Глава 12 - Системы ГТД

12.3 - Системы диагностики

Техническая диагностика – это новая область знаний, возникшая в связи с потребностями современной техники. Она охватывает теорию, методы и средства определения технического состояния различных объектов, в том числе и авиационных ГТД. Применение диагностики при их эксплуатации обусловлено невозможностью изготовления абсолютно надежных отдельных деталей и узлов, а также вероятностью некачественной сборки и ремонта двигателей. Вложение средств в техническую диагностику можно считать «платой» за экономию при разработке, тестировании, изготовлении, сборке и испытаниях газотурбинных двигателей. Диагностика решает задачи их безопасной эксплуатации, поэтому экономическая эффективность диагностики может выражаться, прежде всего, в стоимости последствий несостоявшихся аварий и катастроф.

Но есть и более тонкая составляющая экономической эффективности применения диагностики – это возможность оптимизации загрузки оборудования, планирование ремонтов и замены модулей, агрегатов, деталей, увеличение ресурса за счет обеспечения эксплуатации ГТД по техни- ческому состоянию с учетом фактического времени работы на наиболее напряженных режимах.

Исправное состояние – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям норма- тивно-технической и конструкторской (проектной) документации.

Диагностический (контролируемый) параметр – параметр объекта, используемый при его диагностировании (контроле).

Прогнозирование технического состояния –

определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени.

Алгоритм технического диагностирования –

совокупность предписаний, определяющих последовательность при проведении диагностирования.

Термин «техническое диагностирование» в отличие от словосочетания «техническая диагностика» обозначает сам рабочий процесс.

12.3.1 - Общие вопросы диагностирования

Ниже представлены наиболее часто применяемые диагностические термины и определения в соответствии с ГОСТ [12.3.9.1…12.3.9.6].

Техническое диагностирование – определение технического состояния объекта.

Техническое состояние – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, зна- чениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Контроль технического состояния – проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент. Видами технического состояния являются, например, исправное, работоспособное, неисправное, неработоспособное и т.п. в зависимости от значений параметров в данный момент времени.

Параметр технического состояния – величи- на, характеризующая способность объекта диагностирования выполнять возложенные на него функции.

12.3.1.1 - Задачи диагностирования ГТД

Диагностирование представляет собой комплексную процедуру, разделяющуюся в общем слу- чае на три этапа.

1.Контроль технического состояния, заключа- ющийся согласно [12.3.9.4…12.3.9.6] «в проверке соответствия значений параметров требованиям технической документации и определении на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени» в минимально необходимом объеме и на основании формальных правил.

2.Поиск места и определение причин отказа для постановки диагноза с учетом прошлого (генеза) и настоящего состояний объекта диагностики.

3.Прогнозирование технического состояния за счет экстраполяции оценок состояния объекта при построении тренда (тенденции) и разработки прогноза на будущее.

Диагностирование авиационных ГТД выполняется, как правило, при наземном обслуживании. Для этого в эксплуатирующих организациях функционируют лаборатории диагностики, в которых практикуется узкая специализация по видам диаг-

758

Глава 12 - Системы ГТД

Рисунок 12.3.1.1_1 - Б лок–схема комплексной системы диагностирования технического состояния двигателя ПС-90А

759

Глава 12 - Системы ГТД

ностирования, что обусловлено большим объемом специфических знаний, которыми должен обладать исполнитель в каждом виде диагностирования. Системы диагностики обеспечивают выявление неисправностей на ранней стадии их развития, предоставление обслуживающему персоналу сведений для скорейшего и наименее трудоемкого выявления отказавшего узла или системы, прогнозирование наступления неисправного или неработоспособного состояния ГТД, а также ряд сопутствующих функций, обусловленных информационной емкостью некоторых систем диагностирования (расчет наработок, учет комплектации, контроль действий экипажа и т.д.).

На Рис. 12.3.1.1_1 показан вариант блок схемы комплексной системы диагностики технического состояния современного двигателя на примере двигателя ПС-90А. Показаны не только функции диагностирования, но и функции оперативного контроля технического состояния, выполняемые в полете экипажем и бортовой системой контроля двигателя (БСКД) и при наземном обслуживании техническим персоналом.

По мере развития науки и техники расширяется применение средств автоматизации в диагностике. Применение мощных компактных средств автоматизации позволяет осуществлять некоторые функции диагностирования непосредственно в процессе выполнения полета бортовыми средствами или наземными средствами с использованием передачи информации с самолета по беспроводным коммуникационным каналам. Результатом применения таких систем является повышение степени готовности самолета к вылету, снижение риска вылета неисправного самолета из транзитного аэропорта, возможность длительной эксплуатации в отрыве от базового аэродрома.

12.3.1.2 - Оптимальная контролепригодность ГТД – основа

эффективного диагностирования

Конструкция авиационного газотурбинного двигателя должна удовлетворять требованиям контролепригодности, изложенным в основном нормативном документе [12.3.9.7], в частности, допускать слежение за дефектами, потенциально опасными для данного типа ГТД (осмотр кромок лопаток, контроль трещин в покрывных дисках и т.п.).

Приспособленность объекта к диагностированию заданными средствами и есть контролепригодность. Общие требования к контролепригодности устанавливаются едиными нормами летной годности самолетов (ЕНЛГС). Они должны обеспечиваться на всех стадиях разработки новых

èмодернизации серийно выпускаемых двигателей с учетом трудоемкости и затрат на их обеспечение

èдостигаемого экономического эффекта.

Одним из основных средств обеспечения контролепригодности обычно является наличие специального перечня (спецификации) контролируемых параметров и способов их измерения, а также стандартизация и унификация процесса определения значений параметров и конструктивных решений с целью осуществления доступа к контрольным точкам, установка встроенных измерительных датчиков и гнезд для их подключения и т.п. Базовой характеристикой контролепригодности является перечень измеряемых в полете функциональных

èспециальных диагностических параметров, а также перечень узлов и деталей двигателя, доступных для средств неразрушающего контроля и диагностирования без разборки двигателя в процессе эксплуатации.

Хорошая контролепригодность узлов двигателя – иначе говоря, уровень их приспособленности к проведению операций по выполнению необходимых видов диагностирования технического состояния газотурбинных двигателей - является одним из главных условий для осуществления современных требований по эксплуатации авиационных ГТД по состоянию. Контролепригодность для современных ГТД должна обеспечиваться уже на стадии проектирования путем введения в конструкцию специальных отверстий (лючков) с быстросъ¸мными заглушками. Такие отверстия в соответствии с нормативными требованиями должны быть выполнены в корпусах компрессора и турбины для обеспе- чения диагностирования состояния всех рабочих лопаток. Кроме того, для осуществления эффективного диагностирования ответственных деталей ГТД должны быть разработаны методы, средства неразрушающего контроля и инструменты, приспособленные для надежной доставки датчиков к местам диагностирования даже без визуального наблюдения за этим процессом.

Требования ЕНЛГС для самолетов всех типов, предъявляемые к маршевым ГТД:

1.Двигатель и его агрегаты должны быть спроектированы и изготовлены так, чтобы была возможность для осмотра, технического обслуживания и замены деталей, агрегатов и других элементов конструкции двигателя в эксплуатации в соответствии с руководством по эксплуатации

èобслуживанию двигателя.

2.На двигателе в соответствии с действующей нормативно-технической документацией должна быть установлена аппаратура, обеспечивающая проверку исправности двигателя и прогнозирование его

760

Глава 12 - Системы ГТД

технического состояния, в том числе с помощью бортового устройства регистрации параметров.

3. Двигатель должен быть оснащен средствами обнаружения механических повреждений для выявления отказов на ранних стадиях их развития

èоценки технического состояния двигателей в эксплуатации. Эти средства должны включать:

-магнитные пробки, сигнализаторы в масляной системе и удобно расположенные сливные краны для периодического отбора масла и его анализа на содержание в нем железа и других металлов;

-устройства в виде окон и люков для периодического осмотра деталей газовоздушного тракта с помощью ультразвуковых, токовихревых и других приборов зондового типа, причем, количество и размещение окон и люков должно быть выбрано так, чтобы была обеспечена возможность оценки состояния рабочих лопаток всех ступеней компрессора

èтурбины, внутренней поверхности камеры сгорания и других элементов конструкции;

-датчики и сигнализаторы для измерения необходимых параметров.

Контролепригодность является свойством двигателя, обеспечивающим информационную базу диагностирования.

Чем выше контролепригодность, тем больше возможностей для диагностирования. Однако обеспечение максимальной контролепригодности ведет за собой увеличение стоимости, массы двигателя

èвозможное снижение надежности конструкции. Поэтому, при разработке двигателя следует стремиться к оптимальному уровню контролепригодности. Необходимо помнить, что задача создания надежной конструкции является приоритетной по отношению к задаче обеспечения возможности диагностирования.

Оптимизация обеспечивается не только принятием решения о введении в конструкцию како- го-либо средства контролепригодности, но и выбором между разными способами диагностирования одних и тех же неисправностей, хотя в некоторых случаях, когда требуется максимальная достоверность диагноза, возможно одновременное применение альтернативных методов.

Необходимость обеспечения контролепригодности различных узлов двигателя должна быть сопоставлена с тяжестью возможных последствий при их поломке. Следует также сопоставлять стоимость объекта диагностирования и стоимость средств диагностирования.

Обеспечение контролепригодности на стадии проектирования двигателя может носить потенциальный характер: в конструкцию двигателя и систем могут закладываться возможности введения при

небольших доработках дополнительных возможностей диагностирования. Это достигается резервированием мест для дополнительных датчиков, лючков для осмотра, резервированием САУ двигателя по информационному обеспечению. По мере доводки конструкции двигателя возможно прекращение некоторых видов его диагностирования в эксплуатации, сопровождаемое, например, исключением соответствующих датчиков.

Контролепригодность дополнительно к выполнению уже упомянутых требований может обеспечи- ваться модульностью конструкции двигателя. В некоторых случаях узел, подозреваемый в наличии неисправности, может быть оперативно заменен и исследован уже отдельно от двигателя для обеспечения высокой готовности самолета к вылету.

12.3.1.3 - Диагностируемые системы ГТД

С точки зрения оценки технического состояния двигатель можно разделить на следующие системы

èузлы: компрессор, турбина, КС, выходное устройство (реверсивное устройство, реактивное сопло), центральный привод, коробка приводов, редуктор, система механизации, воздушная система, система отборов воздуха, система смазки и суфлирования , система топливопитания, САУ, БСКД, гидравлическая система.

Все системы и узлы ГТД в той или иной мере подвергаются диагностированию. Глубина диагностирования в каждом случае различна, и это обусловлено, прежде всего, контролепригодностью системы или узла.

Некоторые системы, как, например, САУ

èБСКД, обладают функциями самодиагностирования, а иногда и парирования возникающих отказов. Другие системы и узлы ГТД, такие, как компрессор, турбина, система смазки и суфлирования, имеют достаточное количество датчиков и сигнализаторов, позволяющих получать объективную информацию об их состоянии по параметрам.

Проточная часть компрессора, КС, турбины в значительной мере может быть осмотрена с помощью эндоскопов, проверена ультразвуковым

èвихретоковым методами, возможна оценка ее состояния с помощью методов заряженных частиц. Для системы смазки и суфлирования и деталей двигателя, работающих в масле, применимы различные методы анализа наличия частиц износа в масле.

Âто же время существуют системы двигателя, исправность которых обеспечивается конструктивно при изготовлении, например, системы газовых уплотнений. Безусловно, их неисправное состояние

761