CC BY
21УДК 629.78.018.4
использование аппаратуры контроля быстроменяющихся параметров при испытаниях турбокомпрессоров-генераторов турбомашинных систем преобразования энергии
© 2022 г. каревский А.в., Андрианов д.и., готовцев к.в., Петрунин С.в., филин н.А.
Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации «Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша» (АО ГНЦ «Центр Келдыша») Онежская ул., 8, г. Москва, Российская Федерация, 125438, e-mail: kerc@elnet.msk.ru
В статье изложена роль средств и методов измерения быстроменяющихся параметров (вибраций, перемещений, акустического шума и пр.) для оценки работоспособности быстровращающихся турбокомпрессоров-генераторов, используемых в составе турбомашинных систем преобразования энергии. Приведены основные подходы к организации измерений быстроменяющихся параметров турбокомпрессоров-генераторов при их испытаниях. Даны сведения по составу и характеристикам аппаратуры контроля быстроменяющихся параметров и программного обеспечения, используемых в АО ГНЦ «Центр Келдыша» при проведении испытаний турбокомпрессоров-генераторов. Даны примеры настройки аппаратуры, обработки результатов испытаний и их последующего анализа.
Ключевые слова: аппаратура контроля, быстроменяющиеся параметры, вибрации, перемещения, ротор, турбокомпрессор-генератор.
THE use of equipment for monitoring rapidly
CHANGING pARAMETERS DuRING TESTS OF TuRBO
compressors-generators for turbo machine energy conversion systems
Karevskiy A.V., Andrianov D.I., Gotovtsev K.V., petrunin S.V., Filin N.A.
Joint Stock Company Keldysh State Research Center (Keldysh Research Center) 8 Onezhskaya str, Moscow, 125438, Russian Federation, e-mail: kerc@elnet.msk.ru
The paper describes the role of equipment and techniques for measuring rapidly changing parameters (vibrations, displacements, acoustic noise, etc.) in order to evaluate the performance of rapidly rotating turbo compressors-generators used within turbo machine systems for energy conversion. The paper presents main approaches to setting up measurements of rapidly changing parameters of turbo compressors-generators during their tests. It provides information about the configuration and characteristics of the equipment for monitoring rapidly changing parameters and software used at Keldysh Research Center during tests on turbo compressors-generators. Examples are provided of the hardware setup, processing of the test results and their subsequent analysis.
Key words: monitoring equipment, rapidly changing parameters, vibrations, displacements, rotor, turbo compressor-generator.
КАРЕВСКИй A.B. АНДРИАНОВ Д.И. ГОТОБЦЕБ К.В. ПЕТРУНИН С.В. ФИЛИН H.A.
КАРЕВСКИЙ Андрей Владимирович — кандидат технических наук, начальник отдела АО ГНЦ «Центр Келдыша», e-mail: 101310-1@kerc.msk.ru
KAREVSKIY Andrey Vladimirovich — Candidate of Science (Engineering), Head of Department at Keldysh Research Center, e-mail: 101310-1@kerc.msk.ru
АНДРИАНОВ Дмитрий Игоревич — инженер 2 категории АО ГНЦ «Центр Келдыша», e-mail: 101310-1@kerc.msk.ru
АNDRIANOV Dmitry Igorevich — Engineer 2 category at Keldysh Research Center, e-mail: 101310-1@kerc.msk.ru
ГОТОВЦЕВ Кирилл Владимирович — ведущий инженер-конструктор АО ГНЦ «Центр Келдыша», e-mail: gotkir@elnet.msk.ru
GOTOVTSEV Kirill Vladimirovich — Lead engineer-designer at Keldysh Research Center, e-mail: gotkir@ kerc.msk.ru
ПЕТРУНИН Сергей Валерьевич — кандидат технических наук, начальник сектора АО ГНЦ «Центр Келдыша», e-mail: kerc@elnet.msk.ru
PETRUNIN Sergey Valerievich — Candidate of Science (Engineering), Head of Subdepartment at Keldysh Research Center, e-mail: kerc@elnet.msk.ru
ФИЛИН Николай Александрович — ведущий инженер АО ГНЦ «Центр Келдыша», e-mail: kerc@elnet.msk.ru
FILIN Nikolay Aleksandrovich — Lead engineer at Keldysh Research Center, e-mail: kerc@elnet.msk.ru
Введение
Автономные энергетические установки, основанные на турбомашинном способе преобразования тепловой энергии, достаточно давно и успешно используются в самых различных сферах: городское и муниципальное хозяйство, инфраструктура, нефтегазовая отрасль и т. п. Примерами таких установок являются микротурбинные установки фирм Capstone, Turbec и ряда других [1], работающие по открытому циклу с использованием теплоты сгорания органического топлива.
Установки с турбомашинным преобразованием энергии, работающие по замкнутому циклу Брайтона, мощностью от сотен киловатт до мегаватт, в т. ч., использующие ядерные источники тепла для нагрева рабочего тела, рассматриваются в нашей стране и за рубежом в качестве средств энергетического обеспечения для решения целого ряда перспективных задач в космосе [2-5].
Ключевым элементом турбомашинных систем преобразования энергии является турбокомпрессор-генератор (ТКГ). ТКГ представляет собой агрегат, объединяющий в единой конструкции:
• турбину, обеспечивающую преобразование тепловой энергии газообразного рабочего тела, нагретого до высокой температуры в источнике тепла, в механическую энергию вращающегося ротора;
• компрессор, обеспечивающий циркуляцию газообразного рабочего тела по замкнутому контуру с требуемым перепадом давления;
• генератор, обеспечивающий преобразование механической энергии вращающегося ротора в электрическую энергию переменного тока.
Исходя из общих требований к энергоустановкам с турбомашинным преобразованием энергии, таких как высокая удельная мощность, минимальные масса и габариты, максимальный КПД, высокий ресурс и пр., условия работы ТКГ характеризуются:
• высокой (десятки тысяч оборотов в минуту) частотой вращения ротора;
• длительным (десятки тысяч часов) ресурсом работы без обслуживания;
• значительными градиентами температуры по конструкции (от нескольких десятков градусов Цельсия в компрессорной части и до 1 000 °С и выше — в турбинной).
Указанные условия работы делают ТКГ в составе энергоустановки наиболее критичным элементом с точки зрения обеспечения его надёжной работы. Любой отказ ТКГ, особенно связанный с остановом его ротора, приводит к невозможности дальнейшего функционирования энергоустановки и возникновению аварийной ситуации. В связи с этим при проведении экспериментальной отработки необходимо уделять особое внимание диагностике технического состояния ТКГ с целью выявления и идентификации признаков его нештатной работы, которые потенциально могут привести к возникновению аварийной ситуации.
особенности конструкции турбокомпрессора-генератора и средства контроля его технического состояния
Ближайшим аналогом ТКГ в ракетно-космической технике можно считать турбонасосный агрегат (ТНА) жидкостного ракетного двигателя. При экспериментальной отработке для контроля технического состояния ТНА широко используются методы вибро- и акусти-
ческой диагностики, внедрение которых было инициировано, в т. ч., результатами работ, выполненных АО ГНЦ «Центр Келдыша» (ранее НИИТП, ФГУП «Центр Келдыша») [6]. Несмотря на схожесть функционального назначения, ТКГ по сравнению с ТНА имеет принципиальное конструкционное отличие, предопределяющее, в т. ч., выбор основного метода диагностики его технического состояния. Это отличие состоит в необходимости использования в конструкции ТКГ так называемых бесконтактных подшипниковых опор, в которых отсутствует непосредственный механический контакт между вращающимися и неподвижными элементами подшипника. Среди различных типов таких опор в составе ТКГ нашли наибольшее распространение лепестковые газодинамические подшипники (ЛГП) [7, 8], имеющие ряд важных конструкционных и эксплуатационных преимуществ. Такие подшипники используются, в частности, в упомянутых выше микротурбинных установках фирмы Capstone (США) электрической мощностью 30...200 кВт с частотой вращения ротора 60 000...96 000 об/мин, работающих непрерывно без обслуживания тысячи часов. ЛГП рассматриваются также и для использования в конструкции ТКГ систем преобразования энергии большой мощности, предназначенных для энергодвигательного обеспечения перспективных космических аппаратов.
В ЛГП при вращении ротора за счёт вязкости рабочего газа между цапфой и гибкими металлическими элементами (лепестками) образуется несущий газовый слой толщиной несколько десятков микрометров. Между лепестками и отверстием в корпусе подшипника имеется достаточный зазор (несколько сотен микрометров), позволяющий лепесткам принять оптимальную форму для формирования газового слоя. Кроме того, этот зазор компенсирует возможные погрешности изготовления деталей и сборки агрегата, а также температурные деформации. Снижение «сухого» трения при запуске и останове достигается полировкой цапф ротора и нанесением на поверхность лепестков специального антифрикционного покрытия. Для надёжной работы ЛГП необходимо обеспечить выполнение достаточно жёстких
требований по шероховатости, точности геометрических размеров и взаимному расположению опорных поверхностей ротора и корпусов подшипников, а также по балансировке ротора. В процессе функционирования ТКГ вследствие температурных деформаций, эрозии проточных трактов рабочих колёс турбины и компрессора, ослабления усилия стяжки элементов ротора из-за неравномерного прогрева и пр. начальный дисбаланс ротора может увеличиться. Увеличение дисбаланса приводит к росту сил, действующих на вращающийся ротор и воспринимаемых ЛГП, и, соответственно, к росту амплитуды перемещений ротора в ЛГП. Предельным состоянием является полная выборка зазора между лепестками и отверстием в корпусе подшипника с потерей несущего газового слоя и возникновением «сухого» контакта ротора ТКГ и лепестков. Учитывая высокие рабочие скорости вращения ротора, возникновение «сухого» контакта приводит к истиранию антифрикционного покрытия, локальному выделению большого количества тепла, частичному расплавлению и приварке лепестков к цапфе с последующим аварийным остановом ротора ТКГ.
Таким образом, имея информацию о перемещениях ротора, вращающегося в ЛГП, можно оценить техническое состояние ТКГ и спрогнозировать возможность возникновения аварийной ситуации. Эта информация может быть получена с помощью бесконтактных датчиков контроля перемещений (ДП), установленных в нескольких сечениях по длине ротора. Дополнительными средствами контроля, в совокупности с датчиками перемещений, дающими полную картину о динамических процессах в ТКГ, являются датчики вибраций, акустического шума (микрофон) и частоты вращения ротора.
Вибрации, перемещения и акустический шум относятся к так называемым быстроменяющимся параметрам (БМП), которые характеризуют протекание физических процессов с частотами в десятки и даже сотни килогерц. Это обстоятельство накладывает специфические требования, предъявляемые как к измерительным датчикам, так и к программно-аппаратным средствам регистрации и обработки БМП. В частности, частотный диапазон датчиков должен быть не ниже,
а частота опроса каналов, реализуемая аппаратурой, должна быть минимум в два раза выше максимальной интересующей частоты регистрируемого процесса. Некоторые вопросы применения средств сбора и обработки быстроменяющихся параметров при испытаниях изделий ракетно-космической техники рассмотрены, например, в работах [9-11].
результаты исследований работы ткг, полученные Ао гнц «центр келдыша» с использованием аппаратуры контроля быстроменяющихся параметров
В АО ГНЦ «Центр Келдыша» внедрение методов контроля перемещений ротора, вращающегося в ЛГП, было реализовано Н.А. Филиным в конце 1990-х гг. при проведении стендовых испытаний экспериментального ТКГ в рамках работ по созданию систем и агрегатов солнечной газотурбинной установки проектной мощностью до 10 кВт [12]. В качестве первичных преобразователей использовались компактные вихретоковые датчики перемещений собственной разработки с высокотемпературным антивибрационным кабелем. Сигналы от датчиков записывались на многоканальный магнитный регистратор модели 7000А фирмы EMI (Англия), обеспечивающий частотный диапазон регистрации до 22 кГц, а также выводились на экран осциллографа для контроля перемещений ротора в режиме реального времени. Постобработка записанных сигналов осуществлялась с использованием аппаратурно-вычис-лительного комплекса фирмы «Брюль и Кьер» (Дания) на основе цифрового двухканального анализатора, который проводит расчёты на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье, а также обработку сигналов по спецпрограммам. В результате обработки записанных сигналов были получены осциллограммы, амплитудно-частотные спектры и орбиты перемещения ротора ТКГ в ЛГП (рис. 1). В ходе работ была продемонстрирована высокая информативность методов контроля перемещений для исследования поведения ротора в ЛГП, определения технического состояния ТКГ, идентификации источников вибронагрузок и предотвращения возможных отказов в ходе проведения стендовых испытаний.
а)
0,6 0,8 Частота, кГц
б)
20
-20 -40
1 /
\ . ^•яяи "..................
-200 -150 -100 -50
50
100
мкм
в)
Рис. 1. Перемещения ротора экспериментального ТКГ: а
б — амплитудно-частотный спектр; в — форма орбиты
Экспериментальные исследования ТКГ с роторами, вращающимися в ЛГП, были возобновлены АО ГНЦ «Центр Келдыша» в рамках работ по проекту «Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса», который выполнялся в 2010...2018 гг. кооперацией организаций госкорпораций «Роскосмос» и «Росатом» [13]. В ходе этих работ в АО ГНЦ «Центр Келдыша» на стенде испытаний мощных высокооборотных агрегатов [14, 15] были выполнены, в т. ч., исследовательские испытания различных вариантов конструкции ТКГ. Методология исследований БМП ТКГ опиралась на опыт, полученный ранее в ходе упомянутых стендовых испытаний экспериментального ТКГ для солнечной газотурбинной установки, с учётом существенно возросшего уровня возможностей современной аппаратуры и программно-математического обеспечения.
При выборе аппаратуры для контроля БМП ТКГ были проанализированы характеристики и возможности программно-аппаратных измерительных комплексов как зарубежных, так и отечественных производителей, в т. ч., ООО НПП «Мера» и ООО «Диамех». Аппаратура и программное обеспечение (ПО) указанных предприятий обладают достаточно широкими возможностями по сбору и последующей обработке быстроменяющихся параметров, однако имеют ограничения, связанные с невозможностью построения и визуализации орбит движения ротора в режиме реального времени (построение и анализ орбит возможны только в режиме постобработки после окончания испытаний). В связи с этим выбор был сделан в пользу измерительного комплекса 3/Я/и3-А3319 фирмы ОЕШЕЗаА (Словения) [16], который обладает всем необходимым набором характеристик и средств для контроля и оценки технического состояния ТКГ, в т. ч. обеспечивает построение и визуализацию орбит движения ротора при испытаниях ТКГ в режиме реального времени.
Измерительный комплекс 3/КШ3-А3319 состоит из объединённых в едином корпусе компьютерного модуля 31ШиЗ-ЗБОХ2 на базе высокопроизводительного процессора /иЬвШСатв™ 17 с тактовой частотой 4x2,0 ГГц и двух модулей сбора и обработки информации 3/Ши31 вхСИС и 31Ши31 6хСИС 2хСИС+.
Модули 31Ши31 в х СИ С и 3тШ31 6хСИС 2хСИС+ имеют по восемь аналоговых входов, к которым могут быть подключены датчики с выходным сигналом в виде напряжения, тока, заряда, а также пьезоэлектрические датчики со встроенной электроникой (так называемые /СР-датчики). Модуль СИС+ имеет также два дополнительных разъёма для
осциллограмма;
возможности подсчета импульсных сигналов от датчиков тахометрического типа. В модулях используются двух-канальные 24-разрядные дельта-сигма аналого-цифровые преобразователи с входным низкочастотным фильтром для защиты от наложения спектров. Синхронная частота опросов каналов, задаваемая при настройке режимов измерений, составляет 5...200 кГц, что позволяет регистрировать и проводить анализ процессов с характерными частотами до 100 кГц.
Поставляемое вместе с измерительным комплексом специализированное ПО DEWESoft Х3 [17] обладает широкими возможностями по сбору, обработке, представлению и анализу данных измерений. Интерфейс измерений создаётся пользователем путём размещения в окнах программы различных графических инструментов, позволяющих выводить как числовые значения, так и графики изменения параметров (рис. 2).
Встроенные математические инструменты ПО DEWESoft Х3 (частотные фильтры, функции временного и частотного анализов, дифференцирование, интегрирование и статистическая обработка и пр.) позволяют проводить онлайн обработку сигналов для представления их в виде, наиболее удобном для визуального восприятия и последующего
анализа. Файл с данными испытаний может быть впоследствии воспроизведен и просмотрен с различной скоростью как в прямом, так и обратном направлении, с возможностью прослушивания записанных акустических сигналов через аудиоустройства. При необходимости при постобработке могут быть созданы дополнительные инструменты для обработки и анализа записанных сигналов. Кроме того, данные испытаний могут быть экспортированы в файлы различного формата (Excel, Matlab, DIAdem и др.) для проведения дополнительных вычислений, построения графиков и пр.
Для контроля перемещений ротора ТКГ использовались высокоточные датчики радиальных перемещений вихре-токового типа, установленные в нескольких сечениях по длине ротора. В каждом сечении под углом 90° друг к другу располагалось по два таких датчика (рис. 3), что позволило строить орбиты, наглядно иллюстрирующие движение ротора при его вращении в ЛГП.
На корпусе ТКГ установлены также три пьезоэлектрических датчика, измеряющих вибрации в трёх взаимно перпендикулярных направлениях (Вх, Ву и Bz). Фиксация акустического шума осуществлялась пьезоэлектрическим микрофоном свободного поля с предусилителем, установленным на некотором расстоянии от ТКГ.
Рис. 2. Пример интерфейса программы DEWESoft X3 при проведении испытаний ТКГ: 1 — орбиты перемещений; 2 — стрелочный индикатор; 3 — амплитудно-частотный спектр; 4 — осциллограф; 5 — поля с числовыми значениями параметров; 6 — временной график изменения параметра
Рис. 3. Схема установки датчиков радиальных перемещений (ДП)
Для обработки и отображения сигналов от датчиков перемещений были использованы предоставляемые ПО DEWESoft Х3 частотные фильтры. Целесообразность их применения связана с тем, что фиксируемое датчиком перемещений изменение расстояния между его чувствительным элементом и поверхностью ротора ТКГ вызвано как движением (прецессией) геометрической
оси ротора, так и отклонением реальной геометрии ротора от идеального цилиндра (наличие эллипсности, выступов, впадин и пр.). Вследствие этого в сигнале датчиков перемещений, кроме основной гармоники, соответствующей частоте вращения ротора fр, присутствуют также дополнительные высшие гармоники с частотами, кратными fр. Из-за этого регистрируемая орбита движения ротора ТКГ в общем случае будет иметь вид некоторой фигуры сложной формы, что может затруднить визуальную идентификацию начала неустойчивого вращения ротора в ЛГП. Для регистрации перемещений только оси ротора и исключения из анализа дополнительных высших гармоник, обусловленных реальной геометрией ротора, может быть использован фильтр нижних частот (Low pass) или полосовой фильтр (Band pass), верхняя граница пропускания которых задаётся несколько большей частотой вращения ротора. В качестве примера на рис. 4 приведены осциллограммы перемещений ротора и соответствующие им орбиты движения без фильтрации и с использованием полосового фильтра.
а)
б)
Рис. 4. Осциллограммы перемещений и форма орбиты ротора ТКГ: а
полосового фильтра
без фильтрации; б — с использованием
Данные рис. 4 показывают, что в случае использования полосового фильтра по показаниям датчиков ДП «X» и ДП «7» перемещения ротора представляют собой синусоиды, сдвинутые друг относительно друга по времени на % от периода вращения, а соответствующая им орбита — эллипс, размеры полуосей которого соответствуют амплитуде перемещений ротора в направлении соответствующих датчиков. Следует отметить, что в случае использования инструментов фильтрации вся информация об исходных (нефильтрованных) сигналах также записывается и может быть при необходимости воспроизведена и проанализирована при постобработке.
Важнейшим математическим инструментом ПО DEWESoftХ3 является спектральный анализ сигналов, проводимый с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье (в английской
аббревиатуре FFT — Fast Fourier Transform). Данный инструмент позволяет получить амплитудно-частотный спектр сигнала, при анализе которого можно выделить характерные частоты, на которых возбуждаются колебания, и тем самым идентифицировать возможные источники возмущений. В качестве примера на рис. 5 приведены спектры вибраций и акустического шума ТКГ, зарегистрированные при частоте вращения ротора -26 790 об/мин (fр = 447 Гц).
Данные рис. 5 показывают, что наибольшим значениям виброускорений и акустического шума соответствуют частоты -3 572 Гц (8fp) и -7 144 Гц (16fp). Поскольку рабочее колесо компрессора ТКГ имело 16 лопаток (8 коротких и 8 длинных), что соответствует кратности выявленных частот, то был сделан вывод о неоптимальном течении рабочего тела через компрессор.
Частота а)
Частота, б)
Рис. 5. Амплитудно-частотные спектры ТКГ: а — вибрации; б — акустический шум
Этот вывод нашёл свое подтверждение в результатах автономных испытаний и трёхмерных газодинамических расчётов, которые показали сниженный КПД компрессора из-за наличия вихрей и отрывов потока, возникающих при обтекании лопаток рабочего колеса.
Анализ амплитудно-частотного спектра перемещений ротора, наряду с анализом формы орбиты его движения,
также является важным средством для оценки технического состояния ТКГ. Так, в ходе испытаний было выявлено, что характерным признаком начала касания вращающихся элементов ротора ТКГ о неподвижные корпусные детали является появление и рост амплитуд составляющих перемещений с частотами ниже частоты вращения ротора fр (рис. 6).
а)
б)
в)
Рис. 6. Изменения спектра перемещений и формы орбиты при касании вращающихся элементов ротора о неподвижные корпусные детали: а — нет касания; б — начало касания; в — касание
Этот признак начинает проявляться даже несколько раньше, чем становятся визуально заметны искажения формы орбит движения ротора в ЛГП, и служит сигналом для прекращения испытаний с целью предотвращения аварийного останова и необратимого заклинивания ротора ТКГ.
Упомянутый выше полосовой фильтр (инструмент Band pass) может быть использован для выделения какого-либо интересующего диапазона частот и отслеживания изменения амплитуды измеряемой физической величины в этом диапазоне в ходе испытаний. Для этого при настройке параметров полосового фильтра задают его нижнюю ^ и верхнюю fв границы близкими к значению интересующей частоты f, например, ^ = 0,95f и fв = 1,05f. Отслеживание в режиме реального времени изменения амплитуды физической величины в выбранном диапазоне частот может быть выполнено с помощью инструмента «Регистратор» (Recorder), на котором будут выводиться соответствующие графики. В качестве примера на рис. 7 приведены графики изменения вибраций ТКГ на частоте, соответствующей частоте вращения ротора fр. Эти графики демонстрируют наличие некоторого переходного процесса до установления стационарных значений виброускорений, связанного, по-видимому, с прогревом конструкции ротора.
Кроме регистрации и обработки вибраций, перемещений и акустического шума с помощью измерительного комплекса SIRIUS-AS319 могут быть также проведены исследования параметров электроэнергии в силовых цепях генератора ТКГ. Для этого предназначен имеющийся
6000 Время, с
Рис. 7. Временные графики изменения вибраций ТКГ на частоте / = /р:
— — Ву; — — Вг
в ПО DEWESoft X3 специальный программный модуль Power grid analysis, позволяющий анализировать одно- и трёхфазные сети переменного тока. При настройке условий для измерений выбирается наиболее близкая к реальной схема подключения датчиков тока и напряжения. На основании результатов измерений линейных напряжений модуль Power grid analysis рассчитывает действующие значения фазных напряжений, необходимые для экспресс-анализа, в т. ч., для идентификации аварийной ситуации. Для показателей мощности формируются асинхронные каналы активной, реактивной и полной мощностей, а также коэффициента и угла мощности. С помощью этих каналов возможно получать информацию об электрических параметрах в силовых цепях генератора, выводить её в режиме реального времени в виде числовых значений, временных графиков, осциллограмм, векторных диаграмм и пр.
заключение
Средства регистрации быстроменяющихся параметров, в первую очередь, перемещений ротора, а также вибраций и акустического шума, играют важнейшую роль в определении технического состояния ТКГ, который является наиболее критичным элементом энергоустановок с турбомашинным преобразованием энергии.
АО ГНЦ «Центр Келдыша» разработаны требования и экспериментально опробовано применение современной аппаратуры для регистрации быстроменяющихся параметров в виде многоканального измерительного комплекса SIRIUS-AS319 фирмы DEWESoft с установленным в его составе специализированным ПО.
При проведении испытаний ТКГ с использованием измерительного комплекса SIRIUS-AS319 получен целый ряд результатов по работе ротора в лепестковых газодинамических подшипниках, в т. ч. идентифицированы возможные источники по-дг. вышенных вибраций, определены признаки начала
и развития некоторых предаварийных ситуаций. Полученные диагностические признаки, характеризующие работу ТКГ, могут быть в дальнейшем использованы в алгоритмах управления работой штатных энергоустановок с турбомашинным преобразованием энергии для анализа технического состояния и принятия решений по предотвращению возникновения потенциальных аварийных ситуаций.
Список литературы
1. Pахимoв M. Микротурбины Capstone -локальный источник энергии на Ямале // Вести газпромтранса. 2013. № 7(95). С. 4.
2. Кopomeeв A.C. Новый этап развития космической энергетики // Вестник РАН. 2012. Т. S2. № 4. С. 317-322.
3. Кopomeeв A.C., Ошeв ЮЛ, no-тв C.A., Каpeвcкий A.B., Coлoдyхин A.E., Захаpeнкoв Л.Э., Ceмeнкин A.B. Ядерная энергодвигательная установка космического аппарата // Известия РАН. Энергетика. 2015. № 5. С. 45-59.
4. Prometheus Project Final Report // National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, CA Pasadena 9S2-R120461, October 1, 2005.
5. McGuire M.L., Martini M.C., Packard T.W., Weglian J.E. and Gilland J.H. Use of high-power Brayton nuclear electric propulsion (NEP) for a 2033 Mars round-trip mission // NASA/TM Paper No. 2006-214106.
6. Кoчemкoв M.M., Чyмачeнкo Б.Н., Бeлoкoнь B.C., Филин H.A. Методика диагностирования технического состояния и работоспособности ТНА ЖРД на основе анализа вибрационных сигналов. Рекомендации по снижению вибраций ТНА // Авиакосмическая техника и технология. 2000. № 2. С. 59-64.
7. Румянщв MM., Захаpoва Н.Е., Cигачeв CM. Применение лепестковых газодинамических подшипников в турбогенераторных агрегатах малой мощности // Известия МГТУ МАМИ. 2014. Т. 1. № 4(22). С. 61-6S.
S. Твмж M.M., Гавpилoв B.B. Тенденции применения лепестковых газовых подшипников в опорах ГТУ и ГТД (обзор) // Авиационные двигатели. 2020. № 1(6). С. 71-79.
9. Ягoдникoв Д.A., Cyхoв A.B., Mpья-тв НЯ., Латцкий B.M., rpишин C.A., Бунчук A.A. Корреляционный и спектральный
анализ электрофизических характеристик продуктов сгорания углеводородного топлива модельного жидкостного ракетного двигателя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 1(61). С. 1-17.
10. Комлев Г.В., Митрофанова А.С. Быстроменяющиеся параметры при испытаниях ЖРД / / Тенденции развития науки и образования. 2018. № 44-7. С. 34-36.
11. Кузьмин С.В. Средства сбора и обработки быстроменяющихся акустических параметров на борту ракетно-космической техники // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2017. Т. 9. № 1. С. 93-96.
12. Коротеев А. С., Семёнов В.Ф. Космические солнечные газотурбинные установки // Полёт. 2001. № 11. С. 3-11.
13. Коротеев А.С., Акимов В.Н., Попов С.А. Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса // Полёт. 2011. № 4. С. 93-99.
14. Андрианов Д.И., Захаренков Л.Э., Каревский А.В., Кирюшин Е.Н., Ошев Ю.А., Попов А.В., Попов С.А., Семёнкин А.В., Солодухин А.Е., Терехов Д.Н., Штонда С.Ю. Особенности организации наземной экспериментальной отработки мощных ядерных энергодвигательных установок космического назначения // Космическая техника и технологии. 2018. № 2(21). С. 41-53.
15. Патент 2502975 РФ. МПК G01M 15/00. Российская Федерация. Стенд для испытаний мощного высокооборотного агрегата; Зайкин Н.С., Каревский А.В., Метелкина М.И., Нечаев В.Ю., Ошев Ю.А., Попов С.А., Семенкин А.В., Федотов С.Ю., Федюнин С.Ю., Чиков А.В.; заявитель и патентообладатель — ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша»; заявка 2013103632/06 от 29.01.2013 г. // Изобретения. Полезные модели. Опубликовано 27.12.2013 г.
16. Решения для сбора данных, испытаний и измерений. Режим доступа: http:/dewesoft.com/ru (дата обращения 21.04.2021 г.).
17. DEWESoft X3. Программное обеспечение для сбора, обработки, анализа и хранения данных. Руководство пользователя. 2013.
Статья поступила в редакцию 10.08.2021 г. Окончательный вариант — 08.10.2021 г.
References
1. Rakhimov M. Mikroturbiny Capstone — lokal'nyi istochnik energii na Yamale [Microturbines Capstone as the local source of energy in Yamal]. Vestigazpromtransa, 2013, no. 7(95),pp. 4.
2. Koroteev A.S. Novyi etap razvitiya kosmicheskoi energetiki [New stage in the development of power generation in space]. Vestnik RAN, 2012, vol. 82, no. 4, pp. 317-322.
3. Koroteev A.S., Oshev Yu.A., Popov S.A., Karevskii A.V., Solodukhin A.E., Zakharenkov L.E., Semenkin A.V. Yadernaya energodvigatel'naya ustanovka kosmicheskogo apparata [Nuclear power propulsion system of the spacecraft]. Izvestiya RAN. Energetika, 2015, no. 5, pp. 45-59.
4. Prometheus Project Final Report. National Aeronautics and Space Administration, Jet Propulsion Laboratory, CA Pasadena 982-R120461, October 1, 2005.
5. McGuire, M. L., Martini, M.C., Packard, T.W., Weglian, J.E., and Gilland, J.H. Use of high-power Brayton nuclear electric propulsion (NEP) for a 2033 Mars round-trip mission. NASA/TM Paper No. 2006-214106.
6. Kochetkov M.M., Chumachenko B.N., Belokon' V.S., Filin N.A. Metodika diagnostirovaniya tekhnicheskogo sostoyaniya i rabotosposobnosti TNA ZhRD na osnove analiza vibratsionnykh signalov. Rekomendatsii po snizheniyu vibratsii TNA [A technique for diagnosing the health and serviceability of the turbopump assembly of a liquid-propellant engine based on vibration signals analysis. Guidelines for reducing turbopump assembly vibrations]. Aviakosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 2000, no. 2, pp. 59-64.
7. Rumyantsev M.Yu., Zakharova N.E., Sigachev S.I. Primenenie lepestkovykh gazodinamicheskikh podshipnikov v turbogeneratornykh agregatakh maloi moshchnosti [Use of leaf-type gasdynamic bearings in low-power turbine generator sets]. Izvestiya MGTUMAMI, 2014, vol. 1, no. 4(22), pp. 61-68.
8. Temis M.Yu., Gavrilov V.V. Tendentsii primeneniya lepestkovykh gazovykh podshipnikov v oporakh GTU i GTD (obzor) [Trends in the use of leaf-type gas bearings in the bearing supports of gas turbine plants and gas turbine engines]. Aviatsionnye dvigateli, 2020, no. 1(6), pp. 71-79.
9. Yagodnikov D.A., Sukhov A.V., Ir'yanov N.Ya., Lapitskii V.I., Grishin S.A., Bunchuk A.A. Korrelyatsionnyi i spektral'nyi analiz elektrofizicheskikh kharakteristik produktov sgoraniya uglevodorodnogo topliva model'nogo zhidkostnogo raketnogo dvigatelya [Correlation and spectral analysis of electrophysical properties of hydrocarbon fuel combustion products of a simulated liquid-propellant engine]. Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatsii, 2017, no. 1(61), pp. 1-17.
10. Komlev G.V., Mitrofanova A.S. Bystromenyayushchiesya parametry pri ispytaniyakh ZhRD [Quick-changing parameters during tests of liquid-propellant engines]. Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya, 2018, no. 44-7,pp. 34-36.
11. Kuz'min S.V. Sredstva sbora i obrabotki bystromenyayushchikhsya akusticheskikh parametrov na bortu raketno-kosmicheskoi tekhniki [Equipment for acquisition and processing of quick-changing acoustic parameters onboard rocket and space vehicles]. Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy, 2017, vol. 9, no. 1, pp. 93-96.
12. Koroteev A.S., Semenov V.F. Kosmicheskie solnechnye gazoturbinnye ustanovki [Space-based solar gas turbine plants]. Polet, 2001, no. 11, pp. 3-11.
13. Koroteev A.S., Akimov V.N., Popov S.A. Proekt sozdaniya transportno-energeticheskogo modulya na osnove yadernoi energodvigatel'noi ustanovki megavattnogo klassa [Project to develop transportation and power module based on a megawatt-class nuclear power and propulsion system]. Polet, 2011, no. 4, pp. 93-99.
14. Andrianov D.I., Zakharenkov L.E., Karevskii A.V., Kiryushin E.N., Oshev Yu.A., Popov A.V., Popov S.A., Semenkin A.V., Solodukhin A.E., Terekhov D.N., Shtonda S.Yu. Osobennosti organizatsii nazemnoi eksperimental'noi otrabotki moshchnykh yadernykh energodvigatel'nykh ustanovok kosmicheskogo naznacheniya [Special aspects of organizing ground developmental tests of high-power nuclear power generation units for space applications]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2018, no. 2(21), pp. 41-53.
15. Patent 2502975 RF. MPK G01M 15/00. Russian Federation. Stend dlya ispytanii moshchnogo vysokooborotnogo agregata [Testing facility for high-power/high-rpm equipment]; Zaikin N.S., Karevskii A.V., Metelkina M.I., Nechaev V.Yu., Oshev Yu.A., Popov S.A., Semenkin A.V., Fedotov S.Yu., Fedyunin S.Yu., Chikov A.V.; the applicant and the patent owner — GNTs FGUP «Tsentr Keldysha»; application 2013103632/06 of 29.01.2013. Izobreteniya. Poleznye modeli. Published 27.12.201.
16. Resheniya dlya sbora dannykh, ispytanii i izmerenii [Solutions for data acquisition, tests and measurements]. Available at: http:/dewesoft.com/ru (accessed21.04.2021).
17. DEWESoft X3. Programmnoe obespechenie dlya sbora, obrabotki, analiza i khraneniya dannykh. Rukovodstvo pol'zovatelya [DEWESoft X3. Software for data acquisition, processing, analysis and storage. User manual]. 2013.
