УСТРОЙСТВО ВИБРОДИАГНОСТИКИ ДВУХВАЛЬНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к средствам контроля технического состояния авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использована для диагностики ГТД в процессе их эксплуатации.
В настоящее время довольно широко распространена вибрационная диагностика узлов и агрегатов ГТД, основанная на использовании в качестве функционального параметра вибраций деталей, узлов и агрегатов двигателя и определении по их значениям состояния ГТД. В процессе работы ГТД динамические процессы вызывают колебания корпуса, подшипников валов роторов, самих роторов, лопаток, установленных на роторах и пр. Для диагностирования ГТД измеряют вибрационный сигнал и по его анализу делают вывод о состоянии ГТД.
Известна система для контроля и диагностирования работы и состояния подшипников качения и других элементов трансмиссии ГТД, включающая устройство обработки информации, связанное с выходом преобразователя сигнала колебаний, связанного с первичным датчиком колебаний трубы слива масла от подшипника.
В процессе работы ГТД его турбина, размещенная в корпусе, закрытая кожухом, вращается вместе с валом, посаженным на подшипник, установленный в собственном корпусе, опирающемся на силовые стойки.
Масло, подаваемое к подшипнику, пройдя его, попадает в масляную полость и сливается в дренаж по трубе. Акустические сигналы, сопровождающие работу подшипника, ротора турбины с лопатками и других элементов двигателя, распространяясь по трубе слива масла, возбуждают колебания трубы, воспринимаемые преобразователем колебаний, от которого электрический сигнал по каналу связи поступает в устройство обработки информации. Устройство обработки информации проводит фильтрацию сигнала для выделения подшипниковых, лопаточных и других составляющих, оценку их уровней, суммирование для выделения детерминированной составляющей на фоне шума и ее преобразование для получения мгновенной частоты, по которой и судят о состоянии элементов ГТД. (см. патент РФ №2318194, кл. G01M 13/04, 2008 г.).
В результате анализа известной системы необходимо отметить, что она обладает значительной погрешностью, не позволяющей достоверно определить состояние двигателя, так как на колебания трубы слива масла оказывают также влияние факторы, которые не учитываются при определении значения вибрации, такие, как цикличность изменения давления масла в трубе, температура масла и пр. Кроме того, невозможно полностью исключить влияние на характер вибрации трубы других элементов ГТД, что также ведет к повышению погрешности диагностики, кроме того, в зависимости от конструкции двигателя не всегда можно установить преобразователь колебаний на трубе слива масла.
Известна система вибродиагностики ГТД, включающая датчики частоты вращения ротора и вибрации ротора двигателя, блок формирования эталонной виброхарактеристики в зависимости от частоты вращения ротора, блок формирования полетной виброхарактеристики, связанный с датчиками, блоки сравнения, задатчик порогового значения. Система также оснащена блоком сигнализации, блоком формирования базовой виброхарактеристики, блоком формирования локальных эксплуатационных виброхарактеристик, счетчиком и задатчиком числа полетов, входы блока формирования локальных эксплуатационных виброхарактеристик связаны с датчиками, а выход - с первым входом первого блока сравнения, со вторым входом которого связан выход блока формирования базовой виброхарактеристики, входы данного блока соединены с датчиками, выход первого блока сравнения связан с первым входом второго блока сравнения, со вторым входом которого связан задатчик порогового значения, выход второго элемента сравнения связан через ключ с блоком формирования эталонной характеристики вибросигнала, выход блока формирования полетной виброхарактеристики связан с первым входом третьего блока сравнения, со вторым входом которого связан выход блока формирования эталонной виброхарактеристики вибросигнала, а выход третьего блока сравнения связан с блоком сигнализации, при этом, счетчик полетов и задатчик полетов связаны соответственно с первым и вторым входами четвертого блока сравнения, выход которого связан с ключом.
(см. патент РФ на полезную модель №121073, кл. G01М 15/14, 2012 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данной системы необходимо отметить, что ее использование позволяет достоверно определить неисправность, возникшую в двигателе и своевременно информировать экипаж об опасности, однако он не позволяет определить конкретную причину неисправности, в частности неисправность подшипника, которая является наиболее критичной по сравнению с неисправностями других элементов трансмиссии ГТД.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение точности и надежности диагностики ГТД за счет определения неисправности трансмиссии каждого ротора отдельно, а также состояния межвального подшипника двигателя.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройстве вибродиагностики двухвального газотурбинного двигателя, включающем датчики вибрации двигателя и частоты вращения роторов двигателя, блоки сравнения, задатчик заданного допустимого уровня вибрации, а также информационный блок, новым является то, что устройство оснащено блоком формирования значения вибрации в зависимости от частоты вращения роторов, выполненным из трех узкополосных фильтров, вычислителем частоты, на которую настроен третий фильтр, первый вход каждого из фильтров связан с выходом датчика вибрации, второй вход первого и второго фильтров связан с выходом одного из датчиков частоты вращения ротора, причем датчики частоты вращения роторов связаны с входами вычислителя, выход которого связан с вторым входом третьего фильтра, выходы первого и второго фильтров связаны с первыми входами первого и второго блоков сравнения, со вторыми входами которых связан выход третьего фильтра, который также связан с первым входом третьего блока сравнения, со вторым входом которого связан выход задатчика заданного допустимого уровня вибрации, а выходы блоков сравнения связаны с информационным блоком.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема устройства вибродиагностики двухвального гтд.
3
1
1
2
2
1
2
1
2
Устройство вибродиагностики двухвального ГТД 1 содержит датчик 2 вибрации роторов ГТД. Выход датчика 2 связан с входом блока 3 формирования значения вибрации (на графических материалах - В) в зависимости от частоты вращения роторов. Данный блок может быть выполнен в виде стандартных узкополосных фильтров - первого 4, второго 5 и третьего 6, первые два из которых настроены на текущую частоту вращения валов роторов, а третий фильтр настроен на частоту, определяемую по формуле: f=(K*n+K*n)/2, где n - частота вращения первого ротора, a n - частота вращения второго ротора, K и К заданные коэффициенты.
Выход датчика 2 связан с первыми входами фильтров 4, 5, 6. Выходы фильтров 4 и 5 через усилители с заданными коэффициентами усиления, соответственно, 7 и 8, связаны с первыми входами первого 9 и второго 10 блоков сравнения. Выход фильтра 6 связан со вторыми входами блоков сравнения 9 и 10 и с первым входом третьего блока сравнения 11, со вторым входом которого связан задатчик 12 заданного допустимого уровня вибрации. Выходы блоков сравнения 9, 10, 11 связаны с информационным блоком 13. Устройство также содержит датчики 14 и 15 частоты вращения роторов ГТД. Датчики 14 и 15 связаны соответственно со вторыми входами фильтров 4 и 5, а также через усилители 16 и 17 с заданными коэффициентами усиления - с входами вычислителя 18 частоты, на которую настроен третий фильтр 6 Выход вычислителя связан со вторым входом третьего фильтра 6.
Устройство скомпоновано из известных блоков и элементов.
В качестве блока 13 сигнализации может быть использован известный блок звуковой, речевой сигнализации или световое табло, размещенное в кабине пилота.
Датчики 2, 14, 15 являются стандартными.
В качестве блоков сравнения 9, 10, 11 могут быть использованы широко известные логические блоки «И/ИЛИ».
В качестве усилителей 7, 8, 16, 17 могут быть использованы стандартные усилители.
В качестве вычислителя 18 может быть использован стандартный процессор, реализующий функцию приведенную выше.
Устройство вибродиагностики двухвального ГТД функционирует следующим образом.
В процессе работы ГТД датчик 2 снимает значение вибрации роторов, а датчики 14 и 15 - частоту вращения роторов двигателя.
1
1
2
2
Сигнал, характеризующий значение вибрации, с датчика 2 поступает на первые входы первого 4, второго 5 и третьего 6 узкополосных фильтров с плавающей частотой в зависимости от частот вращения роторов. На второй вход фильтра 4 поступают значения частоты вращения одного ротора, а на второй вход фильтра 5 - другого. В фильтрах 4 и 5 из общего спектра частот вибрации измеряемой датчиком 2 выделяются значения амплитуд вибрации на частотах, на которые настроен в конкретный момент времени каждый фильтр B(fn) и B(fn).
3
3
3
3
3
Параллельно, сигналы с датчиков 14 и 15 через усилители 16 и 17 поступают на входы вычислителя 18, где определяется частота f, на которую настраивается третий фильтр 6 по зависимости, приведенной выше. С выхода блока 18 сигнал (f), поступает на второй вход третьего фильтра 6, в котором выделяется амплитуда вибрации В(f) на частоте f.
3
3
1
1
2
2
3
3
С выходов фильтров 4 и 5 выработанные сигналы через усилители 7 и 8 поступают на первые входы первого 9 и второго 10 блоков сравнения, на вторые входы которых поступает сигнал с третьего фильтра 6. В блоках 9 и 10 происходит сравнение значения В(f) со значением B(fn) или B(fn) усиленными в усилителях 7 и 8, в случае если амплитуда В(f) превышает сигналы с усилителей 7 и 8 вырабатываются сигналы характеризующие неисправность подшипника, которые передаются на информационный блок 13.
3
3
Параллельно, выходной сигнал с фильтра 6 поступает на первый вход третьего блока сравнения 11, на второй вход которого подается сигнал с задатчика 12 заданного допустимого уровня вибрации. В блоке 11 при превышения величины амплитуды В(f) заданного допустимого уровня вибрации вырабатывается сигнал, характеризующий неисправность подшипника, который передается на информационный блок 13.
Достоинством данного устройства является повышение точности и надежности диагностирования ГТД за счет за счет постоянного диагностирования состояния подшипника и своевременного определения неисправности в трансмиссии двигателя.