有关涡轴发动机故障诊断的探讨

摘 要：该文首先对故障诊断系统的组成进行介绍，对涡轴发动机的构成进行分析，对涡轴发动机故障诊断的基本流程进行研究和探讨，以期对于涡轴发动机故障诊断技术水平的提升，以及涡轴发动机安全稳定的运行起到一定的帮助作用。

关键词：涡轴发动机 故障诊断 监视 检测

中图分类号：V235 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0043-01

对发动机的运行状况进行监视及故障诊断是一个集合了数据采集、信息处理分析以及故障报警等功能的综合系统，基本具备监视发动机及其部件的健康状况，如有故障及时隔离，利用采集及处理数据信息，系统不仅可以在线实时监视发动机的运行状况，及时向工作人员发出警告；而且还可以对发动机健康状况进行离线评价，对具体的故障类型进行诊断，确定故障所处的具置，为发动机检查、维修提供理论依据。近些年，故障诊断系统在涡轴发动机的运行和研发过程中得到广泛应用。该文对有关涡轴发动机故障诊断进行研究和探讨，不足之处，敬请指正。

1 故障诊断系统的组成

故障诊断系统必须要具备性能监视及故障诊断的功能，其中性能监视是针对发动机运行时测量参数的再现及检查，排除由于测量系统本身而导致的数据失效。实际上，故障诊断过程是通过气路分析法对发动机某一部件性能发生变化对发动机性能产生的影响进行计算和分析，以此判断出其异常原因，对故障位置进行定位，从而确定故障的模式。除此之外，发动机故障诊断系统应当包括发动机基数数学模型、发动机非线性性能模型、故障树查询数据库等模块。为了达到这些要求，发动机故障诊断系统采用模块化结构、数据库技术、神经网络结构、故障树结构以及与用户友好界面设计。具体而言，发动机故障诊断系统包括以下几个功能子系统，分别是试车数据再现子系统、数据管理子系统、发动机状态监测和故障诊断子系统，故障树管理子系统、系统用户管理子系统以及报告生成子系统。

具体而言，监测和诊断系统包括三个组成部分，分别是数据采集系统、状态识别系统以及诊断输出系统。其中数据采集系统是可以周期性的在被监测系统上被选定测点的振动、温度、噪音等数据信号进行测量。具体而言，故障诊断系统应当包括传感器、放大器、A/D接口板、计算机、磁带记录仪、示波器。

2 涡轴发动机的构成

某型号涡轴发动机是一种应用在新型直升机上的动力设备，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机是比较相近的，二者都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，前者是把风扇变成了直升机的旋翼。除此之外，涡轮轴发动机也有一些特点：一般装有自由涡轮（也就是不带动压气机），而且主要应用于直升机和垂直/短距起落飞机上。在构造方面，涡轮轴发动机具备进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，然而也装备自由涡轮，如图所示。前面是两级普通涡轮，负责带动压气机，并且维持发动机工作；后面二级是自由涡轮，负责燃气作功，利用传动轴来带动直升机的旋翼进行旋转，使其升空飞行。除此之外，涡轮流出来的燃气分析，经过尾喷管喷出之后可产生一定的推力，由于喷速太小，所以推力也不大，如果折合为功率，也仅仅是总功率的1/10。有时喷速太小，甚至是无推力。为了对直升机的结构进行合理安排，涡轮轴发动机的喷口可以向上、向下、两侧，这样构造是有利于直升机设计总体安排。

3 涡轴发动机故障诊断的基本流程

在涡轴发动机中一些关键部件都属于旋转式机械，比如说压气机、涡轮以及自由涡轮等，而且其都属于高速机组。数据调查显示，这些部件发生故障的概率会比较高，因此对这些旋转机械进行相关故障问题的诊断和分析具有一定的典型和代表意义。下文主要针对压气机进行相关故障诊断分析。

在此之前先了解诊断的基本概念，诊断实际上来源于医学，在我国的中医理念中诊断是由“望、闻、问、切，辩症施治”八字诀总结的一种医学原理和过程。其中可以细分为两个过程，一个是诊，就是提取信号特征然后对其状态进行分析；而断是对状态进行识别，然后做出决策。具体分析，机械故障诊断就是在动态的情况通过机械设备劣化进程中产生的一些信息，包括振动、噪声、压力、温度、流量、状态以及其他指标，对发动机状态进行分析，并对其故障进行诊断。具体而言，涡轴发动机故障诊断的基本流程包括以下几个方面。

（1）对敏感参数进行选择。

首先，选择对压气机影响较大，或者说是最敏感的数据参数，以此作为检测参量。压气机属于高速机组，在运行过程中最频繁的故障是喘振。这种故障是由于发动机内部流体压力失稳而产生，这种故障属于自激振动。因此对压气机进行故障诊断分析采用的检测参量是振动频率。

（2）信号采集。

信号采集实际上就是对压气机的振动频率进行采集。采用某型号的便携式振动计对压气机的振动频率进行采集，然后将数据输出。

（3）状态参数识别。

利用对振动频率进行识别，将待检模式和样板模式进行对比，对待检设备的运转状态进行识别。一般恶言，喘振的识别特征总结为：①振动频率一般在0.1Hz之内；②压力表有大幅度的波动；③功率表所指功率呈现出周期性变化；④有噪音产生。

（4）诊断决策及分析输出。

监测和诊断系统对于压气机现阶段状态按照判别结果采取对应的措施。如果发生喘振及时进行报警，对压气机进行相关干预措施。喘振一般是由于流入压气机中的空气流量急剧减小从而使得流量系数不大于设计流量系数而造成的，喘振发生的最本质的原因是由于流量系数减小。因此说避免出现喘振，就要避免流量系数减小。避免流量系数减小的最根本的措施有两种，中间级放气或者旋转静止叶片。利用这两种方法对压气机进行处理可以达到预期效果，可以有效避免喘振的产生。

4 结语

总之，故障诊断技术应用于涡轴发动机方面是非常有意义的，能够在其已经发生故障，或者是要发生故障但是还未发生时就把故障检测出来，利用对发动机的状态进行监视，对其实时状况进行识别，以此诊断出故障的特点、原因以及具体的位置，以此采取对应措施以确保发动机的运行安全，从而减少经济损失。

参考文献

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[2] 林.霍尼韦尔公司和普惠公司对军用涡轴发动机提出联合建议书[J].直升机技术，2008（3）.