Назначение
Система измерительная СИ-4/ГТД (далее - ИС) предназначена для измерений параметров газотурбинных двигателей (ГТД): давления и температуры жидкостей и газов; расхода жидкостей; расхода воздуха через ГТД; частоты вращения роторов; силы от тяги; параметров вибрации корпуса ГТД.
ИС применяется в сфере обороны и безопасности при проведении стендовых испытаний ГТД.
Описание
Принцип работы ИС заключается в измерении параметров ГТД датчиками физических величин, преобразовании их в электрические сигналы, преобразовании электрических сигналов в цифровой код с помощью крейтовой системы LTC-002/35 (далее - LTC) и передаче цифровой информации в персональный компьютер (ПК) для дальнейшего её использования в автоматизированной системе управления.
ИС представляют собой измерительную систему по ГОСТ Р 8.596-2002.
Функционально система состоит из 8 измерительных подсистем, включающих в себя измерительные каналы (ИК):
подсистемы измерения подсистемы измерения
силы от тяги;
частоты вращения роторов;
подсистемы измерения температуры термоэлектрическими преобразователями ХА, ХК и напряжения постоянного тока, соответствующего значениям температуры;
подсистемы измерения температуры термометрами сопротивления и сопротивления постоянному току, соответствующего значениям температуры;
подсистемы измерения давления;
давления и силы постоянного тока, соответствующего значениям
расхода жидкостей;
расхода воздуха;
подсистемы измерения подсистемы измерения
подсистемы измерения параметров вибрации.
Конструктивно ИС представляет собой стойку с аппаратурой сбора и преобразования сигналов на основе модулей LTC «Л-Кард», соединенную с датчиками физических величин линиями связи длиной до 50 м.
По условиям эксплуатации ИС удовлетворяет требованиям гр. 1.1 УХЛ по ГОСТ РВ 20.39.304-98 с диапазоном рабочих температур от 15 до 25 °C и относительной влажностью воздуха от 30 до 80 % при температуре 25 °C без предъявления требований к механическим воздействиям.
Подсистема измерения силы от тяги
Принцип действия подсистемы основан на воздействии силы тяги ГТД через динамометрическую платформу на тензометрический силоизмеритель, вследствие чего происходит разба-
2 лансировка его тензометрического моста, выходной сигнал которого, пропорциональный приложенной силе, поступает в устройство согласования с объектом (УСО) системы LTC, где преобразуется в цифровой код, регистрируемый затем ПК.
Подсистема измерения частоты вращения роторов
Принцип действия подсистемы основан на законе электромагнитной индукции. При каждом прохождении «зуба» индукторной шестерни вблизи торца постоянного магнита датчика ДЧВ-2500 образуется ЭДС индукции. Импульсные сигналы поступают на модуль преобразования частоты. Далее преобразованные импульсы поступают в систему LTC и ПК, где программно вычисляется значение измеряемой частоты.
Подсистема измерения температуры термоэлектрическими преобразователями
ХА, ХК и напряжения постоянного тока, соответствующего значениям температуры
Принцип действия каналов измерения температуры термоэлектрическими преобразователями основан на зависимости термо-ЭДС, возникающей в термоэлектродных проводах, от разности температур между «горячими» и «холодными» спаями.
Значение термо-ЭДС преобразуется LTC в цифровой код, поступающий в ПК, где по индивидуальной функции преобразования ИК вычисляется значение напряжения, соответствующее измеряемой температуре, и по номинальной статической характеристике преобразования термопар ХА, ХК с учетом температуры холодного спая - значение температуры.
Принцип действия каналов измерения напряжения постоянного тока, соответствующего значениям измеряемой температуры, основан на преобразовании с помощью УСО системы LTC напряжения в цифровой код с последующим вычислением по программе ПК измеряемого напряжения с использованием индивидуальной функции преобразования ИК
Подсистема измерения температуры термометрами сопротивления и сопротивления постоянному току, соответствующего значениям температуры
Принцип действия каналов измерения температуры термометрами сопротивления основан на зависимости изменения сопротивления термопреобразователя от температуры среды. Сигнал, пропорциональный изменению сопротивления, преобразуется с помощью LTC в цифровой код, поступающий в ПК, где по индивидуальной функции преобразования ИК вычисляется значение сопротивления и по номинальной статической характеристике преобразования термометрами сопротивления - значение температуры.
Принцип действия каналов измерения сопротивления постоянному току, соответствующего значениям температуры, основан на преобразовании с помощью УСО системы LTC значения сопротивления в цифровой код, с последующим определением по программе ПК значения измеренного сопротивления.
Подсистема измерения давления и силы постоянного тока, соответствующего значениям давления
Принцип действия измерительных каналов давления основан на зависимости выходного электрического сигнала датчиков давления от воздействия измеряемого давления на чувствительный элемент датчика. Электрический сигнал датчика преобразуется LTC в цифровой код, регистрируемый ПК.
Принцип действия каналов измерения силы постоянного тока, соответствующего значениям давления, основан на преобразовании с помощью УСО системы LTC значения силы постоянного тока в цифровой код и определении по программе ПК измеренной силы тока.
Подсистема измерения расхода жидкостей
Принцип действия подсистемы основан на измерении частоты электрического сигнала турбинного датчика расхода, соответствующей объемному расходу протекающей через него жидкости.
Объемный расход жидкости определяется с использованием индивидуальной функции преобразования датчиков расхода.
Массовый плотности топлива.
расход
жидкости вычисляется по программе ПК с учетом
Подсистема измерения расхода воздуха
Принцип действия подсистемы основан на использовании уравнения Бернулли, устанавливающего зависимость между изменением скоростного напора и перепадом давления на сужающем устройстве, расположенном на входе в ГТД, и последующем расчете расхода воздуха по результатам проведенных измерений с использованием значений геометрических размеров сужающего устройства, эмпирических коэффициентов и физических констант для воздуха. Сужающее устройство представляет собой расходомерный коллектор (РМК), расположенный на входе ГТД и выполненный в соответствии с требованиями ОСТ 1 02555-85.
Подсистема измерения параметров вибрации
Принцип действия подсистемы основан на использовании пьезоэлектрических датчиков вибрации, преобразующих виброскорость корпуса ГТД в электрический заряд, поступающий на виброаппаратуру ИВ-Д-СФ-ЗМ. Выходное напряжение постоянного тока виброаппаратуры, пропорциональное амплитуде виброскорости на частотах роторных гармоник двигателя, преобразуется LTC в цифровой код, регистрируемый ПК.
Технические характеристики
Подсистема измерения силы от тяги
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений, Нм (кгс) | Пределы допускаемой погрешности |
| Сила от тяги двигателя | от 9801 до 980665 (от 1000 до 10000) | ± 0,5 % от ИЗ в диапазоне от 0,5 до 1,0 ВП ± 0,5 % от 0,5 ВП в диапазоне от 0 до 0,5 ВП ( ВП - верхний предел измерений, ВП= 10000 кгс. ИЗ - измеренное значение) |
Подсистема измерения частоты вращения роторов
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений, Гц | Пределы допускаемой погрешности, % от ВП |
| Частота вращения ротора | вентилятора | от 300 до 3200 | ±0,15 ВП = 3200 Гц |
| компрессора | от 300 до 3700 | ±0,15 ВП = 3700 Гц |
Подсистема измерения температуры термоэлектрическими преобразователями ХА, ХК и напряжения постоянного тока, соответствующего значениям температуры. Подсистема измерения температуры термометрами сопротивления и сопротивления
постоянному току, соответствующего значениям температуры
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности |
| Температура газа за турбиной низкого давления (ТНД) (количество каналов-2) | от 273 до 1273 К (от Одо 1000 °C) | ±1 % от ВП |
| Температура воздуха на входе в двигатель (количество каналов-6) | от 223 до 323 К (от минус 50 до 50 °C) | ±0,5 % от ИЗ |
| Температура холодного спая (количество каналов-2) | от 223 до 323 К (от минус 50 до 50 °C) | ± 0,5 % от ИЗ |
| Температура масла на выходе из откачивающих насосов двигателя | от 273 до 523 К (от Одо 250 °C) | ± 1,5 % от НЗ |
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности |
| | (НЗ - нормированное значение) НЗ=250°С |
| Температура топлива на входе в ТПР (количество каналов-2) | от 223 до 323 К (от минус 50 до 50°С ) | ± 1,5 % от НЗ НЗ=100°С |
| Напряжение постоянного тока, соответствующее значениям температур, измеряемых с помощью преобразователей ХА, ХК (количество каналов-30) | от 5 до 50 мВ | ± 0,3 % от ВП |
| Сопротивление постоянному току, соответствующее значениям температур, измеряемых термометрами сопротивления (количество каналов-7) | от 32 до 192 Ом | ± 0,2 % от ВП |
Подсистема измерения давления и силы постоянного тока, ________соответствующего значениям давления________
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности |
| Атмосферное давление | от 720 до 800 мм рт. ст. | ± 0,5 мм рт.ст. |
| Избыточное статическое давление воздуха (газа) ГТД | 0,353 МПа (от 0 до 3,6 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Избыточное статическое давление воздуха (газа) ГТД | от 0 до 0,490 МПа (от 0 до 5 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Избыточное статическое давление воздуха (газа) ГТД | от 0 до 0,981 МПа (от 0 до 10 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Избыточное статическое давление воздуха (газа) ГТД (количество каналов - 3) | от 0 до 1,961 МПа (от 0 до 20 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Избыточное полное давление воздуха (газа) ГТД (количество каналов - 7) | от 0 до 0,353 МПа (от 0 до 3,6 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Избыточное полное давление воздуха (газа) гтд | от 0 до 0,490 МПа (от 0 до 5 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Избыточное полное давление воздуха (газа) ГТД | от 0 до 2,452 МПа (от 0 до 25 кгс/см2) | ± 0,5 % от ВП |
| Перепад между полным давлением на входе РМК и статическим давлением в мерном сечении (количество каналов-2) | от 0 до 20 кПа (от 0 до 2000 мм вод. ст.) | ± 0,5 % от ИЗ в диапазоне от 0,5 до 1,0 ВП |
| Перепад между атмосферным давлением и полным давлением на входе в РМК (количество каналов-1) | от 0 до 1,6 кПа (от 0 до 160 мм вод. ст.) | 5 мм вод.ст. |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 0,216 МПа (от 0 до 2,2 кгс/см2) | ±1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 0,588 МПа (от 0 до 6 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 0,981 МПа (от 0 до 10 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей | от 0 до 1,471 МПа | ±1 % от НЗ |
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности |
| (топливо, масла) (количество каналов-3) | (от 0 до 15 кгс/см2) | |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 2,452 МПа (от 0 до 25 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 2,942 МПа (от 0 до 30 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 3,530 МПа (от 0 до 36 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 3,923 МПа (от 0 до 40 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Избыточное давление рабочих жидкостей (топлива, масла) | от 0 до 5,884 МПа (от 0 до 60 кгс/см2) | ± 1 % от НЗ |
| Сила постоянного тока, соответствующего значениям давления (количество каналов-57) | от 4 до 20 мА | ± 0,3 % от ВП |
Подсистема измерения расхода жидкостей
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности, % |
| Массовый расход топлива через изделие (количество каналов-6) | от 350 до 20000 , кг/ч | ± 0,5 от ИЗ |
| Объемный расход топлива в системе загрузки двигателя центрального насоса (количество каналов-1) | от 4000 до 43800 л/ч | ± 0,5 от ИЗ |
| Объемный расход масла в системе загрузки гидронасосов плунжерных (количество каналов-4) | от 7,2 до 110 л/мин | ± 3,0 от НЗ |
Подсистема измерения расхода воздуха
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений, кг/с | Пределы допускаемой погрешности, % |
| Массовый расход воздуха (количество каналов-2) | от 58 до 83 | ± 0,7 от ИЗ |
Подсистема измерения параметров вибрации
| Наименование измеряемого параметра | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности, % |
| Виброскорость двигателя в контрольных точках (количество каналов-6) | от 5 до 50 мм/с от 60 до 270 Гц | ± 10 от ВП |
Общие характеристики Потребляемая мощность, Вт, не более
Габаритные размеры (длина х ширина х высота), мм, не более.................485 х 350 х 135.
Масса, кг, не более
Параметры питания: - напряжение переменного тока, В..............................................................220
- частота переменного тока, Гц....................................................................50
Рабочие условия эксплуатации: в помещении пультовой: - температура воздуха, °C (К)..................................................20 ± 5 ( от 288 до 298);
- относительная влажность воздуха при температуре 25 °C , %..................................65
- атмосферное давление, мм рт.ст. (кПа)...............от 720 до 800 (от 96 до 106,7).
в испытательном боксе:
- температура воздуха, °C (К)...........................................от минус 30 до 40 (от 243 до 313);
- относительная влажность воздуха при температуре 25 °C, %.........................................до 90;
- атмосферное давление, мм рт.ст. (кПа)...........................от 720 до 800 (от 96 до 106,7).
Срок службы, лет............................................................................................ 10.
Средняя наработка на отказ, ч....................................................................... 10000.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится методом наклейки на лицевую панель стойки с аппаратурой и на титульный лист руководства по эксплуатации.
Комплектность
В комплект поставки входят: комплект измерительной аппаратуры, комплект датчиков физических величин, персональный компьютер, программное обеспечение, комплект кабелей и соединителей, комплект эксплуатационной документации, методика поверки.
Поверка
Поверка ИС осуществляется в соответствии с документом «550.80.84900049МП Система измерительная СИ-4/ГТД. Методика поверки», утвержденным начальником ГЦИ СИ «Воентест» 32 ГНИИИ МО РФ в апреле 2008 г. и входящим в комплект поставки.
Средства поверки: манометры избыточного давления грузопоршневые МП-6, МП-60 и МП-600 (кл.т. 0,05); калибратор давления DPI, мод. 610 (кл.т. 0,025); прибор для поверки вольтметров программируемый В1-13 (погрешность не более ± (5-10'5-Uk+ 40 мкВ) в диапазоне от 10 мкВ до 10 В), погрешность не более ± (1-10'41к + 1 мкА) в диапазоне от 100 нА до 100 мА); генератор сигналов низкочастотный прецизионный ГЗ-110 (погрешность не более ± 3-10’5 %); магазин сопротивления Р4831 (диапазон воспроизведения от 10'3 до 105 Ом; кл.т. 0,02/2-10'6); датчик весоизмерительный тензорезисторный серии «С» (наибольший предел измерений 20 т, погрешность не более ± 0,04 %); вибропреобразователь ускорения 8305 (чувствительность 0,125 пКл/м-с2, погрешность не более ± 3 %); калибратор температуры Fluke серии 500, модель 518 (погрешность не более ± 0,25 °C); преобразователь измерительный температуры и влажности ИПТВ-056/МЗ (диапазон измерения температуры от минус 40 до 110 °C, погрешность не более ± 0,4 °C; диапазон измерения влажности от 0 до 100 %, погрешность не более ± 2 %); барометр рабочий сетевой FPC-1M-2 (диапазон измерений давления от 600 до 1100 гПа, погрешность не более 20 Па; термометр стеклянный ртутный лабораторный ТЛ-4 (диапазон измерений температуры от 0 до 55 °C, погрешность не более ± 0,2 °C).
Межповерочный интервал: подсистемы измерения силы от тяги - 2 года; остальных подсистем - 1 год.
Нормативные документы
ГОСТ РВ 20.39.304-98.
ГОСТ 8.596-2002 ГСП. Системы измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения.
ОСТ 1 01021-93. Отраслевой стандарт. Стенды испытательные авиационных газотурбинных двигателей. Общие требования.
032.073.08 РЭ. Система измерительная СИ-4/ГТД. Руководство по эксплуатации.
Заключение
Тип системы измерительной СИ-4/ГТД утвержден с техническими и метрологическими характеристиками, приведенными в настоящем описании типа, метрологически обеспечен в эксплуатации.
