LV
EN
Практически диагностика двигателя осуществляется в рамках системы технических средств измерения и анализа сигналов. Чтобы контролировать состояние всех агрегатов двигателя, такая система должна удовлетворять техническим требованиям технологии, реализующей вибрационный паспорт (Вибропаспорт) двигателя. Вибропаспорт типа двигателя представляет собой совокупность методик, программного обеспечения и данных.
Методики разрабатываются на базе моделей формирования вибрации агрегатов, по ним строятся алгоритмы преобразования данных и расчета диагностических параметров, на основе которых разрабатываются модули программного обеспечения. Предельные значения диагностических параметров, получаемые в ходе тестовых испытаний и статистики по парку, дополняют Вибропаспорт.
А ВЫ ЗНАЕТЕ ЧТО...
GE90-115B - самый большой и самый мощный в мире авиационный реактивный двигатель развивающий тягу в 58 тонн.
Авиационный газотурбинный двигатель (ГТД) построен на взаимодействии механизмов различного типа, участвующих в
формировании вибрации:
Состояние их всех необходимо контролировать, поскольку даже небольшое отклонение от расчетного режима работы может в результате привести к значительным или непоправимым потерям.
В то же время, эти же отклонения могут быть использованы для своевременного обнаружения и идентификации дефекта. Дело в том, что датчик вибрации «слышит» все агрегаты работающего авиадвигателя, включая и навесные, которые установлены на корпусе двигателя. Поэтому, извлекая из сигналов вибрации необходиму информацию, можно диагностировать большинство возможных дефектов или отклонений от расчетного режима работы.
Диагностика таких сложных машин, как современный авидвигатель, требует комплексного подхода, в том числе, моделирования формирования вибрации, учитывающего особенности конструкции ГТД.
Модель формирования вибрации авиадвигателя учитывает общие для всех авиадвигателей принципы функционирования, а также особенности механизма формирования и передачи вибрации каждого агрегата на корпус двигателя, где установлен датчик.
В отличие от упрощенных моделей, создававшихся ранее для решения задач прочности и надежности, используемые нами модели учитывают импульсную природу аэродинамических и механических взаимодействий деталей газотурбинного двигателя, пространственное расположение и нелинейное взаимодействие источников вибрации.
Проблема вибродиагностики планетарных редукторов заключается в том, что сателлиты или промежуточные шестерни вращаются с одинаковой скоростью, маскируя возможный дефект одного из них. Например, нередко причиной отказов планетарных редукторов является неравномерность распределения нагрузок между сателлитами. Если она велика, то вызывает ускоренный износ перегруженных шестерен и их подшипников и досрочному выходу редуктора из строя. Применяемыми сегодня методами достоверная оценка состояния планетарных редукторов не обеспечивается.
У нас разработан новый метод вибродиагностики планетарных шестерен, учитывающий импульсную составляющую зубчатых взаимодействий. Он использует преобразование сигналов вибрации и фазы вращения выходного вала в фазовой области. Применяя этот метод для работающего редуктора, можно оценивать неравномерность распределения динамических нагрузок между его сателлитами, например, при испытании его на стенде. Такая оценка позволяет контролировать качество сборки редукторов и своевременно выявлять те из них, которые предрасположены к повышенному износу и досрочному выходу из строя.
Магнитуда нагрузки на каждую промежуточную шестерню отложена на соответствующем радиусе диаграммы. Синим прозрачным кружком отмечено значение параметра нагруженности шестерни с наружным зубчатым венцом, розовым – с центральным зубчатым колесом. Там, где кружки совпадают или близки, динамические нагрузки в зацеплениях с наружным и центральным зубчатыми колесами почти одинаковы («хороший» редуктор). Расхождение кружков показывает различие в нагрузках (у «плохого» редуктора почти вдвое).
Проточная часть ГТД является его энергетическим ядром и любое отклонение от расчетного режима работы ведет к потере его эффективности, не говоря уже о рисках механических повреждений. Вибропаспорт позволяет контролировать как отклонения режима функционирования, так и нарушения геометрии всех элементов проточной части, вызываемых влиянием конструктивно-производственных факторов или повреждениями в процессе эксплуатации (износ, попадание посторонних предметов, загрязнение, коксование форсунок и т.п.).
Вот некоторые примеры диагностики дефектов проточной части, обеспечиваемой применением параметров Вибропаспорта.
Большинство существующих методов балансировки роторов ГТД не учитывают, что суммарная неуравновешенность вентилятора и компрессора авиадвигателя формируется под воздействием не только массовой, но и аэродинамической неуравновешенности. Последняя возникает из-за несовпадения вектора тяги облопаченного ротора с осью его вращения. Соотношение аэро- и массового дисбалансов зависит от конструктивно-производственных и эксплуатационных факторов, поэтому аэродисбаланс может существенно влиять на работу ГТД. Например, при работе на земле аэро- и массовый дисбаланс могут уравновешивать друг друга, но с изменением режима работы двигателя (например, в полете) их соотношение будет изменяться. Если роль аэродисбаланса велика, то балансировка ротора без учета аэродинамической составляющей на земле может привести к росту неуравновешенных нагрузок в полете и превышению вибрацией допустимых пределов.
Вибропаспорт, разделяя аэро- и массовый дисбалансы, позволяет получить оценку взаимного соотношения и расположения векторов аэродинамической и массовой неуравновешенности.
Если у двигателя с доминирующим массовым дисбалансом вибрация от режима полета практически не зависит, то у двигателя, неуравновешенность которого почти полностью определяется аэродисбалансом, вибрация будет меняться при смене эшелона и маневрах. Чтобы избежать возможных неприятностей с вибрацией, ротор компрессора такого двигателя необходимо добалансировать, изменив взаимное соотношение векторов.
Аэродисбаланс компрессора представляет собой результирующую от аэродисбалансов отдельных его ступеней. Аэродинамическая неуравновешенность ступеней формируется в процессе производства из-за ,например, технологической погрешности в изготовлении пазов в диске, разброса геометрических свойств лопаток или их частичной замены. Аэродисбаланс может изменяться и в процессе работы, например, в результате приработки замков лопаток или попадания посторонних предметов.
Оценка вклада аэродисбаланса отдельных ступеней может потребоваться по разным причинам. Например, если двигатель при испытании на стенде показывает повышенный уровень вибрации, то для минимизации затрат на доводку двигателя необходимо определить причину повышения, и, если это аэродисбаланс, то идентифицировать его источники (ступени). В эксплуатации актуально выявить изменение состояние ступени компрессора, например, из-за повреждения рабочих лопаток, которые в отличие от лопаток вентилятора недоступны для осмотра после каждого полета.
Параметры Вибропаспорта, оценивающие аэродисбаланс и аэродинамическую неоднородность каждой ступени, позволяют решать задачи как доводки двигателей в производстве, так и мониторинга состояния компрессора в полете.
Например, у двигателя с малым аэродисбалансом («хороший»), параметры аэродинамической неравномерности ступеней были заметно меньше, чем у двигателя со значительным аэродисбалансом.
Вибропаспорт позволяет также оценивать снижение запаса газодинамической устойчивости компрессора, которое может вызываться изменением геометрии проточной части в эксплуатации.
Неравномерность распыла топлива в камере сгорания нередко является причиной досрочного съема двигателя. В условиях эксплуатации наиболее вероятной причиной этого дефекта становится коксование топливных форсунок. Своевременное обнаружение проблемы с форсункой позволяет минимизировать затраты, ограничив их заменой модуля камеры сгорания. Если же дефект не выявлен, то результатом его развития может стать прогорание стенки камеры и повреждение других деталей, разрушение соплового аппарата и рабочих лопаток. В лучшем случае это потребует замены модуля турбины, а в худшем может приводить к более тяжелым последствиям.
Параметр неравномерности потока за камерой сгорания Вибропасорта позволяет выявлять коксование форсунки или искажение факела горения на раннем этапе и минимизировать потери.
У камер сгорания с исправными форсунками параметр неравномерности потока редко превышает 2.0, в то время,
как коксование только одной форсунки увеличило его значение до 5.8
зеленым – исправный двигатель
фиолетовым – закоксована одна форсунка
