Способ диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя при эксплуатации

Изобретение относится к области измерительной техники, к испытаниям, доводке, диагностике и эксплуатации реактивных двигателей, а конкретно к способам диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя по газодинамическим параметрам потока. Диагностику технического состояния проводят при одной и той же, выбранной из рабочего диапазона приведенной частоте вращения ротора низкого давления, по приведенным к стандартным атмосферным условиям отклонениям текущих значений параметров от исходных. Приводятся зависимости, по которым определяют вышеуказанные отклонения. При этом отрицательные значения свидетельствуют о загрязнении газовоздушного тракта двигателя или утечках воздуха из тракта компрессора низкого давления, а положительные значения свидетельствуют об ухудшении КПД компрессора низкого давления и/или компрессора высокого давления, и/или турбины высокого давления, и/или турбины низкого давления, причем положительные значения и отрицательное значение свидетельствуют об отборе воздуха из тракта компрессора высокого давления. Технический результат - повышение точности и достоверности при диагностике состояния элементов проточной части двигателя и определение конкретного дефекта и его местонахождения. 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, к испытаниям, доводке, диагностике и эксплуатации реактивных двигателей, а конкретно к способам диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя по газодинамическим параметрам потока.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя при эксплуатации, включающий измерение параметров, характеризующих среду и режим работы двигателя, фиксирование исходных значений газодинамических параметров потока в сравнительном бездефектном газотурбинном двигателе до выработки им ресурса на установившихся режимах работы в начале эксплуатации, измерение полей газодинамических параметров потока двигателя, находящегося в процессе эксплуатации, и сравнение их с полями газодинамических параметров потока на тех же режимах работы, определение по отклонениям газодинамических параметров потока и тяги и определение технического состояния, типов конкретных дефектов и их местонахождения в диагностируемом двигателе /RU 2 118 810 МПК G01M 15/00 Опубликовано: 10.09.1998/.

Данный способ можно использовать для диагностики технического состояния газотурбинного двигателя по газодинамическим параметрам потоков газа измеренных за соплом двигателя. Недостатком способа является сложность измерений, связанная с ориентацией гребенки датчиков за соплом, значительные затраты и недостаточная точность диагностики технического состояния отдельных элементов проточной части газотурбинного двигателя по определению конкретного дефекта и его местонахождения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности при диагностике состояния элементов проточной части газотурбинного двигателя и определении конкретного дефекта и его местонахождения.

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя при эксплуатации, включающем измерение параметров, характеризующих среду и режим работы двигателя, измерение исходных значений газодинамических параметров потока в сравнительном бездефектном газотурбинном двигателе до выработки им ресурса на установившихся режимах работы в начале эксплуатации, измерение полей газодинамических параметров потока двигателя, находящегося в процессе эксплуатации, и сравнение их с полями газодинамических параметров потока на тех же режимах работы, определение по отклонениям газодинамических параметров потока и тяги и определение технического состояния, типов конкретных дефектов и их местонахождения в диагностируемом двигателе, по предложению, диагностику технического состояния проводят при одной и той же выбранной из рабочего диапазона приведенной частоте вращения ротора низкого давления, по приведенным к стандартным атмосферным условиям отклонениям текущих значений параметров от исходных, определяемым по зависимостям:

где:

- степень изменения расхода топлива;

- степень изменения температуры газа за турбиной;

- степень изменения давление воздуха за компрессором;

Gт пр тех - приведенный расход топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, текущий;

Gт пр исх - приведенный, расход топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, исходный;

- приведенная полная температура газа за турбиной, текущая;

- приведенная полная температура газа за турбиной, исходная;

Pк пр тек - приведенное давление воздуха за компрессором, текущее;

Pк пр исх - приведенное давление воздуха за компрессором, исходное, при этом отрицательные значения свидетельствуют о загрязнении газовоздушного тракта двигателя или утечках воздуха из тракта компрессора низкого давления, а положительные значения свидетельствуют об ухудшении КПД компрессора низкого давления и/или компрессора высокого давления, и/или турбины высокого давления, и/или турбины низкого давления, причем положительные значения и отрицательное значение свидетельствуют об отборе воздуха из тракта компрессора высокого давления.

Предложенный способ диагностики предполагает измерение и использование для диагностики информации о состоянии двигателя, газодинамических параметров потока внутри проточной части газотурбинного двигателя и информации об окружающей двигатель среде.

В качестве параметров, характеризующих среду и режим работы двигателя, приняты: температура воздуха на входе в двигатель - Твх, барометрическое давление - Рбар, полная температура газа за турбиной - Т4*, давление воздуха за компрессором - Рк, частота вращения ротора низкого давления - nl, расход топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, - GT. Принятые параметры приводят к стандартным атмосферным условиям, а контроль технического состояния проводят при одном и том же выбранном значении приведенной частоты вращения ротора низкого давления - nlпр, по рассчитанным по параметрам зависимостям (приведенным выше), характеризующим: - степень изменения расхода топлива; - степень изменения температуры газа за турбиной; - степень изменения давление воздуха за компрессором за период эксплуатации двигателя от начала. При этом о загрязнении газовоздушного тракта двигателя или утечках воздуха из тракта компрессора низкого давления, об ухудшении КПД компрессора низкого давления и/или компрессора высокого давления, и/или турбины высокого давления, и/или турбины низкого давления и об отборе воздуха из тракта компрессора высокого давления судят по положительным или отрицательным значениям степеней изменения параметров .

На чертеже представлена схема мест измерения параметров на двухконтурном газотурбинном двигателе и связанного с ним устройства для обработки информации.

Двухконтурный газотурбинный двигатель 1 имеет проточный контур газовой смеси 2, вал ротора низкого давления 3 и места расположения датчиков для измерения параметров: замера температуры воздуха на входе в двигатель - Твх, барометрического давления - Рбар, полной температуры газа за турбиной - Т4*, давления воздуха за компрессором - Рк, и частоты вращения ротора низкого давления - nl. Для измерения расхода топлива, подаваемого в камеру сгорания, использован штатный датчик двигателя - GT. Установка снабжена автоматической системой записи показаний датчиков, содержит коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, ЭВМ 6, дисплей 7 и принтер 8. Датчики для измерения параметров по измерительным линиям D1…Dn соединены с коммутатором 4, аналого-цифровым преобразователем 5 и ЭВМ 6.

Диагностику технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя осуществляли следующим образом.

На бездефектном двухконтурном газотурбинном двигателе до выработки им ресурса на установившихся режимах работы в местах расположения датчиков для измерения параметров одновременно проводили замеры: температуры воздуха на входе в двигатель - Твх, барометрического давления - Рбар, полной температуры газа за турбиной - Т4*, давления воздуха за компрессором - РК;, частоты вращения ротора низкого давления - nl. Сигнал с датчиков по линиям D1…Dn поступал на коммутатор 4, откуда через аналого-цифровой преобразователь 5 в ЭВМ 6. В ЭВМ 6 производился перерасчет показателей датчиков на стандартные условия, создавался банк данных, которые соответствуют бездефектному состоянию элементов проточной части двигателя.

Рассчитывали тягу двигателя соответственно на каждом режиме работы. Через заданное время эксплуатации двигателя при частоте вращения ротора низкого давления - nl, величина которой соответствует исходной в начале эксплуатации, повторяли замеры показателей датчиков и производили перерасчет показателей датчиков на стандартные условия. Если частота вращения ротора низкого давления - nl через заданное время эксплуатации двигателя не соответствовала начальной частоте, то перед началом замеров двигатель специально регулировался. Полученные данные с помощью ЭВМ систематизировались в банк данных, и производился расчет степеней изменения параметров , по формулам приведенным выше. Рассчитывали значение тяги через заданное время эксплуатации двигателя. Сравнивали значение тяги и степени изменения параметров с их допустимыми базовыми значениями. При наличии отклонений степеней изменения параметров и тяги диагностируемого двигателя от базовых, принимали, что отрицательные значения свидетельствуют о загрязнении газовоздушного тракта двигателя или утечках воздуха из тракта компрессора низкого давления, а положительные значения свидетельствуют об ухудшении КПД компрессора низкого давления и/или компрессора высокого давления, и/или турбины высокого давления, и/или турбины низкого давления, причем положительные значения и отрицательное значение свидетельствуют об отборе воздуха из тракта компрессора высокого давления. В таблице 1 приведены результаты измерения параметров, характеризующих среду и режим работы двигателя, полученные в результате диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя АЛ 31СТ. Приведены зафиксированные исходные значений параметров, а также параметров при различных сроках от начала его эксплуатации. В таблице 2 приведены расчеты степеней изменения параметров и сведения о состоянии двигателя, полученные в результате сравнения с их допустимыми значениями отклонений и с учетом условий, предложенных в техническом решении.

Таким образом, осуществляется качественная и надежная диагностика технического состояния двигателей, повышаются точность и достоверность оценки состояния элементов проточной части газотурбинного двигателя, повышается точность определения вида конкретного дефекта и его местонахождения, расширяется сфера применений способа, который можно осуществить как на стенде при испытании новых двигателей, так и в аэродромных условиях для определения дефектов двигателей, находящихся в эксплуатации.

*) - nlпр=87% - приведенная частота вращения ротора низкого давления.

Способ диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя при эксплуатации, включающий измерение параметров, характеризующих среду и режим работы двигателя, измерение исходных значений газодинамических параметров потока в сравнительном бездефектном газотурбинном двигателе до выработки им ресурса на установившихся режимах работы в начале эксплуатации, измерение полей газодинамических параметров потока двигателя, находящегося в процессе эксплуатации, и сравнение их с полями газодинамических параметров потока на тех же режимах работы, определение по отклонениям газодинамических параметров потока и тяги и определение технического состояния, типов конкретных дефектов и их местонахождения в диагностируемом двигателе, отличающийся тем, что диагностику технического состояния проводят при одной и той же выбранной из рабочего диапазона приведенной частоте вращения ротора низкого давления, по приведенным к стандартным атмосферным условиям отклонениям текущих значений параметров от исходных, определяемым по зависимостям:

где:

- степень изменения расхода топлива;

- степень изменения температуры газа за турбиной;

- степень изменения давление воздуха за компрессором;

- приведенный расход топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, текущий;

- приведенный расход топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя, исходный;

- приведенная полная температура газа за турбиной, текущая;

- приведенная полная температура газа за турбиной, исходная;

- приведенное давление воздуха за компрессором, текущее;

- приведенное давление воздуха за компрессором, исходное, при этом отрицательные значения свидетельствуют о загрязнении газовоздушного тракта двигателя или утечках воздуха из тракта компрессора низкого давления, а положительные значения свидетельствуют об ухудшении КПД компрессора низкого давления и/или компрессора высокого давления, и/или турбины высокого давления, и/или турбины низкого давления, причем положительные значения и отрицательное значение свидетельствуют об отборе воздуха из тракта компрессора высокого давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к стендовым испытаниям узлов транспортных средств. Предложена автоматизированная система управления нагружающим устройством для стендовых испытаний автомобильных энергетических установок, в которой устройство имитации колеса содержит блок модели привода, который в реальном автомобиле связывает вал испытываемого силового агрегата энергоустановки с колесами, и интегрирующее звено, постоянная времени которого равна моменту инерции имитируемого колеса и коэффициент усиления равен радиусу имитируемого колеса.

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

Стенд для «холодной» обкатки турбокомпрессоров энергетических установок включает источник подачи газа, напорный и выпускной воздуховоды, соединенные с рабочей камерой турбины, датчик частоты вращения и цифровой указатель оборотов, блок управления источником подачи газа.

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами.

Изобретение относится к области стендовых испытаний деталей и корпусов турбомашин, в частности авиационного двигателестроения, а именно к конструкции стендовых силовых рам для статических и циклических испытаний.

Изобретение относится к области управления работой двигателя внутреннего сгорания, в частности к диагностике неисправности датчиков влажности. Способ диагностики для емкостного датчика влажности, содержащего нагреватель и элемент считывания емкости, который по отдельности идентифицирует ухудшение характеристик нагревателя, элемента считывания температуры или элемента считывания емкости.

Предложены способы и системы диагностирования каждого из множества компонентов системы охлаждения двигателя, включающих в себя различные клапаны и заслонки решетки радиатора.

Способ испытания заключается в задании режима работы гидромеханической части (ГМЧ) САУ ВГТД, измерении расхода топлива, формировании по нему с помощью модели турбокомпрессора частоты вращения рессоры всережимного регулятора, формировании с помощью модели электронного регулятора выходного сигнала канала регулирования по частоте вращения, задании с помощью модели приводного компрессора нагрузки на электрогидравлическом исполнительном механизме и/или на имитаторе гидроцилиндра, формировании выходного сигнала канала регулирования электронного регулятора по направляющему аппарату, задании нагрузки на ГМЧ, воспроизведении ее с помощью загрузочного устройства, дополнительной корректировки выходных сигналов моделей канала регулирования электронного регулятора по регулируемому параметру и по углу поворота направляющего аппарата до достижения ими заданных значений.

Настоящее изобретение относится к системе обнаружения пропуска зажигания, используемой в двигателе внутреннего сгорания. Система обнаружения пропуска зажигания для двигателя включает в себя датчик угла поворота коленчатого вала, блок обнаружения пропуска зажигания, блок получения и блок коррекции.

Устройство диагностики технического состояния электродвигателя подвижного роботизированного комплекса относится к области диагностики технических систем и может быть использовано для диагностирования промышленного оборудования и технических систем, к которым могут быть отнесены подшипники электродвигателей, ленточные конвейеры, промышленные вентиляторы и т.п.

Изобретение относится к области измерительной техники, к испытаниям, доводке и эксплуатации всех типов газотурбинных двигателей (ГТД), к способам доставки измерительного элемента в заданную позицию при замерах параметров газового потока, к проведению инженерных и сертификационных испытаний ГТД, к верификации расчетных моделей узлов двигателей. В данном способе дополнительно применяют систему отслеживания смещения ГТД, применяют систему отслеживания отклонения фактической позиции ПР от заданной, измеряют в режиме реального времени фактическое смещение ГТД, отклонение фактической позиции ПР от заданной, затем вычисляют фактическое положение измерительного элемента относительно ГТД, сравнивают вычисленное фактическое значение с позицией ПР в соответствии с управляющей программой, передают в ПР необходимое значение коррекции для перемещения измерительного элемента в заданную позицию относительно ГТД. Кроме того, дополнительно применяют систему отслеживания деформации гребенки, измеряют фактическую деформацию гребенки в режиме реального времени и сравнивают фактическую позицию измерительного элемента, с учетом измеренной фактической деформации гребенки, с заданной. Кроме того, дополнительно после перемещения измерительного элемента в заданную позицию относительно ГТД повторно оценивают отклонение фактической позиции измерительного элемента от заданной и в случае необходимости повторно корректируют положение ПР. Технический результат изобретения – обеспечение доставки измерительного элемента в заданную позицию относительно ГТД в режиме реального времени. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области испытаний авиационных двигателей, в частности к созданию на стендах условий для подготовки испытаний авиационного двигателя по оценке достаточности запасов газодинамической устойчивости. При испытании двигателя обеспечивают дозвуковое течение потока в незатененной области интерцептора, для чего определяют оптимальное расстояние от интерцептора до входного сечения двигателя последовательной установкой интерцептора от входного сечения двигателя на расстояние от 2 до 4 диаметров подводящего коллектора. При последовательной установке измеряют значение комплексного показателя неравномерности W, определяют достижение границы преждевременного помпажа путем обнаружения границы появления сверхзвукового течения потока в незатененной области интерцептора и определяют расстояние между интерцептором и входным сечением двигателя, обеспечивающее возможность измерения реального значения комплексного показателя неравномерности W. Достигается улучшение определения точности (достоверности) значений показателя достаточности запаса газодинамической устойчивости авиационного двигателя. 4 ил.

Изобретение относится к системе судового энергетического оборудования, в частности к способам анализа отработавших газов. Технический результат заключается в возможности определения оптимального режима нагрузки дизеля и контроля процесса горения топлива на основе полученных параметров, а именно размеров твердых частиц отработавших газов дизеля. Предложенный способ обеспечивает контроль процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле с помощью анализа пробы отработавших газов в коллекторе отработавших газов судового дизеля. Получают параметры твердых частиц в отработавших газах дизеля на различных режимах эксплуатации и принимают решения по оценке технического состояния дизеля. Предложенный способ может быть применен при эксплуатации судна. Использование предлагаемого изобретения позволяет контролировать техническое состояние в зависимости от абразивного износа дизеля в эксплуатации на тяжелом топливе, в результате повышаются технико-экономические и экологические показатели судовой дизельной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к датчику отработавших газов в моторном транспортном средстве. Предложен способ для контроля датчика отработавших газов, присоединенного на выпуске двигателя. В одном из вариантов осуществления способ содержит указание ухудшения характеристик датчика отработавших газов на основе временной задержки и линейного отрезка каждого замера из набора реакций датчика отработавших газов, собранных во время входа в или выхода из перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Таким образом, датчик отработавших газов может контролироваться с использованием надежных параметров неагрессивным образом. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к измерительным устройствам, в частности к устройствам диагностики технического состояния подшипниковых опор авиационных газотурбинных двигателей. Устройство для измерения акустического сигнала от деталей турбомашины содержит трубчатый полый корпус, установленный в газовоздушном тракте турбомашины, микрофон, установленный в трубчатом полом корпусе и зафиксированный от смещения относительно продольной оси последнего. Причём со стороны измерительной части микрофона канал трубчатого полого корпуса перекрывает торцевая перфорированная крышка, жестко закрепленная относительно последнего. При этом между микрофоном и торцевой перфорированной крышкой образована полость, заполненная звукопоглощающим материалом. Кроме того, трубчатый полый корпус соединен с наружным корпусом турбомашины посредством фиксирующего элемента. Изобретение позволяет повысить амплитуду полезного акустического сигнала, а также позволяет исключить изменение его параметров за счет установки устройства непосредственно вблизи от объекта диагностирования, что приводит к улучшению качество сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к системам двигателя с датчиком влажности. Представлены способы и системы эксплуатации двигателя с емкостным датчиком влажности. В одном из вариантов осуществляют контроль за изменениями датчика давления и влажности с одновременным направлением газов в воздухозаборник двигателя ниже по потоку от датчика влажности и выше по потоку от компрессора, в случае, если контролируемые изменения датчика давления и влажности меньше соответствующих пороговых значений, осуществляют интрузивное регулирование давления в воздухозаборнике и выполняют индикацию ухудшения работы датчика влажности, когда показания влажности изменяются на величину, которая меньше первого порогового значения, а давление на датчике изменяется на величину, которая больше второго порогового значения. Техническим результатом является повышение точности показаний датчика влажности. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к двигателям транспортных средств. В способе управления двигателем определяют, образовался ли лед во впускном коллекторе или корпусе дросселя двигателя, в ответ на рабочие параметры двигателя. Затем глушат двигатель в ответ на действие водителя. Определяют, растопился ли лед после глушения двигателя. Определяют, рассеялся ли растопленный лед. Активируют диагностику пропусков зажигания в двигателе после запуска двигателя в ответ на определение о рассеянном растопленном льде. Кроме наличия льда, определяют также его количество. Повышается точность диагностики пропусков зажигания. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области диагностики, а именно к способам оценки технического состояния роторного оборудования, и может быть использовано при определении дефектных узлов и деталей, оценке долговечности оборудования. Для реализации способа на роторное оборудование устанавливаются датчики вибрации в ключевых точках оборудования, которыми могут быть: подшипниковые узлы, корпус оборудования, точки крепления оборудования к фундаменту и другие. Далее устанавливаются тензометрические датчики в ключевых точках оборудования. Информация с датчиков вибрации обрабатывается в режиме реального времени с получением частотного спектра вибрации. Информация с тензометрических датчиков обрабатывается в режиме реального времени с получением частотного спектра по нагрузкам. Анализ данных частотного спектра тензометрических датчиков в совокупности с данными частотного спектра датчиков вибрации дает более полную диагностирующую информативность, и это позволяет с большей достоверностью определять техническое состояние оборудования и дефекты узлов. Изобретение направлено на повышение достоверности диагностики технического состояния роторного оборудования.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к способам испытаний турбореактивных двигателей (ТРД). Способ испытания ТРД включает подогрев и наддув воздуха на входе в двигатель. Для двигателя, содержащего топливно-масляный теплообменник, предварительно создают математическую модель двигателя, корректируют ее по результатам испытаний репрезентативного количества от трех до пяти двигателей, по математической модели определяют расход топлива, подаваемого в теплообменник на заданном режиме при заданных условиях полета, а при испытании двигателя с наддувом и подогревом воздуха на входе в двигатель обеспечивают дополнительную подачу топлива в топливно-масляный теплообменник с расходом, соответствующим имитируемым полетным условиям. Технический результат – обеспечение оптимальных значений температуры и расхода масла при проведении испытаний и повышение достоверности их результатов. 1ил.

Изобретение относится к способу определения частиц сажи в выхлопной струе газотурбинного двигателя (ГТД) в полете. Для осуществления способа измеряют в полете ток нейтрализации с электростатических разрядников самолета электрических зарядов, генерируемых частицами сажи в выхлопной струе газа ГТД, определяют расход газа через сопло двигателя, измеряют значение электризации аэрозолей атмосферы за счет соприкосновения их с поверхностями самолета, определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета, определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «чисел дымности» от среднего значения плотности электрического заряда и влияния аэрозолей атмосферы. Обеспечивается повышение эффективности определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа ГТД при различных метеорологических условиях. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области измерительной техники, к испытаниям, доводке, диагностике и эксплуатации реактивных двигателей, а конкретно к способам диагностики технического состояния двухконтурного газотурбинного двигателя по газодинамическим параметрам потока. Диагностику технического состояния проводят при одной и той же, выбранной из рабочего диапазона приведенной частоте вращения ротора низкого давления, по приведенным к стандартным атмосферным условиям отклонениям текущих значений параметров от исходных. Приводятся зависимости, по которым определяют вышеуказанные отклонения. При этом отрицательные значения свидетельствуют о загрязнении газовоздушного тракта двигателя или утечках воздуха из тракта компрессора низкого давления, а положительные значения свидетельствуют об ухудшении КПД компрессора низкого давления иили компрессора высокого давления, иили турбины высокого давления, иили турбины низкого давления, причем положительные значения и отрицательное значение свидетельствуют об отборе воздуха из тракта компрессора высокого давления. Технический результат - повышение точности и достоверности при диагностике состояния элементов проточной части двигателя и определение конкретного дефекта и его местонахождения. 1 ил., 2 табл.

Наверх