RU2258923C1 - Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы - Google Patents
Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258923C1 RU2258923C1 RU2004101365/28A RU2004101365A RU2258923C1 RU 2258923 C1 RU2258923 C1 RU 2258923C1 RU 2004101365/28 A RU2004101365/28 A RU 2004101365/28A RU 2004101365 A RU2004101365 A RU 2004101365A RU 2258923 C1 RU2258923 C1 RU 2258923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- signal
- dispersion
- jet
- calculated
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 claims description 10
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 230000003121 nonmonotonic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их производства, испытаний и эксплуатации. Технический результат: повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей. Сущность: за срезом сопла, вне двигателя и вне его реактивной газодинамической струи, устанавливают электростатическую антенну для регистрации пульсации электрического поля, создаваемого заряженными частицами (электронами, ионами, микрочастицами), присутствующими в двигательной струе. Вычисляют дисперсию σj по выборке из N точек регистрируемого сигнала в течение времени контроля через заданный промежуток времени на заданном интервале времени. Определяют характерные частоты в спектре зарегистрированного сигнала, сравнивают вычисленную дисперсию σj с заданной, заранее определенной, эталонной величиной σ*. При выходе величины σj из заданного диапазона и наличии в спектре частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для повышения эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их производства, испытаний и эксплуатации.
В последние годы широкое развитие получили нетрадиционные способы диагностики газотурбинных двигателей. К таким способам относится метод бесконтактной диагностики состояния газотурбинных двигателей. В основе способа лежит регистрация заряженных частиц (электронов, ионов, микрочастиц) в авиационных двигательных струях. Эти частицы образуются в камере сгорания в процессе горения топливовоздушной смеси, при эрозии и разрушении элементов двигателя, или попадают в двигатель извне. Заряженные частицы создают в окружающем газодинамическую двигательную струю пространстве нестационарное электростатическое поле, которое регистрируется специальными зондами-антеннами. На основе полученных сигналов можно получить информацию о процессах, происходящих в двигателе, выявить и спрогнозировать аномалии, имеющиеся в нем. Это повышает безопасность эксплуатации авиационной техники, снижает затраты при ее обслуживании и обеспечивает оперативность принятия решений.
Известен способ регистрации неисправностей двигателей, патент US 5552711 от 03.09.1996 г., на основе анализа частот электромагнитного излучения имеющихся в двигательной струе разного сорта ионов, возникающих как при горении топливовоздушной смеси в камере сгорания так и при появлении (и сгорании) в проточной части газотурбинного двигателя металлических частиц, образующихся при эрозии или разрушении элементов двигателя.
Недостатком данного технического решения является то, что данный способ довольно сложен и трудно применим на практике из-за необходимости точного определения частоты излучения регистрируемых ионов разного сорта, выявления отличий ионов, возникших при неисправности двигателя от ионов, появляющихся в двигательной струе в результате процессов, происходящих в исправном двигателе. Дополнительной сложностью является необходимость учета влияния магнитного поля земли на результаты измерений.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятому за прототип является способ электростатической диагностики, описанный в патенте US 4607337 от 19.08.1986 г. и в статье Couch R.P. Detecting abnormal turbine engine deterioration using electrostatic method, AIAA Paper №1473, 1978 г., которые описывают способы установки электростатических зондов для регистрации заряженных частиц и алгоритмы обработки полученной информации. В процессе работы сигналы с трех зондов, установленных в проточной части двигателя, записываются и анализируются, и на основе установленных критериев делается заключение о наличии и типе отклонений от нормальной работы диагностируемого двигателя.
Недостатками данных способов являются: необходимость специального препарирования двигателя для установки внутри него трех зондов; необходимость достаточно сложного анализа по более чем 10 критериям, значения которых могут зависеть от конкретного диагностируемого двигателя; отсутствие спектрального анализа, который позволяет определить неисправность двигателя по характерным газодинамическим или двигательным частотам регистрируемого сигнала. Все это усложняет принятие решения об исправности или неисправности двигателя.
Технической задачей заявляемого способа является повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей при их испытаниях и в эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что за срезом сопла, вне двигателя и вне его реактивной газодинамической струи, устанавливают электростатическую антенну для регистрации пульсаций электрического поля, создаваемого заряженными частицами (электронами, ионами, микрочастицами), присутствующими в двигательной струе. Контроль исправности двигателя осуществляют проведением статистического анализа зарегистрированного сигнала, вычисляют дисперсию σj по выборке из N точек регистрируемого сигнала в течение времени контроля Т, через заданный промежуток времени τр, на заданном интервале времени τ, определяют характерные частоты в спектре зарегистрированного сигнала, сравнивают вычисленную дисперсию σj с заданной, заранее определенной, эталонной величиной σ*. При выходе величины σj из заданного диапазона и наличии в спектре частот, отличных от эталонных, производят контроль параметров работы двигателя (nВД или tT*) и при достижении их предельных значений выдается сигнал "Неисправность".
На фиг.1 представлена схема электростатической антенны для регистрации заряженных частиц в авиационных двигательных струях.
На фиг.2 представлена типичная временная развертка регистрируемого сигнала.
На фиг.3 представлен алгоритм диагностирования газотурбинного двигателя на установившихся нефорсированных режимах.
Электростатическая антенна, представленная на фиг 1, состоит из чувствительного элемента - металлического стержня 7, окруженного металлическим цилиндрическим экраном 2 с прорезью, обеспечивающим угол обзора антенны 90°. Чувствительный элемент и экран закрепляют в изоляторах и вмонтированы в платформу 3, выполненную также из изоляционного материала. В платформу 3 вставляют стандартный разъем 4 типа СР-50 для подключения предусилителя или аппаратуры регистрации, записи и обработки сигнала, а также пристыковывают металлический корпус 5 для непосредственного крепления антенны к штатным аэродромным устройствам. Фиксацию антенны в месте крепления обеспечивают с помощью стопорного винта 6.
Типичная временная развертка сигнала, зарегистрированного с помощью электростатической антенны, показана на фиг 2. Анализ данного сигнала осуществляют по алгоритму, схема которого представлена на фиг.3.
Реализацию заявляемого способа диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы осуществляют следующим образом.
1. Выбирают время Т контроля, например, длительность наземной гонки Т=20 мин.
2. Для контроля устанавливают длительность любого установившегося режима в течение заданного времени τр=1 мин.
3. Вводят эталонную характеристику дисперсии регистрируемого сигнала (σn=f(nВД) или σf=f(tT*) и назначают предельный допуск дисперсии сигнала σ*. Введению характеристик σn=f(nВД) или σf=f(tT*) и назначению величины σ* должны предшествовать испытания данного двигателя.
4. Измеряют низкочастотные параметры αРУД, nВД, tT*.
5. В конце установившегося режима на участке длительностью τ=1с обрабатывают N=2048 точек сигнала для вычисления текущего значения дисперсии по формуле,
где Фi - уровень сигнала, i=1...N.
6. Сравнивают полученное значение параметров σj≤σ*.
7. Если условие выполняется, то следует режим ожидания в течение τр=1 мин.
8. Если условие не выполняется, то без задержки выполняются два контрольных значения дисперсии σj+1≤σ*; σj+2≤σ*.
9. В случае невыполнения двух контрольных условий производят контроль измерения режима работы двигателя по параметрам nВД, tT *.
10. В случае отсутствия предельных значений nвд и tT * выполняют проверку условия 
и в дальнейшем производят корректировку параметра σ* к новым nВД (tT *) и возврат к режиму ожидания.
11. Если значения параметров по п.9 достигают заданных предельных уровней, то производят снижение режима и выявление неисправности,
где nВД - частота вращения ротора высокого давления;
tT * - температура газа за турбиной;
αруд - угол поворота рычага управления двигателем;
Т - время контроля;
τр - длительность установившегося режима;
τ - время регистрации сигнала;
σn, σf - эталонные значения дисперсии сигнала исправного двигателя;
σ* - предельное допустимое значение дисперсии сигнала;
N - количество точек, по которым производится расчет дисперсии;
Фi - уровень сигнала в i-й точке;
σj - текущее значение дисперсии сигнала;
nВД пред, t*Тпред, αруд max - предельные значения частоты вращения ротора высокого давления, температуры газа за турбиной и угла поворота рычага управления двигателем.
При этом характерные частоты со в спектре зарегистрированного сигнала по спектру мощности этого сигнала. Частоты сравнивают с характерными частотами σ* для данного режима работы двигателя, а появление в спектре сигнала частот, отличных от эталонных, свидетельствует о наличии неисправности в двигателе.
Введение сигнала с антенны при выявлении предельных уровней nВД или ω* (возможно добавление параметра "Предельные вибрации") позволяет по параметру σ* выявлять неисправности, связанные с эрозией, разрушением элементов конструкции двигателя, ухудшением горения в основной камере сгорания.
Поведение сигнала, связанное с ростом до максимального уровня и последующим снижением его амплитуды на неустановившихся режимах, не следует считать аномальным режимом. В процессе приемистости, как показали исследования, происходит достаточно быстрая перестройка временной развертки и спектра электрического сигнала. В отличие от изменения газодинамических параметров в течение времени Δt, которое происходит монотонно, изменение сигнала оказывается немонотонным и характеризуется наличием резких максимумов. Следует отметить, что постоянное увеличение уровня сигнала до максимального значения происходит при дозировании избытка расхода топлива в основной камере сгорания автоматом приемистости системы автоматического управления двигателем.
Введение предельного сигнала наряду с появлением сигнала с уровнями nВД=nВД пред или tT *=t* T пред повышает достоверность выявления неисправности и эффективность контроля технического состояния газотурбинных двигателей, так как наличие предельных параметров nВД пред и t* T пред может быть вызвано и другими факторами, например изменениями условий окружающей среды, например, высокой температурой воздуха на входе в двигатель, порывами ветра, погрешностями или отказами САУ, а появление сигнала "Предельные вибрации" - отказами аппаратуры измерения вибраций.
При диагностике газотурбинных двигателей на установившихся режимах необходимо корректно выбирать временные участки для контроля и учитывать при анализе σ* особенность изменения сигнала на неустановившихся режимах работы двигателя при расчете параметров σj+1 и σj+2.
Предлагаемый способ бесконтактной диагностики газотурбинных двигателей на штатных установившихся и неустановившихся режимах его работы позволяет, при его использовании, уменьшить эксплуатационные расходы и время для проведения диагностики как в ходе предполетной так и межполетной подготовки двигателя, обеспечивает высокую точность регистрации заряженных частиц в авиационных двигательных реактивных струях, повышая тем самым безопасности его летной эксплуатации.
Claims (1)
- Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы, заключающийся в том, что регистрируют электрический сигнал от реактивной газодинамической струи двигателя с помощью электростатической антенны и по результатам статистической обработки сигнала диагностируют неисправность двигателя, отличающийся тем, что электростатическую антенну устанавливают за срезом сопла двигателя вне его реактивной газодинамической струи, регистрируют пульсации электрического поля, создаваемого электронами, ионами и заряженными микрочастицами, присутствующими в двигательной струе, определяют величину дисперсии зарегистрированного сигнала по формуле
где σ - значение дисперсии сигнала;Фi - уровень сигнала в i-й точке;N - количество точек, по которым производят расчет дисперсии,определяют карьерные частоты в спектре мощности зарегистрированного антенной сигнала, сравнивают вычисленную дисперсию σ с заданной эталонной величиной σ* и при превышении вычисленной дисперсией своего эталонного значения и появлении в спектре мощности частот, отличных от эталонных, судят о наличии неисправности в двигателе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004101365/28A RU2258923C1 (ru) | 2004-01-21 | 2004-01-21 | Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004101365/28A RU2258923C1 (ru) | 2004-01-21 | 2004-01-21 | Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004101365A RU2004101365A (ru) | 2005-07-20 |
| RU2258923C1 true RU2258923C1 (ru) | 2005-08-20 |
Family
ID=35842123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004101365/28A RU2258923C1 (ru) | 2004-01-21 | 2004-01-21 | Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2258923C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474806C1 (ru) * | 2011-08-10 | 2013-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, Минпромторг России | Способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы |
| CN103576003A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-02-12 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法 |
| RU2669494C2 (ru) * | 2016-03-15 | 2018-10-11 | Зе Боинг Компани | Система и способ защиты конструктивной целостности пилона двигателя |
| RU2743089C1 (ru) * | 2020-09-09 | 2021-02-15 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Способ определения величины тока выноса электрически заряженных частиц в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
-
2004
- 2004-01-21 RU RU2004101365/28A patent/RU2258923C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2474806C1 (ru) * | 2011-08-10 | 2013-02-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации, Минпромторг России | Способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы |
| CN103576003A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-02-12 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 一种基于放射源的便携式空间电场检测仪及其测量方法 |
| RU2669494C2 (ru) * | 2016-03-15 | 2018-10-11 | Зе Боинг Компани | Система и способ защиты конструктивной целостности пилона двигателя |
| US10273017B2 (en) | 2016-03-15 | 2019-04-30 | The Boeing Company | System and method for protecting the structural integrity of an engine strut |
| RU2743089C1 (ru) * | 2020-09-09 | 2021-02-15 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Способ определения величины тока выноса электрически заряженных частиц в выхлопной струе авиационного газотурбинного двигателя в полёте |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004101365A (ru) | 2005-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1734354A2 (en) | Engine status detection with external microphone | |
| US5442285A (en) | NDE eddy current sensor for very high scan rate applications in an operating combustion turbine | |
| US10962580B2 (en) | Electric arc detection for probe heater PHM and prediction of remaining useful life | |
| EP3199939B1 (en) | Electrostatic dust and debris sensor for an engine | |
| US20110203276A1 (en) | Method And Device For Tracking The Degradation Of Insulators In A Rotary Machine | |
| JP5854468B2 (ja) | 非接触放電評価方法及び装置 | |
| US8185349B2 (en) | Plasma sensors and related methods | |
| CN107356434B (zh) | 用于涡轮机的增强现实测试方法和测试台 | |
| US9341462B2 (en) | Sensor for measuring blade tip clearance in gas turbines | |
| RU2310180C1 (ru) | Способ диагностики и прогнозирования надежности газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы | |
| CN110927538A (zh) | 一种变压器套管局部放电监测系统及方法 | |
| RU2258923C1 (ru) | Способ диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы | |
| RU2348911C1 (ru) | Способ диагностики газотурбинных двигателей при попадании посторонних предметов на их вход | |
| EP0256845A2 (en) | Jet engine gas path condition monitoring | |
| EP0120087A1 (en) | ELECTROSTATIC RING PROBE WITHOUT CONTACTS FOR COMBUSTION ENGINES. | |
| Rohani et al. | Classification of partial discharge detection technique in high voltage power component: A review | |
| CN115507896A (zh) | 一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置 | |
| CN109060363B (zh) | 实时检测加力燃烧室火焰场离子电流以进行试验的方法 | |
| CN115901937A (zh) | 一种集成化航空发动机叶尖间隙及损伤监测方法 | |
| RU2474806C1 (ru) | Способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы | |
| RU2272923C1 (ru) | Способ контроля вибрационного горения в камере сгорания газотурбинного двигателя | |
| Tamura et al. | Non-contact vibration measurement of the rotor blades that play a pivotal role in the reliability of gas turbines | |
| RU44392U1 (ru) | Бесконтактная электростатическая антенна для диагностики газотурбинных двигателей | |
| US20200088600A1 (en) | Measuring System for Turbine Engine | |
| Sheikh et al. | Invasive methods to diagnose stator winding and bearing defects of an induction motors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160122 |