УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ ТОПЛИВНОГО НАСОСА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ УПОМЯНУТОЕ УСТРОЙСТВО
METHOD AND DEVICE FOR PINPOINTING OF TURBOJET LOW-PRESSURE FUEL PUMP AND TURBOJET WITH SAID DEVICE

Настоящее изобретение касается устройства и способа обнаружения неисправности топливного насоса низкого давления турбореактивного двигателя.
Как правило, турбореактивный двигатель содержит вентилятор, одну или несколько ступеней компрессоров, например компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, камеру сгорания, одну или несколько турбинных ступеней, например турбину высокого давления и турбину низкого давления, и реактивное сопло. В камеру сгорания впрыскивается сжатое топливо и сгорает вместе с сжатым воздухом, поступающим от компрессоров. Каждый компрессор соединен во вращении с турбиной, с которой он связан через вал, образуя, таким образом, ротор высокого давления и ротор низкого давления.
В камеру сгорания подается топливо от топливного контура, в котором топливо перекачивается топливными насосами, как правило насосом низкого давления и насосом высокого давления.
Понятия низкого и высокого давления топливных насосов абсолютно не имеют отношения к понятиям низкого и высокого давления роторов турбореактивного двигателя, поскольку здесь идет речь о давлении разных текучих сред; условно, чтобы упростить описание, в его дальнейшем тексте будут использованы сокращения «ВД» для «высокого давления» и «НД» для «низкого давления» одновременно для роторов турбореактивного двигателя или их элементов, а также для топливных насосов.
Насос ВД установлен в топливном контуре на выходе насоса НД. Таким образом, насос ВД получает от насоса НД топливо, сжатое первый раз и имеющее достаточное давление, чтобы после сжатия насосом ВД оказаться под давлением, достаточным для его сгорания вместе с сжатым воздухом; таким образом, насос НД предназначен для питания насоса ВД топливом, подвергнутым первому сжатию.
Традиционно насосы НД и ВД являются механическими насосами, которые могут быть, например, «шестеренчатыми» насосами или роторными насосами. Шестеренчатый насос содержит, в частности, ведущую шестерню (или ведущее зубчатое колесо) (установленную с возможностью вращения на валу, вращаемом зубчатой передачей) и ведомую шестерню (или ведомое колесо), при этом сжатие топлива происходит между зубьями ведущей и ведомой шестерен. Роторный насос содержит колесо (или ротор), оборудованное лопастями сжатия топлива и установленное с возможностью вращения на валу, вращаемом зубчатой передачей, при этом топливо сжимается под действием центробежных сил во время вращения колеса. Классически насос НД является роторным насосом, а насос ВД - шестеренчатым насосом.
Как правило, зубчатые передачи привода насосов НД и ВД приводятся во вращение опосредованно валом ротора ВД турбореактивного двигателя через вал отбора мощности, соединенный с коробкой приводов агрегатов, которая соединяет вал отбора мощности с насосами через зубчатую передачу. Коробка приводов агрегатов хорошо известна специалисту под английском названием “Accessory Gear Box” (AGB). Речь идет о коробке, содержащей зубчатую передачу (то есть механизм зубчатых колес или шестерен, которые зацепляются друг с другом для передачи движения вращения вала на один или несколько других валов); эта зубчатая передача связана с некоторым числом устройств или агрегатов, например, таких как электрический генератор, стартер, генератор переменного тока, гидравлические насосы и т.д. и, как было указано выше, насосы НД и ВД; зубчатая передача передает на агрегаты мощность, отбираемую на валу ротора ВД турбореактивного двигателя, для их приведения во вращение.
Неисправность насоса НД (например, по причине попадания постороннего тела, заблокированного между лопастями колеса насоса и охватывающим их картером), как правило, приводит к разрыву предохранительного участка вала, вращающего колесо насоса НД, после чего топливо проходит напрямую через колесо без сжатия (колесо насоса НД оказывается в этом случае колесом холостого хода); при этом говорят о «главной неисправности» насоса. В этом случае в насос ВД поступает несжатое топливо, то есть топливо под давлением, меньшим давления, которое оно имело бы при нормальной работе, что может привести к «кавитации» насоса ВД, то есть всасыванию этим насосом воздуха, смешанного с топливом; такая кавитация насоса ВД является очень вредной для его работы и может вызвать серьезные механические повреждения вплоть до поломки шестерен, приводящих его во вращение. В случае поломки, поскольку топливо перестает закачиваться в топливный контур, оно перестает поступать и в камеру сгорания, и двигатель останавливается со всеми вытекающими последствиями, которые может иметь такая остановка турбореактивного двигателя во время полета самолета, который обеспечивается этим двигателем.
Сама по себе неисправность насоса НД не обнаруживается, а обнаруживаются ее последствия, то есть остановка турбореактивного двигателя. Поэтому отсутствие своевременного обнаружения неисправности насоса НД представляет собой реальную опасность, так как поскольку питание насоса ВД продолжается, ненормальная работа может продолжаться вплоть до разрушения насоса ВД и остановки турбореактивного двигателя.
Настоящее изобретение призвано предложить устройство и способ обнаружения, которые позволяют эффективно выявлять отказ насоса НД, чтобы заранее предупредить риск серьезных повреждений насоса ВД.
В связи с этим объектом изобретения является устройство обнаружения неисправности топливного насоса низкого давления турбореактивного двигателя, содержащего, по меньшей мере, один вращающийся вал, выполненный с возможностью вращения на разных скоростях, при этом упомянутый насос приводится во вращение вращающимся валом через коробку приводов агрегатов, содержащую зубчатую передачу механического привода упомянутых агрегатов, отличающееся тем, что содержит средства измерения скорости вращения вращающегося вала турбореактивного двигателя, средства измерения частот вибрации коробки приводов агрегатов и средства обнаружения, среди упомянутых частот, по меньшей мере, одной нормальной частоты вибрации топливного насоса низкого давления на измеряемой скорости вращения вращающегося вала.
Благодаря изобретению можно очень просто отслеживать возможную неисправность насоса; действительно, достаточно обнаружить наличие или отсутствие влияния частоты насоса на частоты вибрации коробки приводов агрегатов, чтобы сделать вывод о нормальной или ненормальной работе насоса. Обнаружение возможной неисправности может быть, таким образом, очень быстрым, сразу в момент ее появления; благодаря этому можно принять соответствующие меры с самого начала нарушения в работе насоса НД. В частности, можно отслеживать главную частоту вибрации насоса и/или ее гармоники.
Согласно предпочтительному варианту выполнения турбореактивный двигатель является так называемым двухроторным турбореактивным двигателем, содержащим ротор низкого давления и ротор высокого давления, при этом упомянутый вращающийся вал является валом ротора высокого давления турбореактивного двигателя.
Предпочтительно средства измерения частот вибрации коробки приводов агрегатов содержат акселерометр, выдающий сигнал, характеризующий вибрации коробки приводов агрегатов. Предпочтительно можно использовать акселерометр, который обычно установлен в турбореактивном двигателе на коробке приводов агрегатов для отслеживания поведения подшипников качения зубчатой передачи этой коробки, а также различных других параметров; в этом случае выявляют, присутствует или отсутствует частота вибрации насоса в сигнале, выдаваемом акселерометром.
Предпочтительно коробка приводов агрегатов и связанные с ней агрегаты выполнены таким образом, чтобы все частоты вибрации различных агрегатов отличались от частоты вибрации насоса.
Объектом настоящего изобретения является также турбореактивный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один вал, выполненный с возможностью вращения с разными скоростями, топливный контур с топливным насосом низкого давления и топливным насосом высокого давления, приводимыми во вращение вращающимся валом через коробку приводов агрегатов, содержащую зубчатую передачу механического привода упомянутых агрегатов, и описанное выше устройство обнаружения неисправности топливного насоса низкого давления.
Турбореактивный двигатель в соответствии с настоящим изобретением имеет те же преимущества, что и представленное выше устройство.
Объектом изобретения является также способ обнаружения неисправности топливного насоса низкого давления турбореактивного двигателя, содержащего, по меньшей мере, один вращающийся вал, который может вращаться на разных скоростях, при этом упомянутый насос приводится во вращение вращающимся валом через коробку приводов агрегатов, содержащую зубчатую передачу механического вращения упомянутых агрегатов, отличающийся тем, что:
- измеряют скорость вращения вращающегося вала турбореактивного двигателя,
- измеряют частоты вибрации коробки приводов агрегатов, и
- среди упомянутых частот выявляют, по меньшей мере, одну нормальную частоту вибрации насоса на измеряемой скорости вращения вращающегося вала.
Способ в соответствии с настоящим изобретением имеет те же преимущества, что и представленное выше устройство. Из последнего этапа способа понятно, что ставится задача обнаружения такой нормальной частоты вибрации; результат этого обнаружения может быть положительным или отрицательным и указывать на то, что насос НД работает нормально или нет.
Согласно предпочтительному варианту выполнения частоты вибрации коробки приводов агрегатов измеряют при помощи акселерометра, выдающего сигнал, характеризующий вибрации коробки приводов агрегатов.
Согласно предпочтительному варианту выполнения:
- сигнал, поступающий от акселерометра, преобразуют в сигнал, зависящий от фазы вращения топливного насоса низкого давления,
- вычисляют среднее значение этого преобразованного сигнала на множестве периодов топливного насоса низкого давления, которое приводят к периоду амплитудой 2π,
- вычисляют спектральную плотность мощности этого сигнала в зависимости от порядков вибрации, соответствующих кратным значениям частоты вращения топливного насоса низкого давления,
- определяют, имеет ли спектральная плотность в порядке, соответствующем частоте вибрации топливного насоса низкого давления, полосу, характерную для присутствия участия топливного насоса низкого давления в этой частоте, и делают вывод о нормальной или ненормальной работе топливного насоса низкого давления.
Согласно предпочтительному варианту выполнения насос содержит колесо, приводимое во вращение с определенной частотой вращения зубчатой передачей коробки приводов агрегатов, и главная частота вращения насоса НД является кратной частоте вращения колеса.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания предпочтительного варианта реализации устройства и способа в соответствии с настоящим изобретением со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - принципиальная схема зубчатой передачи коробки приводов агрегатов турбореактивного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - вид в разрезе корпуса, содержащего насосы НД и ВД и установленного на коробке приводов агрегатов, показанной на фиг.1.
Фиг.3 - функциональная блок-схема коробки AGB и устройства обнаружения неисправности насоса НД турбореактивного двигателя, показанных на фиг.1 и 2.
Фиг.4 - функциональная блок-схема различных этапов предпочтительного варианта реализации способа в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5а и 5b - диаграммы спектральной плотности мощности сигнала, выдаваемого акселерометром коробки приводов агрегатов, показанной на фиг.1 и 2, в зависимости от порядков вибрации, соответствующих скоростям вращения насоса НД.
Как известно специалисту, турбореактивный двигатель в соответствии с настоящим изобретением содержит вентилятор, который всасывает внешний воздух в турбореактивный двигатель, компрессор НД на входе компрессора ВД, которые выполнены с возможностью сжатия воздуха и на выходе которых воздух поступает в камеру сгорания, где он сгорает вместе с топливом, которое тоже является сжатым; газообразные продукты горения проходят в турбину ВД, затем в турбину НД, на выходе которой они выходят из турбореактивного двигателя через реактивное сопло. Компрессор НД соединен с турбиной НД вращающимся валом, образуя, таким образом, ротор НД, тогда как компрессор ВД соединен с турбиной ВД вращающимся валом, образуя, таким образом, ротор ВД. Вал ротора ВД схематично показан на фиг.1 валом, обозначенным позицией 1.
Как хорошо известно специалисту, в турбореактивном двигателе радиально установлен вал 2, называемый валом отбора мощности, который содержит первую коническую шестерню 2', которая зацепляется с конической шестерней 1' вала 1 ротора ВД, при этом вал 2 отбора мощности приводится во вращение вокруг своей оси валом 1 ротора ВД. Вал 2 отбора мощности содержит на своем противоположном конце вторую коническую шестерню 2”, которая зацепляется с первой шестерней 3' вала 3 входа в коробку 4 привода агрегатов, причем этот входной вал 3 проходит перпендикулярно валу 2 отбора мощности и, следовательно, параллельно валу 1 ротора ВД. Обычно специалисты называют такую коробку 4 привода агрегатов английским сокращением AGB от “Accessory Gear Box”; этим сокращением она будет называться в дальнейшем тексте описания; коробка AGB 4 является хорошо известным устройством в области турбореактивных двигателей.
Коробка AGB 4 вращает различные агрегаты, участвующие в работе турбореактивного двигателя, благодаря зубчатой передаче 4', содержащей вторую шестерню 3” ее входного вала 3 (опосредованно вращаемого, таким образом, валом 1 ротора ВД через вал 2 отбора мощности) и вращаемой ею. На фиг.1 схематично показана только зубчатая передача 4 коробки AGB 4, а не вся коробка AGB 4, которая содержит также, в частности, корпус размещения зубчатой передачи 4' и непоказанные различные конструктивные органы. Агрегаты, приводимые во вращение коробкой 4, как правило, в своем большинстве закреплены непосредственно на коробке AGB 4.
В частности, зубчатая передача 4' содержит множество шестерен 3”, 5, 6, 7, 9, 11, 12 привода агрегатов, причем эти приводные шестерни 3”, 5, 6, 7, 9, 11, 12 установлены последовательно между собой и с двумя дополнительными шестернями 8, 10 соединения и адаптации скоростей вращения различных шестерен 5-14. Вторая шестерня 3” входного вала (3) коробки AGB 4 соединена во вращении с валом, вращающим генератор переменного тока с постоянными магнитами регулятора турбореактивного двигателя, обычно называемого английским сокращением FADEC (от “Full Authority Digital Engine Control”); другие приводные шестерни 5, 6, 7, 9, 11, 12 соответственно соединены во вращении с входными валами устройства ручного привода коробки AGB 4, стартера турбины, топливного насоса НД 13 и топливного насоса ВД 14, генератора, обозначаемого английским сокращением IDG (от “Integrated Drive Generator”), гидравлического насоса и модуля смазки, которые вместе с FADEC являются агрегатами, вращаемыми коробкой AGB 4.
Показанные на фиг.2 топливный насос НД 13 и топливный насос ВД 14 являются насосами топливного контура турбореактивного двигателя; они подают топливо в этот контур для питания топливом камеры сгорания. Топливные насосы НД 13 и ВД 14 находятся в общем корпусе 15. Вал 16 входа в корпус 15, имеющий ось А и соединенный во вращении с шестерней 7 привода насосов 13, 14 зубчатой передачи 4' коробки AGB 4, обеспечивает приведение во вращение насосов НД 13 и ВД 14 через эту зубчатую передачу 4'. На своем конце, противоположном концу, вращаемому зубчатой передачей 4', этот вал 16 содержит муфтовый участок 17 с периферическими продольными шлицами, выполненный с возможностью взаимодействия с соответствующим шлицевым муфтовым участком 18 конца трубчатого вала 19 привода насосов 13, 14, причем этот трубчатый вал 19 расположен вокруг входного вала 16 и коаксиально с этим валом. Каждый из муфтовых участков 17, 18 содержит продольные шлицы, равномерно распределенные в угловом направлении вокруг оси А валов 16, 19, причем эти шлицы являются параллельными между собой и параллельными оси А; шлицы входного вала 16 выполнены на его наружной поверхности, и шлицы трубчатого вала 19 выполнены на его внутренней поверхности. Таким образом, муфтовые участки 17, 18 обеспечивают муфтовое соединение во вращении двух валов 16, 19 вокруг их общей оси А.
На своем конце, содержащем внутренние шлицы муфтового участка 18, трубчатый вал 19 содержит наружные шлицы привода насоса ВД 14, выполненные с возможностью зацепления с шлицами 21 механизма насоса ВД 14, что известно в области механических насосов. В данном случае нет необходимости детально описывать конструкцию и работу элементов насоса ВД 14, которые хорошо известны специалисту. Насос ВД 14 может соответствовать любой из существующих моделей насосов ВД. В данном случае насос ВД 14 является так называемым «шестеренчатым» насосом, который содержит ведущую шестерню (или ведущее колесо) 14а, вращаемую трубчатым валом 19, при этом ведущая шестерня 14а вращает ведомую шестерню (или ведомое колесо) 14b; топливо сжимается в объеме между зубьями ведущей 14а и ведомой 14b шестерен, что хорошо известно специалисту.
На своем противоположном конце трубчатый вал 19 содержит наружные шлицы 22 привода насоса НД 13, выполненные с возможностью зацепления с шлицами 23 механизма насоса НД 13, что известно в области механических насосов. В данном случае насос НД 13 является так называемым «роторным» насосом, который содержит колесо (или ротор) 24, вращаемое трубчатым валом 19, в частности через шлицы 22, 23. Во время работы топливо поступает с внутренней стороны колеса 24, при этом колесо 24 оборудовано множеством лопастей, в данном случае в количестве семи, выполненных с возможностью нагнетания топлива за счет центробежного эффекта от внутренней стороны колеса 24 к его наружной стороне и с возможностью его сжатия; нет необходимости описывать более детально его конструкцию, которая хорошо известна специалисту, при этом можно использовать любой тип насоса НД 13. Топливо собирается с наружной стороны колеса 24 и направляется в насос ВД 14, который опять его сжимает, что само по себе известно и не требует детального описания.
Кроме того, трубчатый вал 19 привода насосов НД 13 и ВД 14 содержит предохранительный участок 25, находящийся вблизи его шлицов 22 привода насоса НД 13. Этот предохранительный участок 25 выполнен с возможностью разрыва в случае перекоса или слишком больших напряжений на насосе НД 13. Так, в случае нарушения работы насоса НД 13 (например, при попадании в него постороннего тела) предохранительный участок 25 ломается, что приводит к отсоединению шлицов 23 механизма привода насоса НД 13 и, следовательно, его колеса 24 от приводного трубчатого вала 19. В этом случае колесо 24 становится холостым колесом и больше не сжимает топливо, всасываемое насосами НД 13 и ВД 14. В насос ВД 14 поступает несжатое топливо, поэтому в нем может проявиться явление «кавитации» (то есть засасывание воздуха), и если эта ненормальная работа с кавитацией продолжится, она может привести к серьезным повреждениям насоса ВД 14, к прекращению питания камеры сгорания сжатым топливом и, следовательно, к остановке турбореактивного двигателя во время полета. Именно для обнаружения отказа насоса НД в момент его начала и для обеспечения возможности принятия соответствующих мер в турбореактивном двигателе устанавливают устройство 26 обнаружения неисправности насоса НД 13.
Как показано на фиг.3, это устройство 26 содержит средства 27' измерения режима турбореактивного двигателя (то есть скорости вращения вала 1 его ротора ВД), средства 27 измерения частот вибрации коробки AGB 4 и средства 28 обнаружения среди этих частот, по меньшей мере, одной нормальной частоты вибрации насоса НД 13 при измеряемом режиме турбореактивного двигателя (следует отметить, что можно измерять главную частоту вибрации насоса НД 13 и/или ее гармоники). Эти частоты вибраций коробки AGB 4 содержат частоты вибрации самой коробки AGB 4, а также частоты вибраций вращаемых ею агрегатов, так как эти агрегаты соединены во вращении с зубчатой передачей 4' коробки AGB 4, которая приводит во вращение их соответствующие приводные валы.
Таким образом, благодаря устройству 26 можно обнаруживать присутствие или отсутствие среди частот вибрации коробки AGB 13, по меньшей мере, одной нормальной частоты вибрации насоса НД 13 в режиме работы турбореактивного двигателя, в данном случае его главной частоты вибрации. Таким образом:
- если частота вибрации насоса НД 13 присутствует среди измеряемых частот вибрации коробки AGB 13, можно сделать вывод, что насос НД 13 действительно приводится во вращение на своей нормальной рабочей частоте, то есть предохранительные средства 25 не сломаны;
- если частота вибрации насоса НД 13 отсутствует среди измеряемых частот вибрации коробки AGB 13, можно сделать вывод, что насос НД 13 больше не вращается на своей нормальной рабочей частоте, то есть предохранительные средства 25 сломаны и что коробка AGB 4 больше не вращает насос НД 13.
Зная о нарушении в работе насоса НД 13, можно предпринять любое соответствующее действие для того, чтобы насос ВД 14 не работал (слишком долго) в режиме кавитации, чтобы избежать повреждения насоса ВД 14 и чтобы избежать последующего прекращения питания камеры сжатым топливом; следовательно, можно предпринять меры, позволяющие избежать или, по крайней мере, предупредить остановку турбореактивного двигателя в полете.
В данном случае коробка AGB 4 выполнена таким образом, что на ней нет других элементов или агрегатов, генерирующих составляющую вибрации на той же частоте, на которой работает насос НД 13; такая конфигурация коробки AGB 4 является предпочтительной, так как она позволяет убедиться, что исчезновение нормальной частоты вибрации насоса НД 13 в сигнале, измеряемом средствами 27 измерения, связано только с нарушением работы этого насоса НД 13. Этот тип конфигурации коробки AGB 4 (при которой все элементы вибрируют на разных частотах) распространен в известных турбореактивных двигателях, чтобы предупреждать возможные явления резонанса между элементами, вращаемыми коробкой AGB 4; таким образом, преимуществом изобретения является то, что оно использует распространенную характеристику, применяемую для других целей.
НД
НД
ВД
BP
ВД
ВД
Частоту вибрации, создаваемой при вращении насоса НД 13 на данном режиме работы турбореактивного двигателя, можно легко определить на основании скорости вращения V колеса 24 насоса НД 13. Эта скорость вращения V является кратной скорости вращения N вала 1 ротора ВД, то есть V=k·N, где k является фиксированным коэффициентом (скорость вращения N вала 1 ротора ВД соответствует, как было указано выше, режиму турбореактивного двигателя); коэффициент k зафиксирован кинематической цепью, которая связывает вал 1 ротора ВД с насосом НД 13; так, зная передаточные отношения всех пар шестерен, зацепляющихся друг с другом от вала 1 ротора ВД турбореактивного двигателя до насоса НД 13, можно узнать значение коэффициента k, которое является фиксированным значением, не зависящим от режима двигателя.
В данном случае средства 27' измерения режима турбореактивного двигателя содержат датчик 27', установленный на коробке AGB 4 и измеряющий скорость вращения вала коробки AGB 4, вращающегося, как известно, с той же скоростью, что и вал 1 ротора ВД турбореактивного двигателя.
В данном случае средства 27 измерения частот вибрации коробки AGB 4 содержат акселерометр 27. Такой акселерометр 27 выполнен с возможностью выдачи электрического сигнала, характеризующего вибрации, действующие на коробку AGB 4; частотные составляющие этого сигнала соответствуют различным частотам вибраций, действующих на коробку AGB 4, причем в своем большинстве эти частоты вибрации напрямую связаны с частотами вращения агрегатов, вращаемых коробкой AGB 4.
Средства 28 обнаружения частоты вибрации насоса НД 13 в данном случае содержат блок 28 обработки, содержащий микропроцессор, предпочтительно микропроцессор типа DSP, что является английским сокращением от “Digital Signal Processor”, оптимизированный для обработки частотных сигналов. Средства 27' измерения режима турбореактивного двигателя (датчик 27') и средства 27 измерения частот вибрации коробки AGB 4 (акселерометр 27) связаны с блоком 28 обработки и передают на него измеряемый ими сигнал, и эти сигналы проходят обработку в блоке 28 обработки.
Можно отметить, что присутствие акселерометра на коробке AGB известно для других целей. Классически на коробке AGB предусматривают акселерометр для отслеживания поведения подшипников качения ее зубчатой передачи; для этого определяют «метки», которые являются индикаторами, вычисляемыми на сигнале, и в зависимости от этих индикаторов определяют, не повреждены ли подшипники; в частности, сигнал, измеряемый акселерометром, анализируют хронологически и, в частности, анализируют разброс его изменения. Такое использование акселерометра является сложным, тогда как использование акселерометра 27 для обнаружения неисправности насоса НД 13 является простым: частотное участие коробки AGB 4 либо отмечается, либо нет. Таким образом, устройство и способ обнаружения неисправности насоса НД 13 отличаются простотой применяемого анализа.
Предпочтительно акселерометр 27, используемый для обнаружения неисправностей насоса НД 13, является тем же акселерометром, который применяют для отслеживания поведения подшипников зубчатой передачи 4' коробки AGB 4. Блок 28 обработки, используемый для обнаружения неисправности на насосе НД 13, тоже может быть тем же, что используют для отслеживания поведения подшипников зубчатой передачи 4' и который программируют на месте с этой целью.
Далее со ссылками на фиг.4 следует более подробное описание способа обнаружения неисправности насоса НД 13 на возможном примере обнаружения присутствия или отсутствия участия насоса НД 13 в частоте вибрации, соответствующей его нормальной работе на данном режиме турбореактивного двигателя. Разумеется, можно применять и любой другой соответствующий способ.
1
ВД
ВД
ВД
ВД
НД
ВД
ВД
НД
v
v
НД
ВД
На первом этапе Е, поскольку турбореактивный двигатель работает на некотором режиме N, этот режим N измеряют при помощи датчика 27' и определяют нормальную частоту вибрации насоса НД 13 на режиме N турбореактивного двигателя; иначе говоря, из измеряемой скорости N вращения вала 1 ротора ВД выводят частоту, на которой должен вибрировать насос НД 13, если он работает нормально, чтобы проверить во время последующих этапов, что эта нормальная частота вибрации действительно присутствует в сигнале, измеряемом акселерометром 27. Как было указано выше, эта нормальная частота вибрации насоса НД 13 зависит от скорости вращения колеса 24 насоса НД 13, которая, в свою очередь, напрямую зависит от измеряемого режима турбореактивного двигателя в соответствии с формулой V=k·N при фиксированном k. Таким образом, на каждом измеряемом режиме N турбореактивного двигателя известна скорость вращения V, на которой должен вращаться насос НД 13, если он работает нормально. В зависимости от конструкции насоса НД 13 можно определить его главную частоту вибрации; в данном случае, учитывая, что колесо 24 насоса НД 13 содержит 7 лопастей, главная частота вибрации f насоса НД 13 равна его 7-кратной частоте (скорости) вращения (частота прохождения лопастей равна 7-кратной частоте вращения колеса 24, так как оно содержит 7 лопастей), то есть f=7·V=7·k·N.
2
В ходе второго этапа Е сигнал, поступающий от акселерометра, который является сигналом типа γ=f(t) (при этом сигнал γ зависит от времени t), преобразуют в сигнал типа γ=а(γ), зависящий от фазы φ вращения насоса НД 13.
3
На третьем этапе Е выводят среднее значение этого преобразованного сигнала по множеству периодов (или оборотов) насоса НД 13, которое приводят к периоду амплитудой 2π.
2
3
По завершении этапов Е и Е получают, так называемый, «повторно дискретизированный» (первая дискретизация была произведена в момент измерения) и усредненный сигнал.
4
НД
2
-3
На четвертом этапе Е вычисляют спектральную плотность мощности D сигнала (в м·сек, однородную при ускорении на квадрат, поделенном на герцы) в зависимости от порядков вибрации О (при этом порядки вибрации являются кратными скорости вращения V насоса НД 13).
5
На пятом этапе Е определяют, содержит или не содержит спектральная плотность на порядке, соответствующем главной частоте вибрации насоса НД 13, полосу, характерную для наличия влияния этой частоты. В зависимости от этой информации делают вывод, работает насос НД 13 нормально или нет и определяют дальнейший порядок осуществления способа обнаружения. Таким образом:
6а
- если полоса присутствует, это значит, что вибрационный сигнал коробки AGB 4 содержит частоту вибрации насоса НД 13 при нормальной работе на рассматриваемом режиме двигателя; поскольку насос НД 13 является единственным элементом коробки AGB 4 (или закрепленным на ней), создающим вибрацию на этой частоте, можно с уверенностью заключить, что причиной этого частотного влияния является именно насос НД 13 и что он, следовательно, работает нормально; после этого опять применяют способ (стрелка Е) для обеспечения непрерывного отслеживания работы насоса НД 13;
6b
7
- если полосы нет, это значит, что насос НД 13 не генерирует вибрацию, которую он должен создавать, то есть что он не вращается на скорости, которую он должен развивать на рассматриваемом режиме турбореактивного двигателя, и что, следовательно, имеется неисправность; при этом переходят (стрелка E) на этап Е принятия решения по реагированию на это нарушение в работе; соответствующие меры можно предпринять незамедлительно, так как неисправность обнаружена в момент ее появления.
На фиг.5а и 5b показана спектральная плотность мощности усредненного сигнала акселерометра 27 в зависимости от порядков вибрации О в случае нормальной работы насоса НД 13 (фиг.5а) и в случае нарушения в работе насоса НД 13 (фиг.5b).
НД
ВД
В описанном примере при нормальной работе насоса НД 13 на фиг.5а можно отметить, что сигнал акселерометра 27 содержит полосу R при порядке 7, соответствующую влиянию насоса НД 13 на сигнал, и полосу R при порядке 16, соответствующую влиянию насоса ВД 14 на сигнал. Известны порядки О, соответствующие полосам насосов НД 13 и ВД 14 в зависимости от конструкции этих насосов, и различные передаточные отношения связанных с ними зубчатых передач; таким образом, в данном случае, как было указано выше, главная полоса насоса НД 13 соответствует порядку 7, так как колесо 24 насоса НД 13 содержит 7 лопастей, и порядки являются кратными скорости вращения насоса НД 13.
НД
ВД
При ненормальной работе насоса НД 13 на фиг.5b отмечается, что полоса R пропала, и присутствует только полоса R насоса ВД 14; остаточная амплитуда спектральной плотности мощности на уровне порядка вибрации 7 соответствует шуму на сигнале.
Совокупность представленных выше этапов может осуществлять блок 28 обработки. Разумеется, можно повысить точность анализа, отслеживая не только главную полосу (главную частоту вибрации насоса НД 13), но также ее гармоники, что намного повышает надежность алгоритма при шуме на сигнале. Энергия (и, следовательно, доля сигнала), соответствующая вибрациям насоса НД, является незначительной по сравнению с энергией (и, следовательно, долей сигнала), соответствующей самому турбореактивному двигателю).
Акселерометр 27 может быть одно- или многонаправленным. Изначально ускорение на коробке AGB 4 измеряют только в одном направлении, которое является направлением, перпендикулярным направлению валов агрегатов, вращаемых коробкой AGB 4 (параллельных между собой и относительно вала 1 ротора ВД турбореактивного двигателя); вместе с тем это не исключает возможности использования многонаправленного акселерометра. Предпочтительно полоса пропускания акселерометра 27 составляет примерно 20 кГц.
Предпочтительно, чтобы обнаруживать присутствие или отсутствие полосы в спектральной плотности мощности (которая может содержать больше шума, чем на фиг.5а и 5b), можно предусмотреть измерение сигналов на эталонных или контрольных коробках AGB и сравнивать измеренный сигнал с контрольными сигналами для заключения о присутствии или отсутствии искомой полосы.