Устройство диагностики технического состояния газотурбинного двигателя

 

Изобретение позволяет повысить качество эксплуатации ГТД. Устройство индуцирует уменьшение времени выбега ротора при останове Двигателя по сравнению с базовым временем выбега и тенденцию уменьшения времени выбега по сравнению с временем выбега ротора, измеренным во время предыдущего останова двигателя. Устройство содержит датчик 1 параметра , блок 2 формирования интервала времени, шины 3 сигнала останова двигателя , триггер 4, ключ 5, времязадающее устройство 6, формирователь 7 импульсов, генератор 8 импульсов, счетчик 9, устройство 10 памяти, логическое устройство 11, элемент li задержки, два дешифратора 13 и 14 и два блока 15 и 16 индикации, причем блок 15 индикации количественно сигнализирует уменьшение времени выбега ротора по сравнению с базовым временем выбега, а блок 16 индикации - тенденцию уменьшения времени выбега ротора по сравнению с временем, замеренным во время предыдущего останова двигателя. Такое выполнение устройства позволяет повысить точность его работы. 1 йл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 M t5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

Ь»

ЪФ

I (21) 4822581/06 (22) 03.05.90 (46) 15.03.92. Бюл. М 10 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) Л.Б. Жиляева и Б.Л. Литвинов . (53) 621.438-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1176693, кл. G 01 M 15/00. 1984;

Авторское свидетельство СССР

f4 1651132, кл. 6 01 М 15/00, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение позволяет повысить качество эксплуатации ГТД. Устройство индуцирует уменьшение времени выбега ротора при останове двигателя по сравнению с базовым временем выбега и тенденцию уменьшения времени выбега по сравнению

„„5U„, 1719955 А1 с временем выбега ротора, измеренным во время предыдущего останова двигателя. Устройство содержит датчик 1 параметра, блок 2 формирования интервала времени, шины 3 сигнала останова двигателя, триггер 4, ключ 5, времязадающее устройство 6, формирователь 7 импульсов, генератор 8 импульсов, счетчик 9, устройство 10 памяти, логическое устройство 11, элемент 12 задержки,. два дешифратора 13 и 14 и два блока 15 и 16 индикации, причем блок

15 индикации количественно сигнализирует уменьшение времени выбега ротора по сравнению с базовым временем выбега, а блок 16 индикации — тенденцию уменьшения-времени выбега ротора по сравнению с временем, замеренным во время предыду- . 3 щего останова двигателя. Такое выполнение устройства позволяет повысить точность его работы. 1 ил.

1719955

Изобретение относится. кдиагностиче- . Датчиком1пэраметраявляетсяустрой-. скому приборостроению и предназначено ство, которое имеет аналоговый выход, продля автоматизации процессов диагностики порциональный велйчине контролируемого технического состояния серийных газотур-. параметра, подключаемый к сигнализатобинныхдвигателейиможетбытьиспользо» 5 рам. Может быть,.например, использован вано в газовой, химической,. датчик типа "Сапфир", на выходе которого энергетической; авиационной и других.от- подключен сигналиаатор. позволяющий раслях промышленности.. сигнализировать по двум независимым каЦель изобретения — повышение.точно- налам о достижении линейными комбинасти работы устройства путем обеспечения 10 циями двух независимых уставок. прогнозирования отказов., блоком 2 формирования интервала вреНа чертеже представлена функциональ-. мени является устройство, фиксирующее. ная схема предлагаемого устройства..факт поочередного во времени срабатываУстройство диагностики технического ния незевисимыхканалов(поуставкаммаксостояния газотурбинногодвигателясодер- 15 симэльното и минимального значения житдатчик1 параметра, блок2.формирова-, контролируемого параметра) и формируюния интервала времени, шину 3 сигнала щее на выходе дискретно изменяющийся останова двигателя, триггер 4, ключ 5, вре- сигнал, Такое устройство реализовано на мязадающее устройство 6, формирователь механическом триггере с применением ма7 импульсов, генератор 8 импульсов,.счет- 20 логабаритных электромагнитных реле типа чик 9, устройство 10 памяти, логическое ус- РЭС.--55. На чертеже блок 2 формирования тройство 11, элемент 12 задержки, первый интервала времени показан в виде триггера.

13 и второй 14 дешифраторы и первый 15 и Шиной 3 останова двигателя является второй 16 блоки индикации. Первый и вто- физическаялиния,по которой наустройство рой выходы датчика 1 параметра соедийены 25 поступает логический сигнал, соответствуюсоответственноспервымивторымвходами щий закрытию крана останова двигателя блока 2 формирования интервала времени, или режиму остэнова двигателя. а шина 3 сигнала останова соединена с пер- Триггером 4 является устройство, фиквым входом триггера 4, выход блока 2 фор- сирующее факт поступления:на устройство мирования интервала времени соединен с 30 по шине останова двигателя логического первым входом ключа 5, Первый выход дат- сигнала и возвращаемое в исходное состоячика 1 параметра соединен с входом время- ние по (окончании. работы устройства, назадающего устройства 6,.выход которого пример сигнальноое реле, промежуточное соединен с вторым входом ключа 5 и входом реле с обратной связью и т.п, Для предлагаформирователя 7 импульсов. Выход тригге- 35 емого устройства в качестве триггера 4 цера 4 соединен с третьим входом ключа 5 и лесообразно применять дистанционный . вторым (установочным) входом счетчика 9, переключатель типа PAC с магнитной павыход генератора 8 импульсов — с четвер- мятью, который исключает потерю инфортым входом ключа5, выходкоторогосоеди- . мации при исчезновении напряжения нен с первым (счетным). входом Счетчика 9, 40 питания допускает возврат в исходное сокодовые выходы которого соединены.с па- стояние и предотвращает ложное срабатыраллельно соединенными кодовыми входа- вание устройства в момент очередного ми устройства 10 памяти, первыми включения, кодовыми входами логического устройства Ключом 5 является логический элемент, 11и кодовымивходамипервогодешифрато- 45 срабатывающий при определенной разрера 13,. Выход формирователя 7 импульсов шающей комбинации дискретно изменяюсоединен с входом записи и хранения логи- щихся сигналов íà его входах, ческого устройства 11 и входом элемента 12 выполнвощийлогическую функцию сравнезадержки, выход которого соединен с вто- . ния входйых сигналов и формирующий вырым входом триггера 4 и входом записи и 50 ходной дискретно изменяющийся сигнал хранения устройства 10 памяти. Кодовые длительностью, соответствующей наличию выходы последнего соединены с. вторыми .разрешающих сигналов одновременно на кодовыми входами логического устройства всех входах. Такой ключ реализуется на эле11, кодовые выходы которого соединены с ментах И, И HE средств микроэлектронной . кодовыми входами. второго 14 дешифрато- 55 техники серий К 155, К 555, К 511 и др. ра, кодовые выходы первого дешифратора ° Времязадающим является устройство

13 -. с кодовыми входами первого блока 15 дискретного действия, которое скачкообиндикации, а кодовые выходы второго де- разно изменяет на выходе какой-либо парашифратора 14- с кодовыми входами второ- метр (напряжение, сопротивление, и т,п.) в го блока 16 индикации. зависимости от установки времени форми1719955

35

45

55 рования дискретного скачкообразного сигнала. В качестве времязадающего устройства может быть использовано устройство сигналов времени типа Ф 260. В предлагаемом устройстве целесообразно использовать малогабаритные реле времени типа

ВЛ-68.

Формирователем 7 импульсов является устройство, формирующее кратковременный импульс при поступлении на его вход определенного фронта входного прямоугольногоо сигнала, нап ример. дифференцирующие цепи с подключенными к ним ключевыми усилителями, одновибраторы, выполненные на средствах микроэлектронной техники, схемы которых достаточно широко известны и дополнительных разъяснений не требуют, Генератором 8 импульсов является устройство, формирующее на своем выходе дискретно изменяющиеся прямоугольные сигналы с заданной частотой их следования, например блокинг-генераторы, мультивибраторы и др.

Счетчиком 9 является устройство, воспринимающее последовательность входных импульсов и формирующее на своих кодовых выходах кодовую комбинацию, соответствующую количеству поступивших на вход импульсов, т.е. выполняющее функцию последовательноо-параллельного преобразо.вания. В качестве счетчика 9 целесообразно использовать двоично-десятичные -разрядные счетчики средств микроэлектронной техники серий К155, К555, К511 идр.

Устройство 10 памяти предназначено для записи и хранения кодовых комбинаций, поступающих на его вход. В устройстве диагностики технического состояния газотурбинного двигателя целесообразно применять устройства перепрограммируемой постоянной памяти, которые имеют автономное (постоянное) питание, или запоминающие устройства на сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса, которые достаточно хорошо известны и дополнительных пояснений не требуют.

Логическое устройство 11 выполняет арифметические операции с двумя 4-разрядными словами и формирует на выходе результат операции в виде 4-разрядного слова. В качестве логического устройства 11 целесообразно использовать 4-разрядные арифметико- логические устройства (АЛУ), реализованные на средствах микроэлектронной техники серии К 155.

Элементом 12 задержки является устройство, формирующее на своем выходе кратковременный сигнал по заднему фронту поступающего на вход логического дискретно изменяющегося сигнала и может быть построено по схеме одновибратора.

Первым 13 и вторым 14 дешифраторами являются устройства, преобразующие одну кодовую комбинацию в другую, удобную для включения цифровых индикаторов. В качестве дешифратора целесообразно использовать двоично-десятичные дешифраторы или дешифраторы двоичного кода в семисегментный код, реализованные на средствах микроэолектронной техники серий К

155, К 177 и др, Первым 15 и вторым 16 блоками индикаций являются устройства. предназначенные для цифровой индикации. В качестве блоков индикации могут быть использованы одноразрядные разоразрядные цифровые индикаторы, одноразрядн ые пол уп роводниковые цифробуквенные индикаторы типа

АЛС 321, АЛС 324 и др., а также многоразрядные цифрознаковые индикаторы типа

ИЖКЦ 2 — 4/3, ЦИЖ 6 и другие.

Принцип действия устройства диагностики технического состояния газотурбинного двигателя основан на определении реального интервала времени выбега Тд1, определяемого по достижении частоты вращения ротора N двух уставок N1 уст и йг уст или давления эа осевым компрессором P двух уставок P l yct и Р2 yct; которые выбираются и устанавливаются в устройстве по экспериментально снятым характеристикам выбега заведомо исправного газотурбинного двигателя (например, при стендовых испытаниях) с учетом исключения начальной стадии выбега, где присутствуют факторы аэродинамического торможения, и с учетом исключения конечной стадии выбега, где присутствуют факторы механического торможения. По экспериментально снятым характеристикам выбега заведомо исправного двигателя выбирается и устанавливается базовый интервал времени Тб — интервал времени выбега заведомо исправного двигателя, достижения значений двух уставок N> yn u

М2 уст или Р1 уст ul Р2 уст.

Устройство сравнивает два интервала времени Тд1 и Тб и изменяет интервал вре- . мени t> - Те — Тд1, который характеризует уменьшение реального интервала времени выбега Тд1 по сравнению с базовым интервалом времени. Время т1 фиксируется и запоминается в устройстве и является одним из параметров, который участвует при последующем останове двигателя для выявления тенденции уменьшения текущего ревльного интервале времени выбега по

1719955 сравнению со значением интервала време- торый формируется времязадающим устни предыдущего останова двигателя. В ройством 6, поступает на вход ключа 5 и дальнейшем (при следующем останове дви- является разрешающим в течение длительгателя) описанным способом определяется ности Тв. Логический сигнал, соответствуюреальный интервал выбега Тд иизмеряется 5 щий началу интервала времени Тд1, который интервал времени г -.Тд . Затем устройст- формируется блоком 2 формирователя инво сравнивает интервал времени si и интер- тервала времени, поступает на вход ключа 5 вал времени т и измеряет интервал и является запрещающим в течение времевремени Йд =ti — Q, который характери- ни Тд1. При нормальном техническом состозует тенденцию уменьшения текущего ре- 10 янии двигателя, т.е. когда происходит ального интервала времени Tjp no постепенное изменение параметров двигасравнению с предыдущим Т 1. теля, реальный интервал времени Тд1 постоУстройство работает следующим обре- янно уменьшается, таким образом Tg Тд1. д

Окончание реального интервала времени

В исходном состоянии (при отсутствии 15 Тд зафиксируетсЯ УстРойством по сРабатысигнала на шине 3 останова двигателя) на вению втоРого канала датчика 1 паРаметРа выходе триггера 4 присутствует запрещаю- тогда, когда давление за осевым компРессощий логический сигнал, который блокирует ром Р достигнет значения второй (миниключ 5 и блокирует и устанавливает счетчик мальной). Установки Р2 уст, т,е. на выходе

g в исходное состояние, что препятствует 20 второго канала датчика 1 параметра сфорложному срабатыванию устройства во вре- мируется Релейный сигнал. соответствуюмяпусковитехнологическихрежимоврабо-. щий окончанию Реального интеРвала ты двигателя. При первом срабатывании вРемени Тд1, Этот сигнал переключит блок устройства(при первом останове.двигателя) 2 формирования интервала времени, вернув устройство 10 памяти не содержит никакой 25 его в исходное состояние. информации, . Таким образом, ключ 5 по окончании допустим, что произошел первый оста- интервала реального времени Тд1 на своих нов двигателя и на шине 3 сигнала останова тРех входах будет иметь РаЗРешающие сигдвигателя появился сигнал, который пере- налы втечение интеРвала вРемени ti =T6— ключил триггер 4. При этом ключ 5 и счетчик 30 -Тд1, что в свою очередь позволит прохож9 разблокируются. После отключения двига- дению импульсов с генератора 8 импульсов .теля(сброса нагрузки) частота вращения ро- через ключ 5 на счетчик 9 в течение интертора, и соответственно,давлениезаосевым вала времени ti. Счетчик 9 подсчитывает компрессором P начнут Уменьшаться. В . количество поступивших импульсов и на дальнейшем при описании работы устрой- 35 своих кодовых выходах сформирует соотства в качестве рабочего параметра принято ветствующую кодовую комбинацию. Кододавление за осевым компрессором Р. Как вая комбинация с выхода счетчика 9 . только давление за осевым компрессором Р поступит на кодовые входы первого дешифдостигнет значения величины первой (мак- ратора 13, который преобразует кодовую симальной) уставки Р1 уст., сработает пер- "0 комбинацию. в код, который, поступая на вый канал датчика 1 параметра. и, первыйблок15индикации,будетиндициросоответственно, при P Pi уст на выходе вать уменьшение времени выбега двигатепервого канала датчика.1 параметра сфор- * ля. По завершении базового интервала мируется релейный сигнал, соответствую- . времени Тб заблокируется ключ 5 и прекращий началу контроля и определения 45 тится поступление импульсов с генератора уменьшения реального интервала времени 8импульсов на счетчик 9, при этом по заднеХ1 ° . му фронту логического сигнала, соответстСигналспервогоканаладатчика1пара- вующего Тв, поступающего с выхода метра включит блок 2 формирования интер- времязадвющего устройства 6 на вход форвала времени и времязадающее устройство 50 мирователя 7 импульсов, последний сфор6, при этом блок 1 формирования интервала . мирует кратковременный импульс, который времени будет формировать реальный ин- поступает На вход записи и хранения логитервал времени,Тд1, а времязадающее уст- ческого устройства 11. При этом на первых ройство 6 сформирует базовый интервал . кодовых входах логического устройства 11 времени Тв. При этом сигнал, поступающий 55 присутствует кодовая комбинация, поступас первого канала датчика 1 параметра, при- ющая с кодовых выходов счетчика 9, а на вяжет во времени начало отсчета интерва- вторых кодовых входах логического устройлов времени Tg1 и Те. Логический сигнал, ства 11 отсутствует кодовая комбинация. соответствующий интервалу времени Тв, ко- Тем самым при поступлении кратковремен10

1 ного импульса на вход записи и хранения Таким. образом, устройство позволяет логического устройства 11 на его кодовых автоматически решать задачи диагностировыходах сформируется кодовая .комбина- вания газотурбинного двигателя в настоя. ция. соответствующая кодовой комбинации . щий момент и опредвлять техническое счетчика 9. Эта комбинация поступит через 5 состояние двигателя, в котором может окакодовые входы второго дешифратора 14. на заться двигатель в будущий момент времекодовые входы второго блока 16индикации, ни, что способствует:установлению который будет индицировать тенденцию безопасного срока службй двигателя. опреуменьшения времени выбега двигателя. - деления сроков вынолнения профилактичеКратковременныйимпульсс выходаформи- 10 ских проверок и ремонтов. Согласно ров ателя 7 импульсов поступит на вход эле- статистическим данныи дефекты. вызываюмента 12 задержки. Последний с временной щие постепенныв отказы, составляю выдержкой сформирует кратковременный, 70 от всех дефектов и до 8Щ дефектов, сигнал, который, поступая на вход записи и вызывающих досрочное снятие двигателей. хранения устройства 10 памяти, запишет и 15 Использование режима выбега ротора газозап омнит в нем кодовую комбинацию, соот- - турбинного двигателя в качестве диагноститв ет ветствующую длительности интервала вре- ческой характеристики способст у мени т . Этот же кратковременный сигнал; выявлению следующего комплекса неисппоступ ая на второй вход триггера 4; вернет равностей двигателя; разрушение (о рыв) устройство в исходное состояние. 20. рабочих лопаток ротора компресс р, Таким образом, при первом включении тяжка рабочих лопаток турбины, износ подустройства в работу индицируется уменр- шипников, задевание лабиринтных шение реального времени выбега Тд1 по уплотнений за покрытия рабочих колей н сравнению с базовым интервалом времени. т.п.

Т6; а также индицируется тенденция умень- 25 шения реального времени выбега Тд1 по Формула изобретения сравнению с базовым интервалом времени Устройство диагностики технического состояния газотурбинного двигателя, соПри следующем останове двигателя óñ- держащее датчик контролируемого паратройство диагностики технического состоя- 30 метра, блок формирования интервала ния газотурбинного двигателя работает времени, шину сигнала останова двигателя. .аналогично описанному, за исключением триггер, ключ и времязадающее устройство, того, что устройство 10 памяти хранит ин- первый и второй выходы датчика контролиформацию предыдущего выбега двигателя и руемого параметра подключены соответств .момент окончания базового интервала 35 венно к первому и второму входам блока времени Тэ логическое устройство 11 срав- формирования интервала времени. выход нивает кодовую комбинацию, поступающую которого подключен к первому входу ключа, с кодовых выходов счетчика 9, соответству- второй вход которого подключен к выходу ющую т2. с кодовой комбинацией, храня- времязадающего устройства, а третий — к щейся в устройстве 10 памяти, 40 выходутриггера, первый вход которого подчен к шине сигнала останова двигателя, соответствующей 71, полученной при пред-. ключен к шине сигнала ост д

ыдущем останове двигателя. При этом на вход времязадающего устройства подклюко овых выходах логического устройства 11 чен к первому выходу датчика контролируеформируется кодовая комбинация, получен- мого параметра, о код ы с елью повышения точности путем ная в результате вычитания двух входных 45 что, с целью певыше кодовых комбинаций, Ь1д. = х1 — т2, соот- обеспечения прогнозирования отказов, оно ветств ющая тенденции уменьшения вре- дополнительно содержит формирователь ветству имп льсов, генератор импульсов, счетчик, мени очередного выбега по сравнению с импУльсов г Р Р устройство памяти. логическое устройство, следующих 50 элемент задержки, первый и второй дешифТаким образом, при последующих включениях устройства в ра оту индицирув або ту индициру РатоРы. и пеРвый и втоРой блоки индикации, ется уменьшение реального интервала вре- ... выход генератора импульсов подключен к, мени выбега Тд по сравнению с азовым ю с базовым четвертому входу ключа, выход которого инте валом в емени вы ега инте валом в емен б Те, а Tàwõñå подключен к первому счетному входу счет-.

65 чика, выто ой становочный вход которого по ключен к выходу тригге а, а выходы- к индицируется тенденция уменьшения ре. 55 чика, выторо уст в ального интервала времени очередного вы- подключе ду р р бега Т i по сравнению с реальным входам пеРвого дешифРатоРа, входам Уст- гического устройства, вторая группа входов интервалом времени предыдущего выбега .Ройства па

Тдь1, которого подключена к выходам устройства

1719955

Составитель Е. 8эсютович

Редактор М. Петрова Техред М.Моргентэл Корректор М. Мэксимишинец

Заказ 767 Тираж - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Рэушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 памяти, выходы первого и второго дешифрэторов подключены к.входам соответственно первого и.второго. блоков индикаций, выходы логического устройства. подключены к входам второго дешифрэторэ, выход времяаэдэющего устройства подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен r входу записи и хранения логического устройстве и входу элемента задержки, выход которого под5. ключен к второму входу триггера и входу записи и хранения устройства памяти..