RU2751467C1 - Method for rapid diagnostics of pre-surge condition of gas turbine engines of aircraft - Google Patents
Method for rapid diagnostics of pre-surge condition of gas turbine engines of aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751467C1 RU2751467C1 RU2020135815A RU2020135815A RU2751467C1 RU 2751467 C1 RU2751467 C1 RU 2751467C1 RU 2020135815 A RU2020135815 A RU 2020135815A RU 2020135815 A RU2020135815 A RU 2020135815A RU 2751467 C1 RU2751467 C1 RU 2751467C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surge
- amplitudes
- sensor
- gas turbine
- gte
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к диагностике состояния газотурбинных двигателей (ГТД) воздушных судов (ВС), а именно к диагностике предпомпажного состояния и может быть использовано с целью оперативного выявления предпомпажных режимов работы ГТД для своевременного применения существующих противопомпажных систем ВС, которые при своевременном включении не допускают выхода из строя или разрушения ГТД ВС.The invention relates to aviation technology, in particular to the diagnosis of the state of gas turbine engines (GTE) of aircraft (AC), namely to the diagnosis of the pre-surge condition and can be used to quickly identify the pre-surge modes of the GTE operation for the timely use of existing anti-surge systems of the aircraft, which, when timely switching on does not allow the failure or destruction of the aircraft gas turbine engine.
Известен способ диагностики помпажа компрессора [патент США №25178801, G01M 15/00, апрель, 1978], при котором измеряют температуру газов перед турбиной и частоту вращения ротора компрессора. При развитии срыва потока в компрессоре возрастает температура газов перед турбиной и снижается частота вращения ротора и вывод о развитии помпажа в компрессоре делают в случае превышения порогового значения отношения температуры газов перед турбиной к частоте вращения ротора.A known method for diagnosing compressor surge [US patent No. 25178801, G01M 15/00, April, 1978], in which the temperature of the gases in front of the turbine and the rotational speed of the compressor rotor are measured. With the development of a flow stall in the compressor, the temperature of the gases in front of the turbine increases and the rotor speed decreases, and the conclusion about the development of surge in the compressor is made if the threshold value of the ratio of the temperature of the gases in front of the turbine to the rotor speed is exceeded.
Недостатком способа является то, что величина отношения температуры газов перед турбиной к частоте вращения ротора зависит не только от помпажного, но и от других режимов работы ГТД, например, при дросселировании, на основании чего может быть сделан ложный вывод о наличии помпажа.The disadvantage of this method is that the value of the ratio of the temperature of the gases in front of the turbine to the rotor speed depends not only on surging, but also on other modes of GTE operation, for example, when throttling, on the basis of which a false conclusion can be made about the presence of surging.
Известен способ диагностики помпажа компрессора [патент РФ №2382909, С2, опубликовано 27.02.2010, бюл. №6], при котором измеряют давление за компрессором, температуру газа за турбиной и частоту вращения ротора, затем производят вычисление производной давления за компрессором ГТД и температуры газа за турбиной и сравнивают полученное отношение производных температуры и давления к частоте вращения ротора с заданным пороговым значением, и, в случае превышения полученной величиной порогового значения, делают вывод о наличии помпажа компрессора.A known method for diagnosing compressor surge [RF patent No. 2382909, C2, published 02/27/2010, bull. No. 6], in which the pressure downstream of the compressor, the gas temperature downstream of the turbine and the rotor speed are measured, then the derivative of the pressure downstream of the GTE compressor and the gas temperature downstream of the turbine are calculated and the ratio of the derivatives of temperature and pressure to the rotor speed is compared with a predetermined threshold value, and, if the obtained value exceeds the threshold value, it is concluded that the compressor surge is present.
Недостатком этого способа является то, что это способ позволяет устанавливать наличие помпажа уже при фактическом наступлении помпажного режима работы компрессора, так как пороговое значение назначают достаточно высоким при этом недостаточно количество времени для применения противопомпажных средств защиты для того чтобы предотвратить помпаж. Снижение порогового значения для более ранней диагностики помпажа может привести к получению ложных выводов о наличии помпажа при изменении режимов работы ГТД.The disadvantage of this method is that this method makes it possible to establish the presence of surge already at the actual onset of the surge mode of the compressor operation, since the threshold value is set high enough and there is not enough time for the use of anti-surge protection means in order to prevent surge. Lowering the threshold value for an earlier surge diagnosis may lead to false conclusions about the presence of surge when changing the operating modes of the gas turbine engine.
Близких аналогов заявленного способа оперативного диагностирования предпомпажного состояния газотурбинных двигателей воздушных судов не выявлено.No close analogs of the claimed method for operational diagnostics of the pre-surge state of aircraft gas turbine engines have been identified.
Техническим результатом применения заявленного способа является повышение достоверности определения начала развития предпомпажных процессов авиационных двигателей что обеспечивает увеличение времени для применения противопомпажных средств защиты за счет раннего обнаружения предпомпажного режима работы ГТД.The technical result of the application of the claimed method is to increase the reliability of determining the beginning of the development of pre-surge processes of aircraft engines, which provides an increase in the time for the use of anti-surge protection means due to early detection of the pre-surge mode of operation of the gas turbine engine.
Технический результат достигается тем, что принимают акустические сигналы, по меньшей мере, одного виброакустического датчика, установленного в зоне компрессора на силовых элементах, измеряют амплитуды сигналов датчика, разделяют полученные амплитуды акустического сигнала на выборки по времени, для которых вычисляют центральные моменты второго, четвертого порядков, а также дисперсию, с использованием полученных данных вычисляют инвариант распределения амплитуд сигналов выборки каждого датчика, сравнивают его с заданным значением, при выполнении условия I≥2 хотя бы для одного датчика, где I -инвариант распределения амплитуд акустического сигнала, принимают решение о наличии предпомпажного режима работы газотурбинного двигателя и подают сигнал на применение противопомпажных средств защиты.The technical result is achieved by the fact that the acoustic signals of at least one vibroacoustic sensor installed in the compressor zone on the power elements are received, the amplitudes of the sensor signals are measured, the obtained amplitudes of the acoustic signal are divided into time samples, for which the central moments of the second, fourth orders are calculated , as well as variance, using the data obtained, the invariant of the distribution of the amplitudes of the sample signals of each sensor is calculated, it is compared with a given value, if the condition I≥2 is fulfilled for at least one sensor, where I is the invariant of the distribution of the amplitudes of the acoustic signal, a decision is made on the presence of a pre-surge operating mode of the gas turbine engine and give a signal for the use of anti-surge protection means.
Известно, [Л.Д. Колесинский, Исследование процессов развития вращающегося срыва в осевом компрессоре после нарушения газодинамической устойчивости, Ученые записки ЦАГИ №1-2, 2008, С. 92-97], что предпомпажное состояние ГТД характеризуется степенью развития вращающегося срыва на одной или нескольких ступеней компрессора. Вращающийся срыв приводит к возникновению акустических колебаний, при воздействии которых на детали компрессора возникают механические колебания, распространяющиеся в виде вибрации по всем конструктивным элементам ГТД. Образование вращающегося срыва позволяет диагностировать предпомпажный режим работы ГТД и анализ виброакустических процессов при работе ГТД позволяет обнаружить начало предпомпажного режима работы ГТД. Так же известно, [Попов А.В., Романов А.А., Волошина B.C. Разработка аппаратно-программного комплекса акустической диагностики предпомпажного состояния газотурбинных двигателей Информационно-аналитический журнал «Инженер и промышленник сегодня» №№1-2 март-апрель 2020. С. 36-39], что распределение амплитуд акустического сигнала исправно работающего ГТД близко к нормальному закону распределения случайных величин. О наличии предпомпажного режима работы ГТД будет говорить отклонение распределения амплитуд акустического сигнала, полученного при работе ГТД от нормального теоретического распределения случайных величин. Поэтому согласно изобретению принимают акустические сигналы, по меньшей мере, одного виброакустического датчика, установленного в зоне компрессора на силовых элементах, измеряют амплитуды сигналов датчика, разделяют полученные амплитуды акустического сигнала на выборки по времени, для которых вычисляют центральные моменты второго, четвертого порядков, а также дисперсию, с использованием полученных данных вычисляют инвариант распределения амплитуд сигналов выборки каждого датчика, сравнивают его с заданным значением, при выполнении условия I≥2 хотя бы для одного датчика, где I - инвариант распределения амплитуд акустического сигнала, принимают решение о наличии предпомпажного режима работы газотурбинного двигателя и подают сигнал на применение противопомпажных средств защиты.It is known that [L.D. Kolesinsky, Investigation of the development of rotary stall in an axial compressor after gas-dynamic stability violation, TsAGI Scientific Notes No. 1-2, 2008, pp. 92-97] that the pre-surge state of a gas turbine engine is characterized by the degree of rotational stall development at one or several compressor stages. Rotating stall leads to the occurrence of acoustic vibrations, when exposed to the parts of the compressor, mechanical vibrations occur, which propagate in the form of vibration along all structural elements of the gas turbine engine. The formation of a rotating stall makes it possible to diagnose the pre-surge mode of the GTE operation, and the analysis of vibroacoustic processes during the operation of the GTE makes it possible to detect the beginning of the pre-surge mode of the GTE operation. It is also known [Popov A.V., Romanov A.A., Voloshin B.C. Development of a hardware and software complex for acoustic diagnostics of the pre-surge state of gas turbine engines Information and analytical journal "Engineer and Industrialist Today" No. 1-2 March-April 2020. P. 36-39] that the distribution of the amplitudes of the acoustic signal of a properly operating GTE is close to the normal law distribution of random variables. The presence of the pre-surge mode of the GTE operation will be indicated by the deviation of the distribution of the amplitudes of the acoustic signal obtained during the operation of the GTE from the normal theoretical distribution of random variables. Therefore, according to the invention, the acoustic signals of at least one vibroacoustic sensor installed in the compressor zone on the power elements are received, the amplitudes of the sensor signals are measured, the obtained amplitudes of the acoustic signal are divided into time samples, for which the central moments of the second, fourth orders are calculated, and also variance, using the obtained data, the invariant of the distribution of the amplitudes of the sample signals of each sensor is calculated, it is compared with a given value, if the condition I≥2 is fulfilled for at least one sensor, where I is the invariant of the distribution of the amplitudes of the acoustic signal, a decision is made on the presence of a pre-surge mode of operation of the gas turbine engine and give a signal for the use of anti-surge protection.
Разработанный способ может быть реализован с помощью устройства, представленного на фиг. 1, где 1.1…1.n - блоки регистрации акустического сигнала с ГТД; 2.1…2.n - блоки вычисления центральных моментов второго и четвертого порядков для амплитуд акустических сигналов; 3.1…3.n - блоки вычисления дисперсии для амплитуд акустических сигналов; 4.1…4.n - блоки вычисления инварианта для амплитуд акустических сигналов; 5 - схема сравнения полученных инвариантов с заданным значением и подача сигнала для применения противопомпажных средств защиты.The developed method can be implemented using the device shown in FIG. 1, where 1.1 ... 1.n - blocks for recording an acoustic signal from a gas turbine engine; 2.1 ... 2.n - blocks for calculating the central moments of the second and fourth orders for the amplitudes of acoustic signals; 3.1 ... 3.n - blocks for calculating the dispersion for the amplitudes of acoustic signals; 4.1… 4.n - blocks for calculating the invariant for the amplitudes of acoustic signals; 5 is a diagram for comparing the obtained invariants with a given value and giving a signal for the use of anti-surge protection means.
Назначение элементов устройства ясны из названия. Устройство работает следующим образом: Виброакустические датчики (1.1…1.n) установленные в зоне компрессора на силовых элементах, измеряют амплитуды сигналов датчика, разделяют полученные амплитуды акустического сигнала на выборки по времени, для которых в блоках 2.1…2.n и 3.1…3.n вычисляют центральные моменты второго, четвертого порядков, а также дисперсию, с использованием полученных данных в блоках 4.1…4.n вычисляют инвариант распределения амплитуд сигналов выборки каждого датчика, в блоке 5 сравнивают его с заданным значением (Iзад.), при выполнении условия I≥2 хотя бы для одного датчика, где I - инвариант распределения амплитуд акустического сигнала, принимают решение о наличии предпомпажного режима работы газотурбинного двигателя и подают сигнал на применение противопомпажных средств защиты.The purpose of the device elements is clear from the name. The device works as follows: Vibroacoustic sensors (1.1 ... 1.n) installed in the compressor zone on the power elements, measure the amplitudes of the sensor signals, divide the obtained amplitudes of the acoustic signal into time samples, for which in blocks 2.1 ... 2.n and 3.1 ... 3 .n calculate central moments of the second, fourth order dispersion as well as by using the data obtained in blocks 4.1 ... 4.n calculating signal amplitude distribution invariant sampling of each sensor, in
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135815A RU2751467C1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Method for rapid diagnostics of pre-surge condition of gas turbine engines of aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135815A RU2751467C1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Method for rapid diagnostics of pre-surge condition of gas turbine engines of aircraft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751467C1 true RU2751467C1 (en) | 2021-07-14 |
Family
ID=77019812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135815A RU2751467C1 (en) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | Method for rapid diagnostics of pre-surge condition of gas turbine engines of aircraft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751467C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114183251A (en) * | 2021-11-08 | 2022-03-15 | 陕西千山航空电子有限责任公司 | Surge protection control method for aircraft engine |
| RU2789169C1 (en) * | 2022-04-06 | 2023-01-30 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for detecting surging and rotating stall of a compressor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4083235A (en) * | 1977-05-25 | 1978-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Compressor stall warning system |
| RU2382909C2 (en) * | 2008-05-15 | 2010-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of diagnostics of stalling and surging |
| RU2527850C1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of control over gas turbine engine compressor actuators |
-
2020
- 2020-10-29 RU RU2020135815A patent/RU2751467C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4083235A (en) * | 1977-05-25 | 1978-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Compressor stall warning system |
| RU2382909C2 (en) * | 2008-05-15 | 2010-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of diagnostics of stalling and surging |
| RU2527850C1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of control over gas turbine engine compressor actuators |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114183251A (en) * | 2021-11-08 | 2022-03-15 | 陕西千山航空电子有限责任公司 | Surge protection control method for aircraft engine |
| RU2789169C1 (en) * | 2022-04-06 | 2023-01-30 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for detecting surging and rotating stall of a compressor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5190464B2 (en) | Non-contact blade vibration measurement method | |
| RU2480806C2 (en) | Gas turbine operation analysis method | |
| JP2517213B2 (en) | Device for detecting low power in at least one cylinder of a multi-cylinder engine | |
| US7775107B2 (en) | Measuring rotor imbalance via blade clearance sensors | |
| EP1734354A2 (en) | Engine status detection with external microphone | |
| CN108699966B (en) | Surge detection method for supercharger and surge detection device | |
| US20110213569A1 (en) | Method and device for detecting cracks in compressor blades | |
| US20150345325A1 (en) | Rotating machinery monitoring system | |
| RU2751467C1 (en) | Method for rapid diagnostics of pre-surge condition of gas turbine engines of aircraft | |
| Krause et al. | Asynchronous response analysis of non-contact vibration measurements on compressor rotor blades | |
| US11422024B2 (en) | Method for detecting a defect in a vibration sensor, associated device and computer program | |
| Hu et al. | Novelty detection methods for online health monitoring and post data analysis of turbopumps | |
| RU2310180C1 (en) | Method of testing gas turbine engines | |
| RU2773588C1 (en) | Method for spectral assessment of the occurrence of the pre-surge condition of aircraft gas turbine engines | |
| RU2658118C1 (en) | Method for diagnostics of bearing assemblies of a turbojet engine | |
| RU2411466C1 (en) | Method of detecting resonance oscillations of turbo-machine rotor blades | |
| CN111319787B (en) | Helicopter moving part vibration monitoring data validity evaluation method | |
| Chiatti et al. | Automotive turbocharger speed estimation via vibration analysis for combustion optimization | |
| RU2790899C1 (en) | Enhancement of the reliability of diagnosing the surge state of a gas turbine compressor | |
| Pazdrii et al. | Vibroacoustic condition monitoring of the complex rotation system based on multilevel signal processing | |
| CN112947597A (en) | Self-healing regulation and control method for misalignment fault of connecting shafting of diesel engine | |
| CN114962305B (en) | Online detection method, device, system, equipment and medium for instability of gas compressor | |
| Silvestri et al. | Experimental investigation on the vibrational and fluid dynamics behaviour of a turbocharger compressor in the transition to surge operation | |
| Guzel’baev et al. | Methods of rotating stall and surge detection in centrifugal compressors | |
| RU2812379C1 (en) | Method for diagnosing condition of gas turbine engine |