Вібраційний контроль технічного стану лопатевого апарату газоперекачувальних агрегатів

Abstract

В роботі проаналізовано методи і засоби контролю вібраційного стану ЛА ГПА та обгрунтована перспективність використання методу прямого аеродинамічного розрахунку профілів лопатей ГПА, що вимагає його теоретичного обґрунтування. Проведено теоретичне обґрунтування та розроблені математичні моделі процесу зміни геометрії лопаті (технічного стану). Запропоновано спосіб математичної параметризації геометрії профілю лопаті з використанням інтерполяційних многочленів Ерміта. Наводяться методика визначення геометричних розмірів лопаті, а також розроблений програмний продукт для реалізації чисельного алгоритму та отримані результати при його реалізації. Розглядаються методичне забезпечення експериментальних досліджень ГПА-Ц-16С в режимі «кільце» та розроблена система контролю вібраційного стану його ЛА. Аналізуються результати експериментальних досліджень. Встановлено нормальний закон розподілу статистичних характеристик вібраційного процесу ГПА-Ц-16С, закономірності зміни кута повороту лопатей ВНА від частоти обертання, закономірності зміни тиску на виході КВТ від частоти його обертання і кута повороту лопатей ВНА, розглянуто процедуру визначення рівнів вібрації на характерних частотах та обґрунтовано вибір діагностичних ознаки вібраційного стану ЛА ГПА.

В работе проанализированы методы и средства контроля вибрационного состояния лопастного аппарата (ЛА) ГПА и обоснована перспективность использования метода прямого аэродинамического расчета профилей лопастей ГПА, требующего его теоретического обоснования. Проведено теоретическое обоснование и разработаны математические модели процесса изменения геометрии лопасти (технического состояния). Предложен способ математической параметризации геометрии профиля лопасти с использованием интерполяционных многочленов Эрмита. Приводятся методика определения геометрических размеров лопасти, а также разработанный программный продукт для реализации численного алгоритма и полученные результаты использования. Рассматриваются методическое обеспечение экспериментальных исследований ГПА-Ц-16С в режиме «кольцо» и разработанная система контроля вибрационного состояния его ЛА. Анализируются результаты экспериментальных исследований. Установлены нормальный закон распределения статистических характеристик вибрационного процесса ГПА-Ц-16С, закономерности изменения угла поворота лопастей ВНА от частоты вращения агрегатних узлов ГПА, закономерности изменения давления на выходе КВД от частоты его вращения и угла поворота лопастей ЦНА, рассмотрена процедура определения уровней вибрации на характерных частотах и обоснован выбор диагностических признаков вибрационного состояния ЛА ГПА.

The paper analyzes the methods and means for monitoring the vibration state of the GPU vane apparatus and substantiates the prospects of using the method of direct aerodynamic calculation of profiles relative to the state of the GPU blades, which requires its theoretical justification with access to numerous calculation algorithms, as well as the use of the latest hardware and software for building a control system, which allow integrating it into the GPU control system. Theoretical substantiation was carried out and mathematical models of the process of changing the geometry of the blade (technical state) and its flow were developed using the Fredholm integral equation of the second kind, and a numerical method for its implementation was developed. A method is proposed for the mathematical parameterization of the geometry of the blade profile using interpolation Hermite polynomials. A method for determining the geometric dimensions of the blade and its initial technical state is presented, and a software product is developed for the implementation of a numerical algorithm and obtained results of modeling changes in the state of the blade apparatus. The methodological support of experimental studies of the vibration state in the GPU type TS-16-S in the "ring" mode is considered and a system for monitoring the vibration state of the vane apparatus of the GPU is developed on the basis of hardware and software from Siemens. The results of experimental studies are analyzed. The normal law of the distribution of statistical characteristics of the vibration process of the GPA-Ts-16S, the regularity of the change in the angle of rotation of the VNA blades from the rotation frequency, the regularity of the change in the pressure at the output of the high pressure pump from the frequency of its rotation and the angle of rotation of the VNA blades were established, the procedure for determining the vibration levels at characteristic frequencies was considered. substantiated the choice of diagnostic signs of the vibration state of the aircraft GPU.