Принципы технической диагностики двигателя.

 

 

Термины и определения.

Деталь или элемент- составная часть технического устройства, которая при расчетах не подлежит расчленению, например вал, корпус, шестерня.

Блок или узел- совокупность деталей, собранных по определенной схеме, для выполнения заданной функции оформленная сборочным чертежом, например редуктор.

Устройство или агрегат- совокупность деталей, элементов, узлов, блоков, обеспечивающее решение определенных функциональных задач и имеющая самостоятельное эксплуатационное значение.

Система- совокупность взаимодействующих устройств полностью обеспечивающее выполнение определенных практических задач, например, топливная система, система смазки, система управления.

Надежность- свойство двигателя, его узла или детали выполнять свою работу в течении заданного времени и при определенных условиях эксплуатации. Нельзя измерить, поэтому формы проявления надежности:

1. безотказность
2. долговечность
3. ремонтопригодность

Безотказность- свойство двигателя или его узла непрерывно сохранять свою работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации. Количественно оценивается вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов и наработкой на отказ.

Работоспособность- состояние двигателя, при котором он в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным техническими условиями для всех основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций двигателя.

Ремонтопригодность- свойство двигателя или узла, заключающееся в приспособленности к восстановлению неисправности и поддержанию технического ресурса путем предупреждения обнаружения и устранения отказа.

Дефект- всякое повреждение или разрегулировка узлов агрегатов механизмов двигателя не приведшее к потере их работоспособности.

Неисправность- несоответствие хотя бы одного из параметров требованиям технической документации. Неисправный двигатель может быть работоспособным.

Долговечность- свойство двигателя длительно с возможными перерывами на ремонт сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации до разрушения или другого предельного состояния. Основные показатели характеризующие надежность двигателя- отказы.

Отказ- полная или частичная утрата способности двигателя выполнять свое назначение. Делятся на внезапные, возникающие в результате скачкообразного изменения значений одного или нескольких параметров, и постепенные, возникающие в результате постепенного изменения значений параметров двигателя вследствие износа, старения и других аналогичных причин. Бывают независимые и зависимые. Независимый отказ вызывается различными случайными причинами. Зависимый отказ возникает в результате отказа смежных деталей и систем. По степени нарушения параметров двигателя отказы разделяются на полные, до устранения которых использование двигателя по прямому назначению становится невозможным и частичные отказы, до устранения которых остается возможность хотя бы частично использовать двигатель. Могут быть разделены на 2 группы:

1. необратимые- влекут за собой возможность возникновения аварии либо вообще не могут быть устранены без прекращения нормального функционирования двигателя.
2. обратимые- не влекут за собой возможность возникновения аварии, а устранение их не требует обязательного прекращения функционирования двигателя.

По месту действия:

1. Отказы, проявившиеся в полете.
2. Отказы, приведшие к досрочному снятию двигателя с самолета.
3. Отказы, устраненные в эксплуатации без снятия двигателя с самолета.

Двигатель имеет сложную систему управления, которая характеризуется тем, что отказ одного или нескольких узлов не влечет за собой полное прекращение ее работы, а лишь несколько снижает эффективность управления.

При построении структурных схем встречаются виды соединений:

1. Последовательное- совокупность систем, отказ которой возникает при отказе хотя бы одной системы, входящей в данную структуру.
2. Параллельное- совокупность систем, отказ которой наступает в случае отказа всех систем, входящих в структуру.
3. Смешанное- сочетание последовательного и параллельного соединения.

 

Возникновение прогаров жаровых труб объясняется склонностью к медленному накоплению нагара на внутренней поверхности трубы, особенно в зонах горения и расположения рабочих форсунок. Нагарообразование появляется в результате неполноты сгорания топлива и зависит от конструкции жаровой трубы, времени эксплуатации двигателя и качества топлива. Прогар жаровой трубы может быть из-за нарушения работы форсунок, поэтому необходим регулярный контроль за состоянием камер сгорания с помощью различных методов контроля. Может происходить закоксованность рабочих форсунок. Уровень закоксованности зависит от конструктивной схемы охлаждения форсунки, сдува топлива и в большой мере от наработки в эксплуатации. Признаком закоксованности рабочей форсунки является увеличение давления перед форсункой. По величине зазоров между антивибрационными полками рабочих лопаток КНД может стать причиной разрушения. Контроль осуществляется прямым измерением зазоров между ними. Как показывает опыт диагностирования все неисправности, за исключением закоксованности форсунок, имеют общие диагностические признаки, однако они не указывают место неисправности, они лишь позволяют определить, исправен или неисправен двигатель без указания причин. Если в дополнение измеряется давление воздуха за компрессором, перепад давления на турбине, давление в наружном контуре, то глубина дефекта может быть увеличена до одного узла.

Разрушение деталей подшипников опор роторов и приводов агрегатов происходит вследствие усталости материалов, повышенного износа поверхностей, изменения зазоров и посадок между деталями подшипников и опор, повреждений вызванных масляным голоданием и загрязненностью масла. Общий признак данной неисправности- наличие металлической стружки в масле, которая обнаруживается в фильтрах и магнитных пробок, по сигналу фильтросигнализатора, но увеличению давления на фильтрах, по результатам спектрального анализа масла. Признаки: наличие стружки, увеличение температуры масла в опорах, изменение виброскоростей на опорах и времени выбега роторов. В эксплуатации подробный перечень неисправностей содержится в письменной документации или в банке данных конкретной системы диагностирования, при этом объемы на содержание определяются обозначением и целями системы. Обязательно хранятся все сведения о неисправностях, наблюдаемых в эксплуатации, которые по мере увеличения срока службы подвергаются уточнениям и дополнениям, кроме этого было отмечено, что причины возникновения одной и той же неисправности могут изменяться под влиянием эксплуатационных факторов. Перечень сведений о неисправностях и их диагностических признаках, характерных для данного двигателя, является основой для анализа возникающих и будущих неисправностей, с целью разработки алгоритма поиска неисправностей. Важнейшим для авиационного двигателя является обеспечение его контролепригодности. Уже на стадии проектирования обеспечивается контролепригодность, т.к. достаточная контролепригодность двигателя обеспечивает рациональную систему диагностирования технического состояния двигателя. Под контролепригодностью АД понимается обеспеченная его конструкцией и оборудования возможность получения информацией, необходимой для достоверной оценки исправности и состояния каждого двигателя в условиях эксплуатации без его разборки и снятия с самолета. Зависит от конструкции АД и корпуса самолета, поэтому достижение высокого уровня контролепригодности возможно лишь при непрерывной, тесной, взаимной связи процессов проектирования, доводки и эксплуатации двигателя с процессами разработки и внедрения в эксплуатацию методов и средств диагностирования. Это позволяет учесть в конструкциях двигателей самолета возможность применения различных методов и средств диагностирования, обеспечивающих достоверное распознавание неисправностей, влияющих на безопасность полета на ранних стадиях возникновения, поэтому для каждого двигателя разрабатываются методы и средства диагностирования, отрабатывается перечень неисправностей, снижающих безопасность полета, диагностические параметры, признаки, алгоритмы обработки и анализа диагностической информации, реализованные в диагностических устройствах, встроенных в двигатель. Конструкция двигателя должна обеспечить выявление неисправностей на ранних стадиях возникновения и развития:

1. Разрушение лопаток по перу и замку ротора компрессора и турбины
2. Разрушение дисков ротора двигателя
3. Разрушение подшипников опор двигателя
4. Помпаж
5. Повышенный уровень вибрации
6. Прогар лопаток соплового аппарата
7. Изменение неравномерности температурного поля в процессе эксплуатации
8. Разрушение деталей вспомогательной и основной камер сгорания
9. Отказы в работе агрегатов топливопитания и регулирования двигателя
10. Изменение тяги двигателя до уровня, не обеспечивающего безопасный взлет.
11. Ухудшение характеристик газовоздушного тракта.

Выявление этих неисправностей возможно путем применения виброаккустического, рентгенографического, визуальнооптического, пирометрического и газодинамического метода, а так же с помощью спектрального анализа масла системы смазки и непрерывной регистрации комплекса параметров на различных режимах в полете и на земле. Согласно современным нормам летной годности в настоящее время двигатель должен обеспечить инструментальный контроль не менее 15 параметров, а на двигателях до 1975 года не менее 30 параметров. Характеристики контролепригодности является функцией конструктивных и эксплуатационных факторов и представляет собой переменные величины которые могут изменяться в определенных границах. Это показывает, что свойствами контролепригодности двигателя можно управлять. Соответственно значения показателей контролепригодности могут устанавливаться, обеспечиваться и оцениваться при проектировании, изготовлении и эксплуатации, которые удовлетворяют следующим требованиям:

1. Учет технических показателей двигателя и средств диагностирования
2. Возможность сравнения различных диагностических средств и определение пути повышения их технических показателей
3. Простота вычислений при выполнении инженерных расчетов

 

 

Контролепригодность.

Наиболее полно удовлетворяет этим требованиям комплексный критерий коэффициенты контролепригодности и эффективности. Комплексный критерий характеризует глубину, полноту, стоимость, целесообразность применения системы диагностирования в конкретной ситуации и учитывает структуру двигателя, как объекта диагностирования. Глубина диагностирования характеризует степень детализации, с которой устанавливается место, возникшей неисправности. Стоимостной критерий целесообразности диагностирования: Кс=С7/(Сэ+Со). Сэ- затраты на систему диагностирования. Со- первоначальная стоимость на систему диагностирования. Критерий эффективности учитывает влияние большого числа составляющих системы диагностирования и выражается зависимостью Кэ=Р1*Р2*Р3*Р4*Р5*Р6. Кэ- критерий эффективности. Р1- вероятность отсутствия неисправностей в неконтролируемой части двигателя в процессе диагностирования. Р2- вероятность правильной оценки состояния двигателя. Р3-вероятность правильного функционирования технических средств в период диагностирования. Р4- достоверность алгоритма диагностирования. Р5-Вероятность правильной работы оператора. Р6- инструментальная достоверность диагностирования. На ряду с рассмотренными выше критериями оценка контролепригодности двигателя должна проводиться с учетом ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности двигателя. Для эффективного проведения диагностики двигателя необходимо иметь заданный уровень контролепригодности. Это достигается путем оптимального конструирования двигателя как объекта диагностирования. Если регистрация диагностический информации осуществляется с помощью временно подсоединяемых средств, то требуется большое число точек для подсоединения аппаратуры двигателя, снятия заглушек штуцеров в различных системах двигателя. При таком подходе к диагностированию в отдельных случаях двигатель может оказаться неработоспособным. Причины: попадание в системы двигателя посторонних частиц при подсоединении и отсоединении аппаратуры, нанесение повреждений при многократной установке датчиков и т.д. этот недостаток можно устранить, если иметь спец. точки для подсоединения и отсоединения аппаратуры. Поэтому при проектировании двигателя необходимо предусмотреть возможность определения технического состояния двигателя без разборки двигателя и, чтобы средства диагностирования не влияли на состояние двигателя. Поэтому основными требованиями при конструировании двигателя, обеспечивающие высокий уровень контролепригодности являются: простота конструкции, эксплуатации и ремонта, высокая надежность, приспособленность конструкции к условиям эксплуатации диагностирования, достаточность обзора и доступность к необходимым деталям и узлам двигателя в самолетной компоновке, возможность применения автоматизированных и неавтоматизированных систем диагностирования для поиска неисправностей, устранение выявленных неисправностей при минимальных трудозатратах и времени простоя. Это означает, что уровень контролепригодности обеспечивается на стадии проектирования. По статистике об отказах аналогов, оценке затрат на проведения диагностирования. Разработке единой НТД на диагностирование при производстве, ремонте и эксплуатации самолета. Выбор средств диагностирования производится по требованиям: минимальные габаритные размеры, масса и стоимость, высокая надежность и беззатратность, возможность применения средств без разборки двигателя, обеспечение быстрого поиска неисправностей, необходимой достоверности результатов диагностирования, универсальности, автоматизации, стандартизации и унификации и возможность для хранения и обработки диагностической информации. Наряду с совершенствованием аппаратуры диагностирования необходима разработка математического обеспечения систем диагностирования. Направления работы:

1. Определение признаков неисправности. Диагностические признаки определяются и обобщаются на основании специальных экспериментальных и теоретических исследований
2. Разработка стандартных математических программ для компьютера
3. Оценка допусков значений диагностических параметров. Это обеспечит достоверное выявление возможных в эксплуатации неисправностей
4. Расширения возможности контроля диагностирования с помощью компьютера на борту самолета. Должен удовлетворять требованиям по стоимости, массе и объему памяти.

Дл раннего обнаружения неисправностей и определения места неисправностей с точностью до съемного узла двигатель оборудуется датчиками для измерения параметров, которые характеризует возможное его состояние. Кроме этого используется информация с датчиков режима работы двигателя.

 

Выбор методов и средств диагностики.

Эффективность применения существующих методов и средств диагностики зависит от контролепригодности двигателя, контролеспособности системы диагностирования, условий эксплуатации, периодичность измерения, физической природы неисправностей и признаков неисправностей принятых диагностических моделей и степень участия человека при диагностировании. Они влияют на выбор методов и средств диагностирования нельзя оценить количественно, поэтому их выбор производится на основе предшествующего опыта эксплуатации двигателя или его прототипа и по результатам опытных проверок на стадиях доводки производства, ремонта и эксплуатации. На основе имеющего опыта диагностирования двигателя можно обобщить и выработать общие методические приемы, способствующие выбору методов и средств. Методы и определения диагностических признаков и моделей неисправностей можно разделить на экспериментальные, в которых используются технические средства измерения, контроля и диагностирования двигателя, имеющего определенный состав параметров и признаков. Расчетные, в котором признаки вычисляются.

 

 

Температура газа перед турбиной.

Тепловой режим оценивается в основном температурой газа перед турбиной. Температура газа характеризует процесс сгорания ТВС и тепловое состояние деталей газовоздушного тракта двигателя. Величина температуры газов перед турбиной является одним из основных параметров, определяющих значение мощности, развиваемое турбиной. Т.е. каждому режиму работы двигателя соответствует определенная температура, которая установлена руководством по эксплуатации. Нормальное значение температуры свидетельствует о том, что тепловой режим двигателя соответствует расчетному. Самопроизвольное повышение или уменьшение температуры газа перед турбиной, с одновременным повышением или уменьшением частоты вращения ротора двигателя сигнализирует о нарушении топливо- регулирующей аппаратуры. Повышение температуры газа без изменения частоты вращения может быть вызвано неисправностью проточной части двигателя. Например, вытяжка рабочих лопаток компрессора и турбины, обгорание деталей проточной части двигателя, разрушение подшипников роторов приводит к уменьшению частоты вращения, однако автоматика увеличивает подачу топлива для поддержания постоянной частоты вращения, что ведет к увеличению температуры газа перед турбиной. Самопроизвольное увеличение температуры может происходить по причинам непосредственно не связанным с неисправностями проточной части двигателя, а является следствием помпажные явлений или наличием льда во входной части двигателя или повреждением системы поворота направляющих лопаток компрессора. Увеличение температуры газа перед турбиной выше допустимого значения при запуске двигателя свидетельствует о повреждении топливо регулирующей аппаратуры, нарушении расчетного закона поступления воздуха в компрессор и неисправности проточной части двигателя. Забросы температуры газа перед турбиной при запуске не допускаются, т.к. это приводит к изменению структуры материала деталей камеры сгорания и турбины и соответственно к их разрушению. Однако, по мере износа деталей проточной части двигателя, т.е. накопление отказов происходит разрегулировка его систем и появляется тенденция к увеличению температуры на всех режимах работы вследствие увеличения подачи топлива в двигатель. Начавшееся разрушение деталей проточной части опор роторов двигателя характеризуется забросом температуры выше допустимого значения для данного типа двигателя.

 

Давление топлива перед топливными форсунками.

На большинстве двигателей в эксплуатации производится непрерывный контроль давления топлива перед рабочими топливными форсунками. Величина этого давления определяет исправность системы топливного питания двигателя. Его величина может изменяться при изменении режима работы двигателя и изменении полетных условий при нормальной работе двигателей, поэтому этот параметр самостоятельно не может определять технические состояние двигателя, однако в сочетании с другими диагностическими параметрами представляет определенную диагностическую ценность. Например, увеличение давление перед топливными форсунками при неизменной температуре газов перед турбиной при работе двигателя на постоянном режиме и неизменных условиях полета определяет засорение топливных форсунок. Это явление очень опасно, т.к. засорение происходит неравномерно, поэтому не обеспечивается равномерность температурного окружного поля и поля давлений. Это приведет к росту термических и переменных напряжений от колебаний лопаток, которые вызовут их усталостное разрушение, поэтому сочетание давления перед форсунками и температуры газов перед турбиной представляет диагностическую ценность определения технического состояния двигателя. Если происходит резкое уменьшение давления перед форсунками- это свидетельствует о повреждении топливопровода или прогар топливной форсунки.

 

 

Параметры маслосистемы.

У современных двигателей, подлежащих непрерывному контролю: давление масла в нагнетающей части и температура масла на входе и выходе их двигателя. Известно, что двигатель имеет большую частоту вращения роторов, поэтому смазка подшипников и других трущихся поверхностей должна производиться непрерывно и эффективно, поэтому каждому режиму работы двигателя установлена определенная величина давления масла. Падение давления масла ниже установленных пределов способствует значительному увеличению износа сопряженных деталей, повышению теплового состояния, т.е. уменьшает механическую прочность. Поэтому давление масла косвенно определяет техническое состояние двигателя в данный момент его работы, но не может указать на наличие, какого- либо определенного дефекта. Дефекты, вызывающие падение давления масса:

1. Износ деталей маслонасоса
2. Попадание топлива в маслосистему через уплотнения агрегатов топливной системы
3. Засорение фильтров
4. Нарушение работы системы суфлирования
5. Изменение физико-химических свойств масла
6. Разрушение масляных уплотнений
7. Разрушение маслопроводов
8. Образование воздушных пробок в системе
9. Заедание редукционного клапана маслонасоса в открытом положении

 

Температура масла

Каждому режиму работы двигателя должно соответствовать определенная температура масла. Если масло минеральное, то температура на входе в двигатель задается в строго определенных пределах, т.к. если температура выходит за эти пределы, то при понижении происходит загустение масла и недостаточное поступление в зазоры трущихся поверхностей. При повышении температуры чрезмерное разжижение, т.е. ухудшение смазывающих способностей масла. Ухудшение теплоотдачи масла и перегрев трущихся поверхностей. Все это приводит к повышенному износу опор двигателя. На большинстве двигателей применяется синтетическое масло, которое имеет широкий диапазон рабочих температур. Поэтому температура синтетического масла ограничивается температурным режимом двигателя. Требуемое значение температуры масла поддерживается путем его охлаждения в радиаторе и практически не зависит от технического состояния масла. Наиболее информативным параметром является разность температур выходящего и входящего в двигатели масла. По этой величине можно судить о теплоотдаче масла и соответственно о тепловом состоянии двигателя в целом. Обычно этот параметр ограничен по верхнему пределу. Выход за предел характеризует перегрев смазываемых узлов. Это связано с нарушением работы газоуплотнительных устройств, через которые в маслосистему газы с высокой температурой прорываются в газы. Увеличение температуры связано с уменьшением прокачки масла через двигатель. т.е. разность температур масла можно использовать для определения технического состояния двигателя.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: