Глава 12 - Системы ГТД

средств неразрушающего контроля двигателя или его САУ. Эти инструменты позволяют оценивать состояние деталей и узлов двигателя, как правило, на остановленном (холодном) двигателе и связаны с введением чувствительных элементов во внутренние полости двигателя.

Инструментальные методы диагностирования предназначены для выявления в элементах ГТД (лопатках, жаровых трубах, зубчатых колесах, кольцах, дисках, дефлекторах, кронштейнах, трубопроводах и других деталях) повреждений (дефектов) в виде деформаций, сколов, трещин, в том числе внутренних, прогаров, следов эрозионного износа и коррозии, забоин, погнутостей. Практически все методы являются прямыми методами обнаружения, т.е. дают достоверную и окончательную информацию о наличии или отсутствии дефекта. Как правило, дефекты, обнаруживаемые инструментальными методами, не могут быть выявлены иначе.

Поскольку данные методы диагностики являются весьма трудоемкими, но во многом определяющими надежность и безопасность эксплуатации ГТД, периодичность их применения может быть довольно высокой, например, через 50 часов. В некоторых случаях для уменьшения эксплуатационных затрат они могут применяться как арбитражные, когда требуется лишь достоверное подтверждение факта наличия или отсутствия неисправности.

12.3.6.2 - Методы и аппаратура инструментальной диагностики

К инструментальным методам относятся: -визуально-оптический метод с применением

эндоскопов; -ультразвуковой метод; - вихретоковый метод;

-капиллярный метод с применением портативных аэрозольных наборов;

- другие перспективные методы.

12.3.6.2.1 - Оптический осмотр проточной части ГТД

Визуально-оптический метод позволяет выполнять осмотр газовоздушного тракта и внутренних полостей двигателя, коробок приводов, межвального пространства, которые не доступны для обычного визуального осмотра и фотографирования. Для оптических осмотров применяются специальные приборы – эндоскопы.

Современные технические волоконные эндоскопы состоят из следующих элементов:

-информационного и осветительного светово-

дов, заключенных в жесткую или гибкую оболочку;

-рабочей части;

-оптических устройств (окуляра и объектива);

-системы управления дистальной (поворотной) частью;

-а также блока питания с мощным галогенным источником света.

Рабочая часть при исследовании погружается во внутренние полости объекта исследования. Видеоизображение от объективной части через информационный световод выводится к оптической окулярной части прибора. Эндоскопы бывают жесткими, у которых рабочая часть обычно представляет собой цилиндрическую трубку, и гибкими, рабочая часть которых позволяет менять направление наблюдения и имеет органы управления дистальной частью (дистальным концом) в одной, реже в двух (для панорамного обзора) взаимно перпендикулярных плоскостях наблюдений.

Жесткие эндоскопы конструктивно значи- тельно проще и поэтому надежнее в условиях реальной эксплуатации. Они применяются при регулярном осмотре деталей, когда траектория ввода световода представляет собой прямую линию и заранее задана. Кроме этого, условием для их применения является наличие специальных отверстий

ñбыстросъемными заглушками (лючков). Жесткие эндоскопы наиболее применимы для оценки состояния элементов роторных деталей - рабочих лопаток, дисков, дефлекторов и т.п.

Гибкие эндоскопы позволяют осматривать детали, доступ к которым сильно затруднен, (например, статорные и роторные лопаточные венцы), или выполнять поиск дефекта, расположение которого заранее неизвестно. Такие эндоскопы являются практически единственным средством для оценки состояния лопаток статорных венцов - направляющих лопаток компрессора и сопловых лопаток турбины.

Современные системы эндоскопии, фото и видеосъемки, измерения дефектов, устранение дефектоввстраиваемыми инструментами.

К настоящему времени наиболее совершенным из всех типов технических эндоскопов считается видеоэндоскоп. У такого эндоскопа в качестве объектива используется миниатюрный видеопроцессор (ПЗС-матрица) и поэтому становится ненужным один из главных элементов гибкого эндоскопа - информационный волоконно-оптический световод, обычно определяющий разрешающую способность эндоскопа. Для видеоэндоскопа, по сравнению с обычным волоконным, разрешение может быть несколько раз выше.

787

Глава 12 - Системы ГТД

Современные видеоэндоскопы представляют собой моноблочный комплекс, состоящий из системы управления дистальной частью гибкого эндоскопа, электронного блока запоминания и обработки изображения (встроенного микропроцессора), блока подсветки наблюдаемого объекта и встроенного миниатюрного монитора для отображения объекта наблюдения. В комплексе имеется также устройство для определения размеров повреждений. Такой комплекс имеет весьма высокую стоимость, что не всегда позволяет использовать его в жестких условиях эксплуатации.

Более практичными и дешевыми могут быть видеоэндоскопические комплексы на базе гибких волоконных эндоскопов, соединенных с миниатюрными цветными цифровыми видеокамерами. Такие видеокамеры с сетевым или автономным питанием могут не только производить непрерывную запись, но и выполнять цифровые фотографии в режиме «стоп-кадра», перезаписывать изоб-

ражения в стационарный или портативный компьютер, а с него, в свою очередь, через сеть «Интернет» или спутниковую связь оперативно передавать информацию в диагностические центры аэропортов и предприятий, разрабатывающих или серийно производящих ГТД.

Представляет определенные преимущества и наличие у видеокамеры поворотного жидкокристаллического дисплея, позволяющего наблюдать изображение обнаруженного дефекта нескольким специалистам одновременно. Кроме этого, видеокамера позволяет одновременно записывать и ре- чевой комментарий, что очень важно для ведения аудио- и видеоэндоскопического архива. При необходимости непосредственно в условиях эксплуатации могут быть получены цветные распе- чатки изображения дефекта на портативном фотопринтере.

Таким образом, применение портативного видеоэндоскопического комплекса позволяет в ус-

Рисунок 12.3.6.2.1_1 - Схема доставки эндоскопа к месту осмотра

788

Глава 12 - Системы ГТД

Рисунок 12.3.6.2.1_2 - Вид транспортных устройств с эндоскопом 1 – транспортные устрой-

ства; 2 – прорезь для выхода эндоскопа; 3 – гибкий эндоскоп

Рисунок 12.3.6.2.1_3 - Фотография через эндоскоп прогаров и выкрашивания рабочих лопаток турбины 1 – охлаждаемая полость со-

пловой лопатки турбины; 2 – поврежденная часть лопатки

ловиях эксплуатации выполнять эффективное ви- зуально-оптическое диагностирование технического состояния узлов и деталей ГТД и установок и, что особенно важно, оперативно принимать решение по результатам диагностирования.

Изображения дефектов могут сохраняться в специальном видео-архиве - накопленный опыт необходим для принятия оптимальных решений.

Применение транспортных устройств

Главная задача технической эндоскопии - вы-

явление различных дефектов в проточной части, например, обрывов частей рабочих и статорных лопаток, забоин, погнутостей, коррозии, сколов, следов перегрева и прогаров. Особенно технически сложно обеспечить визуально-оптический осмотр лопаток статорных венцов, в частности, направляющих и сопловых лопаток, лабиринтных

èсотовых уплотнений, бандажных полок рабочих лопаток. Также сложно осматривать шестерни

èподшипниковые узлы.

Ñцелью повышения эффективности эндоскопической диагностики применяется различные устройства для транспортировки (доставки) к местам осмотра гибких эндоскопов как со стороны входа в проточную часть ГТД, так и со стороны выхода. Рассмотрим конструктивные особенности таких устройств на примере одного из наиболее эффективных транспортных устройств [12.3.9.27, 12.3.9.29].

Оптимальным вариантом для проведения эффективной технической эндоскопии является конструкция устройства для доставки в места осмотра гибких эндоскопов диаметрами 6 и 8 мм и длиной более двух метров.

Схема доставки эндоскопа к месту осмотра представлена на Рис. 12.3.6.2.1_1.

Например, в проточную часть лопаточных венцов турбины 1 (со стороны выхода газов) или венцов компрессора (со стороны входа в авиационный ГТД) вводят вначале само транспортное устройство 2 на требуемое расстояние. Затем в его внутренний канал вводят и продвигают гибкий эндоскоп 3. Управляя дистальным концом, заводят эндоскоп в кольцевой межлопаточный канал 4 на всю длину рабочей части. После этого, перемещая эндоскоп в обратном направлении и управляя его дистальным концом, осматривают элементы статора, например, сопловых лопаток турбины или направляющих лопаток компрессора.

Такие типы устройств также обеспечивают надежную и быструю доставку и других гибких диагностических инструментов, таких как ультразвуковые и вихретоковые датчики–зонды. Зонды могут проникать в труднодоступные каналы сложной формы и большой осевой протяженности с извилистой или прерывистой образующей, характерные для проточной части многоступенчатых турбин, компрессоров и камер сгорания без какой-либо разборки и доделки этих узлов [12.3.9.27]. Подобные устройства применяются также для зачистки забоин и полировки рабочих и направляющих лопаток КВД. Вариант конструктивного исполнения транспортных устройств показан на Рис. 12.3.6.2.1_2.

Вид дефекта детали ГТД через гибкий эндоскоп показан на Рис. 12.3.6.2.1_3.

789

Глава 12 - Системы ГТД

12.3.6.2.2 - Ультразвуковой метод диагностирования

Сущность ультразвукового метода заключается в регистрации ультразвуковых волн (импульсов), отраженных от поверхностных или скрытых в глубине материала различного рода дефектов. Импульсы вырабатываются генераторами импульсов специальных дефектоскопов. Импульсы посылаются

âобъекты диагностирования, отражаются и принимаются специальными пъезоэлектрическими преобразователями (ПЭП). Для авиационных ГТД ультразвуковой метод обычно реализуется как эхо-метод с раздельно-совмещенным типом преобразователей, когда излучающий и приемный ПЭП расположены

âодном корпусе.

Для точного позиционирования ПЭП служат специальные приспособления для их доставки через лючки. Приспособления обычно включают в себя средства фиксации, элементы масляной системы для обеспечения надежного акустического контакта и систему контроля этого контакта.

Ультразвуковому диагностированию подвергаются кромки рабочих лопаток компрессора и турбины, межпазовые выступы дисков КНД и вентилятора, проушины шарнирных рабочих лопаток компрессора, диски КВД, болты крепления лабиринтов и т.п.

В качестве примера показаны специальный образец для настройки дефектоскопа, состоящий из части диска с имитатором трещины, устройство для доставки и проведения диагностирования шарнирных лопаток и диска КВД и широко применяющийся в эксплуатации ультразвуковой портативный дефектоскоп УД2-12 (см. Рис. 12.3.6.2.2_1, 12.3.6.2.2_2).

Рисунок 12.3.6.2.2_1 – Настроечный образец и устройство для доставки преобразователя к исследуемому месту 1 – настроечный образец;

2 – устройство доставки ПЭП

Рисунок 12.3.6.2.2_2 – Ультразвуковой портативный дефектоскоп

Метод показал высокую надежность при выявлении неисправностей в эксплуатации ГТД и с конца 70-х годов двадцатого столетия пользуется весьма высокой степенью доверия.

12.3.6.2.3 - Вихретоковый метод диагностирования

Сущность метода состоит в реакции переменного электромагнитного поля на наличие трещины или другого дефекта в исследуемом объекте. Электромагнитное поле наводится переменными электромагнитными импульсами генератора дефектоскопа. Импульсы передаются в объект в виде вихревых токов от преобразователя, состоящего из индукционной катушки и ферромагнитного сердеч- ника. Размеры миниатюрной катушки с сердечником могут быть менее 3 мм. Привлекает простота настройки дефектоскопа и небольшие размеры преобразователей, которые легко изготавливаются даже в условиях серийного производства ГТД. Вихретоковый метод широко используется для диагностирования состояния кромок турбинных лопаток, дефлекторов и дисков турбины.

790