Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя



Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя
Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя
Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя
Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя
Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2344368:

Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статорной оболочки (ДСО) винтовентиляторной силовой установки (ВВСУ) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в местах установки кластерных одновитковых вихретоковых датчиков (КОВТД) и смещений геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта. Целью изобретения является обнаружение и количественная оценка ДСО и смещения геометрического центра (СО) относительно центра вращения винта. Указанная цель достигается тем, что оценки ДСО и смещения геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта получают путем совокупной обработки результатов: 1) измерений радиальных зазоров (РЗ) между торцами лопастей винта и чувствительными элементами (ЧЭ) КОВТД, которые в количестве не менее четырех штук располагают равномерно по периметру СО на уровне ее внутренней поверхности внутри зоны взаимодействия электромагнитного поля ЧЭ датчика с торцом лопасти винта, полученных в режиме «холодной прокрутки» перед испытаниями; 2) подобных измерений РЗ, но уже в рабочих режимах; 3) численного моделирования упругих и температурных деформаций лопасти по регулярно измеряемым значениям частоты вращения винта и температуры среды, в которой находится винт. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статорной оболочки (ДСО) винтовентиляторной силовой установки (ВВСУ) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в местах установки кластерных одновитковых вихретоковых датчиков (КОВТД) и смещений геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта.

Известны способы измерения радиальных смещений лопастей винтовентилятора, которые предусматривают использование кластерных одновитковых вихретоковых датчиков (КОВТД) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде отрезка проводника. Количество и расположение ЧЭ зависит от характера измеряемых многомерных перемещений торцов лопастей и определяется видом и числом координатных составляющих (КС) многомерных перемещений (МП) в выбранной системе отсчета. При этом измерительную информацию по всем КС получают путем совокупной обработки сигналов датчика на основе экспериментальных градуировочных характеристик измерительных каналов, в которые включены ЧЭ датчика [Боровик С.Ю., Секисов Ю.Н., Скобелев О.П. Обобщенное представление методов получения измерительной информации о координатах смещений торцов лопаток и лопастей // Мехатроника, автоматизация, управление №3, 2007. Приложение с.19-24].

Вместе с тем необходимо отметить, что найденные значения КС МП и, в частности радиальные зазоры (РЗ), зависят не только от смещений торцов лопастей в радиальном направлении, но и от ДСО в месте установки датчика, т.е. в значении РЗ содержится информация о ДСО, представляющая самостоятельный интерес для разработчика ВВСУ.

Важность оценки ДСО с позиций надежности ВВСУ очевидна. Статорная оболочка (СО) ВВСУ подвержена внешним температурным воздействиям, влиянию повышенного давления, создаваемого вращающимися винтами внутри нее, силовому влиянию инерции винтов и воздушных потоков при эволюциях самолета, ударным нагрузкам в процессе его посадки и т.п. При увеличении ДСО и смещения геометрического центра СО относительно центра вращения винта растет вероятность касания СО торцом лопасти винта, что чревато разрушением ВВСУ. Относительно размера винта ДСО незначительна и может быть сведена, как правило, либо к искажению формы и превращению ее из окружности в эллиптическую, и/или к смещению центра СО относительно центра вращения винта. Известные способы не позволяют получить подобную информацию.

Целью изобретения является обнаружение и количественная оценка ДСО и смещения геометрического центра СО относительно центра вращения винта по совокупности результатов измерений КОВТД и модельных расчетов.

Указанная цель достигается тем, что в известный способ введены дополнительные измерительные и расчетные операции, которые позволяют получить оценки ДСО и смещения геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта по совокупности результатов измерений и численного моделирования. Измеряют РЗ между торцами лопастей винта и ЧЭ КОВТД в режиме «холодной прокрутки» (от стартера) перед испытаниями и в рабочих режимах. Для этого КОВТД в количестве не менее четырех штук устанавливают симметрично по осям прямоугольной системы координат. Располагают ЧЭ датчиков на уровне внутренней поверхности в пределах зоны взаимодействия электромагнитного поля ЧЭ с торцом лопасти винта. Направления осей системы координат совмещают с направлениями наиболее вероятных ДСО и смещения геометрического центра статорной оболочки относительно центра вращения винта. Модельные расчеты упругих и температурных деформаций проводят по регулярно измеряемым значениям частоты вращения и температуры среды, в которой находится винт, геометрическим параметрам лопасти и физическим параметрам материала, из которого она выполнена.

При увеличении числа контрольных точек (датчиков Д) на СО процедуры вычислений ДСО сохраняются, при этом может быть повышена точность оценки.

На чертеже показан вариант размещения четырех датчиков по статорной оболочке, где 7, 2, 3, 4 - места размещения кластерных датчиков (Д1, Д2, Д3, Д4). В соответствии со способом регистрируют результаты измерения в режиме «холодной прокрутки». После обработки измерительной информации в системе определяют РЗ - С1.0, С2.0, С3.0, С4.0 (чертеж). Длина каждой лопасти винта и свойства материала, из которого она изготовлена, известны. Примем, для простоты рассуждений, что все лопасти винта одинаковы по размерам и свойствам (в противном случае следует учесть их индивидуальные особенности). Торцы лопастей при вращении движутся по окружностям с центром О. С учетом малости ΔХ0 и ΔY0 по отношению к диаметру винта (Dв.0), расстояния между датчиками Д1 и Д3 (Dу.0), как и между датчиками Д2 и Д4 (Dх.0) можно представить соответственно в виде:

В общем случае радиальные зазоры С1.0...С4.0 различны, расстояния Dу.0 и Dх.0 не равны, т.е., сечение оболочки имеет овальную форму. В оболочку может быть вписана окружность (на чертеже она показана пунктиром), представляющая собой идеализированную СО диаметром D0, равным наименьшему из двух размеров Dу.0 или Dх.0. Характер и размер отклонения формы СО от окружности и смещение геометрического центра оболочки от центра вращения винта связаны с технологией изготовления, сборки и способа монтажа на стенде или летающей лаборатории. Центр окружности О0 находится на пересечении линий, делящих отрезки Dу.0 и Dх.0 пополам и, по сути, является геометрическим центром реальной оболочки. Контур идеализированной оболочки определяет диаметр винта, при котором произойдет касание торцом лопасти внутренней поверхности оболочки. Радиус-вектор r0, проведенный из точки О в точку O0, определяет размер и направление смещения между геометрическим центром СО и осью вращения винта. Вычисленные РЗ позволяют найти составляющие смещения O0 относительно О соответственно в направлении осей X и Y (ΔX0 и ΔY0) и, следовательно, направление (ϕ0) вектора r0:

ΔX0=(C4.0-C2.0)/2;

ΔY0=(C1.0-C3.0)/2;

ϕ0=arctg(ΔX0/ΔY0);

В рабочем режиме воздействие рабочих процессов и внешних факторов вызывает дополнительную ДСО, приводит к изменяющемуся во времени смещению осей винта, а также удлинению лопастей под действием изменений температуры воздушного потока и центробежных сил от вращения винта. Удлинение (Δlл) (удлинение лопасти, как и ее длина, предполагаются одинаковыми для всех лопастей винта) зависит от геометрических размеров лопасти и физических свойств (параметров) материала, из которого она сделана (Рг, Рф), температуры среды окружающей винт (θ) и частоты его вращения (ωл).

После обработки измерительной информации в системе регистрируют значения РЗ в рабочем режиме, которые можно представить в виде:

где Δdco1, Δdco2, Δdco3, Δdco4 - деформации СО в точках 1, 2, 3, 4.

Удлинение Δlл определяют с помощью одной из известных моделей вида: Δlл=f(Рг, Рф, θ, ωл), задавая соответствующие значения параметров лопасти Рг, Рф, и используя текущие значения θ и ωл, получаемые в ходе эксперимента (датчики температуры и частоты вращения на чертеже не показаны) [Кузнецов Н.Д., Данильченко В.П., Резник В.Е. Управление радиальными зазорами в турбокомпрессорах авиационных ГТД. - Самара; САИ, 1991. - 108 с.].

Деформации оценивают в соответствии с выражением:

Для любого режима работы ГТД определяют диаметр Dp и его изменения во времени в соответствии с выражением (1). Отклонения Dp от диаметра неработающего двигателя находят в соответствии с выражением: ΔDp-0=Dp-D0

В процессе работы ГТД под действием потоков воздуха, возможны смещения rp центра СО относительно оси вращения винта. Они имеют случайный характер, как в отношении направления, так и размера этого смещения:

Смещения геометрического центра СО относительно оси винта во времени, в процессе испытаний относительно их значений на неработающем двигателе находят в соответствии с выражением:

Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя и смещения геометрического центра статорной оболочки относительно центра вращения винта, заключающийся в том, что с торцами лопастей винта винтовентиляторной силовой установки вводят во взаимодействие кластерный одновитковый вихретоковый преобразователь с группой чувствительных элементов (ЧЭ), размещенных на уровне внутренней поверхности статорной оболочки в зоне взаимодействия электромагнитного поля ЧЭ датчика с торцом лопасти винта, отличающийся тем, что по периметру статорной оболочки устанавливают как минимум четыре кластерных датчика, размещают их симметрично по осям прямоугольной системы координат, направления которых совпадают с направлением наиболее вероятных деформаций статорной оболочки и смещения геометрического центра статорной оболочки относительно центра вращения винта, а центр системы координат совмещают с центром вращения винта; деформацию статорной оболочки в точках размещения кластерных датчиков оценивают в соответствии с выражением: Δdcoi=Ci.p-Ci.o+Δlл, где Δdcoi - деформация статорной оболочки в точке размещения датчика i, Сi.p - радиальный зазор в рабочих условиях в точке i, Ci.o - радиальный зазор в режиме холодной прокрутки в той же точке, Δlл - удлинение лопасти под действием центробежных сил и температуры, которое определяют по известным моделям вида: Δlл=f(Рг, Рф, θ, ωл), задавая соответствующие значения геометрического параметра Рг, физического параметра материала лопасти Рф, а также значения частоты вращения винта ωл и температуры воздушного потока θ, обтекающего лопасти, которые измеряют регулярно в ходе эксперимента; составляющие смещения по осям геометрического центра статорной оболочки относительно центра вращения винта оценивают в соответствии с выражениями:

ΔХ=(Сx.4x.2)/2,

ΔY=(Сy.1y.3)/2,

ϕ=arctg(ΔX/ΔY),

где ΔХ и ΔY составляющие смещения по осям, ϕ - угол, определяющий направление смещения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контролю качества микромеханических устройств, используемых в акселерометрах, гироскопах, датчиках давления. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактного измерения вибраций деталей машин и механизмов, и может быть использовано для бесконтактного измерения зазоров.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля нефтегазопроводов и может быть использовано для определения пространственных координат дефектов, а также для измерения пройденного внутритрубным инспектирующим снарядом-дефектоскопом расстояния.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения радиальных зазоров между торцами лопастей винта и внутренней поверхностью статорной оболочки закапотированной винтовентиляторной установки.

Изобретение относится к устройствам контроля статических и динамических изменений зазора между двумя металлическими объектами. .

Изобретение относится к устройствам контроля статических и динамических изменений зазора между двумя металлическими объектами. .

Изобретение относится к устройствам контроля статических и динамических изменений зазора между двумя металлическими объектами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазора между стационарной и вращающейся компонентами машины (турбины, генератора и т.п.)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток колеса ротора относительно статора турбомашины

Изобретение относится к датчикам перемещения, в частности к перемещениям двух каких-либо объектов относительно друг друга

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля пера

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров
Наверх