СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА МАСЛА ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛА В СРЕДСТВАХ ДИАГНОСТИКИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ГТД
METHOD FOR DETERMINING OIL FLOW SPEED UPON DETECTION OF METAL PARTICLES IN DIAGNOSTIC MEANS FOR FRICTION UNITS OF GAS TURBINE ENGINES

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам обнаружения магнитных и немагнитных частиц металла (ЧМ) и определения скорости потока масла в масляной системе работающего газотурбинного двигателя (ГТД), и может быть использовано в авиации, газовой и нефтяной промышленности, электроэнергетике и других отраслях промышленности для диагностики состояния узлов трения и своевременного предотвращения аварийных ситуаций.
Известен способ определения технического состояния двигателей и других машин и механизмов по характеристикам микропримесей металлов, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях, заключающийся в том, что в спектральный источник вводят пробу анализируемой жидкости в виде аэрозоля путем распыления в плазмотрон, предварительно подготавливают пробу и образцы сравнения, регистрируют оптические сигналы излучения от каждой частицы одновременно по двум или более измерительным каналам, преобразуют оптические сигналы в электрические импульсы, определяют массы отдельных металлов по величине импульсов и градуировочным характеристикам, по соотношению масс соответствующих металлов устанавливают состав частицы, содержание металла в частицах износа, по результатам сравнения пробы с эталонными образцами определяют уровень износа двигателя. (Патент РФ №2194973 «Способ определения технического состояния двигателей и других машин и механизмов по характеристикам микропримесей металлов, обнаруженных в смазочных маслах, топливах и специальных жидкостях», опубликован 20.12.2002).
Недостатком способа является невозможность его применения на работающем двигателе, а также невозможность измерения данным способом скорости потока анализируемой жидкости в трубопроводе масляной системы двигателя.
Известен способ, основанный на регистрации устройством с датчиками проточного типа в виде решетки из проводников такой концентрации ЧМ в потоке масла, при которой одна из пар проводников замыкается, с последующим формированием электронным блоком сигнала о наличии частиц износа в масле. (Патент РФ №2315900 «Сигнализатор наличия металлических частиц в системе смазки», опубликован 27.01.2008).
Недостатком способа является продолжительный промежуток времени между появлением частиц износа в масле и выдачей сигнала о наличии ЧМ, из-за необходимости их накопления, а также невозможность измерения скорости потока масла.
Известен способ контроля состояния узлов трения газотурбинных двигателей, основанный на накоплении частиц металла на магнитной пробке, установленной в маслопроводе системы смазки ГТД, и регистрации электронным блоком момента достижения общей массы выявленных ЧМ заданной величины (Патент РФ №2511971 «Сигнализатор стружки», опубликован 10.04.2014).
Недостатком способа является невозможность обнаружения и вылавливания немагнитных ЧМ, а также продолжительный промежуток времени между появлением частиц износа в масле и выдачей сигнала «стружка в масле» из-за необходимости накопления значительного количества ЧМ на магнитной пробке. Кроме того, с помощью магнитных пробок невозможно определить скорость потока масла.
1
2
ч
1
2
Наиболее близким по технической сущности является способ обнаружения частиц металла в системе смазки узлов трения и определения скорости потока масла, в котором обнаружение магнитных и немагнитных ЧМ в потоке масла работающего газотурбинного двигателя осуществляют на участке между двумя сечениями потока с помощью охватывающих эти сечения двух удаленных друг от друга на заданное расстояние вихретоковых чувствительных элементов (ЧЭ и ЧЭ), а скорость потока масла  определяют по известному расстоянию h и времени t прохождения частицы металла между чувствительными элементами ЧЭ и ЧЭ. (Патент РФ №2668513 «Способ обнаружения частиц металла в масле системы смазки узлов трения и определения скорости потока масла», опубликован 01.10.2018).
1
2
1
2
Недостатком данного способа определения скорости потока масла является необходимость наличия двух импульсов напряжения в информационном сигнале измерительной цепи, формируемых при прохождении частицей металла зоны чувствительности ЧЭ и ЧЭ, а также длительность ожидания результата, так как для определения временного интервала частица металла должна пройти путь между ЧЭ и ЧЭ.
Технической проблемой является информационная избыточность вследствие необходимости двух импульсных сигналов измерительной цепи, а также дополнительные затраты времени на определение скорости потока масла.
1
2
Технический результат, заключающийся в снижении информационной избыточности и сокращении времени на определение скорости потока масла, достигается тем, что в известный способ, заключающийся в прокачке масла через проходной канал датчика, регистрации магнитных и немагнитных металлических частиц в потоке масла, формировании информационных сигналов о наличии частиц металла, преобразовании информации о ЧМ в электрический сигнал с помощью дифференциальной измерительной цепи, в которую включены два одновитковых вихретоковых ЧЭ (ЧЭ и ЧЭ), смещенных относительно друг друга по направлению потока на заданное расстояние, введены следующие дополнительные операции:
На этапе градуировки:
1
2
1
1
- снимают экспериментально зависимость сигнала на выходе дифференциальной измерительной цепи с включенными в нее двумя одновитковыми вихретоковыми чувствительными элементами ЧЭ и ЧЭ при движении ЧМ заданного размера D через контур ЧЭ в направлении оси X, ортогональной плоскости ЧЭ и проходящей через ее центр соответственно для магнитных (сталь)  и для немагнитных (медь, латунь и др.)  ЧМ;
- нормируют экспериментальную зависимость относительно размера D соответственно для магнитных
и немагнитных ЧМ
0
1
Где Х - центр плоскости, ограниченной контуром ЧЭ, в котором сигнал на выходе измерительной цепи принимает минимальное значение  при прохождении магнитной ЧМ и максимальное значение  при прохождении немагнитной ЧМ;
Μ
нΜ
НП
0
- определяют величину ΔΧ и ΔΧ по общему для магнитных и немагнитных ЧМ заданному нормированному пороговому значению U, соответствующую перемещению ЧМ от точки х до точки, в которой  для магнитной ЧМ или  для немагнитной ЧМ.
На этапе измерения:
1
- измеряют экстремальное (минимальное для магнитной  и максимальное для немагнитной  ЧМ) значение напряжения на выходе измерительной цепи при прохождении контура ЧЭ ЧМ не известного размера;
1
- вычисляют абсолютное значение порогового уровня для сигнала на выходе ИЦ при прохождении ЧМ неизвестного размера контура ЧЭ соответственно для магнитной
и немагнитной ЧМ
С учетом
1
0
1
- измеряют время Δt с момента фиксации U(x) до момента достижения задним фронтом импульса напряжения U соответствующих пороговых значений для магнитной  и немагнитной  ЧМ.
m
- определяют скорость потока масла V по вычисленному ΔΧ при градуировке и измеренному Δt по формуле .
1
2
1
2
Принцип действия предлагаемого способа поясняется фигурами 1 и 2. Поток масла 1 в системе смазки подшипниковых узлов ГТД поступает в масляный канал датчика 2. Одновитковые вихретоковые чувствительные элементы ЧЭ (3) и ЧЭ (4), охватывающие канал датчика сечением 5, удаленны друг от друга на заданное расстояние по потоку (Фиг. 1). Выходной информационный сигнал с измерительной цепи в виде последовательности двух импульсов напряжения U1 и U2, соответствующих прохождению ЧМ чувствительных элементов ЧЭ и ЧЭ, поступает в блок обработки данных, в котором формируется информация о материале ЧМ.
1
1
Скорость потока масла определяется с помощью одного (первого) импульса информационного сигнала измерительной цепи следующим образом. В момент прохождения ЧМ чувствительного элемента ЧЭ, измерительной цепью формируется информационный сигнал в виде импульса напряжения U1, который может быть как положительной (Фиг. 2), так и отрицательной полярности, в зависимости от типа металла (немагнитный или магнитный). Фиксируется экстремальное значение импульса напряжения в момент прохождения ЧМ плоскости контура ЧЭ и вычисляется пороговый уровень напряжения
пор
Н
1
0
U=Р⋅U(x)
1
пор
1
0
1
пор
После достижения обратным фронтом импульса напряжения значения U=U, вычисляется время Δt от момента, когда U=U(x), до момента, когда U=U.
m
Скорость потока масла V определяют по вычисленному ΔΧ при градуировке и измеренному Δt по формуле .
m
Как видно, по сравнению с прототипом, для определения скорости потока предложенный способ предусматривает использование всего одного (первого) импульса информационного сигнала измерительной цепи. Таким образом, уменьшается время, необходимое для определения скорости V.