CN107290044A - 一种涡轴发动机振动监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轴发动机振动监测系统，主要解决了现有直升机的悬停、低空飞行等因素极易造成发动机的损伤、磨损和腐蚀，另外，由于发动机的安装、使用、维护等因素的影响。该系统包括传感器模块，与传感器模块连接的数据采集模块，以及与数据采集模块连接的上位机，其中，数据采集模块包括主控芯片ARM，与主控芯片ARM连接且用于网络传输的W5300，与主控芯片ARM连接通信的FPGA，与FPGA连接且用于存储数据的SDRAM，与FPGA连接的A/D采集器，以及与A/D采集器连接的信号调理器。通过上述方案，本发明达到了提高发动机的持久性和可靠性目的，具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体涉及一种涡轴发动机振动监测系统。
背景技术
发动机作为飞行器的动力源，其工作状态直接影响着飞行器的安全性和可靠性。直升机上的涡轴发动机故障环境恶劣，不仅需要承受高温和较大应力，而且还需要承受很大的交变负载。同时直升机通常在恶劣环境起降，直升机的悬停、低空飞行等因素极易造成发动机的损伤、磨损和腐蚀，另外，由于发动机的安装、使用、维护等因素的影响，振动成为涡轴发动机的主要故障之一。为降低发动机的振动，提高发动机的持久性和可靠性，对涡轴发动机的振动监测以及故障辨识尤为重要。
通常影响发动机振动的因素很多，例如：发动机的安装、附件的正常磨损、维修水平和特殊的使用环境。发动机长时间在较高振幅下工作，极有可能造成发动机部件的过度磨损和实效。因此针对发动机的振动监测、振源辨识以及分析故障辨识尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡轴发动机振动监测系统，主要解决现有技术中存在的发动机的损伤、磨损与腐蚀等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种涡轴发动机振动监测系统，包括设置在涡轴发动机的表面的压电加速传感器，与压电加速传感器连接的数据采集模块，以及与数据采集模块连接且相互通讯的上位机；所述数据采集模块包括主控芯片ARM，与高速以太网芯片 W5300双向通讯连接的RJ-45网口，与主控芯片ARM双向通讯连接且用于通信的数据采集芯片FPGA，与数据采集芯片FPGA双向通讯连接的同步动态随机存储器SDRAM，与数据采集芯片FPGA双向通讯连接的A/D采集器，以及与A/D 采集器连接的信号调理器，其中，主控芯片ARM与信号调理器连接，信号调理器与压电加速传感器连接。
进一步地，所述压电加速传感器安装在发动机的压气机、齿轮箱、燃气涡轮以及动力涡轮上。
具体地，所述上位机包括与高速以太网芯W5300实现数据传输的RJ-45网口，以及为RJ-45网口提供驱动的驱动器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过压电加速传感器采集信号，可实现对监测样本密度自适应数据记录，然后将采集到的故障微弱信号通过A/D采集器传输给主控芯片ARM，然后分析后传递到上位机进行诊断。
(2)本发明通过设置在发动机压气机、齿轮箱、燃气涡轮以及动力涡轮上的压电加速传感器对振动进行监测，在监测过程中对故障进行诊断，将发现的问题及时上传上位机进行处理，这样可有效地提高发动机使用率。
(3)本发明通过对高频振动的旋转部件故障进行详细的分析，通过数据采集芯片FPGA将数据信息同步传递到动态随机存储器SDRAM进行存储，在发生故障时，可调用查询，对已经存储有的故障可直接进行修护，对新的故障进行上传，这样可更加方便对涡轴发动机的监测管理。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，一种涡轴发动机振动监测系统，包括设置在涡轴发动机的表面的压电加速传感器，与压电加速传感器连接的数据采集模块，以及与数据采集模块连接且相互通讯的上位机；所述数据采集模块包括主控芯片ARM，与高速以太网芯片W5300双向通讯连接的RJ-45网口，与主控芯片ARM双向通讯连接且用于通信的数据采集芯片FPGA，与数据采集芯片FPGA双向通讯连接的同步动态随机存储器SDRAM，与数据采集芯片FPGA双向通讯连接的A/D采集器，以及与A/D采集器连接的信号调理器，其中，主控芯片ARM与信号调理器连接，信号调理器与压电加速传感器连接。
其中，所述压电加速传感器安装在发动机的压气机、齿轮箱、燃气涡轮以及动力涡轮上。
具体地，所述上位机包括与高速以太网芯W5300实现数据传输的RJ-45网口，以及为RJ-45网口提供驱动的驱动器。
振动监测方式是通过在发动机上安装多套压电及加速度传感器采集压气机、齿轮箱、燃气涡轮以及动力涡轮的振动数据，来自传感器的信号经调理、放大变成计算机可采集的电压信号。计算机获取信号后经处理计算关键部件的振动频率信号后与标称值比较判断以确定发动机振动源。
发动机的振源来自很多环节，但动力装置的高频振动通常存在于发动机的某些旋转部件中，如燃气涡轮旋转、动力涡轮旋转、压气机旋转、启动发动机旋转、动力输出轴旋转、发动机动力附件旋转等。
其中，燃气涡轮故障源体现在燃气涡轮有无外来物损伤、压气机和涡轮连接的安装情况、燃气涡轮主轴轴承有无受损。
动力涡轮故障源体现在涡轮平衡状态、动力涡轮固定栓、齿轮箱与涡轮填隙片的厚度是否合适、轴承组有无过度磨损和损伤。
压气机故障源体现在压气机有无外来物损伤、压气机转子及静子叶片有无裂纹和损伤、压气机和涡轮准直度是否符合标准、轴承组有无过度磨损和损伤。
动力输出轴故障源体现在动力输出轴的柔性连接头有无裂纹和损伤、发动机与机身的准直度、动力输出轴与机身的纵轴是否在同一条直线上。
发动机本体故障源体现在发动机的安装支架是否固定可靠、发动机安装支架垫片是否损伤、是否定期对发动机结构进行振动测试并且达标。
数据采集模块是以主控芯片ARM芯片STM32F103ZET6为主控核心，由数据采集芯片FPGA芯片P2C5T144I8实现两块高速ADC芯片ADS1602。对加速度检测的振动信号同步采集，硬件TCP/IP协议栈芯片W5300来实现以太网对上位机传输振动数据信号。采集主要是在主控芯片ARM的控制下，通过数据采集芯片FPGA对振动信号的A/D模拟数字转换器协助控制，存储转换完成的数据来实现振动数据采集，并通过以太网协议，将振动信号的数据传输至上位机上，然后上位机对收到的信号进行分析、处理、存储，从而实现对涡轴发动机的振动监测。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种涡轴发动机振动监测系统，其特征在于，包括设置在涡轴发动机的上的压电加速传感器，与压电加速传感器连接的数据采集模块，以及与数据采集模块连接且相互通讯的上位机；所述数据采集模块包括主控芯片ARM，与主控芯片ARM双向通讯连接且用于网络传输的高速以太网芯片W5300，与主控芯片ARM双向通讯连接且用于通信的数据采集芯片FPGA，与数据采集芯片FPGA双向通讯连接的同步动态随机存储器SDRAM，与数据采集芯片FPGA双向通讯连接的A/D采集器，以及与A/D采集器连接的信号调理器，其中，主控芯片ARM与信号调理器连接，信号调理器与压电加速传感器连接。
2.根据权利要求1所述的一种涡轴发动机振动监测系统，其特征在于，所述压电加速传感器安装在发动机的压气机、齿轮箱、燃气涡轮以及动力涡轮上。
3.根据权利要求1所述的一种涡轴发动机振动监测系统，其特征在于，所述上位机包括与高速以太网芯W5300实现数据传输的RJ-45网口，以及为RJ-45网口提供驱动的驱动器。
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|---|---|---|---|---|
| CN108106718A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-01 | 北京安达维尔航空设备有限公司 | 一种机载式直升机振动监测系统 |
| CN108750079A (zh) * | 2018-04-07 | 2018-11-06 | 南京理工大学 | 用于直升机旋翼振动控制的压电驱动器迟滞补偿方法 |
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2017
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