Обнаружение дефектов роторных лопаток
Обнаружение дефектов роторных лопаток основано на том, что при отсутствии дефектов (неизменных геометрических характеристиках отражающих элементов) форма сигнала, получаемого от микроволнового датчика, стабильна и имеет период повторения, равный периоду вращения вала ротора.
При возникновении дефектов, связанных с изменением геометрических размеров диагностируемых элементов (забоины, трещины, обрыв, отложения, эрозивный износ лопаток ротора и пр.) или их взаимного положения, происходит изменение формы поступающего от радиолокационного датчика сигнала на временном интервале, соответствующем прохождению дефектного элемента мимо приемоизлучающей антенны.
Это обстоятельство позволяет создавать радиолокационные системы для автоматического обнаружения забоин, основанные на сопоставлении сигналов, полученных в процессе диагностики, с сигналами, полученными ранее от заведомо исправного двигателя.
Такая система диагностики позволяет не только установить факт наличия забоин, но также определить число дефектных лопаток по числу интенсивных «всплесков», их местоположение – по положению «всплесков» на протяжении одного оборота и оценить их размер по уровню этих «всплесков». В ряде случаев можно так организовать измерения, что сигнал от радиолокационного датчика будет определяться только геометрическими характеристиками лопаток одного рабочего колеса. Поскольку лопатки одного рабочего колеса идентичны друг другу и расположены симметрично, то обнаружение дефектов и их локализация могут проводиться путем сопоставительного анализа всех фрагментов сигнала от РЛД длительностью:
t = 1/n·Fвр (1)
где Fвр – частота вращения ротора, n – число лопаток рабочего колеса.
При отсутствии дефектов сигналы, соответствующие одной лопатке, имеют минимальные отличия между собой. При возникновении дефектов появляются отличия между сигналами от разных лопаток, которые увеличиваются при росте размеров дефектов (рис. 46). Преимущество этого способа обнаружения забоин состоит в использовании не абсолютных, а относительных измерений, что позволяет отказаться от измерения характеристик исправного механизма (получения эталонного сигнала).
Рис. 46. Забоина на лопатке компрессора и её представление в виде сигнала
Определение частот вращения роторов двухвального двигателя
Измерение частот вращения, скольжения и времени выбега может быть реализовано при различных схемах измерений и не требует оптимизации параметров микроволновых датчиков. Измерение частоты вращения ротора может представлять самостоятельный интерес, но в большинстве случаев является вспомогательной задачей, обеспечивая автономность микроволновой системы (независимость ее использования от сигналов тахогенератора) при измерении колебаний лопаток, радиальных зазоров и пр. В случае расположения антенны микроволновой системы между ступенями высокого и низкого давления обеспечивается получение сигнала, в спектре которого присутствуют составляющие, обусловленные частотами вращения обоих роторов.
На рис. 47 приведена спектрограмма сигнала, полученного от микроволнового датчика, антенна которого установлена между турбинами высокого и низкого давления, при запуске двухконтурного авиационного двигателя. Видно, что в первое время после запуска двигателя в спектре сигнала доминируют гармоники лопаточной частоты турбины высокого давления, которые после начала вращения турбины низкого давления дополняются гармониками лопаточной частоты турбины низкого давления и их комбинационными частотами (гармониками частоты скольжения). Измерение частот вращения и времени выбега также может осуществляться дистанционно при использовании специализированного радара, удаленного от двигателя на десятки, сотни метров.
Рис.47. Антенна микроволнового датчика и спектрограмма сигнала