ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВИБРАЦИИ ГТД

ОСНОВЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ГТД

ПО ШТАТНЫМ В И БРО ПАРАМЕТРАМ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВИБРАЦИИ ГТД

Вибрация (механические колебания) ГТД—это его реакция на действие приложенных возмущающих сил. Интенсивность и харак­тер вибрации определяются характером возмущающих сил (числом, частотой, амплитудой, местом и способом приложения) и свойствами двигателя как колебательной системы. Возмущающие силы, действующие в ГТД, зависят от принципа действия и особенностей конструкции двигателя, а также от условий его эксплуатации. Основными источниками вибрации ГТД являются роторы, аэроди­намические решетки компрессоров и турбин, зубчатые передачи, воздушный винт и подшипниковые узлы. Наиболее интенсивную вибрацию возбуждают роторы, поэтому бортовая (штатная) виброаппаратура предназначается обычно для измерения роторной вибрации двигателя.

Любую сложную вибрацию можно представить в виде совокуп­ности простых гармонических колебаний. Вибрация, возбуждаемая ротором, также близка к гармоническим колебаниям, поэтому рассмотрим соотношения и параметры, используемые для ее опи­сания. Так виброперемещение любой точки системы при гармо­нических колебаниях описывается законом синуса:

S(t) = S_а * sin (2πf*t). (3.1)

где S(t) и S_a — соответственно текущее значение и амплитуда виброперемещения:

f—частота колебаний.

Продифференцировав выражение (3.1), получим:

V(t)=S_a* 2π f cоs(2π ft) = V_a * сos(2 πft); (3.2)

a(t)= —4 S_a-n²psin (2 л ft) =—а_а sin (2 л ft). (3.3)

где V(t) и а(t)—виброскорость и виброускореиие.

Из выражений (3.1)...(3.3) следует, что амплитуды вибропереме- щения S_а, виброскорости V_a и виброускорения а_а связаны меж­ду собой соотношениями

V_а = 2πf *S_a ; а_а = 4π ²f ² * S_а = 2πf * V_а (3.4)

Графическое изображение гармонической вибрации в координатах внброскорость — время (временное представление) показано на рис. 1,а. Кроме временного представления для описания колебаний используется спектральное представление (спектр), которое гра­фически изображается в координатах амплитуда (например, виб- роскорости) — частота. Для получения спектра колебаний необ-

 

 

Рис. 1. Временное V(t) и спектральное V(f)
представление вибрации: а — однокомпонент-
ной ; б — двухкомпонентной
; в — трехкомпонентной

ходиmo выполнить преобразование наи временной реализацией вибрации, т. е. разложить ее в ряд Фурье. График спектра гармо­нических колебаний представляет собой отрезок прямой, парал­лельной оси ординат, а его длина равна амплитуде колебаний (рис. 1,а).

Современные авиационные ГТД выполнены, как правило, по двух- или трехвальной схеме. Поэтому общая роторная вибрация этих двигателей является суммой колебаний от отдельных рото­ров. Приближенно роторную вибрацию двухвального двигателя можно представить суммой двух, а трехвального двигателя — сум­мой трех грамонических колебаний

 

.

» ft

 

 

		Vv(t)
	Рис. 1. Временное V(l) и спектральное V'(/) представление вибрации: а — одиокомпонент- ной Vz (t) = V| (<); б — двухкомпонентной Vz (I) = V| (t) + Vt(t); в — трехкомпонентной Vi (/) = V, (t) + V, (0 + V#)

 

 

ходи mo выполнить преобразование наи временной реализацией вибрации, т. е. разложить ее в ряд Фурье. График спектра гармо­нических колебаний представляет собой отрезок прямой, парал­лельной оси ординат, а его длина равна амплитуде колебаний (рис. 1,а).

Современные авиационные ГТД выполнены, как правило, по двух- или трехвальной схеме. Поэтому общая роторная вибрация этих двигателей является суммой колебаний от отдельных рото­ров. Приближенно роторную вибрацию двухвального двигателя можно представить суммой двух, а трехвального двигателя — сум­мой трех грамонических колебаний.

 

 

Гармонические колебания, из которых состоит суммарная вибрация двигателя, называются составляющими (компонентами) вибрации. Если суммарная вибрация состоит из двух и более со­ставляющих, то график ее временного представления достаточно сложен (рис. 1,6,в) и его использование для анализа структуры вибрации (определение количества составляющих и их парамет­ров) не представляется возможным. Для этих целей проще ис­пользовать спектральное представление вибрации.

Спектр роторной вибрации однороторного двигателя содержит одну составляющую, т. е. вибрация является однокомпонентной (рис. 1,а). Роторная вибрация двухроторного двигателя является двухкомпонентной (рис. 1,6), а трехроторного — трехкомпонентной (рис. 1,в).

Основным недостатком амплитудных параметров (3.4) явля­ется то, что их трудно использовать при контроле интенсивности сложных колебаний.

В этой связи большую практическую ценность имеет так назы­ваемый модуль средневыпрямленного значения вибрационного процесса (например, виброскоростн)

V = 4-[ I V (О I ^dt (3-5)

(где Г — период колебаний) и среднее квадратическое значение! вибрационного процесса

r = [-y_r|V²(0^]'^/2' (3.6)

I

характеризующее энергию вибрации. Для гармонических колеба­ний существует однозначная связь между амплитудой и этими параметрами: •

= VT? = (я/2)-Р. (3.7)

Параметры, определяемые выражениями (3.5) и (3.6), доста­точно просто реализуются в виброизмерительной аппаратуре.

Обычно с помощью бортовой аппаратуры измеряют один из этих параметров виброскоростн. Поэтому величину параметра вибра­ции, измеренную бортовой аппаратурой, в дальнейшем будем обо­значать V.

3.1. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ БОРТОВОГО КОНТРОЛЯ

ВИБРАЦИИ

*

Бортовая виброизмерительная аппаратура обычно предназна­чена только для контроля интенсивности роторной вибрации дви­гателя. Величина роторной вибрации дает возможность оценить
не только состояние самого ротора, но и двигателя с опорами (подвеской) в целом.

Особенности контроля роторной вибрации ГТД связаны, преж­де всего, с диапазоном рабочих частот вращения роторов /_р. При этом необходимо с помощью аппаратурных средств из общей ви­брации двигателя выделить вибрацию с частотой, равной частоте вращения одного из роторов. Здесь также имеется определенная специфика. Так для ТВД характерно то, что частота вращения ротора турбокомпрессора (ТК) на рабочих режимах практически не изменяется или изменяется в достаточно узком диапазоне зна­чений. В этом случае вибрацию с частотой вращения ротора ТК относительно просто выделить, используя узкополосный электри­ческий фильтр с полосой пропускания частот Д/ (рис. 2,а). Такой фильтр пропускает только те составляющие вибрации, частоты которых попадают в полосу пропускания, а остальные подавляет. Примером применения данного способа фильтрации может слу­жить аппаратура ИВ-41, обеспечивающая измерение вибрации двигателей АИ-24, ЛИ-20К.

Для ТРД характерен значительный диапазон изменения частот

		гтк гтк Гмг Гмакь Гмг г МАКС г
	Рис. 2. Частотные полосы пропускании борто­вой аппаратуры измерения вибрации для раз­личных типов ГТД: а —- ТВД; 6 - одноротор- ный ТРД, в - двухроторный ТРДД; н - трех- вальный турбовентиляторный двигатель

 

 

вращения роторов с изменением режима работы двигателя. В этом случае выделение вибрации ротора обеспечивается полосовым фильтром,, полоса пропускания которого перекрывает весь диапа­зон изменения частоты вращения ротора (рис. 2,6). Нижняя час­тота полосы пропускания {„ выбирается при этом ниже частоты вращения ротора на режиме малого газа (fur), а верхняя /„—выше частоты вращения на максимальном режиме (/макс)

' В двухроторных ГТД полоса пропускания фильтра обычно перекрывает весь диапазон изменения частот вращения роторов НД и ВД (рис.2,в), причем /„ < /'”? и /„ > [шыс . По этому прин­ципу построена, например, штатная аппаратура ИВ-154 контроля в ни двигателей НК-8-2У.

 

и i-рехкаскадных турбовентиляторных ГТД диапазон частот вращения вентилятора существенно ниже частот вращения рото­ров СД и ВД. В случае, когда диапазоны частот вращения роторов не перекрываются, возможно применение аппаратуры с несколькими (например, с двумя) полосовыми фильтрами (рис. 2,г)( При этом один фильтр, имеющий полосу пропускания Л[ь обеспечивает пропускание составляющих вибрации с частотой

• вращения ротора вентилятора, а второй, имеющий полосу про­пускания Л/₂ — пропускание вибрации роторов турбокомпрес­сора. По такому принципу осуществляется работа аппаратуры контроля вибрации двигателя Д-36. При этом повышается досто­верность контроля двигателя в целом и имеется возможность оценки технического состояния отдельного ротора.

При реализации рассмотренных выше схем бортового, контроля используются разнообразные аппаратурные средства. Как пра­вило! бортовая аппаратура контроля вибрации ГТД содержит один или несколько вибропрербразователей, электронный блок, световую сигнализацию превышения уровня вибрации и стрелоч­ный указатель величины вибрации. Схема канала виброконтроля с одним датчиком изображена на рис. 3.

 

Р и с. 3. Структурная схема бортовой аппа­ратуры вибрации: 1 — двигатель; 2 — датчик вибрации; 3—электронный блок; 4 — стре­лочный указатель; 5 — сигнальная лампа

Вибропрсобразователь (датчик) предназначен для преобразо­вания механических колебаний двигателя в электрический сигнал Датчики устанавливаются на силовых элементах наружного кор- 6

пуса двигателя (корпус передней опоры, разделительный корпус, задняя подвеска).

Для измерения вибрации ГТД обычно используются пьезо­электрические и индукционные датчики (рис. 1.4). В пьезоэлектри-

Р и с. 4. Датчики вибрации; а — пьезоэлектри­ческий; б — индукционный; / — сейсмомасса; 2 — корпус; 3 — выводы; 4 — пьезоэлемент; •5 — катушка индуктивности; 6' — шарниры под­ вески; 7 — пружины

а

 

ческом датчике при перемещении его корпуса на сейсмомассу дей­ствует инерционная сила, которая, передаваясь на пьезоэлемент, вызывает его деформацию. При этом в кристалле возникает за­ряд. величина которого пропорциональна массе н виброускорению. В индукционном датчике сейсмомасса (постоянный магнит) под­вешена на пружинах и остается неподвижной при колебаниях. Корпус датчика с катушкой, перемещаясь в магнитное поле сейс­момассы, наводит ЭДС в индукционной катушке. Величина ЭДС пропорциональна виброскоростн.

В электронном блоке сигнал от датчика усиливается, произ­водится его частотная фильтрация, вычисление параметра, харак­теризующего величину вибрации, и вывод сигнала, пропорциональ­ного величине вибрации, на стрелочный указатель, а также фор­мируется управляющий сигнал при достижении вибрации предель­ного уровня.

Стрелочный указатель служит для отсчета величины (уровня) вибрации. На указателе расположен многопозиционный переклю­чатель. обеспечивающий подключения любого из датчиков к пока­зывающему прибору.

Сигнализация о достижении предельного уровня вибрации вы­водится на приборную доску и выполняется в виде светового таб­ло красного цвета с надписью «Опасная вибрация» или «Вибра­ция велнка».

 

 

типа ГТД.

■'Контроль состояния ГТД по предельным уровням вибрации обладает относительно малой чувствительностью к дефектам. * Опыт эксплуатации показывает, что при некоторых дефектах ро­тора (обрыв части лопатки, износ лопаток) параметр вибрации не достигает предельного уровня, а двигатель снимается с экс­плуатации по данным других контрольных систем (осмотр проточ­ной части, температура газов и т.п.).

 

 

I Опыт эксплуатации показывает, что к неисправностям, вызы­вающим изменение уровня вибрации, относятся:

разрушение элементов ротора — обрыв рабочих лопаток, бол­тов и т. д. (вызывает «скачок» уровня вибрации);

нарушение соединений роторов — вытяжка соединительных эле­ментов, смещение соединительных деталей (вызывает «ускорен­ный тренд»); %

возникновение и развитие трещин в дисках компрессора и тур­бин (вызывает «ускоренный тренд» уровня вибрации);

изнашивание деталей ротора — рабочих лопаток, лабиринтных уплотнений, подшипников (вызывает «тренд» уровня вибрации двигателей);

трещины рабочих лопаток турбнны и компрессоров (вызывают «ускоренный тренд» или «скачок» уровня вибрации);

разбанда жирование лопаток рабочих колес (вызывает «раз­брос» уровня вибрации двигателей);

образование крупных забоин, загибов рабочих лопаток (вызы­вает «скачок» уровня вибрации).

(Следует отметить, что изменения уровня вибрации могут быть обусловлены не только изменением технического состояния ГТД. Например, отказы впброизмерительной аппаратуры могут про­явиться в виде резкого снижения или увеличения, появления раз­броса или отдельных выбросов уровня вибрации. Кроме того, скач­кообразные изменения уровня вибрации могут произойти и в ре­зультате проведения работ по техническому обслуживанию, на­пример, при замене и регулировке виброаппаратуры, съеме и пере­становке двигателей, регулирбвке скольжения роторов, . смене ре­жима работы ГТД. на котором проводилась регистрация вибра­ции, и т. д. Поэтому при выполнении работ, которые могут повли­ять на показание виброаппаратуры, в специальном журнале делаются отметки с указанием даты проведения работ и их харак­тера. Для устранения ошибок, связанных с отказами виброаппз- ратуры, периодически контролируется ее исправность. Дополни­тельная проверка аппаратуры выполняется и при выявлении из­менений свойств вибрации.

Анализ тенденции изменения уровня вибрации и выявление неисправностей проводится на основе сопоставления следующих величин: текущего уровня вибрации; статистических характерис­тик случайного процесса изменения уровня вибрации конкретного двигателя: прогнозируемых характеристик случайного процесса изменения уровня вибрации.

Определение статистических характеристик процесса основы­вается на следующем. Совокупность регистрируемых значений уровня вибрации конкретного двигателя рассматривается как вы­борка значений случайного дискретного процесса, имеющего нор­мальное распределение со средним значением т и дисперсией D. Диапазон статистически возможных уровней вибрации, т. е. диа­пазон, в который укладываются значения уровней вибрации с ве­роятностью Pgi = 1—g| (где g\ — уровень значимости), опреде­лится следующими выражениями [5J:

V = m + Ui^_r V~D ;

V” = m-Ut-grVlj. ⁴ (3.8)

где V^й п V^й— верхняя и нижняя границы диапазона статистиче­ски возможных уровней вибрации;

U\-g\ — односторонний квантиль нормального распределе­ния. соответствующий вероятности P_gl = 1 — g_t. Выражения (3.8) справедливы в случае, если известны точные теоретические значения т и D. На практике по п значениям экс­периментальных данных вычисляются оценки среднего значения вибрации V⁷,, и дисперсии 5„²:

П

1 V,

^ = ' (³-^9а> v (V,- P„)^J

• S,,² =--------------------------------------- . (3.96)

где Vi — текущие значения уровня вибрации'.

Проведя соответствующие преобразования соотношений (3.9). можно получить рекуррентные формулы. Например, для оценкн среднего значения: -----------

п я—1 /1—1

1 V, v Vi + Vn v Vi + Vn

p 1³³1_____ I1______ I — 1______ (n— I)

" ~ n n n 1)

n—1

2 V,+ Vn

=>-)— ■T¹-feT+TJ ⁽³¹⁰⁾

где V_n-\ — оценка среднего значения по п—1 отсчетам. Рекуррентная формула для оценки дисперсии имеет вид

S-*—{SSlf -sv,+ (?-,)*+ ^-тг^т (3-11)

где S²„_| — оценка дисперсии по п—1 отсчетам.

Так как оценки среднего значения ?_п и дисперсии S„² опре­деляются по выборке случайных величин V,, то эти оценкн сами 10

являются случайными величинами, значения которых имеют раз­брос и укладываются в некоторый диапазон. Ширина этого диа­пазона зависит от объема экспериментальных данных п и харак­теризуется доверительным интервалом и доверительной вероят­ностью [5].

Доверительный интервал для математического ожидания, т. е. интервал, в который попадает истинное значение т с выбранной доверительной вероятностью Ру . определяется соотношением

Vn-tYV_a+tY-$f- , (3.12)

где t—квантиль распределения Стьюдента, соответствующий до­верительной вероятности Р\~ и числу степеней свободы г = л. Доверительный интервал для дисперсии определяется соотноше­нием

._<D< , (3.13)

Х²!-»-* Х^г. .

где х² — квантиль х² • распределения, соответствующий довери­тельной вероятности P_g при числе степеней свободы г = п—1.

Разброс оценок среднего и дисперсии следует учитывать при определении верхней и нижней границ диапазона возможных уров­ней вибрации. Поэтому при расчете по экспериментальным дан­ным верхней границы в формулу (3.8) необходимо подста­

вить максимальные значения оценок среднего и дисперсип (вели­чины правых границ доверительных интервалов), при расчете нижней границы — минимальное значение среднего и максималь­ное значение дисперсии.

Выражение для верхней границы имеет вид

frt — 1)

После соответствующих преобразований

у„*в= v„ + KnV Sr?. (3.14)

Аналогично выражение для нижней границы диапазона статисти­чески возможных уровней вибрации запишется в виде

IV^й =* Vn — K_nV iV . (3.15)

Кп — толерантный коэффициент, который с учетом доверительных интервалов для среднего значения и дисперсии определяется по выражению _____

+ ^ • (3.16)

Диапазон статистически возможных уровней вибрации, верх­няя и нижняя границы которого определяются по выражениям

И

(3.14) и (3.15), характеризует область разброса значений регист­рируемого уровня вибрации данного двигателя относительно его среднего значения в зависимости от наработки (числа измерений) в эксплуатации.

Изменение ститистических характеристик VV^B и W^H по мере уве­личения числа измерений л подчиняется общим законам статис­тики, что позволяет вести прогнозирование значений этих харак­теристик. Дело в том. что при неизменном техническом состоянии двигателя диапазон статистически возможных значений уровней вибрации должен уменьшаться, т. е. значение верхней границы W⁸ должно уменьшаться, а нижней У„*^и — увеличиваться. Про­гнозируемое значение границы вычисляется путем прибавления к значению К,.*⁸ (или W") некоторой добавки. Величина добавки за­висит от интервала прогнозирования (насколько измерений вперед проводятся прогнозирование) и от стабильности статистических свойств самого процесса вибрации.

Для прогноза изменения диапазона статистически возможных значений уровня вибрации достаточно спрогнозировать изменение одной из его границ. Чаще прогнозируют изменение верхней гра­ницы. Прогнозирование верхней границы диапазона статистически возможных уровней вибрации двигателя проводится методом экс­поненциального сглаживания [3]. Прогнозируемое на одно изме­рение вперед (т. е. на один запуск или полет) значение верхней границы возможных уровней вибрации Vn^aI\ после проведения п измерений определяется следующим образом:

Vj+i = я₀(л) + а,(я), (3.17)

где й₍| (л) н а,(л) вычисляется по рекуррентным зависимостям: «о(л) = (1 - V.-J; (3.18)

а,(я)' -Мя-О-аЧС^ж^К,,*»]. (3.19)

где а — постоянная сглаживания, принимающая значения от

0, 05 до 0.2;

спрогнозированное на одно измерение значение верхней границы, полученное по п—I измерениям, т. е. при предыдущем прогнозе.

Из соотношений (3.17)...(3.19) следует, что прогнозируемое значение определяется как величина верхней границы, вычислен­ной по п измерениям, плюс дополнительный член. Величина до­полнительного члена зависит от выбранного значения постоянной сглаживания а и разности между спрогнозированной но л—I измерениям величиной границы и полученной величи­

ной этой границы по п измерениям.

 

 

Таблица!

Вибродиагностические признаки и соответствующие им дефекты

Диагностический . признак	Характер измене­ния уровня вибрации	Дефект, неисправность
Превышение нормы	«Скачок» уровня вибрации	Разрушение элементов ротора (обрыв лопаток, болтов и т. п.). Трешины дисков, крупные по­вреждения рабочих лопаток
Превышение . верхней границы диапазона ста­тистически возможных уровней	«Скачок», «Уско­ренный тренд» t	Разрушение элементов ротора, нарушение соединений ротора, трещины элементов ротора, не­большие повреждения (забоины, загибы ) рабочих лопаток
Выход за нижнюю гра­ницу диапазона стати­стически возможных уровней	«Разброс». «Ска­чок» вниз	Разбандажнрование лопаток вен­тилятора, трещины дисков рото­ра, разрушение элементов рогора
Превышение спрогно­зированного значения верхней границы диа­пазона статистически возможных уровней	«Тренд»	Изнашивание деталей ротора (ра­бочих лопаток, лабиринтных уп­лотнений, подшипников)

 

На изложенных выше данных базируется действующая в на­стоящее время методика оценки технического состояния ГТД по

регистрируемым бортовой аппаратурой параметрам вибрации [1]. Порядок конт­роля ГТД по парамет­рам вибрации следующий (рис. 6).

1. Проводится контроль работоспособности ГТД. На этом этапе сопоставляется измеренное значение вибра­ции V_п с предельно допус­тимым уровнем [V]. Условие работоспособности имеет вид

V_n<[V\. (3.20)

В случае невыполнения тсхицче- условия работоспособности (т. е. V„ > [У]) эксплуата-

ция двигателя прекращается до выяснения причин повышения вибрации. Если условие выполняется, то переходят к диагности­рованию с использованием статистических характеристик виб­рации.

2. Проводится сравнение измеренного значения вибрации с границами статистически возможных уровнен вибрации. Условие нахождения двигателя в исправном состоянии записывается в виде

IV^й < < Vi,*^B.

В случае нарушения этого условия, т. е. выхода величины из­меренного уровня вибрации из диапазона статистически возмож­ных уровней (неисправность), двигатель берете^ под особый конт­роль. В этом случае проводится комплекс диагностических про­верок другими методами с целью определения технического состояния двигателя и выявления дефектов. Если условие (3.21) выполняется, то переходят к этапу прогнозирования характерис­тик вибрации, V_nⁿ+\ . - *»г

3. Производится сравнение спрогнозированного значения lC+i со значением верхней границы V_n*^B-

Условие исправной работы двигателя на интервале прогнози­рования (т. е. в следующем цикле эксплуатации) имеет вид

 

(3.22)

При нарушении этого условия, т. е. когда прогноз указывает на возможность расширения диапазона статистически возможных уровней вибрации, двигатель берется под особый контроль и под­вергается дополнительным диагностическим проверкам. В случае выполнения условия (3.22) продолжается нормальная эксплуата­ция двигателя до очередной проверки.

4. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ДВИГАТЕЛЯ Д-36 ПО ПАРАМЕТРАМ ВИБРАЦИИ

4.1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

Трубореактивный двухконтурный двигатель Д-36 предназначен для установки на транспортные самолеты ЯК-42 и другие. Двига­тель выполнен по трехвальной схеме с осевым 14-ступенчатым' компрессором и пятиступенчатой турбиной. Особенностью трех­вальной схемы является разделение роторной части двигётеля на трн самостоятельных ротора: вентилятора (В), среднего давле­ния (СД) и высокого давления (ВД). Ротор вентилятора вклю­чает одноступенчатый компрессор и трехступенчатую турбину. Ротор СД представляет собой шестиступенчатый компрессор с од­ноступенчатой турбиной. Ротор ВД — семиступенчатый компрессор

t одноступенчатой турбиной. При работе двигателя роторы имеют различные частоты вращения. Таким образом, роторная часть дви­гателя представляет собой три вращающиеся с различными час­тотами массы, которые в силу остаточной неуравновешенности являются основными источниками вибрации.

Трехвальная схема определяет и особенности вибрации двига­теля. В первом приближении роторную вибрацию можно считать трехкомпонентной. При этом каждый ротор возбуждает соответ­ствующую компоненту (составляющую) вибрации. Частота каж­дой составляющей определяется частотой вращения соответствую­щего ротора, а амплитуда (уровень) вибрации зависит от дина­мических сил, передаваемых через опоры со стороны каждого ротора на статор, т. е. or степени неуравновешенности ротора.

Частота вращения ротора вентилятора существенно ниже час­тот вращения роторов СД и ВД на всех режимах работы двига­теля. Следовательно, диапазон изменения частот вибрации от ротора вентилятора не совпадает с диапазоном частот вибрации от роторов СД и ВД. в то время как диапазоны изменения частот вибрации от роторов СД и ВД пересекаются. Эти особенности вибрации двигателя учитываются при выборе полос пропускания частотны* фильтров бортовой виброизмерительной аппаратуры.

4.2. АППАРАТУРА ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ

Бортовая аппаратура измерения вибрации самолета ЯК-42 содержит следующие элементы. На каждом двигателе установ­лено по два индукционных датчика вибрации типа МВ-31. Дат­чики размещаются в плоскостях передней и задней подвесок дви­гателя и измеряют вертикальную составляющую вибрации дви­гателя. Электрические сигналы от датчиков поступают на элект­ронные блоки измерителей вибра­ции соответствующего двигателя. В электронных блоках производит­ся усиление и частотная фильтра­ция сигнала. Из электронных блоков сигналы поступают на указатели вибрации, которые расположены на левом верти­кальном пульте кабины пилотов (рис. 7).

В электрическом блоке каж­дого двигателя имеется по два частотных фильтра. Полоса про­пускания первого фильтра (30...

Рис. 7. Внешний вид панели 100 Гц) выбрана с учетом частоты

измерителя вибрации вращения ротора вентилятора.

Полоса пропускания второго фильтра (125 ...270 Гц) соответ- 16
ствует диапазону частот вращения роторов СД и ВД (турбокомп­рессора). Использование двух фильтров позволяет вести раздель­ный контроль уровня вибрации вентилятора и турбокомпрессора.

Шкала указателя «Измерение вибрации, вентиляторов» оциф­рована в процентах (рис.7). Максимальному значению (100%) соответствует виброперемещение корпуса двигателя 0,2 мм. Мак­симальному значению указателя «Измерение вибрации турбокомп­рессоров» (100%) соответствует уровень внброскоростн 100 мм/с Выбор конкретного датчика и двигателя производится с помощью переключателя «Датчики вибрации». В режиме «Автомат» на ука­затели поступает информация от двигателя (датчика), имеющего максимальный уровень вибросигнала.

4.3 ПОРЯДОК КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

1. Подготовить самолет к запуску двигателя и провести конт­роль работоспособности виброаппаратуры в соответствии с ин­струкцией «Контроль работоспособности двигателя Д-36 на само­лете ЯК-42».

2. Подготовить протоколы испытании (ПРИЛОЖЕНИЕ).

3. Произвести запуск и прогрев двигателя в соответствии с инструкцией по запуску.

4. Провести измерение параметров вибрации на заданных ре­жимах работы двигателя.

5. Остановить двигатель и выполнить заключительные работы на самолете в соответствии с инструкцией по запуску.

6. Обработать результаты измерений.

7. Дать заключение о техническом состоянии двигателя..

4.3.1. Измерение параметров вибрации

1.После запуска и прогрева двигателя установить режим а_Руд = 81°. Поставить переключатель «Датчики вибрации» в поло­жение «Автомат». Снять показания указателей «Измерение виб­рации вентиляторов» н «Измерение вибрации турбокомпрессоров-' н занести данные в протокол (табл. 111). Там же отметить состоя­ние табло «Опасная вибрация» (горит, не горит).

2.Установить частоту вращения ротора вентилятора я„ = 76%. Переключатель «Датчики вибрации» перевести в положение, соот­ветствующее датчику передней подвески (ПП) испытуемого дви­гателя. Снять показания с указателя «Измерение вибрации вен­тилятора». Перевести переключатель в положение, соответствую­щей датчику задней подвески (ЗП), и повторить замер вибрации вентилятора. Полученные данные занести в табл. П1.

3.Установить частоту вращения ротора ВД лвд = 91%- По­ставить переключатель «Датчики вибрации» в положение, соответ­ствующее датчику ПП, и снять прказания указателя «Измерение вибрации турбокомпрессоров». Перевести переключатель в поло­жение, соответствующее датчику ЗП. и повторить замер вибра­ции турбокомпрессора. Полученные данные занести в табл. П1

4.Поставить переключатель «Датчики вибрации» в положение «Автомат» и произвести останов двигателя согласно инструкции по запуску.

4.4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Целью обработки результатов измерений является определе­ние диапазона статистически возможных уровней вибрации и про­гнозирование на одно измерение^перед значения верхней границы этого диапазона. Расчеты ведутся в следующей последователь­ности'

1. Взять у преподавателя данные о параметрах вибрации дви­гателей, полученные при обработке результатов предыдущего (п — 1) замера:

t⁷,,-! — среднее значение вибрации;

S²„-i дисперсия вибрации;

У*л^Р-1) I — прогнозное значение верхней границы диапазона ста­тистически возможных уровней вибрации; а, (п— I) — коэффициент сглаживания.

2. Выполнить расчет для п измерений среднего значения V„ и дисперсии S_n². используя рекуррентные формулы (3.10) и (3.11). Полученные данные занести в протокол (табл. П2).

3. Выполнить расчет толерантного коэффициента для границ статистически возможных уровней вибрации в соответствии с вы­ражением (3.16). приняв значение квантиля нормального распре­деления U|-_К| = 2,58, соответствующее доверительной вероятности Р_р| = 0,995. Значения квантилей t и х² выбираются по табл. ПЗ и П4 в зависимости от числа измерений.

4. Когда количество измерений п >■ 20. квантиль / = 2,58, а квантиль х² определяется с учетом соотношения

1 /КЕИ—_______________ 1

V ' У 1 —1,64 /27(7—0

5. Выполнить расчет границ диапазона статистически возмож­ных уровней вибрации в соответствии с выражениями (3.14) и

(3.15) . Если значение ннжней границы . V,,*" окажется , меньше нуля, то его приравнивают к нулю. Занести полученные данные в табл. П2.

6. Вычислить коэффициенты а₀(п) и а\(п) уравнения экспо­ненциального сглаживания, которое используется для определе­ния прогнозного значения уровня вибрации, в соответствии с вы- 18 ражениями (3.18) и (3.19), приняв значение постоянной сглажи­вания а = 0,1.

7. Вычислить прогнозное значение верхней границы диапазона статистически возможных уровней вибрации:

СД = Оо (л) + «1 («)■

Результат занести в табл. П2.

Расчеты можно выполнить с помощью имеющихся на учебном аэродроме мини-ЭВМ по разработанным на кафедре эксплуата­ции летательных аппаратов и двигателей программам.

4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Заключение о техническом состоянии двигателя дается в соот­ветствии с методикой, изложенной в и. 3.3. Алгоритм принятия решения изображен на рис. 6.

1. Провести контроль работоспособности ГТД. На этом этапе проверяется выполнение условия работоспособности (3.20):

V_n<[V\.

За предельно допустимый уровень вибрации вентилятора и тур­бокомпрессора принимается значение 40%.

При невыполнении условия работоспособности эксплуатация двигателя должна быть прекращена до выяснения причин повы­шения вибрации.

2. .Провести сравнение измеренного значения вибрации с гра­ницами статистически возможных уровней вибрации, т. е. прове­рить условие

IV^й <-V_n< V_n**.

В случае выхода измеренного значения вибрации из диапазон;' статистически возможных уровней вибрации двигатель берется под особый контроль (введение осмотров, дополнительный замер параметров и т. п.).

3. Провести сравнение прогнозного значения V_n+\ со значе­нием верхней границы IV* диапазона статистически возможны \ уровней вибрации. При *том должно выполняться условие

lCTi < V_n**.

В случае невыполнения данного условия двигатель также беретсч под особый контроль.

5.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Краткая характеристика испытываемого двигателя и усло­вий проведения контроля.

2. Параметры вибрации и их связь с техническим состоя­нием ГТД.

3. Результаты обработки данных замера вибрации.

4..Алгоритм постановки технического диапазона.

5. Заключение о техническом состоянии двигателя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

/

I Роторная вибрация и ее связь с конструкцией и техническим состоя­нием ГТД.

2. Состав и назначение бортовой виброизмерителыюй аппаратуры.

3. Принципы назначения диапазона статистически возможных уровней виб­рации и ее прогнозирования.

4 Алгоритм принятии решения о техническом состоянии ГТД по парамет­рам вибрации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Методика диагностики и прогнозирования технического состояния газо­

турбинных двигателей самолетов гражданской авиации но изменению регист­рируемых параметров роторной вибрации в процессе эксплуатации / Г В. Ив i-

яов, С. М. Дорожко, В. А, Карасев М. ГосНИИГА. 1984. 88 с.

2. К е б а И В. Диагностика авиационных газотурбинных ’двигателей М.. Транспорт, 1980. §5.2. С. 122—134

3. Дорожко С. М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей но вибрационным параметрам М.: Транспорт, 1984. §2.3. С 48-62.

4. Карасей В. А., Рой т май А. Б. Доводка эксллуа гационных машин.

Виброднагиостнческне методы. М.: Машиностроение, 1986. §11. С. 68— 76.

5. Венцель К. С Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

Таблица П1

Данные измерения вибрации на самолете ЯК-42

(бортовой номер , номер двигателя , номер замера п = )

ct руд =81°	) П в	= 76%	п ВД =	91%
Вибрация веитилят., %	Вибрация ТК. % /	Вибрация веитилят., переди. подв., %	Вибрация веитилят., задн. подв., /0	Вибрация, ТК, переди. подв.. %	Вибрации задн. поав, %

Табло «Опасная вибрация* j___________ 1_______________ . .

 

Таблица Г12 Результаты обработки вибрации, номер замера п = Режим Указатель. место измерен. Vn, % SJ, Л \пВ %• •II Vn % Я, (п). *% . *пр Уд-1 , % л и = 76% Вентилятор, передняя подвеска     <   - . • Вентилятор. задняя подвеска * •       • лРд- 91% Турбокомпр., передняя подвеска ч           Турбокомпр., задняя подвеска

 

Таблица Г13

Значения квантилей распределения Стьюдента при Ру = 0,995

л 5	1 6	1 7		1 9	10 |		1 12 1
t 4.3	3,71	3,5	3.35	3,25	3,17	3.11	3.L	3,01
л | 14	1 15				19 1		1 40 |	оо
/ 2,98	2,95	2,93	2,92	2.88	2,86	2.84	2,7	2.58
Значения	* квантилей х2	• распределения при	Таблица Р,- = 0,95	а. П4
л — 1		5 1			8 1		1 ю 1
X1	0,71	1.14	1.63	2.17	2.73	3.32	3,94	4,6
л — 1	12 I	13 1	14 1	15 |	16 |		18 |
У.2	5.2	5,9	б'.б	7.3-		8,7	9.4	10,1

 

V

* ••

1. Цель и задачи работы . . . -1

2. Порядок выполнения работы ...... I

3. Основы диагностировании ГТД по штатным вибропараметрам . 2

3.1. Общие сведения о вибрации ГТД .... 2

3.2. Основные схемы бортовою контроля вибрации 4

3.3. Контроль и диагностирование ГГД с помошью бортовой аппа­ратуры вибрации . ... -8

3.3.1.Контроль по предельным уровням вибрации 8

3.3.2.Диагностирование по тенденции изменения уровня

вибрации ....... 8

4. Диагностирование технического состояния двигателя Д-36 по пара­метрам вибрации ....... 15

4.1. Особенности конструкции двигателя .15

4.2. Аппаратура измерения вибрации 16

4.3. Порядок контроля технического состояния двигатели 17

4.3.1.Измерение параметров вибрации . . . . 17

4.4. Обработка результатов измерений .... 18

4.5. Определение технического состояния двигателя 19

5. Содержание отчета ......... 20

Контрольные вопросы . - . . . . 20

Библиографический список ...... 20

Приложение . . . . . . . . . . - 21

 

КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГТД С ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ ВИБРАЦИИ

Редактор Т. К. Крстинина Техн. редактор Н М. Калснюк Корректор Н. С. Куприянова

Слано в набор 11.09.89 г. Подписано в печать 16 10.89 г. Формат 60X84 1/16. Бумага оберточная.

Гарнитура литературная. Печать высокая

Уел. п. л. 1.39. Уч.гиэд. л. 1,30. Т. 350 экз. Заказ 771.

Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт имени академика С. П. Королева. 443086, Куйбышев, Московское шоссе, 34.

Тип. ЭОЗ Куйбышевского авиационного института, 443001, Куйбышев, ул. Ульяновская, 18.

 

 

ция двигателя прекращается до выяснения причин повышения вибрации. Если условие выполняется, то переходят к диагности­рованию с использованием статистических характеристик виб­рации.

Проводится сравнение измеренного значения вибрации с границами статистически возможных уровнен вибрации. Условие нахождения двигателя в исправном состоянии записывается в виде

IVй < < Vi,*B.

В случае нарушения этого условия, т. е. выхода величины из­меренного уровня вибрации из диапазона статистически возмож­ных уровней (неисправность), двигатель берете^ под особый конт­роль. В этом случае проводится комплекс диагностических про­верок другими методами с целью определения технического состояния двигателя и выявления дефектов. Если условие (3.21) выполняется, то переходят к этапу прогнозирования характерис­тик вибрации, Vnn+\ . - *»г

Производится сравнение спрогнозированного значения lC+i со значением верхней границы Vn*B-

Условие исправной работы двигателя на интервале прогнози­рования (т. е. в следующем цикле эксплуатации) имеет вид

 

(3.22)

При нарушении этого условия, т. е. когда прогноз указывает на возможность расширения диапазона статистически возможных уровней вибрации, двигатель берется под особый контроль и под­вергается дополнительным диагностическим проверкам. В случае выполнения условия (3.22) продолжается нормальная эксплуата­ция двигателя до очередной проверки.