Измерение напряжений в элементах ГТД

В ходе исследовательских и доводочных работ по двигателю обязательно выполняются работы по определению напряжений, возникающих в элементах двигателя в процессе его работы. По величине этих напряжений определяется работоспособность конструкции элемента, а

также характер его работы на всех эксплуатационных режимах.

Оценка величин возникающих в конструкции элемента двигателя производится через измерение величин деформаций при работе. Измерение деформаций производится методом тензометрирования. В основе этого метода лежит использование тензометрических преобразователей (тензодатчиков) в качестве первичного средства обеспечения измерения.

В тензодатчиках используется свойство проводников изменять электрическое сопротивление при растяжении. Конструкция тензодатчика представляет собой тонкую проволоку с диаметром сечения 0,02…0,04 мм наклеенную зигзагообразно на подложку (бумагу, пленку, фольгу и т.п.) и заклееную сверху таким же материалом, как и подложка. К выведенным концам тонкой проволоки подсоединяются проводники для подвода электрического тока.

Тензодатчик наклеивается на исследуемую деталь так, чтобы он мог воспринимать деформации детали. В качестве клея применяется клеящие составы, выбор которых зависит от температурных условий работы и материала исследуемой детали. Это могут быть карбинольные и бакелитно-фенольные клеи, жаростойкие цементы, стеклянные эмали, кремнеорганические лаки и др. Слой клея между деталью и тензодатчиком должен быть минимально возможной толщины (несколько сотых долей миллиметра) для того, чтобы не исказить величины измеряемых деформаций.

Основными параметрами тензодатчика являются база (2,0…150 мм), ширина (2,0…50 мм) и электрическое сопротивление (100…250 Ом).

Материал проволоки тензодатчика должен удовлетворять следующим требованиям:

– должен иметь минимальный температурный коэффициент температурного электросопротивления для минимизации температурных погрешностей;

– должен иметь большое удельное сопротивление для минимизации габаритных размеров.

При проведении работ по тензометрированию к тензодатчику подводится питание электрическим током, сила которого измеряется и регистрируется с предварительной градуировкой соответствия силы тока величине деформации детали в месте установки тензодатчика. Подключение напряжения питания от источника постоянного тока выполняется либо по схеме цепи делителя для регистрации только переменной составляющей деформации, либо по мостовой схеме для регистрации как статических так и динамических измерений деформаций.

Сигнал по величине электрического тока, проходящего через тензодатчик передается по цепи от тензодатчика на регистрирующую аппаратуру. В обеспечение передачи и регистрации электрических сигналов используются специальные токосъемные устройства, позволяющие передавать сигнал с тензодатчика, расположенного на вращающейся при

работе двигателя детали (рабочая лопатка, вал, диск и др.) на статорную часть и регистрирующую аппаратуру. В качестве токосъемных устройств применяются щеточные токосъемники, где сигнал передается через контакт на щетках, ртутные токосъемники, где сигнал передается через ртуть, которая заполняет полость между вращающимся кольцом и статором, радиотокосъемники, где сигнал с вращающегося вместе с ротором расположенного соосно с ним токосъемника преобразуется в радиосигнал передаваемый на специальную приемную антенну расположенную на статорной части двигателя (корпус входного устройства и др).

**.**. ЗАМЕР ЭМИССИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ.

Вредные выделения ГТД часто определяют одним словом – эмиссия.

Углекислый газ (СО2) и пары воды (Н2О) являются естественными продукта-ми полного сгорания углеводородных топлив. При сгорании водорода обра-зуется только Н2О.

Окислы серы (Soх) присутствуют, если топливо загрязнено сернистыми соединениями. Поскольку авиационные топлива подвергаются хорошей очистке, содержание серы в них мало и не представляет сколько-нибудь серь-езной опасности.

Продуктами неполного сгорания топлива в камере сгорания оказывают-ся: окись углерода (СО), различные углеводородные соединения (НС), а также мельчайшие частички углерода в виде дыма.

При высоких температурах в камере сгорания кислород и азот воздуха образуют стойкие окислы, которые практически полностью сохраняются в выхлопных газах. Под окислами азота (NОх) понимают суммарное количест-во окиси NO и двуокиси NO2 азота, которое определяется по массе в предпо-ложении, что NO находится в форме NO2.

В настоящее время оценивают эмиссию газообразных веществ и дыма в районах аэропортов и наземной эксплуатации ГТД гражданского назначе-ния.

Количественная эмиссия вредных выделений газообразных веществ (кроме дыма) оценивается индексом эмиссии EI, который представляет со-бой отношение массы вредного вещества в граммах к 1кг израсходованного топлива (расчетная величина).

Оценка эмиссии производится путем измерений в ходе сертификаци-онных, квалификационных и типовых стендовых испытаний ГТД. По резуль-татам измерений определяется степень соответствия ГТД требованиям Международных норм, ограничивающих эмиссию авиационных ГТД (ICAO) или общих санитарных норм, ограничивающих вредные выбросы в атмосфе-ру ГТД промышленного и энергетического применения.

Для проведения стендовых испытаний ГТД с замером эмиссии испы-тательнй стенд должен быть оснащен специальной стендовой системой отбора проб выхлопных газов и анализа отобранных проб.

Двигатель устанавливается на стенд для испытаний. За соплом двига-теля устанавливается пробоотборник, приемные отверстия которого должны располагаться в плоскости перпендикулярной направлению движения струи выхлопных газов из сопла двигателя на расстоянии не более 0,5 диаметра со-пла. Линия подачи отбираемой пробы к газоанализатору проверяется на Гер-метичность и прогревается до температуры 150…160 градусов Цельсия c целью исключения влияния теплообмена на состав отбираемой пробы. Далее

Линия отбора пробы подсоединяется к пробоотборнику и газоанализирую-щей аппаратуре и выполняется проверка линии на чистоту включением пода-чи пробы в анализаторы на неработающем двигателе. На оттарированных ди-апазонах анализаторов отклонение указателей от нулевого значения не долж-

но превышать 1% шкалы.

Все технические характеристики и состояние анализаторов должны соответствовать требованиям стандарта ICAO. При работе анализатора точ-ность измерения концентрации несгоревших углеводородов зависит от влия-ния на отклик ионизационного детектора состава углеводородной молекулы, наличия и количества кислорода в пробе, что называют синоргическим эф-фектом. Степень отмеченного синоргического эффекта ограничивается и определяется специальным испытанием конкретного анализатора.

Система отбора и измерения эмиссии готова к работе, если дрейф нуля анализаторов не превышает 1% в течение 0,5 часа, а температура линии отбо-ра пробы изменяется в пределах ±5ºС от заданной величины.

Непосредственно перед проведением испытания необходимо выпол-нить тарировку и калибровку газоанализирующей аппаратуры, в качестве которой в настоящее время используются системы «BECKMAN», «ROSE-MOUNT», «EMERSON». Калибровку анализаторв необходимо проводить с использованием эталонных газов и эталонных газовых смесей до и после ис-пытания двигателя, а по осредненным данным двух калибровок проводить расшифровку результатов измерений величины эмиссии.

После выполнения всех подготовительных операций двигатель запус-кается, прогревается на режиме «малый газ» и далее выполняется отбор проб на всех режимах от малого газа до взлетного, что определяется программой испытания. В ходе испытания кроме измерения эмиссии должны регистриро-ваться такие измеряемые параметры как:

- тяга двигателя;

- частота вращения роторов двигателя;

- давление воздуха за компрессором;

- температура воздуха за компрессором;

- массовый расход топлива;

- расход воздуха через газогенератор;

- температура воздуха на входе в двигатель;

- полное давление воздуха на входе в двигатель;

- атмосферное давление;

- влажность воздуха на входе в двигатель.

На каждом установившемся режиме работы двигателя отбор проб для определения химического состава должен выполняться после стабилизации параметров работы двигателя (2 мин) при последовательной смене режимов работы двигателя в обоих направлениях. Отбор проб выхлопных газов нужно производить с таким расходом отбираемого газа через магистраль отбора, чтобы время транспортирования пробы от пробоотборника до анализирую-щей аппаратуры не превышало 10 с.

При определении эмиссионных характеристик двигателя измеряются концентрации следующих компонентов:

- окись углерода СО;

- двуокись углерода СО2;

- суммарные углеводороды СН;

- сумма окислов азота NОx = NO + NO2.

Качество проведенного отбора и анализа проб оценивается путем расчета коэффициента качества отбора и анализа проб, в ходе которого производится проверка баланса углерода, определяемого сравнением отно-шения расхода воздуха к расходу топлива, рассчитанного по общей концен-трации углерода в пробе (за исключением углерода в составе дыма), с отно-шением измеренных расходов воздуха и топлива через двигатель. Коэффици-ент качества отбора и анализа проб для режима «малый газ» должен нахо-диться в диапазоне 0,85<Кп<1,15, а для всех остальных режимов работы дви-гателя в диапазоне 0,9<Кп<1,0.

Кроме того, производится расчет индекса эмиссии (EI) для каждого из компонентов в пробе и выполняется приведение рассчитанного индекса эмиссии к условиям стандартной атмосферы на уровне моря. Для испытуемо-го двигателя определяются массы каждого загрязняющего компонента (Х), выделяемые работающим двигателем за стандартный взлетно-посадочный цикл. Итоговой процедурой испытания двигателя является оценка уровня эмиссии газообразных загрязняющих веществ, которая производится сопос-тавлением замеренных величин уровня параметров эмиссии вредных компо-нентов СО, СН, NОx с нормативными уровнями эмиссии.