автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Диагностика рабочих лопаток компрессора ГТД методом акустических характеристик

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Р Г 6 ОД имени АН. Туполева

2 3 ||0Я Ш

Но правей* рукописи

белов Евгений Валентинович

Диагностика рабочих лопаток компрессора ГТД методом акустически* характеристик

УЖ 621.4:620.179 Специальность 05.07.05 -тепловые двигатели лэтател»ных аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации но соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 1993

Робота •ыполмвмо и Казанском бысшвм юимнсм командно-июкемерком училище Ракетных войск имени маршала артиллерии М.Н. Чистякова.

Научные руководители: член-корреспондент АН Татарстана,

доктор технически» наук, профессор Тунаков А.П

кандидат технических ноук, доцент Кочергмн A.B.

Официальные оппоненты доктоэ те>нических наук.профессор

Костерим В.А. кандидат технически» нау«.. доцент Мухин А А

Ведущая организация: Казанское мотсрострои'ельное

производственное объединение

Защита диссертации состоится * /Л- 1993г в

часов на зоседании специспизированного совета К 063.43 01 Казоьского государственного технического университето иые«и A.H.Ty/vonesa{'420] 11 ,Казань,уп. К.Маркса, 10]

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ЮТУ Автореферат разослан Г/ 1993г.

Учёный секретарь, специализированного совета

К 063. 43. 01 isffr'- S

АГ.Каримова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время .когда параметры многих машин достигли предельных значений ,а последствия аварий приобретают всё более серьёзный и даже катастрофический характер.проблемы технической диагностики стоят особенно остро. Современный уровень науки и техники позволяет разрабатывать эффективную диагностическую и контролирующую аппаратуру, которая может быть применена для решения многих возникающих проблем, но методы диагностики еще не получили достаточно широкого распространения.

Для реализации требования безопасности полётов при проектировании, изготовлении и эксплуатации овиационных изделий проводятся работы по диагностике и исключению отказов жизненно важных агрегатов и узлов на основе их рационального резервирования. Однако, двигатели летательных аппаратов не имеют резервированных деталей и узлов. Эта особенность требует применения всевозможных методов всестороннего контроля технического состояния деталей и узлов двиготеля.

Наиболее ответственными деталями, от конструктивного совершенства и долговечности которых зависит надежная работа авиационного двигателя в целом, являются рабочие лопатки компрессора, которые работают в, сложных условиях. Повреждение или разрушение лопаток компрессора может привести к потере работоспособности двигателя, а иногда и к воздушной катастрофе. Анализ статистики разрушений рабЬчих лопаток компрессора . двигателей НК-8-2У, НК-8-4, НК-86 показал, что с начало эксплуатации этих двигателей повреждения и разрушения рабочих лопаток на 1990 год имели место на 198 двигателях НК-8-2У, НК-8-4 и на 64 двигателях НК-86. Причины повреждений и разрушений лопаток следующие:

- эксплуатационные (попадание посторонних предметов);

- производственные (неправильная посадка лопаток в пазы дисков ' рабочих колёс);

- конструктивные (высокий уровень переменных напряжений по

перу).

Диагностика рабочих лопаток компрессора авиационного двигателя на стадии производства, эксплуатации и ремонта проводится инструментальными методами неразрушающего контроля, среди которых: оптико-визуальный, люминисцентный, вихретоковый, радиографический и ультразвуковой. Из-за присущих этим методам недостатков проблему диагностики лопаток, связонную с вопросами достоверности результатов контроля , чувствительности и надежности

методов , экологической безвредности , низкой стоимости и автоматизации процесса контроля .нельзя в настоящее время считать решённой. Разработка эффективного метода неразрушающего контроля, заменяющего традиционные методы или дополняющего существующие , повысит надежность авиационной техники. ,

Цель исследований. Целью работы является исследование акустических характеристик рабочих лопаток и разработка методики их диагностики.

Мет од исследований основой на использовании теории колебаний упругих систем , метода свободных колебаний , методов обработки сигналов , спектрального анализа акустических сигналов, методов математической статистики с использованием ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в

- создании экспериментальных установок по.исследованию акустических характеристик свободных и закреплённых в колесе лопаток компрессора ТРДД:

- создании акустического измерительно-диагностического комплекса;

- использовании эффективных диагностических признаков акустических характеристик лопаток;

- создании словаря диагностических признаков дефектов лопоток;

- разработке методики диагностики лопаток компрессора ТРДД, состоящей из методики измерений и методики анализа результатов исследований;

Практическая ценность состоит в том, что с помощью разработанной методики диагностики с использованием акустических характеристик можно выявлять:

- дефекты в лопатках компрессоров авиационных двигателей НК-86 и НК-8-2У типа трещин, нарушение геометрических размеров, несплошиостей как одиночных лопаток, так и установленных но рабочих колесах;

-"неправильную" посадку лопаток в пазы дисков колёс компрессоров;

-аналогичные дефекты в лопатках других авиационных и неавиационных (судовых, газоперекачивающих и т.д.) двигателей.

Реализация. Результаты работы были использованы в конструкторско-производственном государственном предприятии "Авиамотор". Имеется акт о реализации исследований, приведенный в приложении к диссертации. Величина экономической эффективности исследований будет установлена в процессе продолжительного

применения методики диагностики лопаток с помощью их акустических характеристик при производстве и эксплуатации авиадвигателей.

Апробация. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Казанского ВВКИУ РВ имени моршало артиллерии М.Н.Чистякова в 1991-1993г.г., Пензенского ВАИУ имени главного маршала артиллерии Н.Н.Воронова в 1992г., на Всесоюзной межвузовской конференции, проходившей в МГГУ имени Баумана в 1992г., на научных семинарах кафедры №21 КАИ в 1992г., кафедры N910 Казанского ВВКИУ РВ имени маршала артиллерии М.Н.Чистякова в 1991-1993г.г. Установка по диагностике закрепленных е колесе лопаток компрессора демонстрировалась на выставке "Авиакосмический салон-93", проходившей в Москве.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ. Соеди них 3 статьи, 10 тезисов докладов и 2 научно-технических отчета.

Структура и объём диссертации. Диссертация с приложениями изложена на 151 листе машинописного текста, в том чис .=■ основной текст на 11 7 листах. Она состоит из введения, 6 глав, заключение, списке литврстуры.гключающего 112 наимяносснии, и 2-х приложений В ней содержится 46 рисунков и 9 таблиц.

Автор ) о щ и щ о е т:

- методику диагностики лопаток компрессоров авиационных двигателей при помощи акустических характеристик;

- созданный словарь диагностических признаков дефектных лопаток;

- комплекс прогро»лмчых и аппаратных средств, с помощью которые производится онализ результатов экспериментальных исследований акустических хароктерисик лопаток.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ввод обоо-оьывается актуальность работы и дана её краткоя характеристика.

Первый р а з д е л. В процессе изготовления,эксплуатации и ремонта рабочие лопатки компрессоров авиационных двигателей контролируются различными инструментальными методами (в • зависимости от чувствительности метода, доступности, материала, конфигурации и других факторов), среди которых наибольшее применение в последнее время находят акустические. Их применение в промышленности, преимущества к недостатки описаны в роботах Н.П.Агеш»на, ВМБараиоеа, БАГлаговского, И.Б. Моасовснко, МДГенкииа, ЛГ.Соколовой, Ф.Я.балицкогоЛ^-А-ИваноЕа, Б.В.Павлова,

АА.Горелика, В-АСкрипкина, Я.Макаревичс, К.В.Явлинского, В.В.Сухорукова, ГМельтцера и др. Наиболее привлекательным и приемлемым из перечисленных методов диагностики лопаток авиационных двигателей является метод свободных колебаний.

Сущность предлагаемого метода заключается в возбуждении лопатки механическим ударом и регистрации её колебаний после снятие возбуждающей силы. Наличие в лопатке дефектов (трещин, раковин, несплошностей и т. д.) приводит :1) к изменению распределения колебательной энергии по частотным модам собственных колебаний ; 2) к изменению скорости затухания колебаний из-за эффекта диссипации энергии на дефектах Механический удар, как один из распространённых методов реализации импульсного возбуждения, является наиболее простым и эффективным. Прр диагностике лопаток данным способом необходимо учитывать следующие особенности:

1. Технологические погрешности изготовления ударника, неточность нанесения удара по объекту, возможные изменения в условиях крепления объекта, а также геометрические и массовые отклонения лопаток при их производстве могут внести определённую погрешность в результаты исследований.

2. Быстрое затухание колебаний в объекте после его возбуждения, в результате чего возникает необходимость в экспериментальном поиске наиболее информативных участков в акустических сигналах и получения на этих участках спектральных характеристик.

3. Формирование эффективных диагностических признаков, выявляющих дефекты в объектах.

Метод акустических характеристик, основанный на. методе свободных колебаний, отличается от традиционных методов нерозрушоющего контроля своей безопасностью, простотой операции контроля, магой трудоемкостью, экономичностью, способностью контролировать техническое' состояние элементов двигателя в труднодоступных местах, возможной роботизацией процессе контроля, экологической чистотой. Донные преимущества придоют методу акустических характеристик черты нетрадиционное^*, универсальности и делают его более привлекательным и перспективным в ряду других методов.

Исходя из современного состояния решаемой проблемы и современных возможностей экспериментальной техники задачей работы является разработка методики диагностики лопаток компрессора ТРДД

на стадии производства и в условиях ремонта. Для решения поставленной задачи было необходимо:

-создать экспериментальные установки, систему измерения, обработки и контроля технического состояния рабочих лопаток как свободных, так и установленных на рабочих колесах;

-получить экспериментальные данные об акустических характеристиках свободных бездефектных лопаток и сформировать их эталонные акустические образы;

-создать словарь диагностических признаков дефектных свободных лопаток;

-получить экспериментальные данные об акустических характеристиках бездефектных лопаток, установленных в рабочем колесе,и сформировать эталонные акустические образы;

-создать словарь диагностических признаков дефектных лопаток, установленных в рабочие колёса;

-разработать и создать комплексную программу, позволяющую определить техническое состояние рабочих лопаток компрессора. Метод решения поставленной задачи носит экспериментально-теоретический характер.

Второй раздел. Применение численных методов и ЭВМ позволило поставить вопрос об исследовании зависимости частот колебаний лопаток от наличия в них различных дефектов и использовании данных результатов в экспериментальных исследованиях. В настоящем разделе приведен расчет но ЭВМ частот собственных колебаний лопаток компрессора ТРДЦ с помощью автоматизированной системы СУМРАК-ПК, осуществленный в ОНИЛ-9 при КазИСИ.

В качестве метода расчета использовался метод конечных элементов (МКЭ) в варианте метода перемещений. Это обусловило выбор соответствующей расчетной модели и конечных элементов (КЭ) для ее представления. С целью выбора правильной расчетной модели конструкция лопатки была идеализирована: перо лопатки идеализировано плоскими треугольными КЭ, замок-балочными Ю с высокой изгибной жесткостью. Было выбрано три расчетные модели:

а) расчетная модель лопатки без дефекта^

б) расчетная модель лопатки с трещиной-,

б| расчетная модель лопатки с утонением. . Для определения собственных частот и форм колебаний использовался метод Ланцоша, а также программное обеспечение, включающее пакеты прикладных программ (ППП) двух уровней: "СМПО*- системы матричного программного обеспечения и "СУМРАК*-суперэлементный метод расчета авиационных конструкций. Исходными

донными при росчетох являлись: физические и геометрические характеристики лопатки, число КЭ, топология.

Были проведены расчеты для вариантов "а-в" и получены результаты, позволяющие сделать следующие выводы:

1. Математический расчет собственных колебаний позволяет выявить отличия в дефектных лопатках в сравнении с бездефектными. Наличие в лопатках дефектов (трещина, утонение) снижают частоты собственных колебаний. В процессе колебаний лопатки с трещиной наблюдается её раскрытие.

2. Девиация частот основных мод колебаний у дефектных лопаток составляет 8% и ниже, в зависимости от тона колебаний, что вполне достаточно для экспериментального определения дефекта.

3. Результаты расчета использовались в далонейшем при поиске и выборе эффективных диагностических признаков

Третий раздел. Для исследования акустических характеристик лопаток компрессора в НИЛ на кафедре №10 КБВКИУ РВ были создоны экспериментальные установки и измерительно-диагностический комплекс

Первая серия экспериментов проводилась со свободными лопатками компрессоров названных двигателей.Дпя этого была создана экспериментальная установка, общий вид которой представлен на рис.1. Она состоит из трёхмерного координатника-7 с закреплённым электроударником-б, спецкронштейнс-2, на котором при помощи тонкой нити и резинового кольца-5 вывешивается исследуемая лолатка-4 и стойки-1 для установки на ней конденсаторного микрофона-3. После-возбуждения лопатки электроударником её колебания фиксируются конденсаторным микрофоном МК-201 (МК-102) и регистрируются на магнитную ленту магнитографа Н-068.

Вторая серия экспериментов была проведена с лопатками, установленными на рабочие колёса. Для этого была создана экспериментальная установка рис.2, состоящая из специальной стойки-3, но валу-4 которой крепилось рабочее колесо-5 с исследуемыми лопатками. Вращение вала с колесом осуществлялось с постоянной угловой скоростью 3 об/мин двигателем-1 через редуктор-2. Возбуждение лопаток происходило при помощи эпектроударнико и следящей системы. При прохождении очередной лопатки мимо светодиода-6 отражение светового потока от кромки лопатки регистрировалось фотодиодом-7, в котором формируется электрический сигнал, управляющий срабатыванием электроударника-9. Колебания возбуждённой лопатки с помощью конденсаторного микрофона-10 фиксировались на лзнте магнитографа Н-068.

Измерительно-диагностический комплекс состоял из системы регистрации и системы обработки сигналов (см.рис.3). Основными элементами системы регистрации являлись конденсаторные микрофоны МК-102-1 и МК-201-2 фирмы RFT с усилителями-3, 14-канальный магнитограф Н-068-8, звуковой генератор ГЗ-109-6, осциллограф С1-99-13 и блок управления электроударником-7 со следящей системой-4. Микрофоны измерительного канала поззоляют измерять звуковые давления до 1 72 дБ в частотном диапазоне от 20 до 40000 Гц. Диапазон частот записываемых и воспроизводимых сигналов, в зависимости от установленной скорости движения магнитной ленты люхег быть а пределах от 0 до 40000 Гц. Система обработки сигналов состоит из двух независимых спаем (см.рис.3): автоматизированной с использованием анализатора спектра СК4-72-16, ПЭВМ "Искра'-19 и автоматической с использованием 14-ти канального десятиразрядного АЦП-9 и ПЭВМ IBM PC/AT-10 с принтером-! 1.

Акустическое диагностирование лопаток проводилось следующим образом : с помощью первичных преобразователей-1,2, усилителей-3, wir !Тогрсфа-8 (рис.3) производился набор измерительной информации о состоянии объекта (лопаток); далее формировались диагностические признаки и эталоны с пороговыми значениями; на основании сравнения текущих и эталонных значений диагностических признаков с учетом пороговых значений ставится диагноз. Функции блоков формирования диагностических признаков, эталонов, пороговых значений, а также блоков долговременной памяти и распознавания текущего состояния лопаток, выполняет ПЭВМ !ВМ PC/AT-10 с пакетом рабочих программ.

Четвёртый раздел посвящен экспериментальным исследованиям. Объектом исследований являлись рабочие гоПатги розничных ступеней компрессоров высокого давления двигателей НК-86 и HK-8-2Y. В ряду исследуемых лопаток имелись дефектные, со следующими видами дефектов:

') трещина по входной кромке у основания с различной длиной от 15 до 25 мм;

2) дефект типа "шишка";

3) изменение максимальной толщины пера Стах в девяти сечениях лопатки с А1 по А9;

4) изменение толщины пера лопатки по всей длине сечения;

5) изменение ширины пера лопатки в её сечениях с A1 no А9;

6) утонение кромок.

В результате обработки зарегистрированных сигналов, полученных в первой серии экспериментов со свободными лопатками, были получены аналоговый амплитудный сигнал A-f(t), изменяющийся во

времени и хорактеризующий изменение звукового давления, а также амплитудно-частотный слектр А-Р(£), полученный но требуемом участке амплитудно-временного сигнала. Амлитудно-временной сигнал и его амплитудно-частотный спектр являлись основой для последующих математических преобразований и выявления эффективных диагностических признаков.На рис4 в качестве примера показаны названные функции А-РДО и А-Р(!) колебательного процесса лопаток 36 ступени компрессора двигателя НК-86 в графическом изображении. Экспериментально было установлено, что наиболее информативным является период (участок) установившихся колебаний. Полученные, экспериментальные данные для свободных лопаток позволили сделать следующие выводы:

]. Амплитудно-временные функции акустических сигналов и их амплитудно-частотные спектры бездефектных лопаток подобны между собой (рис_4о)

2. Процесс эатухония колебаний дефектных лопаток (с трещинами) происходит быстрее из-за эффекта диссипации энергии на дефектах. Соответственно и спектры частот колебаний этих лопаток имеют существенные отличия от спектров частот колебаний бездефектных лопаток (рис.4б)

3. Наиболее информативными являются спектры частот, соответствующие времени обработки от 0,03 до 0,07 с после момента удстра по объекту (установившиеся колебания).

Далее был осуществлён переход к измерениям акустических характеристик на лопатках, установленных на рабочем колесе компрессора. Этот переход повысил уровень сложности, что связано: с изменением спектра колебаний из-за уменьшения степени свободы элемента и изменения напряжений в нем; со взаимным влиянием лопаток ¿рут на друга через диск колеса; с появлением фактически новых дефектов, которыми яеляются места крепления лопаток к диску «алеса. Однако, наличие большого число лопаток в составе одного ¡колесо позволяет провести усреднение (обобщение) их характеристик и провести сравнительным анализ частных отклонений со средними шгличинамк. Основным объектом исследований являлись лопатки 36 •■ступени, установленные «а рабочем колесе. Сначала эксперименты проводились с ¡новыми ¡лопатками, установленными в новый диск ¡рабочего .колеса. Затем ¿доводились эксперименты на рабочем колесе с технически яхдошми лопатками, бывшими а эксплуатации. И последняя чсврия экспериментов проводилось на «сдельном колесе, куда были установлены (Сель дефектных яопатос четыре попатхи с трещинами от ТШ до 25 хим, ©««а шояатш с зсбсииой по зжвдной кромке, одна

лопатка имело скол угла входной кромки, последняя лопатка имела облом наполовину.

В результате обработки аналоговых сигналов были получены амплитудно-временные и амплитудно-частотные характеристики лопаток. Анализ полученных экспериментальных данных показал следующее: 1) наиболее информативными являются спектры частот сигналов, полученных в период времени t—(0,005 - 0,015) с после момента удоро по попатке; 2) бездефектные лопатки имеют между собой подобные спектры частот; 3) дефектные лопатки, а также лопатки с неправильной посадкой в диск колеса имеют спектры частот, отличные от спектров бездефектных лопаток.

Экспериментальные донные исследований акустических характеристик свободных и закрепленных в колесе лопаток легли в основу последующего анализа, направленного на поиск эффективных диагностических признаков.определяющих техническое состояниие объектов исследований. Был также сделан вывод о том, что с целью достижения достоверного результата об акустическом образе иссг -»дуемой лопатки один и тот же эксперимент следует проводить не менее 10 раз.

Пятый раздел. Для анализа экспериментальных исследований были выбраны и использованы следующие информативные параметры, характеризующие колебательный процесс

1. Площадь спектра, вычисленная методом Симпсона:

S-/аГ{0 dr, (1)

где Ai -амплитуда колебаний на -частоте, f -частота колебаний.

2. Коэффициент корреляции:

-стандартная оценка:

М(ХзХр-МХэ MXi

¿Xэ ¿Xi , (2)

где МХэ -математическое ожидание величин эталонного спектра;

MXi -математическое ожидание величин текущего спектра; ё Хэ,^Х'| -среднеквадротические отклонения величин эталонного и текущего спектров -непарометрическая^ оценка:

6fSf (голк Xi - ronk Xj Гт N (N-l ) , (3)

где rank Xi -ранг числа } в вариационном ряду эталонного спектра . *• rank Xi -ранг числа j в вариационном ряду

текущего спектра; N - объём выборки.

3. Девиация частот основных мод колебаний лопаток (д fj. Известно, что для бездефектных лопаток девиация частот составляет менее 4%.

4. Статистика амплитуд:

А = 2. ¿f —

7 Аэ , (4)

где Ai - амплитуда на i частоте текущего спектра; Аэ • амплитуда на i частоте эталонного спектра.

5. Критерий Уилкоксона:

W- ± lrankx. (Xj)- rankXj{X,)l, ¡5) где ronk„ (Wj): х,( x5i ... <х„-ранг амплитуды в

А»

вариационном ряду текущего спектра, rank^.fXj): х,£ х5< ...<хж-ранг амплитуды в

смешонном вариационном ряду эталонного и текущего спектров.

6. Коэффициент затухания колебаний:

J>n. = СО» С (6)

где сСпг коэффициент зотухания волны на частоте, равной п -ой собственной частоте, с - скорость звука. Наиболее информативные по отношение к определенному дефекту параметры выделялись в группу диагностических признаков дефекта. Бее исследуемые лопатки подвергались идентичному анализу с учётом выбранных диагностических параметров Лопатки, у которых указанные параметр^ выходили зс пр-.-дггы доверительных интервалов бездефектных обрезоз, считались дефект-шии

На осповании анализа получек*** результатов по свободным и зскреглёмным лопаткам был- создан сг.оЕорь диагностических признаков, расмотренных в работе дефектов, изображённый в табл. 1. Данный словарь закрепляет соответствие известного дефекта и информативного параметра, наиболее эффективно выявляющего признаки этого дефекте. Используя дачный словарь, можно по сочетанию диагностических признаков выявлять такие дефекты, как трещины определённых размеров, нарушение геометрических размеров, дефект типа "шишка", а также "неправильную" посадку лопаток в пазы дисков рабочих колёс.

Шестой раздел. В результате проведённых экспериментальных исследований была разработана методика .определения технического состояния рабоч;-* лопаток комгоессора

ТРДЦ, состоящая из методики проведения измерений и методики анализа результатов измерений.

Методика проведения испытаний и измерений акустических характеристик лопаток была разработана в соответствии с требованиям., ГОСТа 8.467-82 и ГОСТа 19.301-79. Настоящая методика устанавливает требования к измерениям, а таюке порядок выполнения измерений параметров акустического поля, образующегося при колебаниях исследуемы» объектов в ходе проведения измерений.

Методика анализа результатов измерений устанавливает порядок анализа результатов исследований с постановкой диагноза технического состояния лопаток компрессора. Разработан алгоритм программы по диагностике лопаток, включающий комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих регистрацию акустических откликов диагностируемых элементов, анализ зарегистрированных сигналов и оценку их характеристик, создание эталонного образа исправньм элементов, поиск наиболее информативных диагностических признаков, сравнение текущих значений параметров лопаток с эталонным образом и постановка диагноза с использованием словаря диагностических признаков дефектов лопаток.

Разработанной в диссертации методикой можно выявлять: -дефекты типа трещин, нарушение сплошности материала, отклонение геометрических размеров на этапа производства лопаток;

-аналогичные дефекты на лопатках, установленные а рабочие колёса компрессора на этапе их производства (сборки);

-"неправильную" посадку лопаток в пазы дисков колёс на этапе их производства (сборки) и ремонта.

Данную методику можно использовать также для контроля технического состояния лопаток других неавиационных двигателей (судовых, газоперекачивающих и т.д.)

При определённой доработке данную методику планируется использовать для контроля технического состояния лопаток рабочих колёс компрессора без разбора двигателя, а ходе стендовых испытаний и в условиях его эксплуатации непосредственно на крыло самолета.

Вероятность обнаружения дефекта в лопатках с помощью разработанной методики диагностики составляет 96%, если его характер совпадает (или подобен) с дефектами,находящимися в словаре диагностических признаков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведен теоретический расчёт частот собственных колебаний лопаток и сделан вывод о том, что у дефектных лопаток

частоты основных мод колебаний изменяются в сторону низких частот. Величина измерений достаточна для их экспериментального выявления.

2. Созданы экспериментальные установки и измерительно-диагностический комплекс для исследования акустических характеристик свободных и установленных в колёсах рабочих лопаток компрессора.

3. Получены акустические характеристики бездефектных и дефектных рабочих лопаток компрессора, находящихся как в свободном состоянии, так и закреплённых в дискох колёс

4. Сформированы эталонные акустические образы бездефектных лопаток.

5. Создан словарь диагностических признаков для серии дефектов.

6. Разработана инженерная методика и комплексная программа по диагностике свободных и закрепленных в колёсах лопаток компрессора на стадии их производства.

7. С использованием данной методики наработан статистический материал в объёме 10 тысяч экспериментов, находящихся в банке данных в виде аналоговых акустических сигналов, амплитудно-временных сигналов и их частотных спектров исправных и дефектных лопаток.

8. Разработанные измерительно-диагностический комплекс и методика диагностики рекомендуются для использования в промышленности.

" ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

0. Белов Е.В., Кочергин AB., [Фигуров A.C. |/Накоряков П.В., Ваньков Ю.В. Контроль технического состояния рабочих лопаток компрессора методом свободных колебаний // XXIII науч.-тех. сем. СВВКИУ: Тез. докл. - Саратов, 1991. - с29.

2. белов ЕВ., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В., Накоряков П.В. Исследование акустическтх характеристик рабочих лопаток компрессора // Науч.-тех. конф. ВАА им. Калинина: Тез. докл. - Л., 1991. - с.87-88.

3. Белов Е.В., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В., Назаренко Т.И. Исследование акустических характеристик элементов ГГД // Всесоюзная конференция МПУ им. Баумана "Газотурбинные и комбинированные установки": Тез. докл.- М., 1991. - с. 19.

4. белов Е.В., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В. Исследование акустических характеристик свободных лопаток 36 ступени компрессора ТРДД // XII науч.-тех. конф. КВВКИУ РВ: Тез. докл. -Казань, 1991. - с.5-8.

5. Белое Б.В., Кочергин A.B., Фигуров A.C. Исследование акустических характеристик лопаток, закрепленных на рабочем колесе /,/ XII науч.-rex. конф. КВВКИУ РВ: Тез. докл. - Каэонь, 1991 - с.8-12.

6. Белов Е.В., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В., Назаренко Т.И. Исследование акустических характеристик элементов камеры сгорания // XII науч.-тех. конф. КВВКИУ РВ: Тез. докл. - Казань, 1991. - с47-50.

7. Белов Е.В., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В. Акустическая диагностика лопаток компрессора ТРДД // Науч.-тех. сем. КВВКИУ РВ: Тез. докл. - Казань, 1991 - с. 15.

8. Белов Е В., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В., Фигуров АС. , Накорчков П В., Вишнев И Ц. Диагностика элементов ТРДД НК-86 методом акустических характеристик // НИР Na 0-90-522. - Казань, 1991. - 45с.

9 Белов Е В., Кочергин A.B., Ваньков Ю.В. Распознавание технического состояния лопаток компрессора // Науч.-тех. конф. ПВВАКУ: Тез докл. - Пенза, 1992. - с.23.

10. Белов Е.В., Ваньков Ю.В. Виброакустическая диагностика свсл ных швов камеры сгорания // Науч.-тех. сем. КВВКИУ РЗ: Тез. докл. - Казань, 1992. - с. 16-17

11. Белов Е В., Ваньков Ю.З., Накоряков П.В. Метод акустической диагностики элементов ТРДЦ // Науч.-тех. сем. КВВКИУ РВ: Тез. докл. -Казань, 1992. - с. 15-16.

12. Белов Е В , Кочергин A.B. Беэразборный контроль элементов компрессора авиационных двигателей // Сб. науч. тр. КВВИУ РВ: Тез. докл. - Казань, 1992. - с.40.

'3. Белов Е.В.„ Кочергин A.B., Ваньков Ю.В. Оценка возможности применения акустической диагностики при определении состояния рабочих лопаток и лопаток CA турбины ГТН-25И Ц НИР No НТ-03-91 -Казань, 1992. - 30с

14. Белев Е.В.;, Кочергин А..Б.' Акустическая диагностика яспаток комг.рессора и турбины ТРДЦ на этапе их производства // Науч.-тех. конф. КВВИУ РВ: Тез. докл. - Козань, 1993. - с 13.

15. Белов Е.В., Кочергин AB. К вопросу формирования диагностических признаков дефектов лопаток компрессора и турбины // Науч.-тех. сем. 'Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика": Тез. докл.- Казань, 1993, -с40.

свободных лопатос 1 -стойка, 2-слецкронытей«, 3-конденса торный микрофон, 4-лопатка, 5-д«мпфер, 6-электроударник. 7-тр«хмерный

закрепленных ма рабочем колесе: 1- электродвигатель, 2- редуктор, 3- стойка, 4- вал, 5- рабочее колесо, 6- светодиод, 7- фотодиод, 8- блок следящей системы, 9- блок управления электроударником, 10-микрофон.

Рис. 3. Принципиальная блочная схема измерительного комплекса.

1-конденсаторный микрофон МК-102, 2-конденсаторный микрофон МК-201, 3-усилитель МТ-16П, 4-блок следящей системы, 5-электроударник, 6-звуковой генератор ГЗ-109, 7-блок управления электроударником, 8-магнитограф Н-068 9-АЦП, 10-ПЭВМ IBM PC/AT, 11-принтер, 12-коммутационный блок, 13-осциллограф С1-99, 14-счетчик программный Ф5264, 15-блок управления, 1 ¿-анализатор спектра СК4-72, 17-графопостроитель Н-306, 18-блок передачи спектра, 19-ПЭВМ "Искра", 20-принтер МС6304.

СЛОВАРЬ

ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ ДЕФЕКТНЫХ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРОВ ТРДЦ НК-86 И НК-8-2У

Таблица!

№ п/п Диагност, признаки Вид дефекта Площадь спектра 1 Коэфф. коррел. Статист, амплитуд Девиаця частот Коэфф. 1 Критерий затухай. | Уилкокс. ; Площадь разност. спектра

1 Трещина по входной кромке ♦ ♦ ♦ ♦ I ♦ ♦ ; ♦ '

2 Изменение толщины лопаток по Стах ♦ ■

3 Уменьшение толщи- . ны по всей длине сечения лопатки , . ■ ! ! 1 ' | - ♦ ! 1 * !

4 Дефект типа м я шишка

5 Утонение входных кромок лопаток ........ ♦ . . ♦

6 Скол конца пера ----- 1 1 !' > 1_____

7 "Неправильная" посадка в паз . диска колесо I 1 1 !

сигнал

л

; fj .-ir.ifjj>

1 иЖШ'кШШШм^.

I пчтчт,Т-'~~ '---•"¡ТГ'ТГ^ППГ'

I кею:

к^гсА-т-.Ш1,!1"

ЕЗхгзф ■

I

. 11

»■'Г

аоз

0.07 '.с

спектр

6,< «.8 ЮЛ

I

1 {

С6И-. I

гл> .ч.'Дик» ЙАЗаЛЛИ!*, , Ш11

спектр

(зя:^ ¡' и* ■ I

I

Л-

I

аоз

а о/ и

II, И*а

6.4 19,2 (,кГи

о)

сигнал

ШI

рл—■—.......

jjaiawP*^*''' ШйЗЯП

qos

о.ос t,c

спектр А

трещина 1-15мм

! 1 I

.Li ili

..... liitL

ltiui

6« «i I f

* r,Kl Ц

сигнал

спектр

трещина1-25м/м

Ц.1 itu - ■

М «Л <Я2 ¡.кГц

б)

Рис 4 Г рафики функций A- F(t); A-F(f) колебаний свободны* лопаток 36 ступени: а [бездефектных; б) дефектных лопаток

Корректировал и редактировал автор

Поплясано з печать 9.II.93 Формат бумаги 60x84 I/I5

Типографская * 2 Ойсетнвя печать Уся.печ.л. 1,25 Тираж 100 экз. Зак. 252-93 Бесплатно

Типография КЗЗКИУ И Казань - 25