[发明专利]应用于气路静电监测的发动机碰摩故障模拟实验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于气路静电监测的发动机碰摩故障模拟实验台，属于航空发动机状态监控与故障检测领域。

背景技术

航空发动机转子叶片与封严材料或机匣本体发生碰摩是一类十分常见的气路机械故障。该故障在发生初期具有间歇性故障的特点，但是持续的碰摩故障可以影响转子系统的力平衡和动刚度，从而引起整机振动加剧、转子轴弯曲、叶片寿命降低、叶尖间隙增大、发动机性能下降或引起其他继发故障。目前航空发动机制造商普遍采取减小叶尖间隙这一方法来有效提高发动机效率，使得发动机更容易发生碰摩故障。

目前应用于监测碰摩故障主要包括定期孔探检查、性能监控以及基于振动信号监测的方法，孔探检查是一种离线检测手段，难以及时的发现发动机碰摩故障，另外，振动监测和性能监控则只能对原发故障产生的二次征兆或影响进行监测。例如，在叶片碰摩发生时，只有当损失了足够多的材料导致不平衡，才能引起发动机振动加剧而监测到异常，而且发动机自身振源很多，诊断出根本故障原因的难度比较大；对性能监控，只有当叶尖间隙的尺寸已经影响所监控的性能参数(温度、压力等)发生了较大变化时，才能监测到异常。但是从发动机制造和使用的过程中出现的新情况和新需求来看，迫切需要研究一种可以在线监测碰摩故障的技术，实现对目前存在的检测方法的有效补充的目的。

航空发动机发生碰摩故障会产生金属颗粒，这些金属颗粒最终会导致气路的总体静电荷水平变化，进而引起气路静电信号异常，最终被静电传感器感应出气路中静电整体水平变化情况，并通过静电信号采集系统获取这些信号，实现利用航空发动机气路静电监测技术监测旋转部件的碰摩故障。因静电监测技术监测的是碰摩故障的直接产物，可以提供早期故障信号，能够提前提供预警信息，为气路部件健康状态评估与剩余寿命预测提供新的信息源。该技术是一项非常有应用前景的航空发动机状态监测技术，对提前故障发现时机、预防发动机重大故障和保证飞机飞行安全等方面具有十分重要的意义。 

Powrie等分析了利用静电监测技术监测发动机碰摩故障的可行性，并提出了静电信号轴频分析的基本定义。李耀华等通过综合金属颗粒注入实验以及带电小球周期运动实验讨论了利用静电感应原理实现监测发动机碰摩故障的可行性研究以及碰摩故障所具有的周期性特征，但是缺乏直接有效的碰摩故障静电监测实验验证。为了研究航空发动机碰摩故障静电监测技术，需要开展大量的航空发动机碰摩故障静电监测实验。但是，在真实航空发动机上开展碰摩故障注入实验成本过高，并且伴随着很大的实验风险，难以实现。目前存在的航空发动机碰摩模拟实验装置大多是采用拧紧螺钉方式使转子与静子发生碰摩，不符合发动机碰摩故障模拟静电监测实验中对碰摩过程进行实时控制及调整、静电传感器安装等要求。在这些背景下，需要设计了应用于气路静电监测研究的航空发动机碰摩故障模拟试验台，能够高效的实现不同碰摩材料（碰摩材料可拆卸）的碰摩实验，实时获取碰摩故障发生时的静电信号以及径向、切向碰摩力信号，工程上易于实现，制造成本也较低，可形成研究航空发动机碰摩故障静电监测技术的实验设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于气路静电监测研究的航空发动机碰摩故障模拟试验台。     一种应用于气路静电监测的航空发动机碰摩故障模拟试验台，其特征在于：

由安装平台、转子系统、转子运动控制系统、碰摩材料进给装置、碰摩材料进给控制系统、实验数据采集系统组成； 

上述安装平台包括支撑座，还包括依次相连的安全保护罩、连接管、气路延长管；其中安全保护罩设有碰磨材料进给窗口；

上述转子系统依次由调速电机、联轴器、传动轴、轮盘、实验叶片组成；

上述转子运动控制系统依次由空气开关、电磁继电器、与上述调速电机相连的电机调速器组成；

上述实验数据采集系统包括静电传感器、转速传感器、径向冲击力测量单元、切向冲击力测量单元；其中静电传感器的探头伸入安装平台中气路延长管路中，转速传感器安装于上述调速电机处；上述静电传感器经过静电信号调理单元后，以及转速传感器、径向冲击力测量单元、切向冲击力测量单元均与信号采集卡的相应输入端相连，信号采集卡的输出端与信号处理单元相连；