СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТРАНСМИССИИ ДВУХВАЛЬНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF DIAGNOSING TWIN-SHAFT GAS TURBINE ENGINE TRANSMISSION

Изобретение относится к диагностике турбомашин и может быть использовано для диагностирования состояния трансмиссии двухвальных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).
В настоящее время наиболее распространена виброакустическая диагностика трансмиссии ГТД. Данные методы основаны на том, что в процессе работы ГТД динамические процессы вызывают колебания корпуса, подшипников валов роторов, самих роторов, лопаток, установленных на роторах и пр. Для диагностики ГТД измеряют акустический сигнал и по его анализу делают вывод о состоянии трансмиссии ГТД.
<mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mrow><mn>180</mn></mrow><mo>∘</mo></msup></mrow><mi>z</mi></mfrac><mo>⋅</mo><mi>n</mi></mrow>
Известен способ диагностики межвальных подшипников качения двухвальных турбомашин путем измерения вибрации наружного корпуса и определения резонансных частот, согласно которому предварительно вращают вал для измерения гармоник частоты следования тел качения подшипника, отключают привод вращения, последовательно поворачивают один из валов турбомашины на угол
где z - число тел качения подшипника, n 1, 2, 3, и закрепляют, в каждом угловом положении этого вала раскручивают другой вал до частоты вращения, при которой совпадают предварительно измеренные гармоники частоты следования тел качения с резонансной частотой наружного корпуса турбомашины в месте установки вибродатчика, и отключают привод, в начале свободного вращения измеряют среднее значение вибрации наружного корпуса, которое принимают за пороговый уровень для установленного углового положения при состоянии подшипника, определяемом техническими условиями, затем во время свободного вращения до остановки вала измеряют среднее значение амплитуд, количество и частоту следования импульсных вибросигналов наружного корпуса, превышающих пороговый уровень, после этого устанавливают и закрепляют вал в другом угловом положении и повторяют измерение, по измеренным среднему значению амплитуд, количеству и частоте следования импульсных вибросигналов путем сравнения с пороговыми значениями судят о наличии дефекта (см. а.с. СССР №1807770, кл. G01M 13/04, 1996 г.).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что для него характерны сложность реализации, значительная трудоемкость, а также узкий диапазон применения и недостаточная достоверность обнаружения дефектов, особенно в конце периода свободного вращения вала, когда интенсивность вибросигнала уменьшается. Кроме того, при установке вибродатчика на двигатель, выделенная частота может генерироваться не только подшипником, но и другими подвижными системами, которые установлены на двигателе, тем самым снижается достоверность полученной информации.
Кроме того, данный способ обеспечивает выявление дефектов, возникновение и развитие которых связано с появлением ударных колебаний ГТД (например, локальные износы и выкрашивание внутреннего и наружного колец, локальные износы и выкрашивание тел качения).
Известен способ диагностики межвальных подшипников качения двухвальных турбомашин, заключающийся в том, что приводят во вращение один из валов двигателя, затем, обеспечив возможность свободного вращения вала, измеряют амплитудные значения виброускорения и усредненное значение, используя последнее для установления диагностического порогового уровня, производят сравнение измеряемых амплитудных значений виброускорения с диагностическим пороговым уровнем, по результатам которого судят о наличии и степени развития дефектов межвальных подшипников, причем в процессе диагностирования изменяют диагностический пороговый уровень, в качестве которого используют сумму значений опорного напряжения от регулируемого источника опорного напряжения и текущего усредненного значения виброускорения, выбираемого равным текущему среднеквадратическому значению виброускорения (см. патент РФ №2200942, кл. G01M 13/04, 2003 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что для него характерны узкий диапазон применения и недостаточная достоверность обнаружения дефектов, особенно в конце периода свободного вращения вала, когда интенсивность вибросигнала уменьшается, импульсы не регистрируются. Кроме того, при установке вибродатчика на двигатель, а не непосредственно на подшипник, выделенная частота может генерироваться не только подшипником, но и другими подвижными системами, которые установлены на двигателе, тем самым снижается достоверность полученной информации.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности и достоверности диагностики трансмиссии ГТД в эксплуатационных условиях при одновременном расширении диапазона измерений, а также выявление дефектов, на ранних стадиях их возникновения.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе диагностики трансмиссии двухвального газотурбинного двигателя, включающем приведение валов во вращение, измерение значения заданного параметра, сравнении его с заданным значением и определение по результатам сравнения состояния трансмиссии, новым является то, что диагностирование осуществляют на выбеге валов, причем для проведения диагностики задают большую и меньшую частоты вращения каждого вала, а в качестве заданного параметра используют время, в течение которого значение частоты вращения каждого вала уменьшается от большего заданного значения до меньшего, полученные значения времени сравнивают с заданным для данного интервала частот вращения валов бездефектной трансмиссии каждого вала и по результатам сравнения судят о состоянии трансмиссии газотурбинного двигателя, при этом дополнительно определяют разницу между значением времени выбега каждого вала, которую сравнивают с заданной величиной и по результатам сравнения судят о состоянии трансмиссии газотурбинного двигателя
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема системы диагностики трансмиссии ГТД, реализующая заявленный способ.
Система для реализации способа содержит датчики 1 и 2 частоты вращения внутреннего 3 и наружного 4 валов ГТД. Датчик 2 связан с первыми входами первого 5 и второго 6 элементов сравнения, второй вход каждого из которых соединен соответственно с выходами первого 7 и второго 8 задатчиков. Выход первого элемента сравнения 5 связан с включающим входом первого таймера 9, а выход второго элемента сравнения - с отключающим входом первого таймера. Выход первого таймера 9 подключен к первому входу третьего элемента сравнения 10, второй вход которого подсоединен к выходу третьего задатчика 11. Выход третьего элемента сравнения связан с первым входом сигнализатора 12.
Датчик 1 связан с первыми входами четвертого 13 и пятого 14 элементов сравнения, второй вход каждого из которых соединен соответственно с выходами четвертого 15 и пятого 16 задатчиков. Выход четвертого элемента сравнения связан с включающим входом второго таймера 17, а выход пятого элемента сравнения - с отключающим входом второго таймера. Выход второго таймера 17 связан с первым входом шестого элемента сравнения 18, ко второму входу которого подключен шестой задатчик 19, выход элемента сравнения 18 соединен со вторым входом сигнализатора 12.
Система может быть оснащена сумматором 20, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго таймеров, а выход сумматора соединен с первым входом седьмого элемента сравнения 21, второй вход которого связан с седьмым задатчиком 22, а выход седьмого элемента сравнения подключен к третьему входу сигнализатора 12.
Все блоки системы являются стандартными.
В качестве сигнализатора может быть использовано, например, световое табло.
В качестве таймеров могут быть использованы, например, автоматически включаемые секундомеры.
В качестве задатчика может быть использован стандартный электронный блок, с введенным в него конкретным заранее заданным значением частот вращения или заданное время выбега валов двигателя.
Способ диагностики трансмиссии двухвального ГТД посредством приведенной выше системы осуществляют следующим образом.
Заявленный способ основан на использовании в качестве измеряемого параметра времени выбега валов которое измеряют между заданными значениями частот вращения, сравнении их с заданными для этих оборотов значениями и по значению рассогласования данных значений определение состояния трансмиссии ГТД.
Для реализации способа настраивают представленные на схеме задатчики.
Задатчики 7 и 15 настраивают на значения сигналов датчиков, соответствующих большим частотам вращения валов, при которых включаются таймеры 9 и 17. Пусть это будет 50% от начальной (максимальной) частоты вращения валов 3 и 4.
Задатчики 8 и 16 настраивают на значения сигналов датчиков, соответствующих меньшим частотам вращения валов, при которых отключаются таймеры 9 и 17. Пусть это будет 2% от начальной (максимальной) частоты вращения валов 3 и 4.
Задатчик 11 настраивают на номинальное время выбега вала 4 двигателя, при котором частота его вращения уменьшается от большего заданного значения до меньшего, например 150 секунд.
Задатчик 19 настраивают на номинальное время выбега вала 3 двигателя, при котором частота его вращения уменьшается от большего заданного значения до меньшего, например 100 секунд.
Задатчик 22 настраивают на номинальное время разности выбегов вала 3 и вала 4 двигателя, например 50 секунд.
В поименованные выше задатчики вводятся параметры, характеризующие бездефектную трансмиссию ГТД.
1
2
Для проведения диагностирования состояния трансмиссии ГТД посредством привода (не показан) одновременно раскручивают валы 3 и 4 до заданной максимальной частоты вращения и отключают привод. Раскручивание валов продолжают, как правило, до достижения частот вращения, характерных для какого-либо рабочего режима. Так, например, раскручивание валов 3 и 4 может быть проведено на режимах их холодной прокрутки. Пусть на начале этапа выбега, для которого характерна максимальная частота вращения валов, частота вращения вала 3 составляет (n), а вала 4 - (n).
В процессе свободного вращения валов 3 и 4 (на выбеге) вращаются все элементы трансмиссии ГТД, а датчики 1 и 2 постоянно измеряют частоту вращения валов 3 и 4, которая постепенно уменьшается.
Как только на первый вход элемента сравнения 5 поступает сигнал, характеризующий частоту вращения вала 4, совпадающую с заложенной в задатчик 7, с элемента сравнения 5 подается сигнал на включение таймера 9, который начинает отсчет времени.
Как только на первый вход элемента сравнения 13 поступает сигнал, характеризующий частоту вращения вала 3, совпадающую с заложенной в задатчик 15, с элемента сравнения 13 подается сигнал на включение таймера 17, который начинает отсчет времени.
Наиболее целесообразно, чтобы таймеры 9 и 17 включались одновременно. Для этого от блока 17 отключается блок 13, а вместо него на вход блока 17 подключается блок 5 одновременно с подключением блока 5 к блоку 9. Сигналы с выходов таймеров 9 и 17 поступают на первые входы элементов сравнения 10 и 18, где сравниваются с заданными задатчиками соответственно 11 и 19 значениями.
Как только на первый вход второго элемента сравнения 6 поступает сигнал, характеризующий частоту вращения вала 4, совпадающую с заложенной в задатчик 8, с элемента сравнения 6 подается сигнал на отключение таймера 9, который прекращает отсчет времени выбега вала 4.
Как только на первый вход элемента сравнения 14 поступает сигнал, характеризующий частоту вращения вала 3, совпадающую с заложенной в задатчик 16, с элемента сравнения 14 подается сигнал на отключение таймера 17, который прекращает отсчет времени выбега вала 3.
Интервал времени контроля выбега валов 3 и 4, зарегистрированный таймерами 9 и 17 сравнивается с заложенным соответственно в задатчики 11 и 19 и результаты сравнения подаются на сигнализатор 12, который может быть установлен, например, в кабине пилота.
В задатчики 11 и 19 закладывается значение времени выбега, характеризующего бездефектную работу трансмиссии ГТД (как правило, данная информация определяется по результатам стендовых испытаний или рассчитывается по известным зависимостям).
Информация с таймеров 9 и 17 может поступать на сумматор 20, суммированный сигнал с которого поступает на первый вход элемента сравнения 21, где сравнивается с сигналом задатчика 22 и сигнал рассогласования (разности) подается на сигнализатор 12. В этом случае полученный сигнал характеризует возникновении на ранней стадии дополнительных сил трения в межроторном подшипнике («П») двигателя, то есть начала износа деталей подшипника или его разрушения. Если разница времени выбега валов сокращается, это означает что валы стремятся к сцеплению, то есть подшипник перестает вращаться, в этом случае на сигнализатор выдается сигнал о существенной неисправности.
Способ является достаточно простым в реализации, не требует вмешательства в конструкцию двигателя и обеспечивает обнаружение дефектов на ранних стадиях их возникновения.
Исследования состояния трансмиссии на выбеге целесообразно из-за того, что на этом режиме валы двигателя вращаются только под действием инерционных сил и сил трения в подшипниках, так как подача топлива в камеру сгорания двигателя отключена, и турбина не создает необходимой мощности.