Совершенствование методов параметрической диагностики турбины высокого давления

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта

№ 109

УДК 629.735.03

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

А.Б. АВЕРЬЯНОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Чичковым Б.А.

В статье рассмотрены проблемы параметрического диагностирования турбин высокого давления. Показаны математические модели взаимосвязей между различными параметрами двигателя, регистрируемыми в эксплуатации, позволяющие определять фактическое техническое состояние турбин высокого давления.

Определение технического состояния турбин, и особенно турбин высокого давления, является достаточно актуальной проблемой для отечественных газотурбинных двигателей (ГТД) как 3-4 поколений, так и современного ПС-90 А.

Для отечественных двигателей присущи проблемы определения технического состояния оптико-визуальными методами контроля. Отсутствие удобных лючков и технологических отверстий, значительное время осмотра (до 8-9 часов), характерные для двигателей семейства Д-30 и в меньшей мере ПС-90 А, делают эти осмотры крайне неудобными. Их проведение возможно лишь при продолжительных периодических формах технического обслуживания (ТО). Визуально-оптический контроль не позволяет определять фактическое техническое состояние турбин, затрудняет переход данного узла и всего двигателя на обслуживание по состоянию.

Существующие методы параметрической диагностики ГТД, несмотря на регистрацию таких параметров Т_ТНД - Д-30КУ; ТТНД, Т_Л, БТмТНД, БТмТВД - ПС-90 А, не позволяют в достаточной мере эффективно ставить диагноз и прогнозировать техническое состояние турбин. Приведенные выше обозначения: ТТНД - температура за турбиной низкого давления (температура газов); Т_Л - температура рабочих лопаток 1 ступени турбины высокого давления; ВТмТНД и БТмТВД - разница температуры масла на входе и выходе из турбин соответственно низкого и высокого давления.

Существующая аппаратура вибрации позволяет выявлять ряд неисправностей, однако присущие ей проблемы надежности позволяют сделать вывод о недостаточной эффективности диагностирования турбин высокого давления.

Для повышения эффективности постановки диагноза турбины высокого давления предлагается использовать математические модели «параметр /=Дпараметр /)» [2]. Данные модели позволят учесть все физические взаимосвязи между параметрами, регистрируемыми в эксплуатации.

При построении приведенных здесь математических моделей были использованы статистические данные для неисправности «обрыв рабочей лопатки 1 ступени ТВД», полученные при эксплуатации двигателей типа ПС-90А на максимальном режиме работы (© ОАО «Авиадвигатель»). Полученные статистические данные были предварительно обработаны (приведены к САУ и одному режиму) в соответствии с методикой [3].

Приведенные ниже математические модели трендов параметров построены с помощью элементов регрессионного и корреляционного анализов.

На рис. 1-4 Я2 - квадрат коэффициента корреляции; линейный означает линейный тренд.

На рис. 1-4 приведены примеры математических моделей, указывающих на возникновение неисправности.

ж Т_КВД

Т_КВД_по_перв_10пол

а Т_КВД_по_посл_10пол

---Линейный

- - -Линейный

---Линейный

Вп

N_ВЕН, об/мин

Рис. 1. Регрессионные модели вида «температура воздуха за КВД=Р(обороты ротора НД)». м=3,4239, значим; Вперв10=2,092, незначим; Впосл10=-13,307, значим, не нормируется. Критерий распознавания неисправности В>-13,00.

и

ч

я

а

и

и

Н

280

260

240

220

200

180

160

У =

140

120

100

ж ж ж

Ж Ж Ж Ж

ж

ж

ж

ЖЖ»Ж

ж

т-

жж Ж

---¥----

/\

-27,801х + 2701,5 *" * К2 = 0,1372 ж ж

ж**/ж

- Жж ж

-_____/ ж

*

Ж*

Ж Ж

/ у= -2,7047х + 435,85 ' ,Х „ К2 = 0,004

" „ж /

у = 89,463х - 8050,8 ж К2 = 0,5539

89,5 90 90,5 91 91,5 92

^ВЕН, об/мин

92,5

93

93,5

ж Т в_ГГ

Т в_ГГ_по_перв_10пол

а Тв_ГГ_по_посл_10пол

----Линейный

- - -Линейный

----Линейный

Рис. 2. Регрессионные модели вида «температура воздуха под панелями газогенератора=Р(обороты ротора НД)».

Вповсем=-2,7047, незначим; Вперв10=-27,891, незначим; Впосл10=89,463, значим, не нормируется.

Критерий распознавания неисправности В<89,00.

Рм_в, кг/см2

ж Рм_в

Рм_в_по_перв_10пол

а Рм_в_по_посл_10пол

----Линейный

- - -Линейный

---Линейный

N_ВЕН, об/мин

Рис. 3. Регрессионные модели вида «давление масла на входе в двигатель = ^(обороты ротора НД)».

Вповсем=0,0125, незначим; Вперв10=-0,0332, незначим; Впосл10=-0,2551, значим, не нормируется.

Критерий распознавания неисправности В>-0,250.

* Рм_в

Рм_в_по_перв_10пол

а Рм_в_по_посл_10пол

----Линейный

- - -Линейный

---Линейный

Рт_1 к, кг/см2

Рис. 4. Регрессионные модели вида «давление масла на входе в двигатель = ^(давление в 1-м контуре форсунок)».

Вповсем=0,0067, значим; Вперв10=0,0033, незначим; Впосл10=-0,0172, значим, не нормируется. Критерий распознавания неисправности В>-0,017.

Обозначения параметров: Т_КВД - температура воздуха за компрессором высокого давления; Тв ГГ - температура воздуха под панелями газогенератора; Т_Л - температура рабочей лопатки 1 ступени турбины высокого давления; Ы ВЕН - частота вращения ротора вентилятора; Рм в - давление масла на входе в двигатель; Рт_1к - давление топлива в 1-м контуре форсунок.

Существующие методики не сумели выявить возникновение данной неисправности (обрыв рабочей лопатки 1 ступени ТВД). Показанные на рис. 1-4 модели позволяют выявить возникновение неисправности. На всех четырех рисунках тренд на последних 10 полетах меняет знак и становится значимым, что говорит о возможности использования данных моделей для определения рассматриваемой неисправности.

Поскольку для моделей, показанных на рис. 1-4, отсутствуют критерии распознавания неисправности, то для каждой модели предложен критерий распознавания неисправности.

Таким образом, предложенные математические модели позволяют эффективно ставить диагноз и определять техническое состояние турбин высокого давления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Практическая диагностика авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. В. П. Степаненко. -М.: Транспорт, 1985.

2. Чичков Б. А. Методология оптимизации статистических диагностических моделей авиационных ГТД для установившихся режимов работы. Монография. - М.: МГТУ ГА, 2001.

3. Бюллетень №94148-БЭ-г. Изделие: двигатель ПС-90А. По вопросу внедрения в эксплуатацию 2-й очереди наземной автоматизированной системы диагностирования «АСД - Диагноз-90» двигателя ПС-90А на самолете Ил-96-300. Пермь, 1996.

PERFECTION OF PARAMETRIC DIAGNOSTIC’S METHODS OF HIGH PRESSURE TURBINE

Averianov A.B.

The article describes problems of high pressure turbines’ parametric diagnostic. It shows mathematic models of correlation between different engine’s parameters, which are registered during expluatation and which let defind disrepairs of high pressure turbines.

Сведения об авторе

Аверьянов Андрей Борисович, 1983 г.р., окончил МГТУ ГА (2005), аспирант кафедры двигателей летательных аппаратов МГТУ ГА, область научных интересов - диагностика авиационных двигателей по регистрируемым параметрам.