Спосіб контролю технічного стану осьового компресора

Спосіб контролю технічного стану осьового компресора за зміною його ККД на експлуатаційному режимі, знайденого за обмірюваними частотою обертання ротора компресора, ступенем підвищення тиску в компресорі, який відрізняється тим, що вимірюють витрату газу через компресор, повну температуру на вході в компресор, попередньо вимірюють площі перерізів проточної частини на вході і на виході з компресора і величини їхніх середніх діаметрів, за базовою характеристикою компресора при постійних і приведених до стандартиних атмосферних умов (САУ) значеннях параметрів частоти обертання і витрати газу знаходять ВІДПОВІДНІ їм ВИХІДНІ зна * чення ступеня підвищення тиску л к и зміну ККД обчислюють за залежністю 5т] к = аб7і к , ^ * де 5-л* = ОГ|К ки відносна зміна ККД * і ККД ті к и , а я* Лкр = 3600С„288 1 1 де к- показник адіабати, z- число ступенів осьового компресора, діаметр 1/ \ Dcp = — (DcpB + D c p K j середнього ступеня вищення тиску в компресорі, а = - постійний коефіцієнт пропорційності, обумовлений для даного типу компресора одноразово, де середній компресора, а виході з компресора, F% - площа перерізу проточної частини на вході в компресор, FK - площа перерізу проточної частини на виході з компресора, С р - теплоємність газу при постійному тиску, п к показник політропи стиску газу при вихідному стані компресора ІП7І К И пк ~ ~ (О ю к-1 ТІ ки ПГ-1 ІП7І КИ ЛКИ пК - показник політропи газу при зміненому стані проточної частини тиску в компресорі, де л к с - заміряний ступінь під D c p B i D c p i ( - ВІДПОВІДНО, середні діаметри на вході і компресора, Р - відносна зміна ступеня підвищення к-1 к - 1 к-1 3600С п 288| я ' Л Г - 1 In 1 К t * / * * \ * $Лк = уПки "ЛкрІ'Лки . П Р И цьому змінене значення / * v ККД \г\Кр І визначають за формулою * In я™ к-1 п' = Іп -ІП7І, Лф ю 51156 51156 Винахід відноситься до компресоробудування а, саме до способів контролю технічного стану (ТС) осьових компресорів Відомий спосіб контролю ТС компресора по величині коефіцієнта корисної дії [1, 2] Для визначення ККД по даному способу вимірюють повний тиск і повну температуру потоку на вході в компресор і на виході з нього, а ККД знаходять по ВІДПОВІДНІЙ математичній залежності У літературі [1, с 51] залежність ККД від обмірюваних параметрів має вигляд -1 Ладк Де Г ті адк (1) адіабатичний ККД компресора, 1 - ступінь підвищення тиску в компресорі, pij- повний тиск потоку на вході в компресор, р*2повний тиск потоку на виході з компресора, Т2 повна температура потоку на виході з компресора, Т^ - повна температура потоку на вході в компресор, к - показник адіабати робочого тіла (газу, повітря) У [2] ККД представлений наступною залежністю (2) RTJ Щ" - 1 - адіабатичний на пір, де R - газова постійна R l T 2 - T i j " Д | И С Н И И на пір, де Ср - теплоємність газу при постійному тиску Звідси випливає, що залежність (2) легко перетворюється в залежність (1) І, отже, вимагає аналогічних вимірів Недоліком даного способу є низька точність контролю ТС компресора по виміру ККД, визначеному по формулах (1) і (2), тому що зміна ККД зв'язана не тільки зі зміною стану проточної частини, але І зі зсувом робочої крапки на характеристиці компресора в крапку з Іншим значенням ККД при вихідному стані компресора Відомий спосіб контролю ТС осьового компресора по обмірюваних повних тисках перед і за компресором [3] При цьому враховують приведену частоту обертання ротора, коефіцієнт витрати повітря на вході в компресор і величину радіальних зазорів між лопатками ротора і корпусом Надалі цей спосіб доповнили виміром відносного перепаду повних температур у тих же крапках, де вимірюють і повні тиски [4] Недоліком способів [3, 4] є, по-перше, низька точність оцінки ТС компресора, п тому що ці способи дозволяють визначити тільки зміни радіальних зазорів і не враховують інших видів ушкоджень проточної частини, по-друге, складність їхньої реалізації, що вимагає додаткової установки приймачів повного тиску і повної температури за компресором не тільки на середньому радіусі, а і на периферії, крім того, потрібно проведення по кожному компресору, який контролюються, попередніх досліджень для встановлення зв'язку між режимами роботи компресора і величинами фактичних радіальних зазорів між лопатками ротора і корпусом Найбільш близьким технічним рішенням стосовно того, що заявляється, тобто прототипом, є спосіб діагностики компресора по відхиленню ККД від базового значення [5] У цьому способі вимірюють частоту обертання ротора на експлуатаційному режимі, ступінь підвищення тиску в компресорі ті^, а зміну ККД компресора визначають по ступенізбільшення приведеної до стандартних атмосферних умов (САУ) частоти обертання ротора при одній і тій же ті^ Тобто визначається приведена до САУ частота обертання ротора п п р р , при який ступінь підвищення тиску на експлуатаційному режимі роботи компресора ті* дорівнювалась би значенню базової ступіні підвищення тиску 7і^и на тому ж експлуатаційному режимі при вихідному стані компресора (при ті* = ті*и ) Математична залежність, що використовується для обчислення відхилення ККД від базового значення, містить у собі зміну приведеної частоти обертання ротора і коефіцієнт пропорційності К=1 1,5, який враховує конструктивні особливості компресора Недоліком такого способу є також низька точність оцінки ТС компресора, тому що не враховуються такі фактори впливу н а ^ , при погіршенні його стану, як зміна ККД і зміна роботи компресора, які при цьому знижуються Крім того, при зниженні ті^ по лінії робочих режимів зменшується приведена витрата газу через компресор, що порушує подобу режимів, при яких проводиться оцінка ТС Порушення подоби в даному способі здійснюється і по приведеній частоті обертання, тому що оцінку ТС компресора проводять при ті^ поточному експлуатаційному, рівному ті^ вихідному У цьому випадку приведена частота обертання поточна , тобто в момент оцінки ТС, буде більше базової (при ті* = ті*и) Крім того, коефіцієнт пропорційності "К" у залежності, що використовується, змінюється у великому діапазоні, що також приводить до зниження точності оцінки ТС компресора В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу контролю ТС осьового компресора, у якому на експлуатаційному режимі його роботи поряд з частотою обертання ротора і ступенем підвищення тиску в компресорі вимірюють витрату газу і температуру на вході в компресор, по базовій характеристиці і ВІДПОВІДНИМ математичним залежностям на основі обмірюваних і 51156 8 приведених до стандартних атмосферних умов п'к - показник політропи газу при поточному параметрів визначають відносну зміну ККД компстані проточної частини ресора при дотриманні умов подоби режимів, що ІП7І„„ забезпечує підвищення точності визначення від(9) ГЇ„ = носної зміни ККД компресора, і за рахунок цього підвищення об'єктивності контролю його ТС ІП 1 + -ІП71, Поставлена задача зважується тим, що в споЛкр собі контролю ТС осьового компресора, шляхом На фіг 1 показана вихідна характеристика визначення зміни його ККД на експлуатаційному осьового компресора, на якій позначені крапки, що режимі, вимірюють частоту обертання ротора комвідповідають вихідному "И" і поточному "Р" станам пресора, ступінь підвищення тиску в компресорі, компресора визначають коефіцієнт пропорційності, що зв'язує На фіг 2 представлений пристрій, що реалізує зміну ККД з обмірюваними параметрами, згідно з даний спосіб винаходом вимірюють витрату газу через компреНа фіг 3 зображені трикутники швидкостей у сор, повну температуру на вході в компресор, поступіні компресора при вихідному і поточному (попередньо вимірюють площі перетинів проточної гіршеному) станах частини на вході і на виході з компресора і велиНа фіг 4 представлена залежність коефіцієнта чини їхніх середніх діаметрів, по базовій характепропорційності "а"" від відносної зміни ККД компристиці компресора при постійних приведених ресора визначеного типу у відсотках значеннях частоти обертання і витрати газу знаНа вихідний характеристиці осьового компреходять ВІДПОВІДНІ їм ВИХІДНІ значення ступеня підсора індекси 1, 2, 3 на напірних кривих і кривих вищення тиску ITI^J) І ККД Іг|*и І а зміну ККД обчисККД означають номер режиму роботи компресора Пристрій, що реалізує даний спосіб, (фіг 2) мі(3) люють по залежності 5г|к = а5тік , стить у собі повітропідвідний канал 1, датчик часде 5% - відносна зміна ККД компресора, тоти обертання 2, покажчик частоти обертання З, датчик витрати газу 4, покажчик витрати газу 5, приймач повної температури 6, покажчик повної ки "кр (4) - відносна зміна сту5ті„ = температури 7, приймачі повного тиску 8, датчик перепаду тиску 9, покажчик ступеня підвищення пеня підвищення тиску в компресорі, де ті™ - обтиску 10 компресора 11 На повітрошдвідному каналі 1, зістикованим з компресором 11, установлюються датчик витрати 4, приймач повної темпемірюваний ступінь підвищення тиску, а = —Щ- (5) ратури 6, приймач повного тиску 8 Другий 5ті*. приймач повного тиску 8 встановлюється за комппостійний коефіцієнт пропорційності, обумовлений ресором 11 Причому приймачі 6 і 8 на вхідному для даного типу компресора одноразово, де каналі 1 встановлюються на середньому діаметрі DCPB проточної частини у вхідному перетині (перетин "В"), а приймач 6 за компресором - на середПри цьому змінене значення ККД (ті* ) визнаньому діаметрі D pKB його вихідному перетині (печають по формулі ретин "К") Датчик частоти обертання 2 зв'язаний з ротором компресора І ЛКР = 1+ 3600С п 288 U) і К кр, " 1 1+ (* KU, 1 « 3600C n 288 n п 1 1 п, де k- показник адіабати, z- число ступіней Dер осьового компресора, к, - се редній діаметр середньої ступіні компресора, а DCPB і DCPK- ВІДПОВІДНО, середні діаметри на вході і виході з компресора, FB - площа перетину проточної частини на вході в компресор, FK - площа перетину проточної частини на виході з компресора, Ср - теплоємність газу при постійному тиску, пк - показник політропи стиску газу при вихідному стані компресора ІП7І„„ п„ = -1 In 1 + Лки (8) - ІП71„ Спосіб реалізується наступним чином При роботі компресора 11 сигнал від датчика частоти обертання 2 надходить на покажчик частоти обертання 3, від датчика витрати 4 - на покажчик витрати 5, від приймача повної температури 6 - на покажчик температури 7, від приймачів повного тиску 8 - на датчик перепаду тиску 9, від якого - на покажчик ступеня підвищення тиску 10 Для здійснення способу, що заявляється, виводять компресор на робочий режим і за допомогою пристрою, що реалізує спосіб, п,Тв,%,Сг вимірюють Приводять до стандартних атмосферних умов частоту Ї288~ обертання п п р = п| На характеристиці комп ресора при nnp=const і Gr=const знаходять ВИХІДНІ значення 7i^u і % и Підраховують відносну зміну ступеня підвищення тиску по формулі (4) і відносну зміну ККД компресора по формулі (3), де ВІДПОВІДНО до фіг 4, у реальному діапазоні зміни ККД (5% =1 2%), коефіцієнт "а" може бути прийнятий постійним і визначеної для кожного типу комп 51156 10 ресора, величина якого визначається один раз по формулах (4), (5), (6), (7), (8), (9) Залежність (7) зміненого значення ККД компресора отримана на основі залежності роботи компресора І_Кр від його обмірюваних параметрів, а саме ВИХІДНІ дані для числового розрахунку конкретного осьового компресора наступні 1 І обмірюваних параметрів (n, G r , ті*, Т*в), а також L кр = сртЕ І кр -1 Лкр Далі цю залежність перетворюють до виду І кр = 1 '-крЛкр сртЕ При ЗМІНІ ТС проточної частини компресора змінюється не тільки ті* , але • кр і робота |_„„ • кр Останнє зв'язано зі зміною трикутників швидкостей При збільшенні витрат знижується стиск повітря в лопаткових решітках, зменшується ЩІЛЬНІСТЬ повітря, що при незмінній витраті газу призводить до зростання осьових швидкостей С а на вході в робочі колеса ступіней (фіг 3) Це у свою чергу призводить до зменшення закручення потоку від Д\Л/и до Д\Л/ир і, ВІДПОВІДНО, до зменшення роботи ступіні від І_ст=ид\Л/и до І_стр=ид\Л/ир де U - окружна швидкість робочого колеса на середньому радіусі Якщо зробити розрахунок параметрів потоку повітря по всіх ступінях при погіршеному стані проточної частини, то можна підрахувати величину І_кр , як суму робіт ступіней І_стр, а потім визначити т|* і ті* пресора при даному стані проточної частини ком3 метою спрощення визначення ті* і |_кр при визначеному значенні ті к р їхні величини знаходять по параметрам деякої визначеної ступіні із середніми величинами роботи ступіні |_ г т г п і стер ККД ступіні г| с т с р * У результаті одержують розрахункову залежність (7) Приклад числового розрахунку коефіцієнта "а" =3,86, Ср=1005Дж/(мК), Z=13, К=1,4, п п р =10700об/хв, T 4 J = Значення ЦИХ результати розрахунків по формулах (4), (5), (5), (6), (7), (8), (9) зведені в таблицю На підставі значень таблиці побудована залежність на фіг 4 3 отриманої залежності випливає, що при реальній ЗМІНІ ККД на 1 2% значення "а" для даного типу компресора може бути прийнято постійним і рівним 0,17 Позитивний ефект від винаходу полягає в підвищенні точності визначення відносної зміни ККД компресора і ВІДПОВІДНО об'єктивності контролю технічного стану осьового компресора Таблиця №№ пп 1 2 3 4 5 71 KU 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 Лки 0 86 0 86 0 86 0 86 0 86 лкр 0, 85 0, 84 0, 83 0, 82 0, 81 7 кр 1 5тГ к 14 630 0 0680 13,520 0 1388 12 332 0 2145 10 966 0 3015 10 097 0 3568 ЗЛк а 0 0116 0 1706 0 0232 0 1671 0 0348 0 1622 0,0464 0 1540 0 0522 0 1463 Джерела інформації 1 Руководство к лабораторным работам по курсу "Теория авиационных двигателей" Ч 1 - Киев КНИГА, 1967, с 64 2 Г М Торбанов, Э Л Солохин Испытание авиационных воздушно-реактивных двигателей М Машиностроение 1967, с 256 3 А С СРСР №987443, GOIMI5/00, 1983, БИ №1 4 А С СРСР №1121594,GOIMI5/00, 1984, БИ №40 5 А С СРСР №800773, GOIMI5/00, 1981, БИ №4 (прототип) 11 51156 12 W гпр Фіг 1 Фіг З