RU2017080C1 - Device for testing vibration of gas-turbine engine - Google Patents
Device for testing vibration of gas-turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2017080C1 RU2017080C1 SU4937300A RU2017080C1 RU 2017080 C1 RU2017080 C1 RU 2017080C1 SU 4937300 A SU4937300 A SU 4937300A RU 2017080 C1 RU2017080 C1 RU 2017080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- comparator
- frequency
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибродиагностике роторных машин и может быть использовано для контроля технического состояния газотурбинного двигателя. The invention relates to vibration diagnostics of rotary machines and can be used to monitor the technical condition of a gas turbine engine.
Известны системы контроля параметров вибрации корпуса газотурбинного двигателя, содержащие датчик вибрации, электронный блок преобразования с полосовым фильтром и блок индикации [1, 2]. Known systems for monitoring vibration parameters of the casing of a gas turbine engine, comprising a vibration sensor, an electronic conversion unit with a bandpass filter and an indication unit [1, 2].
Помехоустойчивость таких систем невелика, так как в полосе пропускания фильтра находятся помеховые составляющие входного сигнала электронного блока, увеличение амплитуды которых при возникновении неисправности в датчике или бортовой проводке (например, при нарушении экранирования соединительной линии) приводит к ложному срабатыванию исполнительного элемента - табло аварийной сигнализации, что воспринимается обслуживающим персоналом, как сигнал о неисправности двигателя. The noise immunity of such systems is small, since the filter passband contains interference components of the input signal of the electronic unit, an increase in the amplitude of which when a malfunction occurs in the sensor or on-board wiring (for example, if the shielding of the connecting line is violated) leads to a false response of the actuator - the alarm display, what is perceived by maintenance personnel as a signal of engine malfunction.
При срабатывании аварийной сигнализации необходимо срочно выключить двигатель, чтобы избежать его разрушения. При этом экстренное отключение исправного двигателя, как правило, приводит к неоправданным издержкам. Например, отключение двигателя летательного аппарата в полете рассматривается как предпосылка к летному происшествию не только в случае действительной неисправности двигателя, но и при ложной тревоге (по причине отказа аппаратуры контроля, вызвавшего включение аварийного сигнала). When an alarm is triggered, it is urgently necessary to turn off the engine in order to avoid its destruction. In this case, an emergency shutdown of a serviceable engine, as a rule, leads to unjustified costs. For example, turning off the engine of an aircraft in flight is considered as a prerequisite for a flight accident, not only in the event of a real engine malfunction, but also in case of a false alarm (due to a failure of the control equipment that caused the alarm to turn on).
Известны также системы контроля вибрации газотурбинного двигателя с узкополосными следящими фильтрами [3, 4]. Помехоустойчивость таких систем значительно выше, так как из узкополосный следящий фильтр постоянно настроен на выделение из спектра входного сигнала только той его составляющей, частота которой совпадает с частотой вращения ротора газотурбинного двигателя. Другие спектральные составляющие входного сигнала (в том числе и помеховые) находятся в полосе задерживания следящего фильтра и на его выход не проходят. Also known are vibration control systems for a gas turbine engine with narrow-band servo filters [3, 4]. The noise immunity of such systems is much higher, since a narrow-band servo filter is constantly tuned to isolate from the spectrum of the input signal only that component whose frequency coincides with the rotational speed of the rotor of the gas turbine engine. Other spectral components of the input signal (including interference ones) are in the delay band of the servo filter and do not pass to its output.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для контроля вибрации газотурбинного двигателя, [5], содержащее вибропреобразователь, подключенный через согласующий блок к двум измерительным цепям, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных следящего фильтра, фильтра нижних частот и усилителя два компаратора и два формирователя опорной частоты, входы которых подключены к внешним тахометрам, а выходы соединены через коммутаторы с управляющими входами следящих фильтров. The closest in technical essence and the achieved effect is a device for controlling the vibration of a gas turbine engine, [5] containing a vibration transducer connected through a matching unit to two measuring circuits, each of which is made up of a servo filter, a low-pass filter and an amplifier, two comparators and two shapers of the reference frequency, the inputs of which are connected to external tachometers, and the outputs are connected through switches to the control inputs of the servo filters.
Отказ, возникший в такой системе контроля (например, неисправность вибропреобразователя, неисправность тахометра, обрыв в бортовой проводке от датчика до электронного блока) обнаружить сложно, так как отсутствуют его внешние проявления. Как правило такие отказы выявляются только при проведении периодических регламентных работ. С другой стороны, наличие скрытого (не выявленного) дефекта аппаратуры контроля приводит к эксплуатации двигателя без защиты по вибрационным параметрам, что может явиться причиной аварии. It is difficult to detect a failure that occurred in such a control system (for example, a malfunction of the vibration transducer, a malfunction of the tachometer, an open in the on-board wiring from the sensor to the electronic unit), since its external manifestations are absent. Typically, such failures are detected only during periodic routine maintenance. On the other hand, the presence of a hidden (not detected) defect in the control equipment leads to the operation of the engine without protection in terms of vibration, which can cause an accident.
Проведение периодических проверок системы контроля, необходимых для обеспечения достаточной вероятности ее нормального функционирования, связано со значительными затратами на техническое обслуживание и вынужденным простоем объекта (например, самолета). Conducting periodic inspections of the control system necessary to ensure a sufficient probability of its normal functioning is associated with significant maintenance costs and the forced downtime of an object (for example, an airplane).
Наиболее трудоемкими являются проверки вибропреобразователя и тахометров, так как эти проверки связаны с применением специальных стендов для имитации рабочих воздействий и необходимостью демонтажа датчиков. The most time-consuming are checks of the vibration transducer and tachometers, since these checks are associated with the use of special stands to simulate working influences and the need to dismantle the sensors.
Достоверность контроля вибрации в периоды между проведением плановых проверок не гарантируется. Это является недостатком известных систем контроля вибрации газотурбинного двигателя. Reliability of vibration control between the scheduled inspections is not guaranteed. This is a disadvantage of the known vibration control systems of a gas turbine engine.
Целью изобретения является повышение достоверности контроля вибросостояния двигателя и снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт системы контроля вибрации в условиях эксплуатации за счет организации функци- онального контроля работоспособности ее датчиков (вибропреобразователя и тахометров) с выявлением отказа и локализацией отказавшего элемента в течение минимального времени после возникновения неисправности. The aim of the invention is to increase the reliability of control of the vibration state of the engine and reduce the cost of maintenance and repair of the vibration control system in operating conditions by organizing functional monitoring of the operability of its sensors (vibration transducer and tachometers) with the identification of failure and localization of a failed element for a minimum time after occurrence malfunctions.
Для достижения указанной цели предлагаемое устройство, содержащее соединенные последовательно вибропреобразо- ватель и согласующий блок и две измерительные цепи со следящими фильтрами, первые входы которых подключены к выходу согласующего блока, а выходы являются соответственно первым и вторым выходами устройства, два формирователя опорной частоты, входы которых являются соответственно первым и вторым частотными входами устройства и два коммутатора, входы которых подключены соответственно к выходам формирователей опорной частоты, а выходы - к вторым входам измерительным цепей, а также два компаратора, входы которых подключены соответственно к выходам измерительных цепей, дополнительно снабжено двумя преобразователями частоты в напряжение, входы которых подключены соответственно к выходам коммута- торов, третьим и четвертым компараторами, первые входы которых подключены соответственно к выходам преобразователей частоты в напряжение, второй вход третьего компаратора соединен с выходом четвертого компаратора, а второй вход четвертого компаратора - с выходом третьего компаратора, элементом ИЛИ, элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блоком задержки и тремя элементами И, выходы которых являются соответственно третьим, четвертым и пятым выходами устройства, причем выход третьего компаратора подключен к первым входам элемента ИЛИ и элемента ИСКЛЮ- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход последнего соединен с входом блока задержки, выход четвертого компаратора подключен к вторым входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами трех элементов И, выход блока задержки подключен к третьим входам первого элемента и третьего элемента И, выход первого компаратора - к второму входу первого элемента И и третьему входу второго элемента И, а выход второго компаратора - к вторым входам второго элемента И и третьего элемента И. To achieve this goal, the proposed device containing a series-connected vibration transducer and matching unit and two measuring circuits with servo filters, the first inputs of which are connected to the output of the matching unit, and the outputs are respectively the first and second outputs of the device, two reference frequency drivers, whose inputs are respectively the first and second frequency inputs of the device and two switches, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the drivers of the reference frequency, and the outputs - to the second inputs of the measuring circuits, as well as two comparators, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the measuring circuits, are additionally equipped with two frequency converters to voltage, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the switches, the third and fourth comparators, the first inputs of which are connected respectively, to the outputs of the frequency to voltage converters, the second input of the third comparator is connected to the output of the fourth comparator, and the second input of the fourth comparator is connected to the output of t a comparator, an OR element, an EXCLUSIVE OR element, a delay unit and three AND elements, the outputs of which are the third, fourth and fifth outputs of the device, the output of the third comparator is connected to the first inputs of the OR element and the EXCLUSIVE OR element, and the output of the latter is connected with the input of the delay unit, the output of the fourth comparator is connected to the second inputs of the EXCLUSIVE OR element and the OR element, the output of which is connected to the first inputs of the three AND elements, the output of the delay unit is connected to the third input m of the first element and the third element and the first comparator output - to the second input of the first AND gate and the third input of the second AND gate and the output of the second comparator - to the second inputs of the second AND gate and the third element I.
Сигнал вибропреобразователя поступает на вход согласующего блока, в котором происходит его преобразование в электрическое напряжение, пропорциональное контролируемому параметру вибрации, например виброскорости. Сигнал на выходе согласующего блока содержит множество составляющих частотного спектра вибрации двигателя. Выделение из этого спектра информативных составляющих сигнала (пропорциональных роторным вибрациям, характеризующим техническое состояние двигателя) производится в измерительных цепях путем узкополосной следящей фильтрации этих составляющих. The signal of the vibration transducer is fed to the input of the matching unit, in which it is converted into an electric voltage proportional to the controlled vibration parameter, for example, vibration velocity. The output signal of the matching block contains many components of the frequency spectrum of the vibration of the engine. Isolation from this spectrum of informative signal components (proportional to rotary vibrations characterizing the technical condition of the engine) is carried out in the measuring circuits by means of narrow-band servo filtering of these components.
Фильтрация обеспечивается полосовыми следящими фильтрами высокой добротности Q (например, Q = = 30, где fр - текущее значение частоты вращения контролируемого ротора, Δf - полоса пропускания следящего фильтра на уровне 0,7).Filtration is ensured by high-Q bandpass servo filters Q (e.g., Q = = 30, where f p is the current value of the speed of the controlled rotor, Δf is the passband of the follow-up filter at the level of 0.7).
Центральная частота каждого следящего фильтра определяется, в свою очередь, частотой импульсного сигнала на его управляющем входе и автоматически настраивается на частоту контролируемой роторной гармоники спектра. Частота импульсного управляющего сигнала пропорциональна частоте вращения соответствующего ротора двигателя. При изготовлении конкретного устройства следящий фильтр настраивают с учетом коэффициента пропорциональности этих частот таким образом, что он пропускает без искажения только контролируемую (роторную) составляющую входного сигнала во всем диапазоне изменения рабочих частот вращения ротора. The central frequency of each servo filter is determined, in turn, by the frequency of the pulse signal at its control input and is automatically tuned to the frequency of the controlled rotor harmonic of the spectrum. The frequency of the pulse control signal is proportional to the frequency of rotation of the corresponding motor rotor. In the manufacture of a particular device, the servo filter is adjusted taking into account the proportionality coefficient of these frequencies in such a way that it allows only the controlled (rotor) component of the input signal to pass through without distortion over the entire range of changes in the working rotor speed.
Управление следящими фильтрами измерительных цепей производится с помощью частотных сигналов, поступающих от двух тахометров, установленных на двигателе. Частота импульсного сигнала на выходе каждого тахометра пропорциональна скорости (частоте) вращения того ротора двигателя, с которым связан индуктор этого тахометра. The monitoring filters of the measuring circuits are controlled using frequency signals from two tachometers mounted on the engine. The frequency of the pulse signal at the output of each tachometer is proportional to the speed (frequency) of rotation of the rotor of the engine with which the inductor of this tachometer is connected.
Выходные частотные сигналы тахометров через формирователи опорной частоты, обеспечивающие требуемую форму импульсов (крутизну фронтов и амплитуду), поступают на коммутаторы и далее - на управляющие входы соответствующих измерительных цепей со следящими фильтрами. При этом коммутаторы обеспечивают управление частотно зависимыми элементами следящих фильтров, например, путем формирования неперекрывающихся импульсных последовательностей для коммутации переключаемых конденсаторов. The output frequency signals of the tachometers through the reference frequency formers, providing the required pulse shape (edge steepness and amplitude), are fed to the switches and then to the control inputs of the corresponding measuring circuits with servo filters. In this case, the switches provide control of frequency-dependent elements of servo filters, for example, by forming non-overlapping pulse sequences for switching switched capacitors.
По этим частотным сигналам производится автоматическая настройка центральных частот следящих фильтров таким образом, что в каждый момент времени (при работающем двигателе) они равны частотам вращения соответствующих роторов двигателя. Каждый следящий фильтр выделяет из общего спектра сигнала на входе измерительной цепи только ту составляющую, частота которой совпадает с частотой вращения ротора, и амплитуда сигнала на его выходе пропорциональна вибрации этого ротора (например, вибрации ротора вентилятора - на выходе следящего фильтра первой измерительной цепи и вибрации ротора компрессора - на выходе следящего фильтра второй измерительной цепи). Другие частотные составляющие спектра ослабляются (не проходят на выход), так как находятся в полосе задерживания следящего фильтра. Based on these frequency signals, the center frequencies of the servo filters are automatically adjusted in such a way that at each moment of time (with the engine running) they are equal to the rotational frequencies of the corresponding engine rotors. Each servo filter selects from the general spectrum of the signal at the input of the measuring circuit only that component whose frequency coincides with the rotor speed, and the amplitude of the signal at its output is proportional to the vibration of this rotor (for example, the vibration of the fan rotor - at the output of the servo filter of the first measuring circuit and vibration compressor rotor - at the output of the follow-up filter of the second measuring circuit). Other frequency components of the spectrum are attenuated (do not pass to the output), since they are in the delay band of the tracking filter.
Функциональный контроль исправности вибропреобразователя и тахометров, а также цепей их соединения с электронным блоком устройства осуществляется путем автоматического анализа текущих значений аналогового и частотных входных сигналов. При возникновении неисправности выдается информация об отказе и наиболее вероятном месте его возникновения. Анализ проводится при работающем двигателе (например, в течение всего времени полета летательного аппарата, а информация об отказах выводится с соответствующих выходов устройства во внешний блок индикации для отображения в удобной для конкретного применения устройства форме (например, с помощью световых индикаторов на приборной доске бортинженера). Functional control of the health of the vibration transducer and tachometers, as well as the chains of their connection with the electronic unit of the device is carried out by automatically analyzing the current values of the analog and frequency input signals. When a malfunction occurs, information is given about the failure and the most likely place of its occurrence. The analysis is carried out with the engine running (for example, during the entire flight time of the aircraft, and information about failures is output from the corresponding outputs of the device to an external display unit for display in a form convenient for the particular application of the device (for example, using light indicators on the flight engineer's dashboard) .
На основании этой информации принимается решение о необходимости ремонта аппаратуры контроля (внеплановом технической обслуживании и выбирается оптимальный алгоритм поиска неисправного элемента. Based on this information, a decision is made about the need to repair control equipment (unscheduled maintenance) and the optimal algorithm for finding a faulty element is selected.
Функциональный контроль основан на следующих исходных данных:
Частотные сигналы двух тахометров (соединенных с двумя роторами одного двигателя) коррелированы между собой, т.е. при работающем двигателе оба тахометра вырабатывают частотные сигналы в известных частотных диапазонах, при неработающем двигателе - сигналы с обоих тахометров отсутствуют.Functional control is based on the following input data:
The frequency signals of two tachometers (connected to two rotors of the same engine) are correlated with each other, i.e. when the engine is running, both tachometers generate frequency signals in known frequency ranges; when the engine is not running, there are no signals from both tachometers.
Скорости вращения роторов работающего двигателя изменяются в зависимости от режимов работы (от малого газа до форсажа) в известных диапазонах скоростей (частот) вращения и не могут быть меньше нижних границ этих диапазонов. Характеристики взаимодействия роторов двигателя (относительное изменение скоростей вращения) в переходном режиме при запуске и останове двигателя (т.е., вне рабочих диапазонов частот) известны. The rotational speeds of the rotors of a working engine vary depending on the operating conditions (from small gas to afterburner) in the known ranges of speeds (frequencies) of rotation and cannot be less than the lower boundaries of these ranges. The characteristics of the interaction of the engine rotors (relative change in rotational speeds) in transition mode when starting and stopping the engine (i.e., outside the operating frequency ranges) are known.
Значения роторных вибраций работающего двигателя находятся в диапазоне, нижняя граница которого отлична от нуля (например, значения роторных составляющих вибрации работающего двигателя не менее 3 мм/с в течение всего времени работы двигателя). The values of the rotary vibrations of the running engine are in a range whose lower boundary is non-zero (for example, the values of the rotor components of the vibration of the running engine are at least 3 mm / s for the entire time the engine is running).
Узкополосный следящий фильтр пропускает только полезный сигнал (роторную составляющую спектра) и только при наличии достоверных (содержащих полезную информацию) сигналов на обоих (аналоговом и частотном) входах измерительной цепи, а в противном случае (если хотя бы один из двух входных сигналов измерительной цепи не содержит информативной составляющей) его выходной сигнал близок к нулю. Помехоустойчивость измерительной цепи обеспечивается высокой избирательностью следящего фильтра. A narrow-band servo filter passes only the useful signal (the rotor component of the spectrum) and only if there are reliable (containing useful information) signals at both (analog and frequency) inputs of the measuring circuit, otherwise (if at least one of the two input signals of the measuring circuit is not contains an informative component) its output signal is close to zero. The noise immunity of the measuring circuit is ensured by the high selectivity of the servo filter.
Частотные сигналы тахометров с выходов соответствующих коммутаторов поступают на входы преобразователей частоты в напряжение (ПЧН). ПЧН преобразует входной частотный сигнал в напряжение постоянного тока, текущее значение которого пропорционально частоте этого сигнала. The frequency signals of the tachometers from the outputs of the respective switches are fed to the inputs of the frequency to voltage converters (PCH). PCN converts the input frequency signal to a DC voltage, the current value of which is proportional to the frequency of this signal.
Диапазоны частот вращения каждого ротора в установившихся режимах работы двигателя известны. Например, диапазон частот вращения ротора вентилятора - от 30 до 80 Гц и диапазон частот вращения ротора компрессора - от 100 до 250 Гц. Соответственно, известны и рабочие диапазоны частотных сигналов тахометров, формирующих заданное число импульсов за один оборот ротора. При разгоне (после включения) и остановке (после выключения) двигателя частоты вращений роторов изменяются в диапазоне от нуля до нижней границы рабочего диапазона. The frequency ranges of rotation of each rotor in steady state engine operation are known. For example, the frequency range of the fan rotor is from 30 to 80 Hz and the frequency range of the compressor rotor is from 100 to 250 Hz. Accordingly, the operating ranges of the frequency signals of tachometers are known, which form a given number of pulses per revolution of the rotor. When accelerating (after turning on) and stopping (after turning off) the engine, the rotational speeds of the rotors change in the range from zero to the lower limit of the operating range.
Выходные сигналы двух ПЧН поступают на первые входы соответствующих пороговых элементов (третьего и четвертого компараторов). При превышении выходным напряжением ПЧН заданного порогового уровня компаратор срабатывает и на его выходе устанавливается сигнал лог.1, свидетельствующий о превышении оборотами ротора заданного значения частоты вращения. The output signals of two IFNs are supplied to the first inputs of the corresponding threshold elements (third and fourth comparators). When the output voltage of the inverter increases the set threshold level, the comparator is triggered and a signal log.1 is set at its output, indicating that the rotor rpm exceeds the set speed value.
С целью обеспечения помехоустойчивости и для синхронизации (в заданном временном интервале) работы третьего и четвертого компараторов каждый из них имеет по два уровня срабатывания. Первый уровень срабатывания определяется значением опорного напряжения +θo и устанавливается равным значению выходного напряжения ПЧН, соответствующего нижней границе рабочего диапазона частот вращения ротора. Второй уровень срабаты- вания определяется как значением +, так и значением сигнала соответствующего лог.1 на втором входе компаратора.In order to ensure noise immunity and to synchronize (in a given time interval) the operation of the third and fourth comparators, each of them has two response levels. The first level of operation is determined by the value of the reference voltage + θ o and is set equal to the value of the output voltage of the frequency converter corresponding to the lower boundary of the working range of rotor speed. The second level of operation is determined by both the + value and the signal value of the corresponding log.1 at the second input of the comparator.
Вторые уровни срабатывания этих компараторов несколько ниже, чем их первые уровни срабатывания (например, 0,5-0,7 от нижней границы рабочего диапазона частот вращения ротора). Такое включение компараторов, фиксирующих значение сигналов на частотных входах устройства, позволяет обеспечить оптимальный алгоритм работы устройства в переходных режимах (при включении или отключении двигателя). The second response levels of these comparators are slightly lower than their first response levels (for example, 0.5-0.7 from the lower boundary of the working range of rotor speed). This inclusion of comparators, fixing the value of the signals at the frequency inputs of the device, allows you to ensure the optimal algorithm of the device in transient conditions (when turning on or off the engine).
Таким образом, выходы третьего и четвертого компараторов находятся в состоянии лог.0, если двигатель не включен и переходит в состояние "Лог.1" в процессе запуска двигателя. Состояние "Лог.1" сохраняется на этих выходах в течение всего времени работы двигателя, после его отключения и снижения оборотов роторов выходы этих компараторов возвращаются в состояние "Лог.0". Thus, the outputs of the third and fourth comparators are in the state log.0, if the engine is not turned on and goes into the state "Log.1" in the process of starting the engine. The state "Log.1" is maintained at these outputs during the entire time the engine is running, after it is turned off and the rotor speed is reduced, the outputs of these comparators return to the state "Log.0".
Разные логические уровни на выходах этих компараторов, сохраняющиеся в течение отрезка времени, превышающего заданное время переходного процесса, свидетельствуют об отказе одного из тахометров или одной из цепей преобразования частотного сигнала (формирователь-коммутатор-ПЧН-компаратор). Different logical levels at the outputs of these comparators, which persist for a period of time exceeding the specified transient time, indicate the failure of one of the tachometers or one of the frequency signal conversion circuits (driver-commutator-PCH-comparator).
Выходы компараторов подключены соответственно к двум входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сигнал "Лог.1" появляется на выходе этого элемента в том случае, если логические сигналы на его входах различны. The outputs of the comparators are connected respectively to the two inputs of the element EXCLUSIVE OR. The signal "Log.1" appears at the output of this element if the logical signals at its inputs are different.
Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу блока задержки, исключающего промежуточные состояния сигналов в переходных режимах работы устройства. The output of the EXCLUSIVE OR element is connected to the input of the delay unit, which excludes intermediate signal states in transient operation modes of the device.
Для обеспечения локализации отказа дополнительно контролируется превышение минимальных уровней сигналов на выходах измерительных цепей (т.е. прохождение полезной информации через следящие фильтры). To ensure localization of the failure, the excess of the minimum signal levels at the outputs of the measuring circuits (i.e., the passage of useful information through the tracking filters) is additionally monitored.
Контроль производится с помощью двух компараторов, подключенных соответственно к выходам измерительных цепей. На выходе каждого из этих компараторов устанавливается сигнал "Лог.1", если значение сигнала на его входе меньше уровня, соответствующего минимально возможной вибрации ротора работающего двигателя, например меньше 3 мм/с, или "Лог.0", если значение входного сигнала равно этому уровню или превышает его. Monitoring is carried out using two comparators, respectively connected to the outputs of the measuring circuits. The output of each of these comparators sets the signal "Log.1" if the value of the signal at its input is less than the level corresponding to the minimum possible vibration of the rotor of the working engine, for example, less than 3 mm / s, or "Log.0" if the value of the input signal is to this level or exceeds it.
Таким образом, сигнал "Лог.1" на выходе первого или второго компаратора при работающем двигателе, свидетельствует об отказе соответствующего тахометра или цепи преобразования (формирователь-коммутатор-измерительная цепь-компаратор). Сигналы "Лог.1" на выходах обоих этих компараторов устанавливаются в том случае, если двигатель не работает, а при работающем двигателе при отказе вибропреобразователя или согласующего блока. Thus, the “Log.1” signal at the output of the first or second comparator with the engine running indicates a failure of the corresponding tachometer or conversion circuit (shaper-switch-measuring circuit-comparator). The signals "Log.1" at the outputs of both of these comparators are set if the engine does not work, and when the engine is running, in case of failure of the vibration transducer or matching unit.
Признаком работы двигателя является превышение частотным сигналом по крайней мере одного из двух тахометров заданного минимального значения частоты и соответственно срабатывание как минимум одного из двух компараторов (третьего или четвертого), фиксирующих это превышение. Выходы этих двух компараторов объединены через элемент ИЛИ. A sign of engine operation is that the frequency signal exceeds at least one of the two tachometers of the specified minimum frequency value and, accordingly, triggers at least one of the two comparators (third or fourth) that fix this excess. The outputs of these two comparators are combined through an OR element.
Выявление и локализация отказов вибропреобразователя и тахометров производится путем автоматического анализа сочетаний логических сигналов на выходе блока задержки, выходах первого и второго компараторов и выходе элемента ИЛИ. При этом учитывается, что надежность узлов электронного блока, непосредственно соединенных с соответствующими датчиками (согласующего блока, формирователей опорной частоты и коммутаторов), может быть обеспечена значительно более высокой, чем надежность вибропреобразователя и тахометров и надежность их соединений с электронным блоком. Отказы же электронного блока в эксплуатации выявляются, как правило, с помощью штатных средств контроля электронного оборудования. Identification and localization of failures of the vibration transducer and tachometers is carried out by automatically analyzing combinations of logical signals at the output of the delay unit, the outputs of the first and second comparators, and the output of the OR element. At the same time, it is taken into account that the reliability of the nodes of the electronic unit directly connected to the corresponding sensors (matching unit, reference frequency formers and switches) can be ensured significantly higher than the reliability of the vibration transducer and tachometers and the reliability of their connections to the electronic unit. Failures of the electronic unit in operation are detected, as a rule, using standard means of monitoring electronic equipment.
Анализ сочетаний логических сигналов производится тремя элементами И. На три входа первого элемента И поступают логические сигналы с выходов элемента ИЛИ, блока задержки и первого компаратора. Три логические единицы на входах этого элемента И переводят его выход в состояние "Лог.1", что свидетельствует об отказе тахометра первого ротора. The analysis of combinations of logical signals is performed by three elements I. The three inputs of the first element AND receive logical signals from the outputs of the OR element, the delay unit, and the first comparator. Three logical units at the inputs of this element AND translate its output into the state "Log.1", which indicates a failure of the tachometer of the first rotor.
Три входа второго элемента И подключены к выходам элемента ИЛИ, первого компаратора и второго компаратора. "Лог. 1" на выходе этого элемента И свидетельствует об отказе вибропреобразователя. Three inputs of the second AND element are connected to the outputs of the OR element, the first comparator and the second comparator. "Log. 1" at the output of this AND element indicates the failure of the vibration transducer.
Три входа третьего элемента И подключены к выходам элемента ИЛИ, блока задержки и второго компаратора. "Лог.1" на выходе этого элемента И свидетельствует об отказе тахометра второго ротора. Three inputs of the third AND element are connected to the outputs of the OR element, the delay unit and the second comparator. "Log.1" at the output of this element And indicates the failure of the tachometer of the second rotor.
Во всех случаях как отказ датчика (вибропреобразователя или тахометра), так и повреждение бортовой проводки, соединяющей датчик с электронным блоком, фиксируются устройством как отказ датчика. In all cases, both the failure of the sensor (vibration transducer or tachometer) and the damage to the on-board wiring connecting the sensor to the electronic unit are recorded by the device as a sensor failure.
Так как формирование каждого выходного сигнала об отказе производится по двумя признакам (не считая признака работы двигателя) независимыми цепями устройства, отказы его электронной части практически не влияют на достоверность информации об отказах датчиков. Since the formation of each output signal about a failure is made according to two signs (not counting the sign of engine operation) by the independent circuits of the device, failures of its electronic part practically do not affect the reliability of information about sensor failures.
Предлагаемое устройство для контроля вибрации газотурбинного двигателя обеспечивает повышенную достоверность контроля вибросостояния двигателя и позволяет сократить трудоемкость работ по техниче скому обслуживанию аппаратуры контроля в эксплуатации за счет увеличения периода эксплуатации между проведением плановых (регламентных работ). Кроме того, сокращается время поиска неисправности при отказах датчиков и соответственно время вынужденного простоя объекта (например, самолета). The proposed device for controlling the vibration of a gas turbine engine provides increased reliability of control of the vibration state of the engine and reduces the complexity of the maintenance work of the monitoring equipment in operation by increasing the period of operation between the scheduled (scheduled maintenance). In addition, reduced troubleshooting time for sensor failures and, accordingly, the time of forced downtime of an object (for example, an airplane).
Повышение достоверности достигнуто за счет автоматического контроля функционирования вибропреобразователя и двух тахометров в течение всего времени работы двигателя. The increase in reliability was achieved due to automatic monitoring of the functioning of the vibration transducer and two tachometers during the entire time the engine is running.
Это свойство является существенным отличием предлагаемого устройства от известных систем контроля вибрации, в том числе и прототипа. This property is a significant difference between the proposed device from the known vibration control systems, including the prototype.
На чертеже представлена блок-схема устройства для контроля вибрации газотурбинного двигателя. The drawing shows a block diagram of a device for controlling vibration of a gas turbine engine.
Оно содержит соединенные последовательно вибропреобразователь 1 и согласующий блок 2, измерительные цепи 3,4, первые входы которых подключены к выходу согласующего блока 2, формирователи 5,6 опорной частоты, входы которых подключены соответственно к внешним тахометрам первого и второго роторов (на чертеже не показаны), коммутатор 7, вход которого соединен с выходом формирователя 6, а выход - со вторым (управляющим) входом измерительной цепи 3, и коммутатор 8, вход которого соединен с выходом формирователя 6, а выход - с вторым (управляющим) входом измерительной цепи 4, преобразователи 9,10 частоты в напряжение, компараторы 11,12, элемент ИЛИ 13, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, блок 15 задержки, компараторы 16,17, трехвходовые элементы И 18,19,20. It contains a vibration converter 1 and a matching unit 2 connected in series, measuring circuits 3.4, the first inputs of which are connected to the output of the matching unit 2, reference frequency shapers 5.6, the inputs of which are connected respectively to external tachometers of the first and second rotors (not shown in the drawing ), a switch 7, the input of which is connected to the output of the shaper 6, and the output is connected to the second (control) input of the measuring circuit 3, and a switch 8, the input of which is connected to the output of the shaper 6, and the output - to the second (control) input KSR Control circuit 4 frequency converters 9,10 voltage comparators 11,12, an OR gate 13, the exclusive OR element 14, delay unit 15, the comparators 16-17, AND gates 18,19,20 trehvhodovye.
Вход преобразователя 9 соединен с выходом коммутатора 7, а его выход - с первым входом компаратора 11. Вход преобразователя 10 соединен с выходом коммутатора 8, а его выход - с первым входом компаратора 12. Второй вход компаратора 11 соединен с выходом компаратора 12, второй вход последнего - с выходом компаратора 11. Выход последнего соединен с первыми входами элемента ИЛИ 13 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14. Выход компаратора 12 соединен с вторыми входами элемента ИЛИ 13 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, а выход последнего - с входом блока 15 задержки. The input of the converter 9 is connected to the output of the switch 7, and its output is connected to the first input of the comparator 11. The input of the converter 10 is connected to the output of the switch 8, and its output is connected to the first input of the comparator 12. The second input of the comparator 11 is connected to the output of the comparator 12, the second input the latter - with the output of the comparator 11. The output of the latter is connected to the first inputs of the OR 13 element and the EXCLUSIVE OR 14. The output of the comparator 12 is connected to the second inputs of the OR 13 element and the EXCLUSIVE OR 14 element, and the output of the latter is connected to the input of the delay unit 15.
Вход компаратора 16 соединен с выходом измерительной цепи 3, его выход - с вторым входом элемента 18 и третьим входом элемента 19 И. Вход компаратора 17 соединен с выходом измерительной цепи 4, его выход - с вторыми входами элемента И 19 и элемента И 20. Первые входы трех элементов И 18,19,20 соединены с выходом элемента 13 ИЛИ, а третьи входы элемента И 18 и элемента И 20 - с выходом блока 15 задержки. Выходы измерительной цепи 3, измерительной цепи 4 и трех элементов И являются выходами устройства и подключены к внешнему блоку индикации (на чертеже не показан). Каждая из двух измерительных цепей 3,4 выполнена в виде последовательного соединения следящего фильтра 21, фильтра 22 нижних частот, усилителя 23 и детектора 24, при этом управляющий вход каждого следящего фильтра 21 соединен с управляющим входом соответствующей измерительной цепи 3,4. The input of the comparator 16 is connected to the output of the measuring circuit 3, its output is connected to the second input of the element 18 and the third input of the element 19 I. The input of the comparator 17 is connected to the output of the measuring circuit 4, its output is connected to the second inputs of the element And 19 and the element And 20. The first the inputs of the three AND elements 18, 19, 20 are connected to the output of the OR element 13, and the third inputs of the AND element 18 and the AND element 20 are connected to the output of the delay unit 15. The outputs of the measuring circuit 3, measuring circuit 4 and three elements And are the outputs of the device and are connected to an external display unit (not shown in the drawing). Each of the two measuring circuits 3.4 is made in the form of a serial connection of the servo filter 21, the low-pass filter 22, the amplifier 23 and the detector 24, while the control input of each servo filter 21 is connected to the control input of the corresponding measuring circuit 3.4.
Устройство для контроля вибрации газотурбинного двигателя работает следующим образом. A device for controlling vibration of a gas turbine engine operates as follows.
Электрический сигнал, пропорциональный вибрации корпуса двигателя в месте установки вибропреобразователя 1, поступает с его выхода на вход согласующего блока 2, в котором этот сигнал (например электрический заряд, преобразуется в электрическое напряжение, пропорциональное контролируемому параметру вибрации. Согласующий блок 2 выполнен, например, по схеме усилителя заряда и представляет собой усилитель, охваченный глубокой емкостной отрицательной обратной связью. An electrical signal proportional to the vibration of the motor casing at the installation site of the vibration transducer 1 is supplied from its output to the input of the matching unit 2, in which this signal (for example, an electric charge is converted into an electrical voltage proportional to the controlled vibration parameter. The matching unit 2 is made, for example, by circuit of the charge amplifier and is an amplifier covered by deep capacitive negative feedback.
Выходной сигнал согласующего блока 3 содержит как информативные частотные составляющие, пропорциональные роторным вибрациям, так и неинформативные составляющие, источниками которых являются не роторные вибрации двигателя и электромагнитные помехи. The output signal of the matching unit 3 contains both informative frequency components proportional to rotor vibrations, and non-informative components, the sources of which are non-rotary engine vibrations and electromagnetic interference.
Выделение информативных составляющих сигнала производится измерительной цепью 3 со следящим фильтром и аналогичной измерительной цепью 4, на первые (аналоговые) входы которых поступает электрический сигнал с выхода согласующего блока 2. The selection of informative components of the signal is carried out by measuring circuit 3 with a follow-up filter and a similar measuring circuit 4, the first (analog) inputs of which receive an electrical signal from the output of matching block 2.
Следящий фильтр 21 каждой измерительной цепи выделяет одну информативную (роторную) составляющую из общего спектра сигнала, поступающего на его вход. Выделение этой составляющей достигается тем, что следящий фильтр 21 имеет узкую полосу пропускания и центральная частота этой полосы совпадает с частотой вращения соответствующего ротора при всех режимах работы двигателя, т.е. центральная частота полосы пропускания следящего фильтра 21 измеряется синхронно с изменением частоты вращения ротора "следит" за оборотами ротора). The servo filter 21 of each measuring circuit isolates one informative (rotor) component from the total spectrum of the signal supplied to its input. The selection of this component is achieved by the fact that the servo filter 21 has a narrow passband and the center frequency of this band coincides with the rotational speed of the corresponding rotor under all engine operating modes, i.e. the central frequency of the passband of the servo filter 21 is measured synchronously with the change in the rotor speed "monitors" the rotor speed).
Синхронность изменения центральной частоты следящего фильтра 21 и частоты вращения ротора двигателя обеспечивается изменяющимися по частоте (пропорциональной скорости вращения ротора) управляющим сигналом, поступающим на второй вход измерительной цепи. The synchronism of the change in the central frequency of the servo filter 21 and the rotor speed of the motor is provided by a variable signal (proportional to the rotor speed) of the control signal supplied to the second input of the measuring circuit.
В качестве следящих фильтров измерительной цепи 3 и измерительной цепи 4 применяют, например, фильтры на переклю- чаемых конденсаторах). Соответствие требуемой центральной частоты полосы пропускания такого фильтра числу электрических импульсов, приходящих на его управляющий вход за один оборот контролируемого ротора, обеспечивается за счет выбора элементов фильтра. As follow-up filters of the measuring circuit 3 and the measuring circuit 4 are applied, for example, filters on switched capacitors). Correspondence of the required center frequency of the passband of such a filter to the number of electrical pulses arriving at its control input per revolution of the controlled rotor is ensured by the selection of filter elements.
Источниками частотных сигналов для управления центральными частотами следящих фильтров 21 являются тахометры, установленные на двигателе и вырабаты- вающие импульсные последовательности, частоты которых пропорциональны частотам вращения роторов. Например, тахометр первого ротора вырабатывает 64 электрических импульса за один оборот ротора вентилятора, а тахометр второго ротора - 36 импульсов за один оборот ротора компрессора). Sources of frequency signals for controlling the center frequencies of the servo filters 21 are tachometers mounted on the engine and generating pulse sequences whose frequencies are proportional to the rotor speeds. For example, the tachometer of the first rotor generates 64 electrical pulses per revolution of the fan rotor, and the tachometer of the second rotor generates 36 pulses per revolution of the compressor rotor).
Электрические сигналы тахометров поступают соответственно на входы формирователя 6 опорной частоты и аналогичного формирователя. The electrical signals of the tachometers are respectively supplied to the inputs of the driver 6 of the reference frequency and a similar driver.
Формирователи 5 и 6 предназначены для согласования выходов тахометров с входами элементов цифровой электроники и выполняются, например, на операционных усилителях по схеме усилителя ограничителя. Выходные сигналы формирователей поступают соответственно на входы коммутаторов 7 и 8. Shapers 5 and 6 are designed to match the outputs of the tachometers with the inputs of the elements of digital electronics and are performed, for example, on operational amplifiers according to the amplifier limiter circuit. The output signals of the shapers go respectively to the inputs of the switches 7 and 8.
Эти коммутаторы преобразуют каждый из частотных сигналов тахометров в две неперекрывающиеся последовательности импульсов, необходимые для управления ключами следящего фильтра 21. These switches convert each of the frequency signals of the tachometers into two non-overlapping sequences of pulses needed to control the keys of the tracking filter 21.
При работающем двигателе на первый (аналоговый) вход измерительной цепи 3 поступает сигнал, пропорциональный вибрации корпуса двигателя, а на ее второй (управляющий) вход - импульсный сигнал, частота которого пропорциональна частоте вращения первого ротора двигателя (например, ротора вентилятора). Под воздействием управляющих импульсов коммутатора 7 центральная частота полосы пропускания следящего фильтра 21 измерительной цепи 3 автоматически настраивается на частоту роторной гармоники, а на выход этого фильтра проходят только информативные (роторные) составляющая его входного сигнала, значение которой отлично от нуля (например, соответствует вибрации, превышающей 3 мм/c). When the engine is running, a signal proportional to the vibration of the motor casing is received at the first (analog) input of the measuring circuit 3, and a pulse signal is transmitted to its second (control) input, the frequency of which is proportional to the speed of the first motor rotor (for example, the fan rotor). Under the influence of the control pulses of the switch 7, the central frequency of the passband of the servo filter 21 of the measuring circuit 3 is automatically tuned to the rotor harmonic frequency, and only the informative (rotor) component of its input signal passes to the output of this filter, the value of which is non-zero (for example, corresponds to vibration, exceeding 3 mm / s).
Необходимым условием такой работы следящего фильтра 21 является наличие полезных сигналов на обоих входах измерительной цепи 3, что выполняется только в том случае, если вибропреобразователь 1 и тахометр первого ротора исправны. В том случае, если на одном из двух входов измерительной цепи 3 нет полезного сигнала (например, при отказе одного из этих датчиков), сигнал на выходе следящего фильтра отсутствует. A necessary condition for such operation of the tracking filter 21 is the presence of useful signals at both inputs of the measuring circuit 3, which is only done if the vibration transducer 1 and the tachometer of the first rotor are operational. In the event that at one of the two inputs of the measuring circuit 3 there is no useful signal (for example, if one of these sensors fails), there is no signal at the output of the tracking filter.
Таким же образом работает и следящий фильтр 21 измерительной цепи 4, центральная частота полосы пропускания которого автоматически настраивается на частоту вращения второго ротора (например, ротора компрессора). The tracking filter 21 of the measuring circuit 4 also works in the same way, the central frequency of the passband of which is automatically tuned to the speed of the second rotor (for example, the compressor rotor).
В каждой измерительной цепи 3,4 напряжение переменного тока, значение которого пропорционально текущему значению роторной вибрации, с выхода следящего фильтра 21 поступает на вход фильтра 21 низких частот (для исключения коммутационной помехи), затем усиливается и детектируется (преобразуется в напряжение постоянного тока). Этот выпрямленный сигнал поступает на выход измерительной цепи и далее - на выход устройства. In each measuring circuit 3.4, an alternating current voltage, the value of which is proportional to the current value of the rotor vibration, is output from the output of the follow-up filter 21 to the input of the low-pass filter 21 (to eliminate switching noise), then it is amplified and detected (converted to a direct current voltage). This rectified signal is fed to the output of the measuring circuit and then to the output of the device.
При отказе системы контроля вибрации теряется информация о техническом состоянии двигателя. Длительная эксплуатация неисправной системы контроля может привести к аварии, так как начальная стадия разряжения двигателя ( на котором возможны эффективные действия по ее предотвращению) останется невыявленной. Для обеспечения своевременного получения информации об отказах элементов системы контроля, работающих в наиболее тяжелых условиях (датчиков, установленных на двигателе) в устройстве предусмотрен контроль функционирования вибропреобразователя 1 и двух тахометров, который проводится автоматически при работающих двигателях. If the vibration control system fails, information about the technical condition of the engine is lost. Long-term operation of a faulty control system can lead to an accident, since the initial stage of engine discharge (at which effective actions to prevent it are possible) will remain undetected. To ensure the timely receipt of information about failures of control system elements operating in the most difficult conditions (sensors mounted on the engine), the device provides for the monitoring of the functioning of the vibration transducer 1 and two tachometers, which is carried out automatically when the engines are running.
Электрические импульсы, частота которых пропорциональна частоте вращения первого ротора двигателя, с выхода коммутатора 7 поступают на вход преобразователя 9 частоты в напряжение, предназ- наченного для перевода частотного входного сигнала в пропорциональный ему аналоговый выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки. Преобразователь 9 выполняется, например, по схеме на переключаемом конденсаторе. Electrical pulses, the frequency of which is proportional to the frequency of rotation of the first rotor of the engine, from the output of the switch 7 is fed to the input of the frequency converter 9 to a voltage intended for converting the frequency input signal into an analog output signal proportional to it, convenient for further processing. Converter 9 is performed, for example, according to a circuit on a switched capacitor.
Частота переключения конденсатора С равна частоте входного сигнала fвх, а значение эквивалентного сопротивления R1 между источником опорного напряжения (-lo) и инвертирующим входом операционного усилителя определяется выражением: Rэ= .The switching frequency of the capacitor C is equal to the frequency of the input signal f I , and the value of the equivalent resistance R 1 between the reference voltage source (-l o ) and the inverting input of the operational amplifier is determined by the expression: R e = .
Коэффициент передачи схемы по отношению к опорному сигналу K = = - = - RCfвх , а значение выходного напряжения преобразователя 9 Uвых=K(-lo)=RClofвх.The transmission coefficient of the circuit with respect to the reference signal K = = - = - RCf Rin, and the output voltage U O converter 9 = K (-l o) = RCl o f Rin.
Так как значения R,Cu-lo постоянны для конкретной реализации устройства, преобразователь 9 обеспечивает линейную зависимость текущего значения выходного напряжения от частоты входного сигнала.Since the values of R, C u -l o are constant for a particular implementation of the device, the converter 9 provides a linear dependence of the current value of the output voltage on the frequency of the input signal.
Аналогично частотный сигнал с выхода коммутатора 8 преобразуется в напряжение постоянного тока преобразователем 10 частоты в напряжение. Similarly, the frequency signal from the output of the switch 8 is converted into a direct current voltage by a frequency to voltage converter 10.
Таким образом, текущее значение сигнала на выходе преобразователя 9 пропорционально частоте вращения первого ротора двигателя, а текущее значение сигнала на выходе преобразователя 10 - пропорционально частоте вращения второго ротора двигателя. Thus, the current value of the signal at the output of the converter 9 is proportional to the frequency of rotation of the first engine rotor, and the current value of the signal at the output of the converter 10 is proportional to the frequency of rotation of the second engine rotor.
Выходное напряжение преобразователя 9 поступает на первый вход двухуровневого компаратора 11, а выходное напряжение преобразователя 10 - на первый вход двухуровневого компаратора 12. The output voltage of the converter 9 is supplied to the first input of a two-level comparator 11, and the output voltage of the converter 10 is supplied to the first input of a two-level comparator 12.
Двухуровневый компаратор 11 срабатывает при значении напряжения постоянного тока на его первом входе, превышающем значение опорного напряжения lo′ (если на втором входе установлен сигнал "Лог.0") или превышающем значение lo′- Δ lo′ (если на втором входе установлен сигнал "Лог.1"). При этом Δl = , где Uлог1 - значение напряжения постоянного тока на втором входе компаратора 11, соответст- вующее сигналу лог.1. При срабатывании компаратора 11 сигнал на его выходе изменяется с "Лог.0" на "Лог.1".The two-level comparator 11 is activated when the value of the DC voltage at its first input exceeds the value of the reference voltage l o ′ (if the signal “Log.0” is installed at the second input) or exceeds the value l o ′ - Δ l o ′ (if at the second input the signal is set to "Log.1"). Moreover, Δl = , where U log1 is the value of the DC voltage at the second input of the comparator 11, corresponding to the signal log.1. When the comparator 11 is activated, the signal at its output changes from "Log.0" to "Log.1".
Схема компаратора 12 аналогична схеме компаратора 11. Выход компаратора 11 соединен с вторым входом компаратора 12, а выход компаратора 12 - с вторым входом компаратора 11, что обеспечивает срабатывание обоих компараторов в том случае, если разница / сигналов на их первых входах не превышает выбранного значения Δlo′.The circuit of the comparator 12 is similar to the circuit of the comparator 11. The output of the comparator 11 is connected to the second input of the comparator 12, and the output of the comparator 12 is connected to the second input of the comparator 11, which ensures the operation of both comparators if the difference / signals at their first inputs does not exceed the selected value Δl o ′.
Компараторы 11 и 12 фиксируют наличие полезных сигналов на частотных входах устройства. Срабатывание любого из этих компараторов является признаком того, что двигатель работает (этот признак используется при автоматическом контроле функционирования), а синхронное срабатывание и отпускание обоих компараторов (с учетом допустимого времени переходного процесса) свидетельствует об исправном состоянии обоих тахометров. Comparators 11 and 12 record the presence of useful signals at the frequency inputs of the device. The operation of any of these comparators is a sign that the engine is running (this symptom is used for automatic monitoring of operation), and the synchronous operation and release of both comparators (taking into account the admissible transition time) indicates the working condition of both tachometers.
Для каждого из этих компараторов первый уровень срабатывания соответствует нижней границе рабочего диапазона частот вращения Ufвх ПЧН (fimin) того ротора, тахометр которого подключен через соответствующий формирователь, коммутатор и ПЧН и его первому входу, т.е. lo′=RClofimin(где, i=1,2 - номер ротора).For each of these first level trigger comparators corresponds to the lower boundary of the working rotational frequency range Uf Rin FNR (f imin) of the rotor, which is connected through a respective tachometer generator, and FNR switch and its first input, i.e. l o ′ = RCl o f imin (where, i = 1,2 is the rotor number).
Так как изменение частот вращения двух роторов двигателя (связанных между собой газодинамическим потоком продуктов сгорания топлива) как правило не имеет жесткой синхронизации, то достижение ими нижних границ рабочих частот вращения происходит не одновременно как при запуске, так и при отключении двигателя. Т.е. при переходе от отключенного состояния (оба ротора неподвижны) к рабочему режиму (частота вращения каждого ротора превышает нижнюю границу рабочего диапазона Ufвх>fimin и наоборот) имеется переходный период, который необходимо исключить при анализе корреляции частотных сигналов двух тахометров.Since the change in the rotational speeds of two engine rotors (interconnected by a gas-dynamic flow of fuel combustion products) as a rule does not have tight synchronization, they do not reach the lower limits of the working rotational frequencies both at startup and when the engine is turned off. Those. when switching from an off state (both rotors are stationary) to the operating mode (the rotational speed of each rotor exceeds the lower limit of the operating range Uf in > f imin and vice versa) there is a transition period that must be excluded when analyzing the correlation of the frequency signals of two tachometers.
Уменьшение влияния переходного периода достигается за счет взаимного гистерезиса компараторов. Величина гистерезиса определяется значением второго уровня срабатывания (lo′- Δlo′) и выбирается из соображений обеспечения помехоустойчивости компараторов 11 и 12 при работе двигателя вблизи минимальных значений оборотов роторов. Второй уровень срабатывания меньше, чем первый. Например, lo′-Δ lo′=0,5 lо′=0,5RClofimin.Reducing the influence of the transition period is achieved due to the mutual hysteresis of the comparators. The hysteresis value is determined by the value of the second response level (l o ′ - Δl o ′) and is selected from the considerations of ensuring noise immunity of the comparators 11 and 12 when the engine is running near the minimum rotor speed. The second trigger level is less than the first. For example, l o ′ -Δ l o ′ = 0.5 l o ′ = 0.5RCl o f imin .
Требуемое значение Δl′ устанавливается подбором сопротивлений резисторов 21 и 22 компаратора. The required value Δl ′ is set by selecting the resistances of the resistors 21 and 22 of the comparator.
При проектировании конкретного устройства контроля вибрации необходимо иметь данные о переходных характеристиках роторов при включении и отключении двигателей заданного типа. Эти данные могут быть представлены разработчику системы контроля на этапе согласования технического задания, например, в следующем виде. При запуске двигателя частота вращения первого ротора достигает значения 0,5F1min через отрезок времени не превышающий t1, после достижения оборотами второго ротора значения F2min. При отключении двигателя частота вращения первого ротора становится меньше значения F1min через отрезок времени, не превышающий t2 после снижения оборотов второго ротора до значения 0,5F2min. Большее из значений t1 и t2 принимается за максимально допустимое время переходного процесса tпп, которое необходимо учитывать при анализе корреляции частотных сигналов тахометров. В частном случае возможен вариант, когда tпп=0.When designing a specific vibration control device, it is necessary to have data on the transient characteristics of the rotors when turning on and off the motors of a given type. These data can be presented to the developer of the control system at the stage of approval of the technical task, for example, in the following form. When the engine is started, the speed of the first rotor reaches 0.5F 1min after a period of time not exceeding t 1 , after the speed of the second rotor reaches the value of F 2min . When the engine is turned off, the speed of the first rotor becomes less than the value of F 1min after a period of time not exceeding t 2 after reducing the speed of the second rotor to a value of 0.5F 2min . The larger of the values of t 1 and t 2 is taken as the maximum allowable transient time t pp , which must be taken into account when analyzing the correlation of frequency signals of tachometers. In the particular case, a variant is possible when t pp = 0.
Срабатывание компараторов 11 и 12 происходит следующим образом. The operation of the comparators 11 and 12 is as follows.
В исходном состоянии (двигатель не работает) на выходах (и вторых входах) обоих компараторов лог.0, при наборе оборотов компаратор, подключенный к сигналу опережающего ротора, срабатывает при значении входного сигнала Uвх= lo′ и на его выходе устанавливается сигнал лог.1, который поступает на второй вход компаратора, подключенного к сигналу отстающего ротора, и изменяет его уровень срабатывания на значение lo′- Δlo′, через некоторое время Э (не превышающее tпп). Этот компаратор также срабатывает и на его выходе устанавливается "Лог.1", которая переключает и уровень срабатывания компаратора опережающего ротора на значение lo′- Δlo′.In the initial state (the engine does not work) at the outputs (and second inputs) of both comparators log.0, at a set speed the comparator connected to the signal of the leading rotor is triggered when the value of the input signal is U in = l o ′ and a log signal is set at its output .1, which is fed to the second input of the comparator connected to the signal of the lagging rotor, and changes its response level by the value l o ′ - Δl o ′, after a while E (not exceeding t pp ). This comparator also works and “Log.1” is set at its output, which switches the response level of the leading rotor comparator to the value l o ′ - Δl o ′.
Таким образом, компараторы 11 и 12 исправной системы контроля вибрации срабатывают после запуска двигателя и оба устанавливаются на пониженное значение уровня срабатывания lo′- Δlo′, чем обеспечивается их помехоустойчивость.Thus, the comparators 11 and 12 of a working vibration control system are triggered after the engine is started and both are set to a lower value of the response level l o ′ - Δl o ′, which ensures their noise immunity.
При снижении оборотов двигателя, после его отключения, отпускание компараторов 11 и 12 происходит в обратном порядке. Выходы обоих компараторов устанавливаются в состояние лог.0 и значения их уровней срабатывания снова становятся равными lo′.When the engine speed decreases, after it is turned off, the release of the comparators 11 and 12 occurs in the reverse order. The outputs of both comparators are set to log.0 and the values of their response levels again become equal to l o ′.
Если один из частотных сигналов отсутствует, то после включения и разгона двигателя напряжение на первом входе одного из компараторов остается меньшим, чем значение lo′- Δlo′ и на их выходах устанавливаются разные логические уровни.If one of the frequency signals is absent, then after switching on and accelerating the motor, the voltage at the first input of one of the comparators remains lower than the value l o ′ - Δl o ′ and different logic levels are set at their outputs.
Выходные сигналы компараторов 11 и 12 поступают соответственно на два входа элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14. "Лог.1" на выходе элемента 14 появляется тогда, когда сигналы на ее входах различны (т.е., если сработал только один из двух компараторов, подключенных к его входам) и является признаком отказа одного из тахометров в том случае, если этот сигнал (лог.1) или сохраняется в течение времени, превышающего заданное значение tпп.The output signals of the comparators 11 and 12 are respectively supplied to the two inputs of the EXCLUSIVE OR 14. element. “Log.1” at the output of the element 14 appears when the signals at its inputs are different (that is, if only one of the two comparators connected to its inputs) and is a sign of failure of one of the tachometers in the event that this signal (log. 1) or is stored for a time exceeding the specified value t pp .
Исключение сигналов, длительность которых не превышает tпп, производится блоком 15 задержки. В тех системах контроля, в которых tпп≠0 требуемое значение задержки сигнала составляет, например, единицы или десятки секунд. Если, tпп=0, то блок 15 задержки необходим для исключения прохождения кратковременных импульсов при срабатывании компараторов. В этом случае, требуемое время задержки составляет доли секунды.The exclusion of signals, the duration of which does not exceed t pp , is performed by the delay unit 15. In those control systems in which t pp ≠ 0, the required signal delay value is, for example, units or tens of seconds. If, t pp = 0, then the delay unit 15 is necessary to exclude the passage of short-term pulses when the comparators are triggered. In this case, the required delay time is a fraction of a second.
Выходные сигналы компаратора 11 и компаратора 12 поступают также на два входа элемента ИЛИ 13. "Лог.1" на выходе элемента ИЛИ 13 присутствует в случае срабатывания хотя бы одного из этих компараторов и является признаком того, что двигатель работает. The output signals of the comparator 11 and comparator 12 are also fed to the two inputs of the OR 13 element. A “Log.1” at the output of the OR 13 element is present if at least one of these comparators is triggered and is a sign that the engine is running.
Дополнительным признаком неисправности тахометра является отсутствие при работающем двигателе сигнала на выходе следящего фильтра 21, управляемого частотным сигналом этого тахометра. An additional sign of a malfunction of the tachometer is the absence of a signal at the output of the servo filter 21 controlled by the frequency signal of this tachometer when the engine is running.
Отсутствие сигнала на выходе следящего фильтра 21 первого ротора и соответственно на выходе измерительной цепи 3 фиксируется компаратором 16, а отсутствие сигнала на выходе следящего фильтра 21 второго ротора и соответственно на выходе измерительной цепи 4 - компаратором 17. The absence of a signal at the output of the follow-up filter 21 of the first rotor and, accordingly, at the output of the measuring circuit 3 is fixed by the comparator 16, and the absence of a signal at the output of the follow-up filter 21 of the second rotor and, accordingly, at the output of the measuring circuit 4, is comparated 17.
Напряжение постоянного тока, пропорциональное текущему значению роторной вибрации, с выхода измерительной цепи 3 поступает на вход компаратора 16 (например, на инвертирующий вход микросхемы компаратора). Порог срабатывания компаратора 16 задан опорным напряжением (на неинвертирующем входе микросхемы), значение которого соответствует минимально возможному значению роторной вибрации работающего двигателя (например, 3 мм/с). A DC voltage proportional to the current value of the rotary vibration from the output of the measuring circuit 3 is supplied to the input of the comparator 16 (for example, to the inverting input of the comparator chip). The response threshold of the comparator 16 is set by the reference voltage (at the non-inverting input of the microcircuit), the value of which corresponds to the minimum possible value of the rotor vibration of a running engine (for example, 3 mm / s).
На выходе компаратора 16 "Лог.1" устанавливается тогда, когда значение напряжение постоянного тока на его входе меньше значения опорного напряжения. Этот сигнал присутствует на выходе компаратора 16, если двигатель не включен, а при работающем двигателе, если неисправен вибропреобразователь 1, или если неисправен тахометр первого ротора (т.е., если нет информативных сигналов на обоих или на одном из входов измерительной цепи 3). The output of the comparator 16 "Log.1" is set when the value of the DC voltage at its input is less than the value of the reference voltage. This signal is present at the output of the comparator 16 if the engine is not turned on, and when the engine is running, if the vibration transducer 1 is faulty, or if the tachometer of the first rotor is faulty (i.e., if there are no informative signals at both or at one of the inputs of the measuring circuit 3) .
Когда система контроля исправна и двигатель работает его роторная вибрация превышает минимальное значение, напряжение постоянного тока на выходе измерительной цепи 3 превышает значение опорного напряжения компаратора 16 и на его выходе устанавливается "Лог. 0". When the control system is operational and the engine is running its rotary vibration exceeds the minimum value, the DC voltage at the output of the measuring circuit 3 exceeds the value of the reference voltage of the comparator 16 and "Log. 0" is set at its output.
Аналогично, "Лог.0" на выходе компаратора 17 устанавливается если двигатель работает и система контроля исправна, а "Лог.1" - если двигатель выключен или если неисправны вибропреобразователь 1 или тахометр второго ротора. Similarly, “Log.0” at the output of the comparator 17 is set if the engine is running and the control system is working, and “Log.1” if the engine is turned off or if the vibration transducer 1 or tachometer of the second rotor are faulty.
Таким образом, дополнительными признаками неисправности тахометров являются: при отказе тахометра первого ротора - "Лог.1" на выходе компаратора 16, при отказе тахометра второго ротора - "Лог.1" на выходе компаратора 17. Наличие (при работающем двигателе) сигналов "Лог.1" одновременно на выходах компаратора 16 и компаратора 17 свидетельствует о неисправности вибропреобразователя 1. Thus, additional signs of malfunction of the tachometers are: if the tachometer of the first rotor fails - "Log.1" at the output of the comparator 16, if the tachometer of the second rotor fails - "Log.1" at the output of the comparator 17. Presence (with the engine running) of signals "Log .1 "simultaneously at the outputs of comparator 16 and comparator 17 indicates a malfunction of the vibration transducer 1.
Анализ признаков отказа осуществляется тремя элементами И. Analysis of signs of failure is carried out by three elements I.
На три входа элемента И 18 поступают логические сигналы с выхода элемента ИЛИ 13, с выхода компаратора 16 и выхода блока задержки 15. При этом "Лог.1" на первом входе элемента 18 И является признаком рабочего состояния двигателя, "Лог. 1" на ее втором входе - признаком отказа вибропреобразователя 1 или тахометра первого ротора, "Лог.1" на третьем входе - признаком отказа тахометра первого ротора или тахометра второго ротора. При совпадении этих трех признаков на выходе элемента 18 И формируется сигнал "Лог.1", который свидетельствует об отказе системы контроля, наиболее вероятной причиной которого является неисправность в цепи тахометра первого ротора. С выхода элемента И 18 сигнал поступает на выход устройства "Отказ тахометра первого ротора". The three inputs of the element And 18 receive logical signals from the output of the element OR 13, from the output of the comparator 16 and the output of the delay unit 15. In this case, “Log.1” at the first input of element 18 And is a sign of the operating state of the engine, “Log. 1” on its second input is a sign of failure of the vibration transducer 1 or the tachometer of the first rotor, "Log.1" at the third input is a sign of failure of the tachometer of the first rotor or tachometer of the second rotor. If these three signs coincide, the output of element 18 AND generates a signal "Log.1", which indicates a failure of the control system, the most likely cause of which is a malfunction in the tachometer circuit of the first rotor. From the output of the element And 18 the signal goes to the output of the device "Failure of the tachometer of the first rotor."
Повышенная вероятность правильной локализации неисправности обеспечивается за счет того, что сигналы об отказе тахометра содержат два признака, формируемые независимыми цепями электронной части устройства (одни признак цепью: преобразователь 9 - компаратор 11 - элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 - блок 15 задержки; второй признак; измерительная цепь 3 - компаратор 16). The increased probability of the correct localization of the malfunction is provided due to the fact that the tachometer failure signals contain two signs generated by independent circuits of the electronic part of the device (one sign is a circuit: transducer 9 - comparator 11 - element EXCLUSIVE OR 14 - delay unit 15; second sign; measuring circuit 3 - comparator 16).
Аналогично элемент 20 И формирует сигнал "Лог.1", свидетельствующий об отказе тахометра второго ротора. Сигнал "Лог.1" на выход устройства (отказ тахометра второго ротора поступает в том случае, если двигатель работает (присутствует сигнал "Лог.1" на выходе элемента ИЛИ 13) и зафиксированы два признака отказа этого тахометра ("Лог.1" на выходе компаратора 17 и "Лог.1" на выходе блока задержки 15). Similarly, the element 20 And generates a signal "Log.1", indicating a failure of the tachometer of the second rotor. The signal "Log.1" to the output of the device (a tachometer failure of the second rotor is received if the engine is running (there is a signal "Log.1" at the output of the OR 13 element) and two signs of failure of this tachometer ("Log.1" on the output of the comparator 17 and "Log.1" at the output of the delay unit 15).
Если при работающем двигателе сигналы отсутствуют как на выходе измерительной цепи 3, так и на выходе измерительной цепи 4, то "Лог.1" с выхода элемента ИЛИ 13, "Лог.1" с выхода компаратора 16 и "Лог.1" с выхода компаратора 17 поступают на три входа элемента И 19. При этом "Лог.1" с выхода этого элемента И поступает на выход устройства "Отказ вибропреобразователя". If there are no signals when the engine is running, both at the output of the measuring circuit 3, and at the output of the measuring circuit 4, then “Log.1” from the output of the OR element 13, “Log.1” from the output of the comparator 16 and “Log.1” from the output the comparator 17 is fed to the three inputs of the element And 19. In this case, "Log.1" from the output of this element And goes to the output of the device "Vibration transducer failure".
В системе контроля с исправными датчиками признаки отказов отсутствуют и сигналы на выходах устройства "отказ тахометра первого ротора", "отказ вибропреобразователя", и "отказ тахометра второго ротора" соответствуют лог.0. In the control system with serviceable sensors, there are no signs of failure and the signals at the outputs of the device “failure of the tachometer of the first rotor”, “failure of the vibration transducer”, and “failure of the tachometer of the second rotor” correspond to log.0.
Устройство обеспечивает автоматический контроль функционирования вибропреобразователя и двух тахометров системы контроля вибрации в эксплуатации. The device provides automatic control of the functioning of the vibration transducer and two tachometers of the vibration control system in operation.
Использование устройства повышает достоверность контроля вибрации газотурбинного двигателя и позволяет снизить трудоемкость работ по техническому обслуживанию системы контроля. Using the device increases the reliability of vibration control of a gas turbine engine and reduces the complexity of the maintenance work of the control system.
Кроме того, сокращается время поиска неисправности и, соответственно, время вынужденного простоя объекта (например, самолета), и затраты на ремонт аппаратуры. In addition, reduced troubleshooting time and, consequently, the time of forced downtime of an object (for example, an airplane), and the cost of repairing equipment.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4937300 RU2017080C1 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Device for testing vibration of gas-turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4937300 RU2017080C1 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Device for testing vibration of gas-turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017080C1 true RU2017080C1 (en) | 1994-07-30 |
Family
ID=21575084
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4937300 RU2017080C1 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Device for testing vibration of gas-turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2017080C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507403C2 (en) * | 2008-10-10 | 2014-02-20 | Снекма | Method and system for turbojet control |
-
1991
- 1991-05-20 RU SU4937300 patent/RU2017080C1/en active
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
1. Техническое описание аппаратуры контроля вибрации типа ИВ-300. 6ЛI.620.001, НПО Сфера. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1213842, кл. G 01M 15/00, G 01H 1/08, 1984. * |
3. Авторское свидетельство СССР N 1140536, кл. G 01H 13/00, 1983. * |
4. Бортовая система контроля двигателя БСКД-90. Руководство по технической эксплуатации 6ЛI.440.002 РЭ.: НПО Сфера. * |
5. Авторское свидетельство СССР N 1471825, кл. G 01M 7/00, 1987. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507403C2 (en) * | 2008-10-10 | 2014-02-20 | Снекма | Method and system for turbojet control |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4488240A (en) | Vibration monitoring system for aircraft engines | |
CN109976209B (en) | Mechanical health monitoring module | |
KR0153464B1 (en) | Monitoring | |
US4712372A (en) | Overspeed system redundancy monitor | |
US6768938B2 (en) | Vibration monitoring system for gas turbine engines | |
US5406485A (en) | Method and apparatus for detecting faulty operation of a wheel speed sensor | |
US6025711A (en) | Sensor circuit with diagnostic capability | |
US5459732A (en) | Method and apparatus for anti-lock brake single channel wheel speed processing with diagnosis | |
JPS58500605A (en) | Method and device for monitoring tool status of a machine tool that performs periodic machining | |
RU2641329C2 (en) | Device and method of protection of turbomachine calculator in aircraft from speed measurement errors | |
EP0015868B1 (en) | A system for monitoring vibration of an engine | |
US4218879A (en) | Overspeed protection device | |
US5747680A (en) | Multiple parameter sensor and method of operation thereof | |
US4345237A (en) | Supervisory and monitoring system for helicopter propeller blades | |
RU2017080C1 (en) | Device for testing vibration of gas-turbine engine | |
US4639885A (en) | EMI suppression for electronic engine control frequency signal inputs | |
EP0105600B1 (en) | Apparatus for selecting a signal representing vibrations | |
JPH0615987B2 (en) | Diagnosis method of vibration detection mechanism | |
US4866376A (en) | Cross-oil instrument having testing apparatus for vehicular sensor disconnection indication | |
RU2045751C1 (en) | Device for indication of limit parameters of vibration | |
JPS6122892B2 (en) | ||
JPS6385413A (en) | Device fault diagnosing circuit | |
EP0826984B1 (en) | Sensor circuit with frequency changing capability | |
US11262405B2 (en) | Fault detection in a multi-phase electric machine | |
SU1651132A1 (en) | Method and device for testing stationary gas turbine unit for condition |