Способ определения периодичности контроля деталей газотурбинных двигателей

Изобретение относится к области эксплуатации и диагностики авиационных газотурбинных двигателей и может найти применение в способах определения периодичности контроля деталей авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью вихретокового метода обнаружения подповерхностных дефектов. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка критерия и методики определения минимально выявляемого дефекта методом неразрушающего контроля, пригодного для применения в эксплуатации, а также обоснованное повышение надежности контроля за счет гарантированного выявления дефекта при эксплуатации изделия по техническому состоянию до разрушения контролируемой детали, увеличение потребительских качеств двигателя за счет снижения затрат на эксплуатационные расходы путем назначения максимально возможной периодичности контроля. В качестве метода неразрушающего контроля используют вихретоковый метод, при этом в способе до начала исследования детали с надрезом осуществляют выбор параметров вихретокового преобразователя, для этого сначала изготавливают плоские образцы с различным размером подповерхностных трещин, причем толщина плоского образца должна быть не более толщины исследуемой детали в зоне контакта, исследуют плоские образцы вихретоковым преобразователем с различной частотой, определяют частоту вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала к сигналу от помех более двух, и определяют максимальную глубину залегания подповерхностной трещины, на которой обеспечено ее выявление, далее сканируют деталь с надрезом вихретоковым преобразователем с различной формой контактной поверхности вихретокового преобразователя, выбирают форму вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания, по ускоренному и эксплуатационному циклам нагружают деталь с надрезом, и определяют зависимость размера трещины от количества циклов нагружения детали с надрезом, а затем устанавливают периодичность контроля. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области эксплуатации и диагностики авиационных газотурбинных двигателей и может найти применение в способах определения периодичности контроля деталей авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью вихретокового метода обнаружения подповерхностных дефектов.

Известен способ эксплуатации авиационного двигателя, при котором определяют характерные циклы нагружения по диапазонам изменения циклической нагрузки на детали, методом неразрушающего контроля определяют размер начального дефекта, проводят стандартные испытания для определения скорости распространения трещины, определяют значение интенсивности напряжений, соответствующее длинам трещин, по полученному графику находят критическую длину трещины, и определяют остаточный ресурс в случае приближения длины трещины к предельно допустимому значению (Патент РФ №2439527 от 23.03.2012, МПК G01M 15/14, опубл. 27.09.2011. Бюл. №27).

Недостатком способа является то, что способ относится к эксплуатации двигателя без оценки состояния деталей в эксплуатации и базируется на начальном дефекте, который может быть определен методами неразрушающего контроля. Однако такого дефекта в детали может и не быть, при этом двигатель подвергается съему в эксплуатации после достижения наработки, установленной исходя из условия наличия этого дефекта.

Наиболее близким является способ определения периодичности контроля деталей газотурбинных двигателей, при котором на исследуемую деталь наносят надрез, имитирующий трещину, нагружают деталь с надрезом по ускоренному и эксплуатационному циклу, при этом осуществляют контроль неразрушающим методом, определяют долговечность исследуемой детали до предельного размера трещины, характеризующегося предельно допустимым значением коэффициента интенсивности напряжений для данного материала, при котором сохраняется несущая способность детали, далее устанавливают периодичность контроля при эксплуатации, соответствующую не более половины наработки между обнаружением трещины и достижением ее предельного размера (Патент РФ №2618145 от 19.08.2014, МПК G01M 15/14, опубл. 20.05.2017, бюл. №13).

Недостатками данного способа являются отсутствие критерия и методики определения минимально выявляемого дефекта методом неразрушающего контроля, пригодного для применения в эксплуатации. В результате чего, периодичность контроля может быть выбрана не оптимальна.

Техническим результатом заявленного изобретения является разработка критерия и методики определения минимально выявляемого дефекта методом неразрушающего контроля, пригодного для применения в эксплуатации, а также обоснованное повышение надежности контроля за счет гарантированного выявления дефекта при эксплуатации изделия по техническому состоянию до разрушения контролируемой детали, увеличение потребительских качеств двигателя за счет снижения затрат на эксплуатационные расходы путем назначения максимально возможной периодичности контроля.

Технический результат достигается тем, что в способе определения периодичности контроля деталей газотурбинных двигателей, при котором на исследуемую деталь наносят надрез, имитирующий трещину, нагружают деталь с надрезом по ускоренному и эксплуатационному циклу, при этом осуществляют контроль неразрушающим методом, определяют долговечность исследуемой детали до предельного размера трещины, характеризующегося предельно допустимым значением коэффициента интенсивности напряжений для данного материала, при котором сохраняется несущая способность детали, далее устанавливают периодичность контроля при эксплуатации, соответствующую не более половины наработки между обнаружением трещины и достижением ее предельного размера, в отличие от известного в качестве метода неразрушающего контроля используют вихретоковый метод, при этом в способе до начала исследования детали с надрезом осуществляют выбор параметров вихретокового преобразователя, для этого сначала изготавливают плоские образцы с различным размером подповерхностных трещин, причем толщина плоского образца должна быть не более толщины исследуемой детали в зоне контакта, исследуют плоские образцы вихретоковым преобразователем с различной частотой, определяют частоту вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала к сигналу от помех более двух, и определяют максимальную глубину залегания подповерхностной трещины, на которой обеспечено ее выявление, далее сканируют деталь с надрезом вихретоковым преобразователем с различной формой контактной поверхности вихретокового преобразователя, выбирают форму вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания, по ускоренному и эксплуатационному циклам нагружают деталь с надрезом, и определяют зависимость размера трещины от количества циклов нагружения детали с надрезом, а затем устанавливают периодичность контроля.

На чертежах показаны:

Фиг. 1 - контролируемая деталь с имитатором трещины.

Фиг. 2 - зависимость роста трещины от количества циклов.

Фиг. 3 - пример реализации способа на детали типа «диск».

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве метода неразрушающего контроля используют вихретоковый метод, позволяющий проводить точную диагностику крупногабаритных деталей.

Сначала в способе осуществляют выбор параметров вихретокового преобразователя (ВТП).

Для этого изготавливают плоские образцы из материала исследуемой потом детали или близкого по свойствам, с различным размером подповерхностной трещины, причем толщина плоского образца h должна быть не более толщины исследуемой детали в зоне контакта: h≤Н (фиг. 1).

Исследуют плоские образцы вихретоковым преобразователем с различной частотой ϑ.

Определяют частоту ϑ вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала εпс к сигналу от помех εсп более двух: εпссп>2.

Определяют максимальную глубину залегания amax подповерхностной трещины на плоских образцах, на которой обеспечено ее выявление (фиг. 1).

Затем на деталь, которую необходимо исследовать, наносят надрез, имитирующий трещину, электроэрозионным методом в зоне, где возможно развитие трещины (фиг. 1), причем толщина исследуемой детали в месте развития трещины равна Н.

Далее сканируют деталь с надрезом вихретоковым преобразователем с различной формой контактной поверхности вихретокового преобразователя, например плоской формой, или сферической формой, или в форме усеченного конуса.

Выбирают форму вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания bmax на детали с надрезом.

Нагружают деталь с надрезом по ускоренному и эксплуатационному циклам, при этом осуществляют контроль вихретоковым преобразователем.

Определяют долговечность исследуемой детали до предельного размера трещины, при которой сохраняется несущая способность детали с надрезом.

Определяют графическую зависимость роста трещины от количества циклов нагружения, которая представляет собой график изменения размера трещины в зависимости от количества циклов нагружения детали с надрезом (фиг. 2).

Зависимость размера трещины от количества циклов нагружения можно определять расчетным путем, например с помощью универсальной программной системы конечно-элементного (МКЭ) анализа ANSYS.

Далее устанавливают периодичность контроля при эксплуатации, соответствующую не более половины наработки между обнаружением трещины и достижением ее предельного размера:

;

где NТПЦ - количество типовых полетных циклов, проведенных до момента достижения трещиной значения, превышающего предельно допустимое, при котором еще была возможность эксплуатации;

К - коэффициент запаса, К≥2.

Благодаря тому что в способе определения периодичности контроля, при котором на исследуемую деталь наносят надрез, имитирующий трещину, нагружают деталь с надрезом по ускоренному и эксплуатационному циклу, при этом осуществляют контроль неразрушающим методом, определяют долговечность исследуемой детали до предельного размера трещины, характеризующегося предельно допустимым значением коэффициента интенсивности напряжений для данного материала, при котором сохраняется несущая способность детали, далее устанавливают периодичность контроля при эксплуатации, соответствующую не более половины наработки между обнаружением трещины и достижением ее предельного размера, в отличие от известного в качестве метода неразрушающего контроля используют вихретоковый метод, при этом в способе до начала исследования детали с надрезом осуществляют выбор параметров вихретокового преобразователя, для этого сначала изготавливают плоские образцы с различным размером подповерхностных трещин, причем толщина плоского образца должна быть не более толщины исследуемой детали в зоне контакта, исследуют плоские образцы вихретоковым преобразователем с различной частотой, определяют частоту вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала к сигналу от помех более двух, и определяют максимальную глубину залегания подповерхностной трещины, на которой обеспечено ее выявление, далее сканируют деталь с надрезом вихретоковым преобразователем с различной формой контактной поверхности вихретокового преобразователя, выбирают форму вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания, по ускоренному и эксплуатационному циклам нагружают деталь с надрезом, и определяют зависимость размера трещины от количества циклов нагружения детали с надрезом, а затем устанавливают периодичность контроля, достигается повышение надежности контроля за счет гарантированного выявления дефекта при эксплуатации изделия по техническому состоянию до разрушения контролируемой детали, увеличение потребительских качеств двигателя за счет снижения затрат на эксплуатационные расходы путем назначения максимально-возможной периодичности контроля.

Пример реализации способа

Изготавливают плоские образцы (Фиг. 3) из материала ОТ4 толщиной 10 мм с размером трещин, представленных в таблице.

Исследуют плоские образцы ВТП с различной частотой ϑ: 3 кГц, 6 кГц, 10 кГц, 100 кГц.

Частота (ϑ) ВТП, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала к сигналу от помех более двух: εпссп>2, равна 6 кГц.

Максимальная глубина залегания подповерхностной трещины на плоских образцах amax=5 мм, на которой обеспечено ее выявление.

На деталь диск 1 ступени компрессора высокого давления (КВД) наносят электроэрозионным методом трещину размером 8 мм (фиг. 2).

Сканируют эту деталь с надрезом ВТП с различной формой контактной поверхности ВТП: плоской, сферической и т.д.

Форма ВТП, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания, сферическая.

Нагружают деталь с надрезом по ускоренному и эксплуатационному циклу, при этом осуществляют контроль ВТП, с целью выявления трещины.

Определяют долговечность исследуемой детали до предельного размера трещины, при котором сохраняется несущая способность детали с надрезом. Предельный размер трещины порядка 40 мм для данного диска.

Строят графическую зависимость роста трещины от количества циклов нагружения (фиг. 3).

Периодичность контроля детали диск КВД при эксплуатации составляет 75 полетных циклов.

Способ определения периодичности контроля деталей, при котором на исследуемую деталь наносят надрез, имитирующий трещину, нагружают деталь с надрезом по ускоренному и эксплуатационному циклу, при этом осуществляют контроль неразрушающим методом, определяют долговечность исследуемой детали до предельного размера трещины, характеризующегося предельно допустимым значением коэффициента интенсивности напряжений для данного материала, при котором сохраняется несущая способность детали, далее устанавливают периодичность контроля при эксплуатации, соответствующую не более половины наработки между обнаружением трещины и достижением ее предельного размера, отличающийся тем, что в качестве метода неразрушающего контроля используют вихретоковый метод, при этом в способе до начала исследования детали с надрезом осуществляют выбор параметров вихретокового преобразователя, для этого сначала изготавливают плоские образцы с различным размером подповерхностных трещин, причем толщина плоского образца должна быть не более толщины исследуемой детали в зоне контакта, исследуют плоские образцы вихретоковым преобразователем с различной частотой, определяют частоту вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала к сигналу от помех более двух, и определяют максимальную глубину залегания подповерхностной трещины, на которой обеспечено ее выявление, далее сканируют деталь с надрезом вихретоковым преобразователем с различной формой контактной поверхности вихретокового преобразователя, выбирают форму вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания, по ускоренному и эксплуатационному циклам нагружают деталь с надрезом, и определяют зависимость размера трещины от количества циклов нагружения детали с надрезом, а затем устанавливают периодичность контроля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытания и технического диагностирования машин, в частности к способу определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области контроля машин. Способ акустического анализа машины, включающий в себя получение, по меньшей мере, одного акустического сигнала, вызываемого, по меньшей мере, одним микрофоном, установленным внутри машины, при этом способ дополнительно содержит этапы, на которых: разделяют, по меньшей мере, один акустический сигнал на множество исходных источников звука, при этом указанный сигнал моделируют как смесь составляющих, каждая из которых соответствует одному исходному источнику звука, по меньшей мере, для одного из исходных источников звука определяют характеристическую акустическую сигнатуру, по меньшей мере, одну характеристическую акустическую сигнатуру сравнивают, по меньшей мере, с одной контрольной акустической сигнатурой, записанной в базе контрольных данных.

Способ определения температуры газа перед турбиной на форсажном режиме турбореактивного двигателя (ТРД) относится к авиадвигателестроению. Предварительно расчетно-экспериментальным методом определяют коэффициент К, учитывающий изменение температуры газа перед турбиной при изменении частоты вращения ротора высокого давления на 1%, и коэффициент С, учитывающий увеличение температуры газа перед турбиной при включении форсажного насоса на полном форсированном режиме, а при испытаниях двигателей измеряют на максимальном режиме работы двигателя частоту вращения ротора высокого давления n2М, затем выводят двигатель на форсажный режим работы, измеряют частоту ротора высокого давления n2ф, суммарный расход воздуха через двигатель GВΣ, суммарный расход топлива Gт.

Изобретение относится к области диагностики двигателя внутреннего сгорания с использованием лазерной системы зажигания. Технический результат заключается в снижении сложности и трудоемкости диагностики двигателя.

Изобретение относится способам и системам для использования лазерной системы зажигания для выполнения визуального контроля двигателя и диагностирования различных компонентов и условий цилиндра на основании позиционных измерений в двигателе.

Изобретение относится способам и системам для использования лазерной системы зажигания для выполнения визуального контроля двигателя и диагностирования различных компонентов и условий цилиндра на основании позиционных измерений в двигателе.

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам контроля и диагностики технического состояния агрегатов авиационных приводов по вибрации их корпусов при работающих двигателях.

Изобретение относится к области технических средств диагностирования двигателей внутреннего сгорания по акустическим сигналам и предназначено для упрощения процесса диагностики, повышения ее точности с указанием причины поломки, а также указанием узла или элемента, приведшего к ухудшению работы двигателя.

Изобретение относится к системам диагностики. В способе диагностирования неисправности диагностируют неисправность объекта наблюдения, имеющего рабочее состояние, включающее в себя неустойчивое состояние.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, для выявления и подавления пропусков зажигания. Технический результат заключается в улучшении выявления пропусков зажигания в двигателе на более высоких числах оборотов двигателя, в том числе и для отдельных цилиндров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для безразборной диагностики двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях, при управлении и оптимизации двигателей, при доводочных испытаниях и исследованиях рабочего процесса двигателя, в том числе на переходных и неустановившихся режимах работы. Способ получения индикаторной диаграммы поршневого двигателя косвенным путем как функции угла поворота коленчатого вала включает запись и выделение давления газов в цилиндре как удельных сил на стержне шатуна, в измерительную схему введен блок анализа положения верхней мертвой точки, выход которого соединен с входом в компьютер с целью определения положения верхней мертвой точки и последующего использования ее в качестве аргумента в тригонометрических функциях выделения давления газов в цилиндре при анализе сил в кривошипно-шатунном механизме как функции угла поворота коленчатого вала. Использование получаемых косвенным путем индикаторных диаграмм предлагаемым способом позволяет реализацию его для целей безразборной диагностики двигателей внутреннего сгорания в эксплуатационных условиях и оптимального управления двигателем. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла при производстве авиационных или ракетных реактивных двигателей. Устройство для контроля диаметра критического сечения регулируемого сопла реактивного двигателя включает контрольный калибр, а также средства его перемещения и измерения усилия перемещения. Контрольный калибр посредством сферического подшипника закреплен на элементе средства измерения усилия перемещения с осевым и радиальным зазорами, обеспечивающими возможность его углового и линейного перемещения, ограниченного допусками на размеры сопла. При этом контрольный калибр содержит сферическую поверхность, выполненную с возможностью контакта со створками регулируемого сопла и имеющую диаметр, равный диаметру критического сечения регулируемого сопла. Изобретение позволяет обеспечить перемещение контрольного калибра соосно диаметру фактического положения створок в критическом сечении регулируемого сопла реактивного двигателя, за счет чего исключается повреждение створок и кинематических звеньев привода сопла, повышается надежность реактивного двигателя и изделий с его применением, улучшается качество контроля и точность измерения диаметра критического сечения сопла реактивного двигателя. 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности турбостроения, и может быть использовано для доводки авиационных двигателей при стендовых испытаниях. Снабжают лопатку колеса по меньшей мере одним тензометрическим датчиком, обеспечивают регистрацию сигнала тензометрического датчика, следят за уровнем сигнала и с использованием быстрого преобразования Фурье осуществляют обработку сигнала в окрестности точки с максимальным уровнем сигнала для получения значений частот и амплитуд колебаний вращающегося колеса, при этом частоту колебаний колеса с наибольшей амплитудой выбирают в качестве наблюдаемой, далее, представляя сигнал тензометрического датчика на наблюдаемой частоте в координатах «амплитуда-время», следят за периодичностью сигнала и в случае нарушения его периодичности фиксируют временной диапазон, соответствующий выявленному нарушению с определением временной координаты нарушения периодичности сигнала, и затем в упомянутом временном диапазоне осуществляют вейвлет-преобразование сигнала, осуществляя переход от его представления в координатах «амплитуда-время» в представление сигнала тензометрического датчика в координатах «частота-время», анализируют полученную картину сигнала и по виду полученной картины в окрестности временной координаты нарушения периодичности сигнала судят о характере касания лопатки о корпус турбомашины. Изобретение обеспечивает повышение достоверности выявления наличия и характера касания лопатки о корпус турбомашины при сокращении затрат времени на проведение испытаний посредством непрерывного мониторинга моментов касания лопаток о корпус турбомашины. 6 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации и диагностики авиационных газотурбинных двигателей и может найти применение в способах определения периодичности контроля деталей авиационных газотурбинных двигателей с помощью вихретокового метода обнаружения подповерхностных дефектов. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка критерия и методики определения минимально выявляемого дефекта методом неразрушающего контроля, пригодного для применения в эксплуатации, а также обоснованное повышение надежности контроля за счет гарантированного выявления дефекта при эксплуатации изделия по техническому состоянию до разрушения контролируемой детали, увеличение потребительских качеств двигателя за счет снижения затрат на эксплуатационные расходы путем назначения максимально возможной периодичности контроля. В качестве метода неразрушающего контроля используют вихретоковый метод, при этом в способе до начала исследования детали с надрезом осуществляют выбор параметров вихретокового преобразователя, для этого сначала изготавливают плоские образцы с различным размером подповерхностных трещин, причем толщина плоского образца должна быть не более толщины исследуемой детали в зоне контакта, исследуют плоские образцы вихретоковым преобразователем с различной частотой, определяют частоту вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается соотношение полезного сигнала к сигналу от помех более двух, и определяют максимальную глубину залегания подповерхностной трещины, на которой обеспечено ее выявление, далее сканируют деталь с надрезом вихретоковым преобразователем с различной формой контактной поверхности вихретокового преобразователя, выбирают форму вихретокового преобразователя, при которой обеспечивается выявление подповерхностной трещины на максимальной глубине залегания, по ускоренному и эксплуатационному циклам нагружают деталь с надрезом, и определяют зависимость размера трещины от количества циклов нагружения детали с надрезом, а затем устанавливают периодичность контроля. 3 ил., 1 табл.

Наверх