CN109580149A - 一种航空发动机导管局部振动监控方法 - Google Patents

Abstract

一种航空发动机导管局部振动监控方法，其特征在于：在试验器上进行的发动机导管振动疲劳考核试验是评定导管结构、材料强度的理想测量方法，测量条件是理想的固持边界条件，而导管在发动机安装条件下是整个管路系统状态，单个管路结构之间存在耦合和干涉，管路与邻近安装位置如机匣存在振动干涉，管路内部存在油压和气压脉动干涉等因素；采取在航空发动机整机状态下进行导管振动测试和监控。本发明的优点：设计上更为简单，有效。节省了传感器的安装空间、安装环节和消耗成本。比传统方法更精确、直观地反映微小部件的局部振动状态，保证发动机在工作同时进行在线实时监控，提高了发动机导管防振监控系统的智能化和自动化。

Description

一种航空发动机导管局部振动监控方法

技术领域

本发明涉及振动监控智能观测的设计和振动信号处理方法领域，特别涉及了一种航空发动机导管局部振动监控方法。

背景技术

航空发动机是高速旋转的设备，其变化工况非常大，作为发动机的外部管路通常总是存在由旋转机械带来的不同程度的振动。然而，当航空发动机在高速运转下，如果振动过大，轻则导致管路的运油、运气的脉动，影响发动机的正常运行，重则有可能致使管路断裂而造成重大安全事故。因此对航空发动机外部管路进行监控，在发动机振动过大时对用户进行适当的提醒和保护，对发动机的安全运行十分必要。

目前，发动机导管振动测试方法是在试验器上进行，试验器包括电磁振动台、控制激励系统、导管夹具、测量导管振动的位移或加速度传感器和拾振系统等。通过激振导管在单频或扫频条件下测量导管的振动幅值从而确定导管的疲劳强度。传统方法只能判断单个或几个管路在特定边界条件下的疲劳安全性能，而对于发动机整机状态下的管路系统的振动特性却无法进行考核，而且振动台激励不能完全符合发动机真是工况，安装边界和管路内的载荷条件也无法与真实情况一致，所以传统方法无法真正实现发动机管路在实际工况中的振动状态评定。

经过多方面的调研、检索资料后，确认没有现成的可用试验设备，也没有可用的资料借鉴。

发明内容

本发明的目的是为了解决航空发动机外部管路在试验器上测试边界条件受限，而无法完成导管实际工况下的振动状态诊断和评定，通过本方法的实施完善发动机导管整机状态下的在线振动状态实时监控和报警保护。

本发明提供了一种航空发动机导管局部振动监控方法，其特征在于：在试验器上进行的发动机导管振动疲劳考核试验是评定导管结构、材料强度的理想测量方法，测量条件是理想的固持边界条件，而导管在发动机安装条件下是整个管路系统状态，单个管路结构之间存在耦合和干涉，管路与邻近安装位置如机匣存在振动干涉，管路内部存在油压和气压脉动干涉等因素。采取在航空发动机整机状态下进行导管振动测试和监控，采用具体技术措施如下：

步骤一、应变传感器的制作：

根据电阻应变原理，结合发动机导管结构分析，制作微小型电阻应变传感器，为了提高传感器的精度和抗干扰性，应变计和传输导线采用焊接方式，并在焊接区域进行绝缘处理，保证应变计和安装面的绝缘电阻值〉5Ω。传感器主要结构如图1所示

步骤二、应变传感器的安装:

结合发动机管路的结构，对整个管系的强度薄弱区(焊缝区)进行安装传感器，安装时考虑到焊缝位置有约5mm的热影响区，故在离焊缝3mm-5mm处安装传感器，传感器主应力测试方向与导管轴线方向一致，以充分拾取管路主振动状态为目的。

步骤三、应变调理和放大：

结合桥路测试原理，利用1/4桥接方式，将导管测试位置的应变转换成电信号，实现物理量向可测试电参量的转变。应用3线桥接方式减小测试导线的电阻损失，以提高桥路的测试精度。

步骤四、振动信号采集和分析：

根据发动机的设计工作和实际工作转速，确定发动机核心旋转部件产生的主振动频率和导管振动的频率范围，以此设定采集器的采样、分析频率和频率分辨谱线数。通过调理模块转换发动机转速信号为交流频率信号并进行采集，建立转速信号和发动机导管振动信号关联分析，设定转速间隔参量和缓冲区参量，以实现发动机全转速范围内的导管在线测试和实时分析。

步骤五、振动状态监控和报警防护：

根据发动机导管设计强度指标建立各通道的测量信号的振动安全阈值，通过对发动机全转速范围内的导管振动信号的频率分析，提取最大振幅处的振动频率和幅值，系统自动将提取数据和设定危险阈值进行逻辑对比，对于超标的测试通道系统进行报警提示，并记录报警时刻的导管振动参数，从而实现发动机全状态下导管振动监控和防护。

本发明的优点：

本专利技术相对传统振动测试方法，设计上更为简单，有效。大大节省了传感器的安装空间、安装环节和消耗成本。比传统方法更精确、直观地反映微小部件的局部振动状态，并且保证发动机在工作同时进行在线实时监控，有效提高了发动机导管防振监控系统的智能化和自动化，比传统人为数据分析节省台架试车时间10分钟，每台节省了燃油消耗成本8000元人民币。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为航空发动机导管应变传感器的结构图；

图2为应变传感器安装位置图；

图3为导管振动测试监控系统；

1 测试电阻丝 2 阻丝绝缘基底 3 阻丝和传输导线焊接区 4 传输导线 5 焊接区绝缘防护膜片；6 发动机导管 7 导管焊缝区 8 电阻应变传感器 9 安装区绝缘防护材料 10 传输导线 11 动态应变仪 12 应变传感器 13 导管 14 数据采集仪 15 计算机。

具体实施方式

实施例1

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步的说明

步骤一、制作电阻应变片

主要是进行电阻应变片引线的工作，主要是要注意引线后测量电阻应变计的阻值和绝缘。保证电阻应变计阻值为120±0.5Ω，绝缘>5MΩ。

步骤二、电阻应变计的安装

1)试件表面打磨处理：将试件表面进行喷砂或打磨处理

2)试件表面清洗处理：用丙酮、丁酮等溶剂清洗待贴面

3)粘贴工具的清洗：用无水乙醇清洗工具、聚四氟乙烯薄膜和待贴的电阻应变计

4)贴片：在试件待贴部位涂薄薄一层502胶，晾至半干时，将待贴面涂有底胶的应变计对准位置贴上，盖上聚四氟乙烯薄膜，沿应变计轴向挤出气泡和多余胶液

步骤三、导管动应力监测系统

系统由动态应变仪采集应变传感器的应变信号并且完成应变到电信号的转变，再通过数据采集仪完成数据的采集和分析工作。最后通过计算机完成数据的表格输出。

步骤四、振动应力的分析

通过测量发动机导管各测点位置在发动机各转速状态下的最大振动应力值和对应的频率成分，确定各测点的应力值是否超过危险阈值，并在分析频率在5kHz以下的导管振动特性主要集中在低频成分为主，由此判断其激励成分主要来自于发动机低压、高压转子系统的旋转激励。从而完成了管路局部振动监控和分析的目的。

发动机导管各测点位置在发动机各转速状态下的最大振动应力值5kHz以下的导管振动特性主要集中在低频成分为主，由此判断其激励成分主要来自于发动机低压、高压转子系统的旋转激励。和对应的频率成分，从表中可以看出7号测点振动应力在发动机不同阶段都超过了危险阈值26Mpa。

表1 测量参数

Claims (1)

1.一种航空发动机导管局部振动监控方法，其特征在于：在试验器上进行的发动机导管振动疲劳考核试验是评定导管结构、材料强度的理想测量方法，测量条件是理想的固持边界条件，而导管在发动机安装条件下是整个管路系统状态，单个管路结构之间存在耦合和干涉，管路与邻近安装位置如机匣存在振动干涉，管路内部存在油压和气压脉动干涉等因素；采取在航空发动机整机状态下进行导管振动测试和监控，采用具体技术措施如下：

步骤一、应变传感器的制作：

根据电阻应变原理，结合发动机导管结构分析，制作微小型电阻应变传感器，为了提高传感器的精度和抗干扰性，应变计和传输导线采用焊接方式，并在焊接区域进行绝缘处理，保证应变计和安装面的绝缘电阻值大于5Ω；

步骤二、应变传感器的安装:

结合发动机管路的结构，对整个管系的强度薄弱区进行安装传感器，安装时考虑到焊缝位置有约5mm的热影响区，在离焊缝3mm-5mm处安装传感器，传感器主应力测试方向与导管轴线方向一致；

步骤三、应变调理和放大：

结合桥路测试原理，利用1/4桥接方式，将导管测试位置的应变转换成电信号，实现物理量向可测试电参量的转变；应用3线桥接方式减小测试导线的电阻损失，以提高桥路的测试精度；

步骤四、振动信号采集和分析：

根据发动机的设计工作和实际工作转速，确定发动机核心旋转部件产生的主振动频率和导管振动的频率范围，以此设定采集器的采样、分析频率和频率分辨谱线数；通过调理模块转换发动机转速信号为交流频率信号并进行采集，建立转速信号和发动机导管振动信号关联分析，设定转速间隔参量和缓冲区参量，以实现发动机全转速范围内的导管在线测试和实时分析；

步骤五、振动状态监控和报警防护：

根据发动机导管设计强度指标建立各通道的测量信号的振动安全阈值，通过对发动机全转速范围内的导管振动信号的频率分析，提取最大振幅处的振动频率和幅值，系统自动将提取数据和设定危险阈值进行逻辑对比，对于超标的测试通道系统进行报警提示，并记录报警时刻的导管振动参数，从而实现发动机全状态下导管振动监控和防护。