Суть предлагаемого метода экспресс-диагностики технического состояния ГТД в условиях эксплуатации заключается в том, что на каждый двигатель имеется паспортная дискета, в которой записаны все контрольные характеристики ГТД и допуски. На основании предлагаемых результатов исследований на первом этапе проводится предварительный анализ технического состояния ГТД [1,2]. На этой стадии у контролируемого двигателя изменяются спектры звуковых давлений за кромкой сопла двигателя по всей его окружности. После сравнения с эталонными спектрами и вычисления относительного параметра шума вычисляется ориентировочная площадь дефекта и неравномерность параметра статического давления. Если неравномерность параметра выходит за пределы допустимой, осуществляется переход ко второму этапу диагностирования, на котором производится измерения газодинамических характеристик газового потока и сравнение их с эталонными. На всех изделиях были измерены поля параметров после переборки, а на одном были измерены поля после снятия двигателя и обнаружения у него дефекта (прогар кромок лопаток 3 ступени турбины составлял примерно 2 % от площади лопаточного кольца турбины в плане). Поэтому поля параметров, измеренные за двигателем после переборки, можно принять за эталонные и присвоить им индекс «э», а полям параметров, измеренным за дефектным двигателем, соответственно, – индекса «д».
Измерение параметров производилось на всех режимах работы двигателя. Таким образом, были получены картограммы параметров для каждого изделия Газодинамические параметры давления Рст и Т трех изделий, измеренные на режимах 0,1; 0,5; 1,0 N, в масштабе 1:5 в виде круговых диаграмм, на которых явно видны линии окружности, образованные точками измерения. Параметры представлены по диапазонам разбитым через 50 градусов. Также были вычислены параметры распределения по радиусу, которые также отличаются по изделиям. В каждой точке вычислялись значения W, G и R. Для вычисления G и R для каждой точки измерения вычислялась площадь элементарной площадки. Общее значение расхода воздуха и тяги находилось как интегральное значение всех вычисленных значений G и R в элементарных и площадках; а значения окружных неравномерностей давления и скорости, образованных точками измерения на плоскости среза сопла – как отношение Амин к Амакс. Все вычисленные значения образовали картограммы полей ГДП, представляющие собой индивидуальный портрет двигателя.. На срезе сопла измерялись параметры Рп, Рст, T. Такие параметры как W, G, неравномерность параметров давления и температуры и R вычислялись по разработанной методике. Приведенные параметры измерялись в 900 точках, расположенных в плоскости среза сопла ГТД. Для каждой точки измерения вычислялись значения скорости, расхода воздуха и тяги. Окружная неравномерность параметров вычислялась по окружностям, образованным точками измерения. Таких окружностей на плоскости 12. Каждая точка измерения имеет свою элементарную площадку, которая вычисляется по следующему алгоритму. Величины значений общих расхода и тяги ГТД являются интегральными значениями расходов и тяг в точках измерениях:
Измерение значений параметров в плоскости среза сопла производилось десятикратно. Обработка газодинамических параметров, измеренных АДК «Пилон», и расчет характеристик газового потока на срезе сопла производится в реальном масштабе времени. Методика диагностирования разделена на два этапа: испытания на холодном режиме и испытания на горячем режиме. Холодный режим испытаний предопределяет проведение испытаний на режиме холодной прокрутки при скорости вращения турбины высокого давления 1000 об/мин. Условием проведения является наличие дискеты с записью эталонных характеристик, измеренных на том же режиме за двигателем.
Алгоритм диагностирования по акустическим характеристикам
1. Выявление принадлежности вектора невязок (ВН) доверительному интервалу, который определен экспериментально и составляет ± 1% от эталонных значений уровней звукового давления в ⅓-октавной полосе частот.
При выходе невязок из доверительного интервала дается заключение о наличии неисправности в проточной части ГТД.
2. Для идентификации прогара вычисляются диагностические признаки для каждой точки измерения.
a1i = Li 29 – Lпр29
a2i = Li 30 – Lпр30
a3i = Li31 - Lпр31
Анализируются совокупности признаков a1i, a2i,a3i на знак. Если совокупность признаков больше нуля, это соответствует наличию дефектов проточной части ГТД, а именно – прогара неподвижных элементов проточной части.
2. Идентификация дефекта проскальзывание межвального подшипника производится следующим образом:
- вычисляется частота следования дискретной составляющей равная частоте следования лопаток по формуле;
- анализируются невязки на частоте следования и при значениях невязок меньших нижней границы доверительного интервала дается заключение о наличии эффекта проскальзывания. - разработана методика аэроакустической диагностики обнаружения изменения структуры газового потока, связанного с появлением дефектов, с целью их идентификации, а также определение потенциального ресурса;
- получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процессов. Выявлен качественно новый признак определения технического состояния двигателя - шум дефекта;
-выявлена математическая зависимость шума дефекта, позволяющая оценить размер дефекта;
-предложена универсальная математическая модель взаимовлияния между акустической характеристикой газового потока шум дефекта и газодинамическим параметром потока неравномерностью параметра Рст, позволяющая по изменению акустических параметров осуществлять анализ технического состояния ГТД;
Литература:
1. В.Ю. Виноградов. Диагностирование технического состояния авиационных ГТД по акустическим и газодинамическим параметрам. Казань. Монография. Изд. Каз .гос. техн. универс. ISBN 5-7579-0692-8. 2004г.-176с.
2. В.Ю. Виноградов. Техническая диагностика моделей камер сгорания и выходных устройств двухконтурных турбореактивных двигателей по газодинамическим и акустическим параметрам. В.Ю. Виноградов. Ю.В. Виноградов. Учеб. пособие. Изд. Дом печати. Казань 2005 г. -45с.
