RU2646520C1 - Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine - Google Patents

Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2646520C1
RU2646520C1 RU2017100657A RU2017100657A RU2646520C1 RU 2646520 C1 RU2646520 C1 RU 2646520C1 RU 2017100657 A RU2017100657 A RU 2017100657A RU 2017100657 A RU2017100657 A RU 2017100657A RU 2646520 C1 RU2646520 C1 RU 2646520C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal particles
oil flow
flow
cross
oil
Prior art date
Application number
RU2017100657A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Юрьевич Боровик
Игорь Геннадьевич Коршиков
Юрий Николаевич Секисов
Виктор Александрович Белослудцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН)
Priority to RU2017100657A priority Critical patent/RU2646520C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2646520C1 publication Critical patent/RU2646520C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: use: detection and registration of wear metal particles in the oil flow of the working GTE. To detect metal wear particles in the oil flow of a working gas turbine engine, the total oil flow is divided into N independent flows, total cross-sectional area of which is equal to the cross-sectional area of the total input flow; monitoring of each independent flow is performed by an individual single-turn eddy-current sensing element of the cluster sensor, thereby the sensitivity of the eddy-current sensing elements and the ability to detect single metal particles in one cross section of the oil flow is increased; time and possible number from one to N simultaneously passed metal particles through the controlled section of the oil flow is fixed, and according to the measurement results, the technical condition of the engine is changed immediately during its operation, which makes it possible to detect in a timely manner the emergent defects of rubbing surfaces and take measures to prevent an emergency situation.
EFFECT: invention makes it possible to detect in a timely manner emergent defects of rubbing surfaces and to take measures to prevent an emergency situation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оперативного бортового контроля технического состояния работающего газотурбинного двигателя (ГТД) на наличие металлических частиц износа трущихся поверхностей в потоке масла системы смазки, и может быть использовано в авиации, а также в газовой и нефтяной промышленности, электроэнергетике и других отраслях промышленности для диагностики состояния узлов трения, ремонта по состоянию и предотвращения аварийных ситуаций.The invention relates to measuring equipment, and in particular to methods of on-board on-line monitoring of the technical condition of a working gas turbine engine (GTE) for the presence of metal particles of wear of rubbing surfaces in the oil flow of the lubrication system, and can be used in aviation, as well as in the gas and oil industries, and the electric power industry and other industries for diagnosing the condition of friction units, repairing the condition and preventing emergency situations.

Известны способы обнаружения металлических частиц в масле, основанные на спектральном, сцинтилляционном, феррографическом, колориметрическом анализе, анализе методом радиоактивных изотопов и ряд других, имеющих довольно высокую информативность. (Машошин О.Ф. Диагностика авиационной техники. Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. - 141 с.)Known methods for detecting metal particles in oil, based on spectral, scintillation, ferrographic, colorimetric analysis, analysis by the method of radioactive isotopes and a number of others having a fairly high information content. (Mashoshin O.F. Diagnostics of aviation equipment. Textbook. - M.: MSTU GA, 2007. - 141 p.)

Недостаток этих способов состоит в том, что они применяются лишь в лабораторных условиях и не пригодны для использования непосредственно на работающем двигателе.The disadvantage of these methods is that they are used only in laboratory conditions and are not suitable for use directly on a running engine.

Известны способы контроля состояния узлов терния газотурбинных двигателей, основанные на накоплении металлических частиц, содержащихся в потоке масла, на магнитной пробке, установленной в маслопроводе, и последующей регистрации электронным блоком момента достижения их массы заданной величины (Патент РФ №2511971. Сигнализатор стружки, опубл. 10.04.2014).Known methods for monitoring the condition of the knots of thorns of gas turbine engines, based on the accumulation of metal particles contained in the oil flow on a magnetic plug installed in the oil pipe, and subsequent registration by the electronic unit of the moment when their mass reaches a predetermined value (RF Patent No. 2511971. Chip signaling device, publ. 04/10/2014).

Недостатком способа является то, что магнитные пробки не улавливают немагнитные частицы металла и требуется значительное время между появлением продуктов износа в масле и выдачей сигнала «стружка в масле» из-за необходимости накопления значительного количества продуктов износа в зазоре между электрическим контактом и корпусом магнитной пробки.The disadvantage of this method is that magnetic plugs do not pick up non-magnetic metal particles and a considerable time is required between the appearance of wear products in the oil and the generation of a chip in oil signal due to the need to accumulate a significant amount of wear products in the gap between the electrical contact and the body of the magnetic plug.

Известен способ, реализованный в устройстве с датчиками проточного типа (фильтры-сигнализаторы) в виде решетки из проводников и включающий регистрацию такой концентрации частиц износа в потоке масла, при которой одна из пар проводников замыкается, и формирование электронным блоком сигнала о наличии частиц металла в масле. (Патент РФ №2315900. Сигнализатор наличия металлических частиц в системе смазки, опубл. 27.01.2008.)A known method implemented in a device with flow-type sensors (filters, signaling devices) in the form of a lattice of conductors and comprising recording such a concentration of wear particles in the oil stream at which one of the pairs of conductors closes, and generating an electronic block signal about the presence of metal particles in the oil . (RF patent No. 2315900. The detector for the presence of metal particles in the lubrication system, publ. 01/27/2008.)

Недостатком способа является неспособность регистрировать единичные частицы износа и невозможность обнаружения развивающегося дефекта на начальной стадии разрушения узла трения.The disadvantage of this method is the inability to register single wear particles and the inability to detect a developing defect at the initial stage of the destruction of the friction unit.

Известен способ, применяемый в стационарной системе контроля металлических частиц МРМ 01, заключающийся в прокачивании масла из системы смазки через проходной канал сенсора металлических частиц MPS, с принципом действия, основанным на индуктивном методе измерения, контроле числа частиц износа в определенном интервале времени с помощью блока управления МРМ 01 (электронный ресурс www.filterelement.ru/?firm=internormen&catalog).A known method used in the stationary metal particle monitoring system MPM 01, which consists in pumping oil from the lubrication system through the passage channel of the MPS metal particles sensor, with the principle of operation based on the inductive measurement method, monitoring the number of wear particles in a certain time interval using the control unit MRM 01 (electronic resource www.filterelement.ru/?firm=internormen&catalog).

Недостатком способа является неспособность выявлять единичные частицы износа, находящиеся одновременно в одном поперечном сечении потока масла.The disadvantage of this method is the inability to detect single wear particles that are simultaneously in the same cross section of the oil flow.

Наиболее близким по технической сущности является способ, реализованный в системе мониторинга частиц износа с датчиком проточного типа «Вектор-Т», разработанной ООО "ГК Инновация" (электронный ресурс www.gkin.ru/vector-t.html). Система в режиме реального времени прокачивает масло из системы смазки двигателя через проходной канал датчика, регистрирует частицы металла в потоке масла, идентифицирует вид металла (магнитный или не магнитный) и формирует информационные сигналы о наличии частиц металла.The closest in technical essence is the method implemented in the monitoring system of wear particles with a flow-type sensor "Vector-T", developed by LLC "GK Innovation" (electronic resource www.gkin.ru/vector-t.html). The system real-time pumps oil from the engine lubrication system through the sensor passage, registers metal particles in the oil flow, identifies the type of metal (magnetic or non-magnetic) and generates information signals about the presence of metal particles.

Недостатком способа является невозможность выделения числа единичных частиц износа в случае, если они будут находиться в одном сечении, поперечном потоку масла, при прохождении чувствительного элемента датчика. Нахождение нескольких частиц металла в одном сечении потока будет фиксироваться как одна частица большего размера.The disadvantage of this method is the inability to allocate the number of single wear particles if they are in the same cross section, transverse to the oil flow, when passing the sensor element. The presence of several metal particles in one flow section will be recorded as one larger particle.

Целью изобретения является обеспечение возможности выделения отдельных частиц металла из группы частиц, находящихся в одном поперечном сечении потока масла, а также повышение чувствительности преобразования.The aim of the invention is to enable the separation of individual metal particles from a group of particles located in one cross section of the oil flow, as well as increasing the sensitivity of the conversion.

Указанная цель достигается тем, что в известный способ, заключающийся в прокачке масла из системы смазки двигателя через проходной канал датчика, идентификации вида металла (магнитный или не магнитный), регистрации частиц металла в потоке масла, формировании информационного сигнала о наличии частиц металла, введены дополнительные операции:This goal is achieved by the fact that in the known method, which consists in pumping oil from the engine lubrication system through the sensor passage, identifying the type of metal (magnetic or non-magnetic), registering metal particles in the oil stream, generating an information signal about the presence of metal particles, additional operations:

- разделение общего потока масла, поступающего в датчик, на N независимых потоков, суммарная площадь сечений которых равна площади сечения поступающего масляного потока;- dividing the total oil flow entering the sensor into N independent flows, the total cross-sectional area of which is equal to the cross-sectional area of the incoming oil flow;

- контроль частиц металла в каждом из N независимых потоков с помощью кластера одновитковых вихретоковых чувствительных элементов, размеры которых определяются сечением независимых потоков;- control of metal particles in each of N independent flows using a cluster of single-turn eddy current sensing elements, the sizes of which are determined by the cross section of independent flows;

- фиксация момента времени и возможного числа от одной до N одновременно прошедших частиц металла через контролируемое сечение потока масла.- fixing the point in time and a possible number from one to N simultaneously passed metal particles through a controlled section of the oil flow.

Принцип действия предлагаемого способа поясняется фигурой 1. Общий поток масла 1 системы смазки ГТД разделяется на входе датчика 5, реализующего способ, на N независимых потоков 3. Одновитковые вихретоковые чувствительные элементы 2 кластера 4 охватывают каждый из независимых потоков и формируют информационные сигналы о прохождении частицы металла в данном независимом потоке. Сигналы с чувствительных элементов обрабатываются в вычислительном блоке и формируется информация о числе и типе (магнитный, немагнитный) частиц металла в каждый момент времени в контролируемом сечении потока масла.The principle of operation of the proposed method is illustrated by figure 1. The total oil flow 1 of the GTE lubrication system is divided at the input of the sensor 5 that implements the method into N independent flows 3. The single-turn eddy current sensing elements 2 of cluster 4 cover each of the independent flows and form information signals about the passage of a metal particle in this independent thread. Signals from sensitive elements are processed in the computing unit and information is generated on the number and type (magnetic, non-magnetic) of metal particles at each moment in time in a controlled section of the oil flow.

Возможность регистрации отдельных частиц металла из общей группы частиц, находящихся одновременно в одном поперечном сечении потока масла, существенно возрастает с увеличением числа независимых потоков N. При равномерном распределении частиц металла по площади сечения потока следует ожидать обнаружения от 1 до N частиц металла, находящихся одновременно в одном сечении.The possibility of detecting individual metal particles from a general group of particles simultaneously located in the same cross section of the oil flow increases significantly with an increase in the number of independent flows N. If the metal particles are uniformly distributed over the cross-sectional area of the flow, one can expect detection from 1 to N metal particles located simultaneously in one section.

Операция разделения общего потока масла на независимые потоки с меньшей площадью сечения положительно сказывается на чувствительности вихретоковых чувствительных элементов. В первом приближении уровень информационного сигнала (относительная чувствительность а) вихретокового чувствительного элемента зависит от величины перекрываемой площади частицей металла S4 в поперечном сечении потока масла SM, охватываемого витком чувствительного элемента.The operation of dividing the total oil flow into independent flows with a smaller cross-sectional area has a positive effect on the sensitivity of eddy current sensing elements. In a first approximation, the level of the information signal (relative sensitivity a) of the eddy current sensing element depends on the size of the overlapped area by the metal particle S 4 in the cross section of the oil flow S M covered by the coil of the sensing element.

Figure 00000001
Figure 00000001

При разделении потока на несколько независимых площадь поперечного сечения каждого из них уменьшается в N раз и соответственно возрастает относительная чувствительность αN в N раз.When the flow is divided into several independent ones, the cross-sectional area of each of them decreases N times and the relative sensitivity α N increases accordingly N times.

Figure 00000002
Figure 00000002

Благодаря непрерывному контролю числа проходящих частиц в каждом поперечном сечении и в целом в потоке масла во времени, анализируя тенденцию изменений непосредственно во время эксплуатации двигателей и без их остановки, появляется возможность оценивать степень износа основных узлов трения, прогнозировать развитие дефектов в будущем и устранять проблемы в работе двигателя до их развития, максимально использовать ресурс двигателя и проводить ремонтные работы не по регламенту, а по фактическому состоянию, а также заблаговременно предупреждать о приближении аварийных ситуаций в двигателе.Thanks to the continuous monitoring of the number of passing particles in each cross section and in the whole oil flow over time, analyzing the tendency of changes directly during operation of the engines and without stopping them, it becomes possible to assess the degree of wear of the main friction units, predict the development of defects in the future and eliminate problems in engine operation before their development, to maximize the use of the engine resource and carry out repair work not according to the regulations, but according to the actual condition, and also in advance warn about the approach of emergency situations in the engine.

Claims (1)

Способ обнаружения металлических частиц износа в потоке масла работающего газотурбинного двигателя, заключающийся в прокачке масла системы смазки двигателя через проходной канал датчика; регистрации частиц металла в потоке масла; идентификации магнитного или не магнитного вида металла; формировании информационного сигнала о наличии частиц металла; отличающийся тем, что с целью повышения возможности обнаружения единичных металлических частиц, находящихся в одном поперечном сечении потока масла, а также повышения чувствительности введены следующие дополнительные операции: разделение общего потока масла на N независимых потоков, суммарная площадь поперечного сечения которых равна площади поперечного сечения общего входного потока; контроль каждого независимого потока индивидуальным одновитковым вихретоковым чувствительным элементом кластерного датчика; фиксация момента времени и возможного числа от одной до N одновременно прошедших частиц металла через контролируемое сечение потока масла.A method for detecting metal particles of wear in the oil stream of a working gas turbine engine, which consists in pumping oil of an engine lubrication system through a sensor passage; registration of metal particles in the oil stream; identification of a magnetic or non-magnetic type of metal; formation of an information signal about the presence of metal particles; characterized in that in order to increase the possibility of detecting single metal particles located in one cross section of the oil flow, as well as to increase the sensitivity, the following additional operations are introduced: separation of the total oil flow into N independent flows, the total cross-sectional area of which is equal to the cross-sectional area of the total input flow; control of each independent flow by an individual single-turn eddy current sensing element of a cluster sensor; fixation of a moment of time and a possible number from one to N of simultaneously passing metal particles through a controlled oil flow section.
RU2017100657A 2017-01-10 2017-01-10 Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine RU2646520C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017100657A RU2646520C1 (en) 2017-01-10 2017-01-10 Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017100657A RU2646520C1 (en) 2017-01-10 2017-01-10 Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2646520C1 true RU2646520C1 (en) 2018-03-05

Family

ID=61568634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017100657A RU2646520C1 (en) 2017-01-10 2017-01-10 Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646520C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806666C1 (en) * 2023-06-13 2023-11-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (СамНЦ РАН) Method for detecting metal particles and determining oil flow rate in flow lubrication system of bearing units of power plants

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5696331A (en) * 1992-06-26 1997-12-09 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Apparatus for detecting metal powder amount in hydraulic circuit
RU2315900C1 (en) * 2006-04-20 2008-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Lubricating system metal particles detector
EP2090759A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-19 Turbomeca Pre-signalling magnetic plug
RU2369854C2 (en) * 2007-10-01 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Method to control gas turbine engine state
RU2383002C2 (en) * 2004-11-16 2010-02-27 Снекма Gas turbine engine with device for automatic detection of ferromagnetic particles in oil chamber
RU2511971C1 (en) * 2012-12-24 2014-04-10 Открытое Акционерное Общество "Московский Вертолётный Завод Им. М.Л. Миля" Chip alarm

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5696331A (en) * 1992-06-26 1997-12-09 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Apparatus for detecting metal powder amount in hydraulic circuit
RU2383002C2 (en) * 2004-11-16 2010-02-27 Снекма Gas turbine engine with device for automatic detection of ferromagnetic particles in oil chamber
RU2315900C1 (en) * 2006-04-20 2008-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Lubricating system metal particles detector
RU2369854C2 (en) * 2007-10-01 2009-10-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Method to control gas turbine engine state
EP2090759A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-19 Turbomeca Pre-signalling magnetic plug
RU2511971C1 (en) * 2012-12-24 2014-04-10 Открытое Акционерное Общество "Московский Вертолётный Завод Им. М.Л. Миля" Chip alarm

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2814854C1 (en) * 2023-03-03 2024-03-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (СамНЦ РАН) Method of detecting with high sensitivity, determining type and size of metal particles during wear of bearings in flow lubrication systems of power plants
RU2806666C1 (en) * 2023-06-13 2023-11-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (СамНЦ РАН) Method for detecting metal particles and determining oil flow rate in flow lubrication system of bearing units of power plants

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. Online oil debris monitoring of rotating machinery: A detailed review of more than three decades
CN102818754B (en) Method and device of improving online monitoring accuracy of engine oil metal abrasive particles
CN106568691B (en) A kind of oil liquid abrasive grain on-Line Monitor Device
AU2002319013B2 (en) A method and apparatus for detecting extraneous matter in a fluid
WO2015010460A1 (en) System for online monitoring metal abrasive grains in oil liquid and monitoring method therefor
BR102017026255A2 (en) method of inspecting a steel strip
US20170248572A1 (en) Lubricant condition assessment system
RU2668513C1 (en) Metal particles detection in the friction units lubrication system oil and the oil flow speed determining method
US5061364A (en) Diagnostic filter for detecting conductive and semiconductive particles in a fluid stream
KR20130121313A (en) Tracking system using emission source data
AU655216B2 (en) System and method for monitoring debris in a fluid
Hong et al. A general framework for aliasing corrections of inductive oil debris detection based on artificial neural networks
Myshkin et al. Wear monitoring based on the analysis of lubricant contamination by optical ferroanalyzer
RU2674577C1 (en) Method of detection of particles of metal in system for lubrication of friction nodes of power installations divided into groups by particle sizes
RU2646520C1 (en) Method of detecting wear metallic particles in oil stream of an operating gas turbine engine
CN202886236U (en) Device for improving online monitoring precision of engine oil metal abrasive particle
US8166803B2 (en) Method for the quantitative determination of an aging effect on motor oil
RU2749574C1 (en) Method for determining oil flow speed upon detection of metal particles in diagnostic means for friction units of gas turbine engines
RU2724309C1 (en) Method of detecting and estimating sizes of single metal particles in lubrication system of friction pairs of power plants
RU2582296C1 (en) Opto-electronic device for controlling quality of motor oil
Zambrano et al. Magnetic flux leakage measurement system to detect flaws in small diameter metallic wire ropes
Wang et al. On-line oil monitoring sensors fusion for aircraft health management
CN113029887B (en) Detection method and detection device for ferromagnetic particles of oil
RU2744349C1 (en) Rill corrosion detection system
Narang et al. Experimental investigation and simulation of magnetic flux leakage from metal loss defects