Методы повышения эффективности вибрационного диагностирования авиационных газотурбинных двигателей в эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.14, кандидат технических наук Байемани Неджад Рахман

• Байемани Неджад Рахман
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Байемани Неджад Рахман

Введение.

1. Развитие методов и средств вибрационной диагностики. Аналитический обзор работ.

1.1. Вибродиагностика как раздел технической диагностики машин.

1.1.1. Автоматизированные и экспертные системы диагностирования.

1.1.2. Основные направления развития технической диагностики.

1.1.3. Развитие вибродиагностики в авиации.

1.2. Влияние изменения вибрационных характеристик ГТД на безопасность полетов БП.

1.2.1. Основные положения методики количественной оценки уровня БП по данным эксплуатации.

1.3. Влияние изменения вибрационных характеристик ГТД на БП.

1.3.1. Анализ статистики отказов и неисправностей двигателей Д-ЗОКУ/КП.

1.3.2. Количественная оценка влияния изменения вибрационных характеристик на БП конкретных объектов эксплуатации.

1.4. Источники вибраций авиационных ГТД и их вибрационная характеристика.

1.4.1. Вибрационный спектр.

Выводы по главе 1.

2. Использование теории линейного суммирования усталостных повреждений для оценки выработки ресурса по вибрационным характеристикам

2.1. Основы линейной теории суммирования усталостных повреждений.

2.2. Связь вибрационных параметров с уровнем вибрационных повреждений.

2.3. Разработка методики оценки выработки ресурса по параметрам вибраций.

Выводы по главе 2.

3. Повышение эффективности диагностирования авиационных ГТД на базе применения линейной динамической модели.

3.1. Существующие алгоритмы выявления неисправностей авиационных двигателей по изменению регистрируемых параметров вибрации.

3.1.1. Основы эксплуатационного контроля вибраций для оценки технического состояния ГТД.

3.1.2. Анализ зависимости вибрации ГТД от наработки.

3.1.3. Анализ современной методологии статистической обработки параметров вибраций.

3.2. Разработка основных принципов диагностирования ГТД на базе линейной многомерной регрессии.

3.3. Анализ работоспособности двигателя НК-86 с использованием моделей линейной многомерной регрессии.

Выводы по главе 3.

4. Анализ продольных колебаний авиационного ГТД как метод выявления нерасчетных режимов работы.

4.1. Причины возникновения продольных колебаний.

4.2. Продольные колебания стержней.

4.3. Вынужденные продольные колебания ротора как абсолютно жесткого тела на упругом элементе.

4.4. Экспериментальное исследование по измерению осевой нагрузки на подшипник авиационного двигателя.

4.5. Технические характеристики стендового комплекса вибрационной диагностики авиадвигателей на MMlili «САЛЮТ». Результаты испытаний.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы повышения эффективности вибрационного диагностирования авиационных газотурбинных двигателей в эксплуатации»

Современной тенденцией в развитии авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) является повышение параметров рабочего процесса (температуры газов до 1600-1800 Кельвина, степени сжатия до 30 и выше). Это приводит к повышению экономичности и тяговой эффективности двигателей, но одновременно сопровождается резким повышением их стоимости. Поэтому экономически оправданная необходимость полного исчерпания ресурсных возможностей ГТД требует разработки систем объективного контроля технического состояния каждого двигателя, его систем, жизненно важных узлов и агрегатов. Действительно, около 50% прямых эксплуатационных расходов составляют расходы на техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р).

Снижение этих расходов - одна из главных задач, решаемых современной системой технического диагностирования. Путь решения этой задачи- проведение работ по ТО и Р только в соответствии с фактическим и прогнозируемым техническим состоянием, контролируемым развитой системой диагностирования.

На систему диагностирования возлагается и другая важная задача-обеспечение заданного уровня безопасности полетов, предупреждение отказов авиационной техники в эксплуатации. Отказ авиационного ГТД приводит к снижению безопасностей полета, усложнению условий полета, снижению запаса резервных возможностей для благополучного завершения полета. Особенно опасные последствия вызывает отказ двигателя, сопровождаемый нелокализованным разрушением роторов. Такие разрушения всегда приводят к авиационным инцидентам, иногда с тяжелыми последствиями социального и экономического характера.

Подобные отказы внешне воспринимаются как внезапные, случайные. В этом и состоит задача технической диагностики как науки, чтобы изучить природу отказов, выявить параметры, отражающие процесс развития неисправности до ее критического уровня, построить систему контроля и прогнозирования этих параметров, внедрить ее в существующую систему ТО и Р.

Особое место в проблеме обеспечения безопасности полетов занимают вопросы достоверности диагностирования. Действительно, надежность существующих систем контроля не превышает надежности авиационных ГТД. Это приводит к тому, что отказ системы контроля воспринимается как отказ двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому разработка методов обеспечения достоверности диагностирования является необходимым условием достижения его высокой эффективности.

Перспективы развития систем диагностирования авиационных ГТД связаны с разработкой новых методов и средств раннего предупреждения таких развивающихся неисправностей, которые в существующей системе технической эксплуатации приводят к внезапным отказам. Предусматривается широкая автоматизация процессов диагностирования в реальном масштабе времени, т.е. непосредственно в полете, интеграция систем диагностирования и автоматического управления ГТД.

Вибрационная диагностика является составной частью общей теории технической диагностики. Интенсивное развитие, которое получила в настоящее время вибродиагностика, объясняется ее преимуществами при диагностировании машин и механизмов непрерывного действия. В ее основе лежит многократно проверенная и подтвержденная гипотеза о том, что вибрационный сигнал, генерируемый функционирующим объектом, отражает его состояние. При изменении каких-то параметров объекта, например, при появлении в нем дефекта, меняется характер генерируемого объектом вибрационного сигнала. Поэтому, в общем виде, вибрационная диагностика состоит в наблюдении за энергетическими характеристиками и структурой вибросигнала и сравнении их с эталонами.

Данная работа посвящена разработке методов повышения эффективности вибрационного диагностирования одного из важнейших типов роторных динамических систем -газотурбинных двигателей.

В качестве таких методов рассмотрены методы анализа продольных (осевых) колебаний роторов авиационных ГТД, использование математических моделей линейной многомерной регрессии для описания изменения бортовой вибрации при развитии неисправностей, применение теории линейного суммирования вибрационных повреждений с использованием параметров вибраций.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация воздушного транспорта», Байемани Неджад Рахман

Основные выводы

Обоснована целесообразность измерения индивидуальной вибрационной повреждаемости авиационных ГТД с начала эксплуатация до текущего момента времени.

Показана целесообразность использования линейной теории суммирования усталостных повреждений при формировании критерия предельной вибрационной повреждаемости.

При приближении вибрационной повреждаемости к предельному значению рекомендуется проведение дополнительных работ по техническому обслуживанию, связанных с контролем крепления агрегатов, трубопроводов и инспекцией фланцевых соединений и силовых элементов корпуса двигателя.

Использование модели линейной многомерной регрессии для описания изменения вибрации по наработке позволяет получить более узкие толерантные границы допустимых значений при контроле исправности ГТД в эксплуатации.

Разработана методика определения осевой силы ротора ГТД по параметрам продольных (осевых) вибраций при стендовых испытаниях на ремонтных заводах ГА.

Основные публикации по теме диссертационной работы:

1. Коняев Е.А., Байемани Неджад Р. Инженерно-физические проблемы вибрационной диагностики авиационных ГТД. Научный вестник МГТУ ГА № 66, серия «Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов», М.: МГТУГА, 2003, -с. 79-82.

2. Байемани Неджад Р., Коняев Е.А. Применение теории линейной многомерной регрессии для анализа работоспособности авиационных ГТД. Научный вестник МГТУ ГА № 66, серия «Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов», М.: МГТУГА, 2003, -с. 72-78.

3. Байемани Неджад Р., Коняев Е.А. Анализ продольных колебаний роторов авиационных ГТД как метод выявления нерасчетных режимов работы. Тезисы докладов на 5 МНТК: «Инженерно-физические проблемы разработки и диагностики авиационной и космической техники», г. Егорьевск, 2004, -с. 113.

4. Байемани Неджад Р. Повышение эффективности вибрационного контроля авиационных ГТД. Студенческая научная конференция: секции № 1, «Компьютерные методы в инженерных науках», М., МГТУ ГА,2004.

5. Коняев Е.А., Байемани Неджад Р. О целесообразности анализа продольных колебаний авиационных ГТД при их вибрационном диагностировании. Тезисы докладов МНТК: М., МГТУ ГА, 2003. -с. 72.

6. Байемани Неджад Р., Коняев Е.А. Интегральная характеристика накопленных вибрационных повреждений. Тезисы докладов МНТК: М., МГТУГА, 2003.-с. 76.

7. Байемани Неджад Р. Анализ факторов, влияющих на вибрационные характеристики авиационных ГТД в эксплуатации. В кн.: Новые методы, оборудование и средства технологического оснащения в машиностроении. Международный студенческий форум: «Образование, наука, производство». Белгород: БелГТАСМ, 2002.-е.73.

8. Байемани Неджад Р. Влияние изменения радиальных зазоров на надежность роликового узла межвального подшипника двигателей Д-30 КУ-КП. МНТК: «Техническая эксплуатация и ремонт, летная годность воздушных судов, безопасность полетов», М., МГТУ ГА, 2001.-е. 65.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Байемани Неджад Рахман, 2005 год

1. Авакян Е.А. Разработка теоретических положений, внедрение в промышленность методов и средств вибродиагностики роторных машин и станков. Автореферат докторской диссертации. Москва, 1985.

2. Андронов A.M. Применение методов теории регрессии для оценки работоспособности технических систем самолета. В кн.: Автоматизация контроля и диагностики технического состояния самолетных систем. - Рига: РКИИГА, 1981, с. 15-18

3. Байемани Неджад Р. Повышение эффективности вибрационного контроля авиационных ГТД. Студенческая научная конференция: секции № 1, «Компьютерные методы в инженерных науках», М., МГТУ ГА,2004.

4. Байемани Неджад Р., Коняев Е.А. Интегральная характеристика накопленных вибрационных повреждений. Тезисы докладов МНТК: М., МГТУ ГА, 2003. -с. 76.

5. Байков А.Е., В.Ю. Данилов, В.И. Люлько, В.В. Трутаев. О процедурах контроля и выявления неисправностей авиационных двигателей по изменению параметров вибрации. / Научный вестник МГТУГА, №66, М.2003, с 53-60.

6. Балицкий Ф.Я. , Генкин М.Д. Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. Современные методы и средства вибрационной диагностики машин и конструкций. В сб. Научно-технический прогресс в машиностроении. Вып. 25, 1990, 114 с.

7. Барзилович Е.Е. , Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию. М.: Транспорт, 1981, 197 с.

8. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник. Изд. 6-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1975, 572 с.

9. Белоусов А.И., Биргер И.А. Прочностная надежность деталей турбомашин.- Куйбышев: КУИИ, 1983.-75с.

10. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с англ. М.: Мир, 1974, 464 с.

11. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1983.

12. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. -М.: Мир, 1989, 540 с.

13. Бидерман B.JI. Теория механических колебаний:- М.: Высшая школа,1980.-408с.

14. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.

15. Биргер И.А., Шорр Б.Ф. Динамика авиационных газотурбинных двигателей.- М.: Машиностороение, 1981.-232с.

16. Бокс Дж., Дженкинс г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Выл JI. -М.: Мир, 1974, с. 406.

17. Болотин В.В. Прогнозирование ресурсов машин и конструкций.- М.: Машиностроение, 1984.-312с.

18. Браун, Датнер. Анализ вибраций роликовых и шариковых подшипников: Пер. с англ.- Конструирование и технология машиностроения.- М.: Мир, 1979.-Т. 101, №1.-с.65-82.

19. Вибрации в технике. Справочник, т. 1-6. М.: Машиностроение,1981.

20. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. М.: Наука, 1984, 120 с.

21. Вибрация энергетических машин. Справочное пособие./Под ред. Григорьева Н.В.- JL: Машиностроение, 1974.-464с.

22. Вильнер Л.Д. Виброскорость как критерий вибрационной напряженности упругих систем.- Проблемы прочности.- 1970.-№9.-с.42-45.

23. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. -М.: Машиностроение, 1988. -288 с.

24. Григорьев В.И. Исследование вибраций ГТД методами математической статистики. Автореферат .канд. дис. М., 1979

25. Добрынин С.А., Фельдман Е.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибраций машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1987, 224 с.

26. Дорошко С.М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам. М.: Транспорт, 1984.

27. Зубков Б.В., Люлько В.И., Поляков П.М., Разработка методики количественной оценки летной годности по данным эксплуатации ВС. научный вестник МГТУГА, №66, М.2003, с 5-11.

28. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978.

29. Карасев В.А., Ройтман А.Б. Доводка эксплуатируемых машин. Вибродиагностические методы. М.: Машиностроение, 1986.

30. Иванов В.П., Колебания рабочих колес турбомашин. М.: машиностроение, 1983. - 224 с.

31. Коняев Е.А., Байемани Неджад Р. О целесообразности анализа продольных колебаний авиационных ГТД при их вибрационном диагностировании. Тезисы докладов МНТК: М., МГТУ ГА, 2003. -с. 72.

32. Лозицкий Л.П., Ветров А.Н., Дорошко С.М., Иванов В.П., Коняев Е.А. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. М.: Воздушный транспорт, 1992, 536 с.

33. Максимов В.П., Егоров И.Е. , Карасев В.А. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. М, Машиностроение, 1987.

34. Марпл C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения Пер. с англ.- М.: Мир, 1990, 584 с.

35. Мозгалевский А.В. , Гаскаров Д.Е. Техническая диагностика. М.: Высшая школа, 1976.

36. Мозгалевский А.В., Калявин Е.П. Системы диагностировали судового оборудования. Л,: Судостроение, 1982.

37. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов. М,: Машиностроение, 1971.

38. Пархоменко П.П., Согомонян Е. С. Основы технической диагностики. М. : Энергия, 1981,320с.

39. Рагульскис К.М. , Юркаускас А.Ю. Вибрация подшипников. -JI.: Машиностроение, 1985, 119 с.

40. Сидоренко М.К. Виброметрия газотурбинных двигателей.- М.: Машиностроение, 1973.-224с.

41. Сиротин Н.Н., Коровкин Ю.М. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей. -М.: Машиностроение, 1979, 272 с.

42. Сиротин Н.Н. Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинных двигателей. —М.: РИА «ИМ-ИНФОРМ», 2002. 442с.

43. Тейлор Д.И. Идентификация дефектов подшипников с помощью спектрального анализа: Пер. с англ.- Конструирование и технология машиностроения.- М.: Мир, 1986.-Т. 102, №2.-с.1-8.

44. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение 1982 ,-472с.

45. Хронин Д.В. Колебания в двигателях летательных аппаратов: Учебник для студентов авиационных специальностей высших учебных заведетгий.— 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980.— 296с.

46. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем.М.: Машиностроение, 1983.

47. Ямпольский В.И., Белоконь Н.И., Пилипосян В.Е. Контроль и диагностирование гражданской авиационной техники. М.: Транспорт, 1990. - 182 с.

48. Cempbel С. Diagnostically oriented measures vibroacoustical processes. Journal of Sound and Vibration, 1980, 73. N 4, pp. 547 -561.

49. K. Jimboh, H. Aoho, T. Chikata, Y.Hagiwara & etc. Thrust Load Measurement on Aero-Engine Bearing. Tranc. Of the ASME. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power №1-1985

50. Rao R.A. The United states Air force automated vibration diagnosis system (AVID) for improved jet engine maintenances. IEEE Autotestcon. 1990, pp. 224-241.

51. Stewart R. M. The way ahead for machinery health monitoring as a subset of plant control. Part 1. Noise a Vibr. Control. 1985, vol. 16, N 2, pp.53 -56.

52. Stewart R. M. The way ahead for machinery health monitoring as a subset of plant control. Part 2. Noise a Vibr. Control.- 1985, vol.16. N 3, pp.81 -86.