有關渦軸發(fā)動機故障診斷的探討

張立輝

摘 要：該文首先對故障診斷系統(tǒng)的組成進行介紹，對渦軸發(fā)動機的構成進行分析，對渦軸發(fā)動機故障診斷的基本流程進行研究和探討，以期對于渦軸發(fā)動機故障診斷技術水平的提升，以及渦軸發(fā)動機安全穩(wěn)定的運行起到一定的幫助作用。

關鍵詞：渦軸發(fā)動機 故障診斷 監(jiān)視 檢測

中圖分類號：V235 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0043-01

對發(fā)動機的運行狀況進行監(jiān)視及故障診斷是一個集合了數(shù)據(jù)采集、信息處理分析以及故障報警等功能的綜合系統(tǒng)，基本具備監(jiān)視發(fā)動機及其部件的健康狀況，如有故障及時隔離，利用采集及處理數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)不僅可以在線實時監(jiān)視發(fā)動機的運行狀況，及時向工作人員發(fā)出警告；而且還可以對發(fā)動機健康狀況進行離線評價，對具體的故障類型進行診斷，確定故障所處的具體位置，為發(fā)動機檢查、維修提供理論依據(jù)。近些年，故障診斷系統(tǒng)在渦軸發(fā)動機的運行和研發(fā)過程中得到廣泛應用。該文對有關渦軸發(fā)動機故障診斷進行研究和探討，不足之處，敬請指正。

1 故障診斷系統(tǒng)的組成

故障診斷系統(tǒng)必須要具備性能監(jiān)視及故障診斷的功能，其中性能監(jiān)視是針對發(fā)動機運行時測量參數(shù)的再現(xiàn)及檢查，排除由于測量系統(tǒng)本身而導致的數(shù)據(jù)失效。實際上，故障診斷過程是通過氣路分析法對發(fā)動機某一部件性能發(fā)生變化對發(fā)動機性能產生的影響進行計算和分析，以此判斷出其異常原因，對故障位置進行定位，從而確定故障的模式。除此之外，發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)應當包括發(fā)動機基數(shù)數(shù)學模型、發(fā)動機非線性性能模型、故障樹查詢數(shù)據(jù)庫等模塊。為了達到這些要求，發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)采用模塊化結構、數(shù)據(jù)庫技術、神經(jīng)網(wǎng)絡結構、故障樹結構以及與用戶友好界面設計。具體而言，發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)包括以下幾個功能子系統(tǒng)，分別是試車數(shù)據(jù)再現(xiàn)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷子系統(tǒng)，故障樹管理子系統(tǒng)、系統(tǒng)用戶管理子系統(tǒng)以及報告生成子系統(tǒng)。

具體而言，監(jiān)測和診斷系統(tǒng)包括三個組成部分，分別是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、狀態(tài)識別系統(tǒng)以及診斷輸出系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是可以周期性的在被監(jiān)測系統(tǒng)上被選定測點的振動、溫度、噪音等數(shù)據(jù)信號進行測量。具體而言，故障診斷系統(tǒng)應當包括傳感器、放大器、A/D接口板、計算機、磁帶記錄儀、示波器。

2 渦軸發(fā)動機的構成

某型號渦軸發(fā)動機是一種應用在新型直升機上的動力設備，渦輪軸發(fā)動機同渦輪螺槳發(fā)動機是比較相近的，二者都是由渦輪風扇發(fā)動機的原理演變而來，只不過后者將風扇變成了螺旋槳，前者是把風扇變成了直升機的旋翼。除此之外，渦輪軸發(fā)動機也有一些特點：一般裝有自由渦輪（也就是不帶動壓氣機），而且主要應用于直升機和垂直/短距起落飛機上。在構造方面，渦輪軸發(fā)動機具備進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等燃氣發(fā)生器基本構造，然而也裝備自由渦輪，如圖所示。前面是兩級普通渦輪，負責帶動壓氣機，并且維持發(fā)動機工作；后面二級是自由渦輪，負責燃氣作功，利用傳動軸來帶動直升機的旋翼進行旋轉，使其升空飛行。除此之外，渦輪流出來的燃氣分析，經(jīng)過尾噴管噴出之后可產生一定的推力，由于噴速太小，所以推力也不大，如果折合為功率，也僅僅是總功率的1/10。有時噴速太小，甚至是無推力。為了對直升機的結構進行合理安排，渦輪軸發(fā)動機的噴口可以向上、向下、兩側，這樣構造是有利于直升機設計總體安排。

3 渦軸發(fā)動機故障診斷的基本流程

在渦軸發(fā)動機中一些關鍵部件都屬于旋轉式機械，比如說壓氣機、渦輪以及自由渦輪等，而且其都屬于高速機組。數(shù)據(jù)調查顯示，這些部件發(fā)生故障的概率會比較高，因此對這些旋轉機械進行相關故障問題的診斷和分析具有一定的典型和代表意義。下文主要針對壓氣機進行相關故障診斷分析。

在此之前先了解診斷的基本概念，診斷實際上來源于醫(yī)學，在我國的中醫(yī)理念中診斷是由“望、聞、問、切，辯癥施治”八字訣總結的一種醫(yī)學原理和過程。其中可以細分為兩個過程，一個是診，就是提取信號特征然后對其狀態(tài)進行分析；而斷是對狀態(tài)進行識別，然后做出決策。具體分析，機械故障診斷就是在動態(tài)的情況通過機械設備劣化進程中產生的一些信息，包括振動、噪聲、壓力、溫度、流量、潤滑狀態(tài)以及其他指標，對發(fā)動機狀態(tài)進行分析，并對其故障進行診斷。具體而言，渦軸發(fā)動機故障診斷的基本流程包括以下幾個方面。

（1）對敏感參數(shù)進行選擇。

首先，選擇對壓氣機影響較大，或者說是最敏感的數(shù)據(jù)參數(shù)，以此作為檢測參量。壓氣機屬于高速機組，在運行過程中最頻繁的故障是喘振。這種故障是由于發(fā)動機內部流體壓力失穩(wěn)而產生，這種故障屬于自激振動。因此對壓氣機進行故障診斷分析采用的檢測參量是振動頻率。

（2）信號采集。

信號采集實際上就是對壓氣機的振動頻率進行采集。采用某型號的便攜式振動計對壓氣機的振動頻率進行采集，然后將數(shù)據(jù)輸出。

（3）狀態(tài)參數(shù)識別。

利用對振動頻率進行識別，將待檢模式和樣板模式進行對比，對待檢設備的運轉狀態(tài)進行識別。一般惡言，喘振的識別特征總結為：①振動頻率一般在0.1Hz之內；②壓力表有大幅度的波動；③功率表所指功率呈現(xiàn)出周期性變化；④有噪音產生。

（4）診斷決策及分析輸出。

監(jiān)測和診斷系統(tǒng)對于壓氣機現(xiàn)階段狀態(tài)按照判別結果采取對應的措施。如果發(fā)生喘振及時進行報警，對壓氣機進行相關干預措施。喘振一般是由于流入壓氣機中的空氣流量急劇減小從而使得流量系數(shù)不大于設計流量系數(shù)而造成的，喘振發(fā)生的最本質的原因是由于流量系數(shù)減小。因此說避免出現(xiàn)喘振，就要避免流量系數(shù)減小。避免流量系數(shù)減小的最根本的措施有兩種，中間級放氣或者旋轉靜止葉片。利用這兩種方法對壓氣機進行處理可以達到預期效果，可以有效避免喘振的產生。

4 結語

總之，故障診斷技術應用于渦軸發(fā)動機方面是非常有意義的，能夠在其已經(jīng)發(fā)生故障，或者是要發(fā)生故障但是還未發(fā)生時就把故障檢測出來，利用對發(fā)動機的狀態(tài)進行監(jiān)視，對其實時狀況進行識別，以此診斷出故障的特點、原因以及具體的位置，以此采取對應措施以確保發(fā)動機的運行安全，從而減少經(jīng)濟損失。

參考文獻

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