Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток



Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток
Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток

 


Владельцы патента RU 2514061:

РОЛЛС-РОЙС Пи-Эл-Си, Великобритания (GB)

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля состояния вращающихся лопаток газотурбинных двигателей. Настоящее изобретение раскрывает способ определения событий вибраций с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток, установленных на роторе, и ряд отстоящих друг от друга по периферии стационарных зондов таймирования, связанных с лопатками, обнаруживают моменты, когда лопатки проходят соответствующие зонды. Способ включает следующие этапы: получение тайминга лопаток, обнаруженного зондами, определение для последовательных вращений (оборотов) узла соответствующих факторов корреляции для одной или более лопаток, причем каждый фактор корреляции определяет величину степени корреляции между таймированием лопаток, обнаруженным зондами для конкретной лопатки на конкретном вращении, и таймированием лопаток, обнаруженным зондами на предыдущем вращении, и определение события резонансной вибрации, когда один или более факторов корреляции пересекает установленный порог. Второй аспект изобретения заключается в способе обработки таймирования лопаток стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, включающий следующие этапы: получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом, определение одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования, подбор усредняющей кривой к таймированию лопаток вне определенных событий резонансной вибрации, интерполирование секций для усредняющей кривой у таймирования лопаток внутри определенных событий резонансных вибраций, дополнение усредняющей кривой с интерполированными секциями и вычитание увеличенной усредняющей кривой из таймирования лопаток для получения обнуленного таймирования лопаток. Третий аспект изобретения заключается в способе фильтрации таймирования лопаток, обнаруженного стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, причем способ включает следующие этапы: получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом, идентификация одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования, преобразование таймирования лопатки в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных частот в графике частоты относительно времени, определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле, для идентифицированных событий резонансной вибрации определение отслеженных положений разряда относительно интегральных положений выборки; и фильтрация таймирования лопаток для идентифицированных событий резонансных вибраций в области времени, причем изменяющаяся характеристика фильтра зависит от соответствующих отслеженных положений разрядов в частотной области. Четвертый аспект изобретения заключается в компьютерной системе для выполнения способа любым из трех аспектов изобретения. Технический результат заключается в повышении объективности контроля и возможности его осуществления в реальном времени. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 19 ил.

 

Настоящее изобретение относится к временному анализу вращающихся лопаток (лопастей), таких как в газотурбинном двигателе.

При разработке газотурбинных двигателей важно определить величину вибрации вращающихся лопаток. По измерениям вибрации можно определить напряжение, вызываемое в лопатках. Затем можно предпринять действие для предупреждения достаточно высоких напряжений, повреждающих лопатки.

Как описано, например, в патентной заявке №2002/0162395, известен тензодатчик, установленный на вращающиеся лопатки компрессора/турбины для передачи информации об амплитудах и частотах вибрации лопаток. Может иметь место один или несколько тензодатчиков на каждой лопатке и соединяться с системой радио телеметрии, установленной на роторе, которая передает результаты измерений от ротора. Однако из-за количества тензодатчиков, требуемых для полного определения вибраций, система телеметрии обычно сложна, дорога, велика и занимает много времени для установки на роторе.

Альтернативный метод для характеристики вращения лопаток это «временной законцовки лопатки» (ВТТ), в котором бесконтактные временные зонды, обычно установленные на кожухе двигателя, используются для измерения времени, за которое каждая лопатка проходит через каждый зонд. Это время сравнивается со временем, за которое лопатка прошла бы зонд, если бы не подвергалась вибрации. Это названо «ожидаемым временем прибытия», и его можно рассчитать из положения вращения конкретной лопатки на роторе в сочетании с «один раз за оборот» или «OPR» сигнал, который дает сведения о положении ротора. Сигнал OPR получается от времени, в которое индикатор на роторе проходит через опорный датчик, и его использование хорошо известно из уровня техники.

Различие между ожидаемым временем прибытия и реальным временем прибытия можно умножить на скорость законцовки лопатки для сообщения смещения лопатки относительно его ожидаемого положения. Таким образом, данные ВТТ от конкретного зонда эффективно измеряют смещение законцовки лопатки у зонда.

Благоприятно, что способ временного анализа законцовки не требует наличия системы телеметрии, поскольку зонды установлены на кожухе.

Однако из-за того, что скорость выборки зондов определяется частотой вращения ротора, она часто ниже минимально допустимой частоты дискретизации для данных вибраций. Таким образом каждый зонд берет пониженную выборку вибраций, что приводит к проблемам искажения информации. Еще одна проблема с данными ВТТ состоит в том, что они часто шумовые по сути из-за движения зондов, вызванных ограничениями по установке и толщиной кожуха.

Тем не менее при множестве зондов отсчета времени можно, в принципе, осуществлять полезный анализ вибрации, который можно преобразовать в напряжение в лопатке. Однако традиционно такой анализ требует вмешательства рук человека и в высшей степени зависит от мастерства оператора, проводящего анализ. Действительно, разные операторы, сталкивающиеся с одними и теми же данными, могут анализировать их по-разному с выдачей разных результатов.

Во многом из-за необходимости в умелом вмешательстве руки человека использование информации о тайминге законцовки обычно ограничивается фазой разработки газотурбинных двигателей.

Настоящее изобретение направлено на решение проблем субъективности оператора и воспроизводимости анализа посредством создания методов, которые можно использовать для автоматизации и осуществления анализа данных ВТТ. Преимущество автоматизированной системы анализа заключается в том, что ее можно использовать для контроля рабочего состояния оборудования в реальном времени, т.е. не только для фазы разработки двигателей.

Первый аспект данного изобретения обеспечивает способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем ряд расположенных по периметру стационарных зондов тайминга, связанных с лопатками, определяет моменты, в которые лопатки проходят соответствующие зонды, причем способ включает следующие этапы.

- получение тайминга лопаток, обнаруженного зондами,

- определение для последовательных вращений узла соответствующих факторов корреляции для одной или более лопаток, причем каждый фактор корреляции определяет величину степени корреляции между таймированием лопаток, обнаруженным зондами для конкретной лопатки на конкретном вращении, и таймированием лопаток, обнаруженным зондами на предыдущем вращении; и

- определение события резонансной вибрации, когда один или более факторов корреляции пересекает установленный порог. Этап получения может включать обнаружение моментов, в которые лопатки проходят соответствующие зонды.

Предпочтительно, использование фактора корреляции может помочь избежать субъективности оператора, давая повышенную воспроизводимость и постоянство определение событий резонансных вибраций. В особенности в отношении событий синхронной вибрации идентификация, основанная на факторе корреляции, может привести к идентификации событий, которые можно просмотреть ручным анализом.

Факторы корреляции можно определить для ряда лопаток и, например, объединить в средний фактор корреляции. Случай резонансной вибрации можно затем идентифицировать, когда средний фактор корреляции пересекает установленный порог.

Способ может дополнительно включать этап обработки таймирования лопаток путем выполнения подэтапов:

выбор одного из зондов таймирования;

подбор усредняющей кривой к таймированию лопаток выбранного зонда вне идентифицированных событий резонансной вибрации;

интерполирование секций для усредняющей кривой у таймирования лопатки, выбранного зонда внутри определенных событий резонансных вибраций,

повышение усредняющей кривой с интерполированными секциями; и

вычитание повышенной усредняющей кривой из таймирования лопаток выбранного зонда для получения обнуленного таймирования лопаток для выбранного зонда.

Эта процедура позволяет удалить сдвиги постоянного тока в данных таймирования (вызванных, например, аэродинамической нагрузкой на лопатки) до осуществления последующих этапов анализа.

Способ может дополнительно включать этап фильтрации таймирования лопаток путем выполнения следующих подэтапов:

- выбор одного из зондов таймирования,

- преобразование таймирования лопатки выбранного зонда в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в случаях резонансных частот в графике частоты относительно времени,

- определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле,

- для определенных событий резонансной вибрации, определение отслеженных порядковых позиций относительно интегральных положений выборки и

- фильтрация таймирования лопаток выбранного зонда определенных событий резонансной вибрации во временной области, характеристика фильтра, меняющегося в зависимости от соответствующих отслеженных относительных (порядковых) положений (позиций) разрядов в частотной области.

Благоприятно, что соответствующие характеристики фильтра могут затем быть постоянно и воспроизводимо применены к разным типам событий резонансной вибрации. Например, событие асинхронной вибрации посреди интегральных положений выборки обычно требует разных характеристик фильтра по событию асинхронной вибрации при интегральном положении выборки. Таким образом, фильтр может приспосабливаться к спектральному содержанию данных таймирования, что определяется анализируемой частотой сигнала.

Второй аспект изобретения соответствует этапу факультативной обработки 1-го аспекта и обеспечивает способ обрабатывающего таймирования лопаток, обнаруженного стационарным зондом таймирования, связанных с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, в которые лопатки проходят зонд, при этом способ включает следующие этапы:

- получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом,

- идентификация одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования;

- подбор усредняющей кривой к таймированию лопаток вне идентифицированных событий резонансной вибрации,

- интерполирование секций для усредняющей кривой у таймирования лопаток внутри идентифицированных событий резонансных вибраций;

- увеличение усредняющей кривой с интерполированными секциями, и

- вычитание увеличенной усредняющей кривой из таймирования лопаток для получения обнуленного таймирования лопаток.

Этап получения может включать обнаружение моментов, в которые лопатки проходят зонд.

Способ может дополнительно включать этап фильтрации таймирования лопаток путем выполнения следующих подэтапов:

- преобразование таймирования лопатки в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных частот в графике частоты относительно времени,

- определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле,

- для идентифицированных событий резонансной вибрации определение отслеженных положений разряда относительно интегральных положений выборки и

- фильтрация таймирования лопаток при идентифицированных событиях резонансной вибрации, причем характеристика фильтра меняется в зависимости от соответствующих отслеженных положений разряда в частотной области.

Третий аспект изобретения соответствует факультативным этапам фильтрации 1-го и 2-го аспекта и обеспечивает способ фильтрации таймирования лопаток, обнаруженного стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, причем способ включает следующие этапы:

- получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом,

- идентификация одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования;

- преобразование таймирования лопатки в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных частот в графике частоты относительно времени,

- определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле,

- для идентифицированных событий резонансной вибрации определение отслеженных положений разряда относительно интегральных положений выборки и

- фильтрация таймирования лопаток для идентифицированных событий резонансных вибраций в области времени, причем изменяющаяся характеристика фильтра зависит от соответствующих отслеженных положений разрядов в частотной области.

Этап получения может включать обнаружение моментов прохождения лопаток через зонды.

Следующие факультативные признаки относятся к 1-му, 2-му и 3-му аспекту. Это или каждое событие идентифицированной резонансной вибрации может быть синхронной резонансной вибрацией. Предпочтительно, этот или каждый зонд измеряет отклонения законцовки лопаток. Частоты событий вибрации могут быть недостаточно выбраны этим или каждым зондом.

После выполнения способа по 1-му, 2-му или 3-му аспекту можно извлечь амплитуды или/и частоты вибрации лопатки из таймирования лопаток с использованием методов, известных специалисту.

Четвертый аспект изобретения обеспечивает компьютерную систему для выполнения способа любого из 1-го, 2-го и 3-го аспектов. Пятый аспект изобретения предусматривает наличие компьютерной программы для выполнения способа любого из 1-го, 2-го и 3-го аспектов. Шестой аспект изобретения предусматривает компьютерный программный продукт, включающий программу согласно 5-му аспекту.

Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны посредством примеров со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 схематически иллюстрирует приспособление ВТТ;

Фиг.2 - это блок-схема, показывающая этапы процедуры при обработке данных таймирования, полученных зондами фиг.1;

Фиг. 3 показывает обычные данные смещения от зонда таймирования для одной лопатки;

Фиг.4 показывает еще одни данные о смещении для разных лопаток для одного зонда;

Фиг.5 показывает обычную нерезонансную картинку стека для зонда таймирования,

Фиг.6 показывает картинку стека фиг.5, на которую наложены нерезонансные картинки стека для ряда других зондов таймирования;

Фиг.7 показывает картинку стека для зонда таймирования фиг. 5 во время случая вибрации.

Фиг.8 показывает график корреляции смещения лопатки относительно нерезонансных смещений лопатки по времени для одного зонда. Фиг.9а показывает данные о смещении от набора зондов таймирования для одной лопатки, и фиг.9b-d соответственно показывают соответственно соответствующие картинки стека в 3-х случаях во время периода времени данных о смещении;

Фиг.10 схематически показывает детектор для идентификации события;

Фиг.11 показывает данные смещения для пары зонд/лопатка и 4 области, идентифицированные как события резонансной вибрации;

Фиг.12 показывает кривую 21, полученную усреднением данных фиг.11, и еще одну кривую 22, которая является результатом вычитания усредняющей кривой 21 из данных фиг.11 вне 4-х областей, которые идентифицированы как события резонансной вибрации;

Фиг.13 показывает обнуленные данные фиг. 11;

Фиг.14 - это блок-схема ядра свертки для получения усредняющей кривой.

Фиг.15 схематически показывает данные смещения 30 при случае вибрации и соответствующие данные частотной области 31.

Фиг.16 - это схематический график частоты относительно времени, который показывает отслеженные разряды как толстую непрерывную наклонную линию и интегральные положения выборки как горизонтальные пунктирные линии.

Фиг.17а схематически показывает теоретические данные смещения во временной области для вибраций, зарегистрированных для одного зонда, и

фиг.17b схематически показывает представление данных реального смещения во временной области, на которые повлияли шумы.

Фиг.18а показывает эффект контрольного закона, налагающего линейное изменение в частоте среза с положением бункера, приложенным к данным;

фиг.17b и фиг.18b показывает эффект контрольного закона, налагающего экспоненциальное изменение частоты среза с положением бункера, наложенного на данные фиг 17b; и

Фиг.19а показывает график частота-время, отслеженный разряд, соответствующий вибрации, показанный как толстой линией с последовательными секциями А, В, С, и

фиг.19b-d - это соответствующие графики смещения от времени, показывающие соответственно эффекты разных фильтров А-С на данные смещения, собранные одним зондом от всех лопаток ротора за период времени отслеженного разряда.

Фиг.1 схематически иллюстрирует приспособление ВТТ. Зонд OPR 1 отслеживает положение ротора 2, тогда как от 1 до n зондов ВТТ 3 дают таймирование для лопаток 4, установленных на роторе.

Фиг.2 - это блок-схема, иллюстрирующая этапы процедуры при обработке данных таймирования, полученных зондами. Прежде всего данные анализируются для идентификации событий резонансных вибраций. После определения идентификации этих событий эти данные обнуляются и преобразуются в частотную область. Преобразованные данные фильтруются для уменьшения количества шумов в сигналах. Данные затем готовы для дальнейшего анализа, такого как снятие характеристик (например, определение количества фаз и амплитуд) событий вибрации способом, известным для специалиста. Ниже мы обсуждаем подробнее этапы идентификации событий резонансной вибрации, обнуление данных и фильтрация данных.

Фиг.3 иллюстрирует обычное смещение данных от зонда таймирования для одной лопатки. Данные прошли предварительную обработку для отклонения всплесков, но однако содержат то же количество шумов, как начальные данные. Скорость ротора, увеличенная в течение сбора данных, и большое снижение постоянного тока в данных вызваны последующей аэродинамической нагрузкой на лопатки.

Данные являются относительно искаженными, но при установлении простого порога амплитуды, по меньшей мере, одно возможное событие вибрации можно идентифицировать как примерно 800 оборотов.

Однако установка порогового значения амплитуды может стать неверным подходом к идентификации вибрации. Во-первых, установка порога может вызвать ложные положительные сигналы из-за шумов в сигнале. Во-вторых, установка порога амплитуды может пропустить особенно события вибрации, вызванные синхронной реакцией (ответом) лопаток. В синхронном ответе лопатка вибрирует с частотой, которая является точным кратным частоты выборки для лопатки зондов ВТТ (т.е. точным кратным частоты OPR). Обычно такой ответ создает только сдвиг постоянного тока в данных таймирования, и этот сдвиг может быть относительно небольшим. В отличие от этого, асинхронные отзывы, для которых не существует корреляции между частотой ответа на вибрацию лопатки и частоты выборки зонда ВТТ обычно легче идентифицировать путем простой установки порога амплитуды, хотя шумы сигнала могут еще вызвать трудности, и сдвиг постоянного тока в положении лопатки требует, чтобы пороговый уровень менялся на протяжении всего маневра.

Фиг.4 иллюстрирует дополнительные обычные (типичные) данные о смещении для разных лопаток у одного и того же зонда. События вибрации отмечены стрелками. Длительность каждого события может быть очень малой, и каждая лопатка может реагировать (отвечать) по-разному в разное время, что делает чрезвычайно субъективным визуальную идентификацию событий.

Более надежный способ идентификации синхронных и асинхронных случаев вибрации основан на понимании того, что данные таймирования от каждого зонда дают характеристику «рисунок стека», и что этот рисунок нарушается для синхронных и асинхронных случаев.

Фиг.5 иллюстрирует типичный нерезонансный рисунок стека для одного зонда в отношении ротора с 20 лопатками, причем число лопаток откладывается по оси у, а смещение каждой лопатки - по оси х. Из-за механических различий в расстоянии между лопатками, вызванных допусками при изготовлении, смещения немного меняются для каждой лопатки, давая уникальный рисунок характеристики для ротора. Каждая точка рисунка стека получается усреднением нерезонансного таймирования лопаток для соответствующей лопатки

До высокой степени корреляции другие зонды дают тот же нерезонансный рисунок, как показано на фиг.6, которая иллюстрирует рисунок стека фиг.5, на который наложены нерезонансные рисунки для ряда других зондов. Каждый зонд наблюдает тот же рисунок стека, когда данные скоррелированы для периферического положения зонда

Однако по мере изменения условия вращения ротора и начала вибрации рисунки стека начинают расширяться (развертываться), как показано на фиг.7, вызывая падение степени корреляции. Аналогичный рисунок стека с расширением наблюдается для синхронных и асинхронных событий.

Значение смещения на каждом зонде для одной лопатки коррелируется для значений для каждого следующего оборота для получения значений между 0 и 1 с указанием коэффициента корреляции результата момента Пирсона для 2-х наборов данных. Это значение возводится в квадрат для получения фактора корреляции R, а именно

где n - это количество зондов, Di и di - это смещения выбранных лопаток у 1-го зонда для, соответственно, данного оборота (вращения) и предыдущего оборота, D и d - это средние смещения выбранной лопатки у зондов для соответственно данного оборота и предыдущего оборота, и SD и Sd - это стандартное отклонение смещений лопаток для соответственно данного оборота и предыдущего оборота.

Порог, например, менее 0,95 для фактора корреляции используется для определения наличия вибрации.

Обычно все лопатки одновременно реагируют на событие вибрации, так что в основном фактор нужно только рассчитать для одной лопатки. Однако факторы корреляции всех или нескольких лопаток можно сочетать, например, как средний фактор корреляции.

Фиг.8 иллюстрирует график корреляции смещения лопаток относительно нерезонансного смещения лопаток от времени для одного зонда. Для сравнения, соответствующие данные смещения также имеются для одной лопатки у зонда. Основное смещение происходит одновременно с большим падением корреляции, что указывает на возможную вибрацию.

Фиг.9а иллюстрирует данные смещения от зонда таймирования для одной лопатки и фиг.9b-d - соответствующие рисункам стека в трех случаях во время периода данных смещения. Левый рисунок стека на фиг.9b - это расстояние, когда не происходит вибрации. Как ожидается, величины смещения для каждой лопатки хорошо скоррелированы. Средний и правый рисунок стека на фиг.9с и d, соответственно, однако, являются копиями, когда нет синхронной вибрации. Эти случаи объясняются потерей корреляции в рисунках стека. Для среднего рисунка стека на фиг.9с соответствующая часть данных смещения показывает пик, который возможно был бы обнаружен простым пороговым определением данных смещения. С другой стороны, соответствующая часть данных о смещении для правого рисунка стека на фиг.9d не имеет достаточного пика и потому могла бы быть потеряна при использовании простого определения порога или подходов с визуальной идентификацией.

Фиг.10 схематически отображает детектор для идентификации события. Дискретные данные 10 от ряда зондов посылаются в устройство 11 задержки выравнивания, в котором данные от каждого зонда выравниваются в соответствующий массив, имеющий ряд ячеек памяти. Данные поступают не выровненными вовремя из-за отставания зондов относительно ротора. Однако в устройстве 11 задержки выравнивания данные регулируются (смещаются) в выравнивание путем подсчета количества лопаток между каждым зондом и наложения соответствующего фиксированного смещения, состоящего из дополнительных ячеек памяти для каждого массива. Данные можно также усреднить по более чем одному обороту.

Данные перемещаются через массивы выравнивания со скоростью, равной частоте зонда лопатки (частота OPR × количество лопаток). Количество полных оборотов, удержанных в массивах, можно изменить для увеличения или уменьшения времени отклика детектора событий.

Выровненные данные затем перемещаются к дальнейшим массивам в памяти 12, причем каждый дальнейший массив соответствует соответствующему зонду и имеет одну ячейку для каждой лопатки.

Наконец, на данные в дальнейших массивах в памяти 12 действует DSP (цифровой процессор сигналов) устройство корреляции 13 для получения результата корреляции 14. В зависимости от значения этого результата можно сигнализировать о событии вибрации.

Затем как предшественник наложения быстрого преобразования Фурье (FFT) данные о смещении для каждой пары зонд/лопатка обнуляются путем удаления DC направления постоянного тока (такого как большое направление постоянного тока, показанное на фиг.3, вызванное аэродинамической нагрузкой). Предпочтительная процедура обнуления включает подгонку усредняющей кривой к данным о смещении и вычитание этой кривой из начальных данных о смещении.

Фиг 11 иллюстрирует данные о смещении для пары зонд/лопатка. Четыре области 20 указаны и имеют предварительную идентификацию как события резонансной вибрации. Если усредняющая кривая подогнана ко всей последовательности данных и затем вычтена из всей последовательности, существует риск того, что интересующие сигналы и в частности синхронные отзывы будут ослаблены.

Таким образом, усредняющая кривая только вычитается из данных вне идентифицированных событий или, по крайней мере, только вычитается из данных вне идентифицированных синхронных резонансных событий.

Фиг.12 отображает кривую 21, полученную усреднением данных фиг.11, и дополнительная кривая 22, являющаяся результатом вычитания усредняющей кривой 21 из данных фиг.11 вне 4-х областей 20, которые идентифицированы как резонансные вибрации.

Путем наложения линейной интерполяции на усредняющую кривую 21 в 4-х областях 20, кривая 21 повышается для покрытия всей последовательности данных о смещении фиг. 10.

Повышенная кривая 21 затем может быть вычтена из данных фиг. 11, давая обнуленные данные, показанные на фиг. 13.

Усредняющая кривая может генерироваться путем прохождения данных о смещении через ядро свертки, которое оптимизировано для данных ВТТ. Длина ядра определяет число выборок до того, как 1-й выход появляется на своем выходе, и отсюда его время ожидания. Фиг. 14 - это блок-схема ядра. Фильтры Савицкого-Голая могут дать подходящие ядра. Длина фильтра (n на фиг.14) для создания усредняющей кривой может быть, например, в диапазоне 100-400. Полином Савицкого-Голая может быть 4-го порядка.

Обнуленные данные о смещении затем фильтруются адаптивным процессом согласно тому, является ли событие синхронным или асинхронным. Во-первых, FFT проводится на данных смещения каждого зонда для преобразования данных в частотную область, причем набор преобразованных данных для каждого зонда предпочтительно включает сигналы от всех лопаток ротора. Фиг.15 схематически показывает данные о смещении 30 при вибрации и соответствующие данные 31 о частотной области.

Количество дискретных бункеров в данных частотной области находится в пропорции к количеству выборок, используемых для заполнения входного буфера FFT. Количество образцов также определяет время запаздывания между получением данных их обработкой. Для обработки в реальном времени данные поступают во входной буфер FFT с частотой, равной частоте OPR, умноженной на число лопаток.

Данные частотной области 31 имеют два больших пика. Когда такие данные повторно получаются при последующих этапах времени, большие пики дают отслеженные разряды. Фиг.16 - это схематический график частота - время и показывает отслеженный разряд как толстую непрерывную наклонную линию.

Фиг.16 отображает также интегральные положения выборки как горизонтальные пунктирные линии. Интегральные положения - это частоты, соответствующие частоте вращения ротора их кратным до кратного, соответствующего числу лопаток в узле. Отдаление друг от друга интегральных положений выборки определяется делением числа точек в FFT на число лопаток на роторе.

Во временной области теоретические данные о смещении вибрации, зарегистрированные на одном зонде и для одной лопатки, могут принять форму, показанную на фиг.17а, хотя шумы вызывают данные о реальном смещении, более похожие на показанные на фиг.17b. По мере того как отзыв приближается к интегральному положению выборки, паразитная частота снижается до постоянного тока и затем возрастает по мере движения от интегрального положения выдержки. В основном, максимально интересующая точка - это точка постоянного тока, но это там, где шумы имеют самый определенный эффект.

Фильтрация должна быть применена для снижения шумов в данных, но недостаточно выбранная природа данных означает, что разные компоненты данных должны иметь разные коэффициенты фильтрации.

Таким образом, 2-й этап адаптивного процесса фильтрации состоит в фильтрации данных о смещении выбранного зонда при каждой идентификации событий вибрации во временной области, причем характеристика фильтра изменяется согласно закону контроля, который зависит от положений отслеженного порядка событий относительно интегральных положений выборки. Фильтр может быть, например, фильтром Баттерворта или Бесселя, причем весовые коэффициенты фильтра меняются во времени в зависимости от относительного положения соответствующих отслеженных порядков. Взвешивания эффективно контролируют частоту отсечки фильтра и отзыва. Значения взвешивания можно определить экспериментально или по закону математики.

Возвращаясь к временной области, фиг.18а иллюстрирует эффект закона контроля, применяемого к линейному изменению в частоте отсечки положения бункеров, наложенных на данные фиг.17b, и фиг.18b иллюстрирует эффект закона контроля экспоненциального изменения в частоте отсечки с положением бункеров. В обоих случаях шумы уменьшены, чем значительно улучшена неопределенность измерений. Далее фильтр адаптируется к содержанию спектра данных о смещении, которое определяется анализируемой частотой сигнала.

Фиг.19а отображает график частоты относительно времени для реальных данных. Отслеживаемый порядок, соответствующий вибрации, показан жирной линией, последующие секции отслеживаемого порядка названы А, В, С. В секции А, которая представляет собой большинство событий, отслеживаемый порядок расположен между двумя интегральными положениями выборки и фильтр типа А налагается на данные. К концу отслеживаемого порядка в секции В событие переключается на интегральное положение выборки, и другой фильтр типа В применяется к данным. Наконец, в секции С другой фильтр типа С применяется, когда отслеженный порядок переключается на другое положение бункера (хотя другое положение бункера трудно визуально идентифицировать). Переключения между типами фильтров можно достигнуть при динамическом изменении коэффициентов фильтров или при нескольких фильтрах, действующих постоянно и просто выбирающих требуемый выход согласно отслеживаемому порядку положения бункера относительно интегральному положению выборки. Фиг.19b-с - это графики смещения по времени (их временные шкалы выровнены со шкалами фиг.19а) и показывают соответственно эффекты разных фильтров А-С на данные смещения, собранные одним зондом от одной лопатки ротора за период времени отслеживаемого порядка.

После фильтрации данных они могут затем использоваться для выделения амплитуд и частоты отдельных лопаток. Методы такого извлечения известны для специалиста. Использование следящего фильтра, как показано, снижает неопределенность до 10%.

Хотя изобретение описано в сочетании с примерными вариантами воплощения, описанными выше, очевидны многие эквивалентные модификации и изменения, для специалистов раскрытые здесь.

Соответственно, примерные варианты воплощения изложенного выше изобретения рассматриваются как иллюстративные и не ограничивающие. Можно сделать различные изменения в описанные варианты изобретения, не отходя от существа и объема изобретения.

1. Способ определения событий вибрации с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток, установленных на роторе, и ряд отстоящих друг от друга по периферии стационарных зондов таймирования, связанных с лопатками, которые обнаруживают моменты, когда лопатки проходят соответствующие зонды, причем способ включает следующие этапы:
- получение тайминга лопаток, обнаруженного зондами;
- определение для последовательных вращений (оборотов) узла соответствующих факторов корреляции для одной или более лопаток, причем каждый фактор корреляции определяет величину степени корреляции между таймированием лопаток, обнаруженным зондами для конкретной лопатки на конкретном вращении и таймированием лопаток, обнаруженным зондами на предыдущем вращении; и
- определение события резонансной вибрации, когда один или более факторов корреляции пересекает установленный порог.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий этап обработки таймирования лопатки путем выполнения следующих подэтапов:
выбор одного из зондов таймирования;
подбор усредняющей кривой к таймированию лопаток выбранного зонда вне определенных событий резонансной вибрации;
интерполирование секций для усредняющей кривой у таймирования лопатки, выбранного зонда внутри определенных событий резонансных вибраций;
дополнение усредняющей кривой с интерполированными секциями; и
вычитание повышенной усредняющей кривой из тайминга лопаток выбранного зонда для получения обнуленного таймирования лопаток для выбранного зонда.

3. Способ по п.1 или 2, дополнительно включающий этап фильтрации таймирования лопаток путем выполнения следующих подэтапов:
- выбор одного из зондов таймирования;
- преобразование таймирования лопатки выбранного зонда в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных вибраций в графике частоты относительно времени;
- определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле;
- для определенных событий резонансной вибрации, определение отслеженных порядковых позиций относительно интегральных положений выборки и;
- фильтрация таймирования лопаток выбранного зонда определенных событий резонансной вибрации во временной области, характеристика фильтра, меняющегося в зависимости от соответствующих отслеженных относительных (порядковых) положений (позиций) разрядов в частотной области.

4. Способ по п.1 или 2, где этап получения содержит обнаружение моментов, когда лопатки проходят соответствующие зонды.

5. Способ по любому из пп.1, 2, где это или каждое идентифицированное (определенное) событие резонансной вибрации - это событие синхронной резонансной вибрации.

6. Способ по любому из пп.1, 2, где этот или каждый зонд измеряет отклонения законцовки лопаток.

7. Способ по любому из пп.1, 2, где частоты событий вибрации недостаточно выбраны этим или каждым зондом.

8. Способ обработки таймирования лопаток стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, включающий следующие этапы:
- получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом;
- определение одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования;
- подбор усредняющей кривой к таймированию лопаток вне определенных событий резонансной вибрации;
- интерполирование секций для усредняющей кривой у таймирования лопаток внутри определенных событий резонансных вибраций;
- дополнение усредняющей кривой с интерполированными секциями; и
- вычитание увеличенной усредняющей кривой из таймирования лопаток для получения обнуленного таймирования лопаток.

9. Способ по п.8, где этап получения включает:
- обнаружение моментов, когда лопатки проходят зонд.

10. Способ по п.8, где это или каждое идентифицированное (определенное) событие резонансной вибрации - это событие синхронной резонансной вибрации.

11. Способ по п.8, где этот или каждый зонд измеряет отклонения законцовки лопаток.

12. Способ по п.8, где частоты событий вибрации недостаточно выбраны этим или каждым зондом.

13. Способ по п.8, дополнительно включающий этап фильтрации таймирования лопаток путем выполнения следующих подэтапов:
- преобразование таймирования лопатки в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных частот в графике частоты относительно времени;
- определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле;
- для идентифицированных событий резонансной вибрации определение отслеженных положений разряда относительно интегральных положений выборки; и
- фильтрация таймирования лопаток при определенных событиях резонансной вибрации, причем характеристика фильтра меняется в зависимости от соответствующих отслеженных положений разряда в частотной области.

14. Способ фильтрации таймирования лопаток, обнаруженного стационарным зондом таймирования, связанного с узлом вращающихся лопаток, установленных на роторе, причем зонд обнаруживает моменты, когда лопатки проходят зонд, причем способ включает следующие этапы:
- получение таймирования лопаток, обнаруженного зондом;
- идентификация одного или нескольких событий резонансной вибрации в данных таймирования;
- преобразование таймирования лопатки в частотную область, причем преобразованное таймирование выдает отслеженные разряды в событиях резонансных частот в графике частоты относительно времени;
- определение интегральных положений выборки как частот, соответствующих частоте вращения ротора и их кратных до кратного, соответствующего количеству лопаток в узле;
- для идентифицированных событий резонансной вибрации определение отслеженных положений разряда относительно интегральных положений выборки; и
- фильтрация таймирования лопаток для идентифицированных событий резонансных вибраций в области времени, причем изменяющаяся характеристика фильтра зависит от соответствующих отслеженных положений разрядов в частотной области.

15. Способ по п.14, где этап получения включает:
- обнаружение моментов, когда лопатки проходят зонд.

16. Способ по п.14, где это или каждое идентифицированное (определенное) событие резонансной вибрации - это событие синхронной резонансной вибрации.

17. Способ по п.14, где этот или каждый зонд измеряет отклонения законцовки лопаток.

18. Способ по п.14, где частоты событий вибрации недостаточно выбраны этим или каждым зондом.

19. Компьютерная система для выполнения способа по любому из пп.1-18.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к частотному анализу данных. В частности, к анализу данных испытаний самолетов на допуск к области полетных режимов.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выделения и фильтрации исследуемых сигналов из воспроизводимого стационарного случайного процесса и измерения в реальном времени параметров сигнала.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибродиагностики оборудования, оказывающегося в опасных зонах при подаче на него напряжения (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также мотор-вентиляторов, применяемых на железнодорожном транспорте.

Изобретение относится к области испытаний на механические воздействия (вибрационные испытания) аппаратуры. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании объектов машиностроения, стройиндустрии, бытовой техники и других изделий на вибропрочность и виброустойчивость.

Изобретение относится к области исследования зданий и сооружений с расположенными внутри или в непосредственной близости механизмами или агрегатами, являющимися источниками сейсмических колебаний, и анализа для интерпретации полученных сейсмических данных.

Изобретение относится к способам вибрационной диагностики дефектов подшипников качения турбомашин в эксплуатационных условиях и может найти применение в авиадвигателестроении и энергомашиностроении для выявления наличия дефекта смазки подшипника качения.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике высокоточных измерений, и может быть использовано для измерения перемещений и вибраций.

Изобретение относится к горному делу, в частности к методам неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для диагностирования машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями, т.е. в условиях априорной неопределенности относительно предельно допускаемых значений вибрации машин. Заявленный способ заключается в измерении вибрации в информативной точке корпуса механизма машины, выделении составляющей вибрации, присущей диагностируемому механизму, определении безразмерного инварианта вибросостояния механизма, контроле его параметров, по которым судят о техническом состоянии механизма, при этом безразмерный инвариант представляют характеристической функцией вибрации механизма, пошагово задают величину ее параметра или модуля, определяют текущее значение модуля или параметра, контролируют тенденцию их уменьшения к нулю при деградации механизма при фиксированном значении модуля или параметра и по диапазону текущих значений параметра или модуля характеристической функции вибрации оценивают техническое состояние механизма. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного способа, заключается в повышении достоверности результатов диагностики при одновременном упрощении диагностической аппаратуры, в снижении продолжительности диагностирования, обеспечение простоты и точности реализации способа. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для вибродиагностики машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями. При реализации способа измеряют вибрацию в информативной точке корпуса машины, выделяют составляющую вибрации, присущую диагностируемому механизму машины, оценивают ее параметры, по которым судят о техническом состоянии данного механизма машины. При этом измеряют характеристическую функцию вибрации, оценивают ее интегральную характеристику - площадь под кривой модуля характеристической функции, и по ее близости к 0 определяют степень деградации состояния механизма. Технический результат заключается в повышении достоверности результатов диагностики. 3 ил., 1 табл.

Изобретения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы на объектах, оснащенных системами вибрационного контроля. Способ включает использование датчиков целостности исследуемого объекта, которые установлены непосредственно на исследуемом объекте, и удаленного датчика, который расположен на расстоянии от исследуемого объекта, регистрацию колебаний от внешних источников на исследуемом объекте и на расстоянии от исследуемого объекта. Дополнительно синхронно регистрируют вибрации на исследуемом объекте и на расстоянии от исследуемого объекта. В качестве датчиков целостности исследуемого объекта и удаленного датчика используют датчики вибрации с эквивалентными техническими характеристиками. Расстояние от исследуемого объекта до удаленного датчика выбирают не более длины сейсмической волны от внешнего источника и таким образом, чтобы амплитуды вибраций в месте установки удаленного датчика были пренебрежимо малы по сравнению с амплитудами вибраций исследуемого объекта. Систему вибрационного контроля выполняют учитывающей разность между показаниями удаленного датчика и показаниями датчиков целостности исследуемого объекта при сейсмических воздействиях от внешних источников. Комплекс включает датчики целостности исследуемого объекта, которые установлены непосредственно на исследуемом объекте и удаленный датчик, который расположен на расстоянии от исследуемого объекта, а также систему вибрационного контроля исследуемого объекта. Датчики целостности объекта и удаленный датчик выполнены в виде датчиков вибрации с эквивалентными техническими характеристиками, осуществляющими регистрацию вибраций синхронно. При этом удаленный датчик выполнен расположенным от исследуемого объекта на расстоянии не более длины сейсмической волны от внешнего источника и таким образом, чтобы амплитуды вибраций в месте установки удаленного датчика были пренебрежимо малы по сравнению с амплитудами вибраций исследуемого объекта. Система вибрационного контроля выполнена учитывающей разность между показаниями удаленного датчика и показаниями датчиков целостности исследуемого объекта при сейсмических воздействиях от внешних источников. Технический результат заключается в увеличении надежности работы систем вибрационного контроля, в возможности исключения ложных срабатываний, в простоте реализации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области акустики и предназначено для создания акустических волн в газовой среде. Способ генерирования акустических волн осуществляется путем образования колебательного тела из облака ионизированного газа в электростатическом поле с последующим моделированием колебательного тела высокочастотным электрическим полем, при этом в качестве электростатического поля используется переменное электрическое поле. Устройство для осуществления способа содержит два звукопроницаемых электрода 1, разделенные диэлектрическим корпусом 2, содержащим полость 3, которая образует в совокупности с электродами 1 ионизационную камеру, ионизирующий электрод 4, источник постоянного напряжения 5 и модулятор напряжения 6. Изобретение позволяет осуществить генерацию акустических волн в широком частотном и мощностном диапазоне. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям и датчикам вибрации, и служит для решения задачи виброконтроля в условиях вибрационных нагрузок больших электрических машин (турбогенераторы, гидроэлектрические насосы/генераторы, электродвигатели, силовые трансформаторы). Волоконно-оптический преобразователь вибрации содержит несущее основание, элемент вибрации, оптические световоды, относительно торцов которых на расстоянии сформирована отражающая поверхность, каждый из оптических световодов выполняет одновременно функцию подвода и отвода светового потока, несущее основание из пластины монокристалла изготовлено за одно целое с элементом вибрации, сверху и снизу несущего основания закреплены световоды, оси которых перпендикулярны отражающей поверхности, причем продолжения осей указанных световодов пересекают ее верхнюю и нижнюю границы. Технический результат - повышение точности, надежности и срока эксплуатации волоконно-оптического преобразователя вибрации и датчиков/измерителей, в составе которых он используется. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано в различных отраслях промышленности для испытания изделий на виброустойчивость в трех взаимно перпендикулярных положениях. Устройство содержит вибратор со столом, на котором установлено приспособление для закрепления в нем испытываемого изделия. Приспособление имеет возможность производить переориентацию и фиксацию изделия в трех взаимно перпендикулярных положениях без снятия его с приспособления. В корпусе приспособления установлены две, одна в другой, подвижные рамки с взаимно перпендикулярными осями вращения, вокруг которых рамки могут поворачиваться на 90°, причем каждая из них имеет свое устройство фиксации после переориентации, выполненное в виде дискового тормоза и клинового зажима. Внутренняя рамка имеет механизм передачи крутящего момента от привода к изделию. На основании вибратора установлен портал в виде стойки и опоры, на горизонтальной балке которой на специальных кронштейнах установлены два валика, шкив выходного вала их поочередно соединяется резиновым пассиком с рабочим шкивом приспособления при испытаниях в динамическом режиме изделия. Технический результат заключается в возможности проведения испытания изделий на виброустойчивость по трем взаимно перпендикулярным направлениям за одну установку изделия в приспособление, а также обеспечивающего возможность проведения испытания изделий в статическом и динамическом режимах состояния изделия. 13 ил.

Изобретение относится к области механики сплошных сред и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния объектов механических систем. Способ заключается в измерении пространственной вибрации, накапливании массива векторных величин деформаций и воспроизведении пространственного годографа измерительной точки. При этом синхронно с измерениями осуществляют аналитический синтез 3D-суперпозиции спектра измерений и накапливают массив векторных величин напряжений. Диагностику напряженно-деформированного состояния объекта осуществляют по визуальному образу, представленному в виде пространственной трехмерной диаграммы физического состояния объекта мониторинга в измерительной точке, представляющей в связанном виде законы Гука и Пуассона. Технический результат заключается в реализации возможности отражения в реальном времени текущего ресурса конструкционной прочности объекта мониторинга, повышении достоверности оценки физического состояния объектов мониторинга. 5 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на вибрацию в трех взаимно перпендикулярных положениях прицела, при воздействии условий внешней среды. Стенд для испытаний прицела на вибрацию содержит вибровозбудитель со столом, устройство для размещения испытываемого изделия в форме куба с крышкой, который жестко скреплен со столом вибровозбудителя. На наружных поверхностях куба выполнены окна под электрические разъемы, и объектив прицела, и ребра жесткости, в верхней части куба расположены две направляющие с пазами, образующие усеченную призму, крышка куба выполнена в виде плиты - имитатора объекта, к которой закреплен прицел, и содержит выступ, взаимодействующий с пазами направляющих. В частном случае для ограничения продольных перемещений и усилий на крепежные элементы плиты - имитатора объекта, контактирующие поверхности отверстий плиты - имитатора объекта и крепежных элементов выполнены с уклоном конуса, равным 2. Технический результат - повышение точности измерения перегрузок вибропередачи в требуемом диапазоне частот прицела путем повышения жесткости конструкции стенда. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной технике и касается оптико-электрического преобразователя механических волн. Преобразователь механических волн содержит осветитель, водяную емкость с зеркальным узлом и стойку, поддерживающую светочувствительный элемент. Осветитель установлен на демпфере под углом к вертикали. Лучи от осветителя падают на зеркальный узел, находящийся в водяной емкости, и отражаются от него на светочувствительный элемент, установленный на текстолитовой стойке. Размер чувствительной площадки светочувствительного элемента выбирают из условия равенства размеру светового пятна отраженного излучения. Технический результат заключается в повышении чувствительности и надежности устройства. 1 ил.

Способ проверки затяжки сердечника статора электрической машины, содержащей сердечник (2) статора и ротор (3), образующие воздушный зазор (5) между собой, причем способ включает в себя этапы, на которых вводят контрольно-измерительный прибор (12), который соединен с подвижной опорой (10), в воздушный зазор (11), вводят пластину (21) между стальными листами (5) сердечника статора и приводят пластину (21) во вращение, располагают локально контрольно-измерительный прибор (12) и осуществляют локальную проверку определенных зон сердечника (2) статора генератора. Устройство для реализации способа, содержащее подвижную опору (10), вводимую в воздушный зазор (11) между сердечником (2) статора и ротором (3), приводимую во вращение пластину (21) между стальными листами (5) сердечника, и контрольно-измерительный прибор (12), установленный на подвижной опоре (10). Техническая задача - выполнение проверки для определения затяжки сердечника статора без необходимости извлечения ротора с помощью предложенного способа и устройства, а также уменьшение риска повреждения сердечника статора и/или ротора в результате проверки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх