Устройство для контроля максимального отклонения ротора от оси турбомашин

 

Изобретение относится к теплоэнергетике . Цель изобретения - расширение возможности контроля путем выявления параметров второй гармоники виброперемещений ротора. Устройство содержит первичные преобразователи 1,2 и 29, расположенные в одной радиальной плоскости под углом 45° друг к другу, датчик 13 метки и коммутатор 30, позволяющий передавать сигнал вибрации ротора 3 или от преобразователя 2, или от преобразователя 29. Для измерения величины амплитуды , фазы и частоты первой гармоники сигнал с преобразователя 2 через коммутатор 30 поступает на один из входов четвертого умножителя 23, на другой его вход поступает сигнал с формирователя 18 синусного опорного сигнала, а с выхода умножителя 23 сигнал, пройдя через последовательно соединенные второй S И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (я)5 F 01 0 21/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

iOUg92 " иеоюан4Я

«® Щ",:ЩВФ-. 4" ; @ВИЖЕ®

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° ав вав

ЪФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1574837 (21) 4809938/06 (22) 04.04.90 (46) 23.04.92. Бюл, М 15 (71) Харьковский филиал Центрального конструкторского бюро Союзэнергоремонта (72) В.И.Цыбулько, Л.Д.Метелев, Н.И.Морозов, M.Ô.Êâàøèí и А.В.Маркевич (53) 621 ° 165-759(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

hl 1574837, кл. F 01 D 21/04, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МАКСИМАЛЬНОГОО ОТКЛОН ЕНИЯ РОТОРА ОТ

ОСИ ТУРБОМАШИНЫ (57) Изобретение относится к теплознергетике. Цель изобретения — расширение возможности контроля путем выявления параметров второй гармоники виброперемещений ротора. Устройство содержит первичные преобразователи 1,2 и 29. расположенные в одной радиальной плоскости под углом 45 друг к другу, датчик 13 метки и коммутатор 30, позволяющий пере. давать сигнал вибрации ротора 3 или от преобразователя 2, или от преобразователя 29. Для измерения величины амплитуды, фазы и частоты первой гармоники сигнал с преобразователя 2 через коммутатор 30 поступает на один из входов четвертого умножителя 23, на другой его вход поступает сигнал с формирователя 18 синусного опорного сигнала, а с выхода умножителя 23 сигнал, пройдя через по- Я следовательно соединенные второй

М

1728502 фильтр 24 низкой частоты, пятый умножитель 25 и второй сумматор 22, преобразуется в сигнал вида S = Sm sin (со1 — p).

Амплитуда Sm и фаза р для этого сигнала равны амплитуде и фазе оборотной составляющей виброперемещения ротора 3. Амплитуда этого сигнала измеряется пиковым вольтметром 26, фаза — цифровым фазометром 27, а частота м — измерителем 28 частоИзобретение относится к теплоэнергетМе, может быть использовано при эксплуатации турбомашин и является усовершенствованием устройства по авт. св. N 1574837. Известно устройство, которое содержит два (первый и второй) первичных преобразователя (датчика), установленные вблизи ротора в одной радиальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям и соединенные каждый через соответствующий квадратор с первым сумматором, выход которого через блок извлечения корня и пиковый детектор соединен с регистратором и пороговым блоком, второй вход которого соединен с выходом нормирующего блока, а выход — с сигнализатором, последовательно соединенные датчик метки, умножитель частоты, функциональный преобразователь с двумя входами и первый умножитель с двумя входами.

Функциональный преобразователь соединен другим своим входом с импульсным выходом пикового детектора, а первый умножитель соединен другим своим входом с выходом блока извлечения корня. Датчик метки установлен вблизи ротора (против метки на нем), его выход дополнительно соединен с формирователями косинусного и синусного опорных сигналов, другие входы которых соединены с выходом умножителя частоты.

Выход первого первичного преобразователя через последовательно- соединенные второй умножитель, первый фильтр низкой частоты и третий умножитель соединен с одним из входов второго сумматора, Выход второго первичного преобразователя через последовательно соединенные четвертый умножитель, второй фильтр низкой частоты и пятый умножитель соединен с другим входом второго сумматора, выход которого подключен к измерителю амплитуды и сигнальному входу измерителя фазы, Выход формирователя синусного опорного сигнала соединен с другими входами второго, третьего и четвертого умножителей

5 ты, Для измерения амплитуды и фазы второй гармоники коммутатором 30 подключают выход третьего первичного преобразователя 29 на вход четвертого умножителя 23 (вместо преобразователя 2), а выход умножителя 31 частоты через коммутатор 30 — на входы формирователей 17 и 18 косинусного и синусного опорного сигналов. 1 ил. и с опорным входом измерителя фазы. Выход формирователя косинусного опорного сигнала соединен с другим входом пятого умножителя. В ыход умножителя частоты соединен с импульсным входом измерителя фазы и с измерителем частоты.

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет из максимального отклонения ротора выделить величину амплитуды, фазы и частоты второй гармоники. Это снижает достоверность контроля и диагностики вибросостояния турбомашины, что не соответствует современным эксплуатационнымм требованиям.

Целью изобретения является расширение возможности контроля путем выявления параметров второй гармоники виброперемещений ротора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее два (первый и второй) первичных преобразователя, установленные вблизи ротора в одной радиальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям, каждый из которых через соответствующий квадратор соединен с первым сумматором, выход которого через блок извлечения корня и пиковый детектор соединен с регистратором и пороговым блоком, второй вход которого соединен с выходом нормирующего блока, а вход — с сигнализатором, последовательно соединенные датчик метки, умножитель частоты (первый), функциональный преобразователь с двумя входами и первый умножитель с двумя входами, функциональный преобразователь соединен другим своим входом с импульсным выходом пикового детектора, а умножитель соединен другим своим входом с выходом блока извлечения корня, датчик метки установлен вблизи ротора и его выход дополнительно соединен с формирователями косинусного и синусного опорных сигналов, выход первичного преобразователя через последовательно соединенные второй умножитель, первый фильтр низкой частоты и третий умножитель соединен с одним из входов второго сумматора, при

1728502

10

35

50

55 этом выход формирователя синусного опорного сигнала через последовательно соединенные четвертый умножитель, второй фильтр низкой частоты и пятый умножитель соединен с другим входом второго сумматора, выход которого подключен к измерителю амплитуды и сигнальному входу измерителя фазы, кроме того, выход формирователя синусного опорного сигнала соединен с другим входом второго, третьего и четвертого умножителей и с опорным входом измерителя фазы, выход формирователя косинусного опорного сигнала соединен с другим входом пятого умножителя, снабжено третьим первичным преобразователем, вторым умножителем частоты и коммутатором, причем третий первичный преобразователь установлен вблизи ротора в плоскости установки первого и второго первичных преобразователей под углом 45 к ним, подключение входа четвертого умножителя к выходу второго первичного преобразователя выполнено через коммутатор, который подключен также к входам формирователей косинусного и синусного опорных сигналов, к импульсному входу измерителя фазы, к измерителю частоты и к выходам третьего первичного преобразователя, первого и второго умножителей частоты, а вход второго умножителя частоты подключен на выход первого умножителя частоты.

Введение формирователей опорных сигналов (косинусного и синусного), дополнительных четырех умножителей последовательно и попарно соединенных через фильтр низкой частоты, выходами подключенных на входы дополнительного второго сумматора, а первыми входами — к соответствующему первичному преобразователю, позволяет на выходе сумматора получить сигнал й) частоты с амплитудой, пропорциональной максимальной величине оборотной составляющей, путем двойного последовательного умножения сигнала каждого первичного преобразователя на опорные сигналы, сформированные по сигналам датчика метки и умножителя частоты, в одном случае только на синусный опорный сигнал, в другом — вначале на синусный, а затем на косинусный опорный сигнал.

Однако известные технические решения не позволяют из максимального отклонения ротора выделить величину амплитуды, фазы и частоты второй гармоники. Это снижает достоверность контроля вибросостояния турбомашины в процессе пуска и эксплуатации.

Указанная цель может быть достигнута при введении в устройство дополнительных функциональных элементов со связями, которые позволяют дополнительно обработать информацию о виброперемещении ротора в радиальной плоскости, поступающую от двух первичных преобразователей, расположенных в радиальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям с использованием информации датчика метки и умножителя частоты.

Введение третьего первичного преобразователя, установленного вблизи ротора, в плоскости установки первого и второго первичных преобразователей, под углом

45 к ним, второго умножителя частоты на два и коммутатора позволяет на выходе устройства получить величину амплитуды, фазы и частоты второй гармоники виброперемещения ротора в радиальной плоскости, путем двойного последовательного умножения сигнала каждого первичного преобразователя на опорные сигналы, сформированные по сигналам датчика метки и второго умножителя частоты на два, в одном случае только на синусный опорный сигнал, в другом вначале на синусный, а затем на косинусный опорный сигнал.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит первый и второй первичные преобразователи (датчики) 1 и 2, например, вихретокового типа, установленные вблизи ротора 3 в одной радиальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям и соединенные через квадраторы 4 и 5 с первым сумматором 6, выход которого через блок 7 извлечения корня и пиковый детектор 8 соединен с регистратором 9 и пороговым блоком 10, второй вход которого соединен с выходом нормирующего блока 11, а выход — с сигнализатором 12, последовательно соединенные датчик 13 метки, умножитель 14 частоты, функциональный преобразователь

15 с двумя входами и первый умножитель 16 с двумя входами, Функциональный преобразователь 15 соединен другим входом с импульсн ым выходом пикового детектора 8, умножитель 16 соединен другим своим входом с выходом блока 7 извлечения корня, датчик 13 метки установлен вблизи ротора

3, его выход дополнительно соединен с формирователями 17 и 18 косинусного и синусного опорных сигналов. Выход первого первичного преобразователя 1 через последовательно соединенные второй умножитель 19, первый фильтр 20 низкой частоты и третий умножитель 21 соединен с одним из входов второго сумматора 22. При этом выход формирователя 18 синусного опорного сигнала через последовательно соединен1728502

55 ные четвертый умножитель 23, второй фильтр 24 низкой частоты и пятый умножитель 25 соединен с другим входом второго сумматора 22, выход которого подключен к измерителю 26 амплитуды и сигнальному входу измерителя 27 фазы, Кроме того, выход формирователя 18 синусного опорного сигнала соединен с другими входами второго и третьего умножителей.19, 21 и с опорным входом измерителя 27 фазы, выход формирователя 17 косинусного опорного сигнала соединен с другим входом пятого умножителя 25, а выход умножителя 14 частоты соединен через третий вход и первый выход коммутатора 30 с импульсным входом измерителя 27 фазы, с измерителем 28 частоты и с входами формирователей 17 и 18 косинусного и синусного опорных сигналов. Третий первичный преобразователь 29, установленный под углом 45 вблизи ротора 3, выходом подключен к второму входу коммутатора 30, к первому входу которого подключен выход второго первичного преобразователя 2, к четвертому — выход второго умножителя 31 частоты на два, вход последнего подключен к выходу первого умножителя 14 частоты, При этом второй выход коммутатора 30 соединен с входом четвертого умножителя 23.

Устройство работает следующим образом.

От первого и второго преобразователей

1 и 2 сигналы, содержащие мгновенные значения составляющих вибрации ротора 3 (без постоянных составляющих), в виде S><(t) и

gz(t) поступают на соответствующие квадраторы 4 и 5 и на умножители 19 и 23, причем на последний через коммутатор 30 без изменения величины и знака (т.е. транзитом).

Квадраты значений этих сигналов передаются с квадраторов 4 и 5 в первый сумматор

6. Из сумматора 6 выходной сигнал подается на блок 7 извлечения корня, выходной сигнал последнего, содержащий модули мгновенных значений вибрации ротора 3, поступает на пиковый детектор 8, который своим импульсом с импульсного выхода фиксирует момент максимального значения вибрации и запускает функциональный преобразователь 15.

Величина максимального модуля смаке "" вибрации в плоскости размещения первичных преобразователей 1 и 2 отображается регистратором 9, выводится с умножителя 16 на внешнее устройство (не изображено) измерения и одновременно сравнивается в пороговом блоке 10 с сигналом уставки нормирующего блока 11. При превышении значением вибрации заданного уровня срабатывает сигнализатор 12, От

50 датчика 13 метки импульсы с частотой вращения ротора 3 поступают на первый умножитель 14 частоты и на формирователи 17 и

18 косинусного и синусного опорных сигналов частоты в вращения ротора 3, С выхода первого умножителя 14 частоты последовательность импульсов более высокой частоты поступает на функциональный преобразователь 15 и через коммутатор 30 на импульсные входы измерителя

27 фазы и измерителя 28 частоты, а также на другие входы формирователей 17 и 18 и на вход второго умножителя 31 частоты на два.

B функциональном преобразователе 15 эта последовательность импульсов управляет выдачей на его выходе дискретных значений косинусоидальной функции, выраженных величиной напряжения. Этот сигнал с выхода функционального преобразователя

15 поступает на один из входов умножителя

16, на другой его вход поступает сигнал модуля мгновенных значений вектора вибрации ротора 3 с блока 7 извлечения корня.

Перемножение этих сигналов в умножителе

16 позволяет получить на его выходе сигнал максимальной вибрации ротора 3 в радиальной плоскости. Разрешение на выдачу дискретных значений косинусоидальной функции, число которых равно числу N импульсов за период вращения ротора 3, на выходе умножителя 14 частоты функциональным преобразователем выдается один раз за период вращения ротора импульсом пикового детектора 8 в момент достижения пикового значения максимальной вибрации. В этот момент функциональный преобразователь 15 выдает значение косинуса, равное 1. Одним из выходов устройства является выход умножителя 16 в виде переменного сигнала частоты вращения ротора

3 с максимальной амплитудой вибрации в плоскости размещения преобразователей 1 и2, С выхода умножителя 14 частоты через коммутатор 30 посл еда вател ьн ость импул ьсов в формирователях 17 и 18 косинусного и синус ного опорных сигналов п реобразуется в каждом периоде вращения ротора 3 в сигналы вида

01 = а соз в t; Uz = а sin в t, где а — амплитуда; t — время.

Сигнал U2 = а sin а t с выхода формирователя 18 синусного опорного сигнала подается на входы умножителей 19 и 23, на другие входы которых подаются сигналы с первичных преобразователей 1 и 2.

1728502

После перемножения этих сигналов в умножителях 19 и 23 и фильтрации полученных сигналов фильтрами 20 и 24 низкой частоты они поступают на входы умножителей

21 и 25 соответственно, при этом на второй вход третьего умножителя 21 подается сигнал с формирователя 18 синусного опорного сигнала, а на второй вход пятого умножителя 25 подается сигнал с формирователя 17 косинусного опорного сигнала. После перемножения этих сигналов в умножителях 21 и 25 и суммирования полученных сигналов во втором сумматоре 22 получают сигнал вида

S = Sm sin(Cut — P).

50

Составитель Н.Морозов

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Реда кто р А. Мотыл ь

Заказ 1391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Амплитуда. Sm и фаза р этого сигнала равны амплитуде и фазе оборотной составляющей виброперемещения ротора 3. Амплитуда этого сигнала измеряется измерителем 26 амплитуды, выполненным, например, в виде пикового вольтметра, а фаза — измерителем 27 фазы, например, цифровым фазометром с преобразованием фаза — время. Для этого промежуток времени, например, между задними фронтами синусоид сигналов S и Ug, поступающих на сигнальный и опорный входы измерителя 27 фазы, заполняется последовательностью импульсов умножителя 14 частоты, через коммутатор 30 поступающей на импульсный вход измерителя 27 фазы и одновременно на измеритель 28 частоты, отображающей частоту вращения ротора 3.

Для измерения величины амплитуды и фазы второй гармоники коммутатором 30 подключают выход третьего первичного преобразователя 29 на вход четвертого умножителя 23 (вместо преобразователя 2), выход второго умножителя 31 частоты через коммутатор 30 на входы формирователей 17 и 18 косинусного и синусног опорных сиг5

40 налов, а также на входы измерителя 27 фазы и 28 частоты и используются элементы и связи основного устройства, предназначенные для определения величины амплитуды, фазы и частоты первой гармоники виброперемещения ротора 3 в радиальной плоскости.

Таким образом, введение указанных выше элементов и их связей между собой и элементами основного устройства позволяет измерить максимальную величину амплитуды, фазы и частоты второй гармоники виброперемещения ротора в подшипнике, несущих основную информацию об неуравновешенности ротора и его прогибе, что расширяет функциональные возможности устройства, а в результате этого повышается достоверность контроля турбомашины.

Формула изобретения

Устройство для контроля максимального отклонения ротора от оси турбомашины по авт. св. N - 1574837, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения возможностей контроля путем выявления параметров второй гармоники вибросмещений ротора, оно снабжено третьим первичным преобразователем, вторым умножителем частоты и коммутатором, причем третий первичный преобразователь установлен вблизи ротора в плоскости установки первого и второго первичных преобразователей под углом 45 к ним, подключение входа четвертого умножителя к выходу второго первичного преобразователя выполнено через коммутатор, который подключен также к входам формирователей косинусного и синусного опорных сигналов, к импульсному входу измерителя фазы, к измерителю частоты и к выходам третьего первичного преобразователя, первого и второго умножителей частоты, а вход второго умножителя частоты подключен не выход первого умножителя частоты.