Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния проблемы диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 7
1.1 Природа, типы, условия возникновения и особенности проявления автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 8
1.2 Анализ существующих методов диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 16
1.3 Обзор существующих технических средств диагностики аэроупругих колебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 35
1.4 Мониторинг динамических сигналов при стендовых испытаниях авиационных ГТД 44
Выводы по разделу 1 47
2 Исследование автоколебаний лопаток компрессора авиационных ГТД 48
2.1 Проверка эффективности использования для диагностики автоколебаний первичных преобразователей различного типа 48
2.2 Обоснование возможности автоматизации процесса вибродиагностики автоколебаний компрессора авиационного ГТД 55
2.3 Анализ влияния места расположения вибропреобразователей на корпусах ГТД на эффективность вибродиагностики автоколебаний 63
2.4 Исследование возможности диагностики аэроупругих колебаний лопаток малоразмерного ГТД 69
Выводы по разделу 2 74
3 Разработка алгоритма вжродиагностики автоколебаний лопаток компрессора ГТД 76
3.1 Разработка математической модели процесса вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора ГТД по анализу корпусной вибрации- 76
3.2 Разработка критериев диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 100
3.3 Разработка методов и методики диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД в режиме реального времени 103
3.4 Разработка алгоритма диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 111
Выводы по разделу 3 114
4 Разработка функциональных узлов автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора ГТД 116
4.1 Разработка функциональной схемы автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора ГТД 116
4.2 Разработка блока аппаратной реализации автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 120
4.3 Разработка функциональных узлов блока аппаратной реализации автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний 128
4.4 Разработка блока программной реализации автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД 136
Выводы по разделу 4 148
Заключение 150
Список использованных источников 152
Приложения 165
- Анализ существующих методов диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД
- Обоснование возможности автоматизации процесса вибродиагностики автоколебаний компрессора авиационного ГТД
- Разработка критериев диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД
- Разработка блока аппаратной реализации автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД
Введение к работе
Актуальность темы диссертационных исследований обусловлена необходимостью надежной и своевременной диагностики автоколебаний (АК) лопаток компрессора авиационного ГТД с целью предотвращения развития опасной ситуации - достижения амплитудами вибрационных напряжений в элементах рабочего колеса (лопатках, замках, дисках и т.д.) опасных значений, что может привести к их повреждению. Это достигается за счет автоматизации процесса диагностики АК, позволяющей сократить время на принятие решения.
Проблеме разработки методов и средств диагностики АК посвящено значительное количество публикаций отечественных и зарубежных авторов. Несмотря на это, алгоритмы и технические средства их надежной и своевременной диагностики до сих пор реализованы не в полной мере, что вызвано, прежде всего, сложностью выявления диагностических признаков и необходимостью выполнения анализа уже зарегистрированной информации, в то время как диагностика АК важна на ранней стадии их развития. Для своевременного предотвращения развития опасной ситуации в деталях компрессора авиационного ГТД необходимы эффективные методы, алгоритмы и технические средства, позволяющие автоматизировать процесс диагностики.
В работе рассмотрены вопросы диагностики наиболее опасного и часто встречающегося вида аэроупругих колебаний компрессора - низкочастотных АК по анализу информации с датчиков, установленных на статоре ГТД.
Целью исследования является разработка автоматизированной системы вибродиагностики АК компрессора авиационного ГТД.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
- проведен сравнительный анализ известных методов и технических
средств диагностики АК компрессора авиационного ГТД;
исследована эффективность диагностических признаков АК компрессора авиационного ГТД при анализе информации с датчиков различной физической природы, полученной при испытаниях ГТД различного класса тяги, обоснована возможность автоматизации процесса вибродиапюстики АК;
разработана математическая модель, критерии и методы вибродиагностики АК компрессора авиационного ГТД;
- разработан алгоритм функционирования автоматизированной системы
вибродиагностики АК компрессора авиационного ГТД;
разработана автоматизированная система вибродиагностики АК компрессора авиационного ГТД и ее функциональные узлы.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории колебаний механических систем, волновой теории, преобразовании Фурье, теории фильтрации сигналов, аппарата математической статистики, теории автоматического управления.
Научная новизна работы состоит в разработке:
- математической модели процесса вибродиагностики АК компрессора
ГТД, позволяющей анализировать их развитие и устанавливать временной
интервал, в течение которого система должна зафиксировать наличие АК;
критериев вибродиагностики АК, учитывающих особенности отображения динамической информации в частотной области, а также критериев, предназначенных для подтверждения наличия АК;
- методов вибродиагностики АК применительно к ГТД разной
размерности, учитывающих условия проведения испытаний и позволяющих
диагностировать АК на стадии их развития и предотвратить постановку
ложного диагноза.
Практическая ценность работы состоит в разработке:
алгоритма функционирования автоматизированной системы диагностики АК компрессора авиационного ГТД, основанного на разработанных критериях и методах диагностики, использование которого позволяет предупредить возникновение опасной ситуации, связанной с увеличением вибронапряжений в деталях компрессора до опасных значений;
- методики вибродиагностики АК компрессора ГТД, определяющей
последовательность выполнения диагностики при стендовых испытаниях;
- функциональных узлов автоматизированной системы вибродиагностики
АК компрессора авиационного ГТД, являющихся технической реализацией
разработанных методов и алгоритма вибродиагностики АК.
Апробация работы. Материалы работы прошли апробацию в докладах на конференциях:
Авиация и космонавтика (Москва, 2006 г.);
Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений (Рыбинск, 2006 г.);
XII Конгресс двигателестроителей (Харьков, 2007 г.);
Актуальные вопросы авиадвигателестроения (Рыбинск, 2007 г.);
XIII Конгресс двигателестроителей (Харьков, 2008 г.).
Реализация результатов работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «НПО «Сатурн» при стендовых испытаниях ГТД SaM146 в виде усовершенствованных алгоритма и методики диагностики АК компрессора ГТД, устройства для диагностики АК рабочего колеса турбомашины, а также в учебном процессе РГАТА.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Алгоритм функционирования автоматизированной системы
вибродиагностики АК компрессора ГТД и ее функциональные узлы.
-
Математическая модель процесса вибродиагностики АК компрессора.
-
Критерии и методы вибродиагностики АК компрессора ГТД. Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 13
печатных работ, из которых 5 статей в журналах, включенных в перечень ВАК. Структура и объем работы. Работа изложена на 200 листах, содержит 59 рисунков и состоит из введения, 4 разделов, заключения, перечня использованных источников из 102 наименований и 4 приложений.
Анализ существующих методов диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД
Диагностика аэроупругих колебаний рабочих лопаток компрессоров обычно производится с помощью динамического тензометрирования по росту напряжений с тензорезисторов по всем препарированным рабочим лопаткам. При этом признаком АК является появление устойчивых по времени на частотах колебаний лопаток спектральных составляющих, отличающихся от роторных гармоник. Препарирование рабочих колес (наклейка тензорезисторов на лопатки) при их проверке на АК производится для измерения вибрационных напряжений по низшим формам собственных колебаний (обычно первым трем).
Однако, сложность тензометрирования лопаток компрессора (трудоемкость препарирования и прокладки коммуникаций, наклейки тензорезисторов и передача сигнала с вращающейся детали на невращающиеся, ограниченный ресурс тензометров и токосъемных устройств) резко снижает информативность эксперимента, а в ряде случаев ограничивает его применимость для диагностики АК, особенно в летных условиях на борту летающей лаборатории.
В процессе эксплуатации вследствие износа лопаток их динамические свойства изменяются. Изменяются также нестационарные аэродинамические силы, действующие на лопатки, из-за изменения зазоров, неравномерности температур, давлений и других аэродинамических параметров. Вследствие этого вибрационные характеристики лопаток могут сильно отличаться от первоначальных, определенных путем тензометрирования в стендовых условиях. Поскольку повторные тензометрирования в условиях эксплуатации, как правило, весьма затруднительны, то вибрационная надежность рабочих лопаток в этом случае становится весьма неопределенной. Вместе с тем при колебаниях рабочие лопатки являются вращающимся источником возмущения потока. При АК и ВС эти возмущения относительно неподвижного датчика реализуются в виде бегущих по колесу волн деформации. Анализ межлопаточных фазовых сдвигов между колебаниями лопаток позволил установить, что при флаттере рабочих лопаток на колесе реализуется, как правило, волна деформации, бегущая в направлении вращения колеса, а при резонансе, наоборот, в направлении, против вращения колеса [33]. Это сделало возможным диагностику флаттера при малом уровне напряжений по однотипным тензодатчикам путем измерения сдвигов фаз колебаний, лежащих в основе фазоволнового метода диагностики АК [8] (лопатки препарированы тензометрами), основанного на измерении сдвигов фаз колебаний между лопатками. В качестве первичных преобразователей используются тензометры, устанавливаемые в окружном направлении на различных элементах колес (лопатки, диск, бандаж). Следует учитывать, что основные типовые элементы систем измерения динамических деформаций (линии связи, усилительная аппаратура, фильтры, регистраторы) искажают фазы изучаемых колебаний.
В процессе исследования сдвигов фаз колебаний лопаток при АК в темпе эксперимента аналоговой системой, включающей фильтрацию сигналов, выявилась главная особенность кинематики этих колебаний. Колебания лопаток происходят с запаздыванием по времени, т.е. со сдвигом фаз. Иными словами флаттер происходит в виде бегущей по колесу в окружном направлении волны деформации. При развитом флаттере рабочих колес (при достаточном углублении за границу устойчивости) значения сдвигов фаз тесно группировались около величин, характерных для строго симметричной (однородной) системы. При малом уровне амплитуд вблизи границы флаттера при сохранении той же частоты колебаний появляется разброс по колесу в сдвигах фаз между соседними лопатками. В связи с этим, для определения числа узловых диаметров при флаттере, измерения сдвигов фаз двух соседних лопаток может быть недостаточно и необходимо измерение сдвигов фаз между несколькими парами лопаток, расположенных в пределах одной полуволны деформации. Если же колесо набрано из консольных лопаток с направленной динамической неоднородностью, то в этом случае определить фазоволновым методом число узловых диаметров по которым реализуется флаттер, не представляется возможным. Данный метод эффективен, если имеются тензометры на рядом стоящих лопатках. Если тензометры рядом стоящих лопаток выходят из строя, то в этом случае использование фазоволнового метода становится проблематичным.
Недостатки тензометрирования рабочих колес турбомашин, основными из которых являются [8] высокая трудоемкость и ненадежная работа токосъемных устройств, делают актуальным поиск методов диагностики АК, основанных на анализе информации с датчиков, установленных на статорных деталях. Б. Методы диагностики АК, основанные на анализе динамической информации с датчиков, установленных на статорных деталях. Известен дискретно-фазовый [7] метод обнаружения флаттера, основанный на измерении амплитуд колебаний рабочих лопаток при флаттере, который конструктивно был реализован в виде приборов «ЭЛУРА» и «ЦИКЛ» [7]. Этот метод позволял получать амплитуды периферийных сечений всех лопаток в колесе. Аналогичные результаты за рубежом появились значительно позднее. Дискретно-фазовый метод обладает сравнительно невысокой точностью и невозможностью определения знаков сдвигов фаз.
Обоснование возможности автоматизации процесса вибродиагностики автоколебаний компрессора авиационного ГТД
Экспериментальная проверка соотношения между напряжениями в лопатках и вибрацией на диагностической частоте при АК была проведена в процессе стендовых испытаний полноразмерного авиационного ГТД класса тяги 13 т. Измерение и контроль вибраций производились с помощью стендовой виброаппаратуры по двум штатным вибропреобразователям МВ-43-5Б, смонтированным на разделительном корпусе двигателя (РК) и корпусе задней подвески (КЗП). С целью измерения корпусной вибрации по трем взаимно перпендикулярным направлениям относительно оси двигателя кроме штатных вибропреобразователей дополнительно бьши смонтированы на РК и КЗП трехкомпонентные вибропреобразователи ВТК-7. Спектральный анализ вибраций в темпе проведения испытаний производился в диапазоне частот до 500 Гц с помощью спектроанализатора 2033 фирмы «Брюль и Къер». Для детального спектрального анализа с момента нажатия кнопки «Запуск» до полного останова двигателя выполнялась непрерывная регистрация динамических параметров на MIC-300M. При этом для лучшего разрешения по частоте при использовании регистратора сигналов MIC-300M были установлены следующие параметры спектрального анализа: частота анализа - до 300 Гц; число порций быстрого преобразования Фурье (БПФ) - 1; число точек БПФ - 1024; весовое окно Ханнинга. Результаты вибродиагностики АК авиационного ГТД класса тяги 13 т приведены в приложении А на рис. 45 и 46. На рис. 45 приведены результаты спектрального анализа с трех вибропреобразователей. В момент возникновения АК по всем вибропреобразователям доминирует составляющая на диагностической частоте 200 Гц, превышающая по уровню составляющие, генерируемые роторами.
В результате проведенных исследований установлено, что в начальный момент времени амплитуда корпусной вибрации составляла 6,5 мм/с. За 50 секунд плавного увеличения режима работы ГТД (сигналы с тензорезисторов и вибропреобразователей были записаны синхронно на цифровой регистратор сигналов) амплитуда корпусной вибрации возросла от 6,5 мм/с до 12,3 мм/с, т.е., имеет место практически линейная зависимость между амплитудой корпусной вибрации и уровнем вибрационных напряжений. Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что существует некоторое соотношение между вибрационными напряжениями в лопатках и корпусной вибрацией на диагностической частоте при флаттере, которое сохраняется и при изменении режима работы ГТД. На рис. 11-12 показаны зависимости, полученные при различных условиях проведения стендовых испытаниях ГТД класса тяги 13 т. (степени раскрытия площади проходного сечения сопла; наличия или отсутствия дроссельной решетки на входе и пр.), на основании которых установлено: - с раскрытием площади проходного сечения сопла возникновение АК смещается на более высокий режим работы ГТД (возникает позднее) рис. 12; - имеет место пропорциональная зависимость между амплитудами вибрационных напряжений в лопатках и вибрации на диагностической частоте; - темп нарастания вибронапряжений в лопатках и вибрации при АК сохраняется и при изменении режима работы ГТД.
Зависимость параметра, учитывающего режим работы ГТД, где были зафиксированы АК, от площади проходного сечения сопла Однако, как показали результаты экспериментальных исследований соотношение между амплитудами вибрационных напряжений и вибраций на диагностической частоте при АК не всегда строго пропорциональны (рис. 13 -14). Отклонение от пропорциональности вызвано влиянием на уровень вибрации амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) корпуса в месте постановки вибропреобразователя и условиями проведения испытаний, которая в виде поправки (коэффициента, учитывающего АЧХ силового корпуса ГТД в месте установки вибропреобразователя и условий проведения испытаний) учтена в алгоритме функционирования автоматизированной системы и при разработке ее функциональных узлов.
Конструктивное исполнение и геометрические размеры корпуса (тип корпуса в зависимости от его толщины: силовой или оболочка) определяют ослабление (или усиление на одной из его резонансных частот) амплитуды виброскорости на диагностической частоте.
В связи с тем, что по результатам экспериментальных исследований [69], наибольший уровень вибрации на диагностической частоте при АК был зафиксирован на корпусе бустера над рабочими лопатками первой ступени, примем в данной точке измерения кАЧХ = 1.
АЧХ силового корпуса ГТД и системы «опоры-корпус» определяет уровень вибрации на диагностической частоте, а, следовательно, и устанавливаемый пороговый уровень. По мере приближения диагностической частоты АК к резонансной частоте корпуса амплитуда виброскорости на диагностической частоте /dAKBC увеличивается, и наоборот, т.е. на разных частотах вращения коэффициент к будет принимать различные значения, что следует учитывать при разработке системы. Для этого задают вектор (одномерный массив) значений, учитывающих АЧХ канала связи от источника вибрации до точки измерения на различных частотах вращения ротора, т.е. из-за демпфирующих и упругих свойств конструкции, коэффициент передачи вибрации от источника ее возникновения до точки измерения значительно различается на разных частотах. Учет этого позволяет повысить эффективность процесса вибродиагностики. Использование местного резонанса, усиливающего вибрацию на диагностической частоте /dAK BC нецелесообразно, т.к. это затруднит назначение пороговых уровней. Поэтому размещение датчика лучше всего выполнять в местах, где АЧХ имеет плоскую характеристику (равномерную по частоте). АЧХ корпуса ГТД в месте установки вибропреобразователя обычно определяют перед проведением испытаний. Коэффициент куи учитывает условия проведения испытаний (степень раскрытия сопла, наличие дросселирующей решетки и т.д.).
Разработка критериев диагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД
В соответствии с [80-82] проверка двигателя на АК производится на установившихся режимах, при этом в качестве основных диагностических параметров используют вибрационные напряжения в лопатках и пульсации давления потока, корпусная вибрация используется для подтверждения наличия АК. Рекомендуется использовать следующие критерии диагностики АК. 1 При анализе вибрационных напряжений в лопатках. 1.1 Резкое увеличение некратного частоте вращения сигнала с тензометров а по одной из низших (1-3) форм колебаний. 1.2 Появлением относительной фазировки вибродеформаций противоположной значению сдвига фаз при резонансных колебаниях. 2 При анализе пульсаций давления потока. Появление в спектрах пульсаций потока характерных диагностических частот: а) «доплеровской частоты», равной сумме «тензометрической» частоты лопаток и произведения частоты вращения на число узловых диаметров колеса б) двух частот равноудаленных на туже частоту от частоты следования лопаток, при этом амплитуда правой спектральной составляющей больше, чем амплитуда левой в спектре 3. Параметром диагностики является корпусная вибрация Просмотр частотного состава спектра вибрации корпуса компрессора для получения дополнительной информации, подтверждающей наличие АК.
На основании проведенных исследований предложено использовать корпусную вибрацию в качестве основного диагностического параметра, позволяющего установить факт наличия АК не только на установившихся, но и на переходных режимах работы ГТД, в темпе проведения испытаний. При этом основной критерий диагностики АК состоит в проверке следующих условий: наличие в спектре корпусной вибрации составляющей на диагностической частоте (1) некратной частоте вращения РК; - достижение корпусной вибрацией на диагностической частоте установленного порогового значения - достижение заданного значения отношения изменения корпусной вибрации на диагностической частоте к изменению частоты вращения РК двигателя В качестве дополнительных критериев для подтверждения возникновения АК предложены: - использовать информацию с датчиков пульсаций давления потока. При этом момент возникновения АК фиксируют при одновременном появлении в ограниченной фильтром полосе частот в спектрах сигналов различной физической природы - вибрационном и пульсационном - составляющих Г/адк и РЛАК на диагностической частоте /дАК; - линейное изменение фазового угла между вибросигналом и синхросигналом, определяющим положение ротора относительно статора, во времени; - изменение значений безразмерных коэффициентов при возникновении АК по сравнению со штатной работой ГТД: эксцесс Е, коэффициент нелинейных искажений кни, модифицированный коэффициент км. Для малоразмерных ГТД предложен критерий для диагностики резонансных колебаний от ВС - по появлению в спектре вибрационного сигнала в ограниченной фильтром полосе частот составляющей на диагностической частоте Указанные критерии учтены при разработке методов диагностики АК компрессора ГТД, в которых, в качестве основного диагностического параметра используют корпусную вибрацию на диагностической частоте некратной частоте вращения РК, измеряемую вибропреобразователями, установленными на корпусе компрессора ГТД. Обеспечение вибрационной прочности рабочих лопаток [82-86] является одной из основных задач, решаемых при создании, доводке и эксплуатации компрессоров ГТД. Для диагностики АК РК на ранней стадии их развития и исключения возможной постановки ложного диагноза разработан метод вибродиагностики АК [87], который осуществляют следующим образом. Предварительно определяют расчетным и/или экспериментальным путем частоту собственных колебаний лопаток (с учетом влияния центробежных сил от вращения РК и температуры) на различных режимах работы ГТД. Определяют диагностическую частоту /дАК по формуле (3). Определяют, на основе проведенных исследований АК, зависимость диагностической частоты, соответствующей АК, от частоты вращения РК, необходимую для настройки перестраиваемого активного полосового фильтра, для слежения за f диагностической частотой Jd.
Измеряют корпусную вибрацию хотя бы одним вибропреобразователем (пьезоэлектрическим акселерометром), установленным на корпусе компрессора ГТД. Измеряют частоту вращения РК датчиком частоты вращения. Дополнительно измеряют фазовый угол между колебаниями лопаток (вибро сигналом) и сигналом, фиксирующим угловое положение ротора относительно статора (синхросигналом). Следят за достижением корпусной вибрацией на диагностической частоте, некратной частоте вращения рабочего колеса, установленного порогового значения. По достижению которого, следят за достижением заданного значения отношения изменения корпусной вибрации на диагностической частоте к изменению частоты вращения РК. Дополнительно следят за характером изменения фазового угла во времени. Момент возникновения АК фиксируют по достижению заданного значения отношения изменения корпусной вибрации на диагностической частоте к изменению частоты вращения рабочего колеса. Дополнительно, для подтверждения АК, момент их возникновения фиксируют при линейном изменении фазового угла во времени. Наряду с быстрым темпом увеличения уровня корпусной вибрации на диагностической частоте линейное изменение фазового угла (увеличение - при наборе частоты вращения РК и уменьшение - при сбросе) подтверждает наличие АК [28], в отличие от установившихся резонансных колебаний, при возникновении которых фазовый угол имеет постоянное значение или изменяется случайным образом. Метод диагностики АК по корпусной вибрации и пульсациям давления состоит в следующем. В случае, когда двигатель препарирован хотя бы одним датчиком пульсаций давления потока, при диагностике АК целесообразно использовать, в качестве дополнительной, для подтверждения наличия АК, информацию с этого датчика в ограниченной фильтром полосе частот. При этом в качестве основного параметра для диагностики АК используют корпусную вибрацию, которую измеряют вибропреобразователем, установленным на корпусе компрессора и ориентированным, например, в вертикальном относительно оси двигателя направлении, и регистрируют в виде амплитудно-частотного спектра. В качестве дополнительного параметра, для повышения надежности диагностики, используют информацию с датчика пульсаций давления потока, установленного вблизи РК компрессора.
Разработка блока аппаратной реализации автоматизированной системы вибродиагностики автоколебаний лопаток компрессора авиационного ГТД
Разработка БАР была направлена на повышение эффективности и надежности диагностики АК РК ТМ. Поскольку диагностическая частота является функцией от частоты вращения рабочего колеса д Vp , то для диагностики АК была выбрана следящая схема, как наиболее эффективная, позволяющая производить диагностику не только на установившихся (в соответствии с нормами прочности), но и на переходных режимах работы двигателя. С учетом выше изложенного, были разработаны варианты блока аппаратной реализации (БАР) автоматизированной системы вибродиагностики АК компрессора авиационного ГТД, построенного по следящей схеме, которые могут быть использованы при прочностной доводке компрессоров ГТД, а также при диагностике АК в процессе их стендовых испытаний и эксплуатации. а) БАР, реализующий метод вибродиагностики АК Устройство для диагностики АК РК ТМ (рис. 32) содержит два перестраиваемые активные полосовые фильтры 1 и 2, при этом информационный вход первого перестраиваемого активного полосового фильтра 1 соединен с информационным входом второго перестраиваемого активного полосового фильтра 2 и является первым входом устройства. Второй вход устройства соединен с входом формирователя сигналов 3. Первый выход формирователя сигналов 3 соединен с управляющим входом первого перестраиваемого активного полосового фильтра 1, выход которого через амплитудный детектор 4 соединен с информационным входом порогового устройства 5. Вх. І 1 Вт 4 тп 8 Вх.2 -4М» 3 4 ! \ тт. 1 2 7 Л и Рис. 32. Схема устройства для диагностики АК РК ТМ
Второй выход формирователя сигналов 3 соединен с управляющим входом измерителя фазового сдвига 6 и управляющим входом второго перестраиваемого активного полосового фильтра 2, выход которого через формирователь импульсов 7 соединен с информационным входом измерителя фазового сдвига 6, выход которого соединен с одним из входов индикатора 8, второй и третий входы которого соединены с выходами порогового устройства 5. Третий выход формирователя сигналов соединен с управляющим входом порогового устройства 5.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с вибропреобразователя, расположенного на корпусе компрессора, измеряющего корпусную вибрацию, поступает на первый вход устройства для диагностики АК РК ТМ (рис. 32), соединенный с информационными входами активных полосовых фильтров 1 и 2, перестраиваемых по частоте сигналами, вырабатываемыми формирователем сигналов 3 и поступающими на управляющие входы перестраиваемых активных полосовых фильтров 1 и 2. Полосовой следящий фильтр перестраивается с помощью тактовой частоты от формирователя тактовых импульсов. Формирователь тактовых импульсов обеспечивает формирование импульсов из периодического сигнала от датчика частоты вращения.
На вход формирователя сигналов 3 поступает периодический сигнал с датчика частоты вращения. Формирователь сигналов 3 формирует из периодического входного сигнала с частотой вращения рабочего колеса р на своем первом выходе сигнал с диагностической частотой /ЙЛК определяемой по формуле (3), который поступает на управляющий вход перестраиваемого активного полосового фильтра 1 и настраивает его на диагностическую частоту д. С выхода перестраиваемого активного полосового фильтра 1 сигнал поступает на амплитудный детектор 4, который выделяет огибающую сигнала, поступающего на информационный вход порогового устройства 5. Формирователь сигналов 3 формирует из периодического входного сигнала с частотой вращения рабочего колеса Jp на своем втором выходе сигнал с частотой р, который поступает на управляющий вход перестраиваемого активного полосового фильтра 2 и на один из входов измерителя фазового сдвига 6 [94, 95]. Сигнал, поступающий на управляющий вход перестраиваемого активного полосового фильтра 2, настраивает его на частоту р и далее через формирователь импульсов 7 поступает на второй вход измерителя фазового сдвига 6, и далее на один из входов индикатора 8. Кроме того, формирователь сигналов 3 также формирует на своем третьем выходе импульсы с частотой следования, равной заданному значению изменения частоты вращения РК, поступающие на управляющий вход порогового устройства 5, которое при возникновении АК формирует на своем выходе сигналы, поступающие на другие входы индикатора 8. б) БАР, реализующий метод диагностики АК по вибрациям и пульсациям На устройство [96] получен патент РФ на изобретение № 2324161 «Устройство для диагностики АК рабочего колеса турбомашины». Копия патента приведена в приложении 3.
Выход второго перестраиваемого активного полосового фильтра 2 через последовательно соединенные второй амплитудный детектор 7 и компаратор 8 подключен к другому входу схемы совпадений 6. Второй вход компаратора 124 соединен с источником опорного напряжения. Выход схемы совпадений 6 через согласующий усилитель 9 подключен к индикатору 10. Выход устройства соединен с выходом согласующего усилителя 9. Устройство работает следующим образом. Сигнал со штатного вибропреобразователя, расположенного вблизи лопаток рабочего колеса турбомашины, измеряющего корпусную вибрацию, поступает на первый вход устройства для диагностики АК РК ТМ (рис. 33), соединенный с информационным входом активного полосового фильтра 1, перестраиваемого по частоте сигналом, вырабатываемым формирователем сигналов 3. Сигнал с датчика пульсаций, расположенного вблизи лопаток РК ТМ, измеряющего пульсацию потока, поступает на третий вход устройства для диагностики АК РК ТМ (рис.33), соединенный с информационным входом активного полосового фильтра 2, перестраиваемого по частоте тем же самым сигналом, вырабатываемым формирователем сигналов 3. На вход формирователя сигналов 3 поступает периодический сигнал с датчика частоты вращения. Формирователь сигналов 3 формирует из периодического входного сигнала с частотой вращения рабочего колеса р на своих выходах сигналы с частотами й. Сигнал с диагностической частотой д поступает на объединенные управляющие входы перестраиваемых активных полосовых фильтров 1 и 2 и настраивает их на частоту д. Формирователь сигналов 3 формирует импульсы с частотой следования, равной установленному значению изменения частоты вращения РК, поступающие на управляющий вход порогового устройства 5.
С выходов перестраиваемых активных полосовых фильтров 1 и 2 сигналы поступают на амплитудные детекторы 4 и 7, которые выделяют огибающие сигналов, поступающие на информационный вход порогового устройства 5 и первый вход компаратора 8. При возникновении АК пороговое устройство 5 формирует на своем выходе сигнал, поступающий на один из входов схемы совпадений 6. Компаратор 8 осуществляет сравнение сигнала, поступающего с выхода амплитудного детектора 7, с опорным напряжением, поступающим на его второй вход, и формирует выходной сигнал, поступающий на другой вход схемы совпадений 6 при наличии в пульсационном сигнале составляющей с диагностической частотой , что подтверждает возникновение АК РК ТМ.
Схема совпадений 6, выполненная на логическом элементе, при наличии на входах одновременно двух сигналов вырабатывает сигнал, свидетельствующий о возникновении АК, поступающий на согласующий усилитель 9, индикатор 10 и на выход устройства, который подключен, например, к дозатору топлива, выдающего при возникновении АК, команду на исполнительный механизм для снижения режима работы турбомашины. в) БАР, реализующий метод диагностики вида аэроупругих колебаний малоразмерного ГТД.
Устройство (рис. 34) содержит первый и второй перестраиваемые активные полосовые фильтры 1 и 2. Информационный вход первого перестраиваемого активного полосового фильтра 1 соединен с информационным входом второго перестраиваемого активного полосового фильтра 2 и является первым входом устройства. Второй вход устройства соединен с входом формирователя сигналов 3. Первый выход формирователя сигналов 3 соединен с управляющим входом первого перестраиваемого активного полосового фильтра 1, выход которого через первый амплитудный детектор 4 соединен с информационным входом порогового устройства 5, а его выход подключен к одному из входов схемы «ИЛИ» 6. Второй выход формирователя сигналов 3 соединен с управляющим входом второго перестраиваемого активного полосового фильтра 2, выход которого через последовательно соединенные второй амплитудный детектор 7 и компаратор 8 подключен к другому входу схемы «ИЛИ» 6. Второй вход компаратора 8 соединен с источником опорного напряжения. Третий выход формирователя сигналов соединен с управляющим входом порогового устройства 5. Выход схемы «ИЛИ» 6 через согласующий усилитель 9 подключен к индикатору 10. Выход устройства соединен с выходом согласующего усилителя 9.
Устройство (рис. 34) работает следующим образом. Сигнал со штатного вибропреобразователя, расположенного на корпусе компрессора вблизи лопаток РК ТМ, измеряющего корпусную вибрацию, поступает на первый вход устройства для диагностики аэроупругих колебаний РК ТМ, соединенный с информационными входами активных полосовых фильтров 1 и 2, перестраиваемых по частоте сигналами, вырабатываемыми формирователем сигналов 3 и поступающими на управляющие входы перестраиваемых активных полосовых фильтров 1 и 2.
