Прохождение через проточную часть посторонних предметов
Экспериментальные исследования на авиационном двигателе показали, что при прохождении через проточную часть посторонних предметов, в выходном сигнале РЛД возникает интенсивная случайная составляющая, которая может значительно превышать уровень сигнала в нормальных условиях и имеет широкополосный спектр. На рис. 52 приведены реализация выходного сигнала микроволнового датчика (вверху) и его сонограмма (внизу), полученные во время прохождения через проточную часть ГТД металлических опилок. Прохождение через проточную часть графита и кварцевого песка проявляется аналогично. При проведении этих измерений антенна микроволновой системы устанавливалась в смотровом лючке между второй и третьей ступенями компрессора.
Для повышения вероятности обнаружения прохождения небольших одиночных посторонних предметов необходима установка нескольких антенных систем по периметру входа двигателя и оптимизация параметров и режимов работы микроволнового датчика. Приведенные примеры демонстрируют лишь часть возможностей микроволновых систем по контролю состояния и измерению параметров газотурбинных двигателей.
Рис. 52 Микроволновый датчик, выходной сигнал (справа вверху) и его сонограмма (справа внизу), полученные во время прохождения через проточную часть ГТД металлических опилок
Выводы и рекомендации
На основании результатов бороскопии, проводимой в ДАТО ФГОУ ГТК «Россия», и информации, полученной из интернета, следует сделать вывод, что двигатели семейства CFM56, несмотря на высокий заявленный ресурс, подвержены воздействию эксплуатационных факторов, под влиянием которых возникают повреждения их конструктивных элементов.
В ходе работ по осмотру выявлены следующие повреждения:
наличие забоин, вмятин, царапин, на элементах проточной части компрессора;
наличие механических потёртостей по заднему торцу полок рабочих лопаток и переднему краю бандажных сегментов лопаток направляющего аппарата второй и третьей ступени КВД, а также наличие механических потёртостей на выступах дисков и Г-образных кромках бандажных полуколец тех же ступеней, возникающих вследствие контакта вращающихся и неподвижных частей КВД;
наличие трещин усталостного и термического характера, прогаров и потерь материала на элементах жаровых труб;
наличие отложений продуктов сгорания топливовоздушной смеси на форсунках и элементах фронтовых устройств жаровых труб;
смещение жаровой трубы в осевом направлении и выход форсунок с посадочной зоны фронтовых устройств жаровых труб;
наличие забоин, трещин усталостного и термического характера, повреждений защитного покрытия на элементах проточной части турбины.
Все перечисленные повреждения приводят к возникновению нерасчётных нагрузок, действующих на элементы конструкции и, как следствие, значительному снижению их ресурса и надёжности двигателя в целом.
Для поддержания требуемого уровня надёжности и безопасности требуется осуществление периодического контроля технического состояния проточной части двигателя с целью недопущения выхода параметров повреждений за критические значения.
На основании полученных результатов анализа эксплуатационных свойств и условий эксплуатации двигателей семейства CFM56 можно выделить две проблемы, касающиеся вопросов технической эксплуатации.
Первая проблема заключается в том, что какими бы надёжным ни были двигатели, в процессе эксплуатации они подвергаются воздействию эксплуатационных факторов. Под воздействием этих факторов изменяется техническое состояние двигателя, происходит его переход из исправного состояния в работоспособное, из работоспособного в неработоспособное либо сразу из исправного в неработоспособное. Эта неизбежная последовательность событий является причиной снижения надёжности двигателя и его ресурса.
Чтобы поддерживать требуемый уровень безопасности и надёжности двигателя, проводится периодический контроль с целью выявления повреждений и определения текущего технического состояния. Однако это не решает проблему, когда повреждение уже произошло, и возникла необходимость в её устранении. Работы, направленные на устранение повреждений связаны с трудоёмкими демонтажно-монтажными технологическими процессами, финансовыми и временными затратами. Такое эксплуатационное свойство двигателей, как модульность во многом упрощает задачу, так как некоторые узлы двигателя могут демонтироваться без необходимости снятия двигателя с крыла. Это несколько снижает финансовые и временные затраты на обслуживание. Контролепригодность двигателей, обусловленная наличием предусмотренных при конструировании смотровых лючков, даёт возможность заметно снизить расходы на их техническое обслуживание.
Для снижения объема демонтажно-монтажных работ и связанных с ними финансовых и временных затрат предлагается применение устройства, представляющего собой видеоскоп и бормашину, как единое целое (см. приложение к пояснительной записке).
Исследование характерных повреждений двигателя показывает, что наиболее распространёнными повреждениями двигателей в процессе эксплуатации являются вмятины, забоины, царапины на элементах проточной части, возникающие в результате попадания посторонних предметов в проточную часть двигателя. Подобные повреждения являются концентраторами напряжений и могут привести к возникновению и развитию усталостных трещин. Применение предлагаемого устройства позволит устранить повреждения без осуществления трудоёмких демонтажно-монтажных работ, предотвратить зарождение трещин и, как следствие, сохранить ресурс повреждённого элемента и поддержать надёжность двигателя на приемлемом уровне.
Следующая проблема состоит в том, что помимо трудоёмких работ по восстановлению заданного уровня надёжности и безопасности двигателя существует необходимость проведения периодических осмотров проточной части с целью выявления неисправностей и оценки внутреннего технического состояния двигателя. Одним из непременных условий реализации перспективных методов технического обслуживания газотурбинных двигателей является широкое использование совокупности различных методов и средств технической диагностики, которые должны обеспечить обнаружение дефектов на ранней стадии их развития для обеспечения своевременного проведения ремонтных работ и недопущения аварии.
Для обнаружения дефектов на ранней стадии их развития с целью своевременного проведения ремонтных работ предлагается применение метода контроля состояния и диагностики ГТД, основанный на использовании радиолокационных измерений, который обеспечивает автоматический контроль состояния подвижных элементов проточной части в процессе функционирования ГТД без проведения сборочно-разборочных работ и осмотров.
Данный метод позволит решить такие задачи диагностики, как регистрацию и определение момента времени зарождения повреждений и определение его места (с точностью до элемента конструкции). Имея более полную, достоверную и актуальную информацию о техническом состоянии проточной части можно значительно снизить временные затраты на поиск и устранение неисправностей.