Диагностика систем газотурбинного наддува

Внедрение: 2017 г.

Специалисты из Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва исследовали взаимосвязи динамических характеристик турбокомпрессора ТКР 6.1 и двигателя Д‑245‑35 при наличии неисправностей в системе наддува [1]. Для получения динамических характеристик (разгона) турбокомпрессора и двигателя на кафедре мобильных энергетических средств создан диагностический комплекс, состоящий из блока формирования исходных сигналов, оптического датчика частоты вращения вала турбокомпрессора, датчика частоты вращения вала двигателя, датчика линейного перемещения рычага балансировочной машины, модуля АЦП E14‑140‑M, ПО LGraph 2 и PowerGraph персонального компьютера. Испытания проводились на двигателе ММЗ Д‑245‑35, с установленным турбокомпрессором ТКР 6.1, имитация рабочих режимов осуществлялась на обкаточно-тормозном стенде КИ‑5543 ГОСНИТИ.

В результате испытаний была получена серия характеристик при разгоне двигателя Д‑245 и турбокомпрессора ТКР 6.1. Разгон двигателя осуществлялся при ступенчатом входном воздействии (резкое перемещение рычага управления подачей топлива от минимального положения до максимального).

Результаты исследований показывают, что графики разгона турбокомпрессора и двигателя внутреннего сгорания (ДВС) синхронно изменяются во времени без видимых запаздываний (рисунок 1). Характер разгонной кривой имеет форму колебательного объекта второго порядка как для турбокомпрессора, так и двигателя. Однако формы колебательных процессов данных систем отличаются, так как коэффициенты инерции, демпфирования и жесткости у них различны. 

Рисунок 1. Динамические характеристики турбокомпрессора и двигателя Д‑245‑35 (исправное состояние системы): без нагрузки (слева); под нагрузкой (справа).

Для условий развития неисправностей, вызванных утечками газов перед турбиной, динамические характеристики ДВС и ТКР приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Динамические характеристики турбокомпрессора и двигателя Д‑245‑35 (утечка газов перед турбиной, через отверстие диаметром 12 мм): без нагрузки (слева); под нагрузкой (справа).

Для условий развития неисправностей, вызванных утечками после компрессора, графики переходных процессов ДВС и ТКР приведены на рисунке 3.

Рисунок 3. Динамические характеристики турбокомпрессора и двигателя Д‑245‑35 (утечка газов после компрессора, площадь отверстия 20 мм²): без нагрузки (слева); под нагрузкой (справа).

Для условий развития неисправностей, вызванных засорением воздушного фильтра, графики переходных процессов ДВС и ТКР показаны на рисунке 4.

Рисунок 4. Динамические характеристики турбокомпрессора и двигателя Д‑245‑35 (засорение воздушного фильтра, 0,1 МПа): без нагрузки (слева); под нагрузкой (справа).

В заключении статьи [1] авторы утверждают, что диагностирование системы наддува автотракторного двигателя в условиях сервисного предприятия можно осуществить безразборным, безнагрузочным методом, основанным на анализе динамических характеристик ДВС и ТКР, полученных при ступенчатом входном воздействии (резкое перемещение рычага управления подачей топлива от минимального положения до максимального). Наличие неисправностей приводит к изменению временных и амплитудных значений динамических характеристик. Особенность переходных процессов в условиях «утечки воздуха после компрессора» позволяет точно идентифицировать неисправности такого рода в безнагрузочном режиме. Использование предложенного авторами комплекса оборудования и программных средств позволяет изучать природу формирования быстро развивающихся процессов в автотракторном двигателе внутреннего сгорания и на этой основе строить более совершенные средства диагностирования ТКР в эксплуатации.

Источник:
Иншаков А.П., Курбаков И.И., Курбакова М.С. Использование динамических характеристик двигателя и турбокомпрессора для диагностирования систем газотурбинного наддува // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. – Самара. – 2017. – Вып. 3. – С. 34‑39.

Разработчик: Иншаков А.П., Курбаков И.И., Курбакова М.С. (ФГБОУ ВО «Мордовский гос. университет им. Н.П. Огарёва»)