Способ измерения радиальных зазоров и обнаружения колебаний лопаток ротора турбомашины

Использование: для измерения радиальных зазоров и обнаружения колебаний лопаток ротора турбомашины. Сущность: заключается в том, что о начале и интенсивности колебательного процесса в лопаточном венце колеса ротора турбомашины судят по отношению средних значений результатов преобразования радиальных зазоров по всем контролируемым лопаткам, зарегистрированных на режиме, при котором заведомо нет срывных и помпажных явлений и сопутствующих им колебаний лопаток и на текущем режиме, полученных при одних и тех же угловых положениях замков лопаток, когда замки лопаток находятся напротив чувствительного элемента преобразователя. Технический результат: повышение информативности измерения радиальных смещений торцов лопаток ротора турбомашины. 5 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток ротора и статором турбомашины, а также для обнаружения колебаний лопаток в лопаточных венцах ротора турбомашины, сопровождающих срывные и помпажные явления в компрессоре силовой установки.

Известен способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие синхронизированный с ее вращением одновитковый вихретоковый преобразователь [Райков Б.К., Секисов Ю.Н., Скобелев О.П., Хритин А.А. Вихретоковые датчики зазоров с чувствительными элементами в виде отрезка проводника//Приборы и системы управления, 1996, №8, с.27], возбуждаемый последовательностями из групп - пакетов импульсов и по его сигналам оценивают радиальные зазоры между лопатками и указанным преобразователем в течение нескольких периодов вращения ротора турбомашины [а.с. СССР №1779908 «Способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах», кл. G 01 В 7/08, 1990; Секисов Ю.Н., Скобелев О.П., Хритин А.А. Компьютерная мультистробоскопия в измерениях радиальных зазоров газотурбинных двигателей//Автометрия, 1996, №5, с.108].

Недостатком известного способа является то, что он не позволяют обнаруживать колебания лопаток ротора турбомашины, например при возникновении срывных явлений в ступени и помпажа турбомашины, а также оценивать интенсивность колебательного процесса.

Цель изобретения - повышение информативности измерения радиальных смещений торцов лопаток ротора турбомашины путем обнаружения колебаний лопаток, по интенсивности которых может быть оценена степень развития срывных и помпажных явлений в газовоздушном тракте ступени турбомашины.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что с торцами лопаток колеса ротора работающей турбомашины вводят во взаимодействие синхронизированный с ее вращением одновитковый вихретоковый преобразователь, возбуждаемый последовательностями из пакетов импульсов, причем число импульсов в пакете выбирают по числу контролируемых лопаток в колесе турбомашины, а число пакетов из условия допустимой неравномерности огибающей выходного сигнала вихретокового преобразователя, и по его сигналам оценивают радиальные зазоры между лопатками и указанным преобразователем в течение нескольких периодов вращения ротора турбомашины, введены дополнительные операции по определению колебаний лопаток ротора и оценки их интенсивности. О наличии и интенсивности колебаний лопаточного венца ротора турбомашины судят по отношению средних значений результатов преобразования радиальных зазоров по всем контролируемым лопаткам, зарегистрированных на режиме, при котором заведомо нет срывных и помпажных явлений и сопутствующих им колебаний лопаток, и на текущем режиме, полученных при одних и тех же угловых положениях замков лопаток, когда замки лопаток находятся напротив чувствительного элемента преобразователя. Если отношение среднего значения результата измерения радиального зазора по всем лопаткам колеса ротора, полученного на режиме, когда колебания лопаток отсутствуют, к среднему значению результата измерения радиального зазора по всем лопаткам, полученного на текущем режиме превысит допустимый уровень, фиксируется факт колебаний лопаток в лопаточном венце рабочего колеса ротора турбомашины. Об интенсивности колебательного процесса судят по величине данного отношения (чем интенсивнее колебательный процесс, тем больше отношение средних).

На фиг.1 представлена временная диаграмма, поясняющая процесс измерения радиальных зазоров и оценки интенсивности колебаний лопаток рабочего колеса ротора турбомашины, где τр - период вращения ротора, τ0 - шаг дискретизации импульсов опроса преобразователей, К - число периодов вращения ротора турбомашины, в течение которых осуществляется опрос вихретокового преобразователя.

На фиг.2 представлена диаграмма, поясняющая получение усредненных значений () результатов преобразования радиальных зазоров по всем лопаткам от номера пакета импульсов опроса (номера периода вращения ротора) k в выбранном сечении при отсутствии колебаний (1), при наличии колебаний отдельных лопаток (групп лопаток) (2) и при колебании всех лопаток ступени (3).

Обнаружение колебаний торцов лопаток ротора турбомашины при цифровом измерении радиальных зазоров за несколько периодов вращения ротора происходит в 4 этапа. На первом этапе (фиг.1) измеряется период вращения ротора τр. На этапе 2 рассчитывается шаг дискретизации импульсов опроса преобразователей τО. Далее (этап 3) производится опрос вихретокового преобразователя, в соответствии с которым в течение каждого периода вращения ротора на преобразователь подаются пакеты импульсов, причем число импульсов в пакете равно числу лопаток (nл), а период импульсов:

при этом Т≫τО. На каждом обороте ротора пакет импульсов смещается относительно предыдущего на шаг дискретизации τo, рассчитанный на этапе 2.

Длительность опроса (длительность этапа 3) определяется множеством К пакетов импульсов и составит К периодов вращения ротора.

На завершающем этапе 4 определяется факт наличия колебаний лопаток и оценивается их интенсивность. Для этого формируется массив средних (k) по всем контролируемым лопаткам результатов преобразований, полученных при прохождении замков лопаток относительно чувствительного элемента преобразователя и соответствующих определенному номеру k* пакета импульсов - периода вращения ротора (фиг.2)

где - результат преобразования на i-ой лопатке на k*-ом периоде вращения ротора.

Оценка интенсивности колебаний торцов лопаток ротора турбомашины осуществляется с помощью критерия q, равного отношению среднего значения выходного сигнала преобразователя по всем лопаткам при прохождении замка лопатки чувствительного элемента преобразователя, полученного при отсутствии колебаний (1k) к среднему значению выходного сигнала преобразователя по всем лопаткам для того же положения замка лопатки, полученного для текущего режима ()

Если критерий q превышает заданное пороговое значение qnop(q≥qnop), то выносится суждение о наличии колебаний в лопаточном венце рабочего колеса турбомашины.

График изменения средних значений результатов преобразования при вариации k от 0 до К по всем контролируемым лопаткам при отсутствии колебаний представлен на фиг.2 (1) и имеет ярко выраженный максимум, который соответствует прохождению замками лопаток чувствительного элемента одновиткового преобразователя и пакету импульсов (обороту ротора) под номером k*. Появление колебаний нарушает картину изменений естественных выходных сигналов одновитковых вихретоковых преобразователей, т.к. в моменты опроса преобразователей торцы лопаток могут оказаться вне зоны его максимальной чувствительности и вместо ожидаемых максимальных значений результатов после преобразования их естественных выходных сигналов появятся меньшие значения. При этом, если колебаниями будут охвачены не все лопатки, а только их часть, то характер изменений функции сохраняется, но ее максимум станет меньшим. Снижение максимума зависит от числа лопаток, охваченных колебаниями (2). Чем интенсивнее колебания, тем ближе к горизонтальной прямой (3). Если же колебаниями охвачены все лопатки, то максимум функции исчезнет, а график трансформируется в горизонтальную прямую (3).

В качестве конкретной реализации способа рассмотрим пример обнаружения колебаний торцов лопаток на одной из ступеней компрессора газотурбинного двигателя (экспериментальные данные получены в процессе стендовых испытаний в реальных условиях). Количество контролируемых лопаток на роторе исследуемой ступени - 21, причем выбрана только каждая пятая лопатка от общего числа лопаток венца.

В таблице 1 и на фиг.3 приведены результаты аналого-цифрового преобразования (1) естественного выходного сигнала одновиткового вихретокового преобразователя для режима, когда колебания лопаток отсутствовали. Число пакетов импульсов опроса (оборотов ротора) - К=21 (номера пакетов (оборотов) k=1, 2, 3,..., 21).

В таблице 2 и на фиг.4 приведены результаты аналого-цифрового преобразования (C2) естественного выходного сигнала используемого одновиткового вихретокового преобразователя для режима, сопровождающегося колебаниями лопаток.

На фиг.5 представлены изменения средних значений результатов преобразования по всем контролируемым лопаткам для рассматриваемого случая при отсутствии колебаний (1) и при колебаниях лопаточного венца ротора (2).

Как видно из табл. 1 и фиг.3 при отсутствии колебаний, когда положения замков и торцов лопаток совпадают, максимумам результатов аналого-цифрового преобразования примерно соответствует пакет импульсов (оборот ротора) под номером k*=11. Тогда, подставляя в выражения (1, 2) результаты аналого-цифрового преобразования для режима, сопровождающегося колебаниями лопаток (С2k*) и для режима, когда колебания отсутствуют С1k* при k*=11 nл=21, получаем

Значение критерия q значительно превышает 1 и соответствует интенсивному колебательному процессу (фиг.5). Пороговое значение qпор может составлять qпор=1.2 и его превышение будет свидетельствовать о наличие колебаний.

Таблица 1

Результаты аналого-цифрового преобразования выходного сигнала преобразователя для режима, когда колебания лопаток отсутствовали
№лопат.

k
123456789101112131415161718192021
197958596106811027787986490105116927964991059577
29796969411890107858696678911613394867310710710683
31049711510413610512210590998198123148114987811810811895
4133120155121166124153143101117100105143179155124107150126158124
5169145206153215161199200133145144130188235200170145181147202167
6220193261200270202245242172181192166234288243218188230182262217
7285244328251364252303322223222244217288386301273248289223336272
8366299412315480332428425283281300275394491422363321394280428369
9463426488436581445499490361373416361492576482440414477379499476
10544516515520618542543539474484489451567606527507495552484530525
11569566497545611596540535523534528521601590517517518577558512552
12533571450534552607497486530544529549581525474480500554597453517
13454521354467460558419402489508476523525435395417445486588361426
14364439249380361469297286411426410453430332277292347393513261326
15245349212286236378223215309331305372316233210222241296441212226
16189228163209192260179170223234213249226194169179189213317162179
17157187124169149195128124183187172205184152124129144165227129137
18108141901251161589591134147128163145118861039811518010199
1975987396871086673969989116103101637369751238777
20697361746983456179817586808351645154897466
215877536353613245716562696770476047476770

Таблица 2

Результаты аналого-цифрового преобразования выходного сигнала преобразователя для режима, сопровождающегося колебаниями лопаток
№ лопат.

k
123456789101112131415161718192021
127272727272830281041722814444113001071692728272727
2272728272727276916529541244825045328282727282727
3282827282827321362493904593801442927272827272727
427272828282727169353452449223282727272727272727
5292728272827282294164713761192728282727273228146
6282827272828442994634392312927282728272827143447
7292728272732793824873791612827282827276453426417
828282727282812343247125059272727282827269268446136
928272729282714847443318428272627282714150145719528
103327282827271705053581152827272828273614893352727
11972728272728195520277372727282728715032291002828
12150282727272725952221327272727274823541752283227
132113227282929290506170282728273218242120228302927
14267282727272735546810127322828463894495026282727
15356282827272738541749282827281704662792827272755
164292728272828417364282727272735838011827282727331
17465382827272844129627272727444602042829272899533
1849291282728274612302827283015545059272827164346347
1948513127282828482189282827282813013028262841248791
2045516927272728488157282727274141612728309044527928
214112002827272948611727272745454352727282952215627

Способ измерения радиальных зазоров и обнаружения колебаний лопаток ротора турбомашины, заключающийся в том, что с торцами лопаток колеса ротора работающей турбомашины вводят во взаимодействие синхронизированный с ее вращением вихретоковый преобразователь, возбуждаемый пакетами импульсов, по сигналам которого оценивают радиальные зазоры между торцами лопаток и указанным преобразователем, отличающийся тем, что о появлении колебаний и интенсивности колебательного процесса лопаток в лопаточном венце рабочего колеса турбомашины судят по отношению средних значений результатов преобразования радиальных зазоров по всем контролируемым лопаткам, зарегистрированных на режиме, при котором заведомо нет срывных и помпажных явлений и сопутствующих им колебаний лопаток, и на текущем режиме, полученных при одних и тех же угловых положениях замков лопаток, когда замки лопаток находятся напротив чувствительного элемента преобразователя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения линейных и угловых перемещений. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного измерения зазоров, эксцентриситета, неровности, геометрических размеров и перемещений деталей машин и механизмов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазора между верхними кромками подвижных лопаток лопаточного венца и внутренней стенкой картера.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля параметров движения торцов лопаток ротора турбомашины в процессе испытаний и эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при аттестации вихретоковых датчиков контроля линейных перемещений и уровня вибрации роторных машин.

Изобретение относится к электромагнитным датчикам перемещения, в частности к датчикам линейных перемещений, применяемым для фиксации момента прохождения контролируемого объекта определенной точки пространства.

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при преобразовании перемещений во временной интервал на основе волноводных преобразователей.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технике и научных исследованиях в ядерной и тепловой энергетике для измерения электрических и неэлектрических величин, в средах с высокими изменяющимися и неравномерными температурными полями.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля смещений торцов лопаток ротора турбомашины в радиальном, осевом направлениях и в направлении вращения ротора турбомашины, а также для обнаружения низкочастотных колебаний лопаток с целью диагностики помпажных явлений в газовоздушном тракте ступени турбомашины в процессе испытаний и эксплуатации силовой установки

Изобретение относится к области измерения и регулирования положения верхней мертвой точки в поршневых двигателях

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аэродинамическом эксперименте для измерения и контроля расстояний между телами при термоанемометрических исследованиях, например, пограничного слоя

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля радиально-осевых зазоров между рабочими лопатками и корпусом турбомашин, преимущественно в центробежных и осевых компрессорах, работающих при повышенных окружных скоростях, давлениях и температурах

Изобретение относится к области измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано, например, при исследованиях пограничного слоя на элементах летательных аппаратов и их моделей

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к испытаниям электрических машин косвенными методами
Изобретение относится к технологии приборостроения и может быть использовано в машиностроении и других областях техники для бесконтактного измерения дисбаланса вала турбодетандера, биения лопаток энергоустановки, а также поверхностей сложной геометрии из электромагнитных материалов и в условиях меняющихся температур

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в энергетике, нефтегазовой промышленности и других областях

Изобретение относится к устройствам контроля статических и динамических изменений зазора между двумя металлическими объектами

Изобретение относится к устройствам контроля статических и динамических изменений зазора между двумя металлическими объектами

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток ротора и статором турбомашины, а также для обнаружения колебаний лопаток в лопаточных венцах ротора турбомашины, сопровождающих срывные и помпажные явления в компрессоре силовой установки

Наверх