圖 " "%故障與劣化框圖
性能和強(qiáng)度參數(shù)是這兩者的綜合和結(jié)果參數(shù)。
&’識(shí)別技術(shù)
這是掌握征兆參數(shù)并預(yù)測故障的技術(shù)。主要方法是基于發(fā)動(dòng)機(jī)原理尋求各種故障同其征兆參數(shù)之間的關(guān)系，以隔離故障，諸如腐蝕、臟污、堵塞、外來物損傷、封嚴(yán)磨損及葉片燒壞等，它們往往引起壓氣機(jī)喘振袷度、效率、溫度分布和噴口面積的變化，這些變化引起可測參數(shù)的變化，如圖 " "(所示。于是就可以利用可測參數(shù)變化來隔離出劣化部件特征。因此可以運(yùn)用小偏差法，利用發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算程序求出氣動(dòng)熱力參數(shù)（因變量 )*）和部件效率、總壓損失（自變量 +,）間的小偏差線性方程組，即
-()2 (+ 1. ./ %" ,,
./0 ),/0 +
.,
式中，1 ，" ———系數(shù)；
.
.—
—,因變量個(gè)數(shù)；
,———自變量數(shù)對于每個(gè)自變量和因變量可求出影響系數(shù) 3
.,
3., / .4 ,
().)( (+,+ )
給出了部件特性變化對流路氣動(dòng)參數(shù)的影響。當(dāng)測得了氣動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，用上式可以求出部件性能的變化。 5’預(yù)測技術(shù)這是指對已識(shí)別出的發(fā)動(dòng)機(jī)故障預(yù)測其發(fā)展過程，判斷何時(shí)進(jìn)入極限范圍，如圖 " "所示。一種方法是按概率論的統(tǒng)計(jì)方法，由過去的征兆、故障和信息理論 •065(•
圖 " "%實(shí)際故障與劣化部件性能及可測參數(shù)之間的演變方法去預(yù)測故障的未來。征兆的概率密度函數(shù)是通過回歸分析以擬合出故障發(fā)展曲線。
另一種是理論模型方未能。通過正確測定發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)狀的劣化水平及其附加因素，并將它們輸入到各種預(yù)測理論模型之中，根據(jù)計(jì)算來預(yù)測發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和可靠性。采用一種“預(yù)測性能劣化曲線”方法，對典型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測量分析并與預(yù)測計(jì)算相結(jié)合，在積累大量劣化信息基礎(chǔ)上，導(dǎo)出關(guān)鍵部件性能劣化對發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)影響的“預(yù)測性能劣化模型”，并經(jīng)實(shí)踐修正。這種方法很實(shí)用。這一方法對發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件性能劣化和壽命預(yù)測很有效。
四、渦輪葉片振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，轉(zhuǎn)子葉片強(qiáng)烈振動(dòng)能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)破壞。因此，了解發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)水平是非常重要的，對于評(píng)估葉片設(shè)計(jì)，監(jiān)測葉片振動(dòng)也是很重要的。
采用帶有遙測裝置或滑環(huán)的阻抗應(yīng)變儀可以監(jiān)測振動(dòng)，但這種技術(shù)只能限制在？ &&’，并且存在熱飄移和儀表附件問題。在葉片測振領(lǐng)域，目前廣泛采用光學(xué)探針進(jìn)行葉片狀態(tài)監(jiān)測。下面概述一種先進(jìn)的葉 •*)(•
圖 " "%故障發(fā)展過程預(yù)測
片振動(dòng)光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)及在發(fā)動(dòng)機(jī)上的測試結(jié)果。 "測試設(shè)備原理圖 % %示出發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)框圖。其中：
•激光透鏡系統(tǒng)由
’()氦一氖激光器和聚焦鏡頭組成，用作光源；
•
光學(xué)纖維是由發(fā)光和反光的纖維組成光纖束，并用于傳導(dǎo)光線；
•
高溫探針由把光聚焦到葉尖的小透鏡和水冷卻套組成；
•
光電倍增器把從葉片反射回來的光轉(zhuǎn)換為一串電壓脈沖信號(hào)，其濾波器濾除不適合的光線；
•
數(shù)據(jù)分析儀從脈沖間隔時(shí)間計(jì)算葉片的振幅，并輸出一電壓值；
•*+記錄儀記錄振幅；
•脈沖
,翻轉(zhuǎn)、傳感器和放大器用于激活數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
•示波器用于監(jiān)測信號(hào)水平。
在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣上安裝兩個(gè)光學(xué)探針，根據(jù)葉片數(shù)量不同保持兩個(gè)探針在一定的間距。振動(dòng)頻率受該間距和轉(zhuǎn)速的限制。為了測量間隔時(shí)間，進(jìn)行信號(hào)放大，并采用閥電路形成一串脈沖信號(hào)。
若轉(zhuǎn)子葉片不振動(dòng)，并且轉(zhuǎn)速不變，則每個(gè)葉片通過兩個(gè)探針的時(shí)間間隔 -.保持恒定。當(dāng)每個(gè)葉片振動(dòng)時(shí)，通過兩個(gè)探針的時(shí)間間隔為 -/，探針距離為 0，則葉尖振動(dòng)速度 /-為：
/10 0
-
-. -/
由于探針必須安裝在燃燒室出口流道的高溫環(huán)境下，并且燃?xì)庵械奶剂Ｗ幽軌蛭廴竟鈱W(xué)系統(tǒng)，因此采用水—氣冷卻系統(tǒng)。水流沿箭頭所示冷卻光學(xué)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)二股氣流系統(tǒng)用于凈化被污染的探針透鏡。由于燃燒室有壓力損失，渦輪機(jī)匣周圍的二股空氣流的壓力稍高于主氣流。并且從安裝邊上的小孔流過，從而吹除碳粒子，使探針的污染明顯減輕。
2"監(jiān)測結(jié)果
（）共振檢測
對于渦輪葉片振動(dòng)測量，共振檢測比非整數(shù)階的振動(dòng)檢測更為重要。應(yīng)用上述監(jiān)測系統(tǒng)可以在緩— ——熳加速時(shí)測量共振水平。在共振點(diǎn)附近，振幅變化的同時(shí)，相位也改變 34。
（2）高壓渦輪葉片振動(dòng)監(jiān)測
•25%•
圖 % %&葉片振動(dòng)光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)框圖
按圖 "安裝探針；被監(jiān)測的發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁囟?%&’’(。首先通過監(jiān)測未裝減振器的高壓渦輪葉片的振動(dòng)，觀測到三階共振。其結(jié)果由 )"*記錄儀輸出，葉片共振的振幅可以通過峰值之間的電壓差計(jì)算。然后監(jiān)測裝有葉片減振器情況，發(fā)現(xiàn)其共振時(shí)振幅變得非常低，這驗(yàn)證了減振器的作用。
葉片光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測很有效。
五、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)緊急故障監(jiān)測器
這種裝置用于監(jiān)測火焰筒和渦輪葉片何時(shí)出現(xiàn)故障，可測出熱部件失效時(shí)其表面上熱斑點(diǎn)發(fā)射出的特殊離子。高溫燃?xì)馇治g熱斑點(diǎn)處的材料，并使其電離，產(chǎn)生輻射電磁能。由于地球磁場、聲音和機(jī)械力的加速作用，這些帶電粒子可以發(fā)射出可識(shí)別的電磁輻射。發(fā)射的頻率是電荷和粒子質(zhì)量的函數(shù)。該裝置可測量熱端部件的電磁譜和離子頻率。
%+測量原理
渦輪葉片和火焰筒故障能造成重大事故，燃燒室火焰筒壁的燒蝕、破裂或葉尖的掉塊都會(huì)產(chǎn)生巨大的損傷。但目前能監(jiān)測出故障的儀器卻極少。這些熱端部件在高溫作用下先出現(xiàn)小裂紋、內(nèi)部顆粒狀微裂紋和某些晶體腐蝕，然后產(chǎn)生火焰筒壁面局部燒蝕和葉片折斷。燃?xì)獠荒芷交鬟^這些不連續(xù)的表面，而且產(chǎn)生的斑點(diǎn)對冷卻通道形成不連續(xù)的傳導(dǎo)性。產(chǎn)生熱斑點(diǎn)的部位受到燃?xì)獾母g，這些部位的高溫足以產(chǎn)生金屬離子，而使這些部位氣化。
中國航空網(wǎng) www.k6050.com
航空翻譯 www.aviation.cn
本文鏈接地址：飛機(jī)檢測與維修實(shí)用手冊 4(70)
