Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины



Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины
Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины
Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины
Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины
Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины

 


Владельцы патента RU 2454626:

Учреждение Российской Академии Наук Институт проблем управления сложными системами РАН (RU)

Использование: для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток колеса ротора относительно статора турбомашины. Сущность: производят раздельное определение смещений торцов лопаток в радиальном, осевом направлениях и в направлении вращения ротора с помощью трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей. Преобразователи размещают на статорной оболочке в пределах трех участков ее поверхности. На каждом участке выбирают по одной точке, находящейся в зоне чувствительности соответствующего преобразователя. Точки отстоят друг от друга на четыре третьих угловых шага установки лопаток на контролируемом колесе ротора. Преобразование индуктивностей чувствительных элементов в напряжения и фиксацию соответствующих цифровых кодов проводят за один оборот ротора. При этом функции рабочего и компенсационного преобразователи выполняют, чередуясь с приходом каждого импульса синхронизируемой последовательности, формируемого при повороте ротора на угол, равный одной трети углового шага установки лопаток. Технический результат: повышение быстродействия за счет сокращения времени сбора информации и точности за счет снижения динамической погрешности от возможной нестабильности периода вращения ротора за уменьшившееся время сбора информации. 4 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Известен способ измерения радиальных смещений торцов лопаток ротора при одновременном измерении осевых смещений ротора турбомашины, при котором на статоре турбомашины устанавливают два вихретоковых преобразователя, смещенных друг относительно друга и возбуждаемых импульсами, синхронизируемыми с ее вращением, и по их сигналам оценивают координатные составляющие смещения торцов лопаток относительно указанных преобразователей в течение нескольких периодов вращения ротора турбомашины (патент РФ №2138012 «Способ измерения параметров движения лопаток ротора турбомашины», кл. G01B 7/14, 1999).

Недостатком этого способа является низкая информативность измерения из-за невозможности определения смещения торцов лопаток в направлении вращения ротора турбомашины, обусловленных изгибом пера лопатки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения, при котором на статоре турбомашины устанавливают кластер из трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей с чувствительными элементами в виде отрезка проводника, распределенными по статорной оболочке и расположенными на трех участках ее поверхности, на каждом из которых выбирают по одной точке, названной «виртуальным» геометрическим центром, причем точки смещены друг относительно друга в направлении вращения ротора, два из трех преобразователей включают в дифференциальную измерительную цепь с меняющимся от оборота к обороту ротора составом преобразователей или их функциями в измерительной цепи, возбуждаемой в моменты прохождения замками лопаток выбранных точек последовательностью импульсов, синхронизируемой с вращением турбомашины, преобразуют индуктивность чувствительных элементов в напряжение и фиксируют соответствующие выходному напряжению измерительной цепи цифровые коды, а по ним определяют координатные составляющие смещений торцов лопаток путем решения системы из трех уравнений на основе семейств градуировочных характеристик преобразователей (Беленький Л.Б., Боровик С.Ю., Логвинов А.В., Райков Б.К., Скобелев О.П., Секисов Ю.Н., Тулупова В.В. Методы измерения смещений торцов лопаток в компрессорах и турбинах на основе распределенных кластеров датчиков. Часть 1. Обоснование предлагаемых методов и их описание. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №4, с.16-19; Беленький Л.Б., Боровик С.Ю., Райков Б.К., Скобелев О.П., Секисов Ю.Н., Тулупова В.В. Методы измерения смещений торцов лопаток в компрессорах и турбинах на основе распределенных кластеров датчиков. Часть 2. Реализуемость методов. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №5, с.21-30).

Недостатком способа является низкое быстродействие, связанное с тем, что сбор данных, необходимых для определения смещений торцов лопаток ротора, происходит в три этапа, каждый из которых занимает один оборот ротора. Кроме того, возможная в продолжении трех оборотов ротора нестабильность ранее найденного периода его вращения, которым определяется периодичность и моменты возбуждения измерительной цепи, приводит к дополнительной динамической погрешности измерения смещений торцов лопаток ротора.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе, при котором во взаимодействие с торцами лопаток работающей турбомашины вводят кластер из трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей с чувствительными элементами в виде отрезка проводника, распределенными по статорной оболочке и расположенными на трех участках ее поверхности, на каждом из которых выбирают по одной точке, причем точки смещены друг относительно друга в направлении вращения ротора, два из трех преобразователей включают в дифференциальную измерительную цепь с меняющимся составом преобразователей или их функциями в измерительной цепи, возбуждаемой в моменты прохождения замками лопаток выбранных точек последовательностью импульсов, синхронизируемой с вращением турбомашины, преобразуют индуктивность чувствительных элементов в напряжение и фиксируют соответствующие выходному напряжению измерительной цепи цифровые коды, а по ним определяют координатные составляющие смещений торцов лопаток путем решения системы из трех уравнений на основе семейств градуировочных характеристик преобразователей, отличающийся тем, что первая, вторая и третья точки последовательно смещены друг относительно друга на угол, составляющий четыре третьих угловых шага установки лопаток контролируемого колеса ротора, а очередной импульс синхронизируемой последовательности формируется при повороте колеса на одну треть углового шага установки лопаток, причем с приходом каждого импульса функция преобразователя в измерительной цепи меняется с рабочей на компенсационную так, что в пределах триады импульсов каждый преобразователь по одному разу выполняет функции рабочего и компенсационного.

На фиг.1 представлены схематическое изображение рабочего колеса турбомашины 1, взаимное расположение точек 01, 02 и 03, при прохождении которых замками лопаток производят преобразования индуктивностей чувствительных элементов в напряжение и фиксацию результирующих кодов, и систем отсчета (показаны оси координат Y и Z, оси Х направлены перпендикулярно плоскости чертежа) с началами отсчета, совпадающими с точками 01, 02 и 03. Угловые расстояния между точками 01 и 02 и 02 и 03 составляют 4/3·Δψл угловых шага установки лопаток (Δψл) на колесе ротора 2. Здесь же представлены статор 3, датчик синхронизации 4 и метка 5 на валу ротора 6.

На фиг.2 представлена плоская развертка фрагмента лопаточного венца, где в идеализированном виде изображены замки и торцы лопаток под номерами n-1, n, 1, 2. На том же рисунке жирными линиями показаны чувствительные элементы (ЧЭ) распределенного кластера одновитковых вихретоковых датчиков (ОВТД) (ЧЭ1, ЧЭ2, ЧЭ3), топология размещения которых и ориентация ЧЭ относительно торцов лопаток аналогичны тем, что приведены в работе (Беленький Л.Б., Боровик С.Ю., Райков Б.К., Скобелев О.П., Секисов Ю.Н., Тулупова В.В. Методы измерения смещений торцов лопаток в компрессорах и турбинах на основе распределенных кластеров датчиков. Часть 2. Реализуемость методов. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №5, с.21-30) (для большей наглядности распределенный кластер представлен в сосредоточенном виде в правой верхней части рисунка).

На фиг.3 представлены временные диаграммы, на которых показаны импульсы возбуждения измерительной цепи с периодом Т0Р/3·nЛ, где ТР - период вращения ротора, а nЛ - число лопаток ступени, М - импульсы синхронизации, поступающие от стандартного датчика частоты вращения (эпюра 1), моменты прохождения замками лопаток точек в зонах чувствительности первого, второго и третьего чувствительных элементов преобразователей распределенного кластера, в которых происходит преобразование их индуктивностей (эпюры 2, 3 и 4), и моменты фиксации результирующих кодов Сj-i, используемых для вычисления координатных составляющих смещения i-ой лопатки после того, как с ней взаимодействовали в качестве рабочего каждый из j=1, 2, 3 одновитковых вихретоковых преобразователей (эпюра 5), а также функции преобразователей в дифференциальной измерительной цепи при взаимодействии с лопатками - рабочего (Р) и компенсационного (К) ЧЭ.

На фиг.4 представлена Таблица 1, в которую объединены порядковые номера очередных перемещений лопаточного колеса, лопаток и чувствительных элементов датчиков.

Измерение искомых координат смещения торцов лопаток ротора турбомашины предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Получению информации с распределенного кластера одновитковых вихретоковых преобразователей предшествует этап измерения периода вращения ротора турбомашины (ТР). С этой целью используют датчик частоты вращения промышленного изготовления и метку на валу ротора.

Найденные значения периода вращения ТР используют для вычисления моментов прохождения замками лопаток точек O1, О2 и О3 в зонах чувствительности рабочих ЧЭ распределенного кластера, а также для определения периода тактовых импульсов Т0, причем период Т0 строго соответствует повороту колеса на угол Δψл/3.

Согласно предлагаемому способу импульсы возбуждения с периодом Т0 подаются в измерительную цепь (ИЦ) всякий раз, когда замок любой лопатки проходит мимо одного из ЧЭ.

При прохождении замка лопатки под номером 2 точки 01 ЧЭ1 в дифференциальной ИЦ выполняет рабочую функцию (ЧЭ1-P), а ЧЭ2 - компенсационную (ЧЭ2-К) (следует отметить, что для роли компенсационного возможен выбор и ЧЭ3, но его положение по отношению к ближайшей лопатке под номером n-1 менее благоприятно, чем у ЧЭ2 по отношению к лопатке под номером 11. (1 В идеале в зоне чувствительности компенсационного датчика не должны находиться торцы лопаток (или они должны находиться на максимально возможном расстоянии от ЧЭ).)

В рассматриваемом положении лопаточного колеса (фиг.2) контуры замков и торцов лопаток обведены сплошными линиями и дополнительно обозначены римскими цифрами I.

Очередные угловые перемещения лопаточного колеса на Δψл/3 вызывают соответствующие изменения положения: замков и торцов лопаток: на фиг.2 они занимают теперь вторую и третью позиции, на которых их контуры обведены линиями, выполненными в виде пунктира и квадратных точек и дополнительно обозначены римскими цифрами II и III соответственно. При этом вторая позиция характеризуется прохождением замком лопатки под номером 1 точки 02. В дифференциальной ИЦ функции рабочего выполняет ЧЭ2 (ЧЭ2-Р), а компенсационного - ЧЭ3 (ЧЭ3-К). И, наконец, третья позиция характеризуется прохождением замком лопатки под номером n точки 03. В ИЦ функции рабочего выполняет ЧЭ3 (ЧЭ3-Р), а компенсационного - ЧЭ1 (ЧЭ1-К).

В Таблицу 1 сведены результаты анализа, иллюстрированные на фиг.2 тремя позициями лопаточного колеса, а также результаты анализа для всех последующих позиций на протяжении полного периода вращения лопаточного колеса. При этом в колонке 1 даны порядковые номера очередных перемещений лопаточного колеса (на угол Δψл/3), а в колонках 2-4 порядковые номера лопаток, рабочих и компенсационных ЧЭ (соответственно).

Как следует из Таблицы 1, после девятого по счету перемещения лопаточного колеса, т.е. после его поворота на 3Δψл, для лопатки под номером 2 будет сформирована информация, достаточная для вычисления координат смещений торцов этой лопатки.

Затем аналогичная информация будет получена для лопатки под номером 1 и т.д. согласно Таблице 1. Если при этом после каждого поворота лопаточного колеса на угол 3Δψл будут вычисляться искомые координаты, то к моменту окончания периода вращения будут завершены вычисления координат для всех лопаток.

Значения координат смещений в радиальном (Y), осевом (X) направлениях и в направлении вращения (Z) для i-ой лопатки находятся путем решения системы из трех уравнений, полученных на основе снятых экспериментально семейств градуировочных характеристик измерительных каналов, связывающих коды аналого-цифрового преобразования и координаты смещений. При подстановке конкретных значений кодов, полученных в моменты прохождения замком i-ой лопатки точек преобразования индуктивностей ЧЭ и фиксации кодов 01, 02 и 03 (C1-i, С2-i, С3-i) и благодаря незначительности изменений смещений торца i-ой лопатки за время получения кодов С1-i, C2-i, C3-i система уравнений для i-ой лопатки принимает вид:

и решается относительно координат ее смещения X, Y, Z.

Очевидно, что при выбранном расстоянии (4Δψл/3) между точками, при похождении которых замками лопаток производят преобразования индуктивностей чувствительных элементов в напряжение, в процессе вращения лопаточного колеса в зоне чувствительности одного из пары ЧЭ через каждые Δψл/3 будет появляться торец лопатки, а это означает, что получение искомой информации по всем лопаткам станет возможным в течение одного периода вращения.

Способ измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины, при котором во взаимодействие с торцами лопаток работающей турбомашины вводят кластер из трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей с чувствительными элементами в виде отрезка проводника, распределенными по статорной оболочке и расположенными на трех участках ее поверхности, на каждом из которых выбирают по одной точке, причем точки смещены относительно друг друга в направлении вращения ротора, два из трех преобразователей включают в дифференциальную измерительную цепь с меняющимся составом преобразователей или их функциями в измерительной цепи, возбуждаемой в моменты прохождения замками лопаток выбранных точек последовательностью импульсов, синхронизируемой с вращением турбомашины, преобразуют индуктивность чувствительных элементов в напряжение и фиксируют соответствующие выходному напряжению измерительной цепи цифровые коды, а по ним определяют координатные составляющие смещений торцов лопаток путем решения системы из трех уравнений на основе семейств градуировочных характеристик преобразователей, отличающийся тем, что первая, вторая и третья точки последовательно смещены относительно друг друга на угол, составляющий четыре третьих угловых шага установки лопаток контролируемого колеса ротора, а очередной импульс синхронизируемой последовательности формируется при повороте колеса на одну треть углового шага установки лопаток, причем с приходом каждого импульса функция преобразователя в измерительной цепи меняется с рабочей на компенсационную так, что в пределах триады импульсов каждый преобразователь по одному разу выполняет функции рабочего и компенсационного.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к датчикам перемещения, в частности к перемещениям двух каких-либо объектов относительно друг друга. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток колеса ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статора газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазора между стационарной и вращающейся компонентами машины (турбины, генератора и т.п.).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статорной оболочки (ДСО) винтовентиляторной силовой установки (ВВСУ) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в местах установки кластерных одновитковых вихретоковых датчиков (КОВТД) и смещений геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта.

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

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактного измерения вибраций деталей машин и механизмов, и может быть использовано для бесконтактного измерения зазоров.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля нефтегазопроводов и может быть использовано для определения пространственных координат дефектов, а также для измерения пройденного внутритрубным инспектирующим снарядом-дефектоскопом расстояния.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля пера

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ)

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

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров

Изобретение относится к индуктивному сенсору сближения, выполненному с возможностью встраивания в монтажную плату (2), выполненную из мягкой стали. Сенсор включает корпус (16) с лицевой стенкой, выполненной из синтетического материала и образующей чувствительную поверхность (4), осциллятор (10), включающий воспринимающую обмотку (7) с сердечником (9), расположенный внутри корпуса за лицевой стенкой (16) таким образом, чтобы незамкнутая часть сердечника (9) была направлена к чувствительной поверхности (4), пустотелый цилиндрический металлический элемент (3), расположенный перпендикулярно чувствительной поверхности (4) и окружающий сердечник (9), а также измерительный контур (11), приспособленный для измерения затухания колебаний осциллятора (10), возникающего из-за наличия вихревых токов. Сердечник (9) радиально окружен слоем металла, имеющим низкое удельное электрическое сопротивление менее 15 мкОм·см и толщину менее 40 мкм. В альтернативном варианте выполнения этот тонкий металлический слой может быть исключен, если удельное электрическое сопротивление металлического элемента (3) находится в диапазоне от 15 мкОм·см до 50 мкОм·см. Технический результат: улучшение встраиваемости сенсора без ущерба для дальности действия. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для уменьшения температурной погрешности при измерении перемещений электропроводящих объектов в условиях воздействия высоких температур. Сущность: в одновитковом вихретоковом преобразователе во внутреннем проводнике его коаксиального токовода, соединяющего чувствительный элемент с объемным витком согласующего трансформатора, располагают первую термопару. Горячий спай термопары находится внутри токовода у его торца, обращенного к чувствительному элементу. Вторую термопару располагают так, что ее горячий спай оказывается в месте контакта токовода с объемным витком согласующего трансформатора. Температура, учитываемая для термокоррекции при вычислении координатных составляющих, определяется как Θ Ч Э = Θ Т П 1 + ( Θ Т П 2 − Θ Т П 1 ) ⋅ l 1 l 2 , где ΘТП1 - температура в области расположения горячего спая первой термопары, размещенной во внутреннем проводнике коаксиального токовода; ΘТП2 - температура в области расположения горячего спая второй термопары, размещенной в месте контакта токовода с объемным витком согласующего трансформатора; l1, l2 - расстояния от чувствительного элемента до горячего спая первой и второй термопары соответственно. Технический результат: уменьшение погрешности измерения координатных составляющих. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля изгиба удлиненных изделий, в частности каналов активной зоны ядерного реактора. Сущность: измеритель искривления содержит емкостные датчики зазора, закрепленные на контролируемом изделии и подключенные к измерителям емкости. Конденсаторные пластины (5), образующие емкостные датчики зазора, установлены на отдельных держателях (3), закрепленных на контролируемом изделии. Расстояние между точками крепления держателей (3) в осевом направлении больше зазора между конденсаторными пластинами (5). На каждом держателе (3) установлено по несколько конденсаторных пластин (5) с угловым смещением относительно друг друга в поперечном сечении держателя (3). Измерители емкости выполнены в виде усилителей заряда. Предложены частные случаи исполнения устройства. В первом частном случае держатели (3) выполнены в виде соосных обечаек разного диаметра, а на цилиндрических поверхностях обечаек, обращенных навстречу друг другу, закреплены пары цилиндрических конденсаторных пластин (5), образующих радиальный зазор. Во втором частном случае держатели (3) выполнены в виде пары одинаковых обечаек с фланцами на торцах, обращенных навстречу друг другу, а на фланцах закреплены пары плоских конденсаторных пластин (5), образующих осевой зазор. Технический результат: расширение функциональных возможностей измерителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения искривлений трубчатых каналов, преимущественно в атомной энергетике. Сущность: индуктивный измеритель искривления трубчатого канала содержит индуктивные датчики зазора, соединенные с измерительной системой. Индуктивные датчики зазора выполнены в виде магнитопроводов (5) с возбуждающей (7) и измерительной (6) обмотками, закрепленных на держателях, установленных на корпусе измерителя, и замыкающих магнитных элементов (8), закрепленных на корпусе измерителя напротив разомкнутых магнитопроводов. Возбуждающие (7) и измерительные (6) обмотки установлены на магнитопроводах (5) соосно. Обмоточные провода этих обмоток и их выводы (10) выполнены из кабеля с минеральной изоляцией в металлической герметичной оболочке. Возбуждающие обмотки (7) подключены к генератору стабильного тока постоянной частоты. Измерительные обмотки (6) через усилители подключены к входам синхронных детекторов, управляемых от генератора стабильного тока. Технический результат: расширение функциональных возможностей измерителя. 4 ил.

Использование: для измерения зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины. Сущность изобретения заключается в том, что во взаимодействие с торцом контролируемой лопатки вводят распределенный кластер из двух высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей (ОВТП) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде линейного отрезка проводника, устанавливаемых на статорной оболочке с нормированным смещением друг относительно друга в направлении, параллельном оси рабочего колеса (ось X), на расстояние равное ожидаемому смещению торца лопатки Δх0, причем кластер преобразователей устанавливают по оси Х левее выходной кромки лопатки на половину длины ЧЭ (λЧЭ/2), а также ЧЭ преобразователей ориентируют параллельно касательной к средней линии профиля торца лопатки в точке пересечения ее с плоскостью вращения, проходящей через геометрический центр кластера преобразователей (середина линии, соединяющей центры ЧЭ преобразователей); из совокупности результатов преобразования параметров первого ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наименьшее из экстремальных значений кодов, а из совокупности результатов преобразования параметров второго ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наибольшее из экстремальных значений кодов. Технический результат: повышение чувствительности ОВТП с ЧЭ в виде линейного отрезка проводника при измерении радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля и U-образном продольном сечении ее пера. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях. Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабилизации емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, промодулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора (fс) и модулятора 4:1. Технический результат - повышение чувствительности датчика и расширение линейного интервала измерений величины зазора. 4 ил.
Наверх