Источник: Новосибирский государственный университет –
Важный отказ от ответственности находится в нижней части этой статьи.
Профессор Новосибирского государственного университета, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института гидродинамики СО РАН Сергей Сухинин получил патент на способ обнаружения и локализации вращающегося срыва в газотурбинных установках и двигателях. Разработка предназначена для раннего выявления опасного нестационарного газодинамического процесса, который способен привести к повышенным нагрузкам на лопатки, валы, подшипники и другие элементы оборудования, а в отдельных случаях — к повреждению деталей. Работа ведется при финансовой поддержке Фонда НТИ и Центра новых функциональных материалов НГУ.
Патент стал результатом многолетних исследований, которые велись учёными НГУ и Института гидродинамики СО РАН. Сергей Сухинин отметил, что аналогичных решений исследователи не встречали в открытых источниках. В случае успешной проверки технология может дополнить существующие системы диагностики и помочь разработчикам точнее выявлять режимы, при которых в компрессоре возникают опасные резонансные явления — автоколебания основного потока газа.
Способ основан на анализе виброакустических колебаний стенки газовоздушного тракта. Ученый предлагает отслеживать амплитудно-частотные характеристики таких колебаний и сопоставлять их с резонансными собственными частотами акустических колебаний около рабочих колес или спрямляющих решеток. Если частоты вибрации ротора или статора и акустических колебаний совпадают, то это явление может указывать на появление вращающегося срыва, обусловленного взаимодействием двух близких резонансных аэроакустических колебаний, возникающих ещё до развития опасного режима, так как они по сути являются прекурсором (обязательным признаком) опасного явления.
Вращающийся срыв возникает в осевом компрессоре — узле, который сжимает воздух перед дальнейшими этапами работы газотурбинной установки или газотурбинного двигателя. При нарушении устойчивого течения потока в компрессоре появляются зоны срыва, которые перемещаются по окружности. Это меняет распределение нагрузок и может вызвать интенсивные колебания конструктивных элементов.
— Такие события ведут не просто к износу, а к аварийной ситуации, — отметил Сергей Сухинин.
По его словам, в подобных режимах отдельные лопатки могут получить повреждения, если двигатель или установка не успеют быстро пройти опасный участок режима работы.
Обычно для контроля состояния газотурбинных устройств используют измерение параметров основного потока или анализ вибраций. Однако локальные измерения параметров газа на всех ступенях компрессора требуют распределённой сети датчиков, что усложняет конструкцию и повышает требования к надёжности оборудования. В новом патенте предлагается использовать другой принцип: фиксировать вибрации корпуса и определять источник проблемы по характерным частотам.
— Мы всё снимаем с одного датчика, причем, как правило, такие датчики уже установлены и установки дополнительного оборудования не требуется, что значительно упрощает техническую реализацию диагностики, — объяснил Сухинин.
А поскольку рабочие колёса и спрямляющие решётки отличаются геометрией и количеством лопаток, их резонансные частоты различаются. Это, согласно описанию патента, позволяет не только зафиксировать ранний признак возникновения вращающегося срыва, но и указать конкретную ступень или решётку, вблизи которой он развивается.
Предполагается, что анализ будет выполнять специализированное программное обеспечение, настроенное для конкретного типа двигателя или установки. На выходе система должна выдавать понятное техническому персоналу заключение о том, где с высокой вероятностью может развиваться опасный процесс.
Разработка пока находится на стадии расчётного обоснования: алгоритмы необходимо адаптировать к параметрам каждого конкретного двигателя или установки, а затем подтвердить на реальном оборудовании. Следующим этапом должны стать переговоры с потенциальными индустриальными партнёрами из авиации и энергетики, заинтересованными в испытаниях метода.
Важность изобретения обусловлена потребностями развития ГТУ, предназначенных для преобразования тепловой энергии твердых, жидких, газообразных и атомных топлив в механическую.
На рисунке показаны поля скоростей и давлений в межлопаточном канале для трех мод собственных акустических колебаний около лопаточной решетки.
Примите к сведению; Эта информация является необработанным контентом, полученным непосредственно от источника информации. Она представляет собой точный отчет о том, что утверждает источник, и не обязательно отражает позицию MIL-OSI или ее клиентов.