RU2297613C2 - Method of diagnosing gas-turbine engine - Google Patents

Method of diagnosing gas-turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2297613C2
RU2297613C2 RU2005113946/06A RU2005113946A RU2297613C2 RU 2297613 C2 RU2297613 C2 RU 2297613C2 RU 2005113946/06 A RU2005113946/06 A RU 2005113946/06A RU 2005113946 A RU2005113946 A RU 2005113946A RU 2297613 C2 RU2297613 C2 RU 2297613C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
frequencies
engine
values
components
Prior art date
Application number
RU2005113946/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005113946A (en
Inventor
Алексей Миронов (LV)
Алексей МИРОНОВ
Анатолий Николаевич Падеров (RU)
Анатолий Николаевич Падеров
Original Assignee
"Д Ун Д Центрс" Сиа Лв
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Д Ун Д Центрс" Сиа Лв filed Critical "Д Ун Д Центрс" Сиа Лв
Priority to RU2005113946/06A priority Critical patent/RU2297613C2/en
Publication of RU2005113946A publication Critical patent/RU2005113946A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2297613C2 publication Critical patent/RU2297613C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing of turbomachines.
SUBSTANCE: method can be used for inspection of technical condition of turbomachines due to comparison of spectral analysis data of vibration of working engine with initial data. Before testing spectral analysis in wide range, the spectral analysis of envelope of vibration signal is made; the signal is selected at characteristic frequencies. Main source resulting to changes in vibration are found from maximal deviations due to comparison amplitudes of components of received spectrum with the same values at initial state of engine. After that the defect is localized due to measurement and comparison with initial modulation components of vibration inside ranges of only those carrier frequencies, which frequencies are multiple to frequencies with highest deviation from initial values.
EFFECT: improved truth of results of diagnostics.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области испытаний турбомашин, в частности к способам контроля их технического состояния с применением методов виброметрии, и может быть применено при испытании двигателя на стенде или в условиях эксплуатации (на самолете или вертолете) после проведения одной из форм технического обслуживания, а также для диагностирования регулятора и отдельных агрегатов, например плунжерных насосов высокого давления.The invention relates to the field of testing turbomachines, in particular to methods for monitoring their technical condition using vibration methods, and can be applied when testing the engine on a bench or in operating conditions (by plane or helicopter) after one of the forms of maintenance, as well as diagnosing the regulator and individual units, for example high-pressure plunger pumps.

В качестве исходных сигналов, способных характеризовать техническое состояние элементов газотурбинного двигателя, в первую очередь - элементов газовоздушного тракта (ГВТ), может служить высокочастотная вибрация корпуса двигателя, генерируемая при аэродинамическом взаимодействии вращающихся и неподвижных лопаточных решеток в работающем двигателе. Для описания и анализа указанного взаимодействия обычно используются модели, учитывающие импульсный характер воздействия кромочных следов на следующие по потоку лопатки.As the initial signals capable of characterizing the technical condition of the elements of a gas turbine engine, first of all, the elements of the gas-air duct (GVT), high-frequency vibration of the engine housing generated by the aerodynamic interaction of rotating and fixed blade grids in a running engine can serve. To describe and analyze this interaction, models are usually used that take into account the pulsed nature of the impact of edge tracks on the blades following the flow.

Под воздействием различных факторов, возникающих в процессе эксплуатации, таких, например, как повреждение лопаток, коксование топливных форсунок, прецессионное движение ротора, проходят локальные изменения вектора скорости выходящего из лопаточной решетки потока воздуха. При этом происходит искажение представляемых в виде импульсной последовательности кромочных следов, которое может быть представлено в виде модуляции исходной последовательности импульсов по амплитуде или по частоте. В качестве основной несущей частоты такой импульсной последовательности, например от лопаток рабочего колеса, служит частота следования его лопаток относительно неподвижной точки (произведение частоты вращения ротора на количество лопаток). В спектре вибрации, создаваемой рабочим колесом, может присутствовать не одна, а несколько несущих частот, в том числе кратных основной несущей, присутствие которых обусловлено формой реальных импульсов.Under the influence of various factors that arise during operation, such as, for example, damage to the blades, coking of the fuel nozzles, the precession movement of the rotor, local changes in the velocity vector of the air flow coming out of the blade grill take place. In this case, a distortion of the edge tracks presented in the form of a pulse sequence occurs, which can be represented as modulation of the initial sequence of pulses in amplitude or frequency. The main carrier frequency of such a pulse sequence, for example, from the impeller blades, is the repetition frequency of its blades relative to a fixed point (the product of the rotor speed and the number of blades). In the spectrum of vibration created by the impeller, not one but several carrier frequencies may be present, including multiples of the main carrier, the presence of which is due to the shape of real pulses.

Основная диагностическая информация появляется при взаимодействии потока воздуха с элементами ГВТ двигателя и содержится в параметрах, характеризующих модуляцию кромочных следов. Характеристики дефекта(-ов) определяют параметры промодулированного сигнала. Анализируя изменение вибрационного сигнала, можно диагностировать дефекты.The main diagnostic information appears during the interaction of the air flow with the elements of the engine’s GW and is contained in the parameters characterizing the modulation of the edge tracks. The characteristics of the defect (s) determine the parameters of the modulated signal. By analyzing the change in the vibration signal, defects can be diagnosed.

В предшествующих решениях для контроля технического состояния турбомашины использовались различные варианты измерения составляющих вибрации на частоте следования лопаток и частотах вращения ротора и кратных им частотах с последующим расчетом комбинированных параметров. При возникновении в ГВТ двигателя масштабного дефекта, приводящего к модуляции кромочных следов рабочих лопаток, спектр вибрации около каждой несущей частоты изменяется. Компоненты спектра на частотах, кратных частоте вращения ротора, увеличиваются или уменьшаются в связи с изменением неравномерности рабочих колес. Кроме того, появляются компоненты, которые смещены по частоте от несущей, что обусловлено фазовыми искажениями в последовательности импульсов.In previous solutions, to monitor the technical condition of the turbomachine, various options were used to measure the vibration components at the blade speed and rotor frequencies and multiples of them, followed by the calculation of combined parameters. When a large-scale defect occurs in the engine’s GW, leading to modulation of the edge traces of the working blades, the vibration spectrum around each carrier frequency changes. The components of the spectrum at frequencies that are multiples of the rotor speed increase or decrease due to a change in the unevenness of the impellers. In addition, components appear that are offset in frequency from the carrier due to phase distortion in the pulse train.

Принятый в качестве прототипа способ диагностики газотурбинного двигателя по заявке №13275 Латвийской Республики обеспечивает как определение состояния ГВТ двигателя в целом, так и локализацию источника ухудшения его рабочих характеристик. Это достигается тем, что после измерения и спектрального анализа вибрации работающего двигателя с помощью установленного на его корпусе вибропреобразователя замеряют энергию спектра сигнала выше и ниже каждой несущей частоты всех ступеней двигателя в боковых полосах шириной, меньшей частоты вращения ротора, а полученные значения сравнивают с этими же величинами, замеренными в исходном состоянии двигателя. При этом о состоянии газовоздушного тракта двигателя в целом судят по величине отклонения значений энергии спектров, замеренных в боковых полосах частот при несущих частотах всех ступеней двигателя, от исходных. Для определения же источника ухудшения характеристик двигателя сравнивают величины значения энергии, замеренные в боковых частотных полосах при несущих частотах каждой ступени двигателя, с этими же величинами в его исходном состоянии.Adopted as a prototype, a method for diagnosing a gas turbine engine according to the application No. 13275 of the Republic of Latvia provides both the determination of the state of the GWT of the engine as a whole and the localization of the source of deterioration of its performance. This is achieved by the fact that after measuring and spectral analysis of the vibration of the working engine, using the vibration transducer installed on its body, the signal spectrum energy is measured above and below each carrier frequency of all engine stages in side bands with a width less than the rotor speed, and the obtained values are compared with the same values measured in the initial state of the engine. In this case, the state of the gas-air path of the engine as a whole is judged by the deviation of the energy values of the spectra measured in the side frequency bands at the carrier frequencies of all engine stages from the original ones. To determine the source of engine performance deterioration, the energy values measured in the side frequency bands at the carrier frequencies of each engine stage are compared with the same values in its initial state.

Современные газотурбинные двигатели выполнены по 2- или даже 3-вальной схеме и каждый ротор имеет от 1-2-х до 10-12-ти ступеней. В каждой ступени имеется рабочее колесо и направляющий или спрямляющий аппарат с присущим им количеством лопаток. В спектре вибрации газотурбинного двигателя в таком случае может существовать несколько десятков и даже сотен видов несущих частот. Амплитудно-частотные характеристики вибрационного тракта двигателя весьма сложны, поэтому характер изменения модуляционных составляющих в разных диапазонах будет различным, что повлияет на достоверность диагноза.Modern gas turbine engines are made according to a 2- or even 3-shaft scheme and each rotor has from 1-2 to 10-12 stages. In each stage there is an impeller and a guide or straightening apparatus with an inherent number of blades. In the vibration spectrum of a gas turbine engine, in this case, there can be several tens or even hundreds of types of carrier frequencies. The amplitude-frequency characteristics of the vibrational path of the engine are very complex, so the nature of the change in the modulation components in different ranges will be different, which will affect the reliability of the diagnosis.

Таким образом, для определения состояния двигателя и, тем более, для локализации дефекта необходимо исследовать десятки или даже сотни (если используется несколько датчиков или направлений измерения) частотных диапазонов на предмет выявления и измерения в них составляющих вибрации, кратных частоте вращения ротора, или полосовых составляющих вибрации около несущих частот. Например, в случае применения вышеуказанного способа для диагностирования двигателя ТВЗ-117 необходимо учесть 11 различающихся по числу рабочих лопаток ступеней, количество датчиков - 2 (по одному на корпусе передней опоры и корпусе турбины) и количество направлений измерения - 3 (3-осные вибропреобразователи). При этом, если ограничиться только двумя частотными диапазонами для каждой первой несущей частоты (ниже и выше несущей), то количество диапазонов исследования будет равным 120. Таблица 1 иллюстрирует необходимое количество измерений (отмечено знаком х) без учета парности диапазонов измерения около каждой несущей в диапазонах частот, соответствующих первым несущим частотам (применительно к двигателю ТВЗ-117).Thus, to determine the state of the engine and, moreover, to localize a defect, it is necessary to examine dozens or even hundreds (if several sensors or measurement directions are used) of frequency ranges in order to identify and measure in them vibration components that are multiples of the rotor speed or band components vibrations near carrier frequencies. For example, in the case of applying the above method for diagnosing the TVZ-117 engine, it is necessary to take into account 11 stages differing in the number of working blades, the number of sensors is 2 (one each on the front support housing and the turbine housing) and the number of measurement directions is 3 (3-axis vibration transducers) . Moreover, if we restrict ourselves to only two frequency ranges for each first carrier frequency (lower and higher than the carrier), the number of study ranges will be 120. Table 1 illustrates the required number of measurements (marked with an x) without taking into account the paired measurement ranges near each carrier in the ranges frequencies corresponding to the first carrier frequencies (in relation to the TVZ-117 engine).

Таблица 1Table 1 Место установки датчиковSensor Installation Location Передняя опораFront support ТурбинаTurbine Направление виброперегрузкиDirection of vibration overload № ступениStep number Кол-во лопатокNumber of blades Частота, Гцfrequency Hz осевоеaxial радиальноеradial тангенциальноеtangential осевоеaxial радиальноеradial тангенциальноеtangential КомпрессорCompressor 1one 3737 1139611396 хx хx хx хx хx хx 22 4343 1324413244 хx хx хx хx хx хx 33 5959 1817218172 хx хx хx хx хx хx 4four 6767 2063620636 хx хx хx хx хx хx 55 7373 2248422484 хx хx хx хx хx хx 66 8181 2494824948 хx хx хx хx хx хx 77 8989 2741227412 хx хx хx хx хx хx 88 8989 2741227412 99 8989 2741227412 1010 8989 2741227412 11eleven 8989 2741227412 1212 8989 2741227412 турбина компрессораcompressor turbine 1one 133133 4096440964 хx хx хx хx хx хx 22 101101 3110831108 хx хx хx хx хx хx свободная турбинаfree turbine 33 6464 1600016000 хx хx хx 4four 5151 1275012750 хx хx хx

Учитывая потребность в диагностировании не только ГВТ, но и других частей двигателя, необходимо еще больше расширять перечень несущих частот, включая в него, кроме частот следования (и кратных им) лопаток рабочих колес, также и частоты, генерируемые вращающимися механизмами с импульсным характером взаимодействия элементов, в том числе: частоты перекатывания тел качения в подшипниках, перезацепления зубьев в зубчатых передачах, срабатывания плунжеров в плунжерных насосах.Given the need to diagnose not only GW, but also other parts of the engine, it is necessary to further expand the list of carrier frequencies, including, in addition to the repetition frequencies (and multiples of them) of the impeller blades, also the frequencies generated by rotating mechanisms with a pulsed nature of the interaction of elements including: frequencies of rolling of rolling elements in bearings, re-engagement of teeth in gears, operation of plungers in plunger pumps.

Проведение такого исследования в широком диапазоне частот в условиях эксплуатации затруднено, во-первых, в силу ограниченного частотного диапазона приборов измерения и анализа вибрации, а во-вторых, из-за необходимости оперативного принятия решения по использованию двигателя. С учетом вышесказанного на практике приходится ограничивать количество исследуемых частотных диапазонов, что существенно сужает достоверность контроля двигателя в реальных условиях его эксплуатации.Conducting such a study in a wide range of frequencies under operating conditions is difficult, firstly, due to the limited frequency range of the vibration measuring and analysis instruments, and secondly, due to the need for an operative decision on the use of the engine. In view of the foregoing, in practice, it is necessary to limit the number of frequency ranges under study, which significantly narrows the reliability of engine monitoring in real-life operating conditions.

Целью настоящего изобретения является повышение достоверности диагностики двигателя в условиях эксплуатации.The aim of the present invention is to increase the reliability of engine diagnostics in operating conditions.

Эта цель достигается тем, что в способе диагностики двигатели, основанного на измерении вибрации работающего двигателя с помощью установленного на его корпусе вибропреобразователя и сравнении данных, получаемых в результате спектрального анализа вибрации с этими же величинами, замеренными в исходном состоянии двигателя, сначала проводят спектральный анализ огибающей вибрационного сигнала, выделяемого на характеристических частотах, измеряют амплитуды составляющих полученного спектра в диапазоне от нуля до частоты вращения ротора, имеющего наибольшую скорость вращения, сравнивают полученные значения со значениями в исходном состоянии, а о месте доминирующих источников изменения вибрации судят по частотам составляющих, имеющих наибольшие по величине отклонения замеренных значений от исходных. После определения агрегатов двигателя, являющихся источниками модуляции несущих частот, осуществляют локализацию дефекта до отдельного узла этого агрегата по спектрам вибрации в широком диапазоне частот путем измерения и сравнения с исходными значениями модуляционных составляющих вибрации в диапазонах только тех несущих, частоты которых кратны частотам доминирующих источников.This goal is achieved by the fact that in a diagnostic method for engines based on measuring vibration of a running engine using a vibration transducer installed on its body and comparing data obtained as a result of spectral analysis of vibration with the same values measured in the initial state of the engine, spectral analysis of the envelope is first performed vibration signal emitted at characteristic frequencies, measure the amplitudes of the components of the obtained spectrum in the range from zero to rotor speed, having the highest rotation speed, the obtained values are compared with the values in the initial state, and the place of the dominant sources of vibration changes is judged by the frequencies of the components having the largest deviations of the measured values from the original ones. After determining the engine aggregates, which are the sources of modulation of the carrier frequencies, the defect is localized to a separate unit of this unit by vibration spectra in a wide frequency range by measuring and comparing with the initial values of the modulation components of vibration in the ranges of only those carriers whose frequencies are multiples of the frequencies of the dominant sources.

Сущность изобретения может быть проиллюстрирована графиками, на которых представлены:The invention can be illustrated by graphs, which represent:

на фиг.1 - спектр виброперегрузки (датчик на корпусе передней опоры ротора, установленный в радиальном направлении); 1а - в исходном состоянии двигателя, 1б - с внесенным дисбалансом;figure 1 is a spectrum of vibration overload (a sensor on the housing of the front support of the rotor mounted in the radial direction); 1a - in the initial state of the engine, 1b - with the introduced imbalance;

на фиг.2 - спектр виброперегрузки (датчик на корпусе турбины, установленный в радиальном направлении): 2а - в исходном состоянии двигателя, 2б - с внесенным дисбалансом;figure 2 - spectrum vibration (sensor on the turbine housing, mounted in the radial direction): 2A - in the initial state of the engine, 2b - with the introduced imbalance;

на фиг.3 - спектр огибающей виброперегрузки на 1-й характеристической частоте - частоте следования лопаток последней ступени свободной турбины (датчик на корпусе турбины, установленный в радиальном направлении): 3а - в исходном состоянии двигателя, 3б - с внесенным дисбалансом;figure 3 - spectrum envelope of vibration overload at the 1st characteristic frequency - the repetition frequency of the blades of the last stage of the free turbine (sensor on the turbine housing mounted in the radial direction): 3A - in the initial state of the engine, 3b - with the introduced imbalance;

на фиг.4 - спектр огибающей виброперегрузки на 2-й характеристической частоте - частоте следования лопаток 3-й ступени компрессора (датчик на корпусе передней опоры, установленный в радиальном направлении): 4а - в исходном состоянии двигателя, 4б - с внесенным дисбалансом;figure 4 - spectrum envelope of vibration overload at the 2nd characteristic frequency - the repetition frequency of the blades of the 3rd stage of the compressor (the sensor on the front support housing mounted in the radial direction): 4a - in the initial state of the engine, 4b - with the imbalance introduced;

на фиг.5 - спектр огибающей виброперегрузки на 3-й характеристической частоте - частоте следования лопаток 4-й ступени компрессора (датчик на корпусе передней опоры, установленный в радиальном направлении): 5а - в исходном состоянии двигателя, 5б - с внесенным дисбалансом.figure 5 - spectrum envelope of vibration overload at the 3rd characteristic frequency - the repetition frequency of the blades of the 4th stage of the compressor (sensor on the front support housing mounted in the radial direction): 5a - in the initial state of the engine, 5b - with the introduced imbalance.

На фиг.1-5 приняты следующие условные обозначения:Figure 1-5 adopted the following conventions:

ТК - составляющая спектра вибрации на частоте вращения ротора турбокомпрессора; СТ - составляющая спектра вибрации на частоте вращения ротора свободной турбины; цп - составляющая спектра вибрации на частоте вращения центрального привода; рп - составляющая спектра вибрации на частоте вращения рессоры привода; 2рп - составляющая спектра вибрации на частоте 2-й гармоники вращения рессоры привода; пнр - составляющая спектра вибрации на частоте вращения привода насоса-регулятора.TC - component of the vibration spectrum at the rotor speed of the turbocompressor; ST is a component of the vibration spectrum at the rotor speed of a free turbine; cp is a component of the vibration spectrum at the rotational speed of the central drive; RP - the component of the vibration spectrum at the frequency of rotation of the drive springs; 2рп - component of the vibration spectrum at the frequency of the 2nd harmonic of rotation of the drive spring; PNRM. - component of the vibration spectrum at the rotational speed of the pump-regulator drive.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.

На каждом роторе двигателя и в указанных выше его агрегатах из основных несущих частот можно выделить одну, характеристическую частоту, связанную с узлом, оптимальным для контроля. Понятие характеристической частоты включает значение центральной частоты, которая определяется произведением частоты вращения ротора (узла) на количество элементов (например, лопаток или плунжеров) и ширину полосы частот измерения. Полоса частот измерения задается в процентном отношении от значения центральной частоты. Перед началом испытаний определяют перечень характеристических частот для испытуемого двигателя, затем устанавливают на корпусе газотурбинного двигателя вибропреобразователь, частотный диапазон которого достаточен для измерения вибрации в широком диапазоне: от нескольких Гц до частот, превышающих частоты следования рабочих лопаток контролируемых ступеней двигателя.On each rotor of the engine and in its units indicated above, one of the main carrier frequencies can be distinguished one characteristic frequency associated with the node, optimal for control. The concept of characteristic frequency includes the value of the central frequency, which is determined by the product of the rotor (node) rotation frequency by the number of elements (for example, blades or plungers) and the measurement frequency bandwidth. The measurement frequency band is set as a percentage of the center frequency value. Before starting the tests, a list of characteristic frequencies for the test engine is determined, then a vibration transducer is installed on the gas turbine engine body, the frequency range of which is sufficient to measure vibration in a wide range: from several Hz to frequencies exceeding the frequencies of the working blades of the controlled engine stages.

Двигатель выводят на рабочий режим, проводят спектральный анализ огибающей вибрации, выделяемой на характеристических частотах, и измеряют составляющие этого спектра в диапазоне от нуля до частоты вращения ротора, имеющего наибольшую скорость вращения. Полученные значения сравнивают с величинами этих же составляющих, замеренными в исходном состоянии двигателя. По частотам составляющих, имеющих наибольшие по величине отклонения замеренных значений от исходных, определяют доминирующие (основные) источники изменения вибрации. Локализацию дефекта осуществляют по спектрам вибрации, замеренной в широком диапазоне, путем измерения и сравнения с исходными значениями модуляционных составляющих вибрации только тех несущих, частоты которых кратны частотам основных источников.The engine is brought to the operating mode, a spectral analysis of the envelope of vibration emitted at the characteristic frequencies is carried out, and the components of this spectrum are measured in the range from zero to the rotational speed of the rotor having the highest rotation speed. The obtained values are compared with the values of the same components measured in the initial state of the engine. The frequencies of the components having the largest deviations of the measured values from the original ones determine the dominant (main) sources of vibration change. The defect is localized according to the vibration spectra measured over a wide range, by measuring and comparing with the initial values of the modulation components of the vibration only those carriers whose frequencies are multiples of the frequencies of the main sources.

Пример реализации способаAn example implementation of the method

Способ был реализован для оценки изменения состояния вертолетного газотурбинного двигателя ТВЗ-117.The method was implemented to assess changes in the state of the helicopter gas turbine engine TVZ-117.

В ходе испытаний двигателя на стенде завода вибрация измерялась на корпусе передней опоры (компрессор) - передний датчик и на корпусе турбины - задний датчик, в диапазоне частот от 0 Гц до 25 кГц. 3-осные вибропреобразователи измеряли в каждой точке вибрацию одновременно в 3-х направлениях. Сравнительное изменение вибрационных характеристик наблюдалось при сопоставлении результатов испытания одного и того же двигателя в исправном состоянии и с имитирующими возможные повреждения дополнительными неуравновешенными массами, внесенными в турбину компрессора и в свободную турбину. При этом создаваемый в турбине компрессора дисбаланс создавался заведомо большим, чем в свободной турбине.During engine tests at the plant’s bench, vibration was measured on the front support housing (compressor) —the front sensor and on the turbine housing — the rear sensor, in the frequency range from 0 Hz to 25 kHz. 3-axis vibration transducers measured vibration at each point simultaneously in 3 directions. A comparative change in the vibrational characteristics was observed when comparing the test results of the same engine in good condition and with additional unbalanced masses simulating possible damage introduced into the compressor turbine and into a free turbine. In this case, the imbalance created in the compressor turbine was created obviously greater than in a free turbine.

При испытании в исправном состоянии характеристики двигателя соответствовали техническим условиям, а значения вибрационных параметров двигателя принимались за исходные.When tested in good condition, the characteristics of the engine corresponded to the technical conditions, and the values of the vibration parameters of the engine were taken as the initial ones.

На первом этапе обработки результатов был использован метод спектрального анализа огибающей вибрации. Для анализа огибающей были выбраны характеристические частоты, соответствовавшие частотам следования рабочих лопаток 3-й (18172 Гц) и 4-й (20636 Гц) ступеней компрессора и последней ступени свободной турбины (12750 Гц). В скобках приведены значения характеристических частот, выделенных жирным шрифтом в таблице 1, соответствующих номинальному режиму работы двигателя.At the first stage of processing the results, the method of spectral analysis of the envelope of vibration was used. To analyze the envelope, characteristic frequencies were selected that corresponded to the working frequencies of the blades of the 3rd (18172 Hz) and 4th (20636 Hz) compressor stages and the last stage of a free turbine (12750 Hz). In parentheses are the values of the characteristic frequencies in bold in table 1, corresponding to the nominal operating mode of the engine.

Параметры вибрации измерялись на номинальном режиме работы двигателя. Скорость вращения ротора турбокомпрессора составляла на данном режиме 308 с-1, в то время как скорость вращения свободной турбины - 250 с-1. По результатам испытаний первоначально был проведен спектральный анализ вибрации в диапазоне частот, соответствовавшем частоте вращения ротора турбокомпрессора. Результаты анализа приведены на фиг.1. На передней опоре вибрация на частотах вращения обоих роторов при внесении дефекта практически не изменилась (фиг.1а - исходное состояние, фиг.1б - при внесении дисбаланса). Вибрация на частоте вращения ротора турбокомпрессора, измеренная по датчику на задней опоре, возросла менее чем на 50% (фиг.2а - исходное состояние, фиг.2б - при внесении дисбаланса). Поскольку указанное изменение вибрации находится в пределах разброса вибрации с частотой вращения ротора от запуска к запуску, то определить источник возмущения только по изменению уровня на установившемся режиме не представляется возможным.Vibration parameters were measured at the rated engine operating mode. The rotor speed of the turbocompressor in this mode was 308 s -1 , while the rotation speed of a free turbine was 250 s -1 . According to the test results, a spectral analysis of vibration was initially carried out in the frequency range corresponding to the rotational speed of the turbocompressor rotor. The analysis results are shown in figure 1. On the front support, the vibration at the rotational frequencies of both rotors did not practically change when a defect was introduced (figa - initial state, figb - when making an imbalance). The vibration at the rotor speed of the turbocompressor, measured by the sensor on the rear support, increased by less than 50% (figa - initial state, figb - when making an imbalance). Since the indicated change in vibration is within the range of vibration with the rotor speed from start to start, it is not possible to determine the source of disturbance only by changing the level in the steady state.

На следующем этапе была выделена огибающая вибрации от датчика на турбине на первой характеристической частоте 12750 Гц - частоте следования рабочих лопаток последней ступени свободной турбины и проведен ее спектральный анализ в полосе 0-400 Гц. (Огибающая вибрации на частотах следования лопаток турбины компрессора не исследовалась, поскольку указанные частоты находятся за пределами частотного диапазона имевшейся аппаратуры.)At the next stage, the envelope of vibration from the sensor on the turbine was isolated at the first characteristic frequency of 12750 Hz - the repetition frequency of the working blades of the last stage of the free turbine and its spectral analysis was carried out in the band 0-400 Hz. (The vibration envelope at the frequencies of the compressor turbine blades was not investigated, since the indicated frequencies are outside the frequency range of the available equipment.)

На фиг.3 приведены полученные спектры огибающей вибрации откуда видно, что при практическом отсутствии заметных узкополосных составляющих, в исходном состоянии (фиг.3а), появление составляющей с частотой вращения ротора турбокомпрессора на фиг.3б однозначно указывает на доминирующий источник возбуждения вибрации - массовую неуравновешенность ротора турбокомпрессора.Figure 3 shows the obtained spectra of the vibration envelope, from which it can be seen that, with the practical absence of noticeable narrow-band components, in the initial state (Fig. 3a), the appearance of a component with the rotational speed of the turbocompressor rotor in Fig. 3b clearly indicates the dominant source of vibration excitation - mass imbalance turbocharger rotor.

На фиг.4 и 5 показаны спектры огибающей вибрации, замеренной датчиком на передней опоре компрессора и выделенной на других характеристических частотах - частотах следования лопаток 3-й (19212 Гц) и 4-й (21817 Гц) ступеней компрессора. В связи с близостью датчика вибрации к приводам, здесь в качестве источников модуляции выступают также и зубчатые передачи, приводимые во вращение ротором турбокомпрессора.Figures 4 and 5 show the spectra of the envelope of vibration measured by the sensor on the front support of the compressor and allocated at other characteristic frequencies - the repetition frequencies of the blades of the 3rd (19212 Hz) and 4th (21817 Hz) stages of the compressor. Due to the proximity of the vibration sensor to the drives, here, gears driven by the rotor of the turbocompressor also act as modulation sources.

В спектрах огибающей заметна очевидная разница между структурой спектра огибающей в исходном состоянии и при внесении дисбаланса. Например, в 3-й ступени составляющая на частоте вращения ротора турбокомпрессора в исходном состоянии (фиг.4а) практически не выделяется из «шума» (случайной широкополосной вибрации), зато при внесении дисбаланса (фиг.4б) возрастает в два с лишним раза. В 4-й ступени (фиг.5а - исходное состояние и фиг.5б - при внесений дисбаланса) составляющая на роторной частоте при внесении дисбаланса также изменяется почти в два раза, правда, в меньшую сторону. Следовательно, очевиден доминирующий характер изменения роторной вибрации ротора турбокомпрессора. При этом остальные составляющие, связанные с вибрацией приводимых во вращение ротором турбокомпрессора зубчатых передач, меняются в значительно меньшей степени и их изменение находится в пределах обычного для данных компонент разброса.The envelope spectra show an obvious difference between the structure of the envelope spectrum in the initial state and when an imbalance is introduced. For example, in the 3rd stage, the component at the rotational speed of the turbocompressor rotor in its initial state (Fig. 4a) practically does not stand out from “noise” (random broadband vibration), but when an imbalance is introduced (Fig. 4b) it increases by more than two times. In the 4th stage (figa - the initial state and figb - when making an imbalance), the component at the rotor frequency when making the imbalance also changes almost twice, however, in a smaller direction. Therefore, the dominant nature of the change in rotor vibration of the rotor of the turbocharger is obvious. In this case, the remaining components associated with the vibration of the gears driven by the rotor of the turbocompressor rotate to a much lesser extent and their change is within the usual range of the scatter components.

Изменение вибрации на частоте вращения ротора турбокомпрессора, замеренное на компрессоре, оказалось меньше, чем на турбине, что позволяет сделать вывод не только о том, что доминирующим источником возбуждения вибрации в двигателе является ротор турбокомпрессора, но и частично локализовать дефект, указав, что это - турбина компрессора.The change in vibration at the turbocharger rotor speed measured on the compressor turned out to be smaller than on the turbine, which allows us to conclude that the turbocompressor rotor is the dominant source of vibration excitation in the engine, but also partially localize the defect, indicating that this is compressor turbine.

Таким образом, изменение спектра огибающей вибрации (при внесении дисбаланса) указало на то, что:Thus, a change in the spectrum of the envelope of vibration (when introducing an imbalance) indicated that:

- наиболее вероятным источником вибрации является ротор турбокомпрессора,- the most likely source of vibration is the turbocharger rotor,

- наиболее вероятным местом нахождения дефекта является турбина компрессора.- The most likely location for the defect is the compressor turbine.

С учетом сделанных выводов продолжение исследования вибрации было сокращено за счет исключения из общего объема обработки диапазонов, измеряемых по переднему датчику вибрации, и диапазонов, связанных с частотами следования лопаток турбины компрессора.Based on the conclusions made, the continuation of the vibration study was reduced due to the exclusion from the total processing volume of the ranges measured by the front vibration sensor and the ranges associated with the frequencies of the compressor turbine blades.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволило сократить необходимый для выявления дефекта объем исследования спектров вибрации в 20 раз (в табл.1 жирным шрифтом выделены 3 парных диапазона, в которых необходимо провести детальное исследование, вместо всех 60-ти, указанных в ней) и обеспечить повышение оперативности диагностики в условиях эксплуатации.Thus, the use of the proposed method allowed us to reduce the volume of vibration spectrum studies necessary for detecting a defect by 20 times (in table 1, 3 paired ranges in which it is necessary to conduct a detailed study are highlighted in bold instead of all 60 indicated in it) and provide increasing the efficiency of diagnostics in operating conditions.

Claims (1)

Способ диагностики двигателя, основанный на измерении вибрации работающего двигателя, спектрального анализа вибрации и сравнении получаемых данных с этими же величинами, замеренными в исходном состоянии двигателя, отличающийся тем, что проводят спектральный анализ огибающей вибрационного сигнала, выделяемого на характеристических частотах, измеряют амплитуды составляющих полученного спектра в диапазоне от нуля до частоты вращения ротора, имеющего наибольшую скорость вращения, сравнивают полученные значения с теми же значениями в исходном состоянии, о месте основных источников изменения вибрации судят по частотам составляющих, имеющих наибольшие по величине отклонения замеренных значений от исходных, а локализацию дефекта осуществляют по спектрам вибрации в широком диапазоне частот путем измерения и сравнения с исходными значениями модуляционных составляющих вибрации в диапазонах только тех несущих, частоты которых кратны частотам основных источников.A method for diagnosing an engine based on measuring vibration of a running engine, spectral analysis of vibration and comparing the received data with the same values measured in the initial state of the engine, characterized in that they conduct spectral analysis of the envelope of the vibration signal emitted at characteristic frequencies, and the amplitudes of the components of the obtained spectrum are measured in the range from zero to the rotor speed having the highest rotation speed, the obtained values are compared with the same values in and a similar state, the place of the main sources of vibration changes is judged by the frequencies of the components having the largest deviations of the measured values from the original ones, and the defect is localized by vibration spectra in a wide frequency range by measuring and comparing with the initial values of the modulation components of vibration in the ranges of only those bearing whose frequencies are multiples of the frequencies of the main sources.
RU2005113946/06A 2005-05-11 2005-05-11 Method of diagnosing gas-turbine engine RU2297613C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113946/06A RU2297613C2 (en) 2005-05-11 2005-05-11 Method of diagnosing gas-turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113946/06A RU2297613C2 (en) 2005-05-11 2005-05-11 Method of diagnosing gas-turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005113946A RU2005113946A (en) 2006-11-20
RU2297613C2 true RU2297613C2 (en) 2007-04-20

Family

ID=37501640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005113946/06A RU2297613C2 (en) 2005-05-11 2005-05-11 Method of diagnosing gas-turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2297613C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499240C1 (en) * 2012-06-28 2013-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" Method of gas turbine engine vibration monitoring
RU2522275C2 (en) * 2012-10-18 2014-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" Method for determining technical state of power plants
RU2556477C1 (en) * 2014-09-01 2015-07-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Топаз" Vibration diagnostic method of gas-turbine engines in operation as per information of onboard devices
RU2623177C2 (en) * 2015-05-28 2017-06-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for monitoring technical state of rolling bearings
RU2774092C1 (en) * 2021-02-04 2022-06-15 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for diagnosing the technical condition of gas turbine engines based on thermogasdynamic parameters in transient and steady-state modes (from idle run to rated power mode) applying the invariant theory

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499240C1 (en) * 2012-06-28 2013-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" Method of gas turbine engine vibration monitoring
RU2522275C2 (en) * 2012-10-18 2014-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" Method for determining technical state of power plants
RU2556477C1 (en) * 2014-09-01 2015-07-10 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Топаз" Vibration diagnostic method of gas-turbine engines in operation as per information of onboard devices
RU2623177C2 (en) * 2015-05-28 2017-06-22 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for monitoring technical state of rolling bearings
RU2774092C1 (en) * 2021-02-04 2022-06-15 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for diagnosing the technical condition of gas turbine engines based on thermogasdynamic parameters in transient and steady-state modes (from idle run to rated power mode) applying the invariant theory

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005113946A (en) 2006-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10352823B2 (en) Methods of analysing apparatus
JP3133069B2 (en) Method and apparatus for detecting and locating changes in structural components of a turbine
RU2484442C1 (en) Vibration diagnostics and forecasting method of sudden failure of engine, and carrier
NO335107B1 (en) Method and apparatus for one-piece acoustic impeller inspection
KR20100083096A (en) Method and system for turbine blade characterization
RU2297613C2 (en) Method of diagnosing gas-turbine engine
WO2014123443A1 (en) Method and device for vibration diagnosis and forecasting sudden engine failure
CzmoChowski et al. Tests of rotary machines vibrations in steady and unsteady states on the basis of large diameter centrifugal fans
CN111397877A (en) Rotary machine beat vibration fault detection and diagnosis method
RU2575243C1 (en) Vibroacoustic diagnostics of gas turbine engine bearings
Krause et al. Asynchronous response analysis of non-contact vibration measurements on compressor rotor blades
RU2613047C1 (en) Method of vibration diagnostics of bearing supports as part of gas turbine engines using technical microphone
RU2499240C1 (en) Method of gas turbine engine vibration monitoring
RU2478923C2 (en) Diagnostics method of technical state of inter-rotor bearing of two-shaft gas turbine engine
RU2658118C1 (en) Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine
Rao et al. In situ detection of turbine blade vibration and prevention
RU2517264C2 (en) Method to diagnose technical condition of aviation gas turbine engines
RU2598983C1 (en) Diagnostic technique for type of oscillations of working blades of axial turbomachine
Somashekar et al. Vibration signature analysis of ic engine
RU2579300C1 (en) Method of turbomachinery wheels finishing
Rao et al. Non intrusive method of detecting turbine blade vibration in an operating power plant
RU2812379C1 (en) Method for diagnosing condition of gas turbine engine
Pečinka et al. Small Jet Engine Centrifugal Compressor Stability Margin Assessment
RU2028581C1 (en) Method of aeroacoustic testing of through part of aviation gas-turbine engine
SU1124185A1 (en) Method of determination of reference characteristics for turbine fault diagnostics

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090512