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

Вибрации роторных лопаток

 

Простейшие микроволновые датчики могут использоваться для измерения параметров колебаний неподвижных лопаток. На рис. 48 приведены последовательности амплитудных спектров сигналов (режим «водопад»), полученных от тензодатчика (вверху) и радиолокационного датчика (внизу) при перестройке частоты вибростенда в районе резонансной частоты турбинной лопатки. Как видно из приведенных спектров, полученные по двум различным каналам зависимости совпадают.

Рис. 48. Вибростенд и графическое представление амплитудных спектров сигналов

Возможность определения колебаний роторных лопаток и обнаружения забоин при их одновременном возникновении в процессе функционирования ГТД подтверждена теоретически и экспериментально. На рис. 49 показано изменение формы экспериментальных сигналов, полученных за несколько оборотов ротора при наличии забоины (верхняя совокупность кривых) и колебании одной роторной лопатки (нижняя совокупность кривых).

Рис. 49. Формы сигналов при наличии забоины и при её отсутствии

Использование различных алгоритмов обработки сигналов позволяет определить те или иные параметры колебаний роторных лопаток при работе роторной машины как в постобработке, так и в реальном времени. На рис. 50 представлены распределения напряжений, действующих у корня компрессорной лопатки, которые измеряются тензодатчиком, и результаты обработки сигналов микроволнового датчика (внизу) при перестройке частоты вращения ротора (ее третьей гармоники) вблизи резонанса компрессорной лопатки. Видно, что характер изменения максимальных значений параметров, определяемых двумя различными системами, при перестройке частоты вращения имеет высокую корреляцию. Приведенные результаты получены без доработки двигателя, во время его стендовых испытаний. При этом антенна микроволновой системы устанавливалась в лючок эндоскопического осмотра двигателя вместо стандартной заглушки.

 

Рис. 50. Графики распределения напряжений, действующих у корня компрессорной лопатки измеренных с помощью тензодатчика (вверху) и микроволнового датчика (внизу)