Метод термогазодинамических параметров

 

Метод оценки состояния двигателя по термогазодинамическим параметрам основывается на анализе тенденций изменения откло­нений нерегистрируемых параметров от эталонных (базовых) зна­чений в процессе эксплуатации по результатам измерений контро­лируемых параметров и изменения отклонений регистрируемых параметров. Метод позволяет выявить только те неисправности, которые вызывают изменение отклонений термогазодинамических параметров (полных и статических давлений, температур, расходов топлива и воздуха и т. д.) от средних, характерных для данного режима значений. Это следующие неисправности: износ материала пера и торцов лопаток компрессора, турбины и ГВТ (рис. 4.32); забоины, коробление, деформация лопаток компрессора и турбины; прогар и коробление камер сгорания и лопаток СА; потери на входе в воздухозаборник; повышенные утечки газа в ГВТ; нерасчетные отклонения НА, снижение КПД; разрушения лент перепуска, прокладок клапанов отбора воздуха из компрессора; разрушение лабиринтов уплотнений ГВТ; загрязнение ГВТ; потери в камере сгорания и во входном канале.

Для определения отклонений нерегистрируемых параметров ис­пользуется система линейных уравнений в малых отклонениях [48], где в качестве независимых величин приняты отклонения регистри­руемых параметров. Применение линейных уравнений при решении диагностических задач возможно, так как при появлении неисправ­ностей в начальной стадии их развития параметры двигателя изменяются в пределах, удовлетворяющих линеаризованным тер­могазодинамическим уравнениям.

 

Дискретно-фазовый метод позволяет измерять колебания одно­временно всех лопаток рабочего колеса и не требует сложных ра­бот по препарированию двигателя [16]. Метод применяется для вы­явления возникновения опасных колебаний лопаток (резонансных; автоколебаний) в диапазоне рабочих режимов. Повышенные колебания лопаток возникают вследствие изменения характеристик воздушного потока на входе в компрессор, загрязнения деталей ГВТ, обледенения В НА компрессора, технологических и производственных отклонений в процессе производства или ремонта, изменения собственной частоты колебаний лопаток из-за износа или деформации профиля, появления неисправностей в системе регули­рования.

Сущность метода состоит в том, что относительные перемеще­ния лопаток измеряются не непрерывно, а в отдельные моменты времени, определяемые частотой вращения ротора. Затем по полу­ченным дискретным значениям исходный процесс колебаний лопа­ток «восстанавливается» и оцениваются параметры колебательного процесса. Чувствительные элементы (датчики), определяющие дис­кретность поступления информации, устанавливаются на непод­вижных деталях двигателя, что обеспечивает «бесконтактность» измерений.

Процесс диагностирования существенно упрощается, если анализ изменения параметров систем двигателя проводится по резуль­татам осциллографирования комплекса параметров,. характеризу­ющих исследуемую систему, а не по результатам измерений каждого в отдельности параметра. Особенностью такого диагностиро­вания является то, что диагностическая информация регистрируется при действительном функционировании системы с учетом, влияния динамических явлений. При оценке состояния систем двигателя по результатам осциллографирования используется метод эталонных констант, метод эталонных ос­циллограмм и метод сопоставления осциллограмм основных параметров. Перечень параметров, подлежащих осциллографированию, определяет­ся в каждом конкретном случае в за­висимости от вида неисправности системы.

При внедрении в практику эксплуатации метода осциллографирования целесообразно в формуляр двигателя вкладывать осцилло­граммы его параметров при выпуске с завода-изготовителя или после ремонта, что позволяет в дальнейшем при эксплуатации про­водить сравнение изменения параметров относительно стендовых значений и более достоверно оценивать техническое состояние экс­плуатируемых двигателей. Это возможно благодаря тому, что авиа­ционные ГТД обладают хорошей повторяемостью основных пара­метров на установившихся и переходных режимах работы.

 

Появление в подшипнике неисправностей приводит к возникновению дополнительных сил трения, которые повышают температуру г подшипника. Масло, омывающее подшипник, в этом случае сни­мает больше тепла, чем при исправном подшипнике, что приводит к увеличению температуры масла. Увеличение температуры масла в месте разрушения подшипника является диагностической инфор­мацией, необходимой для установления факта разрушения подшип­ника, если, конечно, условия охлаждения масла во всех случаях одни и те же.

Если датчики температуры масла установлены на выходе из дви­гателя, то производится замер некоторой средней температуры масла, поступившего из всех опор, приводов и агрегатов двигателя. Зафиксировать увеличение температуры масла на выходе из двига­теля (при n = const) при разрушениях подшипников опор двигателя не всегда удается вследствие потери диагностической информации при передаче ее по соответствующим каналам к приемнику. При­чиной потери информации является перемешивание масла, посту­пившего из опор, приводов и агрегатов двигателя, в результате которого происходит осреднение его температуры, значение которой является практически постоянным для многих случаев начала раз­рушения подшипников опор двигателя.

 

Для решения задач технической диагностики практически представляется возможным использовать только один признак — максимальное значение температуры масла в момент времени т_к. Время т_к, необходимое для достижения температурой предельного значения, и крутизна являются случайными величинами. При переходе двигателя на режим, необходимый для установления заданной частоты вращения, требуется некоторое время, которое является случайной величиной, так как точность настройки частоты враще­ния и время настройки определяются опытом техника, обслужива­ющего двигатель, если не предусмотрены специальные программные устройства.

Если пренебречь отводом тепла от подшипников через корпус средней опоры, то связь между температурой масла на выходе из опоры и температурой подшипников можно представить в сле­дующем виде:

 

где t_n — средняя температура подшипников; і_м* — температура торможения охлаждающего масла, переменная по окружности и радиусу подшипника; G_м — часовой расход масла через среднюю опору; F — поверхность подшипников, омываемая маслом; а_м— коэффициент теплоотдачи от масла к охлаждаемым подшипникам; С_рм — теплоемкость масла при постоянном давлений.

Так как между деталями подшипников опоры всегда имеется надежный контакт по значительной их поверхности, то любые тем­пературные изменения подшипников опоры вызывают изменения температурного состояния корпуса опоры вследствие передачи теп­ла от подшипников к корпусу, поэтому температурное поле корпу­са опор может являться также источником диагностической информации о состоянии подшипников опор.

Методика измерения, регистрации и анализа параметров при диагностировании отрабатывается на основании показаний пилота о работе двигателя в полете (режим полета, показания приборов, периодичность проявления неисправности, характеристика посто­роннего звука, дымления, источник и цвет дыма, самовыключение, помпаж, поддергивание РУД, пожар и т. п.); данных бортовой ре­гистрирующей аппаратуры; информации, зарегистрированной в предшествующих измерениях, и значений параметров, записанных в формуляр при выпуске двигателя с завода-изготовителя или пос­ле ремонта.

На основании этих данных выбираются условия поиска неис­правности (на аэродроме, на самолете, на стенде, определение не­исправности до узла или до элемента и т. п.), комплекс диагности­ческой аппаратуры и составляется программа диагностических обследований, в которой указываются места установки датчиков, порядок и способ получения диагностической информации, режим работы двигателя при съеме информации.

Стандартным методом анализа динамических процессов явля­ется спектральный анализ, в частности, непосредственный анализ процессов с записью спектрограмм самописцем уровня.

Для получения постоянных по времени частотных спектров сиг­налов в анализаторе может быть применена схема временного ос­реднения. Преимущество такой техники анализа состоит в том, что регистрируется не мгновенное значение, а результат осреднения сигналов по времени. Это уменьшает разброс данных и дает четкие спектрограммы, что особенно полезно, если сигнал содержит со­ставляющую случайного шума высокого уровня.

При измерении уровня вибрации и шума объект диагностики устанавливается так, чтобы исключить искажение результатов из­мерений из-за влияния на него посторонних вибраций и шумов. Уро­вень помех в спектре вибраций и шума измеряется при включении всех вспомогательных механизмов и агрегатов и учитывается при оценке технического состояния диагностируемого объекта.

Место для измерений вибрации и шума объекта определяется экспериментально.