РОЗДІЛ 2
МОДЕЛЬ ТУРБОЛОПАТНОЇ МАШИНИ ЯК ОБ’ЄКТА
ВІБРОАКУСТИЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ
Вимоги до діагностичної моделі об’єкта
Авіаційні ГТД є складними динамічними об’єктами, що поєднують в собі велику
кількість функціонально пов’язаних систем, вузлів і елементів, та
характеризуються множиною станів, кожний з яких визначається деякою сукупністю
вхідних та вихідних параметрів. Вирішення задач віброакустичної діагностики
таких складних об’єктів є можливим тільки за результатами теоретичних чи
експериментальних досліджень множини станів, в яких об’єкти знаходяться під час
експлуатації. В загальному вигляді віброакустична діагностика являє собою
інформаційний процес, що містить процедури отримання інформації про вібраційний
стан ОД, її перетворення та аналізу, виділення діагностичних ознак та
розпізнавання за ними стану ОД. Реалізація даного інформаційного процесу значно
спрощується за умови наявності діагностичної моделі об’єкту, яка встановлює
зв’язок між його простором станів та простором діагностичних ознак.
Незалежно від форми подання вказаного зв’язку діагностична модель об’єкту
повинна забезпечувати можливості [24,25]:
сформулювати умови розбиття простору станів об’єкту на підпростори працездатних
та непрацездатних станів;
отримати критерій для оцінки працездатності ОД;
визначити ознаки виникнення несправностей та непрацездатних станів ОД;
встановити відповідність між простором станів об’єкту та простором
діагностичних ознак.
Загалом в якості діагностичних моделей складних об’єктів використовують системи
алгебраїчних чи диференціальних рівнянь, регресійні, логічні співвідношення,
функціональні та структурні схеми, що дозволяють пов’язати параметри ТС з
віброакустичними характеристиками об’єкту. Головною вимогою, якій повинна
задовольняти будь-яка з діагностичних моделей, є можливість опису основних,
найбільш важливих та суттєвих для постановки діагнозу властивостей ОД, що
дозволяють визначити параметри його ТС. В такому разі, як показано в [24],
значна кількість властивостей та зв’язків, важливих з точки зору функціонування
ОД, стають другорядними та можуть бути виключені з розгляду при розробці
діагностичної моделі.
Складність ГТД як динамічної системи значною мірою ускладнює формалізацію
опису поведінки двигуна на стаціонарних і нестаціонарних режимах та можливість
отримати кількісну математичну модель. Але аналіз закономірностей процесів
збудження та розповсюдження вібраційних та акустичних коливань в елементах
конструкції ГТД дозволить побудувати якісну структурно-функціональну модель
двигуна, яка буде відображати стани двигуна за відсутності та наявності
тріщиноподібного пошкодження в лопатці компресора чи турбіни ГТД, та дозволить
сформувати віброакустичні канали, що пов’язують джерело вібраційного збурення
на вказаних вище режимах з реакцією відповідного робочого колеса та двигуна в
цілому.
Відповідно до [3], для розробки такої моделі необхідно вирішити наступні
основні задачі:
визначити фізичну природу кожного з основних джерел вібраційного та акустичного
збудження лопаток робочих коліс, а також характер їх змінювання відповідно до
режимів експлуатації ГТД;
визначити властивості та характеристики окремих лопаток і робочих коліс ГТД,
характер їх змінювання під впливом збурюючи сил;
сформувати віброакустичні канали, тобто відобразити необхідне перетворення
множини вібраційних збурень у вимірювані акустичні чи вібраційні сигнали.
Побудована в [111] у відповідності до наведених вимог модель ГТД як об’єкта
віброакустичної діагностики тріщиноподібних пошкоджень в лопатках робочих коліс
слугуватиме основою для подальших аналітичних та чисельних досліджень.
. Аналіз вібраційних збурень лопаток ГТД в процесі експлуатації
Вібраційні процеси, що протікають в ГТД на стаціонарних та нестаціонарних
режимах, зумовлені множиною збурюючих діянь на елементи двигуна. Джерела та
характер збурень невід’ємно пов’язані з принципами, умовами, режимами
функціонування та особливостями конструкції турбокомпресора, що становить
основу ГТД.
2.2.1. Роторна вібрація
2.2.1.1. Стаціонарний режим експлуатації. Основним та найбільш важливим
джерелом вібрації механічного походження є обертовий ротор [3, 13-15,
27,108,109], тому за основне вхідне вібраційне збурення на елементи робочих
коліс ГТД приймаємо роторну вібрацію . На стаціонарних режимах експлуатації
двигуна вібраційне збурення відбувається з частотою обертання ротора , що
носить назву першої (основної) роторної гармоніки. Нелінійність характеристик
елементів в реальних ГТД призводить до появи додаткових вібраційних складових з
частотами, кратними частоті основної роторної гармоніки . Для ГТД характерним є
наявність супергармонічних складових (і=2;3;4;...), рівень яких значно нижчий
за рівень основної роторної гармоніки та швидко спадає зі збільшенням
кратності. Субгармонічні коливання () збуджуються рідко, в основному вони
можуть мати місце тільки на частотах резонансних (критичних) режимів, які за
звичай не входять до робочого діапазону частот обертання ротора. Таким чином,
на стаціонарних режимах роторна вібрація може бути описана моделлю
полігармонічного процесу у вигляді
, (2.1)
де , - відповідно амплітуда та початкова фаза і-тої гармоніки; та - цілі
додатні числа.
Якщо значення початкових фаз складових в (2.1) рівномірно розподілені на
інтервалі , кореляційна функція для кожної складової є гармонічним коливанням
тієї ж частоти з амплітудою , а спектральна щільність збурення являє собою
сукупність дискретних ліній на гармоніках роторної частоти з відповідною
інтенсивністю .
Для баг
- Київ+380960830922