авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Повышение достоверности результатов диагностирования газотурбинных двигателей сцинтилляционным методом с целью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситу

-- [ Страница 1 ] --

Научно-исследовательский институт прикладной физики

ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет»,

ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт граждан­ской авиации»

На правах рукописи

ДРОКОВ ВИКТОР ГРИГОРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫМ МЕТОДОМ

С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ РИСКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Специальности: 05.22.14 Эксплуатация воздушного транспорта

05.26.02 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Сиротин Н.Н.

Москва 2009

Работа выполнена в научно-исследовательском институте прикладной физики

ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет» и

ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт граждан­ской авиации»

Официальные оппоненты: Заместитель

начальника отдела диагностики

ЦИАМ им. П.И. Баранова

доктор технических наук Егоров И.В.

Заведующий кафедрой АТО и ремонта ЛА МГТУ ГА

доктор технических наук, профессор Коняев Е. А.

Профессор кафедры

«Конструкция и прочность авиационных двигателей»

ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина

доктор технических наук, профессор

Евдокимов А.И.

Ведущая организация: ОАО «Авиадвигатель»

Защита диссертации состоится ………. в ……… часов на заседании диссертационного совета Д 315.002.01 в Государственном научно-исследовательском институте гражданской авиации (ГосНИИГА).

Адрес: 141426, Московская обл., Химкинский район, аэропорт Шереметьево, а/я 26, ГосНИИГА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИГА.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан _____________________ 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук А.Е. Байков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Несмотря на большие успехи в создании высоконадежных газотурбинных двигателей (ГТД), в эксплуатации продолжают возникать отказы двигателей, приводящие к авиационным происшествиям, снижению уровня безопасности полетов в гражданской авиации и боеготовности в военной авиации, а также к возникновению чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов и к снижению эффективности применения двигателей. Поэтому проблема обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации ГТД в настоящее время является одной из приоритетных и актуальных и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Решение данной проблемы затрудняет несовершенство применяемых методов контроля и диагностики технического состояния ГТД. Вследствие этого с эксплуатации снимаются исправные ГТД, имеющие запас ресурса; в то же время отдельные двигатели в пределах назначенных ресурсов отказывают в полете.

В настоящее время в гражданской авиации и Вооруженных силах РФ эксплуатируются ГТД выпущенные, в основном, 15-30 лет тому назад. Значительная часть парка этих двигателей близка к условиям полной выработки назначенных и межремонтных ресурсов и сроков службы. Возникла актуальная техническая задача обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации таких ГТД путем увеличения (продления) назначенных ресурсов, сроков службы и снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

С другой стороны, создание ГТД новых поколений требует современных подходов к проблеме контроля, диагностики и управления их техническим состоянием, учитывающих особенности их применения и большие ресурсы.

Комплекс указанных причин порождает общую проблему повышения безопасности полетов и эффективности применения ГТД на основе разработки новых и совершенствования известных методов технической диагностики. К ним, в частности, относится метод, основанный на анализе частиц в масле системы смазки двигателя.

Значительный вклад в разработку и внедрение инструментальных методов диагностики, основанных на измерении параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в системе смазки ГТД, внесли работы ЦИАМ им П.И. Баранова, Гос НИИ ГА, 13 ГНИИ Минобороны России, ОАО «Авиадвигатель», ОАО «НПО «Сатурн», ОАО «Аэрофлот», а также работы отечественных ученых, в том числе выполненные под руководством Биргера И.А., Крагельского И.В., Кузнецова Н.Д., Смирнова Н.Н., Буше Н.А., Калашникова С.И., Степанова В.А., Ребиндера П.А., Гаркунова Д.Н., Степаненко В.П. и др.

Вместе с тем, в опубликованных трудах недостаточное внимание уделено совершенствованию методов диагностики технического состояния элементов конструкции ГТД, обобщению и систематизации данных по закономерностям повреждаемости ГТД на основе анализа металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей, формированию комплексной оценки технического состояния ГТД.

В итоге остается неустраненным ряд серьезных недостатков в разработке теоретических и методологических основ способов диагностирования газотурбинных двигателей с использованием комплексной информации о параметрах металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в системе смазки двигателя.

Используемые в настоящее время инструментальные методы диагностики (атомно-эмиссионный, рентгеноспектральный, феррографический) в подавляющем большинстве случаев не позволяют предсказать повреждение по появлению металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и локализовать поврежденный узел. На это указывают данные ОАО «НПО «Сатурн»; они свидетельствуют, что лишь 5% двигателей из исследованных с помощью оборудования типа БАРС, МФС отстраняются от эксплуатации с повреждениями по превышению контрольных значений количества металлической примеси в пробе масла.

Основными причинами низкой достоверности результатов диагностики традиционным методом являются:

- недостаточность количества информации о параметрах частиц повреждаемых деталей, определяемых традиционными способами;

- неучет параметров частиц, отделяющихся от повреждаемых деталей и накапливающихся на основном маслофильтре.

Поэтому оценка технического состояния авиационных двигателей по состоянию масла системы смазки с помощью оборудования типа БАРС, МФС и визуального контроля наличия металлических частиц на магнитных пробках, магнитных стружкосигнализаторах, фильтрах-сигнализаторах в недостаточной для эксплуатации степени обеспечивает безопасность полетов и эффективность применения ГТД.

Актуальность разработки и внедрения инструментальных методов технической диагностики нового поколения диктуется объективной необходимостью в обеспечении предприятий, эксплуатирующих авиационную технику, оперативной и высокодосто­верной информацией о фактическом состоянии авиадвигателей. Эта информация позволяет повысить эффективность эксплуатации по техническому состоянию авиационных ГТД и уровень безопасности полетов.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения достоверности результатов диагностирования газотурбинных двигателей сцинтилляционным методом с целью снижения рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка новых научно-обоснованных технических и технологических решений, создание диагностической аппаратуры нового поко­ления на основе спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей, разработка сцинтилляционного метода диагностики, обеспечивающего повышение уровня безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей и снижение рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации воздушных судов.

Для достижения поставленной цели решены следующие взаимосвязанные научные и практические задачи:

- разработана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ плазмотронов и движения одиночных металлических частиц, учитывающая движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда;

- исследованы физические процессы в разрядной камере источника возбуждения спектров (СВЧ плазмотрона) сцинтилляционного спектрометра и определены условия оптимального выделения сцинтилляционного сигнала;

- разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поко­ления с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации;

-разработан атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поко­ления, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частицы в пробах смазочных масел, способ его градуирования по равновесной и импульсной составляющим сигнала;

- систематизированы и обобщены закономерности изменения технического состояния элементов конструкции ГТД, омываемых смазочным маслом, в зависимости от параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей;

- установлены новые диагностические признаки, связывающие параметры частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и накапливаемые на основном маслофильтре, с техническим состоянием двигателя;

- разработана новая технология диагностирования по результатам сцинтилляционных измерений параметров частиц повреждаемых деталей, выявляемых в пробах масел и смывах с основного маслофильтра.

Экспериментальные исследования проводились:

- на ЛА в условиях эксплуатации;

- на стендах заводов авиационной промышленности;

- в лабораторных условиях на образцах;

- на аварийных ГТД, поступивших на исследование для установления причины отказа.

Научная новизна

Научная новизна диссертационного исследования определяется следующими результатами, полученными лично автором:

1. Разработаны теоретические и практические положения создания диагностической аппаратуры нового поко­ления, реализующие сцинтилляционный способ регистрации, измерения и анализа параметров частиц повреждаемых деталей, выявляемых в пробах смазочных масел.

2. Создана математическая модель газодинамического течения газа в цилиндрических разрядных камерах СВЧ плазмотронов и движения одиночных металлических частиц, учитывающая движение, нагрев, испарение этих частиц и различные способы стабилизации разряда.

3. Исследованы газодинамические условия в разрядной камере с закрученным потоком газа, при которых:

- введенные в разряд металлические частицы размером от единиц до 100 мкм не выбрасываются на стенку камеры;

- каждой введенной в разряд металлической частице соответствует один сцинтилляционный импульс.

4. Проанализированы закономерности влияния передаточной функции источника возбуждения спектров и распределения частиц по размерам на распределения сигналов.

5. Разработан способ динамической дискриминационной фильтрации сцинтилляционного аналитического сигнала.

6. Разработан атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поко­ления, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частиц в пробах смазочных масел.

7. Получен новый способ одновременного получения информации о примеси, находящейся в виде отдельных частиц и о фоновой составляющей сигнала, несущей информацию о содержании растворенной примеси и (либо) примеси, находящейся в субмикронных частицах.

8. Предложен сцинтилляционный метод диагностики, позволяющий значительно повысить достоверность и качество диагноза за счет увеличения объема диагностической информации и снижения влияния видов повреждения на правильность принятия диагностического решения, повысить уровень безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей.

9. Созданы статистические модели исправных двигателей по параметрам частиц повреждаемых деталей с учетом типа и наработки двигателей.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана новая технология сцинтилляционного диагностирования, обеспечивающая как оценку технического состояния узлов и двигателя в целом, так и локализацию поврежденных узлов. Новая технология диагностирования внедрена в гражданской авиации (бюллетени №№ 1756-БД-Г, 1772-БД-Г, 1786-БД-Г, 1807-БЭ-Г, 1827-БЭ-Г, 1840-БЭ-Г, 94348-БЭ-Г) и обеспечила экономический эффект более 16 млн. рублей.

Технология сцинтилляционного диагностирования является основой для создания новых технологий для диагностики топливной аппаратуры, гидрокомплексов, проточной части двигателей и т.д.

2. Разработаны оригинальные конструкции СВЧ-плазмотронов, обеспечивающие работу с жидкими, либо порошкообразными пробами с эффективностью вхождения подаваемого вещества в струю плазмы близкой к 100%. Созданный СВЧ-плазмотрон циклонного типа с высоким к.п.д. нагрева газа и надежностью пригоден для плазмохимического получения нитридов титана, бора и других веществ.

3. Сконструирована аналитическая аппаратура нового поколения (класса) атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр, позволившего повысить достоверность диагноза технического состояния двигателей в условиях эксплуатации благодаря комплексному измерению параметров по каждому из измеренных элементов микропримесей металлов.

Спектрометр может использоваться для трибологических исследований, контроля качества горюче-смазочных материалов, оценки технического состояния узлов, омываемых спецжидкостями и т.д., а также в геологии, геохимии и промышленности для поиска и изучения генетических особенностей месторождений благородных металлов, решения технологических задач.

4. Разработаны методики непрерывного отслеживания фазовых превращений частиц металлов.

5. Накоплен и систематизирован набор эталонов проб масел и смывов с основного маслофильтра с дефектных двигателей, исследованных на заводе. Данный набор является исходной информацией для разработки системы диагностики вновь создаваемых двигателей, методик измерения параметров частиц, отделяемых от повреждаемых деталей и совершенствования технологий диагностирования.

На защиту выносятся:

1. Теоретические и практические принципы создания диагностической аппаратуры нового поко­ления с использованием спектрального атомно-эмиссионного сцинтилляционного способа оценки параметров металлических частиц, отделяемых от повреждаемых деталей в процессе эксплуатации.

2. Математическая модель и результаты исследований течения плазменного газа, движения в нем одиночных металлических частиц, способы эффективного введения металлических частиц в разряд потоком газа, влияние типа передаточной функции источника света на функцию распределения сцинтилляционных сигналов и способ оценки размеров частиц при сцинтилляционных измерениях.

3. Атомно-эмиссионный сцинтилляционный спектрометр нового поко­ления, обеспечивающий регистрацию, измерение до шести параметров частиц в пробах смазочных масел, а также комплексное, экспрессное и «прямое» определение содержания элементов, находящихся в пробе в растворенной форме и в виде частиц повреждаемых деталей.

4. Сцинтилляционный метод диагностики, позволяющий значительно повысить достоверность и качество диагноза за счет увеличения объема диагностической информации и снижения влияния видов повреждения на правильность принятия диагностического решения, повысить уровень безопасности эксплуатации газотурбинных двигателей.

5. Закономерности поступления частиц повреждаемых деталей в смазочное масло двигателя при возникновении и развитии повреждения, а также модель развития повреждения по результатам измерения параметров частиц повреждаемых деталей.

6. Результаты микрорентгеноспектральных и сцинтилляционных исследований по структурной однородности сплавов подшипников, используемых в конструкции двигателя, элементному составу частиц, отделяемых от повреждаемых деталей.

7. Критерии технического состояния авиационных двигателей (количественные параметры) по параметрам частиц повреждаемых деталей в пробах с основного маслофильтра и новые диагностические признаки повреждений на ранней стадии их развития.

8. Статистические модели исправных двигателей типа Д-30КП/КУ/КУ-154.

Достоверность и обоснованность результатов

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена корректным применением современного математического аппарата, постановкой дополнительных специальных экспериментов, реализующих сцинтилляционный способ регистрации, измерения и анализа параметров частиц и корректной статистической обработкой полученных данных. Правильность измеренных сцинтилляционным способом параметров частиц повреждаемых деталей контролировалась с помощью независимых методов оценки используемого параметра. Достоверность разработанной технологии диагностирования оценивалась путем сравнения результатов сцинтилляционного диагностирования двигателей с результатами их заводской разборки.

Все полученные результаты теоретически и экспериментально обоснованы, а их достоверность подтверждена:

- сходимостью аналитических решений поставленных научных задач с результатами полунатурных и натурных экспериментов;

- внедрением полученных автором решений в конкретные разработки и образцы техники;

- метрологическими возможностями оборудования, его аккредитацией в Госстандарте;

- соблюдением правил составления и тестирования вычислительных программ и алгоритмов.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертации опубликована одна монография, одна научно-техническая книга в соавторстве, 44 печатные работы, из них 12 работ в журналах, рекомендованных ВАК («Контроль. Диагностика», «Химия высоких энергий», «Журнал аналитической химии», «Журнал прикладной спектроскопии»), получено 7 авторских свидетельств СССР, 14 патентов РФ и один европатент.

Результаты диссертационной работы реализованы в плановых НИР Иркутского государственного университета, двигателестроительных КБ и заводов РФ (ОАО «Сатурн», «Авиадвигатель»), в ВУЗах РФ и зарубежных стран.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных и международных научных семинарах, конференциях:



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.