Спосіб комбінований функціонально-тестовий оперативної оцінки технічного діагнозу газотурбінного двигуна і його конструктивних вузлів проточної частини

1. Спосіб комбінований функціональнотестовий оперативної оцінки технічного діагнозу газотурбінного двигуна (ГТД) і його конструктивних вузлів проточної частини, згідно з яким зареєстровані у польоті на визначеному крейсерському режимі роботи двигуна поточні значення контрольованих по штатних приладах параметрів приводять до стандартних атмосферних умов (САУ) і порівнюють із заданими технічними умовами значеннями цих же параметрів на тому ж діагностичному режимі роботи двигуна, а потім за статистичним рядом кількох десятків польотів по виявлених відхиленнях від технічних умов значень контрольованих параметрів оцінюють наявність їх тренда (невипадкового відхилення), що свідчить про виникнення і розвиток несправності двигуна, який відрізняється тим, що на початку регулярної експлуатації даного екземпляру двигуна (або після його останнього ремонту) на певному діагностичному режимі його роботи (крейсерському, номінальному або зльотному) здійснюють комбінування прямих вимірювань параметрів у польоті з їх реєстрацією по штатних приладах системи поточного контролю, які є вхідними для непрямого вимірювання (розрахунку) множини еталонних значень параметрів вузлів і двигуна в цілому шляхом застосування розрахункового алгоритму математичної діагностичної моделі (МДМ) робочого процесу даного типу двигуна, приводять їх до стандартних атмосферних умов і одержують таку множину еталонних значень параметрів {Pi 0. } , що 2 (19) 1 3 34671 4 марного комплексного діагностичного показника якщо поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) (КДП) (KS пот. ) по наступному співвідношенню: знаходиться в межах 3-го діапазону його зміни KS пот. = dp * S dLK S dCR K × × , * dLT S dRSпит. dp T S * де dp K S , dLK S - відносні відхилення відповідно ступеня підвищення тиску та питомої роботи компресора; dp * S , dLT S - відносні відхилення відпоT відно ступеня зниження тиску та питомої роботи турбіни; dCR , dRSпит. - відносні відхилення відповідно питомої витрати палива та питомої тяги ГТД; за одержаним поточним значенням сумарного КДП (K Sпот. ) оцінюють (ідентифікують) поточний технічний діагноз даного екземпляру ГТД і його належність до конкретного виду технічного стану наступним чином: якщо поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) знаходиться в межах 1-го діапазону його зміни {K S 1} , тобто KS пот. Î {KS 1} , де KS 0 - D KSвим. £ K S 1 £ K S 0 + DK Sвим. - перший експлуатаційний діапазон зміни сумарного КДП двигуна; KS 0 = 10 - еталонне значення сумарного , КДП двигуна; DK Sвим. = 0,02 - допуск на величину систематичної похибки вимірювань параметрів штатною системою контролю ГТД, то загальний технічний стан даного екземпляру ГТД, що діагностують, знаходиться в межах заданих (еталонних) технічних умов, тобто двигун "справний" і можна продовжувати його подальшу регулярну експлуатацію на всіх штатни х режимах роботи згідно з керівництвом з льотної експлуатації; якщо поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) знаходиться в межах 2-го діапазону його зміни {K S 2 } , тобто KSпот. Î {K S 2} , де KS 0 - D KS вим. - [D KS ] доп. £ K S 2 < KS 0 - D KSвим. або KS 0 + D KS вим. K S 0 + DK Sвим. + [ D KS ]доп. - третій експлуатаційний діапазон зміни сумарного КДП двигуна, то загальний технічний стан даного екземпляру ГТД, що діагностують, вважають "непрацездатним", тобто такий технічний стан ГТД оцінюють як відмовний і його подальшу експлуатацію припиняють і здійснюють ідентифікацію рівня пошкодження конструктивного вузла для визначення ремонтно-профілактичних заходів по відновленню працездатного або справного технічного стану двигуна. 2. Спосіб комбінований функціонально-тестовий оперативної оцінки технічного діагнозу газотурбінного двигуна і його конструктивних вузлів проточної частини за п. 1, який відрізняє ться тим, що у випадках отримання поточного технічного діагнозу двигуна, що діагностують, як "несправного, але працездатного" або "непрацездатного" здійснюють ідентифікацію зрізаної області виникнення несправності серед вузлів або "холодної", або "гарячої" його проточної частини, а потім ідентифікують в ній конкретний несправний вузол за алгоритмом КФТ методу; при цьому у випадку, коли поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) знаходиться за межами лівої границі першого експлуатаційного діапазону {KS 1} , тобто KS пот. K S 0 + DK S вим., то несправність знаходиться серед вузлів гарячої проточної частини, до яких належать камера згоряння, турбіна (для ТРД і ТГвД) або турбіни високого і низького тисків (для ДТРД) та вихідний пристрій внутрішнього контуру. 3. Спосіб комбінований функціонально-тестовий оперативної оцінки технічного діагнозу газотурбінного двигуна і його конструктивних вузлів проточної частини за п. 2, який відрізняється тим, що конкретний несправний вузол у визначеній зрізаній області проточної частини газотурбінного двигуна визначають за алгоритмом КФТ методу в залежності від типу ГТД, що діагностують, шля хом визначення поточних значень комплексних діагностичних показників окремих конструктивних вузлів проточної частити (для кожного типу ГТД аналіти 5 34671 6 чні співвідношення для КДП вузлів проточної часмає найбільше абсолютне відхилення поточного тини визначають за окремими методиками), а незначення КДП від його еталонного значення. справним вважають той конструктивний вузол, що Корисна модель належить до технології контролю та оцінки технічного стану конструктивних елементів механізмів та машин і може бути застосована для поточного діагностування газотурбінних двигунів без їх демонтування з транспортних засобів в умовах експлуатації. Відомий спосіб оцінки технічного стану газотурбінних двигунів (ГТД) по виміряним у польоті параметрам [1], який включає реєстрацію у польоті на визначеному крейсерському режимі роботи двигуна поточних значень контрольованих по штатних приладах параметрів з наступним приведенням їх до стандартних атмосферних умов (САУ) та порівнянням із заданими технічними умовами (ТУ) значень цих же параметрів на тому ж діагностичному режимі роботи двигуна. По виявленим за декілька десятків польотів поточним відхиленням від ТУ значень контрольованих параметрів будують статистичний ряд, в якому методами математичної статистики оцінюють наявність тренду (невипадкового відхилення) будь-якого з контрольованих параметрів, що свідчить про виникнення і розвиток несправності двигуна та необхідність виконання на ньому профілактичновідновлювальних або ремонтних робіт. Цей спосіб хоч і має найбільше розповсюдження, проте непридатний для оперативного контролю і оцінки технічного стану конструктивних вузлів та елементів ГТД в умовах регулярної експлуатації і вибраний як найближчий аналог. В основу корисної моделі покладено задачу удосконалення способу оцінки технічного стану ГТД по виміряним у польоті параметрам шляхом комбінування прямих вимірювань за реєстрацією по штатних приладах системи поточного контролю значень параметрів двигуна на певному діагностичному режимі його роботи, які є вхідними параметрами для розрахункового алгоритму математичної діагностичної моделі (МДМ) робочого процесу двигуна [2], за яким шляхом непрямого вимірювання (розрахунку) визначають множину еталонних (на початку регулярної експлуатації або після останнього ремонту), приведених до САУ, значень параметрів вузлів і двигуна в цілому, що відповідають заданим технічним умовам на значення цих параметрів і характеризують справний технічний стан даного екземпляру двигуна при його подальшій регулярній експлуатації. Надалі при діагностуванні даного екземпляру ГТД у будь-який момент його експлуатації здійснюють реєстрацію параметрів, виміряних штатною системою контролю, на тому ж діагностичному режимі роботи двигуна, що і при реєстрації еталонних значень, і розраховують за тим же розрахунковим алгоритмом МДМ множину (аналогічну еталонній) поточних, приведених до САУ, значень параметрів вузлів і двигуна в цілому, яку порівнюють з еталонною множиною і визначають множину відносних відхилень поточ них значень параметрів від їх еталонних значень. Потім за алгоритмом комбінованого функціонально-тестового (КФТ) методу [3] визначають поточне значення сумарного комплексного діагностичного показника (КДП) типу ГТД, що діагностують, в цілому, за величиною якого оцінюють (ідентифікують) поточний технічний діагноз даного екземпляру двигуна і його належність до певного виду технічного стану: "справного", або "несправного, але працездатного", або "непрацездатного". У випадку визначення "несправного, але працездатного" або "непрацездатного" технічного стану ГТД, що діагностують, за величиною поточного значення КДП даного екземпляру двигуна, спочатку здійснюють ідентифікацію усіченої області виникнення несправності серед вузлів або "холодної", або "гарячої" його проточної частини, а потім ідентифікують в ній конкретний несправний вузол за алгоритмом КФТ методу [3] шляхом визначення поточних значень комплексних діагностичних показників вузлів, що входять до ідентифікованої усіченої області виникнення несправності, серед яких несправним вважають той вузол, що має найбільше абсолютне відхилення поточного значення КДП від його еталонного значення. Це дозволяє оперативно контролювати і оцінювати поточний технічний стан й динаміку деградації вузлів проточної частини конкретного окремого екземпляру ГТД, що діагностують, без його демонтування із значно меншими енерго та працевитратами в умовах експлуатації. Поставлену задачу вирішують тим, що у способі комбінованому функціонально-тестовому оперативної оцінки технічного діагнозу газотурбінного двигуна і його конструктивних вузлів проточної частини на початку регулярної експлуатації даного екземпляру двигуна (або після його останнього ремонту) на певному діагностичному режимі його роботи (крейсерському, номінальному або зльотному) здійснюють комбінування прямих вимірювань параметрів у польоті з їх реєстрацією по штатни х приладах системи поточного контролю які є вхідними для непрямого вимірювання (розрахунку) множини еталонних значень параметрів вузлів і двигуна в цілому шляхом застосування розрахункового алгоритму математичної діагностичної моделі робочого процесу даного типу двигуна [2], приводять їх до стандартних атмосферних умов і одержують таку множину еталонних значень параметрів {Pi. 0. } , що характеризують початковий справний технічний стан конструктивних вузлів і даного екземпляру ГТД в цілому, що відповідає заданим технічним умовам на значення всієї множини параметрів у наступному вигляді: {Pi. 0. } = P1 0; P2 0; Pn 0 , (1) 7 34671 де Pi.0. - зареєстроване приведене до САУ еталонне значення окремого виміряного (прямим і непрямим способом) параметра даного екземпляру ГТД на початку його експлуатації (або після останнього ремонту). У процесі подальшої експлуатації даного екземпляру ГТД у будь-який момент при його діагностуванні здійснюють реєстрацію значень тих же параметрів, виміряних штатною системою контролю на тому ж діагностичному режимі роботи двигуна, що і при реєстрації еталонних значень, і розраховують за тим же розрахунковим алгоритмом МДМ множину (аналогічну еталонній) поточних, приведених до САУ, значень параметрів вузлів і двигуна в цілому і одержують таку множину поточних значень параметрів {Pi.пот.} , що характеризують поточний технічний стан конструктивних вузлів і даного екземпляру ГТД в цілому у наступному вигляді: {Pi.пот. } = P1 пот; P2 пот ; Pn пот , (2) де Pi.пот. - зареєстроване, приведене до САУ, поточне значення окремо виміряного (прямим і непрямим способом) параметра даного екземпляру ГТД при його діагностуванні у будь-який момент регулярної експлуатації. Визначені поточні значення множини {Pi.пот.} параметрів порівнюють з еталонними значеннями множини {Pi.0} цих же параметрів і отримують множину {dPi.пот. } відносних відхилень параметрів вузлів і двигуна в цілому у наступному вигляді: {dPi.пот. } = dP пот ; d P2 пот; dPn пот , (3) 1 де dPi.пот. = Pi.пот. / Pi.0 - зареєстроване значення відносного відхилення окремого виміряного (прямим і непрямим способом) значення параметра даного екземпляру ГТД від його еталонного значення, одержане при його діагностуванні у будь-який момент регулярної експлуатації. За алгоритмом комбінованого функціональнотестового методу [3] розраховують поточне значення сумарного комплексного діагностичного показника (K Sпот. ) по наступному співвідношенню: KS пот. = * dpK S dLK S dCR × × , * dLT S dRSпит. dp T S 8 - якщо поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) знаходиться в межах 1-го діапазону його зміни {KS 1} , тобто KS пот. Î {KS 1} , (5) KS 0 - D KSвим. £ K S 1 £ K S 0 - D KS вим. перший експлуатаційний діапазон зміни сумарного КДП двигуна; KS 0 = 10 - еталонне значення су, де марного КДП двигуна; DKS вим. = 0,02 - допуск на величину систематичної похибки вимірювань параметрів штатною системою контролю ГТД, то загальний технічний стан даного екземпляру ГТД, що діагностують, знаходиться в межах заданих (еталонних) технічних умов, тобто двигун "справний" і можна продовжувати його подальшу регулярну експлуатацію на всіх штатних режимах роботи згідно з керівництвом з льотної експлуатації; - якщо поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) знаходиться в межах 2-го діапазону його зміни {K S 2 } , тобто KSпот. Î {K S 2} , (6) де KS 0 - D KSвим. - [ DKS ] доп. £ KS 2 < K S 0 - D KS вим. або KS 0 + D KSвим. < KS 2 £ K S 0 + DK Sвим. + [ DKS ]доп. - другий експлуатаційний діапазон зміни сумарного КДП двигуна; [ DK S ] доп. = 0,05 - межево допустимий допуск на відхилення виміряних параметрів від технічних умов, то загальний технічний стан даного екземпляру ГТД, що діагностують, вважають "несправним, але працездатним", тобто такий технічний стан ГТД оцінюють як передвідмовний і його подальшу експлуатацію можливо здійснювати з певними обмеженнями або з особливим контролем ідентифікованого несправного конструктивного вузла і прогнозуванням динаміки розвитку цього пошкодження; - якщо поточне значення сумарного КДП (K Sпот. ) знаходиться в межах 3-го діапазону його зміни {K S 3 } , тобто (4) * де dp K S , dLK S - відносні відхилення відповідно ступеня підвищення тиску та питомої роботи компресора; dp * S , dLT S - відносні відхилення T відповідно ступеня зниження тиску та питомої роботи турбіни; dCR , dRSпит. - відносні відхилення відповідно питомої витрати палива та питомої тяги ГТД. За одержаним поточним значенням сумарного КДП (K Sпот. ) оцінюють (ідентифікують) поточний технічний діагноз даного екземпляру ГТД і його належність до конкретного виду технічного стану наступним чином: KSпот. Î {K S 3} , де KS 3 K S 0 + DK Sвим. + [ D KS ]доп. - третій експлуатаційний діапазон зміни сумарного КДП двигуна, то загальний технічний стан даного екземпляру ГТД, що діагностують, вважають "непрацездатним", тобто такий технічний стан ГТД оцінюють як відмовний і його подальшу експлуатацію припиняють і здійснюють ідентифікацію рівня пошкодження конструктивного вузла для визначення ремонтно-профілактичних заходів по відновленню працездатного або справного технічного стану двигуна. Отже у випадках отримання поточного технічного діагнозу двигуна, що діагностують, як "несправного, але працездатного" або "непрацездатного" здійснюють ідентифікацію усіченої області 9 34671 10 виникнення несправності серед вузлів або "холоддвигуна визначають за алгоритмом КФТ методу [3] ної", або "гарячої" його проточної частини, а потім в залежності від типу ГТД, що діагностують, шляідентифікують в ній конкретний несправний вузол хом визначення поточних значень комплексних за алгоритмом КФТ методу [3]. При цьому у випаддіагностичних показників окремих конструктивних ку, коли поточне значення сумарного КДП вузлів проточної частити (для кожного типу ГТД аналітичні співвідношення для КДП вузлів проточ(K Sпот. ) знаходиться за межами лівої границі ної частини визначають за окремими методиками), першого експлуатаційного діапазону {KS 1} (5), а несправним вважають той конструктивний вузол, що має найбільше абсолютне відхилення поточнотобто го значення КДП від його еталонного значення. KS пот. K S 0 + DK Sвим. (9) Результати експериментально-аналітичних то несправність знаходиться серед вузлів "гадосліджень щодо розрахунку значень сумарного рячої" проточної частини, до яких належать камекомплексного діагностичного показника технічного ра згоряння, турбіна (для ТРД і ТГвД) або турбіни діагнозу при змодельованих різних технічних стависокого і низького тисків (для ДТРД) та вихідний нах конструктивних вузлів проточної частини стенпристрій внутрішнього контуру. дового газотурбінного двигуна АІ-25 наведено у Конкретний несправний вузол у визначеній таблиці. усіченій області проточної частини газотурбінного Таблиця 1 Результати розрахунку значень сумарного комплексного діагностичного показника технічного діагнозу при змодельованих різних технічних станах конструктивних вузлів проточної частини стендового ГТД АІ-25 Показники 1 Сумарний КДП двигуна в цілому КS пот. Ідентифікована належність КS пот. до певного експлуатаційного діапазону {КS експ.} даного типу ГТД: - справний 0,98£КS1£1,02 - несправний, але працездатний а) з несправним вузлом "холодної" проточної частини 0,95£КS2£0,98 б) з несправним вузлом "гарячої" проточної частини 1,02