Способ определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях. Сущность изобретения: 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, измеряют временные интервалы прохождения каждой i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки, вычисляют разношаговости каждой i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей каждой i-й лопатки, из которой определяют максимальное абсолютное значение разношаговости каждой i-й лопатки. Увеличивают полученное для каждой i-й лопатки максимальное абсолютное значение разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин, и по увеличенному максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки. Технический результат - повышение точности и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды 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, построенные на дискретно-фазовом методе определения амплитуд колебаний, используют статистические методы определения амплитуд колебаний каждой отдельной лопатки на основе использования 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 (погрешности) и 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 известного способа является большое время (большое число оборотов ротора турбомашины), необходимое для накопления требуемого количества статистической информации о мгновенной разношаговости лопаток, т.к. с помощью 2-х датчиков за один оборот ротора турбомашины получают только один отсчет (интервал времени) при прохождении каждой i-й лопатки, а требуемое количество отсчетов измеренных интервалов времени для каждой лопатки с датчиков, необходимых для определения ее параметров колебаний зависит от заданной точности (погрешности) и 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/.

Также 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, причем степень разнородности зависит и от размеров накопленной статистической совокупности (количества отсчетов измеренных интервалов времени).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, приведенный в /Патент РФ №2207524, G 01 Н 11/ 06, Бюл. №18, 2003 г./, в котором 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, измеряют временные интервалы прохождения каждой i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки, вычисляют разношаговости каждой i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей каждой i-й лопатки, из которой определяют разницу между максимальным и минимальным значениями разношаговостей каждой i-й лопатки. По полученному для каждой i-й лопатки значению разницы между максимальным и минимальным значениями разношаговостей судят об амплитуде колебаний.

Недостатком известного способа является большое время (большое число оборотов ротора турбомашины), необходимое для накопления требуемого количества статистической информации о мгновенной разношаговости лопаток, т.к. с помощью 2-х датчиков за один оборот ротора турбомашины получают только один отсчет (интервал времени) при прохождении каждой i-й лопатки, а требуемое количество отсчетов измеренных интервалов времени для каждой лопатки с датчиков, необходимых для определения ее параметров колебаний зависит от заданной точности (погрешности) и 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/.

Поставлена задача повышения быстродействия (уменьшения времени и количества оборотов ротора турбомашины) определения параметров колебаний каждой i-й лопатки при заданных значениях точности (погрешности) и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и/или повышения точности (уменьшения погрешности) и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин за прежнее время (прежнее количество оборотов ротора турбомашины).

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин, основанном на бесконтактном съеме информации о колебаниях вращающихся лопаток, 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, измеряют временные интервалы прохождения каждой i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки, вычисляют разношаговости каждой i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей каждой i-й лопатки, из которой определяют максимальное абсолютное значение разношаговости каждой i-й лопатки. По полученному для каждой i-й лопатки максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки.

Для дополнительного повышения быстродействия (уменьшения времени и количества оборотов ротора турбомашины) определения параметров колебаний каждой i-й лопатки при заданных значениях точности (погрешности) и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и/или повышения точности (уменьшения погрешности) и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин за прежнее время (прежнее количество оборотов ротора турбомашины) предлагается увеличивать полученное для каждой i-й лопатки максимальное абсолютное значение разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и по увеличенному максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки.

Сущность способа определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин поясняется схемами, представленными на фиг.1 и 2;

на фиг.1 показаны зависимости достоверности Р определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин от требуемого количества отсчетов N для погрешности 2% определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин,

на фиг.2 показаны зависимости достоверности Р определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин от требуемого количества отсчетов N для погрешности 5% определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин. На фигурах 1 и 2 обозначены: сплошной линией - зависимости достоверности Р определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин от требуемого количества отсчетов по прототипу, пунктирной линией - зависимости достоверности Р определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин от требуемого количества отсчетов предлагаемым способом, штриховой линией - зависимости достоверности Р определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин от требуемого количества отсчетов предлагаемым способом с увеличением максимального абсолютного значения разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин.

Определение амплитуд колебаний лопаток турбомашин предлагаемым способом осуществляется следующим образом. 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, измеряют временные интервалы прохождения каждой i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (по траектории движения периферийного сечения лопаток). Измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки. Измерение средней 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 разношаговости каждой i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками. Накапливают статистическую совокупность разношаговостей каждой i-й лопатки, из которой определяют максимальное абсолютное значение разношаговости каждой i-й лопатки. По полученному для каждой i-й лопатки максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки.

Для дополнительного повышения быстродействия (уменьшения времени и количества оборотов ротора турбомашины) определения параметров колебаний каждой i-й лопатки при заданных значениях точности (погрешности) и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и/или повышения точности (уменьшения погрешности) и достоверности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин за прежнее время (прежнее количество оборотов ротора турбомашины) предлагается увеличивать полученное для каждой i-й лопатки максимальное абсолютное значение разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин, и по увеличенному максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки.

При определении зависимостей, показанных на фиг.1 и 2, исходили из того, что колебания лопаток происходят по гармоническому закону со случайной начальной фазой ⊘ и случайным отношением частоты колебаний к частоте вращения ротора турбомашины (частоте отсчетов) - величины кратности колебаний n.

Для каждого сочетания числа отсчетов N (N=1,2...100) и точности (погрешности) Δ (Δ=2%, 5%) было проведено М=105 испытаний, в каждом из которых N раз вычислялось значение уi по формуле:

где - дробная часть суммы кратности колебаний n и величины относительной фазы ϕ для каждого испытания выбиралась с помощью датчика случайных чисел с равномерным распределением в диапазоне [0, 1] (поскольку целая часть суммы кратности колебаний n и величины относительной фазы не изменяет значение гармонической функции).

Для каждого сочетания числа отсчетов N и точности (погрешности) Δ определялось:

количество испытаний m1 из М, в которых разность между наибольшим и наименьшим значениями уi из N отсчетов с заданной точностью (погрешностью) Δ соответствует двойной амплитуде колебаний:

количество испытаний m2 из М, в которых наибольшее абсолютное значение уi из N отсчетов с заданной точностью (погрешностью) Δ соответствует амплитуде колебаний:

количество испытаний m3 из М, в которых наибольшее абсолютное значение уi из N отсчетов, увеличенное на значение заданной погрешности определения амплитуды колебаний с заданной точностью (погрешностью) Δ, соответствует амплитуде колебаний:

Отношение m1 к М испытаний представляет собой вероятность определения амплитуды колебаний лопаток турбомашин для соответствующего сочетания числа отсчетов N и точности (погрешности) Δ по прототипу.

Отношение m2 к М испытаний представляет собой вероятность определения амплитуды колебаний лопаток турбомашин для соответствующего сочетания числа отсчетов N и точности (погрешности) Δ предлагаемым способом.

Отношение m3 к М испытаний представляет собой вероятность определения амплитуды колебаний лопаток турбомашин для соответствующего сочетания числа отсчетов N и точности (погрешности) Δ предлагаемым способом с увеличением полученного максимального абсолютного значения разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний.

Так при погрешности определения амплитуды колебаний Δ=2% и достоверности Р=0,95 требуемое количество отсчетов N составит: по прототипу - 41, предлагаемым способом - 23, предлагаемым способом с увеличением максимального абсолютного значения разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин - 15.

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

1. Способ определения амплитуд 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, измеряют временные интервалы прохождения каждой i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), измеряют средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки, вычисляют разношаговости каждой i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние в течение соответствующих измеренных интервалов времени линейные скорости движения периферийного сечения каждой i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей каждой i-й лопатки отличающийся тем, что из статистической совокупности разношаговостей каждой i-й лопатки определяют максимальное абсолютное значение разношаговости каждой i-й лопатки и по полученному для каждой i-й лопатки максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно увеличивают полученное для каждой i-й лопатки максимальное абсолютное значение разношаговости на значение заданной погрешности определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и по увеличенному максимальному абсолютному значению разношаговости судят об амплитуде колебаний каждой i-й лопатки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контролю качества микромеханических устройств, используемых в акселерометрах, гироскопах, датчиках давления. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды низкочастотных колебаний, например, при испытаниях на усталостную прочность авиаконструкций.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения виброперемещений при низкочастотных колебаниях, например при испытаниях авиаконструкций на усталость.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, например, в паровых турбинах. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вертикальных колебаний в сейсмометрии и виброметрии. .
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях при рабочем вращении ротора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для проверки исправности тормозной системы транспортных средств

Изобретение относится к измерению механических колебаний и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а именно для определения опасных вибраций при воздействии их на человека

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактной и дистанционной регистрации вибраций и перемещений поверхности, способной отражать радиоволны

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для проверки исправности тормозной системы транспортных средств и предупреждения их опрокидывания

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств

Изобретение относится к устройствам контроля пространственных величин, например пространственной вибрации, и может быть использовано в системах контроля, диагностики, защиты и навигации

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды, скорости и ускорения механических колебаний контролируемого объекта

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве контрольно-сигнального устройства для контроля квазистатических и низкочастотных параметров состояния машин в процессе эксплуатации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, уменьшении времени готовности и обеспечении помехоустойчивости. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для контроля сигналов дополнительно введены шины начального напряжения и сигнализации, пороговый элемент, аналоговый ключ с управляющим входом, третий резистор, диод, катод которого соединен с шиной питания и входом интегрирующей RC-цепи, выход которой соединен с анодом диода и входом порогового элемента, выход которого соединен с первым выводом второго резистивного делителя и управляющим входом аналогового ключа, вход которого соединен с шиной начального напряжения, а выход - с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого через третий резистор соединен с общей шиной, шина среднего значения соединена с первым входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с шиной сигнализации, второй вывод второго резистивного делителя соединен либо с шиной питания, либо с общей шиной. 5 ил.

Использование: изобретение относится к измерительной технике для диагностирования технического состояния машин с вращающимися элементами. Сущность: система содержит установленные на нем в зоне по меньшей мере одной измерительной плоскости по длине вала 1 равномерно по его окружности информационные элементы угловых перемещений вала, например, в виде зубцов 3 установленного на валу 1 зубчатого кольца 2. На валу 1 установлен также информационный элемент отметчика оборотов его вращения в виде одиночного зуба 6 на отдельном зубчатом кольце 7 или в виде выделенного меньшими размерами в общем зубчатом кольце 2 одного из его зубцов 3.1. Кроме того, вне вала 1 установлены неподвижные измерительные датчики 4 по одному в каждой его измерительной плоскости и неподвижный датчик отметчика оборотов, установленный в плоскости расположения его информационного элемента. Система также содержит соединенный с указанными датчиками аппаратно-программный блок для преобразования и математической обработки полученной от датчиков информации. Отличие: в каждой измерительной плоскости дополнительно установлен второй измерительный датчик 5, аналогичный первому датчику 4 и расположенный по отношению к нему под углом 180° с противоположной стороны вала 1 в той же измерительной плоскости. Число информационных элементов в каждой измерительной плоскости является четным. Каждый информационный элемент угловых перемещений вала составляет пару с другим аналогичным информационным элементом (зубцом 3), расположенным на том же диаметре с противоположной стороны вала 1. В способе на каждом обороте вала определяют временные интервалы ti, между опорным импульсом отметчика оборотов (зуба 3.1) и текущими импульсами, для каждой пары последовательных импульсов с номерами i и i+k/2 определяют полусумму интервалов времени Δti=0,5(ti+k/2+ti), мгновенные значения угловых смещений текущих импульсов φi=Δti·ωj относительно опорного импульса и распределение по окружности вала мгновенных значений угловых перемещений, обусловленных крутильными колебаниями Δφi=φi-φ0i. Технический результат: повышение точности и достоверности диагностирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

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

Наверх