Метод предотвращения залипания золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры авиационных ГТД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.14, кандидат технических наук Урявин, Сергей Петрович

• Урявин, Сергей Петрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Урявин, Сергей Петрович

Используемые сокращения.

Общая характеристика работы.

Глава ¡.Состояние проблемы обеспечения безотказной работы золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры ГТД ВС ГА.

1.1.Роль ТРС ГТД в обеспечении надежности его работы на всех режимах. 10 1.2.Общие сведения об отказах и неисправностях ТРА ГТД.

1.3.Статистика отказов ТРА ГТД из-за снижения качества топлива за период с 1996 по 2008г.

1.4.Причины заклинивания (заедания) золотниковых пар ТРА ГТД.

1.5.Существующие методы предотвращения и устранения заклинивания золотниковых пар ТРА ГТД.

1.6.Выводы по главе 1.

Глава 2. Кинетика роста массы отложений на конкретном золотнике насосарегулятора НР-30КУ\КП при его контакте с керосином.

2.1.Объекты исследования и постановка эксперимента.

2.2. Экспериментальное определение кинетических характеристик роста массы смолистых отложений на золотнике клапана блокировки при контакте с топливом ТС-1.

2.3. Разработка основных принципов построения методики предупреждения залипания золотниковых пар ТРА авиационных ГТД.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3.Влияние отложений на динамические характеристики золотниковых пар.

3.1.Математическая модель процесса изменения динамических характеристик золотниковых пар по мере накопления отложений.

3.2. Экспериментальное исследование влияния вязкости среды на амплитуду свободных колебаний золотника.

3.3.Основные принципы построения системы оценки состояния золотниковых ТРА авиационных ГТД на основе анализа параметров свободных колебаний золотника (патент на ПМ №111324 от 10.12.2011).

3.4.Выводы по главе 3.

Глава 4. Теоретическое и экспериментальное исследования по определению параметров динамического (ультразвукового) воздействия на золотниковые пары, устраняющего их заклинивание.

4.1.Математическая модель процесса динамического воздействия на золотниковые пары, устраняющего их заклинивание.

4.2. Использование ультразвукового (УЗ) концентратора для повышения эффективности динамического страгивания залипшего золотника топливорегулирующей аппаратуры ГТД.

4.3. Экспериментальное исследование по обеспечению подвижности залипшего золотника.

4.4.Система предотвращения залипания золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры авиационных газотурбинных двигателей путем ультразвукового возбуждения корпуса. Авторы: Урявин С.П., Коняев Е.А., Каюмов В.П. Патент на полезную модель №114179 от 03.11.

4.5.Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод предотвращения залипания золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры авиационных ГТД»

Актуальность темы.

Одной из основных систем, определяющих устойчивую работу авиадвигателей, является топливорегулирующая аппаратура (ТРА), работоспособность которой во многом зависит не только от качества заправляемого топлива, но и от конструктивных особенностей и технического состояния её элементов. Вопросам повышения надежности элементов ТРА, связанных с качеством топлива, посвящены работы Серегина Е.П., Энглина Б.А., Большакова Г.Ф., Лозовского Г.Н.,Орешенкова В.А., Кузьмина Ю.А., Пискунова В.А., Зрелова В.Н., Голубушкина В.Н., Крушинского Ю.И., Алтунина В.А. и др.

Поэтому разработка методов оценки технического состояния элементов ТРА и, в частности, золотниковых пар по массе накопленных отложений и внутренним параметрам их температурных и динамических характеристик в процессе функционирования изделия является актуальной задачей, направленной на своевременное предупреждение их залипания и, при необходимости, его устранения.

Объект исследования - золотниковые пары топливорегулирующей аппаратуры авиационных ГТД (на примере насоса регулятора НР-30 КУ/КП двигателя Д-ЗОКУ/КП).

Предмет исследования: а) процесс накопления высокотемпературных (выше 100°С) отложений на реальном золотнике во времени; б) изменение амплитуды свободных колебаний золотника по мере накопления отложений; в) определение динамического воздействия на корпус залипшего золотника, необходимого и достаточного для его страгивания.

Цель работы: Повышение уровня безопасности полётов и эффективности поддержания лётной годности ВС путем разработки способов повышения безотказности золотниковых пар ТРА авиационных ГТД.

Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

- систематизация данных об отказах авиационных ГТД, связанным с залипанием золотниковых пар ТРА;

- экспериментально исследовать кинетику роста массы отложений на конкретном золотнике при его контакте с керосином ТС-1 при различных температурах;

- установить закономерность влияния температуры на скорость роста массы отложений до критических значений, при которых имеет место заклинивание золотниковой пары;

- разработать математическую модель, описывающую изменение вибрационных характеристик золотниковых пар, вызванное образованием отложений;

- разработать математическую модель динамического воздействия на золотниковые пары, устраняющего их залипание;

- разработать автоматизированную систему контроля вибрационного состояния золотниковых пар с использованием разработанной математической модели.

Методологической основой исследования являлись основные положения авиационной химмотологии как науки о влиянии качества ГСМ на надежность авиационной техники, методы технической диагностики, в том числе вибрационного диагностирования, математического моделирования процесса отложения осадков в топливе при повышенных температурах и его влияния на динамические характеристики золотниковых пар.

Достоверность и адекватность результатов подтверждается приемлемой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, адекватностью математических моделей исследуемым процессам, применением сертифицированного оборудования при проведении экспериментальных исследований.

Научная новизна работы

1 .Установлены закономерности:

-роста массы отложений на конкретном золотнике при его контакте с авиационным керосином ТС-1 при различных температурах;

- влияния температуры на скорость и время роста отложений до значений, при которых имеет место заклинивание золотниковой пары.

2.Разработана математическая модель, описывающая изменение вибрационных характеристик золотниковых пар, вызванная образованием отложений.

3.Разработана математическая модель динамического воздействия на золотниковые пары, устраняющего их заклинивание.

Личный вклад автора.

При непосредственном участии автора выполнены работы: по организации, подготовке и проведению экспериментальных исследований по кинетике роста массы отложений на конкретном золотнике; -по динамическому ультразвуковому воздействию, достаточному для страгивания залипшего золотника;

- по измерению параметров свободных колебаний золотника в средах различной вязкости.

При разработке и анализе математической модели колебаний золотника автором получено выражение для коэффициента демпфирования I, и амплитудно-частотной характеристики Н(1Г) (См. гл. 3).

Автором разработана методика расчета параметров ультразвукового воздействия (частоты и мощности), необходимых и достаточных для страгивания залипшего золотника.

Практическое значение работы обусловлено возможностью использования ее результатов для перевода стратегии технического обслуживания золотниковых пар ТРА на эксплуатацию по состоянию.

Теоретические и экспериментальные результаты 3-й и 4-й глав положены в основу содержания 3-х патентов на полезные модели (см. список публикаций). Итоговые результаты 2-ой главы позволяют оценить время накопления отложений на золотниковых парах до предотказного состояния на основе измерения температуры золотников в процессе функционирования изделия.

Реализация результатов.

Результаты диссертационной работы реализованы:

- в учебном процессе МГТУ ГА со студентами специализации ГСМ при изучении дисциплины «Химмотология реактивных топлив»;

- при выполнении дипломных проектов студентами МГТУ ГА У-У1 курса специализации ГСМ;

- на курсах повышения квалификации руководителей и специалистов служб ГСМ и ТЗК в Центре переподготовки и повышения квалификации МГТУ ГА, обучающихся по программе «Обеспечение ВС ГА авиаГСМ и спецжидкостями».

Апробация работы:

Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции в МГТУ ГА (в мае 2011г.) г. Москва, на научно-технических семинарах и совещаниях на кафедре « Авиатопливообеспечение и ремонт летательных аппаратов» МГТУ ГА, ежегодных научно-технических конференциях, организуемых «Ассоциацией организаций авиатопливообеспечения» в период 2009-2012 гг.

Публикации. Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также в 3 патентах.

Дальнейшее развитие работы связано с разработкой автоматизированных систем оценок текущего состояния золотниковых пар ТРА по параметрам их вибрационного и температурного состояния.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из Введения, 4 глав, выводов, списка литературы, Приложения.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Урявин, Сергей Петрович

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ:

1.Экспериментально и теоретически исследована кинетика роста массы отложений на конкретном золотнике при его контакте с смесевым авиационным керосином ТС-1 при различных температурах.

2. Предложена методика определения наработки изделия до залипания золотниковых пар по результатам мониторинга их температурного состояния.

3. Установлена закономерность влияния температуры на скорость и время роста отложений до значений, при которых имеет место заклинивание золотниковой пары.

4. Разработана методика определения времени роста отложений до критических значений.

5. Разработана диагностическая математическая модель, описывающая изменение вибрационных характеристик золотниковых пар, вызванное образованием отложений.

6. Разработана математическая модель и определены параметры динамического воздействия на золотниковые пары, устраняющего их заклинивание.

7. Определены параметры динамических воздействий на основе разработанных математических моделей.

8. Полученные математические модели и методики позволяют производить раннее обнаружение ухудшения характеристик золотниковых пар путем анализа амплитуды свободных колебаний золотника на стационарном режиме.

9. Раннее обнаружение ухудшения амплитудных характеристик колебаний золотника позволит значительно снизить случаи отказов золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры авиационных ГТД путем использования управляемых динамических воздействий.

Таким образом, в данной работе на основании выполненных автором исследований разработаны научно-обоснованные решения, имеющие существенное значение для развития воздушного транспорта России, повышения безотказности авиационных ГТД и безопасности полетов воздушных судов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Урявин, Сергей Петрович, 2012 год

1. Автоматика авиационных газотурбинных силовых установок (под ред. A.B. Штоды),//- М.: «Воениздат», 1980, 247 с.

2. Боднер В.А., Рязанов Ю.А., Шаймарданов Ф.А. Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов.//- М.: «Машиностроение», 1973, 248 с.

3. Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Учебник для Вузов.//- М.: «Машиностроение», 1977, ч.1, 312 е., 1978, 4.2, 333 с.

4. Б.А. Черкасов. Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей.//- М.: «Машиностроение», 1988, 359 с.

5. В.А. Пискунов, Б.Н. Зрепов. Влияние топлив на надежность реактивных двигателей и самолетов.//- М.: «Машиностроение», 1978, 257 с.

6. Акты-отчеты ВАРЗ №400 за 1996-2008 гг.

7. В.Н. Лазовский, Г.В. Бондал, А.О. Каксис, А.Е. Колтунов. Диагностика авиационных двигателей.//- М.: «Машиностроение», 1988, 288 с.

8. Гост 10227-86, авиационное топливо ТС-1.

9. Гост 172616-71, чистота жидкостей

10. Дефектоскопия деталей при эксплуатации авиационной техники, под. ред. Б.И. Беды.//- М.: «Воениздат», 1978, 281 с.

11. C.B. Пикечин и др. Влияние внешних факторов на контактную прочность при качении.//- М.: «Наука», 1972, 102 с.

12. Ю.А. Кузьмин. Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на преждевременный съем двигателей из-за отказов топливной автоматики. Отчет НИР В/С 75360 регистр, номер 481-13. 2 4.2 КН 2, 1983 г.

13. Комаров В.М., Кузьмин Ю.А. «Об оценке сил трения, возникающих в золотниковых парах при попадании в их зазоры посторонних частиц». Авиационная промышленность №10с, 1982 г. С. 50 52.

14. Ю.А. Кузьмин. Эксплуатационные причины внезапных отказов топливорегулирующей аппаратуры, приводящей к аварийным состояниям авиационных двигателей и рекомендаций по их устранению Дисс. канд. тех. наук, Люберцы, 1985, 250 с.

15. В.Н.Голубушкин. Методы исследования и предотвращения отрицательного воздействия воды на элементы топливных систем при эксплуатации летательных аппаратов военного назначения. Дисс. канд. тех.наук, Люберцы, 1989,209с.

16. Соломонов П.А. Технические вопросы обеспечения безопасности самолетов.//- М, Воен.издат., 1975,120с.

17. Большаков Г.Ф. Образование гетерогенной системы при окислении углеводородных топлив. Новосибирск, изд-во «Наука», 1990,325с.

18. Большаков Г.Ф. Физико-химические основы образования осадков в реакциях топливах.//- Л.: изд-во «Химия», 1972,232с.

19. Дубовкин Н.Ф. ,Маланичева В.Г. и др. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив. Справочник.//- М: изд-во «Химия», 1985,240с.

20. Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Т. Физический и химический хладоресурс углеводородных топлив.//- Казань: изд-во «Мастер Лайн»,2000,240с.

21. Яновский Л.С., Иванов В.Т, Галимов Ф.М., Сангир Г.Б. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях.//- Казань: изд-во «Абак», 1999,284с.22 .Братков A.A. Химотология ракетных и реактивных топлив.//- М: изд-во «Химия», 1987,284с.

22. Чертков Я.Б., Большаков Г.Ф., Гулин Е.И. Топлива для реактивных двигателей.//- Л: изд-во «Недра», 1964,226с.

23. Чертков Я.Б., Зрелов В.Н., Маринченко Н.И. Эксплуатационные свойства реактивных топлив при повышенных температурах. М, изд-во «ГОСИНТИ»,1959,С.78.

24. Головин C.B., Хайруллин И.Х., Шигабиев Т.Н., Яновский J1.C. О некоторых особенностях теплоотдачи при кипении углеводородных топлив в большом объеме. ПТЖ т.59№4,1990,С.69-72.

25. Чертков Я.Б. Современные и перспективные углеводородные реактивные и дизельные топлива.//- М: изд-во «Химия», 1968,356с.

26. Турбопрямоточные двигатели для гиперзвуковых скоростей полета. Под ред. Сосунова В.А.,М.М., Цховребова//Авиационные двигателестроение. Вып.З, М, изд-во ЦИАМ им. П.И. Баранова, 1993,206с.

27. Большаков Г.Ф., Каплан З.Г. Общее кинетическое уравнение и механизм образования коллоидных систем при окислении реактивных топлив. В сб. «Эксплуатационные свойства авиационных топлив»,Киев, 1972, С. 154-160,(Труды конференции. Вып. 3 4.2)

28. Крушинский Ю.И. Исследование дисперсных систем реактивных топлив и их влияние на топливную аппаратуру летательных аппаратов .Дисс. канд. тех.наук 20 ГОСНИИГА МО РФ,2008,250с.

29. ЗО.Орешенков A.B. Автореферат дисс. док. тех. наук, М, ГОСНИИ 25 МО,2008,38с.

30. Велапатиньо К. Вихельмо С. Разработка методов предупреждения отказов авиационных ГТД, связанных с качеством авиационных топлив. Автореферат дисс. канд. тех. Наук.-М: МГТУГА, 2006, 23с.

31. Алтунин В.А.Исследование особенностей теплоотдачи к углеводородным горючим и охладителям в энергетических установках многоразового использования. Книга первая, Казань, Казанский Государственный Университет,2005,271с.

32. Л.П. Лозицкий Л.П., М.Д. Авдошко М.Д. и др. Авиационные двухконтурные двигатели Д-30КУ/КП.//- М.: «Машиностроение» 1988, 228с.

33. Письмо ОАО «Аэрофлот-Российские Авиалинии» от 17.08.2011 №ТД-337.

34. Коняев Е.А., Урявин С.П. Разработка метода обеспечения надежности золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры ГТД. //Научный вестник МГТУ ГА №147-М:МГТУ ГА, 2009, С. 128-135 .

35. Урявин С. П., Голубева М.Г., Зенушкин В.Н. Кинетика роста массы отложений на конкретном золотнике насоса-регулятора НР-30КП ГТД Д-ЗОКУ при его контакте с авиакеросином./Научный Вестник МГТУ ГА №183-М:МГТУГА,2012,С.

36. Тимошенко А.Н., Урявин С.П., Козлов А.Н. ГАМЕ прямая угроза безопасности полетов.//Научный Вестник МГТУ ГА.- № 178-М: МГТУ ГА,2012, С.176-180.

37. Урявин С.П., Коняев Е.А., Джафари П. Математическая модель процесса залипания золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры авиационных ГТД.//Научный Вестник МГТУ ГА № 179-М:МГТУ ГА ,2012, С.146-150.

38. Урявин С.П., Коняев Е.А. Использование ультразвукового концентратора для обеспечения подвижности залипшего золотника топливорегулирующей аппаратуры ГТД,//Научный Вестник МГТУ ГА, № -М:,2011, С

39. Система распознавания предотказного состояния золотниковых пар топливорегулирующей аппаратуры авиационных газотурбинных двигателей. Авторы: Урявин С.П., Коняев Е.А., Каюмов В.П. Патент на полезную модель №110514 от 20.11.2011г.

40. Урявин С. П. Коняев Е. А. Высокотемпературные отложения (ВТО) реактивных топлив: негативность, влияющие факторы, способы борьбы. //Сборник научных трудов ГосНИИ ГА № 311 -М:ГосНИИ ГА, 2010,С. 98101.

41. Рыбаков К.В., Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Очистка нефтепродуктов от механических примесей и воды.//-М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1974 .-80с.

42. Большаков Г.Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов.//- Л. :«Недра». 1974.-320с.

43. Григорьев М.А., Долецкий В.А. Обеспечение надежности двигателей.//-М.: Издательство стандартов , 1978.-324с.

44. Сиротин H.H. Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинных двигателей.//- М.:РИА «ИМ-ИНФОРМ», 2002.-442с.51 .Гишваров A.C. Эксплуатационная надежность топливных систем воздушных судов.//-Уфа: УГАТУ, 2008.- 208с.

45. Харин A.A. Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей.//-М.Европейский центр по качеству.2002.-288с.

46. Дж. Бендат, А.Пирсол.Измерение и анализ случайных процессов.//-М.: Мир, 1974.-463с.

47. Ультразвук. Малая энциклопедия.//-М.: Советская энциклопедия, 1979.-400с.

48. Аксенов А.Ф. и др.Изучение состава и структуры осадков, образующихся в среде реактивных топлив в процессе трения.//В кн. Вопросы технической эксплуатации JIA и АД.Вып.6.- Киев: изд. КНИГА, 1990, С.85-90.

49. ГОСТ Р 52050. Топливо авиационное для газотурбинных двигателей ДЖЕТ А-1 (JET А-1). Технические условия. Введен 01.01.2007.-12с.

50. Коваленко В.П., Турчанинов В.Е. Очистка нефтепродуктов от загрязнений.// —Л.: Недра, 1990. -160с.

51. Никитин Г.А.,Чирков C.B. Влияние загрязнений жидкости на надежность гидросистем летательных аппаратов.// -М.: Транспорт, 1990.-183с.

52. Спиркин В.Г. Химмотология топлив.// -М.: Нефть и газ, 2002. -252с.

53. Улюкина Е.А., Пуляев H.H., Шайдурова О.Н. Термическая стабильность смесевого биотоплива на основе рапсового масла. Тезисы докладов 2 Международной научно-технической конференции. Москва.

54. ФГУП «25 Гос.НИИ Минобороны России» 30 окт. 2008г.//-М.: Гралия: 25 ГосНИИ, 2008.-89с.

55. Г.Н.Кишкилев. Методы оценки термоокислительной стабильности реактивных топлив. Автореферат канд.дисс. ФАУ «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России»-М.:2009, 24с.

56. Розенберг Л.Д. Фокусирующие излучатели звука. В кн. Источники мощного ультразвука. М.1977.

57. Каневский И.Н. Фокусировка звуковых и ультразвуковых волн. М. 1977.

58. Урявин С.П. Коняев Е.А. Высокотемпературные отложения (ВТО) реактивных топлив: негативность, влияющие факторы, способы борьбы.// Научный Вестник МГТУ ГА №162 -М.: МГТУ ГА, 2010, С.81-84.

59. Красильников В.А. Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах. -М.: Физматгиз, 1960.

60. Бюллетень JIG №26 «Предотвращение взаимодействия FAME с реактивными топливами в аэропортах» (июнь 2009 г.).

61. Яновский J1.C., Иванов В.Ф. Галимов Ф.М. и др. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях. Казань: Абак, 1999.

62. Кишкилев Г.Н., Астафьев В.А., Исаев A.B., Фахрутдинов М.И. Оценка термоокислительной стабильности реактивных топлив в условиях двухфазной замкнутой системы.// Химия и технология топлив и масел, 2009.-№2 (552).-С.39-43.