RU2154813C1 - Способ диагностики работы двигателя - Google Patents
Способ диагностики работы двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154813C1 RU2154813C1 RU99105603A RU99105603A RU2154813C1 RU 2154813 C1 RU2154813 C1 RU 2154813C1 RU 99105603 A RU99105603 A RU 99105603A RU 99105603 A RU99105603 A RU 99105603A RU 2154813 C1 RU2154813 C1 RU 2154813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- diagnosing
- engines
- wavelet
- engine operation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Способ предназначен для диагностики работы двигателей (а также турбин, компрессоров, периодически работающих устройств) с помощью нового математического метода вейвлет-анализа. Полученные с помощью датчиков, установленных на двигателе, временные и амплитудные характеристики его работы подвергают вейвлет-анализу и выясняется, что на определенных масштабах характеристики вейвлет-коэффициентов заметно изменяются перед тем, как происходит резкая смена режима работы двигателя, часто приводящая к его разрушению. Ранняя диагностика позволяет предотвратить аварию. Такой способ позволит повысить надежность диагностики работы двигателей как в стационарных условиях, так и в процессе движения при установившихся и неустановившихся режимах работы путем обнаружения предвестников возможной неисправности. 3 ил.
Description
Изобретение относится к контролю и регулировке работы двигателей (а также турбин, компрессоров, периодически работающих устройств).
Известны способы диагностики двигателей, заключающиеся в регистрации физических сигналов (вибраций, колебаний давления, акустических шумов и т.п. ) с последующей обработкой их путем спектрального Фурье-анализа (Ж. Макс. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях, М., Мир, 1983, т. 1, гл. 2, стр. 18-35). Недостатком этих способов является выявление лишь частотных характеристик без одновременного фиксирования их временных свойств, что позволяет регистрировать их эволюцию во времени и соответствующие корреляционные характеристики только интегральным, а не локальным способом. Это требует сбора информации за достаточно длинный интервал времени, что приводит к запаздыванию в управлении. Кроме того, эффективность способа ухудшается с ростом частоты.
Известны способы диагностики, заключающиеся в сборе информации и ее обработке по изменению дисперсии огибающей спектра, по частотам собственных колебаний и по результатам измерения квазичастоты (В.А. Карасев, В.П. Максимов, М.К. Сидоренко. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей, М., Машиностроение, 1978, гл. 3, стр. 60-83; В.П. Максимов, А.Я. Родов. Методы и средства диагностики неустойчивых течений в компрессорах, в сб. статей "Лопаточные машины и струйные аппараты", вып. 12, труды N 1280, М., ЦИАМ, 1990, стр. 132). Недостатком этих способов также является необходимость длительного сбора информации, приводящего к запаздыванию в управлении и, соответственно, пригодность их лишь к стендовым испытаниям.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ диагностики работы человеческого сердца по частоте сердечных сокращений, описанный в статье S. Thurner, М.С. Feurstein, М. С. Teich. Multiresolution wavelet-analysis of heartbeat intervals discriminates healthy patients from those with cardiac pathology. Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 1544, заключающийся в анализе дисперсии на разных масштабах вейвлет-коэффициентов набора последовательных сердцебиений и приведший к наилучшим из всех известных диагностическим результатам. Недостаток способа заключается в том, что он применим для диагностики в стационарных условиях и анализ проводится только по одной дисперсионной характеристике. Это допустимо при диагностике кардиологических нарушений, но неприемлемо, скажем, в условиях полета самолета.
Предлагаемый способ существенно отличается тем, что анализ может проводиться не только в стационарных условиях, но и в процессе работы двигателя с помощью широкого набора компьютерных программ с множеством вейвлет-характеристик, когда помимо дисперсии вейвлет-коэффициентов используются также многомерные корреляционные матрицы с применением как дискретных, так и непрерывных вейвлетов, что гарантирует надежность выводов, а также с временной разверткой их эволюции непосредственно во время работы двигателя, причем существенной чертой является быстродействие этого способа, обеспечивающее заблаговременное предотвращение возможной неисправности. Эти преимущества связаны со свойствами вейвлетов - полной и ортогональной системы функций, обеспечивающей локальный анализ заданного сигнала.
Техническая задача изобретения - повышение надежности диагностики работы двигателей как в стационарных условиях, так и в процессе движения при установившихся и неустановившихся режимах работы путем обнаружения предвестников возможной неисправности.
Поставленная задача решается тем, что с помощью датчиков, установленных на работающем двигателе, измеряют величину и изменение во времени его физических параметров (вибраций, давления газов, шумов и т.п.), регистрируют их в компьютерном блоке, преобразуют эти сигналы в вейвлет-коэффициенты, а затем анализируют их дисперсии и высшие корреляционные матрицы в разных масштабах.
Регистрация сигналов датчиков с их последующим преобразованием в вейвлет-коэффициенты и специальной компьютерной обработкой позволяют за короткие сроки (см. примеры 1-3) обнаружить предвестники неисправности с высокой степенью надежности, что недостижимо другими способами.
Для осуществления заявляемого способа разработана серия компьютерных программ, различающих по вейвлет-характеристикам нормальный режим работы двигателя от возникающих нарушений. По этим характеристикам удается обнаружить предвестники помпажа в компрессорах авиационных газотурбинных двигателей на разных режимах работы. Приведенные ниже примеры осуществления способа были получены в результате стендовых испытаний при нарушении устойчивости работы компрессора вплоть до помпажа. Изменение устойчивости работы компрессора достигалось увеличением давления за компрессором с помощью подвода дополнительного воздуха в камеру сгорания. Сигналы датчиков регистрировались в течение около 5 с при интервале 1 мс.
На фиг. 1-3 приведены графики изменения во времени (ось х) дисперсии вейвлет-коэффициентов (ось у) для случаев трех режимов работы компрессора при 4-кратном интервале разрешения. Одно деление на графике по оси x соответствует 32 мс.
Пример 1 (фиг. 1). С течением времени (увеличением х) большая величина дисперсии (ось у) в режиме нормальной работы компрессора сменяется заметно меньшей дисперсией, что является предвестником помпажа и возможного разрушения двигателя, когда происходит ее резкий рост. Уменьшение дисперсии вызвано появлением вращающегося срыва на лопатках компрессора. В данном испытании частота вращений ротора составляла 76% от предельно допустимой (n/nпр = 0,76) и предпомпажный режим от точки максимума 680 до срыва 760 длился достаточно долго (t ≈ 2,5 с). Эта длительность и величина спада дисперсии около 30-40% вполне достаточны для надежной диагностики.
Пример 2 (фиг. 2). Такой же график, полученный при работе того же компрессора с частотой вращения ротора 81% от предельно допустимой (n/nпр = 0,81). Опять-таки предвестником помпажа является уменьшение дисперсии в интервале от 710 до 780. В данном случае наблюдается некоторая попытка к ее временному увеличению за счет появления новых гармоник в неустойчивом вращающемся срыве. Длительность предвестника помпажного режима около 2 с.
Пример 3 (фиг. 3). График третьего испытания с максимально допустимой скоростью вращения компрессора (n/nпр = 1,0). Длительность предвестника уменьшается (t ≈ 1.2 с; интервал 670-710). Сравнительный анализ фиг. 1-3 показывает, что более напряженный режим работы приводит к изменению темпов выхода на помпаж. Все времена достаточно длительны по сравнению со временем анализа на компьютере (t ≈ 0,2 с) и потому возможна автоматическая регулировка компрессора до входа в помпаж. Во всех трех случаях корреляционные матрицы использовались для дополнительного контроля за появлением предвестника.
Отметим, что таких особенностей как предвестник помпажа не обнаруживается на непосредственной записи колебаний давления в компрессоре. Спектрограммы этих записей с помощью Фурье-разложения указывают на появление вращающегося срыва с большим запозданием и слабым сигналом.
Предложенный способ обеспечивает надежную регистрацию отклонений в режиме работы двигателей в исключительно короткие сроки. Наличие в этом способе помимо дисперсионных, также и высших корреляционных матриц делает диагностику практически безошибочной. Подчеркнем, что эти характеристики в вейвлет-анализе принципиально отличаются от того, что обычно понимается под дисперсией и корреляцией в соответствующем распределении сигнала.
Предложенный способ может быть использован для исследования режимов работы любых регулярно (в частности, периодически) работающих моторов и установок (в том числе авиационных компрессоров и турбин, автодвигателей, электрических моторов, турбин на электростанциях и т.п.) и предотвращения их аварий.
Использование предложенного метода позволяет существенно улучшить диагностику режима работы существующих двигателей, что важно для снижения аварийности, а следовательно, и для уменьшения экономических потерь.
Claims (1)
- Способ диагностики работы двигателя путем регистрации физических параметров с последующей их обработкой, отличающийся тем, что измеряют изменение величины параметров во времени, преобразуют полученные данные в вейвлет-коэффициенты, а затем анализируют дисперсию и высшее корреляционные матрицы этих коэффициентов в разных масштабах и по их изменению судят о неисправности в работе двигателя.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99105603A RU2154813C1 (ru) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | Способ диагностики работы двигателя |
CA 2276571 CA2276571A1 (en) | 1999-03-19 | 1999-06-29 | System and method for diagnosing and controlling electric machines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99105603A RU2154813C1 (ru) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | Способ диагностики работы двигателя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2154813C1 true RU2154813C1 (ru) | 2000-08-20 |
Family
ID=20217362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99105603A RU2154813C1 (ru) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | Способ диагностики работы двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2154813C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451299C1 (ru) * | 2010-10-07 | 2012-05-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна |
RU2493549C1 (ru) * | 2012-04-28 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Способ диагностики входного устройства силовой установки самолета |
RU2503940C1 (ru) * | 2012-09-06 | 2014-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Способ определения запаса устойчивости входного устройства газотурбинного двигателя |
RU2542162C1 (ru) * | 2014-02-24 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Способ диагностики предаварийных режимов работы рдтт при огневых стендовых испытаниях |
-
1999
- 1999-03-19 RU RU99105603A patent/RU2154813C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАРАСЕВ В.А. и др. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1978, гл.3, с.60-65. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451299C1 (ru) * | 2010-10-07 | 2012-05-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Устройство диагностирования в реальном времени системы электродвижения судна |
RU2493549C1 (ru) * | 2012-04-28 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Способ диагностики входного устройства силовой установки самолета |
RU2503940C1 (ru) * | 2012-09-06 | 2014-01-10 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Способ определения запаса устойчивости входного устройства газотурбинного двигателя |
RU2542162C1 (ru) * | 2014-02-24 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Алтай" | Способ диагностики предаварийных режимов работы рдтт при огневых стендовых испытаниях |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9008997B2 (en) | System and method for vibration analysis and phase analysis of vibration waveforms using dynamic statistical averaging of tachometer data to accurately calculate rotational speed | |
US5251151A (en) | Method and apparatus for diagnosing the state of a machine | |
US6768938B2 (en) | Vibration monitoring system for gas turbine engines | |
US4980844A (en) | Method and apparatus for diagnosing the state of a machine | |
US7409854B2 (en) | Method and apparatus for determining an operating status of a turbine engine | |
EP1444491B1 (en) | Vibration monitoring system for gas turbine engines | |
CN105865794B (zh) | 基于短时傅立叶变换和主分量分析的发动机失火故障诊断方法 | |
Dalpiaz et al. | Gear fault monitoring: comparison of vibration analysis techniques | |
CN111046541A (zh) | 发动机基频振动幅值随转速变化自适应求解方法与系统 | |
USH1006H (en) | Multilevel classifier structure for gas turbine engines | |
RU2154813C1 (ru) | Способ диагностики работы двигателя | |
JP2962368B2 (ja) | 機械の回転部分の運動状態をモニターする方法及び装置 | |
US6983199B2 (en) | Vibration measurement and recording system and method | |
JPH08177530A (ja) | ガスタービンの異常検知装置 | |
Loughlin et al. | Cohen–posch (positive) time–frequency distributions and their application to machine vibration analysis | |
JPS6327652B2 (ru) | ||
RU2542162C1 (ru) | Способ диагностики предаварийных режимов работы рдтт при огневых стендовых испытаниях | |
Zhang et al. | Research on the identification of asynchronous vibration parameters of rotating blades based on blade tip timing vibration measurement theory | |
US5031459A (en) | Turbine generator shaft torsion monitor | |
CN115683644A (zh) | 航空发动机双源拍振特征识别方法 | |
JPH08114638A (ja) | 機器異常診断装置 | |
EP0246637A2 (en) | Method for monitoring vibrations in rotating machinery | |
Alekseev et al. | Data measurement system of compressor units defect diagnosis by vibration value | |
Di Pietro et al. | Capacitive MEMS accelerometer for condition monitoring | |
RU2773588C1 (ru) | Способ спектральной оценки возникновения предпомпажного состояния газотурбинных двигателей воздушных судов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130320 |