Способ определения режимов работы газотурбинного двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник

Изобретение относится к области испытаний и эксплуатации газотурбинных двигателей. Техническим результатом является повышение надежности работы подшипника и двигателя в целом, снижение трудоемкости и затратности при реализации способа за счет сохранения неизменной материальной части, расширение области использования способа, включая эксплуатацию двигателей. В способе определения режимов работы газотурбинного двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник, при котором измеряют сигнал с датчика, установленного на опору подшипника, и определяют режимы работы двигателя, предварительно определяют частоту вращения сепаратора подшипника и частоты, кратные ей в целое число раз, не превышающее число тел качения, измеряют динамический сигнал, в спектре которого наблюдают за появлением составляющей на одной из предварительно определенных частот, определяют режимы работы двигателя, соответствующие появлению этой составляющей, и делают их переходными. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение при стендовых испытаниях и эксплуатации газотурбинных двигателей, а также для создания систем диагностики.

Осевая сила воспринимается радиально-упорным подшипником ротора и передается через силовые элементы опоры на корпусные детали двигателя. Величина осевой силы, характер ее изменения от запуска до максимального режима работы двигателя является важным параметром, влияющим на работоспособность подшипника и двигателя в целом. Опасными для работы двигателя являются режимы, на которых осевая сила, действующая на радиально-упорный подшипник, принимает нулевое значение с последующим изменением направления на противоположное. Для обеспечения нормальных условий работы двигателя осевая сила, нагружающая подшипник, должна быть не меньше минимальной. Это условие должно быть выполнено для каждой опоры.

Известны расчетные методики определения осевой силы (Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981. С. 38-47), но из-за невозможности учета всех важных влияющих факторов они имеют недопустимо высокие для практики погрешности и могут дать лишь качественную оценку.

В настоящее время наиболее достоверным и широко используемым является способ прямого измерения осевой силы путем статического тензометрирования.

Наиболее близким является способ определения режимов работы газотурбинного двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник, при котором измеряют сигнал с датчика, установленного на опору подшипника, и определяют режимы работы двигателя (А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. Газотурбинные двигатели. Пермь, ОАО «Авиадвигатель», 2006, С. 166-169, п. 4.1.1.6. - Осевая сила).

В прототипе измеряют статические сигналы с тензорезисторов, размещенных на тензометрических кольцах, установка которых требует доработки опоры и подшипника, т.е. изменения конструкции, что снижает надежность доработанной опоры и неприемлемо для условий эксплуатации двигателя, т.к. с переделанной опорой он сможет работать ограниченное время, кроме того, увеличиваются затраты на реализацию способа.

Для определения режимов работы двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, не требуется определения значений осевой силы в единицах физической величины, а следовательно, не требуется и предварительная дополнительная градуировка - определение зависимости уровня сигналов с датчиков от величины осевой силы.

Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый способ, является повышение надежности работы подшипника и двигателя в целом, снижение трудоемкости и затратности при реализации способа за счет сохранения неизменной материальной части (внесения конструктивных изменений в опору не требуется), расширение области использования способа, включая эксплуатацию двигателей.

Технический результат достигается тем, что в способе определения режимов работы газотурбинного двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник, при котором измеряют сигнал с датчика, установленного на опору подшипника, и определяют режимы работы двигателя, в отличие от известного, предварительно определяют частоту вращения сепаратора подшипника и частоты, кратные ей в целое число раз, не превышающее число тел качения, измеряют динамический сигнал, в спектре которого наблюдают за появлением составляющей на одной из предварительно определенных частот, определяют режимы работы двигателя, соответствующие появлению этой составляющей, и делают их переходными.

Если при наработке двигателя его техническое состояние сохранилось стабильным, то режимы работы, соответствующие появлению в спектре этой составляющей, совпадают с ранее определенными значениями.

Если при наработке двигателя произошли изменения его технического состояния, то режимы работы, соответствующие появлению в спектре этой составляющей, отличаются от ранее определенных значений.

Измеряют динамический сигнал с вибропреобразователя или с тензорезисторов.

Способ поясняется чертежами, на которых изображены:

фиг. 1 - графики изменения осевой силы, определяемой способом прямого измерения, и частоты вращения ротора в процессе испытаний двигателя;

фиг. 2 - спектр динамического сигнала при достижении минимального значения осевой силы при наборе частоты вращения;

фиг. 3 - спектр динамического сигнала при достижении минимального значения осевой силы при снижении режима.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно определяют частоту вращения сепаратора подшипника и частоты кратные ей в целое число раз, не превышающее число тел качения z подшипника, k⋅ƒс, где k=1÷z (Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987. - С. 248).

На опору подшипника без ее доработки устанавливают датчики, например вибропреобразователь или тензорезисторы, с выхода которых регистрируют динамический сигнал. При отсутствии возможности установки датчика непосредственно на опору допускается его установка на силовой корпус вблизи подшипника, в плоскости опоры, однако в этом случае выделение полезного сигнала может быть затруднено наличием в спектре большого количества посторонних составляющих и ухудшения отношения сигнал/шум.

Измеряют динамический сигнал с датчика. Выполняют в спектре динамического сигнала поиск дискретной (не размытой по частоте), составляющей на одной из предварительно определенных частот. Размытость составляющей на частоте, близкой к сепараторной, свидетельствует о ее газодинамическом, а не механическом происхождении. Определяют режимы работы двигателя, соответствующие появлению этой составляющей.

Найденные режимы соответствуют минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник. С целью недопущения повреждения подшипника и двигателя в целом их делают переходными без стабилизации и измерения контрольных точек.

При наработке двигателя продолжают следить за появлением в спектре ранее определенной составляющей.

Если при наработке двигателя не произошли изменения его технического состояния, то режимы работы, соответствующие появлению в спектре этой составляющей, не отличаются от ранее определенных значений.

Если при наработке двигателя произошли изменения его технического состояния (износ деталей, изменение зазоров и пр.), то режимы работы, соответствующие появлению в спектре этой составляющей, отличаются от ранее определенных значений.

При обработке вибрации на результат определения составляющих на частоте вращения сепаратора подшипника и кратных от нее оказывают влияние резонансные характеристики корпуса в месте постановки датчика, что требует отбраковки единичных выбросов из массива полученных значений и учета резонансной характеристики корпуса в месте постановки датчика с целью корректировки амплитуд, составляющих на частоте k⋅ƒc.

Способ был реализован при стендовых испытаниях газотурбинного двигателя. Двигатель был препарирован датчиками вибрации МВ-44. Для сравнения полученных результатов с прототипом (способом прямого измерения с помощью статического тензометрирования) двигатель был препарирован тензодатчиками, наклеенными на тензометрические кольца. Информацию с датчиков регистрировали синхронно.

Предварительно определили частоту вращения сепаратора ƒc подшипника и кратные ей частоты по формуле

где ƒр - частота вращения ротора, Гц;

d - диаметр тела качения, мм;

D0 - диаметр окружностей центров тел качения, мм;

ϕ - угол контакта шариков по беговой дорожке, °;

k=1÷z;

z - число тел качения подшипника.

По результатам расчета частота вращения сепаратора подшипника составила по отношению к частоте вращения ротора: ƒc=0,4⋅ƒp.

В процессе испытаний при изменении направления осевой силы на противоположное были определены режимы работы двигателя способом прямого измерения (фиг. 1) и предлагаемым способом (фиг. 2, фиг. 3).

В способе прямого измерения (прототип) изменение направления осевой силы на противоположное при повышении режима зафиксировано в момент времени t1 на измеренной частоте вращения ротора n1=10150 об/мин, а при снижении режима в момент времени t2 на n2=11650 об/мин (фиг. 1).

На фиг. 2, фиг. 3 показаны зависимости амплитуды (в вольтах) динамического сигнала от частоты.

По предлагаемому способу в спектре вибрации осуществляли поиск составляющей на частоте вращения сепаратора подшипника и кратных ей. При наборе частоты вращения в момент времени t1 (фиг. 2) зафиксирована составляющая на частоте вращения сепаратора подшипника ƒc=65 Гц (k=1), которой соответствовала частота вращения ротора ƒр=165 Гц (9900 об/мин). При снижении частоты вращения в момент времени t2 (фиг. 3) эта составляющая зафиксирована на частоте ƒс=75,5 Гц, которой соответствовала частота вращения ротора ƒр=189 Гц (11315 об/мин). Эти режимы работы двигателя соответствуют минимальным значениям осевой силы, действующей на подшипник. Для снижения риска повреждения деталей двигателя найденные режимы сделали переходными.

Расхождение результатов, полученных предлагаемым способом, по сравнению с прототипом (способом прямого измерения) не превышает 3%.

В связи с тем, что в процессе наработки двигателя происходит износ деталей и узлов, изменяются радиальные зазоры, изменяется и осевая сила, действующая на подшипник, то ее необходимо контролировать.

При наработке двигателя следили за появлением в спектре ранее определенной составляющей.

При повышении режима зафиксирована составляющая на частоте вращения сепаратора подшипника ƒc=99 Гц, которой соответствовала частота вращения ротора ƒр=247,5 Гц (14850 об/мин). При снижении частоты вращения эта составляющая зафиксирована на частоте ƒс=113,4 Гц, которой соответствовала частота вращения ротора ƒр=283,5 Гц (17010 об/мин).

В связи с тем что при наработке двигателя режимы работы, соответствующие появлению составляющей в спектре на частоте ƒc, отличались от ранее определенных значений, то остановили его работу для анализа результатов, выполнения визуального и бороскопического осмотров.

Способ позволяет определить опасные режимы работы газотурбинного двигателя, соответствующие минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный шарикоподшипник, без внесения изменений в конструкцию опоры, что повышает надежность работы двигателя в целом без увеличения затрат на реализацию способа и расширяет область его использования, включая эксплуатацию.

1. Способ определения режимов работы газотурбинного двигателя, соответствующих минимальным значениям осевой силы, действующей на радиально-упорный подшипник, при котором измеряют сигнал с датчика, установленного на опоре подшипника, и определяют режимы работы двигателя, отличающийся тем, что предварительно определяют частоту вращения сепаратора подшипника и частоты, кратные ей в целое число раз, не превышающее число тел качения, измеряют динамический сигнал, в спектре которого наблюдают за появлением составляющей на одной из предварительно определенных частот, определяют режимы работы двигателя, соответствующие появлению этой составляющей, и делают их переходными.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если при наработке двигателя его техническое состояние сохранилось стабильным, то режимы работы, соответствующие появлению в спектре этой составляющей, совпадают с ранее определенными значениями.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что если при наработке двигателя произошли изменения его технического состояния, то режимы работы, соответствующие появлению в спектре этой составляющей, отличаются от ранее определенных значений.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют динамический сигнал с вибропреобразователя или тензорезисторов.



 

Похожие патенты:

Способ повышения эффективности диагностики развития трещины в диске работающего авиационного газотурбинного двигателя, который реализуется совместным анализом интегрального вибросигнала, регистрируемого на корпусе двигателя из-за импульсного высвобождения энергии при ступенчатом развитии трещины при выходе двигателя на максимальные обороты в рабочем цикле, и составляющих спектра вибрации, зарегистрированных одновременно с интегральным вибросигналом.

Изобретение относится к области оборудования для проведения испытаний и может быть использовано для проведения приемосдаточных и других испытаний газотурбинных двигателей различного назначения.
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно, к способам испытаний газотурбинных двигателей. Способ испытания авиационного газотурбинного двигателя, включающий приработку деталей и узлов на стационарных и переходных режимах в процессе предъявительских испытаний двигателя.

Изобретение относится к способам испытаний турбореактивных двигателей (ТРД) и может быть использовано при испытаниях стационарных газотурбинных двигателей. В способе приведение параметров к стандартным атмосферным условиям производят с учетом влажности атмосферного воздуха, при этом предварительно проводят испытания двигателя при различной влажности атмосферного воздуха, измеряют параметры двигателя при различной влажности атмосферного воздуха, вычисляют поправочные коэффициенты к измеренным параметрам в зависимости от влажности атмосферного воздуха, а при приведении параметров к стандартным атмосферным условиям умножают приведенные значения параметров на коэффициенты, учитывающие отклонение влажности атмосферного воздуха от стандартного.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, авиа-, двигателестроении и других областях. В качестве датчиков звукового давления используется ряд технических микрофонов с узкой диаграммой направленности, установленных в заданном секторе исследуемой детали.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для температурных испытаний авиационной техники. Стенд для температурных испытаний содержит устройство нагрева рабочей среды, основание, размещенные на нем камеру для испытуемого изделия, трубопровод и защитное устройство в виде компенсатора температурного расширения трубопровода.

Способ эксплуатации предназначен для использования в управлении периодичностью профилактического технического обслуживания объектов. Способ включает определение начальной периодичности технического обслуживания объекта по наработке и допустимой интенсивности отказов по отношению к наработке, проведение технического обслуживания по наработке и фиксацию величины интенсивности отказов до обслуживания, сравнение величины интенсивности отказов с допустимой и, при ее величине больше допустимой, проведение очередного обслуживания при наработке объекта, пропорциональной отношению допустимой интенсивности отказов к фиксированной.

Изобретение относится к области турбостроения, а именно - к испытаниям газогенераторов турбореактивных двухконтурных двигателей на стенде. Стенд для испытания газогенераторов турбореактивных двухконтурных двигателей имеет воздуховод с установленными по тракту заслонками и турбореактивный двухконтурный двигатель.

Изобретение относится к энергетике. Система тестирования показателя работы паровой турбины включает по меньшей мере одно компьютерное устройство, включающее нейронную сеть, сформированную с использованием динамической термодинамической модели паровой турбины и предварительных данных, собранных от паровой турбины; устройство тестирования сети для тестирования упомянутой нейронной сети с использованием данных тестирования; вычислитель текущего показателя работы для вычисления текущего показателя работы упомянутой паровой турбины на основе эксплуатационных данных паровой турбины; и вычислитель прогнозируемого показателя работы для вычисления прогнозируемого показателя работы паровой турбины на основе текущего показателя работы.

Объектом изобретения является устройство моделирования попадания скоплений льда в двигатель, содержащее главную емкость, образующую полость для топлива и соединенную с входом двигателя через трубопровод, систему впрыска, содержащую орган впрыска, расположенный в трубопроводе, вспомогательную емкость, образующую полость для топлива и соединенную с системой впрыска через орган выбора, и бак, соединенный, с одной стороны, с водяным резервом и, с другой стороны, с системой впрыска через орган выбора, в котором орган выбора выполнен с возможностью избирательного установления сообщения между системой впрыска и вспомогательной емкостью или баком с целью впрыска в двигатель определенного количества воды.

Изобретение относится к технике отбора образцов проб воздуха, отбираемых от компрессора авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) для исследования степени загрязнения воздуха продуктами, поступающими вместе с воздухом в систему кондиционирования воздуха (СКВ), а также определения состава вредных примесей, опасных концентраций в воздухе газов и паров. Устройство содержит диффузор с внутренним соплом, ориентированным по направлению потока отбираемого от газотурбинного двигателя воздуха, тройник, электромагнитные клапаны, пробоотборники с встроенными концентраторами и вакуумированные емкости. Сопло диффузора выполнено с одним внутренним выходом, соединенным с плоским тройником, находящимся в одной плоскости с диффузором. Электромагнитные клапаны установлены непосредственно на входные патрубки пробоотборников таким образом, что входной патрубок соответствующего пробоотборника для уменьшения потерь компонентов пробы ввинчен в переходник, закрепленный в корпусе электромагнитного клапана и зафиксирован на выходе к корпусу клапана контргайкой. Внутренний выход переходника выполнен переходящим в седловину для установки электромагнитного клапана непосредственно на входной патрубок соответствующего пробоотборника, а вход контактирует с поршнем клапана, взаимосвязанным с электромагнитом. Корпус электромагнитного клапана выполнен в виде расширительной камеры, в торцах которой установлены подводящее отбираемый воздух от двигателя расширительное сопло и в противоположной стороне корпуса выходной патрубок для сброса избытка воздуха через жиклер. При этом его проходное сечение выполнено с возможностью регулирования температуры внутри расширительной камеры во избежание конденсации примесей в ней. Электромагнитный клапан, установленный на поверхности расширительной камеры, выполнен с возможностью открывать во время отбора воздуха и перекрывать поршнем с резиновым клапаном пробоотборник после отбора воздуха при летных испытаниях авиационных газотурбинных двигателей. Обеспечивается уменьшение габаритов устройства без ухудшения его метрологических характеристик для возможности установки на летающую лабораторию и снижение погрешности измерения концентраций примесей в воздухе ГТД, отбираемого на нужды СКВ летательного аппарата, за счет уменьшения фонового загрязнения. 1 ил.
Изобретение относится к области испытания и регулировки топливной аппаратуры дизельных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ контроля технического состояния дизельной топливной аппаратуры, заключающийся в том, что обеспечивают при стендовых испытаниях дизельной топливной аппаратуры сначала постоянный, а затем переменный характер изменения скорости вращения приводного вала топливного насоса (ТНВД). Скорость вращения приводного вала ТНВД изменяют по гармоническому закону, не нарушая связи исполнительного механизма регулятора частоты вращения с рейкой ТНВД. Измеряют величины цикловой подачи топлива, полученные за заданное количество циклов при постоянном и переменном характере изменения скорости вращения приводного вала ТНВД. По результатам сравнения разности этих величин оценивают техническое состояние испытываемой дизельной топливной аппаратуры. Изобретение позволяет повысить достоверность оценки технического состояния топливной аппаратуры дизельных ДВС.

Изобретение относится к области стендовых испытаний поршневых двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для определения индикаторной мощности многоцилиндровых двигателей. Способ определения индикаторной мощности при стендовых испытаниях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, заключающийся в том, что при работе на заданном режиме определяют эффективную мощность двигателя Ne при всех работающих цилиндрах, затем определяют эффективную мощность двигателя Ne' при работе двигателя на части цилиндров, и по разнице Ne - Ne' определяют величину индикаторной мощности, при этом при работе на заданном режиме для определения эффективной мощности двигателя Ne при всех работающих цилиндрах дополнительно измеряют давление воздуха перед компрессором, давление отработавших газов после турбины, расход воздуха двигателем и давление наддувочного воздуха, при работе двигателя на части цилиндров для определения эффективной мощности двигателя Ne' дополнительно измеряют те же параметры, затем переходят на заданный режим работы двигателя со всеми включенными цилиндрами и изменяют значения давления воздуха перед компрессором и давление отработавших газов после турбины до совпадения значений расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на всех цилиндрах со значениями расхода воздуха двигателем и давления наддувочного воздуха при работе двигателя на части цилиндров, и с учетом этого определяют значение эффективной мощности, которое используют для расчета индикаторной мощности. 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров систем двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано для диагностирования двигателей внутреннего сгорания. Технический результат направлен на расширение числа диагностируемых параметров систем двигателя. Технический результат достигается тем, что в анализатор работы систем двигателя внутреннего сгорания дополнительно введены трансформатор с двумя вторичными обмотками и осциллографическое устройство, причем первичная обмотка трансформатора соединена с выходом генератора синусоидального напряжения, одна вторичная обмотка соединена с входами обмотки возбуждения диагностируемого генератора, а вторая - с входом развертки осциллографического устройства, сигнальный вход осциллографического устройства соединен с выходом диагностируемого генератора. 3 ил.
Наверх