Введение к работе
Актуальность
Современный этап развития авиационных газотурбинных двигателей характеризуется тем,что наряду с требованиями к улуч-шенмо их удельных характеристик,продолжают расти требования к безопасности,безотказности и долговечности их работы.В настоящее Бремя в практику эксплуатации авиационных ГТД наряду с системой эксплуатации по фиксированному ресурсу внедряется новая система эксплуатации по техническому состоянию,позволяющая полнее использовать индивидуальные -технические возможности каждого конкретного двигателя. Система эксплуатации авиационных ГТД по техническому состоянию основывается на допущении , что методы и средства контроля и диагностирования обеспечивают выявление неисправностей на ранней стадии их развития. При этой системе снижается экономические затраты на эксплуатацию и ремонт ГТД,полнее вырабатываются ресурсные возможности,как двигателя в целом, так и отдельных агрегатов и узлов,повышается безопасность и безотказность работы двигателя. Как показывает опыт эксплуатации авиационных ГТД,капитальный ремонт двигателей выполняется в основном не из-за износа узлов и деталей,а,главным образом,из-за отсутствия надежных средств и методов контроля за работой и за внутренним состоянием того или иного узла или агрегата без полной их разборки.Не случайно потому в большинстве зарубежных авиакомпаний по фиксированному ресурсу эксплуатируется только небольшая часть агрегатов(6-10%) и наблюдается тенденция к их
- г -
сокращению.
Теоретические исследования и опыт эксплуатации ГТД также показывают,что разработка эффективных методов и средств технической диагностики неисправностей элементов двигателей позволяет отказатьря от регламентированных сроков их ремонта и может' принести выгоду,равную стоимости 30% парка маиин.В настоящее время в практике технической диагностики авиационных ГГД используется целый ряд методов (физические,механические, параметрические), которые в рагной степени могут быть применены для диагностики двигателя.Отставание в развитии параметрических методов,по сравнению с физическими и механическими, объясняется крайне недостаточным числом измеряемых газо-. динамических, параметров,недостаточно высокой точностью ilk измерения, трудностями математического моделирования процессов, протекающих в двигателе,а также трудностями,связанными с обеспечением необходимой точности и приемлемого времени расчета на ЭВМ . Разработка и внедрение параметрического метода диагностики,использующего в качестве исходной информации о техническом состоянии газотурбинного двигателя непрерывно и надежно контролируемые газодинамические параметры, позволяет эффективно контролировать техническое состояние и работоспособность двигателя.
Фактом,оказавшим влияние на выбор принятого направления исследований,стал один из характерных дефектов проточной части авиационных ГТД семейства НК-8 -прогар лопаток неподвижного соплового аппарата турбины. Появление этого дефекта связано с нарушением системы охлаждения лопаток соплового аппарата, например, из-за попадания в дефлектор частиц истираемого
уплотнения над лопатками последних ступеней компрессора.В
настоящее время данный дефект в эксплуатации обнаруживается лишь при периодических осмотрах эндоскопами,хотя развитие дефекта от зарождения до почти полного выгорания одной или нескольких лопаток происходит за очень короткий промежуток времени - от нескольких минут до нескольких часов.Существующими средствами непрерывного контроля двигателя - датчиками вибрации или датчиками, измеряющими температуру за турбиной, данный дефект почти не определяется из-за его локальности и из-за того,что дефект неподвижного соплового аппарата ничтожно мало влияет на вибрационные характеристики двигателя в целом. Основным носителем информации о подобного рода дефектах является газовый поток,смывающий дефектную лопатку . Исходя из вышеизложенного можно предположить,что поиск таких дефектов и определение их признаков можно осуществить на основе детального изучения изменения структуры газового потока в проточной части,параллельно по акустическим и газодинамическим параметрам.Вопрос шумообразования в проточной части ГТД из-за изменений в газодинамической структуре потока,вызванной появлением локальных нарушений геометрии проточной части, недостаточно изучен.В литературе не имеется экспериментальных работ по изучению влияния дефектов проточной части ГТД на изменение структуры гэзоеого потока на выходе из сопла по газодинамическим и акустическим параметрам.Поэтому становится очевидной необходимость изучения этих вопросов.Недостаточный уровень знаний в этой области лишает возможности более надежной и экономичной эксплуатации двигателей по техническому состоянию, ранней диагностики неисправностей.
Цель.исследования.Целью настоящей работы яеляєтся разработка метода диагностики проточной части ГГД по акустическим и газодинамическим параметрам.
Объект исследования.В качестве объекта исследований использовался реальный двигатель НК-8 ,а также модель блока камеры сгорания этого двигателя.Исследования на модели проводились в акустическом боксе (заглушённой камере) лаборатории технической диагностики Казанского Технического Университета им.А.Н.Туполева.
Научная.ценность работы заключается з том,что:
-исследован качественно новый признак определения технического состояния авиационного двигателя - шум дефекта;
-получена математическая зависимость шума дефекта от размера дефекта лопаток неподвижного соплового аппарата турбины ГТД;
-разработан метод диагностики проточной части ГТД по акустическим характеристикам газового потока на срезе сопла, позволяющий обнаруживать зарождающиеся дефекты лопаток неподвижного СА ГТД и оценивать их размер;
Практическая ценность работы заключается в том,что:
-разработана методика диагностики технического состояния
ГТД по акустическим и газодинамическим параметрам,измеренным
на срезе сопла двигателя в компоновке самолета .позволяющая
в условиях аэродромного базирования по характеру изменения
- 5 -полей характеристик газового потока в плоскости среза сопла определять степень работоспособности,причину ухудшения состояния и осуществлять прогноз его состояния по. анализу тренда его характеристик;
-разработан мобильный автоматизированный диагностический комплекс"ПИЛОН" .позволяющий измерять характеристики газового потока на срезе сопла двигателя в любой точке в реальном масштабе времени,вычислять определяющие .характеристики и по характеру их изменения диагностировать состояние двигателя, определяя время безопасной эксплуатации. Конструкция АДК "ПИЛОН" позволяет измерять характеристики на любом режиме испытаний двигателя в условиях аэродромного базирования,выдавая по окончании протокол, и формируя файл для записи в паспортную дискету.
Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на 244 листах. Она состоит из введения.пяти глав,заводов, заключения.списка литературы,включающего 167 наименований и приложения.В ней содержится 50 рисунков и 6 таблиц.
