Способ вибродиагностирования газотурбинных двигателей Советский патент 1993 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к области диагностирования силовых установок и преимущественно может быть использовано в эксплуатации и испытаниях авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) при определении их технического состояния.

Целью изобретения является повышение достоверности обнаружения неисправностей двигателей. Испытания ГТД показали, что предложенное техническое решение позволяет достигнуть достоверность диагностирования двигателей по вибрационным параметрам в процессе эксплуатации не ниже 0,99. тогда как обыч ные способы дают разброс достоверности (в зависимости от конкретных условий) от 0,35 до 0,95.

В изобретении используется эффект влияния изменения уровня настройки регулировочных характеристик системы управления подачей топлива в камеру сгорания на изменение диагностических параметров

вибрации при возникновении и развитии неисправностей. Для этого проводят испытания диагностируемого двигателя на заданных переходных режимах при предельных (согласно норм ТУ) настройках топливорегулирующей аппаратуры (минимально допустимых избытках топлива, обеспечивающих время запуска двигателя в пределах норм ТУ, и максимально допустимых по забросу температуры газа за турбиной избытках топлива).

При этом имеет место наиболее полная комбинация возмущающих воздействий (га- зо- и гидродинамических нагрузок от вступающих во взаимодействие деталей и узлов проточной части двигателя и его агрегатов, изменения демпфирования и т.п.), генерирующих колебания с определенными частотами и проявляющихтехническое состояние с максимальной полнотой.

В изобретении используется то, что при возникновении и развитии неисправности

00

чэ

00

о

ГТД наибольший прирост вибрации наблюдается в точках, кратных резонансным частотам, при предельных настройках топливорегулирующей аппаратуры. Вид и степень развития, неисправности оценивают по возрастанию амплитудных значений уровня вибросигнала по частоте вращения из-за появления дополнительных гармоник от развивающейся неисправности. Классифицируя отклонения изменений амплитудной огибающей вибросигнала по частоте вращения, можно судить о ранних признаках большой группы неисправностей проточной части и агрегатов двигателя, которые при других способах вибродиагностирования не проявляются вплоть до отказа агрегатов или узлов двигателя.

Заявляемый способ состоит из следующих взаимообусловленных операций:

1. Задается переходной режим работы двигател с измерением и регистрацией вибросигнала и частоты вращения ротора при исходной (номинальной) настройке топливорегулирующей аппаратуры.

2. Выполняются операции по п. 1 при настройке топливо регулирующей аппаратуры на минимально допустимые избытки топлива.

3. Выполняются операции по п. 1 при настройке топливорегулирующей аппаратуры на максимально допустимые избытки топлива.

4. По отклонениям вибросигнала на за- лисях переходного режима по п.п. 2 и 3 от исходного (эталонного), для характерных частот вращения ротора, определяют техническое состояние ГТД.

Существенным признаком изобретения, отличающим заявленное решение от прототипа и обеспечивающим достижение поставленной цели, является введение в процесс диагностирования (по регистрируемым параметрам вибросигнала и частоты вращения ротора) регулировок САУ двигателя на минимально и максимально допустимые избытки топлива на заданных переходных режимах.

Данным способом охватываются такие группы неисправностей, как повреждения деталей проточной части двигателя, разрушения лопаток компрессора или турбины, разрушения подшипников опор роторов, нарушения соосности валов и приводов агрегатов, нарушения работы САУ двигателя и т.п.

Возможность достижения положительного эффекта при осуществлении изобретения определяется тем, что регулировка САУ двигателя в пределах норм ТУ широко используется в эксплуатации для повышения надежности и эффективности функционирования ГТД. Для осуществления способа используются стандартные процедуры

регулирования и опробования двигателя в условиях эксплуатирующих организаций.

На чертеже приведены примеры проявления неисправности двигателя на переходном режиме при регулировках автоматики

0 на минимальные (а) и максимальные (б) избытки топлива, а также при исходном (номинальном) положении регулирующих элементов (в).

Изобретение иллюстрируется следую5 щим примером.

Проводится диагностирование авиационных двухконтурных турбореактивных двигателей ГГРДД) при их эксплуатации в составе силовой установки летательного ап0 парата (ЛА), состоящей из двух двигателей. Измеряют параметры виброскорости и частоты вращения ротора компрессора высоко- то давления (КВД) в процессе запуска двигателя. Параметрическая информация

5 после преобразования выводится на экран дисплея бортовой ЭВМ для сравнения с эталонными значениями или записывается на бортовой регистратор для последующего анализа на ЭВМ наземного устройства об0 работки типа Луч с выводом данных на графопостроитель.

При многократных испытаниях ГТД было установлено, что исправные двигатели имеют одинаковый характер вибросигнала

5 на заданном переходном режиме, что позволяет получить устойчивые эталоны, характеризующие исправное состояние по данному параметру. .

В левой части фигуры 1 приведены в

0 образном представлении информации (на контрастном фоне)эталоны исправного состояния на переходном режиме запуска двигателя в следующей последовательности: для минимального (а), максимального

5 (б) и номинального (в) избытков топлива. Верхние кривые (п) характеризуют изменения частоты вращения ротора КВД, нижние (В)- огибающей вибросигнала. На верхних кривых гмеются характерные перегибы в

0 районе приведенных частот вращения п 35 % (точка 1) и п- 70 % (точка 2) от максимального значения. Первый из них связан с переключением топливной автоматики с автомата запуска на автомат приемистости,

5 второй - с переключением на центробежный регулятор частоты вращения при выходе на режим малого газа. Указанным перегибам соответствуют характерные изменения нижних кривых (В), показанные на чертеже.

При этом нарушение соответствия между точками перегиба линии частоты вращения (п) и положением выбросов в записи вибросигнзла (В), а также изменение амплитуды вибросигнала в этих точках являются эффективными признаками возникновения неисправностей в двигателе (неуравновешенность роторов из-за повреждения лопаток, разрушение деталей опорных подшипников и др.).

Однако при сравнительно скоротечном процессе запуска (в случае настройки на большие избытки топлива) эти признаки имеют нечеткое проявление. Причиной является то, что при высокой интенсивности вибрационных процессов сигналы отдельных неисправностей трудно различимы в общем вибрационном фоне.

Реализация переходного режима при минимальном избытке топлива позволяет увеличить время процесса запуска и тем самым растянуть кривую огибающей вибросигнала, что обеспечивает более четкое проявление указанных диагностических признаков.

При этом на исправном двигателе при изменении регулировочных характеристик топливной автоматики на минимальные и максимальные мзбытки топлива сохраняется средний уровень выбросов вибросигнала в характерных точках. В случае возникновения и развития неисправности двигателя из- меняются (в этих точках) амплитуды

вибросигнала при минимальном и максимальном избытках топлива; одновременно при минимальном избытке топлива происходит смещение экстремальных значений вибросигнэла относительно указанных характерных точек, что показано на чертеже, справа..

Пример проявления неисправного вибросостояния ТРДД (разбалансировка ротора, связанная с повреждением лопатки турбины) для случаев минимального, максимального и номинального избытков топлива при запуске показан в правой части чертежа.

Ф о р мул а изо брете н и я

Способ вибродиагностирования газотурбинных двигателей путем измерения и регистрации значений вибросигнала и частоты вращения ротора двигателя на переходных режимах, сравнения измеренного и эталонного значений вибросигнала для характерных частот вращения и определения технического состояния двигателя по отклонению измеренного значения вибросигнала от эталонного, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения неисправностей, измеряют и регистрируют значения вибросигнала и частоты вращения при регулировке топливной аппаратуры на минимальные и максимальные избытки топлива.

а) Минимальный избыток топлива

Использование: диагностирование газотурбинных установок, испытания авиационных газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: производится запуск и приемистость двигателя с минимальных до максимальных частот вращения. Измеряют и регистрируют вибросигнал и частоту вращения ротора при номинальном и предельных значениях настройки топливорегулирую- щей аппаратуры. По отклонениям вибросигнала от эталонного на переходных режимах для характерных частот вращения ротора определяют техническое состояние двигателя, 1 ил.

6) Максимальный избыток топлива