Система вібраційного контролю авіаційного двигуна

Реферат: Система вібраційного контролю авіаційного двигуна належить до авіаційної техніки та призначена для контролю технічного стану газотурбінного двигуна за поточним значенням роторних складових вібрації двигуна літальних апаратів. UA 70117 U (54) СИСТЕМА ВІБРАЦІЙНОГО КОНТРОЛЮ АВІАЦІЙНОГО ДВИГУНА UA 70117 U UA 70117 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до авіаційної техніки, а саме призначена для контролю технічного стану газотурбінного двигуна за поточним значенням роторних складових вібрації двигуна літальних апаратів. Відомий пристрій контролю вібрації, що містить датчик вібрації, вихід якого з'єднаний з входом вимірювального блока, що містить елемент порівняння вимірюваного значення із заданим порогом [патент Російської Федерації № 2282169, МПК G01M 7/00, пріор. 13.05.2005]. Недоліком даного пристрою є порівняно низька точність визначення вібраційного стану контрольованого об'єкта, особливо на ранніх стадіях зародження дефекту, тому, що в наведеному пристрої рішення приймається при порівнянні поточного значення із пороговим значенням перших роторних гармонік, а інші гармоніки відкидаються. Відома система контролю і захисту, що містить вимірювальні блоки, з'єднані послідовно, причому вихід останнього блока в кожній групі вимірювальних блоків з'єднаний з входом комп'ютера, вихід якого є керуючим виходом [UD patent application publication US 2004/0054921 A1, 18.03.2004]. Недоліком даної системи є порівняно низька швидкодія. Зазначені вище і інші відомі та застосовувані на практиці системи контролю і діагностики газотурбінних двигунів (ГТД) дозволяють задовільно визначати загальний час напрацювання і контролювати рівні вібрації на перших роторних гармоніках, але вони не дозволяють оперативно і вчасно визначати дефекти, що зароджуються, і фактичний технічний стан деталей, вузлів і привідних агрегатів ГТД. Найближчим аналогом є система контролю вібрації (Vibration monitoring system for gas turbine engines) [US 7,013,210 B2 Vibration monitoring system for gas turbine engines Mar/ 14, 2006], яка складається із вимірювальних блоків, аналогові входи кожного з яких з'єднані з виходами відповідних датчиків, встановлених на вузлах контрольованого агрегату, вихід кожного з вимірювальних блоків з'єднаний через узгоджуючі перетворювачі з аналогоцифровими перетворювачами, виходи яких з'єднані з входами мікроконтролера, і виходи мікроконтролера з'єднані з шиною сигналів захисту контрольованого агрегату системи. Основний недолік системи полягає у тому, що для визначення неприпустимого стану об'єкта використовується тільки частина спектра поблизу першої роторної гармоніки, а інша інформативна частина сигналу відкидається, що призводить до втрати інформації і, як наслідок, зменшує можливість виявлення дефектів на ранніх стадіях їх утворення. Задачею корисної моделі було створення системи вібраційного контролю авіаційного двигуна для більш раннього виявлення початкових дефектів елементів та вузлів. Поставлена задача вирішується тим, що в системі реалізовано вейвлетну фільтрацію та статистичну обробку вимірюваних сигналів у той час, коли рівні вібрації відповідають нормі, що дозволяє підвищити надійність та вірогідність контролю та виявити дефекти на ранніх стадіях. Новим є те, що у систему введений додатковий мікроконтролер із програмним забезпеченням, що вирішує поставлені задачі. Суть корисної моделі пояснюється структурною схемою (фіг. 1). Електричний сигнал, пропорційний вібрації корпусу двигуна в місці установки віброперетворювача – датчика віброшвидкості 1, надходить із його виходу на вхід узгоджуючого блока 2, у якому цей сигнал перетворюється в електричну напругу, пропорційну контрольованому параметру вібрації (віброшвидкості). Вихідний сигнал узгоджуючого блока 2 містить як інформативні складові, пропорційні вібраціям ротора, так і неінформативні складові, обумовлені повним вібраційним шумом. Попереднє виділення інформативних складових сигналу проводиться фільтром 3, на входи якого надходить електричний сигнал з виходу узгоджуючого блока 2. Далі сигнал надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 4 і через паралельну шину надходить на вхід мікроконтролера (МК1) 5. На цифрові входи МК1 5 надходить інформація з датчика частоти обертання 6, а у самому МК1 5 проводиться обробка для визначення стану об'єкта. Якщо стан є неприпустимим, сигнал із виходів МК1 5 надходить на цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) 10 та на елементи керування 9, а також на індикаторний модуль 8. Для проведення більш глибокого аналізу і виявлення початкових дефектів при нормальних рівнях вібрації отримана інформація через шину передається із МК1 5 на МК2 7 і після обробки передається у зовнішні інформаційні мережі або зберігається в енергонезалежній пам'яті 11. Принцип роботи запропонованої корисної моделі пояснюється алгоритмом, наведеним на блок-схемі (фіг. 2). Систему умовно можна розділити на два рівні. На першому рівні електричні сигнали вібрації надходять на узгоджуючий блок і на аналоговий фільтр, де виділяються інформативні складові сигналу, як зазначено вище. На вхід МК1 через паралельну шину від АЦП надходить вібраційний сигнал, із якого виділяється значення перших роторних гармонік за допомогою слідкуючого фільтра. Слідкуючий фільтр, який реалізований програмно у МК1, 1 UA 70117 U 5 10 15 20 25 30 виділяє одну інформативну (роторну) складову із сигналу, що надходить на його вхід. Виділення цієї складової досягається тим, що слідкуючий фільтр має вузьку смугу пропускання і центральна частота цієї смуги відповідає частоті обертання відповідного ротора при всіх режимах роботи двигуна, тобто центральна частота смуги пропускання фільтра вимірюється синхронно зі зміною частоти обертання ротора. Синхронність зміни центральної частоти фільтра і частоти обертання ротора двигуна забезпечується змінним по частоті керуючим сигналом, що надходять на цифрові входи МК1. Джерелами частотних сигналів для керування центральними частотами фільтрів є тахометри, встановлені на двигуні, імпульсні послідовності яких пропорційні частотам обертання роторів. Після виділення із сигналу найбільш інформативної складової для визначення неприпустимого стану ГТД - першої роторної гармоніки, її амплітуда спочатку порівнюється із пороговим значенням, що відповідає небезпечному рівню вібрації, і у разі перевищення приймається рішення про зміну стану контрольованого об'єкта з подальшим впливом на органи керування і виведення даних на інформаційне табло у кабіні пілота. Якщо поріг не перевищено, значення вібрації не перевищує небезпечного рівня, то воно порівнюється із наступним пороговим значенням, що відповідає підвищеній вібрації. При перевищенні цього порогу, реакція системи аналогічна перевищенню рівня небезпечної вібрації об'єкта. Другий рівень вступає в роботу тільки за умови, що не було перевищене значення жодного із небезпечних порогів, тобто вібрація відповідає нормі. Сигнал після виділення інформативної частини із МК1 через шину надходить в МК2, де відбувається подальша обробка за допомогою вейвлет-розкладання. Результати вейвлет-розкладання використовуються як вибірки окремих реалізацій для статистичної обробки. Сформувавши вибірку із результатів попередньої інформації, проводиться статистичний аналіз, за результатами якого відбувається формування діагностичних ознак, на основі яких приймається рішення і виводяться рекомендації щодо загального стану контрольованого об'єкта, а також стадії і місця можливого утворення дефекту. Інформація зберігається у модулі енергонезалежної пам'яті, яка доступна для використання обслуговуючому персоналу або готується для передачі у зовнішні інформаційні системи для подальшої обробки. Сформовані рекомендації дають можливість підвищити рівень безпеки польотів за рахунок виявлення дефекту на ранніх стадіях утворення, а також знизити вартість планового технічного обслуговування за рахунок більш точного виявлення вірогідного місця руйнування елементів авіаційного двигуна. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Система вібраційного контролю авіаційного двигуна, що містить вимірювальні блоки, аналогові входи кожного з яких з'єднані з виходами відповідних датчиків, встановлених на вузлах контрольованого агрегата, вихід кожного з вимірювальних блоків з'єднаний через узгоджуючий перетворювач із аналого-цифровими перетворювачами, виходи яких через паралельну шину з'єднані із входами мікроконтролера, і виходи мікроконтролера з'єднані із шиною сигналів захисту контрольованого агрегату системи, яка відрізняється тим, що містить додатковий мікроконтролер, який зв'язаний з першим через шину даних і в якому реалізовано вейвлетну фільтрацію та статистичну обробку вимірюваних сигналів, у той час коли рівні вібрації відповідають нормі. 2 UA 70117 U 3 UA 70117 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4