книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 5 Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок

Рабочая часть при исследовании погружается во внутренние полости объекта исследования. Ви­ деоизображение от объективной части через ин­ формационный световод выводится к оптической окулярной части прибора. Эндоскопы бывают же­ сткими, у которых рабочая часть обычно представ­ ляет собой цилиндрическую трубку, и гибкими, рабочая часть которых позволяет менять направ­ ление наблюдения и имеет органы управления ди­ стальной частью (дистальным концом) в одной, реже в двух (для панорамного обзора) взаимно перпендикулярных плоскостях наблюдений.

Жесткие эндоскопы конструктивно значитель­ но проще и поэтому надежнее в условиях реаль­ ной эксплуатации. Они применяются при регуляр­ ном осмотре деталей, когда траектория ввода световода представляет собой прямую линию и за­ ранее задана. Кроме этого, условием для их при­ менения является наличие специальных отверстий с быстросъемными заглушками (лючков). Жесткие эндоскопы наиболее применимы для оценки состо­ яния элементов роторных деталей - рабочих лопа­ ток, дисков, дефлекторов и т.п.

Гибкие эндоскопы позволяют осматривать де­ тали, доступ к которым сильно затруднен, напри­ мер, статорные и роторные лопаточные венцы, или выполнять поиск дефекта, расположение которого заранее неизвестно. Такие эндоскопы являются практически единственным средством для оценки состояния лопаток статорных венцов - направляю­ щих лопаток компрессора и сопловых лопаток тур­ бины.

Современные системы эндоскопии, фото и видеосъемки, измерения дефектов, устранение дефектов встраиваемыми инструментами

К настоящему времени наиболее совершенным из всех типов технических эндоскопов считается видеоэндоскоп. У такого эндоскопа в качестве объектива используется миниатюрный видеопро­ цессор (ПЗС-матрица) и поэтому становится не­ нужным один из главных элементов гибкого эндос­ копа - информационный волоконно-оптический световод, обычно определяющий разрешающую способность эндоскопа. Для видеоэндоскопа, по сравнению с обычным волоконным, разрешение может быть в несколько раз выше.

Современные видеоэндоскопы представляют собой моноблочный комплекс, состоящий из сис­ темы управления дистальной частью гибкого эндос­ копа, электронного блока запоминания и обработ­ ки изображения (встроенного микропроцессора), блока подсветки наблюдаемого объекта и встроен­ ного миниатюрного монитора для отображения объекта наблюдения. В комплексе имеется также устройство для определения размеров повреждений. Такой комплекс имеет весьма высокую стоимость,

что не всегда позволяет использовать его в жестких условиях эксплуатации.

Более практичными и дешевыми могут быть видеоэндоскопические комплексы на базе гибких во­ локонных эндоскопов, соединенных с миниатюрны­ ми цветными цифровыми видеокамерами. Такие видеокамеры с сетевым или автономным питанием могут не только производить непрерывную запись, но и выполнять цифровые фотографии в режиме «стоп-кадра», перезаписывать изображения в ста­ ционарный или портативный компьютер, а с него,

всвою очередь, через сеть интернет или спутни­ ковую связь оперативно передавать информацию

вдиагностические центры аэропортов и предпри­ ятий, разрабатывающих или серийно производя­ щих ГТД.

Представляет определенные преимущества

иналичие у видеокамеры поворотного жидкокри­ сталлического дисплея, позволяющего наблюдать изображение обнаруженного дефекта нескольким специалистам одновременно. Кроме этого, видео­ камера позволяет одновременно записывать и ре­ чевой комментарий, что очень важно для ведения аудио- и видеоэндоскопического архива. При не­ обходимости непосредственно в условиях эксплу­ атации могут быть получены цветные распечатки изображения дефекта на портативном фотоприн­ тере.

Таким образом, применение портативного ви­ деоэндоскопического комплекса позволяет в усло­ виях эксплуатации выполнять эффективное визу­ ально-оптическое диагностирование технического состояния узлов и деталей ГТД и установок и, что особенно важно, оперативно принимать решение по результатам диагностирования.

Изображения дефектов могут сохраняться в спе­ циальном видео-архиве - накопленный опыт необ­ ходим для принятия оптимальных решений.

Применение транспортных устройств

Главная задача технической эндоскопии - вы­ явление различных дефектов в проточной части, например, обрывов частей рабочих и статорных лопаток, забоин, погнутостей, коррозии, сколов, следов перегрева и прогаров. Особенно техничес­ ки сложно обеспечить визуально-оптический ос­ мотр лопаток статорных венцов, в частности, на­ правляющих и сопловых лопаток, лабиринтных

исотовых уплотнений, бандажных полок рабочих лопаток. Также сложно осматривать шестерни

иподшипниковые узлы.

Сцелью повышения эффективности эндоскопи­ ческой диагностики применяется различные устрой­ ства для транспортировки (доставки) к местам ос­ мотра гибких эндоскопов как со стороны входа

впроточную часть ГТД, так и со стороны выхода. Рассмотрим конструктивные особенности таких ус­

Глава 3. Системы диагностики

тройств на примере одного из наиболее эффектив­ ных транспортных устройств [3.27,3.29].

Оптимальным вариантом для проведения эффек­ тивной технической эндоскопии является конструк­ ция устройства для доставки в места осмотра гиб­ ких эндоскопов диаметрами 6 и 8 мм и длиной более двух метров.

Схема доставки эндоскопа к месту осмотра представлена на рис. 3.18.

Например, в проточную часть лопаточных вен­ цов турбины 1 (со стороны выхода газов) или вен­ цов компрессора (со стороны входа в авиационный ГТД) вводят вначале само транспортное устройство 2 на требуемое расстояние. Затем в его внутрен­ ний канал вводят и продвигают гибкий эндоскоп 3. Управляя дистальным концом, заводят эндоскоп

вкольцевой межлопаточный канал 4 на всю длину рабочей части. После этого, перемещая эндоскоп

вобратном направлении и управляя его дисталь­ ным концом, осматривают элементы статора, на­ пример, сопловых лопаток турбины или направля­ ющих лопаток компрессора.

Такие типы устройств также обеспечивают на­ дежную и быструю доставку и других гибких ди­ агностических инструментов, таких как ультразву­ ковые и вихретоковые датчики-зонды. Зонды могут проникать в труднодоступные каналы сложной фор­ мы и большой осевой протяженности с извилистой или прерывистой образующей, характерные для проточной части многоступенчатых турбин, ком­ прессоров и камер сгорания без какой-либо разбор­ ки и доделки этих узлов [3.27]. Подобные устрой-

торый является движущимся объектом, соответ­ ственно нет эволюций, отсутствует крыло, обла­ дающее собственными колебаниями.

Существенное влияние на газодинамические параметры оказывают параметры транспортируе­ мого газа на входе и выходе нагнетателя, примене­ ние в составе электростанций котлов-утилизато­ ров, нагреваемых теплом отработанного газа, выходящего из ГТД. Эти обстоятельства приходит­ ся учитывать при разработке алгоритмов парамет­ рической диагностики.

В ГТД наземного применения больше возмож­ ностей для измерения параметров из-за менее же­ стких требований по массе, габаритам ГТД и взаи­ модействующих систем.

3.7.1. Особенности режимов эксплуатации

Режимы эксплуатации наземных ГТД имеют не меньшее влияние на особенности диагностирова­ ния, чем конструкция.

Особенности режимов работы наземных ГТД: - продолжительность цикла непрерывной рабо­

ты от запуска до останова - 1500.. .3000 ч;

-продолжительность работы на установивших­ ся режимах работы, когда режим меняется незна­ чительно (только из-за колебаний атмосферных условий, незначительного и плавного изменения параметров в трассе магистрального газопровода для ГТД в составе ГПА или малозаметного влия­ ния подключения и отключения слабых потреби­ телей для электростанций);

-для ГТД, работающих в составе электростан­ ций, частое изменение нагрузки потребителя элек­ трического тока в случае применения в условиях городской или поселковой системы электропита­ ния, что затрудняет выбор установившегося режи­ ма для оценки параметров;

-дозаправка масла в маслобак в большом объе­ ме, которая может производиться во время рабо­ ты ГТД, а также наличие маслоохладителей явля­ ется причиной того, что маслосистема может обладать собственными циклами, постоянно на­ ходясь в режиме нагрева или остывания, а это за­ трудняет выбор подобных режимов для диагнос­ тирования.

К особенностям условий работы наземных ГТД можно отнести интенсивное загрязнение проточ­ ной части атмосферным воздухом, ухудшающее параметры ГТД (авиационные ГТД в подобных условиях работают лишь кратковременно в процес­ се взлета и посадки). Особенно интенсивным заг­ рязнение может быть на объектах, где на вход в ГТД поступает отработанный газ из выходных уст­ ройств соседних агрегатов. Некоторые ГТД могут по большей части работать в условиях высоких или

низких атмосферных температур или при высокой влажности.

3.7.2. Общие особенности диагностирования наземных ГТД

Длительность циклов работы наземных ГТД, запрещение подхода к работающей ГТУ по услови­ ям техники безопасности, дополнительные возмож­ ности по размещению оборудования и т.д. опреде­ ляют предпочтительный способ диагностирования наземных ГТД - применение стационарных систем, обеспечивающих непрерывный процесс диагнос­ тирования технического состояния. Понятие непре­ рывности здесь является условным, так как любой контроль может выполняться лишь с определенной частотой: один раз в секунду, один раз в час и т.д. Анализ технического состояния ГТД должен вы­ полняться не после завершения, а в процессе ра­ боты ГТД, т.е. вычислительная техника должна обеспечивать одновременный прием информации отдатчиков, обработку информации, отображение

ивыдачу результатов диагностирования. Современные наземные ГТД работают под уп­

равлением электронных САУ, входящих в состав САУ ГПА, или САУ компрессорного цеха, или САУ электростанции. В указанных САУ параметричес­ кая информация используется в цифровом виде

идоступна для выполнения любых вычислитель­ ных действий. При этом в САУ объектов (компрес­ сорных станций магистральных газопроводов, энергоблоков) присутствует вся информация об измеряемых параметрах и сигналах, характеризу­ ющих состояние их отдельных элементов. Таким образом, информация САУ может быть использо­ вана для разработки систем параметрической ди­ агностики (СПД). При этом система параметричес­ кой диагностики может являться частью САУ или работать в специально выделенном компьютере, принимающем информацию от САУ.

Обязательным условием взаимодействия САУ

иСПД является односторонняя связь, исключаю­ щая выдачу какой либо информации или управля­ ющих сигналов из СПД в САУ. Следует отметить, что СПД, как и другие разновидности систем ди­ агностирования, не участвуют в автоматическом управлении объектом. Рекомендации, формируе­ мые диагностическими системами, не требуют оперативного вмешательства в работу. Воздействие на ГТД организуется через оператора - на основа­ нии рекомендации, прочитанной на экране компь­ ютера, оператор принимает решение о снижении режима, выполнении нормального останова и пос­ ледующих осмотрах.

На объектах, имеющих в своем составе ГТД на­ земного применения, как правило, на одной площад­

Глава 3. Системы диагностики

ке работает более одного ГТД. Информация от всех ГТД поступает на общий пульт оператора, распо­ ложенный в специальном отапливаемом помеще­ нии - щитовой или операторной. Современные САУ таких объектов бывают цехового уровня, т.е. инфор­ мация обо всех ГТД цеха поступает в локальную вычислительную сеть и может быть доступна од­ новременно на одном компьютере. Это дает воз­ можность разработки алгоритмов, использующих методы сравнения однородных данных нескольких ГТД для выявления неисправности каналов изме­ рения параметров.

Следовательно, задача обеспечения диагности­ ческой обработки информации одновременно не­ скольких ГТД в процессе работы этих ГТД выдви­ гает повышенные требования к ресурсам средств вычислительной техники.

Основные системы диагностирования, приме­ няемые на наземных ГТД, должны быть стацио­ нарными:

-система параметрической диагностики;

-система вибродиагностики;

-система трибодиагностики;

-перспективные системы диагностики (элект­ ростатическая, акустическая и т.д.).

Со временем все указанные методы могут быть объединены понятием параметрических, так как

влюбом из методов имеются измеряемые парамет­ ры: температура, давление, частота вращения, виб­ роскорость, параметры, описывающие спектр виб­ рации, концентрация частиц износа и т.д.

Прочие методы оценки технического состояния могут использоваться лишь как дополнительные или периодические. Это относится к визуально­ оптическим осмотрам, ультразвуковому, люминес­ центному, вихретоковому контролю.

Развитие систем диагностирования должно при­ водить к интеграции методов для выработки окон­ чательных рекомендаций. Интеграция может про­ исходить как на уровне принятия решений, так и на уровне оценки параметров. Первый вариант наи­ более вероятен вследствие того, что разработчика­ ми различных методов диагностирования являют­ ся, как правило, различные специализированные фирмы. Однако более глубокая интеграция могла бы обеспечить более оптимальное использование ресурсов вычислительной техники.

Отличие этих двух вариантов можно пояснить таким образом. В первом случае, например, сис­ тема параметрической диагностики формирует со­ общение о повышении температуры масла в ма­ гистрали откачки от переднего подшипника ТВД. Методика рекомендует выполнить останов и про­ вести анализ масла. В то же время трибодиагнос­

тика выдает повышенное содержание железа и ме­ ди в двигателе и рекомендует работы по поиску не­ исправного подшипника. Причем неисправность одного подшипника позволяет ГТД проработать еще несколько сотен часов, а другого - требует не­ медленного выключения. Совместный же анализ параметрической информации и результатов три­ бодиагностики может сразу указывать на развива­ ющуюся неисправность переднего подшипника ТВД, требующую немедленного вынужденного останова вследствие быстроты развития дефекта и тяжести последствий (заклинивание подшипни­ ка, разогрев и разрезание вала ТВД, раскрутка и разрушение диска ТВД).

При разработке алгоритмов диагностирования всегда следует учитывать вероятность неправиль­ ного измерения параметров, поэтому для всех сис­ тем ГТД должны быть разработаны алгоритмы проверки достоверности измерения параметров, работающие, как и все прочие алгоритмы, в авто­ матическом режиме. При необходимости продол­ жения работы ГТД после выявления неисправнос­ ти какого-либо канала измерения, данный канал должен быть автоматически исключен из участия в алгоритмах диагностирования, некондиционный параметр должен быть заменен. При отсутствии дублирующего параметра соответствующие алго­ ритмы не должны выполняться или должны ис­ пользоваться альтернативные алгоритмы.

Перспективным направлением развития техно­ логии управления наземными ГТД является уда­ ленное управление, когда непосредственно на объекте отсутствует технический персонал. При этом задание режимов работы, контроль исправно­ сти оборудования выполняется дистанционно из пультов управления, расположенных за сотни кило­ метров от самого объекта. Очевидно, что по такой концепции должны развиваться и системы диагно­ стирования. Это позволит уменьшить количество требуемого квалифицированного персонала, сни­ зит вероятность ошибок, даст дополнительные воз­ можности, связанные с наличием статистики по парку ГТД. Современные информационные кана­ лы и компьютеры позволяют применять такую тех­ нологию уже сегодня.

Целесообразность применения систем диагнос­ тирования, требующих дополнительных средств на разработку и внедрение, следует определять исхо­ дя из анализа соотношения стоимости самого ГТД и оборудования для его диагностирования, а также вероятности возникновения неисправностей, тяже­ сти последствий от неисправностей и экономичес­ кой эффективности прогнозирования неисправно­ стей и ремонта ГТД.