Диагностика состояния по шуму

 

Шум авиационного ГТД — источник диагностической информации.

Шум работающего двигателя складывается из шумов аэроди­намического и механического происхождений, спектральный состав которых может меняться как от внешних-условий, так и от состоя­ния двигателя. Поэтому диагностирование по спектру шума будет достоверным только в том случае, если известно влияние всех су­щественных факторов на изменение шума.

Основные источники шума авиационного ГТД — винт ТВД; вен­тилятор; компрессор; горение в камере сгорания; турбина; реак­тивная струя; агрегаты; приводы; вращающиеся, колеблющиеся; детали двигателя; внутренние поверхности конструкции двигателя,взаимодействующие с газовым потоком.

Шум исправного авиационного ГТД по своему спектральному составу сплошной во всем диапазоне частот с рядом дискретных составляющих. Широкополосный шум порождается беспо­рядочными колебаниями газовоздушного потока и является следствием турбулентности его пограничного слоя, срыва концевых,вихрей при обтекании лопаток потоком, турбулентности набегающего потока, взаимодействия вращающегося потока с ротором и со статором, процесса горения.

Дискретный шум исправного авиационного ГТД обусловлен колебаниями (вынужденными и резонансными) деталей двигателя, I периодическим вытеснением газа лопатками конечной толщины, соударением деталей исправно работающего двигателя, взаимодей­ствием вращающегося потока с ротором и со статором.

Появление неисправностей в системах двигателя приводит к по­явлению новых источников шума и изменению спектра шума ра­боты двигателя

При исследовании шума как носителя диагностической инфор­мации изучаются следующие характеристики звукового поля;

— спектр суммарной излучаемой акустической мощности;

— характеристики направленности излучения в различных час­тотных полосах;

—спектр уровня звукового давления в различных точках звуко­вого поля;

—спектр шума при узкополосном анализе (ширина полосы про­пускания до 3 Гц) с использованием склеенной в кольцо магнито­фонной ленты, на которую записан анализируемый шум.

Шум механического происхождения, вызываемый вибрацией деталей двигателя, в ряде случаев не может быть выявлен обыч­ными способами измерений. Место, где определенные составляю­щие спектра шума имеют максимальный уровень, располагается в зоне максимального излучения на этой частоте, т. е. в районе расположения неисправности. В тех случаях, когда не представля­ется возможным определить источник по полю излучения и спек­тральному анализу, необходимо проводить поэлементное исследование. Поэлементное исследование с последовательным исключением источников излучения необходимо проводить для отдельных узлов и агрегатов, замеряя их акустические характеристики.

В качестве диагностических параметров обычно принимаются -параметры спектральной плотности и автокорреляционной функции {частота, уровни отдельных составляющих и их комбинации,! моменты спектральной плотности и т. п.)л взаимной и ковариаци­онной и корреляционной функций и взаимного спектра, спектра множественной когерентности и взаимных спектров частной когерентности, характеристики одномерных и многомерных законов распределения (см. подразд. 4.1). Кроме указанных параметров могут быть использованы и другие параметры, связанные с особен­ностями протекания конкретных процессов и работы деталей дви­гателя. Например, с увеличением турбулентности потока растет ширина основания составляющей спектра на частоте следования рабочих лопаток компрессора. Поэтому этот параметр применяется для оценки изменения турбулентности потока, изменения условий на входе в компрессор и нагруженности рабочих лопаток.

Шум воздухозаборника. При работе ротора вследствие взаимо­действия звукового поля со стенками канала в поперечном его сечении моды образуют эпюру стоячих волн давления, которая рас­пространяется вдоль канала; причем форма моды сохраняется, но амплитуда может изменяться и затухать.

Шум компрессора (вентилятора). Он состоит из широкополосного вихревого шума и узкополосного, из дискретных тонов. По при­роде возникновения источников излучения шум подразделяется на вихревой шум, шум от неоднородности потока, шум вращения, шум ударных волн, шум от термоакустических явлений, шум само­возбуждающихся газодинамических пульсаций, шум механического происхождения.

Шум корпуса двигателя. Излучение корпусом двигателя шума является следствием колебания поверхностей под действием сил механического и аэродинамического характера. Шум механическо­го происхождения вызывается в основном колебаниями роторов, ударами и колебаниями зубьев зубчатых колес редуктора и приво­дов вспомогательных механизмов, вибрациями лопаток. Шум аэрогазодинамического происхождения, излучаемый корпусом двига­теля, связан с нестационарными процессами на входе в двигатель л с газодинамическими процессами в камерах сгорания.

Шум камеры сгорания. Он является в основном следствием на­ложения шума от процессов горения, турбулентности, изменения скорости потока и энтропийного шума.

Шум турбины. Физическая природа шума газовой турбины ана­логична природе шума компрессоров. Однако спектр шума аэроди­намического происхождения газовых турбин имеет более высоко­частотный характер, чем спектр шума осевых компрессоров.

Шум реактивной струи. Генерирование шума реактивной струи ГТД связано в основном с турбулентным перемещением газов ре­активной струи, имеющих высокую скорость, с окружающим воз­духом и со скачками уплотнения сверхзвуковой струи. Реактивная струя, двигаясь с большой скоростью из сопла в окружающую ат­мосферу, захватывает определенное количество воздуха на пери­ферии струи вследствие вязкости среды. Этот воздух течет и перемешивается вместе со струей. В зоне смешения по нормали к струе создается большой перепад скорости, и вследствие вязкости воздуха этот перепад порождает силы сдвига и завихрения, которые обра­зуют четырехполюсные источники шума.

Шум от колебаний роторов. Колебания ротора двигателя вызывают шум с частотой вра­щения ротора f_р=n/60, а также и с ее высшими гармониками f_2p и f_3p.

Шум подшипников. Сперктр шума от подшипников роторов ГТД и его агрегатов определяется характером колебаний элементов конструкции подшипника и сте­пенью развития в них неисправностей. Интенсивность шума исправ­ных подшипников намного меньше интенсивности шума от других источников, поэтому в спектре составляющие шума подшипников практически не просматриваются.

Шум насосов. Он определяется пульсацией рабочих жидкостей, вибрацией наружных поверхностей насоса и трубопроводов. Уровни шума, излучаемого топливными насосами мощных двигателей, достигают 100 дБ.

Шум приводов. При работе зубчатых колес каждая смена зуба в контакте (зацеплении) сопровождается ударом, который вызыва­ет вибрации зуба и тела зубчатого колеса с частотой собственных колебаний и с частотами, кратными частоте зацепления, поэтому в спектре шума присутствуют составляющие, кратные частоте за­цепления. При зацеплении в основании нагруженного зуба имеет место концентрация напряжений, возникающая в начале зацепления и исчезающая в конце. Периодическое изменение напряжений в зубьях вызывает распространение волн напряжений по зубчатому колесу, порождая в результате шум.