Способ определения параметров колебаний лопаток турбомашин

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток. Способ определения параметров колебаний лопаток турбомашин заключается в установке двух периферийных датчиков на корпусе турбомашины, регистрации моментов прохождения лопаток мимо этих датчиков и измерении дрейфовых скоростей движения лопаток. При этом вычисляют различные временные интервалы между моментами прохождения лопаток относительно того или иного датчика, затем вычисляют соответствующие средние дрейфовые скорости движения лопаток, перемещения каждой лопатки, накапливают статистическую совокупность перемещений, формируют группы разношаговостей лопаток, для каждой пары соседних лопаток определяют размах отклонений лопаток от требуемого положения, на основании которого судят об амплитуде виброперемещений каждой лопатки. Данное изобретение направлено на уменьшение времени получения требуемого количества отсчетов для каждой лопатки при заданной точности и надежности определения параметров колебаний лопаток, а также повышение информативности измерения параметров движения лопаток. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

В настоящее время наиболее современным и перспективным методом определения параметров колебаний лопаток ГТД является дискретно-фазовый метод (ДФМ) /Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с./, при котором регистрируют моменты прохождения периферийного сечения вращающейся лопатки мимо определенных точек корпуса (или его неподвижных деталей) и одновременно измеряют угловую или окружную скорости движения ротора турбомашины. В упомянутых точках корпуса устанавливаются на определенных расстояниях друг от друга по направлению траектории движения периферийного сечения лопатки датчики (электроразрядные, емкостные, электродинамические, оптические, акустические или иного типа), способные подавать сигнал, соответствующий моменту прохождения периферийного сечения лопатки точки, в которой расположен датчик.

Известные устройства, основанные на дискретно-фазовом методе определения амплитуд колебаний, используют статистические методы определения амплитуд колебаний каждой отдельной лопатки по информации, получаемой с датчиков за большое число оборотов ротора при стационарном режиме работы двигателя /Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с./. Количество измеренных интервалов времени для каждой лопатки с датчиков, необходимых для определения ее параметров колебаний, зависит от требуемой точности и надежности (достоверности) определения параметров колебаний лопаток /Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.; с 51/. Недостатком данного способа является большое время, необходимое для накопления необходимого количества статистической информации о мгновенной разношаговости лопаток, т.е. необходимости использовать информацию, получаемую за большое число оборотов ротора /Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.; с 51/. Для получения необходимого объема статистических данных за меньшее время - число оборотов ротора турбомашины - в известных способах увеличивают число используемых периферийных датчиков.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, приведенный в Патенте РФ №2112934, G 01 Н 11/06, Бюл. №16, 1998, в котором устанавливают периферийные датчики на корпусе турбомашины, регистрируют моменты прохождения периферийных сечений лопаток мимо датчиков, измеряют среднюю в течение всего времени накопления статистических данных угловую или окружную скорости движения периферийного сечения лопатки ротора турбомашины. Измеряют временные интервалы между моментами прохождения периферийных сечений лопаток мимо датчиков. Накапливают измеренные временные интервалы между моментами прохождения периферийных сечений лопаток мимо датчиков, выбирают из накопленной совокупности данных для каждой лопатки максимальное и минимальное значения, вычисляют разницу между максимальным и минимальным значениями. Сравнивают разницу между максимальным и минимальным значениями каждой лопатки с временными интервалами, вырабатываемыми моделирующей системой, и при совпадении этих величин судят об амплитуде колебаний каждой лопатки. Расположение двух датчиков выбирают исходя из значений скорости вращения ротора, частоты колебаний лопаток и величины промежутка между кромками соседних лопаток. Если значение скорости вращения ротора со относительно мало, а частоты колебаний лопаток f велико (т.е. полупериод колебаний лопаток меньше времени прохождения лопаткой расстояния между кромками соседних лопаток d), то указанные два датчика можно размещать на расстоянии, не большем d, вдоль траектории движения кромок лопаток. Если частота вращения ротора близка частоте колебаний лопаток, расстояние между точками расположения рассматриваемых двух корпусных датчиков (по траектории вращения кромок лопаток) должно быть увеличено так, чтобы полупериод колебаний лопатки всегда был меньше времени прохождения лопаткой этого расстояния между датчиками.

Недостатком известного способа является необходимость изменения расстояния между датчиками при изменении частоты вращения ротора, т.е. в процессе работы турбомашины, что весьма затруднительно, т.к. датчики должны быть закреплены на корпусе турбомашины, а также под датчики необходимо делать отверстия в корпусе турбомашины.

Вторым недостатком известного способа является необходимость использования “вспомогательных датчиков, связанных с валом агрегата, при помощи которых отмечается угловое положение ротора”, а также необходима “система выделения рассматриваемых двух сигналов, соответствующих моментам прохождения выбранной лопаткой первого и второго датчиков из совокупности сигналов от других лопаток, или система подавления этой совокупности сигналов”.

Третьим недостатком известного способа является большое время (число оборотов ротора турбомашины), необходимое для накопления требуемого количества статистической информации о мгновенной разношаговости лопаток, т.к. с помощью двух датчиков за один оборот ротора турбомашины получают только один отсчет (интервал времени) о прохождении i-й лопатки. Требуемое количество отсчетов измеренных интервалов времени для каждой лопатки с датчиков, необходимых для определения ее параметров колебаний зависит от заданной точности и надежности (достоверности) определения параметров колебаний лопаток /Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с. с. 51/.

Четвертым недостатком известного способа является низкая точность определения амплитуды колебаний лопаток, т.к. амплитуду колебаний каждой лопатки определяют путем нахождения минимального и максимального промежутка времени между сигналами датчиков, которые в общем случае получены при неодинаковых частотах вращения ротора и соответственно при неодинаковых линейных скоростях движения периферийных сечений лопаток. В реальных условиях частота вращения ротора не может быть строго постоянной во времени, поэтому умножение разницы между максимальным и минимальным промежутками времени между сигналами датчиков на среднюю в течение всего времени накопления статистических данных скорость движения периферийного сечения лопатки приводит к дополнительной погрешности от нестабильности частоты вращения ротора. Частота вращения ротора в течение всего времени накопления статистических данных не остается величиной строго постоянной, что в свою очередь может вызывать изменение интенсивности колебаний лопаток турбомашин в процессе измерений. Кроме того, изменение интенсивности колебаний лопаток может происходить и в случае поддержания частоты вращения ротора строго постоянной, если частота колебаний лопатки близка к кратным частотам вращения ротора. Это приводит к тому, что получаемая статистическая совокупность состоит из разнородных отсчетов, т.е. полученных при различных условиях: частоты вращения ротора и интенсивности колебаний лопаток турбомашины. Это является причиной снижения точности определения амплитуды колебаний для известного способа.

Пятым недостатком известного способа является его низкая информативность, а именно отсутствие возможности определять частоту колебаний лопаток турбомашины.

Поставлена задача уменьшения времени получения требуемого количества отсчетов (измеренных интервалов времени) для каждой лопатки при заданной точности и надежности (достоверности) определения параметров колебаний лопаток, уменьшения объема препарирования турбомашины, а также повышения информативности измерения параметров движения лопаток, а именно измерения частоты колебаний лопаток турбомашин.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения параметров колебаний лопаток турбомашин, основанном на бесконтактном съеме информации о колебаниях вращающихся лопаток, устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины на базовом расстоянии s_Б (например, на расстоянии установочного шага между лопатками S_Ш) по траектории движения кромок лопаток. Регистрируют моменты прохождения периферийного сечения каждой i-й лопатки мимо датчиков и дополнительно измеряют дрейфовую скорость движения лопаток. Вычисляют:

- временные интервалы T_i прохождения i-й лопатки от 1 -го до 2-го датчика (между датчиками);

- интервалы времени Т_1i между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 1-ым датчиком, из которых составляют первую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени T_2i между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 2-ым датчиком, из которых составляют вторую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени Т_3i между моментами прохождения i-й лопатки перед 2-ым датчиком и i+1 лопатки перед 1-ым, из которых составляют третью группу дополнительно измеренных интервалов времени;

вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки;

вычисляют собственные перемещения i-й лопатки за время Т_i путем умножения измеренных временных интервалов Т_i на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния, накапливают статистическую совокупность собственных перемещений i-й лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; определяют наибольшее отклонение i-й лопатки А_i путем нахождения разницы между максимальным и минимальным значениями собственных перемещений i-й лопатки.

Формируют три группы разношаговостей, соответствующие группам дополнительно измеренных интервалов времени. Разношаговости 1-й и 2-й групп для каждой пары соседних лопаток определяют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 1-й и 2-й групп на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из полученных произведений расстояния установочного шага между лопатками. Разношаговости 3-й группы для каждой пары соседних лопаток определяют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 3-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки. Накапливают статистическую совокупность разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Для каждой пары соседних лопаток во всех группах накопленных разношаговостей определяют размах А_i,i+1 разношаговости (находят максимальное и минимальное значения разношаговостей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями разношаговостей).

Определяют дополнительную совокупность А^д_i наибольших отклонений лопаток рабочего колеса из рекуррентного соотношения:

при i>1, где N - количество лопаток в колесе; из полученных для каждой лопатки значений наибольших отклонений A_i и судят об амплитуде виброперемещений каждой лопатки.

Для нахождения частоты виброперемещений каждой лопатки определяют виброскорости каждой лопатки, например, путем деления величины базового расстояния на временные интервалы _i и вычитания из полученного отношения величины дрейфовой скорости движения лопаток - обусловленной вращением ротора турбомашины.

Накапливают статистическую совокупность виброскоростей для каждой лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Из статистической совокупности виброскоростей для каждой лопатки определяют размах виброскорости (находят максимальное и минимальное значения виброскоростей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями виброскоростей каждой лопатки).

Вычисляют отношение размаха виброскорости каждой лопатки к амплитуде виброперемещения той же лопатки и по полученным значениям судят о частоте виброперемещения каждой лопатки.

Для дополнительного уменьшения времени, необходимого для определения параметров колебаний, предлагается дополнительно устанавливать третий периферийный датчик на базовом расстоянии до ближайшего датчика из пары датчиков по траектории движения кромок лопаток, дополнительно регистрируют моменты прохождения периферийного сечения каждой лопатки перед 3-им датчиком, и дополнительно вычисляют:

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки от 2-го до 3-го датчика (между датчиками), из которых составляют четвертую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 3-им датчиком, из которых составляют пятую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 3-м датчиком и i+1 лопатки перед 2-ым, из которых составляют шестую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 3-им датчиком и i+2-й лопатки перед 1-ым, из которых составляют седьмую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки от 1-го до 3-го датчика (между двумя датчиками), из которых составляют восьмую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки;

дополнительно для каждой лопатки формируют две группы дополнительных собственных перемещений. Дополнительные собственные перемещения 1-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 4-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийных сечений лопаток и вычитания из полученных произведений базового расстояния. Дополнительные собственные перемещения 2-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 8-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийных сечений лопаток и вычитания из полученных произведений расстояния от 1-го до 3-го датчика.

Накапливают статистическую совокупность дополнительных собственных перемещений i-й лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью. Определяют вторую дополнительную совокупность наибольших отклонений лопаток путем нахождения разницы между максимальными и минимальными значениями дополнительных собственных перемещений в статистической совокупности дополнительных собственных перемещений i-й лопатки.

Для каждой пары соседних лопаток формируют две группы дополнительных разношаговостей. Дополнительные разношаговости 1-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 5-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийных сечений лопаток и вычитания из полученных произведений расстояния установочного шага между лопатками. Дополнительные разношаговости 2-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 6-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийных сечений лопаток.

Накапливают статистическую совокупность дополнительных разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Для каждой пары соседних лопаток во всех группах накопленных дополнительных разношаговостей определяют размах дополнительных разношаговостей (находят максимальное и минимальное значения дополнительных разношаговостей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями дополнительных разношаговостей).

Определяют третью дополнительную совокупность наибольших отклонении каждой отдельной лопатки , рабочего колеса от среднего положения по формуле:

при i>1, где N - количество лопаток в колесе.

Для каждой пары смежных через одну лопаток находят дополнительные смежные разношаговости путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 7-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийных сечений лопаток.

Накапливают статистическую совокупность дополнительных смежных разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Для каждой пары смежных через одну лопаток в группе дополнительных смежных разношаговостей определяют размах дополнительных смежных разношаговостей (находят максимальное и минимальное значения дополнительных смежных разношаговостей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями дополнительных смежных разношаговостей).

Определяют четвертую дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой отдельной лопатки рабочего колеса от среднего положения:

а) для нечетных лопаток:

при j≥2, где L - количество нечетных лопаток в колесе;

б) для четных лопаток:

при j≥2, где М - количество четных лопаток в колесе.

Для каждой лопатки формируют ряд значений наибольших отклонений из всех совокупностей наибольших отклонений.

Об амплитуде виброперемещений каждой лопатки судят по наибольшей величине из ряда значений наибольших отклонений.

Для нахождения частоты виброперемещений лопаток дополнительно определяют виброскорости каждой лопатки, например путем деления величины базового расстояния на четвертую группу дополнительно измеренных интервалов времени и вычитания из полученного отношения величины дрейфовой скорости движения лопаток, обусловленной вращением ротора турбомашины и накапливают 2-ю статистическую совокупность виброскоростей для каждой лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Для каждой лопатки определяют 2-й результат измерения размаха виброскорости как разность между максимальным и минимальным значениями 2-й совокупности виброскоростей.

Выбирают из 1-го и 2-го результатов измерения размаха виброскорости наибольшее значение, вычисляют отношение наибольшего значения размаха виброскорости каждой лопатки к амплитуде ее виброперемещения и по полученным значениям судят о частотах виброперемещений каждой лопатки.

Сущность изобретения поясняется схемой, представленной на фиг.1, поясняющей сущность способа определения параметров колебаний лопаток турбомашин, где обозначены: U₁ и U₂ - напряжения на выходе 1-го и 2-го датчиков, L_i, L_i+1, L_i-1, - соответственно i, i+1 и i-1 лопатки, t_1,i и t_1,i+1 - моменты времени прохождения i и i+1 лопатками 1-го датчика, t_2,i и t_2,i-i моменты времени прохождения i и i-1 лопатками 2-го датчика, Т_i - интервалы времени прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика, T_1,i - интервалы времени между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 1-м датчиком, Т_2,i - интервалы времени между моментами прохождения i-1 и i-й лопаток перед 2-ым датчиком, Т_3,i - интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 2-ым датчиком и i+1 лопатки перед 1-ым датчиком, V - направление вращения ротора турбомашины.

Сущность изобретения также поясняется схемой, представленной на фиг.2, поясняющей сущность способа определения параметров колебаний лопаток турбомашин, где обозначены: 1 и 2 - соответственно 1-й и 2-й периферийные датчики, t_1,i и t_1,i-1 - моменты времени прохождения i и i-1 лопатками 1-го датчика, t_2,i и t_2,i-1 моменты времени прохождения i и i-1 лопатками 2-го датчика, V - дрейфовая линейная скорость движения периферийных сечений лопаток турбомашины; V_i - средняя дрейфовая линейная скорость движения периферийного сечения i-й лопатки турбомашины в течение соответствующего интервала времени, W_i - амплитуда виброскорости i-й лопатки; ω_i - частота виброперемещений i-й лопатки; S_Б - базовое расстояние между датчиками; S_Ш - установочный шаг между лопатками, Мах и Min - операции нахождения максимального и минимального значений из представленной совокупности, Ф - операция вычисления наибольшего отклонения i-й лопатки по приведенным формулам.

Определение параметров колебаний лопаток турбомашин предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины на базовом расстоянии S_Б (например, на расстоянии установочного шага между лопатками S_Ш) по траектории движения кромок лопаток. Регистрируют моменты прохождения периферийного сечения каждой i-й лопатки мимо датчиков, и дополнительно измеряют дрейфовую скорость движения лопаток. Вычисляют:

- временные интервалы T_i прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками);

- интервалы времени Т_1i между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 1-ым датчиком, из которых составляют первую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени Т_2i между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 2-ым датчиком, из которых составляют вторую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени Т_3i между моментами прохождения i-й лопатки перед 2-ым датчиком и i+1 лопатки перед 1-ым, из которых составляют третью группу дополнительно измеренных интервалов времени;

Вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки.

Измерение дрейфовой линейной скорости движения периферийного сечения лопатки может быть выполнено различными способами, например с помощью тахогенератора измеряют частоту вращения ротора ω и по известной величине радиального расстояния R периферийного сечения от оси вращения ротора определяют линейную скорость движения периферийного сечения лопатки V как произведение частоты вращения ротора ω на радиальное расстояние R.

Вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки

Вычисляют собственные перемещения i-й лопатки за время Т_i путем умножения измеренных временных интервалов T_i на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния, накапливают статистическую совокупность собственных перемещений i-й лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; определяют наибольшее отклонение i-й лопатки A_i путем нахождения разницы между максимальным и минимальным значениями собственных перемещений i-й лопатки.

Как следует из временной диаграммы получаемых с двух датчиков интервалов времени /фиг.1/, любые три из четырех получаемых с двух датчиков интервалов времени являются независимыми (невырожденными) и соответственно полезными, т.к. в общем случае разнесены по времени.

Формируют три группы разношаговостей, соответствующие группам дополнительно измеренных интервалов времени. Разношаговости 1-й и 2-й групп для каждой пары соседних лопаток определяют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 1-й и 2-й групп на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из полученных произведений расстояния установочного шага между лопатками. Разношаговости 3-й группы для каждой пары соседних лопаток определяют умножая дополнительно измеренные интервалы времени 3-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки. Накапливают статистическую совокупность разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Для каждой пары соседних лопаток во всех группах накопленных разношаговостей определяют размах А_i,i+1 разношаговости (находят максимальное и минимальное значения разношаговостей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями разношаговостей).

Значения размаха каждой пары соседних лопаток A_i,i+1 содержат амплитуды колебаний сразу двух лопаток: A₁ и А₂, А₂ и А₃, и т.д.. Из разношаговостей, соответствующих дополнительно измеренным интервалам времени, находим разницу между максимальным и минимальным значениями для каждой пары соседних лопаток (A_i,i+1)max, записывают систему уравнений:

Последнее уравнение в системе уравнений получено из условия, что сумма всех отклонений должна быть равна нулю (т.к. данный метод не фиксирует статический сдвиг лопаток относительно ротора турбомашины).

Решая составленную систему уравнений методом Гаусса, получаем, что дополнительную совокупность наибольших отклонений лопаток каждой отдельной лопатки рабочего колеса ^Д_i можно определить используя выражения:

при i>1, где N - количество лопаток в колесе;

Из полученных для каждой лопатки значений наибольших отклонений A_i и А^Д_i судят об амплитуде виброперемещений каждой лопатки.

При определении частоты виброперемещений считают, что собственные колебания лопаток, особенно при резонансе происходят по гармоническому закону вида:

a(t)=Asin(ω·t+ϕ),

где a(t) - функция виброперемещений лопатки турбомашины от времени;

А - значение амплитуды виброперемещений лопатки;

ω - частота виброперемещений лопатки турбомашины;

t - время;

ϕ - начальная фаза в уравнении виброперемещений лопатки;

тогда мгновенная виброскорость будет описываться уравнением:

w(t)=A·ω·cos(ω·t+ϕ)=W·cos(ω·t+ϕ),

т.е. значение амплитуды виброскорости W=A·ω содержит в себе произведение амплитуды виброперемещений лопатки на частоту ее виброперемещений; соответственно, определив значения амплитуды виброскорости W и амплитуды виброперемещений А, можно определить частоту виброперемещений ω как отношение амплитуды виброскорости W к амплитуде виброперемещений А:

Для нахождения частоты виброперемещений каждой лопатки определяют виброскорости каждой лопатки, например, путем деления величины базового расстояния на временные интервалы _i и вычитания из полученного отношения величины дрейфовой скорости движения лопаток, обусловленной вращением ротора турбомашины.

Накапливают статистическую совокупность виброскоростей для каждой лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Из статистической совокупности виброскоростей для каждой лопатки определяют размах виброскорости (находят максимальное и минимальное значения виброскоростей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями виброскоростей каждой лопатки).

Вычисляют отношение размаха виброскорости каждой лопатки к амплитуде виброперемещения той же лопатки и по полученным значениям судят о частоте виброперемещения каждой лопатки.

Использование предлагаемого способа позволяет существенно увеличить количество получаемой информации о мгновенном положении лопаток за один оборот ротора турбомашины, т.к. при этом получаем сразу четыре группы интервалов времени /фиг.1/ (а не одну группу, как реализовано в известном способе) и соответственно уменьшить время, необходимое для определения параметров колебаний.

Для дополнительного уменьшения времени, необходимого для определения параметров колебаний предлагается дополнительно устанавливать третий периферийный датчик на базовом расстоянии до ближайшего датчика из пары датчиков по траектории движения кромок лопаток, дополнительно регистрируют моменты прохождения периферийного сечения каждой лопатки перед 3-им датчиком, и дополнительно вычисляют:

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки от 2-го до 3-го датчика (между датчиками), из которых составляют четвертую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й и i+1 лопаток перед 3-им датчиком, из которых составляют пятую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 3-им датчиком и i+1 лопатки перед 2-ым, из которых составляют шестую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 3-им датчиком и i+2 лопатки перед 1-ым, из которых составляют седьмую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

- интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки от 1-го до 3-го датчика (между двумя датчиками), из которых составляют восьмую группу дополнительно измеренных интервалов времени;

вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки;

дополнительно для каждой лопатки формируют две группы дополнительных собственных перемещений. Дополнительные собственные перемещения 1-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 4-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения лопаток и вычитания из полученных произведений базового расстояния; дополнительные собственные перемещения 2-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 8-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения лопаток и вычитания из полученных произведений расстояния от 1-го до 3-го датчика;

накапливают статистическую совокупность дополнительных собственных перемещений i-й лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью;

определяют вторую дополнительную совокупность наибольших отклонений лопаток путем нахождения разницы между максимальными и минимальными значениями дополнительных собственных перемещений в статистической совокупности дополнительных собственных перемещений i-й лопатки;

для каждой пары соседних лопаток формируют две группы дополнительных разношаговостей. Дополнительные разношаговости 1-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 5-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения лопаток и вычитания из полученных произведений расстояния установочного шага между лопатками; дополнительные разношаговости 2-й группы вычисляют путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 6-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения лопаток;

накапливают статистическую совокупность дополнительных разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью;

для каждой пары соседних лопаток во всех группах накопленных дополнительных разношаговостей определяют размах дополнительных разношаговостей (находят максимальное и минимальное значения дополнительных разношаговостей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями дополнительных разношаговостей);

определяют третью дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой отдельной лопатки рабочего колеса от среднего положения:

при i>1, где N - количество лопаток в колесе;

для каждой пары смежных через одну лопаток находят дополнительные смежные разношаговости путем умножения дополнительно измеренных интервалов времени 7-й группы на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения лопаток;

накапливают статистическую совокупность дополнительных смежных разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью;

для каждой пары смежных через одну лопаток в группе дополнительных смежных разношаговостей определяют размах дополнительных смежных разношаговостей (находят максимальное и минимальное значения дополнительных смежных разношаговостей, размах определяют как разность между максимальным и минимальным значениями дополнительных смежных разношаговостей);

определяют четвертую дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой отдельной лопатки А_i рабочего колеса от среднего положения решением системы уравнений:

а) для нечетных лопаток:

б) для четных лопаток:

Решая составленные системы уравнений методом Гаусса, получаем, что четвертую дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой отдельной лопатки , рабочего колеса от среднего положения можно определять из выражений:

а) для нечетных лопаток:

при j≥2, где L - количество нечетных лопаток в колесе;

б) для четных лопаток:

при j≥2, где М - количество четных лопаток в колесе.

Для каждой лопатки формируют ряд значений наибольших отклонений из всех совокупностей наибольших отклонений.

Об амплитуде виброперемещений каждой лопатки судят по наибольшей величине из ряда значений наибольших отклонений.

Для нахождения частоты виброперемещений лопаток дополнительно определяют виброскорости каждой лопатки, например, путем деления величины базового расстояния на четвертую группу дополнительно измеренных интервалов времени и вычитания из полученного отношения величины дрейфовой скорости движения лопаток, обусловленной вращением ротора турбомашины, и накапливают 2-ю статистическую совокупность виброскоростей для каждой лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью.

Для каждой лопатки определяют 2-й результат измерения размаха виброскорости как разность между максимальным и минимальным значениями 2-й совокупности виброскоростей.

Выбирают из 1-го и 2-го результатов измерения размаха виброскорости наибольшее значение, вычисляют отношение наибольшего значения размаха виброскорости каждой лопатки к амплитуде ее виброперемещения и по полученным значениям судят о частотах виброперемещений каждой лопатки.

Использование изобретения позволит уменьшить количество монтируемых на корпусе турбомашины периферийных датчиков или позволит при том же количестве периферийных датчиков уменьшить время (число оборотов ротора) получения необходимого объема информации о мгновенной разношаговости лопаток за счет того, что за один оборот ротора турбомашины получают не один, а несколько отсчетов виброперемещений и виброскоростей для каждой лопатки, используемых при накоплении статистических совокупностей, или повысить точность и достоверность определения параметров колебаний лопаток ГТД. Кроме того, информативность способа увеличена за счет возможности измерения виброскоростей лопаток и их частот колебаний.

Практическая полезность такого способа очень велика вследствие того, что его использование увеличит возможности диагностирования и предотвращения аварий на энергетических и транспортных машинах, оснащенными турбинами и компрессорами, в которых лопатки по причине их чрезмерных вибраций, нагрузок являются главным источником аварий с тяжелыми последствиями.

Формула изобретения

1. Способ определения параметров колебаний лопаток турбомашин, основанный на бесконтактном съеме информации о колебаниях вращающихся лопаток, заключающийся в том, что устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины на базовом расстоянии по траектории вращения кромок лопаток, регистрируют моменты прохождения периферийного сечения лопатки мимо датчиков, расположенных на базовом расстоянии в окружном направлении, вычисляют временные интервалы прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), отличающийся тем, что два периферийных датчика устанавливают на корпусе турбомашины на базовом расстоянии (например, на расстоянии установочного шага между лопатками) по траектории движения кромок лопаток, дополнительно измеряют дрейфовую скорость движения лопаток и дополнительно вычисляют интервалы времени между моментами прохождения i-й и (i+1)-й лопаток перед 1-м датчиком, из которых составляют первую группу дополнительно измеренных интервалов времени; интервалы времени между моментами прохождения i-й и (i+1)-й лопаток перед 2-м датчиком, из которых составляют вторую группу дополнительно измеренных интервалов времени; интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 2-м датчиком и (i+1)-й лопатки перед 1-м, из которых составляют третью группу дополнительно измеренных интервалов времени; вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки; вычисляют собственные перемещения i-й лопатки за время Т_i, накапливают статистическую совокупность собственных перемещений i-й лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью, определяют наибольшее отклонение i-й лопатки А_i; путем нахождения разницы между максимальным и минимальным значениями собственных перемещений i-й лопатки; формируют три группы разношаговостей, соответствующие группам дополнительно измеренных интервалов времени; накапливают статистическую совокупность разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью для каждой пары соседних лопаток во всех группах накопленных разношаговостей определяют размах А_i,i+1 разношаговости; определяют дополнительную совокупность А_i наибольших отклонений лопаток рабочего колеса из рекуррентного соотношения

при i>1,

где N - количество лопаток в колесе;

из полученных для каждой лопатки значений наибольших отклонений А_i и А^Д_i судят об амплитуде виброперемещений каждой лопатки; определяют виброскорости каждой лопатки; формируют статистическую совокупность виброскоростей каждой лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; из статистической совокупности виброскоростей для каждой лопатки определяют размах виброскорости; вычисляют отношение размаха виброскорости каждой лопатки к амплитуде виброперемещения той же лопатки и по полученным значениям судят о частоте виброперемещения каждой лопатки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают третий периферийный датчик на базовом расстоянии до ближайшего датчика из пары датчиков по траектории движения кромок лопаток, дополнительно регистрируют моменты прохождения периферийного сечения каждой лопатки перед 3-м датчиком и дополнительно вычисляют интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки от 2-го до 3-го датчика (между датчиками), из которых составляют четвертую группу дополнительно измеренных интервалов времени; интервалы времени между моментами прохождения i-й и (i+1)-й лопаток перед 3-м датчиком, из которых составляют пятую группу дополнительно измеренных интервалов времени; интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 3-м датчиком и (i+1)-й лопатки перед 2-м, из которых составляют шестую группу дополнительно измеренных интервалов времени; интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки перед 3-м датчиком и (i+2)-й лопатки перед 1-м, из которых составляют седьмую группу дополнительно измеренных интервалов времени; интервалы времени между моментами прохождения i-й лопатки от 1-го до 3-го датчика (между двумя датчиками), из которых составляют восьмую группу дополнительно измеренных интервалов времени; вычисляют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени дрейфовые линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки; дополнительно для каждой лопатки формируют две группы дополнительных собственных перемещений; накапливают статистическую совокупность дополнительных собственных перемещений i-й лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; определяют вторую дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой i-й лопатки в статистической совокупности дополнительных собственных перемещений i-й лопатки; для каждой пары соседних лопаток формируют две группы дополнительных разношаговостей; накапливают статистическую совокупность дополнительных разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; для каждой пары соседних лопаток во всех группах накопленных дополнительных разношаговостей определяют размах дополнительных разношаговостей; определяют третью дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой отдельной лопатки рабочего колеса от среднего положения по формуле

при i>1,

где N - количество лопаток в колесе,

для каждой пары смежных через одну лопаток находят дополнительные смежные разношаговости; накапливают статистическую совокупность дополнительных смежных разношаговостей, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; для каждой пары смежных через одну лопаток в группе дополнительных смежных разношаговостей определяют размах дополнительных смежных разношаговостей; определяют четвертую дополнительную совокупность наибольших отклонений каждой отдельной лопатки , рабочего колеса от среднего положения:

а) для нечетных лопаток:

при j≥2,

где L - количество нечетных лопаток в колесе,

б) для четных лопаток

при j≥2,

где М - количество четных лопаток в колесе,

для каждой лопатки формируют ряд значений наибольших отклонений из всех совокупностей наибольших отклонений; об амплитуде виброперемещений каждой лопатки судят по наибольшей величине из ряда значений наибольших отклонений; определяют дополнительные значения виброскорости каждой лопатки, из которых накапливают 2-ю статистическую совокупность виброскоростей для каждой лопатки, объем которой определяется заданной точностью и надежностью; для каждой лопатки определяют 2-й результат измерения размаха виброскорости как разность между максимальным и минимальным значениями 2-й совокупности виброскоростей; выбирают из 1-го и 2-го результатов измерения размаха виброскорости наибольшее значение, вычисляют отношение наибольшего значения размаха виброскорости каждой лопатки к амплитуде ее виброперемещения и по полученным значениям судят о частотах виброперемещений каждой лопатки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2