Исследование и диагностика срывных и помпажных явлений в газотурбинном двигателе

Внедрение: 2004 г.

Специалисты Института проблем управления сложными системами РАН [1] разработали систему для исследований и диагностики срывных и помпажных явлений в газотурбинном двигателе (ГТД). 

В состав технических средств системы входят датчиковая аппаратура, модули L‑Card L‑783 и E‑440 (выпускаемые сегодня аналоги L‑783M и E14‑440) для ввода аналоговых и цифровых сигналов, а также ПЭВМ (рисунок 1). В обоих модулях L‑Card установлен сигнальный процессор с возможностью его программирования под прикладные задачи, что позволяет осуществлять распределенную обработку информации за счет выполнения ряда функций микропроцессорами.

Предполагается, что система обслуживает одну ступень компрессора, на статоре которого установлен кластер одновитковых вихретоковых датчиков (ОВТД). Дополнительно измеряются обороты ротора, давление на входе или выходе ступени и температура газов на выходе турбины. Датчиковая аппаратура содержит устройства промышленного изготовления, нестандартные датчики и преобразователи их сигналов.

В состав первой группы входят датчик давления (ДД), температуры (термопары, ТП), частоты вращения ротора (ДЧВ) и формирователь (Ф) его сигналов. ДД и ТП предназначены для обнаружения помпажных явлений традиционными методами по изменениям давлений на выходе ступени компрессора и по изменениям температуры на выходе турбины.

Вторая группа включает кластер ОВТД и преобразователи (Пр) естественных выходных сигналов ОВТД (индуктивностей) в нормализованные напряжения. Предусмотрена температурная коррекция сигналов ОВТД, которая производится с помощью термопар (ТПК), расположенных в каждом датчике.

Рисунок 1. Структура технических средств: ДЧВ – датчик частоты вращения ротора; ОВТД - одновитковый вихретоковой датчик; ДД – датчик давления; Ф – формирователь сигналов; ГТИ – генератор тактовых импульсов; Пр – преобразователи; ТП – термопары.

Программное обеспечение системы состоит из программ измерения КС, измерения параметров режима и среды объекта, обнаружения колебаний торцов лопаток, блока диагностики и программы визуализации. Структура программного блока представлена на рисунке 2. В его состав входят управляющая программа сигнального процессора, драйвер для Windows 95/98/NT/2000 и программы прикладного уровня для вычисления координатных составляющих (КС) и обнаружения колебаний.    

Рисунок 2. Структура программного блока измерения КС и обнаружения колебаний торцов лопаток.

На рисунке 3 представлена структура программного блока принятия решения о предпомпажном и помпажном состояниях ГТД в нотации пакета FuzzyTech 5.54k.

Рисунок 3. Структура программного блока принятия решения о помпажном состоянии газотурбинного двигателя.

Экран результатов работы системы в графическом режиме приведен на рисунке 4. В верхней части экрана показаны отсчеты КС (X,Y,Z) для одной из лопаток, а в нижней – отсчеты давления и температуры, измеренные на том же отрезке времени (пунктирные линии – гармонические колебания, получаемые с помощью модели). Изменения КС и пульсаций давлений носят колебательный характер, соответствующий результатам моделирования. При этом результаты, полученные в системе измерения, и результаты моделирования практически совпадают.

Рисунок 4. Экран работы системы в графическом режиме просмотра.

Разработанная система позволяет осуществлять измерения КС перемещений торцов лопаток и обнаружение их колебаний в компрессоре, измерения давления и температуры в газовоздушном тракте двигателя, а также проводить диагностику срывных и помпажных явлений. Технические решения, алгоритмы и реализующие их программы могут быть успешно применены при разработке подобных систем с большим числом каналов и большим набором выполняемых задач. Экспериментальная проверка ранее не исследованных функций – измерения КС перемещений торцов лопаток и обнаружения их колебаний, подтвердила работоспособность системы.

Источник:
Боровик С.Ю., Инюцин А.А., Камаева О.И., Тулупова В.В. Система измерения многомерных процессов для исследований и диагностики срывных и помпажных явлений в газотурбинном двигателе // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: труды VI Международной конференции. – Самара. – 2004. – С. 444‑450.

Разработчик: С.Ю. Боровик, А.А. Инюцин, О.И. Камаева, В.В. Тулупова (Учреждение РАН Институт проблем управления сложными системами)