Способ снижения уровня вибрации газотурбинного двигателя летательного аппарата

Авторы патента:

Потапов Алексей Юрьевич (RU)

Крутяков Сергей Станиславович (RU)

Васневский Владимир Антонович (RU)

Шарафиев Владимир Лотфуллович (RU)

G01M15/14 - Испытание машин и двигателей (испытание топливовпрыскивающей аппаратуры F02M 65/00; испытание зажигания двигателей внутреннего сгорания, например проверка синхронизации F02P 17/00; обнаружение стуков в двигателях внутреннего сгорания G01L 23/22)

F01D5/16 - для устранения вибрации лопаток

B64C17/00 - Способы и устройства для стабилизации летательных аппаратов, не отнесенные к другим группам

Владельцы патента RU 2784762:

Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") (RU)

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к способам снижения уровня вибрации, возникающей на резонансных частотах вращения ротора или роторов двухвального ГТД летательного аппарата, и может быть использовано в судовой технике и наземных газотурбинных установках. Сущность изобретения заключается в незначительном изменении частоты вращения ротора для ухода с резонансного режима путем временной корректировки положения лопаток регулируемого направляющего аппарата. В случае дальнейшего роста вибрации после корректировки САУ выполняет корректировку в противоположном направлении. Техническим результатом изобретения является возможность снижения повышенного уровня вибрации, возникающего на резонансных частотах вращения ротора, без изменения режима работы и практически неизменной тяге двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности, к способам снижения уровня вибрации, возникающей на резонансных частотах вращения ротора или роторов двухвального ГТД летательного аппарата и может быть использовано в судовой технике и наземных газотурбинных установках.

Известен способ снижения уровня вибрации при испытании газотурбинных двигателей, заключающийся в исследовании основных параметров узлов турбокомпрессорной части двигателя, включающих исследования посадки вала компрессора низкого давления (КНД) (патент РФ 2171460, G01M 15/14, G01M 15/00, опубликовано: 27.01.2001). В сборочном цехе при обнаружении отличия диаметров узел дорабатывают, при превышении биения КНД подбирают положение с минимальным биением, при неполучении посадки диска турбовинтового двигателя (ТВД) на вал КВД также производят доработку диска ТВД для обеспечения посадки с определенным натягом, исследуют дисбаланс облопаченных дисков, при этом дополнительно проводят исследования узлов допуска прямолинейности в дисках высокого и низкого давления. Таким образом, за счет исследования дополнительных узлов и устранения в них дефектов, влияющих на снижение вибрации данных узлов и двигателя в целом, существенно снижается уровень вибрации ГТД.

Недостатком аналога является невозможность его применения в эксплуатирующих организациях, а только на заводе-изготовителе при сборке двигателя.

Известен способ снижения уровней вибраций лопаточного колеса газотурбинного двигателя (патент FR 2447293, F01D 5/16, опубликовано: 10.04.2012), содержащем, по меньшей мере, одно и второе лопаточное колесо, когда эти колеса осуществляют движение по отношению друг к другу вокруг оси вращения и через них проходит газообразная текучая среда.

Способ также имеет аналогичный недостаток, а именно - контроль и снижение уровня вибрации осуществляется на стадии разработки и проектирования двигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения вибрации в рабочих лопатках турбомашины (патент РФ 2598985, опубликовано: 10.10.2016), при котором измеряют температуру газа перед или за турбиной, выявляют анализом температурного поля одноименную с резонансной гармонику и уменьшают ее амплитуду, для чего корректируют температурное поле изменением подачи топлива в форсунки камеры сгорания, осуществляют путем прекращения его подачи по меньшей мере в одну из форсунок на резонансном режиме, после прохождения которого подачу топлива восстанавливают.

Прототип также имеет существенный недостаток - при уменьшении количества подаваемого топлива путем отключения форсунок значительно снижается тяга двигателя, неожиданно для летчика снижается скорость ЛА, что влияет на безопасность полета.

Цель изобретения заключается в снижении повышенного уровня вибрации двигателя, возникающей на резонансных частотах (N_РЕЗ) на установившемся режиме работы двигателя без изменения режима работы и практически неизменной тяге двигателя, причем, снижение уровня вибрации возможно на двигателях, резонансные частоты которого точно не определены.

Поставленная цель достигается тем, что снижение уровня вибрации газотурбинного двигателя летательного аппарата на установившемся режиме работы, возникающей на резонансных частотах, достигается изменением частоты вращения ротора двигателя одной или двумя последовательными корректировками α_РНА - углов установки лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора.

Согласно изобретению предложен способ снижения уровня вибрации газотурбинного двигателя летательного аппарата, возникающей при работе двигателя на резонансных частотах, заключающийся в изменении частоты вращения ротора двигателя. Изменение частоты вращения ротора двигателя реализуется путем корректировки положения углов установки лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора на несколько градусов, в случае дальнейшего роста вибрации корректировка выполняется в противоположном направлении, корректировку проводит система автоматического управления двигателя при приближении к предельно допустимому уровню вибрации на установившемся режиме работы, при переходе двигателя на другой режим работы система автоматического управления восстанавливает измененные настройки положения углов установки лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора.

В рабочем диапазоне частоты вращения роторов встречаются резонансные частоты (рис. 1), которые зависят от множества факторов и часто не могут быть определены заранее. Так, в турбореактивном двухвальном двигателе наиболее опасная резонансная частота (N_РЕЗ) ротора высокого давления (РВД) зависит от частоты вращения ротора низкого давления, давления и температуры воздуха на входе в двигатель, конструкции и индивидуальных особенностей двигателя и т.д. Быстрое прохождение резонансной частоты при переходном режиме работы двигателя не представляет опасности, однако, если двигатель работает на резонансной или близкой к ней частоте некоторое время (установившийся режим) - вибрация начинает постепенно расти и превышает допустимую величину.

При работе двигателя система автоматического управления (САУ) устанавливает заданный угол α_РНА в зависимости от частоты вращения ротора высокого давления N_РВД (рис. 2).

Предлагается в программное обеспечение САУ ввести корректировку α_PHA на установившемся режиме работы двигателя при приближении уровня вибрации к предельно допустимому. Указанной корректировкой изменяется частота вращения ротора высокого давления, увеличение угла установки (открытие) приводит к снижению N_РВД, уменьшение (закрытие) - к росту N_РВД.

Корректировка α_РНА позволяет незначительно изменить N_РВД и уйти с резонансного режима, практически, без изменения тяги двигателя.

Если N_РЕЗ двигателя известна, изменение величины α_РНА выполняют таким образом, чтобы N_РВД отдалялась от резонансной частоты (путь А-В на рис. 1 и рис. 2).

Если N_РЕЗ точно не определена, изменение α_РНА может привести как к снижению (при удалении от пика резонансной частоты), так и к росту (при приближении к пику резонансной частоты) вибрации. САУ изменяет частоту вращения ротора изменением положения α_РНА (путь С - Д, рис. 1 и 2) и оценивает рост вибрации. При повышении вибрации САУ изменяет величину α_РНА в противоположную сторону (путь С - Е, рис. 1 и 2) для удаления от пика N_РЕЗ.

При переходе двигателя на другой режим работы (для ГТД ЛА -перемещением рычага управления двигателем) САУ автоматически убирает

корректировку α_РНА.

При последующих приближениях вибрации к максимально допустимому уровню, САУ двигателя повторяет методику по снижению вибрации.

Изобретение может быть применено с наибольшим эффектом при управлении турбореактивными авиационными двигателями, которые согласно ОТТ 4.1.3-86 должны обеспечивать автоматическую защиту двигателя от возникновения аварийных режимов работы.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность снижения повышенного уровня вибрации, возникающего на резонансных частотах вращения ротора, без изменения режима работы и практически неизменной тяге двигателя.

Способ снижения уровня вибрации газотурбинного двигателя летательного аппарата, возникающей при работе двигателя на резонансных частотах, заключающийся в изменении частоты вращения ротора двигателя, отличающийся тем, что изменение частоты вращения ротора двигателя реализуется путем корректировки положения углов установки лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора на несколько градусов, в случае дальнейшего роста вибрации корректировка выполняется в противоположном направлении, корректировку проводит система автоматического управления двигателя при приближении к предельно допустимому уровню вибрации на установившемся режиме работы, при переходе двигателя на другой режим работы система автоматического управления восстанавливает измененные настройки положения углов установки лопаток регулируемого направляющего аппарата компрессора.

Изобретение относится к области мониторинга, прогнозирования и оптимизации параметров функционирования энергоблоков электростанций. Способ комплексной оптимизации параметров энергоблока, включающего следующие агрегаты: паротурбинную и газотурбинную установки, котел-утилизатор и теплофикационную установку, основан на одновременном использовании эталонной модели и оперативном и непрерывном контроле эксплуатационных параметров и контроле за рабочим состоянием агрегатов в реальном времени, включая получение данных, характеризующих показатели технологических параметров работы объекта контроля через систему датчиков, интегрированных в штатную АСУ ТП энергоблока в режиме реального времени, а также значений параметров внешней среды, при этом: осуществляют автоматизированный анализ качества измерений, выявление недостоверных каналов передачи информации, отказы датчиков, корректировку данных статистическими методами, определяют режим работы оборудования, исходя из комбинаций значений технологических параметров и их динамики; проводят расчет номинальных теплофизических параметров энергоблока «в моменте» на основе исходно-номинальных показателей агрегатов; определяют теплофизические свойства рабочего тела в моменте и проводят расчет итоговых фактических технико-экономических показателей (ТЭП) энергоблока; оценивают наличие отклонений фактических показателей от нормативных, определенных исходно-номинальными характеристиками оборудования, рассчитывают потери за период нарастающим итогом, контролируют энергетическую эффективность; проводят расчет в динамике фактических ТЭП отдельных агрегатов энергоблока для первичной локализации топливной неэффективности; проводят анализ наличия отклонений фактических показателей от нормативных и выявляют ТЭП агрегатов, демонстрирующих значимые отклонения от требуемых номинальных значений; осуществляют мониторинг фактических значений технологических параметров и формируют эталонную модель функционирования энергоблока на базе выборки из массива ретроспективных значений параметров с автоматической корректировкой при изменении первичных данных, свидетельствующих о выходе из строя датчиков.

Стенд для испытания контрольных элементов, систем непрерывного контроля частиц изнашивания и фильтроэлементов системы смазки газотурбинных двигателей, работающих в масловоздушной смеси и масле // 2783721

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к стендам имитации масляного контура системы смазки газотурбинного двигателя (ГТД), испытания агрегатов систем смазки и их составляющих, и может быть использовано для проведения испытаний устройств оперативного бортового контроля технического состояния работающего ГТД на наличие металлических частиц износа трущихся поверхностей в потоке масла и масловоздушной смеси системы смазки двигателя, проведения сравнительных испытаний устройств оперативного бортового контроля и систем с варьированием величины прокачки и температуры рабочей среды.

Стенд для акустических испытаний электрогидравлических устройств, интегрируемых с резервуарами гидравлических жидкостей транспортных средств // 2783582

Стенд относится к средствам обеспечения исследований акустического шума электрогидравлических агрегатов, встраиваемых в резервуары гидравлических жидкостей транспортных средств. Стенд содержит регистрирующую и анализирующую аппаратуру, источник питания, измерительные микрофоны, подвес, а также выполненный в виде параллелепипеда каркас, включающий в себя стойки и ригели.

Способ определения количества выходящих из строя объектов с использованием данных о наработках эксплуатируемых технических объектов // 2782634

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам определения количества выходящих из строя объектов с использованием данных о наработках эксплуатируемых технических объектов. Предлагается способ определения количества выходящих из строя объектов с использованием данных о наработках эксплуатируемых технических объектов при фиксировании времени первого события отказа и вычислением их остаточных ресурсов.

Автоматизированный комплекс мониторинга качества топлива двигателя внутреннего сгорания транспортных средств // 2782630

Изобретение может быть использовано в устройствах для стендовых испытаний двигателей внутреннего сгорания. Автоматизированный комплекс мониторинга качества топлива двигателя внутреннего сгорания транспортных средств содержит испытуемый двигатель (1), датчик (2) частоты вращения коленчатого вала, датчик (3) распределительного вала, датчик (4) давления газа в цилиндре двигателя, датчик (5) положения дроссельной заслонки, датчик (6) детонации, датчик (7) угловых отметок коленчатого вала, датчик (8) концентрации кислорода и датчик (9) массового расхода воздуха.

Способ безразборного контроля предотказного состояния шатунных подшипников двигателей внутреннего сгорания // 2782036

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано в бортовой системе диагностирования двигателей внутреннего сгорания (ДВС) при безразборном контроле предотказного состояния шатунных подшипников. Способ безразборного контроля предотказного состояния шатунных подшипников ДВС заключается в определении давления масла в каналах по оси коленчатого вала, где находится сумма измеренного давления масла в непосредственной близости к поверхности коренной шейки и взятых со знаком «минус» математически вычисленных в программном блоке бортовой системы диагностирования потерь давления масла в каналах коленчатого вала от действия центробежных сил при переходе от поверхности коренной шейки до оси коленчатого вала.

Способ функционального диагностирования жидкостного ракетного двигателя при огневом испытании // 2781738

Изобретение относится к области функционального диагностирования сложных технических систем, в частности жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ основан на использовании текущих измеренных в процессе огневого испытания значений параметров функционирования ЖРД, математической модели нормально функционирующего двигателя и характеристиках, полученных при автономных испытаниях, с помощью которых формируются диагностические признаки, определяющие нормальное или ненормальное функционирование с указанием момента времени возникновения и локализации неисправности.

Стенд для испытания внутрискважинного оборудования с имитацией реальных условий // 2781682

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для тестирования и испытания различного серийного, а также вновь создаваемого внутрискважинного оборудования. Стенд для испытания внутрискважинного оборудования с имитацией реальных условий включает обсадную и лифтовую колонны, средство для обогрева обсадной колонны и насосную установку.

Устройство для испытания бортовой двигательной установки // 2781086

Изобретение относится к автоматическому испытательному устройству и компонентам, связанным с испытательным оборудованием и имитационной камерой для спутниковой бортовой двигательной установки. Интерфейсный узел для присоединения бортовой двигательной установки к испытательному оборудованию включает в себя опорный элемент, выполненный с возможностью присоединения манипуляторной системы, и монтажный элемент, выполненный с возможностью присоединения к бортовой двигательной установке.

Многофункциональный почвенный канал с комбинированной передвижной тележкой для испытания малогабаритных сельскохозяйственных машин // 2780296

Изобретение относится к оборудованию для проведения испытаний малогабаритных сельскохозяйственных машин, орудий и их рабочих органов в условиях различных степеней увлажнения и пористости почвы канала. Почвенный канал представляет собой кирпичную емкость прямоугольного сечения, заполненную разрыхленной и уплотненной почвой.

Лопаточный аппарат с ответвлениями на кожухе компрессора осевой турбомашины и турбомашина // 2697296

Лопаточный аппарат осевой турбомашины содержит полукруглый ряд проходящих радиально лопаток и кожух. Каждая лопатка содержит лопасть и боковые ответвления, причем у каждого ответвления есть конец с соединительной кромкой, соединенный с лопастью, и конец, радиально противоположный лопасти.