RU2379645C2 - Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end - Google Patents
Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379645C2 RU2379645C2 RU2007123540/06A RU2007123540A RU2379645C2 RU 2379645 C2 RU2379645 C2 RU 2379645C2 RU 2007123540/06 A RU2007123540/06 A RU 2007123540/06A RU 2007123540 A RU2007123540 A RU 2007123540A RU 2379645 C2 RU2379645 C2 RU 2379645C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- drive units
- gas turbine
- turbine engine
- parts
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к контролю и диагностике технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано для раннего выявления дефектов деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД в процессе их изготовления, эксплуатации, технического обслуживания и/или ремонта, в частности для оценки фактического технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов авиационных ГТД при наземном запуске на режиме малого газа.The invention relates to the monitoring and diagnostics of the technical condition of parts, assemblies and drive units of aircraft gas turbine engines (GTE) and can be used for early detection of defects in parts, assemblies and drive units of a turbine engine during their manufacture, operation, maintenance and / or repair, in in particular, to assess the actual technical condition of parts, assemblies, and drive units of aircraft gas turbine engines during ground-based launch on the low-gas mode.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известны способ контроля авиационного ГТД и бортовая система контроля авиадвигателя, основанные на контроле топливных параметров ГТД: давления и расхода топлива, подаваемого в двигатель [1]. Недостатком этого способа является ограниченная эффективность контроля авиадвигателя, поскольку для контроля ГТД используют узкую группу контролируемых параметров авиадвигателя - топливные параметры и не учитывают события превышения контролируемыми параметрами авиадвигателя установленных для них предельных границ, а также невозможность диагностирования технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.A known method of controlling an aircraft gas turbine engine and an onboard control system for an aircraft engine based on the control of the fuel parameters of a gas turbine engine: pressure and fuel consumption supplied to the engine [1]. The disadvantage of this method is the limited efficiency of controlling an aircraft engine, since a narrow group of controlled parameters of the aircraft engine is used to control the gas turbine engine - fuel parameters and do not take into account the events when the controlled parameters of the aircraft engine exceed the limits set for them, as well as the inability to diagnose the technical condition of parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine.
Известен способ контроля авиационного ГТД и бортовая система контроля авиадвигателя [2], осуществляемого с использованием бортового вычислителя для контроля ГТД, по которому кроме топливных параметров контролируют также и нетопливные параметры авиадвигателя - скорости вращения nв и nквд, соответственно роторов вентилятора и компрессора высокого давления, температуры газа за турбиной и за компрессором, угол положения рукоятки управления двигателем и др., а также учитывают влияние на фактическую наработку авиадвигателя событий, заключающихся в выходе отдельных контролируемых параметров авиадвигателя за границы установленных для них предельных величин. При этом предельные величины ограничиваются допустимыми изменениями параметров авиадвигателя в штатном режиме его работы, но при работе авиадвигателя в нештатном режиме значения отдельных параметров авиадвигателя могут выходить за границы предельных величин, не достигая установленных для этих параметров опасных величин.A known method of controlling an aircraft gas turbine engine and an airborne engine control system [2] is carried out using an onboard computer for controlling a gas turbine engine, according to which, in addition to the fuel parameters, the non-fuel parameters of the aircraft engine are also controlled — rotational speeds n in and n kW , respectively, of the fan rotors and high pressure compressor , gas temperatures behind the turbine and behind the compressor, the angle of the engine control handle, etc., and also take into account the effect on the actual operating time of the aircraft engine of events, conclusion yuschihsya a separate outlet controlled aircraft engine parameters beyond their assigned limit value. In this case, the limiting values are limited by permissible changes in the parameters of the aircraft engine in the normal mode of its operation, but when the aircraft engine is operating in an emergency mode, the values of individual parameters of the aircraft engine may exceed the limits of the limiting values, without reaching the dangerous values established for these parameters.
Выявление событий выхода текущих значений контролируемых параметров авиадвигателей за границы предельных величин имеет важное практическое значение, так как следствием подобных событий является существенное возрастание износа и увеличение фактической наработки авиадвигателей.The identification of events when the current values of the controlled parameters of aircraft engines go beyond the limit values is of practical importance, since the consequence of such events is a significant increase in wear and tear and an increase in the actual operating time of aircraft engines.
Обычно для оценки реального технического состояния авиадвигателей при их работе в нештатном режиме учитывают не фактически измеренное время работы (наработки) авиадвигателей, а эффективное время работы (эффективную наработку) авиадвигателей в нештатных режимах, т.е. время, увеличенное по сравнению с измеренным значением. При этом фактическую наработку авиадвигателей, работающих как в штатном, так и в нештатном режимах, обычно определяют как сумму наработки и эффективной наработки авиадвигателей.Usually, in order to assess the real technical condition of aircraft engines during their emergency operation, they do not take into account the actually measured operating time (operating time) of the aircraft engines, but the effective time (effective operating time) of the aircraft engines in emergency conditions, i.e. time increased compared to the measured value. At the same time, the actual operating time of aircraft engines operating in both standard and emergency modes is usually determined as the sum of the operating time and effective operating time of aircraft engines.
Известные способы определения эффективной наработки авиационных ГТД весьма приблизительны, т.к. основываются на сравнении текущих значений контролируемых параметров авиадвигателя с постоянными значениями предельных величин. При этом обычно не учитывается, что предельные величины сами являются функциями текущих значений параметров функционирования авиадвигателя, т.е. не постоянными, а "плавающими" величинами.Known methods for determining the effective operating time of aircraft gas turbine engines are very approximate, because based on a comparison of the current values of the controlled parameters of the aircraft engine with constant values of limit values. In this case, it is usually not taken into account that the limiting values themselves are functions of the current values of the parameters of the aircraft engine functioning, i.e. not constant, but "floating" quantities.
В связи с этим точное определение реальной наработки авиадвигателя при его работе требует не только контроля параметров авиадвигателя по плавающим пределам, но и знания фактического технического состояния отдельных деталей и узлов двигателя и приводных агрегатов.In this regard, an accurate determination of the actual operating time of an aircraft engine during its operation requires not only monitoring the parameters of the aircraft engine over floating limits, but also knowledge of the actual technical condition of individual parts and components of the engine and drive units.
Известен способ контроля авиадвигателя, осуществленный в бортовой системе контроля авиационного газотурбинного двигателя ПС-90А [3], при осуществлении которого применяют бортовой вычислитель для определения контролируемых параметров авиадвигателя, установления предельных величин и определения их функциональных зависимостей, выделения из контролируемых параметров авиадвигателя предельных параметров авиадвигателя, а также введения математических выражений алгоритмов для вычисления предельных величин эффективной и фактической наработок авиадвигателя, в результате чего определение фактической наработки авиадвигателя, получаемой суммированием наработки и эффективной наработки авиадвигателя, производится более точно. Однако возможна необъективная оценка фактической наработки и технического состояния авиадвигателя при его работе на форсированном режиме, например в режиме прерванного взлета двухдвигательного самолета.A known method of controlling an aircraft engine, implemented in the on-board monitoring system of an aircraft gas turbine engine PS-90A [3], the implementation of which uses an on-board computer to determine the controlled parameters of the aircraft engine, to establish the limit values and determine their functional dependencies, to extract the maximum parameters of the aircraft engine from the controlled parameters of the aircraft engine, as well as the introduction of mathematical expressions of algorithms for calculating the limiting values of the effective and actual nar botok aircraft engine, thereby determining the actual operating time of an aircraft engine, obtained operating time and summing the effective operating time of an aircraft engine, made more accurately. However, a biased assessment of the actual operating time and technical condition of the aircraft engine during its operation in forced mode, for example in the interrupted take-off mode of a twin-engine aircraft, is possible.
Согласно установленным правилам, если при работе авиадвигателя на форсированном режиме хотя бы один из контролируемых параметров авиадвигателя выйдет за пределы установленной для этого параметра опасной величины, дальнейшая летная эксплуатация авиадвигателя не допускается.According to the established rules, if during operation of the aircraft engine in forced mode at least one of the monitored parameters of the aircraft engine exceeds the dangerous value set for this parameter, further flight operation of the aircraft engine is not allowed.
Известно также, что для сохранения летной годности авиадвигателя, определения его эффективной наработки на форсированном режиме и остаточного моторесурса контроль технического состояния авиадвигателя при его работе на форсированном режиме должен производиться с обязательным учетом параметрических и временных ограничений, предусмотренных для этого режима летными нормативными документами. Это не обеспечивается известными способами и не позволяет объективно определять техническое состояние деталей и узлов ГТД для уточненной оценки его моторесурса и возможности дальнейшей безаварийной летной эксплуатации.It is also known that in order to maintain the airworthiness of the aircraft engine, determine its effective operating time in the forced mode and the residual motor resource, the technical condition of the aircraft engine during its operation in the forced mode should be monitored taking into account the parametric and time limits provided for by this flight normative documents. This is not provided by known methods and does not allow to objectively determine the technical condition of parts and components of a gas turbine engine for a more accurate assessment of its engine life and the possibility of further trouble-free flight operation.
Известен способ контроля авиадвигателя с использованием бортового вычислителя, при котором определяют контролируемые параметры авиадвигателя, устанавливают предельные величины и определяют их функциональные зависимости, выделяют из контролируемых параметров авиадвигателя предельные параметры авиадвигателя, вводят в бортовой вычислитель математические выражения алгоритмов для вычисления предельных величин эффективной и фактической наработок авиадвигателя, отличающийся тем, что дополнительно используют командный блок и систему аварийной информации самолета [4].There is a known method of controlling an aircraft engine using an onboard computer, in which the controlled parameters of the aircraft engine are determined, the limits are determined and their functional dependencies are determined, the maximum parameters of the aircraft engine are extracted from the controlled parameters of the aircraft engine, mathematical expressions of algorithms are introduced into the onboard computer to calculate the maximum values of the effective and actual operating time of the aircraft engine characterized in that they additionally use a command unit and a system emergency information of the aircraft [4].
Указанные выше и другие известные и применяемые на практике способы контроля и диагностики авиадвигателей позволяют удовлетворительно определять общую наработку авиадвигателей и контролировать отдельные параметры функционирования авиадвигателей, но они не позволяют оперативно и своевременно определять зарождающие дефекты и фактическое техническое состояние деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.The above and other well-known and applied in practice methods of monitoring and diagnosing aircraft engines can satisfactorily determine the total operating time of aircraft engines and control individual parameters of the operation of aircraft engines, but they do not allow you to quickly and timely determine the incipient defects and the actual technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому при использовании техническому результату (прототипом) являются способ и система оценки технического состояния центробежного насосного агрегата по вибрации корпуса [5] путем измерения вибропараметров посредством контактных вибродатчиков с последующим построением трендов их изменения по времени и оценки по ним технического состояния агрегата, согласно которым вибрацию измеряют в процессе эксплуатации агрегата одновременно от совокупности входящих в агрегат элементов: роторов насоса и двигателя, опорных подшипниковых узлов, соединительной муфты, всасывающего и нагнетательного трубопроводов и фундамента, к которому крепится агрегат, тренды вибропараметров строят с помощью системы компьютерного мониторинга по вибрации в отдельных частотных полосах, например высокочастотной, среднечастотной и низкочастотной, соответствующих виброускорению, виброскорости и виброперемещению элементов агрегата, определяют по ним одновременно значения указанных вибропараметров и скорости их изменения, выделяют быстрый, медленный и знакопеременный тренды, соответствующие процессам быстрой и медленной деградации технического состояния разных узлов агрегата, используют упомянутые параметры и тренды в качестве совокупности диагностических признаков, соответствующих совокупности входящих в агрегат элементов, обучают предварительно систему компьютерного мониторинга, вводя в нее пороговые значения и комбинации диагностических признаков указанной совокупности, а оценку технического состояния агрегата и его элементов производят комплексно по табличной зависимости путем сравнения текущих и пороговых значений совокупности диагностических признаков и их комбинаций упомянутой совокупности входящих в агрегат элементов, предупреждают персонал о недопустимом состоянии агрегата визуальной сигнализацией и посредством речевого вывода предупреждения через громкоговоритель, при этом табличную зависимость состояния элементов агрегата от значений диагностических признаков строят предварительно эмпирическим путем в виде базы знаний, содержащей пороговые значения признаков и их комбинации, обусловленные причинно-следственными связями между ними и элементами агрегата, посредством измерения и анализа высокочастотной, среднечастотной и низкочастотной полос вибрации.The closest in technical essence and achieved by using the technical result (prototype) are a method and system for assessing the technical condition of a centrifugal pump unit by vibration of the casing [5] by measuring the vibration parameters by means of contact vibration sensors with the subsequent construction of trends in their time variation and evaluating the technical condition of them unit, according to which vibration is measured during operation of the unit at the same time from the set of elements included in the unit: rotor the pump and the engine, the bearing bearings, the coupling, the suction and discharge pipelines and the foundation to which the unit is attached, the trends of the vibration parameters are built using a computer monitoring system for vibration in separate frequency bands, for example high-frequency, mid-frequency and low-frequency, corresponding to vibration acceleration, vibration speed and vibration displacement of the elements of the unit, they are used to simultaneously determine the values of the indicated vibro-parameters and the rate of change, emit fast, honey The alternating and alternating trends corresponding to the processes of fast and slow degradation of the technical condition of different units of the unit use the mentioned parameters and trends as a set of diagnostic features corresponding to the set of elements included in the unit, pre-train a computer monitoring system by entering threshold values and combinations of diagnostic features into it the specified population, and the assessment of the technical condition of the unit and its elements is carried out comprehensively according to the table for depending on the comparison of current and threshold values of the set of diagnostic signs and their combinations of the said set of elements included in the unit, the personnel are warned about the inadmissible state of the unit by visual signaling and by means of verbal warning output through a loudspeaker, while the tabular dependence of the state of the unit elements on the values of diagnostic signs is preliminarily constructed empirically way in the form of a knowledge base containing threshold values of signs and their combinations, about caused by causal relationships between them and the elements of the aggregate, by measuring and analyzing high-frequency, mid-frequency and low-frequency vibration bands.
Недостатками данного способа-прототипа являются ограниченный применением контактных вибродатчиков частотный диапазон измерения вибрации (до 10-15 кГц) из-за установочного резонанса контактных вибродатчиков. В то же время наиболее информативным для диагностики является диапазон высоких частот (до 30 и более кГц). Именно в этом диапазоне частот содержится основная информация о фактическом состоянии и зарождающихся дефектах движущихся деталей и узлов.The disadvantages of this prototype method are the limited frequency range of vibration measurement (up to 10-15 kHz) due to the installation resonance of the contact vibration sensors, which is limited by the use of contact vibration sensors. At the same time, the most informative for diagnostics is the high frequency range (up to 30 and more kHz). It is in this frequency range that contains basic information about the actual state and incipient defects of moving parts and assemblies.
Кроме этого выявлено, что крепление контактных датчиков на тонкостенных авиационных конструкциях существенное искажает вибросигналы и приводит к ошибкам диагностирования.In addition, it was found that the mounting of contact sensors on thin-walled aircraft structures significantly distorts vibration signals and leads to diagnostic errors.
ЗАДАЧИ И ДОСТИГАЕМЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТTASKS AND ACHIEVED TECHNICAL RESULT
Основная техническая проблема, разрешаемая изобретением, состоит в том, что известные и широко используемые на практике способы и устройства для диагностирования технического состояния деталей и узлов авиационных ГТД и их приводных агрегатов обычно сочетают статистические методы оценки надежности (эксплуатация приводных агрегатов и ГТД в целом по назначенному ресурсу) с контролем ограниченного количества функциональных параметров, определяемых возможностью контактного доступа к диагностируемым узлам (контролепригодностью узлов ГТД).The main technical problem solved by the invention is that the known and widely used in practice methods and devices for diagnosing the technical condition of parts and components of aircraft gas turbine engines and their drive units usually combine statistical methods for assessing reliability (operation of drive units and gas turbine engines as a whole for the intended purpose resource) with the control of a limited number of functional parameters, determined by the possibility of contact access to the diagnosed nodes (controllability of nodes G D).
Это обуславливает ограниченные диагностические возможности применяемых методов и средств, что затрудняет внедрение в практику эксплуатации ГТД и приводных агрегатов прогрессивного и экономически эффективного способа эксплуатации по фактическому техническому состоянию. В этом случае ремонту, переборке или замене подвергаются лишь те детали, узлы и приводные агрегаты ГТД, которые неисправны или не соответствуют установленным техническим требованиям.This leads to limited diagnostic capabilities of the applied methods and tools, which makes it difficult to put into operation the operation of gas turbine engines and drive units of a progressive and cost-effective method of operation according to the actual technical condition. In this case, repair, bulkhead or replacement are only those parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine that are faulty or do not meet the established technical requirements.
Стратегия эксплуатации по фактическому техническому состоянию существенно снижает расходы, связанные со снятием двигателя с крыла и переборкой фактически исправных двигателей. Однако практическая реализация данного метода возможна лишь при наличии эффективных инструментальных методов и средств диагностирования, которые позволяют осуществлять контроль и прогнозировать техническое состояние всех деталей, узлов и приводных агрегатов конкретного ГТД.The operation strategy based on the actual technical condition significantly reduces the costs associated with the removal of the engine from the wing and the bulkhead of virtually operational engines. However, the practical implementation of this method is possible only if there are effective instrumental methods and diagnostic tools that allow you to monitor and predict the technical condition of all parts, assemblies and drive units of a particular gas turbine engine.
Основным принципом при обслуживании по фактическому состоянию является принцип предупреждения неисправностей и отказов. С этой целью используется назначение упреждающих допусков, которые определяются как разность предельного и предотказного значений.The basic principle for servicing according to actual condition is the principle of preventing malfunctions and failures. For this purpose, the use of proactive tolerances is used, which are defined as the difference between the limit and pre-failure values.
Сущность указанного метода заключается в отказе от назначения фиксированной наработки между ремонтами и переходе к замене деталей по их фактическому техническому состоянию, то есть деталь снимается и ремонтируется или заменяется на новую только после появления в ней дефекта, а не после выработки определенного ресурса. Согласно статистическим данным расходы на необоснованное обслуживание и ремонт по стратегии планово-предупредительных ремонтов составляют около 7% по отношению ко всем затратам на эксплуатацию.The essence of this method is the refusal to assign a fixed operating time between repairs and the transition to replacing parts according to their actual technical condition, that is, the part is removed and repaired or replaced with a new one only after a defect appears in it, and not after the development of a certain resource. According to statistics, the costs of unsubstantiated maintenance and repairs under the preventive maintenance strategy are about 7% in relation to all operating costs.
В то же время повышение требований к безопасности авиационной техники, стоимости диагностирования при одновременной необходимости повышения уровня сервисного обслуживания и обеспечения технической надежности авиационных двигателей и соответственно технической оснащенности центров технического обслуживания, диагностики и ремонта требует относительно простых в изготовлении и использовании универсальных средств диагностики, пригодных для самых разнообразных двигателей и позволяющих не только дешево, быстро и точно выявлять наличие и характер разнообразных технических дефектов и уровень технического состояния двигателей, но и определять тенденции их развития и необходимость соответствующего регулирования или ремонта отдельных узлов данного двигателя.At the same time, increasing requirements for the safety of aircraft, the cost of diagnosis, while at the same time increasing the level of service and ensuring the technical reliability of aircraft engines and, accordingly, the technical equipment of the centers for maintenance, diagnostics and repair, require relatively simple to manufacture and use universal diagnostic tools suitable for a wide variety of engines and allowing not only cheaply, quickly and accurately detect cash e nature and variety of technical defects and the level of technical state of engines, but also determine the trend of their development and need for appropriate adjustment or repair of individual units of the engine.
В этом плане наиболее универсальным и эффективным методом безразборной диагностики является вибродиагностический. Первичные вибрационные сигналы несут в себе огромное количество информации о фактическом техническом состоянии механизмов, кинематических узлов и деталей, рабочих органов и протекающих сред, систем крепления и амортизации, состоянии опорных конструкций, трасс и арматуры, качестве монтажа механизма и т.д. При этом как теория, так и практика обработки вибросигналов при использовании соответствующих алгоритмов и способов обработки позволяют извлечь из параметров вибросигналов достоверную информацию без искажений и потерь практически по любому интересующему параметру технического состояния деталей и узлов механизма.In this regard, the most universal and effective method of CIP is vibrodiagnostic. Primary vibrational signals carry a huge amount of information about the actual technical condition of mechanisms, kinematic units and parts, working bodies and flowing media, fastening and damping systems, condition of supporting structures, tracks and fittings, quality of installation of the mechanism, etc. At the same time, both the theory and the practice of processing vibration signals using the appropriate algorithms and processing methods make it possible to extract reliable information from the parameters of vibration signals without distortion and loss on virtually any parameter of the technical state of the parts and components of the mechanism that are of interest.
Основная проблема, затрудняющая практическое применение вибродиагностического контроля различных технических объектов, до сих пор заключалась в обеспечении физического доступа к точкам контроля вибрации и качественного крепления контактных вибродатчиков и вибропреобразователей к поверхности диагностируемого объекта контроля, для того чтобы использовать наиболее информативый в диагностическом плане диапазон высоких частот.The main problem that impedes the practical application of the vibration diagnostic control of various technical objects, so far has been to provide physical access to the points of vibration control and high-quality fastening of contact vibration sensors and vibration transducers to the surface of the diagnosed control object in order to use the most informative range of high frequencies in the diagnostic plan.
Целью изобретения и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка принципиально новых способа и устройства бесконтактной диагностики авиационных двигателей и приводных агрегатов, позволяющих выполнять диагностирование технического состояния авиационных деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД без разборки ГТД и приводных агрегатов при одновременной возможности однозначной идентификации и локализации разнообразных дефектов деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, например таких, как перекос валов, степень износа подшипников компрессоров и турбин, состояние деталей качающих узлов насосов, дефектов лопаток ступеней компрессоров, включая определение предпомпажного состояния, боя валов и зубчатых колес центрального привода и зубчатых передач коробок приводов, отдельных деталей в механизмах приводных агрегатов двигателя, точно определять их месторасположение, характер и уровень опасности для дальнейшей эксплуатации ГТД и их приводных агрегатов без ремонта, а также выявлять и документально зафиксировать динамику развития технических дефектов.The aim of the invention and the required technical result achieved by using the invention is the development of a fundamentally new method and device for contactless diagnostics of aircraft engines and drive units, allowing to diagnose the technical condition of aircraft parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine without disassembling a gas turbine engine and drive units, while at the same time there is the possibility of a unique identification and localization of various defects in parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine, for example, them, like shaft misalignment, the degree of wear of the bearings of compressors and turbines, the condition of the parts of the pumping pump assemblies, the defects of the compressor stage blades, including the determination of the pre-surge condition, the battle of the shafts and gears of the central drive and the gears of the gearboxes, individual parts in the mechanisms of the drive units of the engine, accurately determine their location, nature and level of danger for the further operation of the gas turbine engine and their drive units without repair, as well as identify and document the dynamo the development of technical defects.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Поставленная цель достигается тем, что измерение вибрации корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов осуществляется дистанционно и бесконтактно посредством использования лазерного вибропреобразователя с определением вибросигналов, обусловленных взаимодействующими аэрогазодинамическими и механическими процессами в газовоздушном тракте, кинематических парах в диагностируемых деталях и узлах и передающихся на корпусные конструкции ГТД и приводных агрегатов.This goal is achieved in that the vibration measurement of the body structures of the gas turbine engine and drive units is carried out remotely and non-contact by using a laser vibration transducer with the determination of vibration signals caused by interacting aerodynamic and mechanical processes in the gas-air path, kinematic pairs in the diagnosed parts and components and transmitted to the body structure of the gas turbine engine and drive units.
При этом точки измерения вибрации выбирают в местах, приближенных к диагностируемым деталям, узлам и приводным агрегатам ГТД, а информацию о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД получают путем цифровой обработки вибросигналов с расчетом глубин модуляции на дискретных составляющих спектра огибающей вибрации в высокочастотном диапазоне колебаний корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов.At the same time, vibration measurement points are selected in places close to the gas turbine engine parts, assemblies and drive units, and information about the technical condition of the gas turbine engine parts, assemblies and drive units that are being diagnosed is obtained by digital processing of vibration signals with calculation of modulation depths on the discrete components of the high-frequency vibration envelope spectrum. the range of vibrations of hull structures of gas turbine engines and drive units.
Требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что по способу диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов газотурбинного двигателя, включающему измерение и обработку вибросигналов с корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов с получением информации о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, согласно изобретению измерение вибросигналов с корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов осуществляют в приближенных к диагностируемым деталям, узлам и приводным агрегатам ГТД зонах измерений дистанционно и бесконтактно посредством лазерного вибропреобразователя с измерением и цифровой обработкой вибросигналов, обусловленных аэрогазодинамическими и механическими процессами в газовоздушном тракте и кинематических парах в диагностируемых деталях, узлах и приводных агрегатах ГТД и передающихся на корпусные конструкции ГТД и приводных агрегатов, а информацию о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД получают путем цифровой обработки вибросигналов с расчетом глубин модуляции на дискретных составляющих спектра огибающей вибрации в высокочастотном диапазоне колебаний корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов.The required technical result when using the invention is achieved by the fact that by a method for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine, including measuring and processing vibration signals from the body structures of the gas turbine engine and drive units to obtain information about the technical condition of the diagnosed parts, nodes and drive units of the gas turbine engine , according to the invention, the measurement of vibration signals from the body structures of the gas turbine engine and drive units is carried out in close proximity to the diagnosis to the most detailed parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine, the measurement zones are remotely and non-contact by means of a laser vibration transducer with measurement and digital processing of vibration signals caused by aerodynamic and mechanical processes in the gas-air path and kinematic pairs in the diagnosed parts, nodes and drive units of the gas turbine engine and transmitted to the body structures of the gas turbine engine drive units, and information on the technical condition of diagnosed parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine is obtained by digital processing of vibrational signals with the calculation of the modulation depths on the discrete components of the spectrum of the envelope of vibration in the high-frequency range of vibrations of the hull structures of gas turbine engines and drive units.
При этом информацию о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД получают путем цифровой обработки вибросигналов в информативных точках на поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов в пределах зон измерений, определяемых радиусом, преимущественно равным четверти длины изгибной волны в корпусных конструкциях ГТД и приводных агрегатов, а перед измерениями вибросигналов лазерный вибропреобразователь размещают на оптимальном расстоянии перед зоной измерений и настраивают оптическую систему лазерного вибропреобразователя с фокусировкой луча лазерного излучения на одной из информативных точек на поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов вблизи диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД в пределах зоны измерений.At the same time, information on the technical condition of the gas turbine engine parts, assemblies and drive units to be diagnosed is obtained by digitally processing vibration signals at informative points on the surface of the body structures of the gas turbine engine and drive units within the measurement zones defined by a radius predominantly equal to a quarter of the length of the bending wave in the body structures of the gas turbine engine and drive units, and before measuring the vibration signals, the laser vibration transducer is placed at the optimal distance in front of the measurement zone and adjust the optical th laser system vibrator with the laser beam focusing on one of the points on the surface of informative hull structures TBG and drive units near diagnosed parts and CCD drive units within the measurement zone.
Измерение вибросигналов осуществляют в высокочастотном диапазоне в сформировавшемся диффузном вибрационном поле, распространяющемся от мест приложения возмущающих сил в ГТД и приводных агрегатах к информативным точкам измерений на поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов.The vibration signals are measured in the high-frequency range in the formed diffuse vibration field propagating from the places of application of disturbing forces in the gas turbine engine and drive units to the informative measurement points on the surface of the body structures of the gas turbine engine and drive units.
Перед измерением и обработкой вибросигналов с корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов предварительно проводят измерение и обработку вибросигналов при прокрутке двигателя от ручного привода для определения технического состояния подшипников в диагностируемых узлах ГТД и приводных агрегатах, а затем осуществляют измерение вибросигналов при запуске двигателя на режиме малого газа для определения технического состояния остальных деталей диагностируемых узлов ГТД и приводных агрегатов, включая ступени компрессоров низкого и высокого давления и соответствующих турбин, зубчатые приводы, редукторы, насосы, генераторы и регуляторы.Before measuring and processing vibration signals from the body structures of the gas turbine engine and drive units, they measure and process the vibration signals while scrolling the engine from the manual drive to determine the technical condition of the bearings in the diagnosed nodes of the gas turbine engine and drive units, and then measure the vibration signals when the engine starts at idle speed for determining the technical condition of the remaining parts of the diagnosed gas turbine engine assemblies and drive units, including stages of low and Exposure to extreme pressure and associated turbines, gear motors, gearboxes, pumps, alternators and regulator.
При цифровой обработке вибросигналов с поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов выбирают участки вибросигналов во временной реализации сигнала при стационарных оборотах, выполняют спектральный анализ вибросигналов, осуществляют процедуру сглаживания спектра вибрации, совмещают исходный и сглаженный спектры вибрации, удаляют из исходного спектра вибрации дискретные составляющие, которые не превосходят уровень сглаженного спектра вибрации более чем на 6 дБ, выделяют дискретные составляющие спектра вибрации на частотах, кратных частотам вращения основных валов компрессоров, турбин, редукторов и приводных агрегатов на основании анализа кинематических схем диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, выполняют последовательную полосовую фильтрацию в характерных диапазонах частот, в которых присутствуют первичные диагностические признаки технического состояния диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, рассчитывают глубины модуляции в спектрах огибающих вибрации, пропорциональные степени развития дефектов деталей диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, и идентифицируют дефекты по частотам модулирующих функций в спектрах огибающих вибрации с определением вторичных признаков и технического состояния диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.When digitally processing vibration signals from the surface of GTE housing structures and drive units, sections of vibration signals are selected in the temporary implementation of the signal at stationary revolutions, spectral analysis of vibration signals is carried out, the vibration spectrum is smoothed out, the initial and smoothed vibration spectra are combined, and discrete components are removed from the initial vibration spectrum, which do not exceed the level of the smoothed vibration spectrum by more than 6 dB, emit discrete components of the vibration spectrum at a Totals that are multiples of the rotational speeds of the main shafts of compressors, turbines, gearboxes and drive units based on the analysis of the kinematic schemes of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine, perform sequential band pass filtering in characteristic frequency ranges in which there are primary diagnostic signs of the technical condition of the diagnosed parts, nodes and GTE drive units, calculate the modulation depths in the spectra of vibration envelopes, proportional to the degree of development of defects in the detail of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the turbine engine, and identify defects by the frequencies of the modulating functions in the spectra of vibration envelopes with the determination of the secondary signs and technical condition of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the engine.
Глубину модуляции в спектрах огибающих вибрации определяют по превышению дискретных составляющих в спектрах огибающих вибрации над уровнем «шумового» фона с учетом соотношения ширины полосового фильтра, частоты оцифровки и числа точек быстрого преобразования Фурье.The modulation depth in the spectra of vibration envelopes is determined by the excess of the discrete components in the spectra of vibration envelopes over the level of the "noise" background, taking into account the ratio of the band-pass filter, the sampling frequency and the number of points of the fast Fourier transform.
Кроме этого при цифровой обработке вибросигналов с поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов выбирают нестационарные участки, например выбег или неустановившийся процесс в газовоздушном тракте, и по результатам статистических методов анализа параметров колебательных виброскоростей идентифицируют дефекты диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, например в виде трещин валов, дисков и лопаток или предпомпажного состояния компрессора двигателя.In addition, when digitally processing vibration signals from the surface of the casing structures of the gas turbine engine and drive units, non-stationary sections are selected, for example, a run-out or an unsteady process in the gas-air path, and the results of statistical methods for analyzing the parameters of vibrational vibration velocities identify defects in the diagnosed parts, components and drive units of the gas turbine engine, for example, in the form cracked shafts, discs and blades, or the pre-surge condition of the engine compressor.
Требуемый технический результат при использовании изобретения достигается также тем, в устройство для диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, содержащее последовательно соединенные средство измерения вибросигналов и средство обработки вибросигналов для получения информации о техническом состоянии деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, согласно изобретению в качестве средства измерения вибросигналов содержит лазерный вибропреобразователь с измерительной головкой, объективом и электронным блоком, а в качестве средства обработки вибросигналов содержит регистратор-анализатор с возможностью цифровой обработки вибросигналов.The required technical result when using the invention is also achieved by the fact that in a device for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine, comprising serially connected means for measuring vibration signals and a processing tool for vibration signals to obtain information about the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine, according to the invention as a means of measuring vibration signals contains a laser vibration transducer with a measuring head, lens and electronic Locke, and as vibration signals processing means comprises a recorder-analyzer with digital processing of vibration signals.
При этом лазерный вибропреобразователь дополнительно содержит лазер подсветки, с длиной волны в видимой области спектра, регистратор-анализатор содержит энергонезависимую память и выполнен с возможностью обработки вибросигналов в диапазоне частот от 0,5 Гц до 30 кГц в широком амплитудном диапазоне и выполнен с возможностью цифровой обработки вибросигналов путем сглаживания спектра вибрации, совмещения исходного и сглаженного спектров вибрации, удаления из исходного спектра вибрации дискретных составляющих, не превосходящих пороговых значений, установленных по сглаженному спектру вибрации, выделения дискретных составляющие частот, кратных частотам вращения основных валов компрессоров, турбин, редукторов и приводных агрегатов диагностируемых узлов двигателя и/или приводных агрегатов, последовательной полосовой фильтрации в характерных диапазонах частот, в которых присутствуют первичные диагностические признаки технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, расчета глубины модуляции в спектрах огибающей, пропорциональных степени развития дефектов диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД и идентификации дефектных деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД по частотам модулирующих функций в спектрах огибающих вибрации с определением вторичных признаков и технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.At the same time, the laser vibration transducer additionally contains a backlight laser with a wavelength in the visible region of the spectrum, the recorder-analyzer contains a non-volatile memory and is capable of processing vibration signals in the frequency range from 0.5 Hz to 30 kHz in a wide amplitude range and is capable of digital processing vibration signals by smoothing the vibration spectrum, combining the initial and smoothed vibration spectra, removing discrete components from the initial vibration spectrum that do not exceed thresholds values established by the smoothed vibration spectrum, the allocation of discrete frequency components that are multiples of the rotation frequencies of the main shafts of compressors, turbines, gearboxes and drive units of the diagnosed engine components and / or drive units, sequential band pass filtering in characteristic frequency ranges in which there are primary diagnostic signs of technical the state of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine, the calculation of the modulation depth in the spectra of the envelope, proportional to the degree of def objects of diagnosed parts, components and drive units of a gas turbine engine and identification of defective parts, nodes and drive units of a gas turbine engine by frequencies of modulating functions in the spectra of vibration envelopes with the determination of secondary signs and technical condition of parts, nodes and drive units of a gas turbine engine.
ЧЕРТЕЖИ И ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDRAWINGS AND MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
На фиг.1 изображена структурно-функциональная блок-схема устройства диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.Figure 1 shows the structural and functional block diagram of a device for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine.
На фиг.2-16 приведены примеры результатов лазерной диагностики узлов ГТД в процессе наземных запусков в составе ВС.Figure 2-16 shows examples of the results of laser diagnostics of gas turbine engine assemblies during ground launches as part of the aircraft.
На фиг.2 приведено сравнение спектров вибрации разделительного корпуса ГТД АИ-25, измеренные пьезоакселерометром и лазером в диапазоне частоты сопряжения шестерен привода топливного насоса (3954 Гц).Figure 2 shows a comparison of the vibration spectra of the separation housing of the gas turbine engine AI-25, measured by a piezo-accelerometer and a laser in the frequency range of the interface of the gears of the fuel pump drive (3954 Hz).
На фиг.3 показан спектр огибающей вибрации ГТД АИ-25 с развивающимся дефектом шестерни привода топливного насоса (частота вращения 124 Гц).Figure 3 shows the spectrum of the envelope of vibration of the gas turbine engine AI-25 with a developing defect in the gears of the fuel pump drive (speed of 124 Hz).
На фиг.4 изображен спектр огибающей вибрации ГТД АИ-25 с дефектной лопаткой третьей ступени КНД (глубина модуляции 17%).Figure 4 shows the spectrum of the envelope of vibration of the gas turbine engine AI-25 with a defective blade of the third stage KND (modulation depth 17%).
На фиг.5 показан прямой спектр вибрации ПКП Д3О-КУ в диапазоне частот вращения роторов.Figure 5 shows the direct vibration spectrum of the control panel D3O-KU in the frequency range of rotation of the rotors.
На фиг.6 показан спектр огибающей вибрации ПКП Д3О-КУ (дефект вала привода ЗКП).Figure 6 shows the spectrum of the envelope of vibration of the control panel D3O-KU (a defect in the drive shaft of the ZKP).
На фиг.7 представлен спектр огибающей вибрации при отсутствии дефекта ЗКП Д3О-КУ.Figure 7 presents the spectrum of the envelope of vibration in the absence of a defect in the ZKP D3O-KU.
На фиг.8 показан спектр огибающей вибрации ЗКП Д3О-КУ.On Fig shows the spectrum of the envelope of vibration ZKP D3O-KU.
На фиг.9 показан спектр вибрации (разбаланс ротора генератора ЗКП Д3О-КУ).Figure 9 shows the vibration spectrum (imbalance of the rotor of the generator ZKP D3O-KU).
На фиг.10 приведен низкочастотный спектр вибрации разделительного корпуса Д3О-КУ.Figure 10 shows the low-frequency vibration spectrum of the dividing housing D3O-KU.
На фиг.11 показан высокочастотный спектр вибрации корпуса центрального привода вертолетного двигателя ТВ3-117.11 shows a high-frequency vibration spectrum of a central drive housing of a TB3-117 helicopter engine.
На фиг.12 приведен низкочастотный спектр вибрации корпуса центрального привода вертолетного двигателя ТВ3-117.On Fig shows the low-frequency vibration spectrum of the housing of the Central drive of the helicopter engine TV3-117.
На фиг.13 показаны совмещенные спектры огибающей вибрации дефектного и бездефектного центрального привода вертолетного двигателя ТВ3-117.On Fig shows the combined spectra of the envelope of vibration of the defective and defect-free central drive of the helicopter engine TV3-117.
На фиг.14 показаны спектры огибающей вибрации корпуса вертолетного главного редуктора (Д16).On Fig shows the spectra of the envelope of vibration of the housing of the helicopter main gearbox (D16).
На фиг.15 выполнено сравнение спектров огибающих вибраций дефектного (верхний спектр) и бездефектного (нижний спектр) подшипников. Fв - частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу.On Fig the comparison of the spectra of the envelopes of vibration defective (upper spectrum) and defect-free (lower spectrum) bearings. F in - the rolling frequency of the rolling elements along the inner ring.
На фиг.16 приведена фотография дефектного подшипника с трещиной внутреннего кольца (после разборки дефектного узла).On Fig shows a photograph of a defective bearing with a crack in the inner ring (after disassembling the defective site).
Устройство для диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД включает: лазерный вибропреобразователь 1, например LV-2 производства ООО "ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА" (г.Новосибирск, http://www.sinor.ru/~mkl/firma.html); аналогово-цифровой преобразователь 2, например в виде модулей общего назначения Е14-140 или Е14-440 фирмы L-Card (http://www.lcard.ra/ext.php3); блок 3 быстрого преобразования Фурье вибрации; блок 4 сглаживания и установка номинальных пороговых значений в прямом спектре вибрации; постоянное запоминающее устройство 5 (ПЗУ), например в виде флэш-памяти Secure Digital или Memory Stick (http://www.technocity.ru/catalog/catalog.php?ID-905 или http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/memory/mmc.htm; блок 6 полосовой фильтрации входной вибрации; блок 7 выбора исходных данных и параметров для определения характерных частот вибрации механизмов; блок 8 определения огибающей вибрации; блок 9 быстрого преобразования Фурье огибающей вибрации; блок 10 сглаживания и установки пороговых значении в спектре огибающей вибрации; блок 11 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре вибрации; блоки 12 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре огибающей вибрации; блок 13 определения оборотов первичного вала по тахосигналу; блок 14 анализа выделенных дискретных составляющих по спектру вибрации; блок 15 анализа выделенных дискретных составляющих по спектру огибающей вибрации; блок 16 оценки технического состояния диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.A device for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine includes: a laser vibration transducer 1, for example, LV-2 manufactured by LASERNAYA TEKHNIKA LLC (Novosibirsk, http://www.sinor.ru/~mkl/firma.html) ; analog-to-digital converter 2, for example, in the form of general-purpose modules E14-140 or E14-440 from L-Card (http: //www.lcard.ra/ext.php3); block 3 fast Fourier transform of vibration; smoothing unit 4 and setting nominal threshold values in the direct vibration spectrum; read only memory 5 (ROM), for example in the form of a Secure Digital flash memory or Memory Stick (http://www.technocity.ru/catalog/catalog.php?ID-905 or http://www.gaw.ru/ html.cgi / txt / app / memory / mmc.htm; block 6 for input vibration bandpass filtering; block 7 for selecting initial data and parameters for determining the characteristic vibration frequencies of the mechanisms; block 8 for determining the vibration envelope; block 9 for the fast Fourier transform of the vibration envelope; block 10 smoothing and setting the threshold value in the spectrum of the envelope of vibration; block 11 allocation of discrete components above the threshold of the nominal values in the vibration spectrum; blocks 12 for selecting discrete components above the threshold of nominal values in the spectrum of the vibration envelope; block 13 for determining the speed of the input shaft from the tacho signal; block 14 for analyzing the selected discrete components from the vibration spectrum; block 15 for analyzing the selected discrete components for the spectrum of the vibration envelope; block 16 assessment of the technical condition of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine.
Предпочтительный вариант устройства, реализующего предлагаемый способ по изобретению, содержит: лазерный вибропреобразователь 1, который измеряет виброскорость, выход которого соединен с входом АЦП 2, выход которого соединен с входом быстрого преобразования Фурье вибрации 3, выходы которого соединены с входами блока 4 сглаживания и установки номинальных пороговых значений в прямом спектре вибрации, блока 11 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре вибрации и блока 6 полосовой фильтрации входной вибрации;A preferred embodiment of the device that implements the proposed method according to the invention comprises: a
первый выход быстрого преобразования Фурье вибрации 3 соединен с входом блока 4 сглаживания и установки пороговых значений, выход которого соединен с входом блока 11 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре вибрации, выход которого соединен с входом блока 14 анализа выделенных дискретных составляющих по спектру вибрации, выход которого соединен с входом блока 16 оценки технического состояния диагностируемого механизма;the first output of the fast Fourier transform of
второй выход быстрого преобразования Фурье вибрации 3 соединен с входом блока 11 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре вибрации;the second output of the fast Fourier transform of
третий выход быстрого преобразования Фурье вибрации 3 соединен с входом блока 6 полосовой фильтрации входной вибрации, выход которого соединен с входом блока 8 определения огибающей вибрации, выход которого соединен с входом быстрого преобразования Фурье огибающей вибрации 9;the third output of the fast Fourier transform of
выходы быстрого преобразования Фурье огибающей вибрации соединены с входами блока 12 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре огибающей вибрации и блока 10 сглаживания и установки пороговых значений в спектре огибающей вибрации;the outputs of the fast Fourier transform of the envelope of vibration are connected to the inputs of the block 12 for selecting discrete components above the threshold of the nominal values in the spectrum of the envelope of vibration and the
выход блока 10 сглаживания и установки пороговых значений в спектре огибающей вибрации соединен с входом блока 12 выделения дискретных составляющих над порогом номинальных значений в спектре огибающей вибрации, выход которого соединен с входом блока 15 анализа выделенных дискретных составляющих по спектру огибающей вибрации, выход которого соединен с входом блока 16 оценки технического состояния диагностируемого механизма;the output of
выход постоянного запоминающего устройства 5 соединен с входом блока 7 выбора исходных данных и параметров для определение характерных частот вибрации механизмов;the output of the
первый выход блока 7 выбора исходных данных и параметров для определения характерных частот вибрации механизмов соединен с входом блока 14 анализа сигнала по спектру вибрации;the first output of the
второй выход блока 7 выбора исходных данных и параметров для определения характерных частот вибрации механизмов соединен с входом блока 13 определения оборотов первичного вала;the second output of the
третий выход блока 7 выбора исходных данных и параметров для определения характерных частот вибрации механизмов соединен с входом 15 анализа по спектру огибающей вибрации;the third output of the
выходы блока 13 определения оборотов первичного вала соединены с входами блока 14 анализа по спектру вибрации и с входами блока 15 анализа выделенных дискретных составляющих по спектру огибающей вибрации.the outputs of the unit 13 for determining the speed of the primary shaft are connected to the inputs of the analysis unit 14 by the vibration spectrum and with the inputs of the
Для подтверждения возможности реализации изобретения был скомплектован измерительный тракт с использованием лазерного вибропреобразователя и выполнен комплекс работ по бесконтактной вибродиагностике авиационных ГТД и приводных агрегатов как под крылом самолета и на вертолете при запусках на режимах малого газа, так и на заводских стендах с целью выявления зарождающихся и развивающихся дефектов износа деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.To confirm the feasibility of implementing the invention, a measuring path was completed using a laser vibration transducer and a set of works was performed on non-contact vibration diagnostics of aircraft gas turbine engines and drive units both under the wing of an airplane and on a helicopter during low-speed launch and on factory stands in order to identify incipient and developing defects in wear of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine.
В качестве объекта испытаний в АП «Пулково» оценивалось состояние роторов компрессоров по вибрации разделительного корпуса и приводных агрегатов авиадвигателей Д-30КУ-154 в составе самолетов ТУ-154М, включающих: переднюю коробку приводов (ПКП); заднюю коробку приводов (ЗКП); гидронасос НП-89Д; маслонасос откачки MHO-30К; насос ОМН-30; насос ДЦН-44 ПЗ-Т; насос-регулятор HP-30КУ; генератор ГТ40ПЧ6.As an object of testing at Pulkovo, the state of the compressor rotors was evaluated according to the vibration of the separation housing and drive units of the D-30KU-154 aircraft engines in TU-154M aircraft, including: the front drive box (PKP); rear gearbox (ZKP); hydraulic pump NP-89D; pumping oil pump MHO-30K; pump OMN-30; pump ДЦН-44 ПЗ-Т; pump regulator HP-30KU; GT40PCh6 generator.
Измерение вибрации и диагностика технического состояния вышеуказанных узлов и агрегатов ГТД выполнялись в процессе запуска двигателей на малом газу. Измерительная головка с объективом лазерного преобразователя закреплялась на штативе, который позволял направлять лазер на корпус диагностируемого узла двигателя, у которого были раскрыты створки капота мотогондолы.Vibration measurement and diagnostics of the technical condition of the above components and units of the gas turbine engine were carried out in the process of starting the engine with low gas. The measuring head with the lens of the laser transducer was mounted on a tripod, which made it possible to direct the laser to the body of the diagnosed engine assembly, in which the engine nacelle hood flaps were opened.
Для фиксации точки измерения вибрации на корпусе контролируемого агрегата в состав оптической схемы включали лазер подсветки с длиной волны 0,63 мкм в видимой области спектра, луч которого был полностью совмещен с лучом инфракрасного лазера.To fix the vibration measurement point on the body of the controlled unit, the optical circuit included a backlight laser with a wavelength of 0.63 μm in the visible region of the spectrum, the beam of which was completely combined with the beam of an infrared laser.
Степень развития дефектов деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД оценивалась по росту таких относительных параметров как суммарный коэффициент модуляции в прямом и преобразованном спектрах вибрации, а также учитывался характер изменения уровней виброскорости диагностируемых агрегатов на частотах вращения их валов и высших гармониках.The degree of development of defects in parts, assemblies, and drive units of a gas turbine engine was evaluated by the growth of such relative parameters as the total modulation coefficient in the direct and converted vibration spectra, and the nature of the change in the vibration velocity levels of the diagnosed units at the rotational speeds of their shafts and higher harmonics was also taken into account.
При вибродиагностировании стационарных ГТД, редукторов и объемных насосов был накоплен большой опыт по разделению всех выявляемых дефектов на три группы: слабые (зарождающиеся), средние (развивающиеся) и сильные (при которых резко сокращается остаточный ресурс работы агрегата), различающиеся по глубине модуляции в выбранных полосах частот. Для зубчатых передач и шестеренных насосов при слабом дефекте суммарный коэффициент глубины не должен превышать 10%, при среднем - 25%, при сильном - 40%.During vibration diagnostics of stationary gas turbine engines, gearboxes and volumetric pumps, great experience has been gained in dividing all detected defects into three groups: weak (incipient), medium (developing) and strong (in which the residual life of the unit is sharply reduced), which vary in modulation depth in the selected frequency bands. For gears and gear pumps with a weak defect, the total depth coefficient should not exceed 10%, with an average of 25%, with a strong - 40%.
На фиг.2 приведено сравнение спектров вибрации разделительного корпуса ГТД АИ-25, измеренных пьезоакселерометром и лазером в диапазоне частоты сопряжения шестерен привода топливного насоса (3954 Гц). Сравнение показывает, что лазерный виброметр позволил выявить дефект шестерни (Z=32 зуба) привода топливного насоса. Признаком этого дефекта является наличие в спектре вибрации в районе частоты зацепления шестерни (fz=3954 Гц) двух боковых составляющих, с частотами fi=fвр(Z32±1)Гц.Figure 2 shows a comparison of the vibration spectra of the separation housing of the gas turbine engine AI-25, measured by a piezo-accelerometer and a laser in the frequency range of the conjugation of the gears of the fuel pump drive (3954 Hz). The comparison shows that the laser vibrometer revealed a gear defect (Z = 32 teeth) of the fuel pump drive. A sign of this defect is the presence in the vibration spectrum in the region of the gear engagement frequency (f z = 3954 Hz) of two side components, with frequencies f i = f bp (Z 32 ± 1) Hz.
В то же время в спектре вибрации, измеренном акселерометром, отсутствуют явные признаки дефекта этого привода. Это связано с наличием антирезонанса массы пьезоакселерометра на жесткости тонкостенной корпусной конструкции в диапазоне частоты 3954 Гц.At the same time, in the vibration spectrum measured by the accelerometer, there are no obvious signs of a defect in this drive. This is due to the presence of anti-resonance of the mass of the piezoelectric accelerometer on the stiffness of the thin-walled case structure in the frequency range 3954 Hz.
На фиг.3 приведен спектр огибающей вибрации, выделенный в диапазоне частоты зацепления, который позволяет оценить степень развития дефекта шестерни по глубине модуляции. Она составляет 15%, что соответствует развивающемуся дефекту шестерни.Figure 3 shows the spectrum of the envelope of vibration, selected in the frequency range of the engagement, which allows you to assess the degree of development of the gear defect in the depth of modulation. It is 15%, which corresponds to a developing gear defect.
На фиг.4 видно, что в спектре огибающей вибрации (выделенной в полосе частот, содержащей четвертую гармонику лопаточной частоты третьей ступени КНД fкнд=2650 Гц) наблюдается амплитудная модуляция с частотой вращения ротораFigure 4 shows that in the spectrum of the envelope of vibration (allocated in the frequency band containing the fourth harmonic of the blade frequency of the third stage KND f Knd = 2650 Hz), amplitude modulation is observed with the rotor speed
КНД fвр=109 Гц и кратными гармониками (1, 2, 4, 5 гармоники). Это свидетельствует о развивающемся дефекте лопатки третьей ступени диска компрессора. Суммарный коэффициент модуляции составляет 17%.KND f BP = 109 Hz and multiple harmonics (1, 2, 4, 5 harmonics). This indicates a developing defect of the blade of the third stage of the compressor disk. The total modulation coefficient is 17%.
В АП «Пулково» было обследовано 15 авиадвигателей ГТД Д-30КУ-154М.In the Pulkovo airport, 15 aircraft engines of the GTD D-30KU-154M were examined.
Спектр огибающей вибрации передней коробки двигателя ПКП выявил дефект боя шлицевого вала привода ЗКП (фиг.6). В прямом спектре вибрации проявляется модуляция зубцовой частоты шестерни Z=35 привода шлицевого вала частотой вращения этого вала. Глубина модуляции 37,5% соответствует сильному дефекту.The vibration envelope spectrum of the front panel of the PKP engine revealed a defect in the battle of the splined shaft of the ZKP drive (Fig. 6). In the direct vibration spectrum, modulation of the gear frequency of the gear Z = 35 of the spline shaft drive with the rotation frequency of this shaft is manifested. The modulation depth of 37.5% corresponds to a strong defect.
На фиг.7 приведен спектр огибающей бездефектной ЗКП.Figure 7 shows the spectrum of the envelope defect-free ZKP.
На фиг.8 приведен спектр огибающей вибрации задней коробки привода ЗКП, на котором проявляется бой ротора ВД, связанный с ухудшением взаимной центровки валов КВД и ТВД.On Fig shows the spectrum of the envelope of vibration of the rear box of the drive ZKP, which manifests the battle of the rotor VD associated with the deterioration of the mutual alignment of the shafts of the HPC and the theater.
Бездефектный спектр огибающей вибрации ЗКП выглядит аналогично спектру, приведенному на фиг.7.The defect-free spectrum of the vibration envelope of the RFQ looks similar to the spectrum shown in Fig.7.
Прямой спектр вибрации ЗКП (фиг.9) показывает повышенный дисбаланс ротора генератора (V=12,7 мм/с), поскольку, как правило, виброскорость на частоте вращения ротора генератора обычно не превышает 1-3 мм/с.The direct vibration spectrum of the ZKP (Fig. 9) shows an increased imbalance of the generator rotor (V = 12.7 mm / s), since, as a rule, the vibration velocity at the generator rotor speed does not usually exceed 1-3 mm / s.
В прямом спектре вибрации двигателя №2 (фиг.10) видно взаимное влияние роторов ВД и НД, выражающееся в модуляции частоты вращения ротора ВД (и его 2 и 3 гармоник) частотой вращения ротора НД, что может быть связано с наличием люфтов в шлицевых соединениях роторов ВД и НД. Такой дефект может привести к взаимному перекосу валов и ускоренному износу межвального подшипника. Следует сказать, что уровни вибрации на частоте вращения валов КВД и КНД не превышают величины 1,23 мм/с, что соответствует нормальному состоянию ГТД, однако необходимо данный двигатель взять под наблюдение.In the direct vibration spectrum of engine No. 2 (Fig. 10), the mutual influence of the VD and ND rotors is visible, expressed in modulation of the rotor speed of the VD rotor (and its 2 and 3 harmonics) by the rotor speed of the ND rotor, which may be due to the presence of backlash in the spline joints rotors VD and ND. Such a defect can lead to mutual misalignment of the shafts and accelerated wear of the shaft bearing. It should be said that the vibration levels at the rotational speed of the HPC and KND shafts do not exceed the value of 1.23 mm / s, which corresponds to the normal state of the gas turbine engine, but this engine must be monitored.
По результатам вибродиагностики ГТД в АП «Пулково» выявлен сильный дефект, обусловленный боем шлицевого вала привода ЗКП.According to the results of the vibration diagnostics of the gas turbine engine in the Pulkovo AP, a strong defect was detected due to the battle of the splined shaft of the ZKP drive.
Сравнение с результатами измерения спектра огибающей исправной ПКП показывает высокую разрешающую способность применяемого метода измерения высокочастотной вибрации лазерным преобразователем и анализа сигналов по спектру огибающей.Comparison with the results of measuring the envelope spectrum of a healthy control panel shows the high resolution of the applied method for measuring high-frequency vibration with a laser converter and analyzing the signals from the envelope spectrum.
На одном из ВС выявлен развитый дефект - бой ротора КВД, а на другом ВС - повышенный дисбаланс ротора генератора, измеренный на его корпусе.On one of the aircraft, a developed defect was revealed - the battle of the HPC rotor, and on the other aircraft - an increased imbalance of the generator rotor, measured on its body.
В качестве объекта испытаний в ОАО «СПАРК» проводилось вибродиагностирование левого и правого турбовальных двигателей в составе вертолета МИ 8-МТВ в процессе наземного запуска на режиме малого газа. Левый двигатель - после продления ресурса, а правый - после капитального ремонта. В процессе проведения испытаний лазерный вибропреобразователь крепился к створкам открытого кожуха двигателя и последовательно направлялся на корпуса двигателей в районе коробки приводов, опор компрессора и турбины.As an object of testing, SPARK conducted vibration diagnostics of the left and right turboshaft engines as part of the MI 8-MTV helicopter in the process of ground-based launch on the low-gas mode. The left engine - after the extension of the resource, and the right - after a major overhaul. During testing, the laser vibration transducer was attached to the flaps of the open engine casing and sequentially directed to the engine housings in the area of the drive box, compressor supports and turbines.
На фиг.11 приведен прямой высокочастотный спектр вибрации левого двигателя, измеренный в районе передней опоры компрессора и рядом расположенного центрального привода. В спектре идентифицированы дискретные составляющие "лопаточных" частот всех ступеней компрессора.Figure 11 shows the direct high-frequency vibration spectrum of the left engine, measured in the region of the front compressor support and the adjacent central drive. The spectrum identifies discrete components of the "blade" frequencies of all stages of the compressor.
Характерная особенность этого спектра заключается в том, что начиная со второй ступени все лопаточные частоты промодулированы частотой вращения валика центрального привода (281 Гц) и второй гармоникой. Также есть область сплошного спектра вибрации в полосе 22,5-25 кГц.A characteristic feature of this spectrum is that starting from the second stage, all blade frequencies are modulated by the rotation frequency of the central drive roller (281 Hz) and the second harmonic. There is also a region of a continuous spectrum of vibration in the band 22.5-25 kHz.
На фиг.12 представлен прямой низкочастотный спектр вибрации в этой же точке, где выделяются дискретные составляющие, обусловленные работой ступеней главного редуктора (15,7-73,2 Гц), а также свободной турбины (136,5 Гц) и вала турбокомпрессора (237,67 Гц). Также в спектре наблюдается составляющая небольшой интенсивности на частоте вращения валика центрального привода.On Fig presents a direct low-frequency vibration spectrum at the same point where discrete components are allocated due to the operation of the stages of the main gearbox (15.7-73.2 Hz), as well as a free turbine (136.5 Hz) and a turbocharger shaft (237 , 67 Hz). Also in the spectrum there is a component of low intensity at the rotational speed of the central drive roller.
Основная диагностическая информация о состоянии левого двигателя содержится в спектре огибающей высокочастотной вибрации в вышеупомянутой полосе 22,5-25 кГц, приведенной на фиг.13. На этом графике сопоставлены спектры огибающей левого двигателя (с дефектным приводом) и правого (с бездефектным приводом).The main diagnostic information about the state of the left engine is contained in the spectrum of the envelope of high-frequency vibration in the aforementioned band of 22.5-25 kHz, shown in Fig.13. This graph compares the spectra of the envelope of the left engine (with a defective drive) and the right (with a defect-free drive).
Анализ спектра огибающей левого двигателя показывает развитый износ рессоры центрального привода и, возможно, опорных подшипников вала левого двигателя (глубина модуляции составляет 25%).An analysis of the envelope spectrum of the left engine shows developed wear on the spring of the central drive and, possibly, the thrust bearings of the left engine shaft (modulation depth is 25%).
Таким образом, по низкочастотному спектру вибрации фактически не представляется возможным определить дефект валика центрального привода, в то время как по спектру огибающей выявляется полная картина дефектной детали и степень развития этого дефекта.Thus, it is virtually impossible to determine the defect of the central drive roller by the low-frequency vibration spectrum, while the complete picture of the defective part and the degree of development of this defect are revealed from the envelope spectrum.
На фиг.14 представлен спектр огибающей вибрации корпуса главного редуктора вертолета, в котором диагностируется перекос осей в месте соединения вала свободной турбины и входной ступени редуктора.On Fig presents the spectrum of the envelope of vibration of the body of the main gearbox of the helicopter, in which the axis misalignment is diagnosed at the junction of the shaft of the free turbine and the input stage of the gearbox.
В спектре огибающей проявляются составляющие с удвоенной частотой вращения вала свободной турбины и высшими гармониками. Глубина модуляции составляет 18%.In the envelope spectrum, components with a double rotational speed of the shaft of a free turbine and higher harmonics appear. The modulation depth is 18%.
На фиг.15. показан спектр огибающей вибрации подшипникового узла с сильным дефектом (глубина модуляции составляет 43% на частоте перекатывания тел качения по трещине на внутреннем кольце). Разборка узла подтвердила выявленный дефект-трещину на внутреннем кольце подшипника (см. фиг.16).On Fig. The vibration envelope spectrum of a bearing assembly with a strong defect is shown (modulation depth is 43% at the rolling body rolling frequency along a crack in the inner ring). Dismantling the node confirmed the detected defect crack on the inner ring of the bearing (see Fig. 16).
Применение лазерной вибродиагностики агрегатов ГТД при использовании заявляемого изобретения позволяет в процессе наземного запуска ГТД обеспечить достижение требуемого технического результата, а именно:The use of laser vibrodiagnostics of gas turbine engine units when using the claimed invention allows in the process of ground launch of gas turbine engines to achieve the required technical result, namely:
- выполнять фактическую оценку технического состояния всех вращающихся деталей ГТД и приводных агрегатов;- perform an actual assessment of the technical condition of all rotating parts of the gas turbine engine and drive units;
- прогнозировать развитие дефектов деталей и узлов ГТД и приводных агрегатов;- to predict the development of defects in parts and components of a gas turbine engine and drive units;
- локализовать технические неисправности и функциональные недостатки, выявленные с помощью традиционных методов технической диагностики, что позволит снизить риск съема ГТД с эксплуатации для замены только выявленного дефектного агрегата, детали или узла;- localize technical malfunctions and functional deficiencies identified using traditional methods of technical diagnostics, which will reduce the risk of removal of a gas turbine engine from operation to replace only the identified defective unit, part or assembly;
- получить фактические данные о реальном состоянии ГТД для однозначного решения вопроса о необходимости ремонта или продления его моторесурса;- Obtain actual data on the real state of a gas turbine engine to unequivocally resolve the issue of the need for repair or extension of its service life;
- повысить экономическую эффективность эксплуатации ГТД и приводных агрегатов за счет перехода от нормативного определения моторесурса к эксплуатации по реальному техническому состоянию ГТД и приводных агрегатов с контролем технических параметров отдельных деталей и узлов.- increase the economic efficiency of operation of gas turbine engines and drive units due to the transition from the normative definition of motor resources to operation according to the actual technical condition of gas turbine engines and drive units with control of the technical parameters of individual parts and assemblies.
Кроме того, для уточнения пороговых значений вибрации узлов ГТД возможно разработать систему организационно-технических мероприятий по подтверждению технических дефектов, выявляемых в процессе лазерной вибродиагностики, при последующих работах по дефектации и ремонту диагностируемых узлов ГТД на ремонтных заводах.In addition, to clarify the threshold values of vibration of gas turbine engine assemblies, it is possible to develop a system of organizational and technical measures to confirm technical defects detected during laser vibration diagnostics during subsequent work on the detection and repair of diagnosed gas turbine engine assemblies at repair plants.
Источники информацииInformation sources
1. Система контроля авиадвигателя. Заявка 2272783, Великобритания, МКИ5 F02С 9/46; Rolls-Royce plc., №9224330.2, опубл. 25.05.94.1. Aircraft engine control system. Application 2272783, UK,
2. Система контроля авиационного ГТД. Заявка 2262623, Великобритания, МКИ5 F02С 9/26; Rolls-Royce plc., №9126781, опубл. 23.06.93.2. Aviation GTE control system. Application 2262623, UK,
3. В.А.Пивоваров. Диагностика летательных аппаратов и авиадвигателей. М., МГТУГА, 1995, стр.141-144.3. V.A. Pivovarov. Diagnostics of aircraft and aircraft engines. M., MSTUGA, 1995, pp. 141-144.
4. Патент РФ №2249119, F02C 9/2, G01L 23/22, БИ № 12, опубл. 2005.03.27.4. RF patent No. 2249119,
5. Патент РФ №2068553, G01М 15/00, опублик. 1996.10.27 (прототип).5. RF patent No. 2068553,
Claims (12)
измерение вибросигналов с корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов осуществляют дистанционно и бесконтактно посредством лазерного вибропреобразователя в приближенных к диагностируемым деталям, узлам и приводным агрегатам ГТД информативных точках на поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов в пределах зон измерений, определяемых радиусом, преимущественно равным четверти длины изгибной волны в корпусных конструкциях ГТД и приводных агрегатов, а
цифровую обработку вибросигналов осуществляют с расчетом глубин модуляции на дискретных составляющих спектра огибающей вибрации в высокочастотном диапазоне колебаний корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов с получением информации о техническом состоянии диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.1. A method for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine (GTE), including measuring and digitally processing vibration signals from the body structures of the turbine engine and drive units to obtain information about the technical condition of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the turbine engine, characterized in that
the measurement of vibration signals from the body structures of the gas turbine engine and drive units is carried out remotely and non-contact by means of a laser vibration transducer at the informative points on the surface of the body structures of the gas turbine engine and drive units close to the diagnosed parts, components and drive units of the gas turbine engine within the measurement zones determined by a radius mainly equal to a quarter of the length of the bending waves in the hull structures of gas turbine engines and drive units, and
digital processing of vibration signals is carried out with the calculation of the modulation depths on the discrete components of the spectrum of the envelope of vibration in the high-frequency range of vibrations of the body structures of the gas turbine engine and drive units to obtain information about the technical condition of the diagnosed parts, components and drive units of the gas turbine engine.
а затем осуществляют измерение вибросигналов при запуске двигателя на режиме малого газа для определения технического состояния остальных деталей диагностируемых узлов ГТД и приводных агрегатов, включая ступени компрессоров низкого и высокого давления и соответствующих турбин, зубчатые приводы, редукторы, насосы, генераторы и регуляторы.5. The method according to claim 1, characterized in that before measuring and digitally processing the vibration signals from the body structures of the gas turbine engine and drive units, they measure and digitally process the vibration signals while the engine is scrolling from the manual drive to determine the technical condition of the bearings in the diagnosed nodes of the gas turbine engine and drive units ,
and then they measure vibration signals when starting the engine in the idle mode to determine the technical condition of the remaining parts of the diagnosed gas turbine engine assemblies and drive units, including stages of low and high pressure compressors and associated turbines, gear drives, gearboxes, pumps, generators and regulators.
выполняют спектральный анализ вибросигналов,
осуществляют процедуру сглаживания спектра вибрации,
совмещают исходный и сглаженный спектры вибрации,
удаляют из исходного спектра вибрации дискретные составляющие,
которые не превосходят уровень сглаженного спектра вибрации более чем на 6 дБ,
выделяют дискретные составляющие спектра вибрации на частотах, кратных частотам вращения основных валов компрессоров, турбин, редукторов и приводных агрегатов, на основании анализа кинематических схем диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД,
выполняют последовательную полосовую фильтрацию в характерных диапазонах частот, в которых присутствуют первичные диагностические признаки технического состояния диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД,
рассчитывают глубины модуляции в спектрах огибающих вибрации, пропорциональные степени развития дефектов деталей диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, и идентифицируют дефекты по частотам модулирующих функций в спектрах огибающих вибрации с определением вторичных признаков и технического состояния диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.6. The method according to claim 1, characterized in that when digitally processing vibration signals from the surface of the body structures of the gas turbine engine and drive units, sections of the vibration signals are selected in the temporary implementation of the signal at stationary speeds,
perform spectral analysis of vibration signals,
carry out the process of smoothing the vibration spectrum,
combine the original and smoothed vibration spectra,
discrete components are removed from the initial vibration spectrum,
which do not exceed the level of the smoothed vibration spectrum by more than 6 dB,
distinguish discrete components of the vibration spectrum at frequencies that are multiples of the frequencies of rotation of the main shafts of compressors, turbines, gearboxes and drive units, based on the analysis of the kinematic schemes of the diagnosed parts, components and drive units of the gas turbine engine,
perform sequential band-pass filtering in characteristic frequency ranges in which there are primary diagnostic signs of the technical condition of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine,
calculate the modulation depths in the spectra of vibration envelopes, proportional to the degree of development of defects of parts of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine, and identify the defects by the frequencies of the modulating functions in the spectra of vibration envelopes with the determination of secondary signs and the technical condition of the diagnosed parts, assemblies and drive units of the gas turbine engine.
глубину модуляции в спектрах огибающих вибрации определяют по превышению дискретных составляющих в спектрах огибающих вибрации над уровнем «шумового» фона с учетом соотношения ширины полосового фильтра, частоты оцифровки и числа точек быстрого преобразования Фурье.7. The method according to claim 6, characterized in that
the modulation depth in the spectra of vibration envelopes is determined by the excess of the discrete components in the spectra of vibration envelopes over the level of the “noise” background, taking into account the ratio of the band-pass filter, the sampling frequency and the number of points of the fast Fourier transform.
при цифровой обработке вибросигналов с поверхности корпусных конструкций ГТД и приводных агрегатов,
выбирают нестационарные участки, например выбег или неустановившийся процесс в газовоздушном тракте, и по результатам статистических методов анализа параметров колебательных виброскоростей идентифицируют дефекты диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, например, в виде трещин валов, дисков и лопаток или предпомпажного состояния компрессора двигателя.8. The method according to claim 1, characterized in that
when digitally processing vibration signals from the surface of the body structures of a gas turbine engine and drive units
non-stationary sections are selected, for example, a run-out or an unsteady process in the gas-air duct, and according to the results of statistical methods for analyzing the parameters of vibrational vibration velocities, defects of diagnosed parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine are identified, for example, in the form of cracks in shafts, disks and blades, or pre-surge condition of the engine compressor.
отличающееся тем, что
в качестве средства измерения вибросигналов содержит лазерный вибропреобразователь с измерительной головкой, объективом и электронным блоком,
а в качестве средства цифровой обработки вибросигналов содержит регистратор-анализатор с возможностью цифровой обработки вибросигналов путем
сглаживания спектра вибрации,
совмещения исходного и сглаженного спектров вибрации,
удаления из исходного спектра вибрации дискретных составляющих, не превосходящих пороговые значения установленных по сглаженному спектру вибрации,
выделения дискретных составляющие частот, кратных частотам вращения основных валов компрессоров, турбин, редукторов и приводных агрегатов диагностируемых узлов двигателя и/или приводных агрегатов,
последовательной полосовой фильтрации в характерных диапазонах частот, в которых присутствуют первичные диагностические признаки технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД,
расчета глубины модуляции в спектрах огибающих вибрации, пропорциональных степени развития дефектов диагностируемых деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД, и идентификации дефектных деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД по частотам модулирующих функций в спектрах огибающих вибрации с определением вторичных признаков и технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов ГТД.9. A device for diagnosing the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine (GTE), comprising serially connected means for measuring vibration signals and means for processing vibrosignals to obtain information about the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine,
characterized in that
as a means of measuring vibration contains a laser vibration transducer with a measuring head, a lens and an electronic unit,
and as a means of digital processing of vibration signals contains a recorder-analyzer with the possibility of digital processing of vibration signals by
smoothing the vibration spectrum,
combining the original and smoothed vibration spectra,
removing discrete components from the initial vibration spectrum that do not exceed the threshold values established by the smoothed vibration spectrum,
allocation of discrete frequency components that are multiples of the rotational frequencies of the main shafts of compressors, turbines, gearboxes and drive units of the diagnosed engine components and / or drive units,
sequential bandpass filtering in characteristic frequency ranges in which there are primary diagnostic signs of the technical condition of parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine,
calculating the modulation depth in the spectra of vibration envelopes proportional to the degree of development of defects of diagnosed parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine, and identifying defective parts, assemblies and drive units of a gas turbine engine by the frequencies of modulating functions in the spectra of vibration envelopes with the determination of secondary features and the technical condition of parts, assemblies and GTE drive units.
выполнения спектрального анализа вибросигналов, осуществления процедуры сглаживания спектра вибрации, совмещения исходного и сглаженного спектров вибрации, удаления из исходного спектра вибрации дискретных составляющих, которые не превосходят уровень сглаженного спектра вибрации более чем на 6 дБ,
сопоставления выделенных дискретных составляющих с расчетными значениями характерных частот, определяемых по кинематическим характеристикам диагностируемых узлов. 12. The device according to claim 9, characterized in that it is made with the possibility of determining the speed of the input shaft in the absence of a tacho signal by the ratio of the characteristic frequencies by selecting sections of the vibration signals in the temporary implementation of the signal at stationary speeds,
performing spectral analysis of vibration signals, performing the smoothing of the vibration spectrum, combining the initial and smoothed vibration spectra, removing discrete components from the initial vibration spectrum that do not exceed the level of the smoothed vibration spectrum by more than 6 dB,
comparing the selected discrete components with the calculated values of the characteristic frequencies determined by the kinematic characteristics of the diagnosed nodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123540/06A RU2379645C2 (en) | 2007-06-19 | 2007-06-19 | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123540/06A RU2379645C2 (en) | 2007-06-19 | 2007-06-19 | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007123540A RU2007123540A (en) | 2008-12-27 |
| RU2379645C2 true RU2379645C2 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=42121033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007123540/06A RU2379645C2 (en) | 2007-06-19 | 2007-06-19 | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2379645C2 (en) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445598C1 (en) * | 2010-08-13 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Diagnostic method of technical state of gas-turbine engine |
| RU2478923C2 (en) * | 2011-07-22 | 2013-04-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" | Diagnostics method of technical state of inter-rotor bearing of two-shaft gas turbine engine |
| RU2484442C1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-06-10 | Александр Владимирович Иванов | Vibration diagnostics and forecasting method of sudden failure of engine, and carrier |
| RU2493549C1 (en) * | 2012-04-28 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Method of diagnosing input device of aircraft propulsion unit |
| RU2499240C1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" | Method of gas turbine engine vibration monitoring |
| RU2510493C1 (en) * | 2012-12-04 | 2014-03-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Diagnostics of engine components |
| RU2514461C1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of cross-shaft gas turbine engine vibration monitoring |
| RU2519583C2 (en) * | 2012-08-23 | 2014-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit |
| EA021468B1 (en) * | 2011-01-14 | 2015-06-30 | Ариф Мир Джалал оглы ПАШАЕВ | Method of preflyght monitoring of technical condition of aviation engineering |
| RU2556477C1 (en) * | 2014-09-01 | 2015-07-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Топаз" | Vibration diagnostic method of gas-turbine engines in operation as per information of onboard devices |
| RU2570938C1 (en) * | 2014-07-28 | 2015-12-20 | Открытое акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие им. В.В. Чернышёва" | Diagnostics of crack formation and development in aircraft gas turbine discs at cyclic load |
| RU2575243C1 (en) * | 2014-10-01 | 2016-02-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Vibroacoustic diagnostics of gas turbine engine bearings |
| RU2617242C2 (en) * | 2012-02-24 | 2017-04-24 | Снекма | Facility for detecting defects by acoustic analysis of aircraft turbomachine |
| RU2623856C1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-06-29 | Акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие имени В.В. Чернышёва" | Way of aero gas-turbine engine disk diagnostic efficiency upgrading |
| RU2644646C1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-02-13 | Анвар Рашитович Валеев | Diagnostics method of technical state of rotor equipment |
| RU2651613C1 (en) * | 2014-06-17 | 2018-04-23 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Non-destructive testing unit |
| RU2659193C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-06-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Method of destruction processes vibration diagnostics |
| RU2667830C1 (en) * | 2017-12-15 | 2018-09-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of diagnostics of the technical condition of the aviation drive aggregate |
| RU2688340C2 (en) * | 2015-09-30 | 2019-05-21 | Сергей Александрович Тяпкин | Vibration diagnostic method of gas turbine engine |
| RU2702951C2 (en) * | 2017-12-28 | 2019-10-14 | Акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие имени В.В. Чернышёва" | Method of determining maximum allowable values of vibratory signals of gas turbine engine housing with disk with crack |
| RU2720328C1 (en) * | 2019-04-22 | 2020-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Сител" | Method of vibration diagnostics of rolling bearings |
| RU2806423C1 (en) * | 2023-04-25 | 2023-10-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Добыча Надым" | Method for determining minimum angular position of adjustable nozzle apparatus of turboexpander unit |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2946387B1 (en) * | 2009-06-05 | 2011-07-08 | Snecma | DEVICE AND METHOD FOR DETECTING A FAILURE OF A LOW PRESSURE FUEL PUMP OF A TURBOJET AND TURBOJET ENGINE WITH SAID DEVICE |
-
2007
- 2007-06-19 RU RU2007123540/06A patent/RU2379645C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Анализ эффективности применения лазерного вибропреобразователя для бесконтактной диагностики авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в процессе наземных запусков. Научно-технический отчет. ФГОУВПРО «Академия гражданской авиации», Технический университет, СПб.: 2004. * |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445598C1 (en) * | 2010-08-13 | 2012-03-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Diagnostic method of technical state of gas-turbine engine |
| EA021468B1 (en) * | 2011-01-14 | 2015-06-30 | Ариф Мир Джалал оглы ПАШАЕВ | Method of preflyght monitoring of technical condition of aviation engineering |
| RU2478923C2 (en) * | 2011-07-22 | 2013-04-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" | Diagnostics method of technical state of inter-rotor bearing of two-shaft gas turbine engine |
| RU2484442C1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-06-10 | Александр Владимирович Иванов | Vibration diagnostics and forecasting method of sudden failure of engine, and carrier |
| RU2617242C2 (en) * | 2012-02-24 | 2017-04-24 | Снекма | Facility for detecting defects by acoustic analysis of aircraft turbomachine |
| RU2493549C1 (en) * | 2012-04-28 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Авиационная Холдинговая Компания "Сухой" | Method of diagnosing input device of aircraft propulsion unit |
| RU2499240C1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" | Method of gas turbine engine vibration monitoring |
| RU2519583C2 (en) * | 2012-08-23 | 2014-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | System for data collection, control and diagnostics of helicopter rotor drive units and electronic unit |
| RU2510493C1 (en) * | 2012-12-04 | 2014-03-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Diagnostics of engine components |
| RU2514461C1 (en) * | 2013-02-21 | 2014-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Method of cross-shaft gas turbine engine vibration monitoring |
| US10242436B2 (en) | 2014-06-17 | 2019-03-26 | Ihi Corporation | Non-destructive inspection apparatus |
| RU2651613C1 (en) * | 2014-06-17 | 2018-04-23 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Non-destructive testing unit |
| RU2570938C1 (en) * | 2014-07-28 | 2015-12-20 | Открытое акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие им. В.В. Чернышёва" | Diagnostics of crack formation and development in aircraft gas turbine discs at cyclic load |
| RU2556477C1 (en) * | 2014-09-01 | 2015-07-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Топаз" | Vibration diagnostic method of gas-turbine engines in operation as per information of onboard devices |
| RU2575243C1 (en) * | 2014-10-01 | 2016-02-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Vibroacoustic diagnostics of gas turbine engine bearings |
| RU2688340C2 (en) * | 2015-09-30 | 2019-05-21 | Сергей Александрович Тяпкин | Vibration diagnostic method of gas turbine engine |
| RU2623856C1 (en) * | 2016-02-29 | 2017-06-29 | Акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие имени В.В. Чернышёва" | Way of aero gas-turbine engine disk diagnostic efficiency upgrading |
| RU2659193C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-06-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Method of destruction processes vibration diagnostics |
| RU2644646C1 (en) * | 2017-05-18 | 2018-02-13 | Анвар Рашитович Валеев | Diagnostics method of technical state of rotor equipment |
| RU2667830C1 (en) * | 2017-12-15 | 2018-09-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of diagnostics of the technical condition of the aviation drive aggregate |
| RU2702951C2 (en) * | 2017-12-28 | 2019-10-14 | Акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие имени В.В. Чернышёва" | Method of determining maximum allowable values of vibratory signals of gas turbine engine housing with disk with crack |
| RU2720328C1 (en) * | 2019-04-22 | 2020-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Сител" | Method of vibration diagnostics of rolling bearings |
| RU2818697C1 (en) * | 2020-10-15 | 2024-05-03 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method of fault detection in drive |
| RU2806423C1 (en) * | 2023-04-25 | 2023-10-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Добыча Надым" | Method for determining minimum angular position of adjustable nozzle apparatus of turboexpander unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007123540A (en) | 2008-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2379645C2 (en) | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end | |
| EP1762831B1 (en) | Health monitoring of a mechanical system | |
| JP5562979B2 (en) | Method and system for monitoring vibration phenomena occurring during operation of an aircraft gas turbine engine | |
| EP3510278B1 (en) | Predicting wind turbine noise | |
| US7698942B2 (en) | Turbine engine stall warning system | |
| KR20130090849A (en) | A method and a device for performing a health check of a turbine engine of an aircraft having at least one such engine | |
| RU2499240C1 (en) | Method of gas turbine engine vibration monitoring | |
| RU2556477C1 (en) | Vibration diagnostic method of gas-turbine engines in operation as per information of onboard devices | |
| RU70005U1 (en) | DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF TECHNICAL CONDITION OF PARTS, UNITS AND DRIVE UNITS OF A GAS TURBINE ENGINE | |
| RU2478923C2 (en) | Diagnostics method of technical state of inter-rotor bearing of two-shaft gas turbine engine | |
| RU2613047C1 (en) | Method of vibration diagnostics of bearing supports as part of gas turbine engines using technical microphone | |
| RU2598983C1 (en) | Diagnostic technique for type of oscillations of working blades of axial turbomachine | |
| RU121073U1 (en) | VIBRODIAGNOSTIC SYSTEM OF A GAS TURBINE ENGINE | |
| RU2522275C2 (en) | Method for determining technical state of power plants | |
| Kirker | Procurement and testing of a 1/5 scale advanced counter rotating propfan model | |
| Mironov et al. | Advanced vibration diagnostic system for aviation jet engine | |
| US20210262988A1 (en) | Automated resonance test on multi-component components by means of pattern recognition | |
| RU127192U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE TECHNICAL CONDITION OF AN ENERGY OBJECT | |
| Grządziela et al. | An application of order tracking procedure for diagnosis technical state of rotor system in shut-down process | |
| Mironov et al. | The Role of Advanced Technologies of Vibration Diagnostics to Provide Efficiency of Helicopter Life Cycle | |
| RU2514461C1 (en) | Method of cross-shaft gas turbine engine vibration monitoring | |
| Kallappa et al. | High frequency incipient fault detection for engine bearing components | |
| Lu et al. | Research on condition monitoring and fault diagnosis technology of dynamometer in aero-engine test bed | |
| Charchalis | Diagnosing of ship propulsion elements by vibration measurement | |
| Lifson et al. | Vibration Monitoring Of Turbomachinery. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120620 |