Система контроля деформаций и зазоров в газотурбинных двигателях

Внедрение: 2011 г.

Модули АЦП L-783 и E14-440 были применены для измерения деформаций статора и координат смещений торцов лопаток и лопастей в газотурбинных двигателях и вошли в состав описанных ниже измерительных систем, рассмотренных в докторской диссертации [1]. Работа была выполнена в Институте проблем управления сложными системами РАН.

Система измерения радиальных зазоров (РЗ) и деформации статора (ДС) СИ-LC-01 предназначена для предварительных стендовых и последующих бортовых испытаний (на летающей лаборатории) двигателя НК-93 с закапотированным двухрядным винтовентилятором противоположного вращения через редуктор. При этом основная задача экспериментальных исследований связана с измерением РЗ и сигнализацией их опасных состояний, а также с оценкой деформации и смещения геометрического центра статора.

Рисунок 1.  L-783 – модуль АЦП (и его аналоговые и цифровыми входы АВх, ДВх); ОВТД₁,...,ОВТД₄ – одновитковые вихретоковые датчики, обеспечивающие преобразования смещений торцов лопастей; ПР₁,...,ПР₄ – преобразователи индуктивности токовихревых датчиков; ДТ₁,...,ДТ₄ – датчики температуры; ПТ – потенциометрический датчик угла поворота лопастей; ДЧВ – датчик частоты вращения; Ф  – формирователь сигнала.

Система СИ-LC-01 использовалась в процессе стендовых испытаний двигателя НК-93 (рисунок 5) на стенде ОАО «Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова». В процессе имитации летных условий эксплуатации (при фронтальном обдуве двигателя потоком воздуха) были зафиксированы смещения геометрического центра статора и деформации, свидетельствующие об эллипсовидном изменении его формы. 

На рисунке 2 представлены графики зависимости скорости вращения винта (n₀), ДС (Δc_рМ, Δc_рБ) и смещений его геометрического центра в рабочем режиме (x_р, y_р) от времени при постоянной координате φ=22° (угол разворота лопастей). 

Рисунок 2. Скорость вращения винта (а), деформации статора (б) и смещения его геометрического центра. (в).

В более поздней разработке системы СИ-LCE-03К(Т) с другим составом датчиков был применён модуль АЦП E14-440 (рисунок 3).

Рисунок 3. Структура технических средств (а) системы СИ-LCE-03К(Т) и размещение распределённого кластера из двух одновитковых вихретоковых датчиков (ОВТД) на статоре (б). 

На рисунке 4а представлены результаты измерений координаты x в сосредоточенном кластере из двух ОВТД в зависимости от номера лопатки. Изменения координаты радиального зазора от номера лопатки представлены на рисунке 4б. 

Рисунок 4. Зависимость координаты x от номера лопатки (а), зависимость координаты радиального зазора от номера лопатки (б).

Рисунок 5. Двигатель НК-93, разработанный в СНТК им. Н.Д. Кузнецова, предназначен для магистральных самолётов средней и большой дальности Ил-96, Ту-204 и перспективного грузового Ту-330.

Источник:
Боровик С.Ю. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук «Кластерные методы и системы измерения деформаций статора и координат смещений торцов лопаток и лопастей в газотурбинных двигателях». – Самара. – 2011. – С. 36.

Разработчик: Боровик Сергей Юрьевич (ФГБУН Институт проблем управления сложными системами РАН)