Бортовой виброметр газотурбинного авиадвигателя

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для регистрации виброакустических колебаний, в частности, самолетных газотурбинных двигателей. Виброметр, содержащий датчик вибрации, блок электронный и регистратор, снабжен дополнительным усилителем. Кроме того, он снабжен сдвоенным ключом, соединяющим при работе двигателя датчик, блок электронный и регистратор, а при выключении двигателя - датчик, дополнительный усилитель и регистратор. Также виброметр снабжен сдвоенным ключом, соединяющим при работе двигателя датчик и блок электронный, а при выключении - датчик, дополнительный усилитель и блок электронный, а дополнительный усилитель встроен в блок электронный. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и измерительной технике и может быть использовано для обнаружения дефектов, проявляющихся в повышенных вибрациях выбега, в частности, межвальных подшипников двухконтурных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известно устройство контроля вибраций ГТД, содержащее датчик вибрации, блок электронный и регистратор [1] Однако это устройство имеет чувствительность, недостаточную для регистрации, в частности, зарождающихся дефектов подшипников. Вибрации при работе ГТД превышают вибрации зарождающихся дефектов подшипников приблизительно в 10⁴ раз. Поэтому невозможно надежно выделить вибрации зарождающихся дефектов подшипников на фоне рабочих вибраций. Бортовой регистратор не может регистрировать сигналы с динамическим диапазоном приблизительно 10⁴.

Задача, решаемая изобретением, объективная регистрация дефектов, проявляющихся в вибрациях выбега ГТД, в частности, диагностика зарождающихся дефектов межвальных подшипников ГТД, прогнозирование их технического состояния и предотвращение заклинивания, повышение надежности работы и применительно к авиационным ГТД повышение безопасности полетов.

Задача решается тем, что виброметр, содержащий датчик вибрации, блок электронный и регистратор, снабжен дополнительным усилителем. Кроме того, виброметр может быть снабжен сдвоенным ключом. Причем в одном варианте виброметра ключ при работе двигателя соединяет датчик, блок электронный и регистратор, а при выключении двигателя датчик, дополнительный усилитель и регистратор, т.е. на выбеге включает дополнительный усилитель вместо блока электронного. В другом варианте ключ при работе двигателя соединяет датчик и блок электронный, а при выключении двигателя датчик, дополнительный усилитель и блок электронный, т.е. на выбеге включает дополнительный усилитель между датчиком и блоком электронным. В третьем варианте дополнительный усилитель встроен в блок электронный, т.е. находится с ним в одном корпусе и постоянно без ключа, включен при работе двигателя и на выбеге между датчиком и блоком электронным.

На фиг. 1 показан виброметр снабженный сдвоенным ключом, включающим на выбеге дополнительный усилитель вместо блока электронного; на фиг.2 - виброметр, сдвоенный ключ которого включает на выбеге дополнительный усилитель между датчиком вибрации и блоком электронным; на фиг.3 виброметр с дополнительным усилителем встроенным в блок электронный.

Виброметр (фиг.1, 2) содержит датчик 1 вибрации, блок 2 электронный, усилитель 3 дополнительный и ключ 4 сдвоенный. Запись величины вибрации производится на регистратор 5, в качестве которого может быть использован, например, самолетный бортовой регистратор типа "ТЕСТЕР УЗ", либо магнитный самолетный регистратор параметров типа "МСРП".

Виброметр, показаннный на фиг. 1, содержит последовательно соединенные ключом 4 при работе двигателя датчик вибрации 1 и блок электронный 2. К блоку электронному 2 ключом 4 подключен регистратор 5. После выключения двигателя на выбеге ключ 4 последовательно соединяет датчик вибрации 1 и усилитель дополнительный 3. К усилителю дополнительному 3 ключом 4 подключен регистратор 5.

Виброметр, показанный на фиг. 2, содержит последовательно соединенные ключом 4 при работе двигателя датчик вибрации 1 и блок электронный 2, постоянно соединенный с регистратором 5. После выключения двигателя на выбеге ключ 4 включает между датчиком вибрации 1 и блоком электронным 2 усилитель дополнительный 3.

Виброметр, показанный на фиг. 3, содержит постоянно без ключа последовательно соединенные датчик вибрации 1, дополнительный усилитель 3 и блок электронный 2, соединенный с регистратором 5.

Применение дополнительного усилителя 3 позволяет увеличить чувствительность виброметра до величины, необходимой для регистрации дефектов, проявляющихся в вибрациях выбега. При этом регистрация вибрации выбега имеет то преимущество, что при снижении оборотов ГТД от рабочих до полного останова ротров быстрее уменьшаются сильные составляющие вибрации, вызванные, например, газодинамическими шумами, дисбалансом роторов и др. а слабые по сравнению с ними вибрации, в частности, межвальных подшипников вызванные зарождающимися дефектами тел качения и колец, проявляются без помех. Кроме того, изменяющаяся на выбеге частота этих слабых вибраций вызывает резонансные виброакустические отклики в корпусах ГТД, в том числе и в том корпусе, где установлен датчик вибрации 1, и эти слабые вибрации усиливаются за счет виброакустических свойств конструкции самого диагностируемого ГТД. Поэтому различные дефекты лучше всего проявляются каждый на своих оборотах выбега. Таким образом, выбрав постоянный по величине коэффициент усиления дополнительного усилителя 3, обеспечивающий попадание вибросигнала того или иного диагностируемого дефекта в заранее определенном месте выбега в динамический диапазон регистратора, отслеживают его появление на сигналограмме.

При выбеге ГТД динамический диапазон вибросигналов приходящих на дополнительный усилитель 3 может превышать 10⁴. Чтобы записать на регистратор вибрации всего выбега необходимо уменьшить динамический диапазон этих сигналов, что и обеспечивается при их усилении дополнительным усилителем 3. Для этого применяется дополнительный усилитель 3 с логарифмической амплитудной характеристикой (АХ), т.е. увеличивающий свой коэффициент усиления при уменьшении входного вибросигнала. Возможно также применение дополнительного усилителя 3 с кусочно-гладкой, ломаной, аппроксимацией логарифмической АХ.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя, когда ручка управления двигателем (РУД) не стоит в положении "Стоп" ключ сдвоенный 4 (фиг.1, 2) включает в работу блок электронный 2 и регистратор 5 записывает величину вибрации в штатном режиме.

При установке РУД в положение "Стоп" ключ сдвоенный 4 включает в работу дополнительный усилитель 3, который и обеспечивает регистрацию вибрации выбега до полной остановки роторов. Для этого дополнительный усилитель 3 может обеспечить любой коэффициент усиления в пределах от единицы до коэффициента усиления ограниченного его собственными внутренними шумами. Например, при диагностике зарождающихся дефектов межвальных подшипников ГТД коэффициент усиления дополнительного усилителя 3 должен быть приблизительно в 10⁴ раз больше коэффициента усиления блока электронного 2.

Для обеспечения возможности регистрации вибраций всего выбега АХ виброметра должна быть логарифмической. Но эта логарифмическая АХ может быть обеспечена только дополнительным усилителем 3, т.к. блок электронный 2 должен иметь линейную АХ, необходимую для обеспечения нормальной регистрации вибраций при работе ГТД.

Таким образом, график АХ виброметра должен состоять из двух участков, а именно: один участок линейный, обеспечивающий регистрацию сильных вибраций при работе ГТД; другой участок либо линейный, но более крутой, обеспечивающий регистрацию на выбеге слабой вибрации какого-то одного дефекта либо, что лучше, логарифмической, с переменной крутизной, обеспечивающий регистрацию всех вибраций выбега, изменяющихся в широком динамическом диапазоне.

Обеспечив на участке регистрации вибраций работы ГТД допустимую нелинейность логарифмической АХ дополнительного усилителя 3, можно не отключать его во время работы ГТД, реализовав тем самым блок-схему виброметра, показанную на фиг.3, что позволит: ликвидировать ключ 4, упростить электрическую и монтажную схемы виброметра, убрав самолетную бортовую электропроводку от РУД к виброметру. При объединении блока электронного 2 и дополнительного усилителя 3 в одном корпусе пропадает необходимость в связывающей их бортовой электропроводке.

Для повышения соотношения сигнал/шум полоса пропускании частот дополнительного усилителя 3, работающего на выбеге, должна в общем случае отличаться от полосы пропускания блока электронного 2 работающего при рабочих частотах вращения роторов. Если полосы пропускания блока электронного 2 и дополнительного усилителя 3 в достаточной степени совпадают, то можно применить блок-схему фиг.2. При применении блок-схемы фиг.3 необходимая полоса частот обеспечивается при проектировании виброметра.

Применение заявляемого виброметра, в частности, на борту самолетов с двухконтурными ГТД для регистрации зарождающихся дефектов межвальных подшипников позволяет обеспечить прогнозирование их технического состояния, устранить заклинивание и увеличить безопасность полетов.

Формула изобретения

1. Бортовой виброметр газотурбинного авиадвигателя, содержащий датчик вибрации, связанный через электронный блок с регистратором, отличающийся тем, что введен дополнительный усилитель, подключенный между выходом датчика вибрации и входом регистратора.

2. Виброметр по п.1, отличающийся тем, что в него введен сдвоенный переключатель, через две группы контактов которого выход датчика вибрации связан с входом электронного блока или дополнительного усилителя, а выход электронного блока или дополнительного усилителя с входом регистратора.

3. Виброметр по п.1, отличающийся тем, что в него введен сдвоенный переключатель, через две группы контактов которого выход датчика вибрации связан с входом электронного блока непосредственно или через дополнительный усилитель.

4. Виброметр по п.1, отличающийся тем, что дополнительный усилитель выполнен в составе электронного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3