Способ определения предельно допустимых значений вибросигналов корпуса газотурбинного двигателя с диском с трещиной

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, в частности к способу определения предельно допустимых значений вибросигналов корпуса газотурбинного двигателя с диском с трещиной, служащих для оценки возможности продолжения работы находящегося в эксплуатации двигателя с учетом развития трещины в его диске. Согласно предложенному способу на основе исследования ступенчато развивавшихся трещин разрушившихся дисков и результатов измерения величин вибросигналов на корпусе двигателя при имитации импульса энергии, выделяющейся при ступенчатом развитии трещины в диске на разных стадиях разрушения, устанавливаются предельно допустимые значения вибросигналов, когда эксплуатация двигателей с диском, имеющим трещину, должна быть прекращена. Изобретение позволяет определить предельные величины вибросигналов, соответствующих началу неконтролируемого разрушения диска.

 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения.

Известны случаи разрушения дисков роторов авиационных газотурбинных двигателей от малоцикловой усталости при циклической нагрузке, возникающей при выходе двигателя на максимальные рабочие обороты. Малоцикловая усталость, приводящая к возникновению и развитию трещины в диске, часто определяет ресурс двигателя в связи с многократным повторением циклов выхода на рабочие режимы и останова (см., например, И.А. Биргер, Р.Р. Мавлютов, Сопротивление материалов, М., Наука, 1986, с. 102).

Малоцикловая усталость в дисках ГТД от циклической нагрузки, первоначально проявляющаяся в виде множественных микротрещин, затем развивающихся в визуально определяемые трещины, обычно проявляется на двигателях с большими наработками, но еще не выработавшими назначенный ресурс (см., например, Е.Н. Каблов и др. Отчет «Исследование причин разрушения в эксплуатации дисков ТВД из сплава ЭП741НП изделия 88 с наработкой около 1300 часов», ВИАМ, 2007, с. 4). При этом парк таких двигателей, находящихся в эксплуатации, может быть значителен и их эксплуатация продолжаться. Поэтому обеспечение безопасной эксплуатации до доработки ресурса этими двигателями является крайне актуальной задачей.

Разрушения дисков происходили в условиях отсутствия способа диагностики диска, когда наличие или отсутствие трещины в диске можно было определить только на разобранном двигателе. Но из-за стремления к увеличению межремонтных периодов и, как следствие, большого количества циклов нагружения дисков при выходе на максимальные рабочие обороты, не всегда удавалось предотвратить разрушение диска и его последствия.

В настоящее время разработан способ диагностики дисков ГТД на работающем двигателе (см., Способ диагностирования образования и развития трещины в дисках авиационного газотурбинного двигателя при циклической нагрузке, Патент на изобретение №2570938). Способ основан на использовании в качестве диагностического признака развития трещины в диске, которое носит ступенчатый характер, импульсного колебания, вызываемого энергией, высвобождаемой при образовании очередной «ступеньки». Это колебание, амплитуда которого по мере развития трещины увеличивается и которое можно регистрировать на корпусе двигателя датчиком вибрации, имеет кратковременный характер и накладывается на вибрации двигателя, возбуждаемые неуравновешенными силами ротора (или роторов многовальных двигателей).

В дополнение к указанному способу диагностики дисков ГТД разработан способ повышения его эффективности, основанный на разложении вибросигнала, регистрируемого датчиком вибрации на корпусе двигателя при импульсном выделении энергии в результате ступенчатого развития трещины, на спектральные составляющие и их анализе (см., Способ повышения эффективности диагностики дисков авиационных газотурбинных двигателей, Патент на изобретение №2623856).

Недостатком данных способов является то, что они, предоставляя возможность выявить диск с трещиной, не показывают, как определить глубину развития трещины в диске и степень опасности его разрушения. В то же время известно, что процесс развития трещины в диске длительный по времени и является результатом действия многих циклов нагружения. Поэтому до некоторого критического размера трещины в диске и, как следствие, до определенного уровня импульса, повреждение является безопасным и при контролируемом развитии дефекта с использованием средств диагностики возможно продолжение испытаний и эксплуатации двигателя с таким диском (см., например, И.А. Биргер, Р.Р. Мавлютов, Сопротивление материалов, М., Наука, 1986, с. 458).

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа определения значений вибросигналов, замеренных на корпусе двигателя при развитии трещины в диске и возможности продолжения работы двигателя с диском с трещиной путем установления соотношения между импульсом энергии, выделяемой при ступенчатом развитии трещины в диске, и величиной вибросигнала на корпусе двигателя при имитации развития трещины в диске разрывом связи между корпусом двигателя и подвешенным грузом.

Поставленная задача решается за счет того, что исследуется излом разрушенного диска и определяются ширина усталостной «ступеньки» и длина трещин на разных стадиях развития дефекта. Импульс выделяемой при образовании очередной усталостной «ступеньки» энергии определяется по формуле:

где

F - сила, действующая в плоскости диска и развивающая трещину

где

t - ширина очередной «ступеньки» развивающейся трещины;

l - длина вновь образовавшейся «ступеньки»;

σb - предел прочности материала диска;

V - скорость развития трещины (см., например, В.З. Партон, В.Г. Борисковский. Динамика хрупкого разрушения, М. Машиностроение, 1988, с. 153).

Величины t, σb, V являются постоянными. Переменной величиной является только длина трещины 1. Определив при исследовании излома длину трещины на разных стадиях ее развития, можно по формуле (2) определить величины сил, вызывающих развитие трещины на этих стадиях.

Установление связи между рассчитанными величинами сил на разных стадиях развития дефекта и величинами вибродиагностических сигналов производится следующим путем. К корпусу двигателя подвешиваются поочередно грузы, вес которых соответствует величинам сил, вызывающих развитие трещины на разных стадиях разрушения диска (зазоры между грузами и «полом» в целях безопасности должны быть устранены). Затем связь между корпусом двигателя и грузом перерезается, что вызовет импульсное колебание корпуса, регистрируемое датчиком вибрации, установленным на корпусе двигателя. Так определяются интегральные диагностические вибросигналы BΣ, соответствующие различным стадиям развития трещины.

Эти интегральные вибросигналы подвергаются спектральному анализу и устанавливаются связи между величинами дискретных составляющих вибрации, являющихся вибродиагностическими сигналами, и величинами сил, прикладываемых к корпусу двигателя

Где Bi - вибросигнал с частотой fi, соответствующей резонансам, присущим системе двигателя в диапазоне рабочих оборотов.

Так можно определить предельные величины вибродиагностических сигналов, соответствующих началу окончательного не контролируемого разрушения диска, и минимальных значений вибросигналов, превышающих уровень вибрационного «шума».

Следует учитывать, что из-за различий в индивидуальных массово-инерционных и упруго-жесткостных свойствах различных двигателей, а также из-за особенностей сборки отдельных двигателей величины вибродиагностических сигналов двигателей могут отличаться. Поэтому полученные экспериментально значения вибродиагностических сигналов на стадии, предшествующей окончательному разрушению диска, следует скорректировать, введя коэффициент запаса:

где

ВкΣ - величина интегрального вибросигнала с учетом коэффициента запаса;

BΣ - величина замеренного интегрального вибросигнала,

к - принятый коэффициент запаса.

При использовании в качестве диагностических признаков развития трещины в диске результатов спектрального анализа импульса вибрации формула (3) будет иметь вид:

где

Bki - величина i-того вибросигнала (i=1…n), выявленного спектральным анализом с учетом коэффициента запаса;

n - количество вибросигналов с различной частотой, выявленных при спектральном анализе;

Bi - величина i-того замеренного вибросигнала.

Рассчитанные по формулам (3) и (4) уточненные значения вибросигналов следует считать предельно допустимыми, соответствующими началу окончательного не контролируемого разрушения диска, когда испытания или эксплуатация двигателя с дефектным диском должны быть прекращены.

Способ определения предельно допустимых значений вибросигналов корпуса газотурбинного двигателя с диском с трещиной, служащих для оценки возможности продолжения работы находящегося в эксплуатации двигателя с учетом развития трещины в его диске, отличающийся тем, что на основе исследования ступенчато развивавшихся трещин разрушившихся дисков и результатов измерения величин вибросигналов на корпусе двигателя при имитации импульса энергии, выделяющейся при ступенчатом развитии трещины в диске на разных стадиях разрушения, устанавливаются предельно допустимые значения вибросигналов, когда эксплуатация двигателей с диском, имеющим трещину, должна быть прекращена.



 

Похожие патенты:

Область применения - диагностика в эксплуатационных условиях двигателей внутреннего сгорания. Предлагаемый способ предусматривает следующий порядок действий: подают импульсы высокого напряжения на свечу зажигания и измерение напряжений пробоя искрового промежутка свечи зажигания проводят в двух функциональных состояниях двигателя: без вращения коленчатого вала и в состоянии выбега без подачи топлива в заданном интервале частоты вращения коленчатого вала в моменты достижения поршнем ВМТ на такте сжатия при полном открытии дроссельной заслонки, далее вычисляют произведение отношения измеренных напряжений пробоя, полученных в разных состояниях двигателя на величину атмосферного давления, полученные значения сопоставляют с нормативными и делают заключение о техническом состоянии цилиндропоршневой группы.

Изобретение относится к испытаниям газотурбинных двигателей, в частности к способам испытаний газотурбинных двигателей в боксах испытательных стендов. Способ характеризуется тем, что определяют величину приведенной тяги двигателя в испытательном боксе испытательного стенда с механически присоединенным и отсоединенным лемнискатным насадком и величину приведенной поправки на входной импульс стендовой тяги как разность приведенных величин стендовых тяг.

Изобретение относится к испытаниям автотранспортных средств на электромагнитную совместимость. В способе испытаний антенных кабелей автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю устанавливают автотранспортное средство с испытываемой антенно-фидерной системой в безэховую камеру и подвергают воздействию электромагнитного детерминированного широкополосного поля, спектр которого перекрывает заданную регламентом испытаний область частот, и проводят измерение уровней электромагнитных помех, наведенных электромагнитным полем, на выходе антенно-фидерной системы.

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование установок для стендовых испытаний регуляторов расхода газа. Предлагаемая стендовая установка для определения величины шарнирного момента регуляторов расхода газа содержит установленные в камеру сгорания заряд твердого топлива и воспламенитель, регулятор расхода с регулирующим элементом и привод, между которыми установлен датчик кинематических характеристик.

Метод динамического контроля эффективности прямого использования механической энергии в системе "приводной двигатель внутреннего сгорания - поршневой компрессор".

Изобретение относится к области диагностики технических систем для проверки промышленного оборудования и технических систем на предмет их надежной работы, к которым могут быть отнесены подшипники электродвигателей, ленточные конвейеры и т.п., и может быть использовано для диагностики электродвигателя технической системы на предмет его надежности.

Изобретение относится к области вибрационной диагностики объектов и может быть использовано для оценки технического состояния машин и механизмов. В состав системы входят виброанализатор, состоящий из микропроцессора, запоминающего устройства, дисплея, аналого-цифрового преобразователя, коммуникационного интерфейса, датчика, и площадка для измерения, устанавливаемая на машину, состоящая из соединительного крепления, носителя данных и коммуникационного интерфейса.

Кожух испытываемого двигателя для газотурбинного двигателя, предназначенный для замены летного кожуха газотурбинного двигателя во время испытания газотурбинного двигателя на испытательном стенде, содержит стенку, силиконовый слой, а также круглый или дугообразный фланец на каждом верхнем по потоку и нижнем по потоку конце стенки.

Изобретение относится к авиации и может быть использовано при испытаниях самолетов с турбореактивными двигателями, для определения достаточности охлаждения масла в расчетных температурных условиях.

Изобретение относится к системе (101, 201, 301) считывания положения коленчатого вала для двигателя, при этом система (101, 201, 301) считывания положения коленчатого вала содержит: импульсный диск (103, 203, 303); и датчик (105, 205, 305) положения, выполненный с возможностью обнаруживать угловое положение импульсного диска (103, 203, 303), при этом датчик (105, 205, 305) положения дополнительно выполнен с возможностью проходить через отверстие (121, 221, 321) в стенке (111, 211, 311) кожуха двигателя, причем датчик (105, 205, 305) положения имеет корпусной участок (123, 223, 323) и считывающий участок (125, 225, 325), при этом считывающий участок (125, 225, 325) находится на дальнем конце корпусного участка (123, 223, 323), при этом дальний конец корпусного участка находится рядом с импульсным диском (103, 203, 303) в установленной конфигурации, причем корпусной участок (123, 223, 323) имеет продольную ось (117, 217, 317), которая наклонена относительно радиальной плоскости импульсного диска (103, 203, 303), при нахождении в установленной конфигурации.

Группа изобретений относится к стендам для восстановления двигателей внутреннего сгорания - ДВС. Технический результат - уменьшение потребляемой мощности блока высокого напряжения. Решение указанных задач достигнуто в способе восстановления двигателя внутреннего сгорания, включающем подачу ионизированного воздуха через систему подачи воздуха в цилиндры и выхлопную систему с глушителем для очистки от сажи, копоти и углеводородов, тем, что ионизацию воздуха осуществляют при отрицательных импульсах давления воздуха, создаваемых пульсатором потока, установленным перед ионизатором, ионизацию воздуха осуществляют переменным током, частота блока высокого напряжения, питающего источник ионизации воздуха, соответствует частоте, создаваемой пульсатором потока, при этом максимальные и минимальные значения напряжения на выходе блока высокого напряжения и давления за пульсатором потока совпадают, а после ионизации повышают давление воздуха, после повышения давления воздуха осуществляют его подогрев. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх