнаружения магнитных и немагнитных частиц металла (ЧМ) и определения скорости потока масла в масляной системе работающего газотурбинного двигателя (ГТД), и может быть использовано в авиации, газовой и нефтяной промышленности, электроэнергетике и других отраслях промышленности для диагностики состояния узлов трения и своевременного предотвращения аварийных ситуаций.

Известен способ определения технического состояния двигателей и других машин и механизмов по характеристикам микропримесей металлов, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях, заключающийся в том, что в спектральный источник вводят пробу анализируемой жидкости в виде аэрозоля путем распыления в плазмотрон, предварительно подготавливают пробу и образцы сравнения, регистрируют оптические сигналы излучения от каждой частицы одновременно по двум или более измерительным каналам, преобразуют оптические сигналы в электрические импульсы, определяют массы отдельных металлов по величине импульсов и градуировочным характеристикам, по соотношению масс соответствующих металлов устанавливают состав частицы, содержание металла в частицах износа, по результатам сравнения пробы с эталонными образцами определяют уровень износа двигателя. (Патент РФ №2194973 «Способ определения технического состояния двигателей и других машин и механизмов по характеристикам микропримесей металлов, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях», опубликован 20.12.2002).

Недостатком способа является невозможность его применения на работающем двигателе, а также невозможность измерения данным способом скорости потока анализируемой жидкости в трубопроводе масляной системы двигателя.

Известен способ, основанный на регистрации устройством с датчиками проточного типа в виде решетки из проводников такой концентрации ЧМ в потоке масла, при которой одна из пар проводников замыкается, с последующим формированием электронным блоком сигнала о наличии частиц износа в масле. (Патент РФ №2315900 «Сигнализатор наличия металлических частиц в системе смазки», опубликован 27.01.2008).

Недостатком способа является продолжительный промежуток времени между появлением частиц износа в масле и выдачей сигнала о наличии ЧМ, из-за необходимости их накопления, а также невозможность измерения скорости потока масла.

Известен способ контроля состояния узлов трения газотурбинных двигателей, основанный на накоплении частиц металла на магнитной пробке, установленной в маслопроводе системы смазки ГТД, и регистрации электронным блоком момента достижения общей массы выявленных ЧМ заданной величины (Патент РФ №2511971 «Сигнализатор стружки», опубликован 10.04.2014).

Недостатком способа является невозможность обнаружения и вылавливания немагнитных ЧМ, а также продолжительный промежуток времени между появлением частиц износа в масле и выдачей сигнала «стружка в масле» из-за необходимости накопления значительного количества ЧМ на магнитной пробке. Кроме того, с помощью магнитных пробок невозможно определить скорость потока масла.

Наиболее близким по технической сущности является способ обнаружения частиц металла в системе смазки узлов трения и определения скорости потока масла, в котором обнаружение магнитных и немагнитных ЧМ в потоке масла работающего газотурбинного двигателя осуществляют на участке между двумя сечениями потока с помощью охватывающих эти сечения двух удаленных друг от друга на заданное расстояние вихретоковых чувствительных элементов (ЧЭ₁ и ЧЭ₂), а скорость потока масла определяют по известному расстоянию h и времени t_ч прохождения частицы металла между чувствительными элементами ЧЭ₁ и ЧЭ₂. (Патент РФ №2668513 «Способ обнаружения частиц металла в масле системы смазки узлов трения и определения скорости потока масла», опубликован 01.10.2018).

Недостатком данного способа определения скорости потока масла является необходимость наличия двух импульсов напряжения в информационном сигнале измерительной цепи, формируемых при прохождении частицей металла зоны чувствительности ЧЭ₁ и ЧЭ₂, а также длительность ожидания результата, так как для определения временного интервала частица металла должна пройти путь между ЧЭ₁ и ЧЭ₂.

Технической проблемой является информационная избыточность вследствие необходимости двух импульсных сигналов измерительной цепи, а также дополнительные затраты времени на определение скорости потока масла.

Технический результат, заключающийся в снижении информационной избыточности и сокращении времени на определение скорости потока масла, достигается тем, что в известный способ, заключающийся в прокачке масла через проходной канал датчика, регистрации магнитных и немагнитных металлических частиц в потоке масла, формировании информационных сигналов о наличии частиц металла, преобразовании информации о ЧМ в электрический сигнал с помощью дифференциальной измерительной цепи, в которую включены два одновитковых вихретоковых ЧЭ (ЧЭ₁ и ЧЭ₂), смещенных относительно друг друга по направлению потока на заданное расстояние, введены следующие дополнительные операции:

На этапе градуировки:

- снимают экспериментально зависимость сигнала на выходе дифференциальной измерительной цепи с включенными в нее двумя одновитковыми вихретоковыми чувствительными элементами ЧЭ₁ и ЧЭ₂ при движении ЧМ заданного размера D через контур ЧЭ₁ в направлении оси X, ортогональной плоскости ЧЭ₁ и проходящей через ее центр соответственно для магнитных (сталь) и для немагнитных (медь, латунь и др.) ЧМ;

- нормируют экспериментальную зависимость относительно размера D соответственно для магнитных

и немагнитных ЧМ

Где Х₀ - центр плоскости, ограниченной контуром ЧЭ₁, в котором сигнал на выходе измерительной цепи принимает минимальное значение при прохождении магнитной ЧМ и максимальное значение при прохождении немагнитной ЧМ;

- определяют величину ΔΧ^Μ и ΔΧ^нΜ по общему для магнитных и немагнитных ЧМ заданному нормированному пороговому значению U_НП, соответствующую перемещению ЧМ от точки х₀ до точки, в которой для магнитной ЧМ или для немагнитной ЧМ.

На этапе измерения:

- измеряют экстремальное (минимальное для магнитной и максимальное для немагнитной ЧМ) значение напряжения на выходе измерительной цепи при прохождении контура ЧЭ₁ ЧМ не известного размера;

- вычисляют абсолютное значение порогового уровня для сигнала на выходе ИЦ при прохождении ЧМ неизвестного размера контура ЧЭ₁ соответственно для магнитной

и немагнитной ЧМ

С учетом

- измеряют время Δt с момента фиксации U₁(x₀) до момента достижения задним фронтом импульса напряжения U₁ соответствующих пороговых значений для магнитной и немагнитной ЧМ.

- определяют скорость потока масла V_m по вычисленному ΔΧ при градуировке и измеренному Δt по формуле .

Принцип действия предлагаемого способа поясняется фигурами 1 и 2. Поток масла 1 в системе смазки подшипниковых узлов ГТД поступает в масляный канал датчика 2. Одновитковые вихретоковые чувствительные элементы ЧЭ₁ (3) и ЧЭ₂ (4), охватывающие канал датчика сечением 5, удаленны друг от друга на заданное расстояние по потоку (Фиг. 1). Выходной информационный сигнал с измерительной цепи в виде последовательности двух импульсов напряжения U1 и U2, соответствующих прохождению ЧМ чувствительных элементов ЧЭ₁ и ЧЭ₂, поступает в блок обработки данных, в котором формируется информация о материале ЧМ.

Скорость потока масла определяется с помощью одного (первого) импульса информационного сигнала измерительной цепи следующим образом. В момент прохождения ЧМ чувствительного элемента ЧЭ₁, измерительной цепью формируется информационный сигнал в виде импульса напряжения U1, который может быть как положительной (Фиг. 2), так и отрицательной полярности, в зависимости от типа металла (немагнитный или магнитный). Фиксируется экстремальное значение импульса напряжения в момент прохождения ЧМ плоскости контура ЧЭ₁ и вычисляется пороговый уровень напряжения

U_пор=Р_Н⋅U₁(x₀)

После достижения обратным фронтом импульса напряжения значения U₁=U_пор, вычисляется время Δt от момента, когда U₁=U(x₀), до момента, когда U₁=U_пор.

Скорость потока масла V_m определяют по вычисленному ΔΧ при градуировке и измеренному Δt по формуле .

Как видно, по сравнению с прототипом, для определения скорости потока предложенный способ предусматривает использование всего одного (первого) импульса информационного сигнала измерительной цепи. Таким образом, уменьшается время, необходимое для определения скорости V_m.

Использование: для определения скорости потока масла при обнаружении частиц металла в средствах диагностики узлов трения газотурбинного двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что обнаруживают частицы металла с помощью двух удаленных друг от друга одновитковых вихретоковых чувствительных элементов (ЧЭ), расположенных в двух поперечных сечениях масляного потока; скорость потока масла определяют путем фиксации моментов времени, соответствующих экстремальному и заранее заданному пороговому значениям напряжения на выходе измерительной цепи при прохождении частицей металла контура первого ЧЭ на основании заранее снятых градуировочных характеристик в виде нормированных зависимостей сигнала на выходе измерительной цепи от размера и положения частицы на оси, ортогональной плоскости первого ЧЭ и проходящей через ее центр. Технический результат: обеспечение возможности снижения информационной избыточности и сокращение времени при определении скорости потока масла. 2 ил.

Способ определения скорости потока масла при обнаружении частиц металла в средствах диагностики узлов трения газотурбинного двигателя (ГТД), заключающийся в том, что для обнаружения частиц износа подшипниковых узлов прокачивают масло через проходной канал датчика, регистрируют магнитные и немагнитные частицы металла в потоке масла, формируют информационные сигналы о наличии металлических частиц, преобразуют информацию о частицах металла в электрический сигнал с помощью дифференциальной измерительной цепи, в которую включены два одновитковых вихретоковых чувствительных элемента ЧЭ₁ и ЧЭ₂, смещенных относительно друг друга по направлению потока на заданное расстояние, отличающийся тем, что вводят дополнительные операции: на этапе градуировки снимают экспериментально зависимость сигнала на выходе дифференциальной измерительной цепи с включенными в нее двумя одновитковыми вихретоковыми чувствительными элементами ЧЭ₁ и ЧЭ₂ при движении частиц металла (ЧМ) заданного размера D через контур ЧЭ₁ в направлении оси X, ортогональной плоскости ЧЭ₁ и проходящей через ее центр соответственно для магнитных (сталь) и для немагнитных (медь, латунь и др.) ЧМ, нормируют экспериментальную зависимость относительно размера D соответственно для магнитных и немагнитных ЧМ , где Х₀ - центр плоскости, ограниченной контуром ЧЭ₁, в котором сигнал на выходе измерительной цепи принимает минимальное значение при прохождении магнитной ЧМ и максимальное значение при прохождении немагнитной ЧМ, определяют величину ΔΧ^Μ и ΔХ^нМ по общему для магнитных и немагнитных ЧМ заданному нормированному пороговому значению U_НП, соответствующую перемещению ЧМ от точки х₀ до точки, в которой для магнитной ЧМ или для немагнитной ЧМ; на этапе измерения измеряют экстремальное (минимальное для магнитной и максимальное для немагнитной ЧМ) значение напряжения на выходе измерительной цепи при прохождении контура ЧЭ₁ ЧМ неизвестного размера, вычисляют абсолютное значение порогового уровня для сигнала на выходе ИЦ при прохождении ЧМ неизвестного размера контура ЧЭ₁ соответственно для магнитной

и немагнитной ЧМ (с учетом : , ), измеряют время Δt с момента фиксации U₁(x₀) до момента достижения задним фронтом импульса напряжения U₁ соответствующих пороговых значений для магнитной и немагнитной ЧМ, определяют скорость потока масла V_m по вычисленному ΔΧ для магнитных и немагнитных частиц при градуировке и измеренному Δt по формуле .