THE METHODS OF ENGINE PS-90A TECHNICAL CONDITION DEFINITION

Abstract

The methods of defining the technical and resource condition is proposed for engines PS-90A relatively with«Ideal». The methods allow to optimize the exploitation methods the engine till the output of the petween-repair re- source.

Full Text

В настоящее время у эксплуатирующих предпри- ятий гражданской авиации существует много про- блем, одна из них - это большие затраты на ремонт и покупку двигателей. Приобретая двигатель, авиапред- приятие становится перед выбором: купить новый двигатель, взять в аренду или приобрести отремонти- рованный. Покупая новый двигатель, авиапредприя- тие затрачивает огромные денежные суммы, кроме того, у нового двигателя есть период приработки, а значит, возможны неисправности и отказы, но пред- приятие получает гарантийное обслуживание двигате- ля от завода-изготовителя. Приобретая отремонтированный двигатель, авиа- предприятие затратит меньше денежных средств, чем при покупке нового, но у двигателя не будет периода приработки. С другой стороны, нет гарантии на ре- монт, т. е. придется тратить денежные и временные ресурсы на оценку технического состояния, продле- ние ресурса, покупку агрегатов и комплектующих изделий (АиКИ) двигателя. Объектом анализа является двигатель ПС-90А, ко- торый представляет собой турбовентиляторный двух- контурный двигатель тягой 16 000 кгс с высокой степе- нью двухконтурности, со смешением потоков воздуха наружного и газа внутреннего контуров в общем реак- тивном сопле и с реверсом тяги в наружном контуре. Двигатель ПС-90А разработан ОАО «Авиадвига- тель» и сертифицирован в 1992 г. (Сертификат типа № 16Д от 03.04.1992 г. Авирегистра МАК). ПС-90А эксплуатируется на пассажирских самолетах Ил-96-300 (с 1993 г.), Ту-204 (с 1996 г.), Ту-214 (с 2001 г.), а также на транспортном самолете ИЛ-76 МФ. Серийно выпускается ОАО «Пермский моторный за- вод», (в июле 2002 г. ПМЗ отправил 4 двигателя ПС-90А, изготовленных по заказу Росавиакосмоса для самолета президента России Ил-96-300ПУ). Разработчиком постоянно ведутся работы по со- вершенствованию двигателя. За десять лет после сер- тификации двигателя ПС-90А ОАО «Авиадвигатель» получило 18 дополнений к основному сертификату, средняя наработка на отправку двигателя в ремонт выросла в 6-7 раз за счет увеличения назначенных ресурсов на агрегаты и комплектующие изделия (АиКИ). По комплексу технико-экономических харак- теристик ПС-90А находится на уровне лучших совре- менных двигателей в своем классе тяги 16-18 тс. Статистические данные по наработке самолетов Ту-204-100, Ту-214, Ил-96-300, а также по двигателям ПС-90А, которые на них установлены, были собраны в ОАО АК «Красноярские авиалинии» и у представи- телей Пермского моторного завода. Анализируемые двигатели установлены на трех ВС Ту-204-100 (по 2 двигателя), одном Ту-214 (по 2 дви- гателя) и на двух Ил-96-300 (по 4 двигателя). В связи с тем, что ВС эксплуатируются на линиях разной протяженности и с разной интенсивностью, суммарное количество посадок и суммарный налет за 2005 г. существенно отличаются в зависимости от ти- па ВС и сезона (рис. 1). Следует отметить, что в сентябре 2005 г. был запрет на эксплуатацию ВС Ил-96- 300 по причине обнаружения дефектов, а данных за декабрь нет. Средняя продолжительность полета для различных типов ВС помесячно и за год представлена графиче- ски на рис. 2. image Авиационная и ракетно-космическая техника Ил-96-300 Ту-204-100 Ту-214 image 100 90 81 80 70 64 66 60 76 67 71 614 95 86 59 1000 900 66 800 700 600 140 120 100 Посадк и 80 126 96 86 101 91 127 98 115 111 image image 1000 80 900 68 70 66 800 700 60 52 79 600 50 49 46 68 63 1000 69 900 800 700 600 Посадки 50 40 434 409 30 20 10 Январь Февраль 0 360 388 492 577 443 583 332 500 400 300 200 100 Март Апрель Май Июнь Июль Октябрь Ноябрь 0 475 60 306 327 40 20 Январь Февраль М арт 0 353 583 405 481 544 548 282 231 243 500 400 300 200 100 Июнь С ентябрь О ктябрь Декабрь Ию нь 0 40 30 20 10 1 2 Август Май 0 216 354 269 348 234 360 17 Апрель М ай Июль Авгу ст Нояб рь Ию ль А вгуст Сентябрь Октябрь Н оябрь 80 500 400 300 200 100 Д екабрь 0 Рис. 1. Суммарное количество посадок и суммарный налет за 2005 г. для различных типов ВС 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 Май 1,00 2,00 4,40 image 5,37 5,18 5,12 5,09 5,22 4,71 5,06 5,0 4,5 Часы 4,0 3,5 Январь 3,0 3,77 Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Средняя за год Март Май Июль Сентябрь Ноябрь Апрель Июль Август Октябрь 3,21 3,81 3,88 4,01 4,59 image 4,91 4,73 4,93 3,57 3,67 3,58 4,10 image 8 7 6 5,36 5 Часы 4 3 2 1 Январь Февраль 0 6,38 5,46 5,79 6,93 7,59 6,46 7,51 6,78 5,03 6,34 114 Средняя за год Март Май Июнь Ноябрь Средняя за год Рис. 2. Средняя продолжительность полета для различных типов ВС image По данным графиков видно, что продолжитель- ность полета не постоянная в течение года, а главное, что средняя за год изменяется в зависимости от типа ВС: от 4,1 ч для Ту-204-100 до 6,3 ч для Ил-96-300. Этот важный факт используем в дальнейшем. В результате обработки статистических данных по восемнадцати двигателям по состоянию на декабрь 2005 г. разработана методика определения техниче- ского состояния двигателя ПС-90А. Для того чтобы оценить техническое состояние конкретного двигателя предлагается методика сравне- ния его с «идеальным» (идеальным считаем двигатель, собранный из АиКИ с максимально возможными ре- сурсами). Эта оценка возможна в эксплуатации, когда необходимо сравнить между собой весь имеющийся парк двигателей, такую же оценку необходимо произ- водить при покупке, продаже, аренде, принятии дви- гателя с ремонта и т. д. Методика сравнения процентного состояния дви- гателя с «идеальным» заключается в следующем: - определение рассматриваемого перечня агрега- тов и комплектующих изделий, подлежащих анализу для определения «реального» состояния двигателя; - разделение АиКИ на две группы: ограниченные ресурсом по часам и по циклам; - выбор АиКИ с максимальными ресурсами; - комплектование «идеально» двигателя; - для каждого отдельно взятого двигателя производится пересчет ресурсов АиКИ отдельно по часовой и циклической составляющим в проценты от «идеаль- ного»; - сравнение двигателей отдельно по часовой и по циклической составляющим в процентном отношении с «идеальным»; - анализ состояния парка двигателей. Блок-схема методики определения состояния дви- гателя приведена на рис. 3. Рассмотрим более подробно каждый из блоков. Блок «Парк двигателей» - это сбор статистической информации. В нашем случае эта информация по 10 дви- гателям авиакомпании «Красноярские авиалинии» и по 8 двигателям авиакомпании «Домодедовские авиали- нии», которые установлены на шести ВС и 2 в запасе. Блок «Двигатель ПС-90А» подразумевает собой индивидуальный подход к каждому двигателю, т. е. на каком воздушном судне он эксплуатируется. Несмот- ря на то, что двигатель ПС-90А универсальный (уста- навливается на различных типах ВС: Ил-96-300, Ту-204, Ту-214 и др.), имеются отличия в назначенных ресурсах некоторых АиКИ. Парк двигателей ПС-90А Двигатель ПС-90А Выбор АиКИ подлежащих анализу Анализ ресурса Ресурс по часам По техническому состоянию Ресурс по часам и циклам Ресурс по циклам Выбор агрегатов с максимально возможным ресурсом Выбор агрегатов с максимально возможным ресурсом Пересчет ресурса в проценты от «идеального» «Идеальный» двигатель Пересчет ресурса в проценты от «идеального» Построение диаграмм состояния Анализ image image Рис. 3. Схема методики определения состояния двигателя ПС-90А На некоторых двигателях стоят агрегаты РЭД-90 (регулятор электронный двигателя) 8 серии (Ту-214), а на других отсутствует. Коробка приводов двигателя, устанавливающихся на Ту-204, Ту-214, имеет макси- мальный назначенный ресурс 9 400 ч (по состоянию на 01.12.2005 г.), а на Ил-96-300 - 29 150 ч. Для того чтобы не вносить ошибку при расчетах, было сделано допущение, что ресурс коробки приводов равен 9 400 ч, а РЭД-90 не учитывался. Блок «Выбор АиКИ подлежащих анализу» - пере- чень агрегатов берется только из формуляра двигателя (216 АиКИ). Блок «Анализ ресурса». Все АиКИ можно разде- лить на три группы, каждая из которых эксплуатиру- ется по часам (блок «Ресурс по часам»), по циклам (блок «Ресурс по циклам») и по состоянию. АиКИ, которые эксплуатируются по состоянию, не учитыва- лись (так как не было возможности достоверно оце- нить их состояние). В следующем блоке производится выбор агрегатов с максимально возможным назначенным ресурсом из формулярных данных восемнадцати двигателей от- дельно по часам и по циклам. Из этих АиКИ «собира- ется» «идеальный» двигатель. Здесь следует отметить, что одни и те же АиКИ на разных двигателях могут иметь отличающиеся назначенные ресурсы, даже если двигатели новые, поэтому понятие «идеальный» дви- гатель труднодостижимое в реальном исполнении. Далее идет пересчет АиКИ каждого двигателя в проценты от «идеального». Наконец строятся диаграммы состояния парка дви- гателей в процентах от «идеального» отдельно по циклической и по часовой составляющим, и произво- дится их анализ. Диаграмма состояния двигателей по отношению к «идеальному» в процентах по циклической состав- ляющей представлена на рис. 4. Эта диаграмма ранжирована по возрастанию и двигателям присвоены условные номера от 1 до 18, под номером 19 «идеаль- ный» двигатель. Аналогичная диаграмма (рис. 5), но по часовой составляющей (двигатели в том же по- рядке). Цифры на поле каждого двигателя на рис. 4 - это остаточный межремонтный ресурс на момент анализа по циклической составляющей, а на рис. 5 - остаточ- ный межремонтный ресурс данного двигателя в лет- ных часах (по часовой составляющей). Прежде чем анализировать полученные результа- ты, делать выводы и обоснованные рекомендации по дальнейшей эксплуатации двигателей ПС-90А, необ- ходимо заметить, что с 1997 г. эксплуатация двигателя ведется по современной экономичной теории: перевод управления ресурсами двигателя ПС-90А на страте- гию № 2. По новой методологии базой для увеличения ресурса является назначенный ресурс основных Аи- КИ, определенный путем опережающих циклические испытания на установках поузловой доводки вне дви- гателя, а также анализ реальных условий эксплуата- ции двигателя ПС-90А. Из этого следует, что макси- мальный межремонтный ресурс по часам для двигате- ля не может быть больше минимального назначенного ресурса АиКИ, который можно заменить только при ремонте. Агрегаты и комплектующие изделия, кото- рые можно заменить при эксплуатации, т. е. навесные АиКИ (среди АиКИ эксплуатирующихся по часам их большинство), могут иметь назначенный ресурс меньше межремонтного ресурса по часам (насос, на- сос-регулятор, автомат распределения топлива, тер- модатчик, генератор и т. д.). В нашем случае АиКИ определяющим величину межремонтного ресурса по часам является подшипник шариковый компрессора высокого давления - 11 000 ч, он может быть заменен только при ремонте. 100 90 80 70 60 % 71 71 71 71 67 75 76 77 80 81 82 82 83 83 84 85 87 100 image 96 циклы 5500 4500 3500 50 2500 40 1500 30 20 434 1201 313 304 707 559 564 1368 1435 1817 1116 618 788 918 937 1553 1714 1963 500 401 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 «ид» -500 Рис. 4. Состояние двигателей по отношению к «идеальному» в процентах (по циклической составляющей): image - изменение остаточного ресурса двигателей по цикличной составляющей image 100 % 90 80 71 70 60 51 50 43 40 64 57 49 48 40 55 55 72 72 57 70 62 59 58 100 81 25 000 час 20 000 15 000 10 000 30 8184 6586 7707 7758 1102 8308 8308 4536 8214 8280 6309 9755 8211 8881 20 5 000 8464 9855 9855 10346 11000 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 «ид» Рис. 5. Состояние двигателей по отношению к «идеальному» в процентах (по часовой составляющей): image - изменение остаточного ресурса двигателей по цикличной составляющей Аналогичная ситуация с АиКИ, которые эксплуа- тируются по циклам. Среди них тоже есть АиКИ, ко- торые можно заменить в процессе эксплуатации (стар- тер воздушный, электромагнит), но их мало, большин- ство можно заменить только при ремонте; лимитирую- щим межремонтным ресурсом по циклам является ТВД дефлектор диска 2-й ступени - 1 963 цикла. Итак, у «идеального» двигателя межремонтный ресурс по часам 11 000 ч, а по циклам 1 963 цикла. В формулярных данных есть АиКИ, которые эксплуа- тируются и по часам, и по циклам одновременно, для того чтобы не вносить ошибку и не учитывать эти АиКИ дважды, необходимо производить анализ, по какой из составляющих раньше вырабатывается ре- сурс, и учитывать только одну из них. Из диаграммы (рис. 4) видно, что максимальное отличие в техническом состоянии по циклической составляющей у двигателей между собой 29 %, а от «идеального» 33 %. Разница в техническом состоянии значительная, но больший интерес представляет то, что относительную монотонность возрастания оста- точного межремонтного ресурса двигателя (цифры на поле) с увеличением номера нарушают ресурсы дви- гателей № 3, 9, 10, 11, 12. В результате детального изучения «истории жизни» этих двигателей оказалось, что двигатель № 3 досрочно снят 05.07.2004 г. по при- чине помпажа, двигатель № 9 был снят досрочно после отработки 59 циклов, а № 10 после отработки 89 циклов, двигатель № 11 снят досрочно 25.12.2004 г. - помпаж, двигатель № 12 снят 07.10.2004 г. - попада- ние птицы. Досрочно снятые двигатели прошли восстанови- тельный ремонт и заменой АиКИ им был повышен межремонтный ресурс и по циклам и по часам. Здесь можно сделать вывод, что проценты от «идеального» характеризуют общее техническое состояние, а цифры на поле - ресурсное состояние двигателей по цикли- ческой составляющей. Следует отметить, что на техническое состояние двигателя не влияет год выпуска: «лучший» двигатель под № 18 изготовлен в 1993 г., двигатель под № 2 («плохой») изготовлен 2003 г. Среди парка двигателей есть «патриарх» (№ 5), который выпущен в 1989 г. (за три года до сертификации), но после капитального ремонта резко возрастает его техническое состояние. Можно сделать вывод, что на техническое состояние ПС-90А мало влияет наработка с начала эксплуатации (СНЭ), а определяющим является наработка после последнего ремонта (ППР). У двигателя № 18 нара- ботка ППР составляет по часам 6 %, по циклам - 8 % от межремонтных ресурсов (на декабрь 2005 г.). Анализ диаграммы на рис. 5 показывает, что максимальное отличие в общем техническом состоянии по часовой составляющей у двигателей между собой еще больше - 41 %, а от «идеального» - 60 %. В ресурсном состоянии двигатели очень сильно отличаются друг от друга: - по циклической составляющей от 304 цикла до 1 714 цикла; - по часовой составляющей от 1 102 ч до 10 346 ч. Для справки: двигатели на Ту-214 за 7 месяцев 2005 г. налетали 1 862 ч. Двигатель № 5, установленный на Ту-204-100, че- рез 7-8 месяцев должен быть отправлен в капиталь- ный ремонт, а двигатель № 14, стоящий на том же ВС, при той же интенсивности эксплуатации прослужит еще два года и отправится в ремонт с выработанным ресурсом по циклам и остаточным ресурсом по лет- ным часам равным 5 650. Это больше половины от межремонтного ресурса по часам, который равен 11 000 ч. Чтобы выяснить хорошо это или плохо введем два понятия: коэффициент эксплуатационный - Кэ и ко- эффициент действительный - Кд. Кэ определим как отношение годовой наработки в летных часах к количеству посадок за год, а Кд как отношение межремонтного ресурса в часах к межре- монтному ресурсу в циклах (посадках). Коэффициент Кэ численно равен средне годовой продолжительности полета в часах: для Ту-204-100 он равен 4,1; для Ту-214 - 5,1; для Ил-96-300 - 6,3 (рис. 2). В связи с тем, что в процессе эксплуатации меж- ремонтные ресурсы по часам и по циклам расходуют- ся двигателями, установленными на разные ВС, с раз- ной интенсивностью, коэффициент Кд будет меняться, а на момент анализа ресурсного состояния двигателей будет представлять собой отношение остаточного ре- сурса по часам к остаточному ресурсу по циклам. Значения Кэ и Кд для двигателей, установленных на свои ВС, представлены на рис. 6. Если Кд у нового или после ремонта двигателя больше чем Кэ, то в процессе эксплуатации он будет возрастать и к моменту выработки межремонтного ресурса (МРР) по циклам останется очень большой запас по часам (двигатели № 14, 2, 13, 7 особенно № 1 и 4). Причиной очень больших значений Кд двигате- лей № 1 и 4 является то, что после ремонта они пришли с Кд, равным 11,5 и 12,7 (МРР равно 11 000 ч - 960 циклов и 11 000 ч - 855 циклов) соответственно. Ни одно из ВС компании не летает с такими Кэ. Сле- дует учитывать, что максимальную работу (а значит и прибыль) двигатели произведут в том случае, когда к очередному ремонту подойдут с выработанными ре- сурсами и по часам и по циклам, т. е. (в идеальном случае), когда Кд = Кэ. Сравнивая Кд и Кэ между собой для каждого двига- теля и для парка в целом, можно сделать вывод, что основной массив двигателей придет к очередному ре- монту с большим запасом ресурса по часам. Забегая вперед, отметим, что стоимость восстанов- ления ресурса по циклам обходится значительно до- роже, чем восстановление ресурса по часам, а восста- навливать ресурс по циклам под оставшийся ресурс по часам не выгодно, так как увеличивается частота ре- монтов и на стоимость ремонта окажет большее влия- ние постоянная составляющая ремонта (транспорти- ровка, разборка, промывка, дефектация и т. д.), но эта тема следующей публикации. 24,8 image 25 Кэ Кд 25 20,4 20 20 15 11,3 10 15,2 8,7 6,4 10,5 6,3 13,3 а о 14,9 6 5,8 9,2 11,8 8 15 10 6 5,6 5 3,6 3,5 5 0 0 14 5 2 12 3 11 19 17 13 4 1 9 7 10 15 6 8 18 А1 А2 А3 Б В1 В2 «ид» Рис. 6. Значение коэффициентов Кэ и Кд для парка двигателей ПС-90А: А1, А2, А3 - ВС Ту-204-100; Б - ВС Ту-214; В1, В2 - ВС Ил-96-300