Способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы


 


Владельцы патента RU 2474806:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, Минпромторг России (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к области диагностики технического состояния газотурбинных двигателей.

Технический результат - повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их производства, испытаний и эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что за срезом сопла вне двигателя и вне его газодинамической струи, в воздухозаборнике двигателя, а также по тракту двигателя в его компрессоре устанавливают электростатические антенны для регистрации пульсаций электрического поля, создаваемого заряженными частицами (электронами, ионами, микрочастицами), присутствующими в двигательной струе. Определяют величины дисперсии зарегистрированных сигналов и спектральной мощности, определяют характерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленные величины дисперсии и спектральной мощности с заданными эталонными величинами для каждой антенны и при превышении вычисленных дисперсий своих эталонных значений и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе и проводят разделение аномалий на внутридвигательные и аномалии двигателя от внешних источников. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно для повышения эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их испытаний и эксплуатации.

В последние годы широкое развитие получили новые перспективные способы диагностики газотурбинных двигателей. К таким способам относится метод электростатической диагностики состояния газотурбинных двигателей. В основе способа лежит регистрация заряженных частиц (электронов, ионов, микрочастиц) в авиационных двигательных струях и в газодинамическом течении по тракту двигателя. Эти частицы образуются в камере сгорания в процессе горения топливовоздушной смеси, при эрозии и разрушении элементов двигателя или попадают в двигатель извне. Заряженные частицы создают в потоке и окружающем его пространстве нестационарное электростатическое поле, которое регистрируется специальными зондами-антеннами. На основе полученных сигналов можно получить информацию о процессах, происходящих в двигателе, выявить и спрогнозировать аномалии, имеющиеся в нем. Это повышает безопасность эксплуатации авиационной техники, снижает затраты при ее обслуживании и обеспечивает оперативность принятия решений.

Известен способ регистрации неисправностей двигателей, патент США №5552711, НКИ 324/464, от 03.09.1996 г., на основе анализа частот электромагнитного излучения имеющихся в двигательной струе разного вида ионов, возникающих как при горении топливовоздушной смеси в камере сгорания, так и при появлении (и сгорании) в проточной части газотурбинного двигателя металлических частиц, образующихся при эрозии или разрушении элементов двигателя.

Недостатком данного технического решения является то, что данный способ довольно сложен и трудно применим на практике из-за необходимости точного определения частоты излучения регистрируемых ионов разного вида, выявления отличий ионов, возникших при неисправности двигателя от ионов, появляющихся в двигательной струе в результате процессов, происходящих в исправном двигателе. Дополнительной сложностью является необходимость учета влияния магнитного поля земли на результаты измерений.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятому за прототип является способ электростатической диагностики, описанный в патенте РФ на изобретение №2258923, МПК G01N 27/60, опубл. 20.08.2005 г., который описывает способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы при установке одной электростатической антенны за срезом сопла двигателя вне корпуса двигателя и вне его газодинамической струи. В процессе работы сигнал с антенны записывается и анализируется, и на основе установленных критериев делается заключение о наличии или отсутствии отклонений от нормальной работы диагностируемого двигателя в целом.

Недостатком данного способа является то, что одиночная антенна, установленная за срезом сопла двигателя, в ряде случаев не позволяет разделить аномалии на возникшие внутри двигателя и "внесенные" в двигатель извне попадающими на его вход частицами. Также не всегда удается определить место происхождения аномалии внутри двигателя из-за перезарядки или исчезновения (сгорания) частиц в процессе их движения к выходу из двигателя. Это усложняет принятие решения об исправности или неисправности двигателя.

Технической задачей заявляемого способа является повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей при их испытаниях и в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе мультиантенной диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы, заключающемся в том, что регистрируют электрический сигнал от газодинамического потока, текущего по тракту двигателя и реактивной газодинамической струи двигателя с помощью электростатических антенн и по результатам статистической обработки сигнала диагностируют неисправность двигателя, устанавливают несколько электростатических антенн на входе, выходе и по тракту двигателя, регистрируют этими антеннами электрические сигналы от газодинамического потока и реактивной струи двигателя, определяют величины дисперсии зарегистрированных сигналов и спектральной мощности зарегистрированных сигналов, определяют характерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленные дисперсии и спектральной мощности с заданным эталонными величинами для каждой антенны и при превышении вычисленных дисперсий своих эталонных значений и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе и проводят разделение аномалий на внутридвигательные и аномалии двигателя от внешних источников.

За срезом сопла вне двигателя и вне его газодинамической струи, в воздухозаборнике двигателя, а также по тракту двигателя в его компрессоре устанавливают электростатические антенны для регистрации пульсаций электрического поля, создаваемого заряженными частицами (электронами, ионами, микрочастицами), присутствующими в двигательной струе. Контроль исправности двигателя осуществляют проведением статистического анализа зарегистрированного сигнала, вычисляют дисперсии сигналов σij по выборке из N точек регистрируемого сигнала на заданном интервале времени τ и сравнивают вычисленную текущую дисперсию σij с заданной эталонной величиной σi* для каждой антенны. При выходе величины σj из заданного диапазона производят контроль стационарности режима работы двигателя (nВД) и выдается сигнал "Неисправность". Аналогичный анализ проводится со спектральной реализацией зарегистрированных сигналов: на заданном интервале времени τ определяются частоты fij, превышающие заданный уровень fi для каждой антенны. Частоту, на которой произошло превышение, сравнивают с частотами из базы данных аномальных режимов, и в случае совпадения выдается сигнал о наличии определенного типа неисправности. Если в базе данных частота отсутствует, то выдается сигнал "Неисправность". При наличии или отсутствии "аномальных" сигналов с антенн, установленных в компрессоре двигателя и в его воздухозаборнике, делается заключение о природе аномалии: внутридвигательная аномалия или аномалия, вызванная внешними частицами.

На фиг.1 представлена типичная временная развертка сигнала, зарегистрированного с помощью электростатической антенны.

Реализация заявляемого способа мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы осуществляются следующим образом.

1. Выбирают длительность τ выборки, на которой анализируется сигнал. Выбирают количество точек N в выборке (определяет частоту записи сигналов с антенн).

2. Вводят эталонную характеристику дисперсии регистрируемого сигнала для каждой i-й антенны в зависимости от работы двигателя σi этi эт (nВД) и назначают предельный допуск дисперсии сигнала σi для каждой антенны. Вводят зависимость S(f)i∗=S(f)i∗(nВД) - предельное значение спектральной мощности сигнала для каждой антенны в зависимости от режима работы двигателя. Вводят значения характерных частот аномальных режимов (например, вращающийся срыв, помпаж, нестационарное горение и др.) для каждой антенны fij аном. Введению характеристик σI эт, σi, S(f)i∗, fij аном должны предшествовать испытания данного двигателя или двигателя данного типа.

3. На установившимся режиме для текущего nВД на участке длительностью τ обрабатывают N точек электростатического сигнала каждой антенны для вычисления текущего j-го значения дисперсии для i-й антенны σij. Проверяют условие σij≤σi∗.

Если условие для всех антенн выполняется, то следует обработка следующей выборки сигнала для каждой антенны. Если условие не выполняется, то производят контроль изменения режима работы двигателя по параметру nВД (отсутствие переходного режима работы).

4. Если параметр nВД изменился, то производят корректировку параметров σi∗ к новому nВД и обработку следующей выборки сигнала для каждой антенны.

5. Если параметр nВД не изменился, то выдается сигнал "Неисправность", снижение режима и выяснение причины появления аномалии.

6. Одновременно с вычислением дисперсии проводят вычисление спектра по выбранной реализации сигналов антенн и сканирование вычисленных спектров на предмет сравнения величин спектральной мощности Si≤Si∗.

Если условие для всех антенн выполняется, то следует обработка следующей выборки сигнала для каждой антенны. Если условие не выполняется, то производят контроль изменения режима работы двигателя по параметру nВД (отсутствие переходного режима работы).

7. Если параметр nВД изменился, то производят корректировку параметров Si∗ к новому nВД и обработку следующей выборки сигнала для каждой антенны.

8. Если параметр nВД не изменился, то выдается сигнал "Неисправность", снижение режима и выяснение причины появления аномалии. При этом проводится сканирование всего спектра и сравнение частот, на которых произошло превышение Si∗ с частотами fij аном.. В случае совпадения выдается сигнал о конкретном аномальном режиме ("Нестационарное горение" и др.).

9. Если сигнал "Неисправность" выдан по сигналу антенны, расположенной в воздухозаборнике, то аномалия считается "внешней". В противном случае аномалия считается "внутридвигательной".

Здесь:

nВД - частота вращения ротора высокого давления,

τ - длительность выборки, по которой производится расчет,

N - количество точек выборки,

σi эт - эталонное значение дисперсии сигнала исправного двигателя,

σij - текущее значение дисперсии сигнала i-й антенны,

S(f)i∗ - предельное допустимое значение величины спектральной мощности сигнала i-й антенны,

fij аном - значения характерных частот конкретного аномального режима для i-й антенны.

На переходных режимах поведение электростатического сигнала, связанное с ростом до максимального уровня и последующим снижением его амплитуды не следует считать аномальным режимом. В процессе приемистости, как показали исследования, происходит достаточно быстрая перестройка временной развертки и спектра электрического сигнала. Увеличение уровня сигнала до максимального значения происходит при увеличении расхода топлива в основной камере сгорания автоматом приемистости системы автоматического управления двигателем.

Предлагаемый способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на штатных установившихся и неустановившихся режимах его работы позволяет при использовании понизить эксплуатационные расходы и время для проведения диагностики как в ходе предполетной, так и межполетной подготовки двигателя, обеспечивает высокую точность регистрации заряженных частиц в авиационных двигательных реактивных струях, повышая тем самым безопасность его летной эксплуатации.

Способ мультиантенной диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы, заключающийся в том, что регистрируют электрический сигнал от газодинамического потока, текущего по тракту двигателя и реактивной газодинамической струи двигателя с помощью электростатических антенн и по результатам статистической обработки сигнала диагностируют неисправность двигателя, отличающийся тем, что устанавливают несколько электростатических антенн на входе, выходе и по тракту двигателя, регистрируют этими антеннами электрические сигналы от газодинамического потока и реактивной струи двигателя, определяют величины дисперсии зарегистрированных сигналов и спектральной мощности зарегистрированных сигналов, определяют характерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленные величины дисперсии и спектральной мощности с заданными эталонными величинами для каждой антенны и при превышении вычисленных дисперсий своих эталонных значений и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе и проводят разделение аномалий на внутридвигательные и аномалии двигателя от внешних источников.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании выпускного тракта поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к области разработки двигателей, в частности к способам доводки двигателя (ДВС). .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при эксплуатации, контроле, испытании и диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к способу и устройству для диагностики определения рабочего параметра двигателя внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к методам диагностирования дизельных двигателей. .

Изобретение относится к испытаниям и диагностике двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к средствам контроля диска ротора. .
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам испытаний на долговечность новых узлов и агрегатов автотранспортных средств. .

Изобретение относится к устройству для централизованного управления измерениями и данными, относящимися к потокам жидкости и/или газа, необходимым для правильной работы двигателя внутреннего сгорания, управляемого компьютером двигателя, и/или транспортного средства.

Изобретение относится к испытательному устройству для испытания компрессора авиационного двигателя. .

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для определения технического состояния электронной системы управления и элементов двигателей с распределенным впрыском топлива в процессе их изготовления, технического обслуживания и ремонта

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для определения технического состояния электронной системы управления и элементов двигателей с распределенным впрыском топлива в процессе их изготовления, технического обслуживания и ремонта

Изобретение относится к области эксплуатации тепловозного оборудования

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и испытания гидравлического забойного двигателя (ГЗД)

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании датчиков массового расхода воздуха (ДМРВ) на автомобилях, оборудованных микропроцессорной системой управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС)

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности двухконтурных, к контролю технического состояния во время их эксплуатации для принятия решений по их обслуживанию и дальнейшей эксплуатации

Изобретение относится к способам функционального контроля и диагностирования состояния при испытаниях сложных пневмогидравлических объектов, например ракетных двигателей

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и испытания гидравлического забойного двигателя (ГЗД)

Изобретение относится к области машиностроения и используется при обкатке и испытаниях гидравлического забойного двигателя (ГЗД)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к стендам для испытаний главных редукторов вертолетов
Наверх