Спосіб оперативної оцінки якості технічного стану і надійності функціонування газотурбінного двигуна

Спосіб оперативної оцінки якості технічного стану і надійності функціонування газотурбінного двигуна (ГТД), згідно з яким зареєстровані у польоті на визначеному крейсерському режимі роботи двигуна поточні значення контрольованих по штатних приладах параметрів приводять до стандартних атмосферних умов 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 тренду (невипадкового відхилення), що свідчить про виникнення і розвиток несправності двигуна, який відрізняється тим, що використовують математичну модель поточної оцінки динаміки зміни кількох взаємозалежних узагальнених комплексних діагностичних показників за часом поточного напрацювання двигуна ( ti ) з початку його експлуатації (або після останнього ремонту), а саме показників технічного діагнозу (KΣi(ti)), якості технічного стану WSi (K i ( ti )) та ють у будь-який поточний час ( ti ) його регулярної експлуатації за наступними співвідношеннями: K i ( ti ) де K ( WS0 (K PS0 (K 0 (t0 ) 0 ( t0 ) K 1( ti ) PS експ( ti ), ( WSekcn ( PSekcn dWSi dK dK i dti dPSi dK dK i dti 0 ( t 0 ), WS0 (K 0 ( t 0 ), PS0 (K 0 ( t 0 )) i i ti ), ti ), - початкові 0 (t0 ) вим ) вим WS1(K PS1(K 1( ti )) 1( ti )) U (13) 18375 (11) UA похибку вимірювань штатної системи контролю параметрів типового ГТД при визначенні відповідно технічного діагнозу, якості технічного стану та надійності функціонування типового двигуна; ti ti t 0 - поточний час напрацювання ГТД з початку експлуатації (або після останнього ремонту) на момент проведення його діагностування; похідні відповідних комплексних показників технічного діагнозу, якості технічного стану та надійності функціонування ГТД оцінюють динаміку зміни цих показників за часом напрацювання двигуна порівняно із їх значеннями на початку експлуатації (або після останнього ремонту); якщо поточні значення комплексних показників технічного діагнозу, якості технічного стану та надійності функціонування ГТД знаходяться в межах 1-го діапазону вим ) то поточний технічний стан двигуна оцінюють як "справний", "доброго" ступеня якості та "заданого" рівня надійності функціонування; 0 ( t 0 )) 0 ( t 0 )) i dti значення комплексних показників відповідно технічного діагнозу, якості технічного стану та надійності функціонування конкретного екземпляра ГТД у момент ( t 0 ) початку регулярної експлуатації (або після останнього ремонту); K вим , WSekcп, Sekcп - допуск на систематичну (K WS експ( PS0 (K dK вим (19) вим ( K WS0 (K PSi (K i ( ti )) екземпляра газотурбінного двигуна, що діагносту 0 ( t0 ) 0 (t0 ) WSi (K i ( ti )) надійності функціонування PSi (K i ( ti )) конкретного K K ( WS0 (K PS0 (K 0 ( t0 ) , 0 ( t0 ) якщо поточні значення комплексних показників технічного діагнозу, якості технічного стану та на 3 18375 дійності функціонування ГТД знаходяться в межах K 0 ( t0 ) K вим K K 0 ( t0 ) K вим [ WS0 (K PS0 (K де 0 ( t 0 )) 0 ( t 0 )) 2 ( ti ) K ]доп K WS експ( вим ) ]доп ), K ]доп 0 ( t0 ) вим WS доп ([ ]доп ) PS доп ([ S доп ([ 2-го діапазону [ вим 2 ( ti ) вим ) PS експ( [ K ]доп, WSддо ([ 0 ( t0 ) ]доп ) ]доп ) K 0 ( ti ) WS3 (K PS3 (K K 0 ( t0 ) K 0 ( t0 ) 3 ( ti )) 3 ( ti )) вим вим ( WS0 (K (PS0 (K [ PS2 (K 2 ( ti )) 2 ( ti )) WS0 (K PS0 (K 0 ( t 0 )) 0 ( t 0 )) WS експ( PS експ( вим ) вим ) ]доп [ ]доп 0 ( t 0 )) 0 ( t 0 )) WS2 (K але "працездатний" "задовільної" якості, та "допустимого" рівня надійності функціонування; якщо поточні значення комплексних показників технічного діагнозу, якості технічного стану та надійності функціонування ГТД потрапляють у межі 3-го діапазону межево припустимі допуски на відхилення контрольованих та розрахункових параметрів ГТД від технічних умов, за якими визначають показники технічного діагнозу, якості технічного стану та надійності функціонування двигуна, що діагностують, то його технічний стан оцінюють як „не справний”, K 3 ( ti ) 4 WS експ( PS експ( вим ) вим ) WS доп ([ PS доп ([ ]доп ) , ]доп ) то поточний технічний стан двигуна оцінюють як "непрацездатний", "незадовільної" якості та "недопустимого" рівня надійності функціонування. 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 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 будується статистичний ряд, в якому методами математичної статистики оцінюється наявність тренду (невипадкового відхилення) будь-якого з контрольованих параметрів, що свідчить про виникнення і розвиток несправності авіадвигуна та необхідність виконання на ньому профілактично-відновлювальних 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. В основу корисної моделі покладено 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 робочого процесу двигуна [2], за яким шляхом непрямого вимірювання (розрахунку) визначають поточні значення комплексного діагностичного показника (КДП) (K i ( ti )) [3]. За величиною показника (K i ( ti )) у відповідності з алгоритмом реалізації комбінованого функціонально-тестового (КФТ) методу [4] ідентифікації не справного вузла типового ГТД визначають поточний технічний діагноз („справний - не справний”, „працездатний - непрацездатний”). При цьому по кожному виду технічного діагнозу ГТД визначають відповідну поточну ступінь якості технічного стану ГТД за значеннями її показника 5 18375 із значно меншими енерго та працевитратами в умовах експлуатації. Поставлену задачу вирішують тим, що у способі оцінки якості технічного стану і надійності функціонування газотурбінного двигуна використовують математичну модель оцінки динаміки технічного стану ГТД, яка має наступний вигляд WSi (K i ( ti )) та поточний рівень надійності функціонування авіадвигуна за значеннями її показника PSi (K i ( ti )) , що дозволяє оперативно контролювати і оцінювати поточний технічний стан й динаміку його деградації у кожного окремого екземпляру ГТД, що діагностується, в багатомірному просторі діагностичних параметрів, без його демонтування K i ( ti ) K 0 (t0 ) WSi (K i ( ti )) PSi (K i ( ti )) де K ( K WS0 (K PS0 (K dK вим ti ), dti 0 ( t 0 )) 0 ( t 0 )) i dWSi dK dK i dti ( WSekcn dPSi dK dK i dti ( PSekcn 0 ( t 0 ), WS0 (K 0 ( t 0 ), PS0 (K 0 ( t 0 )) WSekcп ( K вим ) WS1(K 0 ( t 0 )) PSekcп ( K вим ) PS1(K 1( ti )) 1( ti )) (1) ti ), K 0 ( t0 ) K вим K 1( ti ) K 0 ( t0 ) K вим (2) технічний стан ГТД вважають „справним”, тобто значення контрольованих та розрахункових параметрів, що характеризують його ТС, знаходяться в межах заданих технічних умов і експлуатація двигуна здійснюється за штатними режимами. При цьому значення показника якості ТС ГТД знаходяться в межах 1-го ступеня тобто ступінь якості ТС ГТД вважають „доброю”, при якій не потребується проведення профілактичних заходів. PS0 (K ti ), жуть перебувати в характерних експлуатаційних діапазонах, по яким визначають (оцінюють) поточний технічний діагноз ГТД. Так при значеннях K i ( ti ) в межах 1-го діапазону тичну похибку вимірювань штатної системи контролю параметрів типового ГТД при визначенні відповідного технічного діагнозу, якості ТС та надійності функціонування авіадвигуна; ti ti t 0 - поточний час напрацювання ГТД з початку експлуатації (або після останнього ремонту) на момент проведення його діагностування. Похідні відповідних комплексних показників технічного діагнозу, якості ТС та надійності функціонування ГТД у системі рівнянь (1) оцінюють динаміку зміни цих показників за часом напрацю0 ( t 0 )) i i вання двигуна порівняно із їх значеннями на початку експлуатації (або після останнього ремонту). Відповідно до алгоритмів методів діагностування ГТД [3, 4] поточні значення КДП K i ( ti ) мо - почат кові значення комплексних показників відповідно технічного діагнозу, якості ТС та надійності функціонування конкретного екземпляру ГТД у момент (t0) початку регулярної експлуатації (або після останнього ремонту); K вим , WSekcп, Sekcп - допуск на система WS0 (K 6 WS0 (K 0 ( t 0 )) , (3) В той же час значення показника надійності функціонування ГТД знаходиться в межах 1-го рівня PS0 (K тобто рівень надійності функціонування ГТД відповідає „заданому” рівню, що дозволяє експлуатувати ГТД на всіх визначених нормативною доку 0 ( t 0 )) , (4) ментацією штатних режимах без проведення регламентних робіт. Якщо поточні значення КДП K i ( ti ) набувають значення 2-го діапазону, а саме K 0 (t0 ) K K 0 (t0 ) K вим K вим K 2 ( ti ) доп K K 0 ( t0 ) K 2 ( ti ) K де [K ]доп - межево припустимий допуск на відхилення контрольованих та розрахункових параметрів від технічних умов, то технічний стан ГТД вважають „не справним”, але „працездатним”, тоб вим K доп 0 ( t0 ) K вим , (5) то це передвідмовний ТС двигуна, при якому його експлуатація можлива з обмеженнями або з особливим контролем та прогнозуванням динаміки деградації його ТС. 7 18375 При цьому поточні значення показника якості WS0 (K де 0 ( t 0 )) WSekcп ( K WS доп ([ вим ) WSддо ([ K ]доп ) ]доп ) - межево припустимий експлуатаційний допуск на якість ТС ГТД, тобто ступінь якості ТС вважають „задовільним", при якому дозволяється експлуатація двигуна з прове PS0 (K де 0 ( t 0 )) PSekcп ( K вим ) S доп ([ 8 ТС ГТД знаходяться в межах 2-го ступеня їW S2 (K 2 ( ti )) WS0 (K 0 ( t 0 )) WSekcп ( Л ]доп ) PS2 (K 2 ( ti )) PS0 (K 0 ( t 0 )) Sekcп ( K вим ) , K 3 ( ti ) K 0 (t0 ) K вим [ K ]доп допуск на надійність функціонування ГТД, тобто надійність функціонування двигуна знаходиться в межах „допустимого” рівня, при якому дозволяється його експлуатація з певними обмеженнями або особливим контролем з прогнозуванням динаміки зниження надійності функціонування. У випадку досягнення поточних значень КДП K i ( ti ) меж 3-го діапазону K 3 ( ti ) K 0 ( t0 ) K вим [ K ]доп WS3 (K 3 ( ti )) { WS0 ( 0 ( ti )) WSekcп ( K тобто ступінь якості ТС ГТД вважають „незадовільною”, при якій забороняється подальша експлуатація двигуна до виконання на ньому спеціальних профілактично - відновлювальних операцій, що PS3 (K 3 ( ti )) {PS0 ( 0 ( ti )) PSekcп ( K вим ) тобто надійність функціонування ГТД відповідає „недопустимому” рівню, при якому подальша експлуатація двигуна має бути припинена для виконання спеціальних профілактично - відновлювальних робіт, що дозволяють підвищити надійність функціонування ГТД до 2-го або 1-го рівня. (6) денням певних профілактичних заходів та прогнозуванням динаміки погіршення якості ТС. В той же час значення показника надійності функціонування ГТД знаходиться в межах 2-го рівня ]доп ) - межево припустимий S дon ([ вим ) , (7) , (8) технічний стан ГТД вважають „непрацездатним” тобто таким, що відповідає його відмові, а експлуатація двигуна має бути припинена до відновлення справного або працездатного ТС. При цьому значення показника якості ТС ГТД знаходиться в межах 3-го ступеня вим ) WS доп ([ K ]доп )} , (9) дозволяють перевести ГТД на 2-й або 1-й ступені якості ТС. В той же час значення показника надійності функціонування ГТД набувають меж 3-го рівня PS доп ([ K ]доп )} , (10) Зведені дані щодо ранжування експлуатаційних діапазонів зміни комплексних діагностичних показників технічного діагнозу, якості ТС та надійності функціонування ГТД відповідно до запропонованого способу оцінки якості технічного стану і надійності функціонування газотурбінного двигуна наведено у таблиці 1. 9 18375 Методологічні результати заявленого способу оцінки якості технічного стану і надійності функціонування газотурбінного двигуна пояснюються кресленнями, де зображені: на Фіг.1 - графічне визначення поточного ступеня та величини показника якості технічного стану (WSi) за поточними величинами показника технічного діагнозу ( K i ( ti ) ) двигуна, що діагностується; на Фіг.2 - графічне визначення поточного рівня та величини показника надійності функціонування (PSi) ГТД за поточними величинами показника технічного діагнозу ( K i ( ti ) ) двигуна, що діагностується; на Фіг.3 - графічна інтерпретація математичної моделі оцінки динаміки технічного стану ГТД: І, II, III - характерні експлуатаційні діапазони зміни показників якості ТС та надійності функціонування в залежності від діапазону зміни показника діагнозу за часом напрацювання двигуна; 10    R1, R2, R3 - сумарні вектори поточних векторів показників діагнозу, якості ТС та надійності функціонування в характерних діапазонах їх зміни. Апробація та ефективність застосування заявленого способу оцінки якості технічного стану і надійності функціонування газотурбінного двигуна перевірена на основі даних експериментальних досліджень на натурному газодинамічному стенді газотурбінного двигуна АІ-25 шляхом послідовного моделювання різного технічного стану конструктивних вузлів його проточної частини з визначенням динаміки зміни вищезазначених показників технічного діагнозу, якості ТС та надійності функціонування стендового ГТД. Результати експериментально-аналітичних досліджень щодо розрахунку значень показників якості технічного стану та надійності функціонування проточної частини ГТД АІ-25 наведено у таблиці 2. Таблиця 2 Результати розрахунку значень показників якості ТС та надійності функціонування проточної частини газотурбінного двигуна АІ-25 Значення показників якості ТС надійності функціонування PS Значення комплексного діагностичного показника K 0,90 0,90 0,92 0,92 0,94 0,94 0,9936 0,9950 0,9964 0,96 0,96 0,98 0,98 1,0 1,0 1,02 0,98 0,9977 0,999 1,0 0,999 Результати експериментального моделювання пояснюються кресленнями, де зображені: на Фіг.4 - контрольно-тестова діаграма визначення поточної якості технічного стану газотурбінного двигуна АІ-25 і його конструктивних вузлів за 1,04 0,96 0,9977 1,06 0,94 1,08 0,92 0,9964 0,9950 1,10 0,90 0,9936 поточними значеннями комплексного діагностичного показника: І - зона „справного” і „доброї” якості ТС; II - зона „працездатного” і „задовільної” якості ТС; III - зона „непрацездатного” і „незадовільної” якості ТС; 11 на Фіг.5 - контрольно-тестова діаграма визначення поточної надійності функціонування газотурбінного двигуна АІ-25 і його конструктивних вузлів за поточними значеннями комплексного діагностичного показника: І - зона „справного” ТС і „заданої” надійності функціонування; II - зона „працездатного” ТС і „допустимої” надійності функціонування; ПІ - зона „непрацездатного” ТС і „недопустимої” надійності функціонування. Таким чином, у заявленому способі за визначеними поточними значеннями комплексного діагностичного показника технічного діагнозу ГТД здійснюють оцінку поточних комплексних показників якості технічного стану та надійності функціонування кожного окремого екземпляру газотурбінного двигуна, що діагностують в умовах експлуатації без його демонтування. При цьому забезпечується оперативний контроль та ефективна оцінка технічного стану ГТД із значно меншими енерго та працевтратами. 18375 12 Джерела інформації: 1. Бюллетень №304590БЭ-Г. Контроль технического состояния изделий Д-30 по измереным в полете параметрам. // Методика 42-00-816 ПМ 115-1. - Пермь: п.я. Р-6837, 1988. - 38с. 2. Чоха Ю.М., Попов О.В. Математична діагностична модель робочого процесу ТРДД з низьким рівнем контролепридатності. // Вестник двигателестроения, - 2003. - №1. - С.100-103. 3. Дмитрієв С.О., Чоха Ю.М. Застосування комплексного контрольно-розрахункового методу діагностування конструктивних вузлів типових ТРДД для динамічних ЕСД // Вестник двигателестроения. - 2004. - №1. - С.27-29. 4. Чоха Ю.М., Смаглюк В.М., Хабаров Ю.В. Алгоритм реалізації комбінованого функціонального методу ідентифікації не справного вузла типового ТРДД // Збірн. наук. праць ЦНДІ ЗС України. 2005. - №3. - С.160-170. 13 Комп’ютерна верстка А. Рябко 18375 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601