ЕКВІВАЛЕНТНО-ЦИКЛІЧНІ ВИПРОБУВАННЯ ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ
Встановлення ресурсу двигуна здійснюється відповідно до нормативних документів. Для двигунів цивільної авіації таким основним документом є ЕНЛГ.
Двигун після розробки та доведення повинен мати деякий початковий ресурс. Однією з головних підстав для встановлення ресурсу є успішне проходження тривалих випробувань на повний ресурс чи еквівалентно-циклічних випробувань. Наприклад, відповідно до ЕНЛГ для встановлення початкового ресурсу мають бути проведені випробування двох двигунів за програмою еквівалентно-циклічних випробувань (ЕЦІ), одного - за експлуатаційною програмою.
Основою для розробки обох цих типів випробувань є посередній політний цикл, що є зміною за часом тиску і температури повітря на вході в двигун, частот обертання роторів та інших параметрів, що характеризують режими роботи двигуна на літаку. p align="justify"> Посередній польотний цикл формується в результаті статистичного аналізу фактичних умов роботи двигуна в експлуатації за даними бортових реєстраторів параметрів польоту, а для нових двигунів - за даними для попереднього покоління ЛА з урахуванням прогнозованих змін. У польотному циклі зазначаються: тривалість та умови польоту (М, Н) та наземного напрацювання; загальна тривалість роботи на максимальному режимі та на форсажних режимах; кількість запусків; кількість виходів на режим (у тому числі і "холодного" двигуна); кількість включень форсажу; число та інтенсивність змінних процесів, що характеризуються величиною переміщення РУДу або зміною частоти обертання роторів; число спрацьовувань засобів механізації (реверсу, стрічок перепуску, поворотних напрямних апаратів та ін.).
У деяких випадках експлуатація двигуна може характеризуватись кількомапольотними циклами.
З польотного циклу розробляється випробувальний цикл, тобто. зміна у часі частот обертання роторів, положень регулюючих органів та умов на вході в двигун при стендових випробуваннях, що забезпечують відтворення ушкоджуваності, характерне для умов експлуатації. Зокрема, випробувальний цикл для випробувань двигуна за експлуатаційною програмою повинен повністю відтворювати напрацювання на всіх режимах і кількість змінних процесів польотного циклу. У разі потреби до програми включаються також випробування з підігрівом повітря.
Можна виділити три основні принципи складання програми еквівалентно-циклічних випробувань ВМД.
1. Збільшується напрацювання двигуна на найбільш навантажених режимах (злітний чи максимальний тривалий). Сумарний час напрацювання має бути еквівалентним за тривалою міцністю часу напрацювання в польотному циклі найбільш навантаженої деталі гарячої частини двигуна (зазвичай це лопатка першого ступеня турбіни).
2. Для підтвердження достатньої міцності втоми вводиться напрацювання на резонансних частотах або з урахуванням розкиду власних частот в межах 5. 10 % робоча область частот обертання розбивається на кілька діапазонів (зазвичай через 5 %) і в кожному діапазоні передбачається напрацювання не менше однієї хвилини на 1 годину напрацювання у польотному циклі.
3. Перевірка на малоциклову втому забезпечується повним відтворенням перехідних процесів (запусків, проб прийомистості, включення реверсу, перемикання засобів механізації компресора і т.д.) з урахуванням коефіцієнта відповідності польотного та випробувального циклів.
Розглянемо характерні особливості проведення еквівалентно-циклічних випробувань на прикладі 150-годиннихстендових випробувань передбачених ЕНЛГ для двигунів літаків, що допускаються до пасажирських перевезень. Ця програма еквівалентна приблизно 600-годинній експлуатаційній програмі.
Нижче наведено сумарний час напрацювання окремих режимах.
Злітний 18 год 45 хв
Максимальний тривалий 45 год 00 хв
Не менше 15 режимів роботи, що встановилися
через приблизно однакові за частотою обертання
інтервали між режимом земного малого газу та
максимальним тривалим режимом. 62 год 30 хв
Змінні процеси (прийнятість, скидання газу
та ін.) та земний малий газ 23 год 45 хв
Проби прийомистості 300
Увімкнення реверсу тяги 200
Як бачимо, частка навантажених режимів (злітний і максимальний тривалий) досить велика (42 %), причому злітний режим у цих випробуваннях становить 12,5 %, тоді як експлуатації він перевищує 4 %. Близько половини всього часу випробувань (62 год 30 хв) становить ступінчасте напрацювання на різних частотах обертання, мета якої - перевірка втомної міцності.
Змінні процеси, спроби прийомистості, спроби запуску, включення реверсу тяги відповідають умовам експлуатації.
150-годинні випробування проводяться у 25 шестигодинних етапів, які дещо відрізняються режимами роботи двигуна. Як приклад на рис. 6.3 наведено графік зміни відносної частоти обертання ротора за часом одного з етапів. Подібні графіки поширені на практиці випробувань через наочність. Зазначимо, що протягом всього етапу випробувань режим роботи двигуна змінюється багаторазово. Тому для отримання об'єктивних результатів необхідно приділяти особливу увагу точності виходу та підтримки режимів.
У нормативнійДокументації досить докладно обумовлюються прийоми проведення ЕЦІ. Так, перевірка роботи двигуна здійснюється при розгоні від режиму малого газу, а також від режиму польотного малого газу до злітного режиму та при скиданні газу (по 150 спроб прийомистості). При цьому переміщення РУД від одного крайнього становища до другого не повинно займати більше ніж 1 с. Фіксується час прийомистості - проміжок часу від початку переміщення РУД до досягнення двигуном 95 % злітної тяги. Зі 100 запусків, що виконуються при 150-годинних випробуваннях, 25 – «холодні», 10 – «гарячі» та 10 помилкові.
"Холодний" запуск - запуск, що здійснюється не раніше ніж через дві години після вимкнення двигуна. «Гарячий» запуск виконується не пізніше ніж через 15 хв після вимкнення двигуна. Помилковий запуск - розкручування ротора двигуна пусковим пристроєм з подачею палива до камери згоряння при вимкненій системі запалювання.
Мал. 6.3. Типовий етап програми 150-годинних ЕЦІ
Спеціально обумовлено особливості випробувань з відбором повітря та з реверсивним пристроєм. Так, наприклад, передбачена робота двигуна протягом 25% випробувань з включеною протиобмерзаючою системою (ПОС) (на різних режимах), а відбір повітря на наддув кабіни повинен проводитися безперервно; виконується 200 циклів увімкнення реверсивного пристрою; перевіряється прийомистість реверсивної тяги.
За час випробувань має бути виконано 100 перемикань засобів механізації компресора (поворотних напрямних апаратів, стрічок або клапанів перепуску тощо).
Літаки, встановлені на двигуні, повинні працювати під навантаженням.
Для ТВД спеціально передбачаються прийоми перевірки працездатності гвинта (50 змін кроку лопатей гвинта під час переведення двигуна з режимумалого газу на злітний режим і назад, 10 вводів лопатей у флюгерне положення, 200 вводів лопатей у положення реверсування тяги і назад та ін.).
Особливу увагу приділено роботі олійної системи. Так, один з етапів повинен виконуватися при мінімальному тиску олії, або при роботі на навантажених режимах олія повинна мати максимальну допустиму температуру і т.д.
В ЕНЛГ обговорюється низка загальних вимог до проведення 150-годинних випробувань, які є характерними і для інших видів літальних та еквівалентно-циклічних випробувань.
Перед випробуваннями повинні бути виконані ретельний контроль елементів двигуна та перевірка відповідності їх технічною документацією, а також перевірено роботу агрегатів та їх характеристики.
Двигун збирається відповідно до технічної документації в тій же компонуванні, що й для експлуатації. Проводяться здавальні, та був контрольні випробування, у процесі яких двигун «налаштовується» на параметри, відповідні ТУ. Перевіряються пускові властивості двигуна, визначаються дросельні характеристики. Складається акт здачі, після чого двигун може бути пред'явлений ЕЦІ.
Перед початком та після закінчення випробувань перевіряється робота двигуна на режимі малого газу безперервно протягом максимально заявленого часу, а також готовність спрацьовування систем аварійного захисту, сигналізації та діагностичних пристроїв, що є на двигуні. Під час проведення випробувань обслуговування двигуна та його агрегатів повинно проводитись відповідно до посібника з обслуговування (РО). Під час проведення передбачених РВ регламентних робіт має використовуватися лише інструмент, що входить до бортового комплекту. Після закінчення випробувань повторно визначаються дросельні характеристики двигуна.Проводиться зовнішній огляд двигуна та його агрегатів. Потім агрегати знімаються з двигуна і здійснюється перевірка їх характеристик. Розбирається двигун з дефектацією та мікрометричним обміром деталей з метою визначення зносу, деформацій, витяжки та ін. Виконується також перевірка градуювання контрольно-вимірювальної апаратури.
Для встановлення початкового призначеного ресурсу двигуна проводяться ЕЦІ вузлів та основних деталей та двигуна в цілому шляхом багаторазового виконання випробувальних циклів, сформованих на основі польотного циклу. Випробування вузлів та деталей проводяться, як правило, у системі двигуна, і ці випробування можуть поєднуватися з випробуваннями двигуна загалом. Однак допускається проведення випробувань окремих вузлів та деталей на автономних установках за умови навантаження за малоцикловою втомою, еквівалентною робочим умовам.
При проведенні ЕЦІ деталей двигуна при необхідності проводяться їх огляд, розбирання двигуна, заміна дефектних деталей, проведення передбачених під час ремонту доробок. Число оглядів, як і час між ними, не регламентується.
Довговічність вузлів і деталей встановлюється за напрацюванням у годинах та у випробувальних циклах Nі в межах фактично проведених з позитивними результатами ЕЦІ. Призначені ресурси Nі у польотних циклах визначаються за формулою Nі=Nі x/hі, де x - коефіцієнт відповідності випробувального та польотного циклів; hі - коефіцієнт запасу, значення якого залежить від числа екземплярів випробуваної деталі або вузла nі, hі = 3 при nі = 1; hі=2,5 при nі =2 і hі=2 при nі³3.
Запас береться по відношенню до мінімального значення Nі, встановленого у випробуваннях: Початковий призначений ресурс двигуна повинен дорівнювати мінімальному значенню призначеного ресурсу основнихдеталей, які не підлягають заміні. Він встановлюється (у годинах та циклах) на підставі ЕЦІ одного двигуна із запасом за кількістю випробувальних циклів 1,2.
Після випробувань проводяться розбирання та дефектація двигуна.
Випробування кваліфікуються як успішні, якщо при їх проведенні не було руйнувань роторних деталей, а також відмов та дефектів інших основних деталей, які в експлуатаційних умовах можуть призвести до відмов з небезпечними наслідками.