Способ диагностики форм резонансных колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины

Изобретение предназначено для использования в энергомашиностроении и может найти широкое применение при создании систем диагностики осевых турбомашин в авиации и энергомашиностроении. Техническим результатом заявленного способа является повышение надежности турбомашин. Регистрируют пульсации давления воздушного потока при помощи по меньшей мере четырех датчиков, установленных с допустимым отклонением на корпусе турбомашины в поясе осевого размера периферийной части лопаток рабочего колеса, минимум два из которых расположены вдоль продольной оси турбомашины, а минимум три - поперек последней, выделяют резонансные временные отрезки для каждого из датчиков в осциллограмме, определяют моменты прохождения лопаток под датчиками в выделенных резонансных временных отрезках, устанавливают отклонения от теоретического момента прохождения каждой из лопаток под каждым из датчиков в отсутствие колебательных процессов, по которым определяют характер колебаний, диагностируют форму резонансных колебаний путем сравнения полученных данных с эталонными формами колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение предназначено для использования в энергомашиностроении и может найти широкое применение при создании систем диагностики осевых турбомашин в авиации и энергомашиностроении.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран способ диагностики резонансных колебаний лопаток рабочего колеса в составе осевой турбомашины, включающий регистрацию пульсаций давления воздушного потока с по меньшей мере одного датчика, размещенного в зоне лопаток рабочего колеса, при работе турбомашины, усиление сигнала, преобразование в осциллограмму, определение наличия резонансных колебаний лопаток рабочего колеса в процессе работы турбомашины (патент на ИЗ №2451279).

Известный способ позволяет выявить наличие резонансных колебаний лопаток рабочего колеса в процессе работы турбомашины, однако не позволяет диагностировать формы выявленных резонансных колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного способа, является возможность диагностики форм резонансных колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины, что упрощает процесс конструкторской доводки, а именно внесение изменений в конструкцию как лопаток рабочих колес, так и других деталей и узлов конструкции турбомашины, влияющих на параметры резонансных колебаний лопаток рабочих колес, что, как следствие, повышает надежность конструкции в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе диагностики резонансных колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины, включающем регистрацию пульсаций давления воздушного потока датчиками, размещенными в зоне лопаток рабочего колеса, при работе турбомашины, усиление сигнала, преобразование в осциллограмму, определение наличия резонансных колебаний лопаток рабочего колеса в процессе работы турбомашины, согласно настоящему изобретению регистрируют пульсации давления воздушного потока при помощи по меньшей мере четырех датчиков, установленных с допустимым отклонением на корпусе турбомашины в поясе осевого размера периферийной части лопаток рабочего колеса, минимум два из которых расположены вдоль продольной оси турбомашины, а минимум три - поперек последней, выделяют резонансные временные отрезки для каждого из датчиков в осциллограмме, определяют моменты прохождения лопаток под датчиками в выделенных резонансных временных отрезках, устанавливают отклонения от теоретического момента прохождения каждой из лопаток под каждым из датчиков в отсутствие колебательных процессов, по которым определяют характер колебаний, диагностируют форму резонансных колебаний путем сравнения полученных данных с эталонными (собственными) формами колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины.

Диагностирование характера резонансных колебаний (амплитуды, частоты, формы и т.д.) позволяет по полученным данным проводить мероприятия и вносить конкретные конструктивные изменения, направленные на исключение возможности образования дефектов, вследствие выявленных опасных резонансных колебаний, что упрощает процесс конструкторской доводки и повышает надежность работы турбомашины в целом.

При этом маркируют по меньшей мере одну лопатку рабочего колеса для более точного определения момента прохождения каждой из лопаток рабочего колеса, начиная с маркированной, под каждым из датчиков замера пульсаций за один оборот и присвоения каждой из них номера для удобства обработки результатов, что упрощает процесс конструкторской доводки.

Исключение опасных резонансных колебаний лопаток рабочих колес турбомашины, которые могут привести к разрушению конструкции, а в случае авиастроения, и систем самолета, что может привести к катастрофическим последствиям, осуществляют в процессе конструкторской доводки. Для этого проводят испытания по диагностике всех резонансных колебаний лопаток рабочих колес турбомашины и выделяют опасные на основании их характеристик (амплитуды, частоты, формы и т.д.) во всех требуемых диапазонах частот вращения рабочих колес. Характеристики резонансных колебаний напрямую зависят от конструктивной реализации лопаток рабочих колес и влияющих на их работу деталей и узлов турбомашины, то есть их массы, жесткости, геометрической формы, количества и тд. Известно, что резонансные колебания лопаток рабочего колеса являются синхронными, гармоническими и кратными частоте вращения рабочего колеса. Из этого следует, что закон колебаний описывается синусоидой, а каждая лопатка будет проходить под каждым датчиком в одном и том же положении на этой синусоиде внутри каждого временного отрезка резонансных колебаний, выявленных в процессе испытаний. При этом характеристики резонансных колебаний лопаток рабочего колеса в каждом временном отрезке будут свои. Для чего регистрируют пульсации давления воздушного потока по меньшей мере четырьмя датчиками, установленными с допустимым отклонением на корпусе турбомашины, в поясе осевого размера периферийной части лопаток рабочего колеса (фиг. 1). Из обработки сигнала с каждого датчика выявляют временные отрезки резонансных колебаний лопаток рабочего колеса (фиг. 2, фиг. 3), определяют амплитуду этих колебаний каждой лопатки рабочего колеса в момент прохождения последней под каждым датчиком внутри выделенных временных отрезков. Это реализуют путем сравнения времени максимума пульсации давления при прохождении лопатки в эксперименте с теоретическим значением времени прохождения этой же лопатки в условии отсутствия колебательного процесса под конкретным датчиком в привязке к оборотам рабочего колеса, который программно накладывается на сигналы с датчиков (фиг. 4). Разница этих двух значений времени определяет амплитуду и направление отклонения периферийной части лопатки под датчиком. При этом полученных амплитуд минимум с трех датчиков, расположенных поперек продольной оси турбомашины, достаточно, чтобы точно описать гармонический закон колебания каждой лопатки (общеизвестно, что синусоида точно описывается по минимум трем точкам, смещенным относительно друг друга по периоду колебания) в рассматриваемом временном отрезке. Перекладывают закон колебания лопатки на амплитуды под оставшимися датчиками, расположенными вдоль оси турбомашины, получают точно определенные колебания мест периферийной части лопатки под этими датчиками. Сравнивают полученный из испытаний характер колебаний периферийной части лопатки (фиг. 5) с эталонными колебаниями периферийной части лопатки, полученными ранее расчетно или при испытании на вибростенде, после чего определяют форму резонансных колебаний всех лопаток в каждом временном отрезке. Из графиков резонансных колебаний и места расположения датчиков, разнесенных вдоль оси турбомашины, на экспериментальной и эталонной синусоидах колебаний, под этими датчиками, находят амплитуды и вычисляют их отношение, по близкому значению которых и определяют форму резонансных колебаний. Отношение амплитуд на эталонных синусоидах определяют аналогичным способом, представленным на фиг. 5. В частном случае реализации, два датчика, разнесенных вдоль оси турбомашины, устанавливают таким образом, чтобы каждая лопатка проходила под ними при условии отсутствия в ней колебательного процесса (фиг. 6), что упрощает анализ результатов эксперимента.

Указанного минимального количества датчиков достаточно, чтобы определить первую (собственную) форму колебаний лопатки, которая является более энергоемкой и, как следствие, наиболее опасной. Для определения более высоких по частоте форм резонансных колебаний лопаток рабочего колеса, как правило, требуется большее количество датчиков.

Пример реализации заявленного способа.

Во время испытания турбомашины установили датчики пульсаций давления, как показано на фиг. 1. Пример сигнала приведен для верхнего датчика пульсаций давления во второй группе фиг. 1, правый резонансный временной отрезок, выделенный эллипсом фиг. 2. По второй группе датчиков был получен закон колебаний периферийной части лопатки в области под ними, который переложили на датчик первой группы фиг. 7. Значения амплитуд резонансных колебаний найдены для промежутка времени, равного одному колебанию периферийной части лопатки с графика фиг. 2, по датчикам группы 3 в момент прохождения лопатки под ними A1=17,5 и А2=7,5. Здесь размерность амплитуды не важна, так как для анализа важно значение отношения амплитуд, которое равно В=2,33. Перед данными испытаниями рассматриваемая лопатка устанавливалась на вибростенд. В ней возбуждались колебания по трем первым собственным формам. Во время испытания были получены законы перемещения мест периферийной части лопатки, соответствующих местам установки двух датчиков пульсаций в третьей группе фиг. 1 при испытаниях турбомашины. Из каждого закона колебаний выбирался временной отрезок, аналогичный представленному на фиг. 7. При этом графики колебаний периферийной части лопатки для каждой собственной формы будут свои. А совпадающие собственные формы в двух испытаниях (турбомашины и на вибростенде) будут несколько отличаться по своей частоте и значению амплитуды из-за разных условий испытаний. Поэтому сравнение колебаний проводится по отношению амплитуд в точках, соответствующих точкам A1 и А2 фиг. 7, т.е. внутри периода колебания, привязанного к моменту прохождения лопатки под датчиками. Для каждой формы колебаний лопатки на вибростенде находят Bi. Колебания лопатки в испытании турбомашины происходят по одной из собственных форм, поэтому значение В будет близко к одному из Bi (как правило близко, а не равно из-за разных условий испытаний), полученных из испытаний лопатки на вибростенде, которые считают эталонными. В данном случае реализации значение В соответствует колебанию лопатки по первой форме, для которого эталонное B1=2,71.

По опыту применения данного способа на нашем предприятии точность расхождения значений В и Bi при определении собственной формы резонансных колебаний рабочей лопатки не превышает 0,7 единицы. Также дополнительным фактором правильности определения собственной формы колебаний лопатки является близость значений собственных частот в двух испытаниях (турбомашины и на вибростенде).

Применение данного способа позволяет при отстройке от полученных колебаний вносить конкретные изменения в конструкцию лопаток рабочего колеса и/или в конструкцию влияющих на их работу деталей и узлов турбомашины, направленных на исключение именно выявленных опасных колебаний, что упрощает процесс конструкторской доводки, а именно внесение изменений в конструкцию как лопаток рабочих колес, так и других деталей и узлов конструкции турбомашины, влияющих на параметры колебаний лопаток рабочих колес, что, как следствие, повышает надежность конструкции в целом.

1. Способ диагностики резонансных колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины, включающий регистрацию пульсаций давления воздушного потока датчиками, размещенными в зоне лопаток рабочего колеса, при работе турбомашины, усиление сигнала, преобразование в осциллограмму, определение наличия резонансных колебаний лопаток рабочего колеса в процессе работы турбомашины, отличающийся тем, что регистрируют пульсации давления воздушного потока при помощи по меньшей мере четырех датчиков, установленных с допустимым отклонением на корпусе турбомашины в поясе осевого размера периферийной части лопаток рабочего колеса, минимум два из которых расположены вдоль продольной оси турбомашины, а минимум три - поперек последней, выделяют резонансные временные отрезки для каждого из датчиков в осциллограмме, определяют моменты прохождения лопаток под датчиками в выделенных резонансных временных отрезках, устанавливают отклонения от теоретического момента прохождения каждой из лопаток под каждым из датчиков в отсутствие колебательных процессов, по которым определяют характер колебаний, диагностируют форму резонансных колебаний путем сравнения полученных данных с эталонными формами колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины.

2. Способ диагностики резонансных колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины по п. 1, отличающийся тем, что маркируют по меньшей мере одну лопатку рабочего колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных двигателей, в частности к двигателям, применяемым в качестве привода газоперекачивающих агрегатов и энергоустановок.

Изобретение относится к области двигателестроения, конкретно к способам исследовательских испытаний двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием по оценке совершенства процессов подготовки и сгорания топлива.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для измерения расхода жидкости и цикловой подачи в многоцилиндровых дизельных двигателях. Изобретение позволяет повысить точность измерения неравномерности подачи топлива путем увеличения быстродействия отрыва плунжера от корпуса измерительного устройства за счет устранения залипания бортика плунжера к корпусу измерительного устройства.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытании жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и других энергетических установок. Стенд для испытаний энергетических установок содержит систему подачи компонентов топлива с агрегатами управления и систему подачи технологического газа, при этом на выходе энергетической установки установлен трубопровод, связанный с газгольдером, газгольдер соединен с компрессором, который в свою очередь соединен с системой баллонов высокого давления, газгольдер установлен на подвижной платформе, полость наддува газом расходной емкости с компонентом топлива соединена со входом компрессора, а выход компрессора соединен со входом газа в систему баллонов высокого давления.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к стендам для испытаний крыльчаток вентиляторов, как центробежных, так и осевых. Стенд содержит электропривод с выходным валом, на котором установлено устройство для крепления крыльчатки, пульт управления и индикации, блок управления, к которому подключены электропривод, датчик угловой скорости вращения вала и датчик силы тока электродвигателя электропривода.

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для вибродиагностики машин. Cпособ диагностики машин по косвенным признакам, преимущественно по вибрации корпуса, включает измерение вибрации в информативной точке корпуса машины, восстановление функции распределения вероятности вибрации, по параметрам которой судят о наличии и уровне неисправностей и/или дефектов машины, запоминают временную реализацию вибрации, преобразуют ее в реализацию, значения которой соответствуют оптимальному для диагностики вибропараметру, восстанавливают функцию распределения вероятности мгновенных значений оптимального для диагностики параметра вибрации в текущем измерении, определяют значение выборочного квантиля параметра вибрации при заданной величине функции распределения вероятности, по которому судят о наличии и уровне неисправностей и/или дефектов машины.

Изобретение относится к области стендовой доработки летательных аппаратов. Способ испытания высокоскоростного летательного аппарата на силоизмерительной платформе под заданным углом атаки в испытательной камере, где создают разряжение, продувают испытательную камеру рабочей средой с протоком через отключенный двигатель летательного аппарата.

Изобретение относится к технике испытаний газотурбинных и турбореактивных двигателей и может быть использовано при исследовании процессов в проточной части турбомашин.

Изобретение относится к устройствам для диагностики систем топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Комплекс и реализуемый посредством него способ диагностики предназначены для быстрой, точной, экологически и пожаробезопасной бортовой диагностики на месте и в движении системы подачи бензина (СПБ) автомобильного ДВС, оснащенного системой впрыска бензина при низком давлении.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано при сертификационных испытаниях корпуса на непробиваемость при разрушении диска ротора стартера газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к области инерционных испытаний автомобиля и может использоваться для осуществления контроля технического состояния и диагностики двигателей внутреннего сгорания и трансмиссий автотранспортных средств. Способ определения основных характеристик двигателя и трансмиссии автотранспортного средства, в котором суммарный момент внутренних сил сопротивлений в автомобиле, приходящийся на момент инерции беговых барабанов, определяют на выбеге по изменению угловой скорости вращения ведущих колес автомобиля, установленных на беговых барабанах стенда, выступающих в роли присоединенной массы с известным моментом инерции. Суммарный момент инерции автомобиля определяют на выбеге по изменению угловой скорости вращения вывешенных ведущих колес автомобиля, используя полученную характеристику суммарного момента внутренних сил сопротивлений в автомобиле, приходящегося на момент инерции беговых барабанов. Суммарный момент внутренних сил сопротивлений в автомобиле определяют, используя суммарный момент инерции автомобиля и зная угловую скорость вращения вывешенных ведущих колес, тяговый момент на ведущих колесах автомобиля определяют на разгоне по изменению угловой скорости вращения вывешенных ведущих колес автомобиля, используя полученную характеристику суммарного момента инерции автомобиля, и, произведя математическую обработку измеренных и полученных параметров, определяют основные характеристики двигателя и трансмиссии автотранспортного средства. Технический результат: снижение трудоемкости и времени выполнения диагностических работ, повышение производительности труда и точности измерений характеристик двигателя и трансмиссии, расширение номенклатуры получаемых по результатам испытаний характеристик двигателя и трансмиссии.

Изобретение относится к области испытания реактивных двигателей в силоизмерительных системах горизонтальных стендов с имитацией высотных условий при прямой и реверсивной тяге. Платформа с закрепленным на ней двигателем расположена в барокамере. Устройство измерения силы тяги двигателя выполнено в виде блока силоизмерительных датчиков замера прямой и реверсивной тяги двигателя, узла контроля датчика замера прямой силы тяги двигателя и узла контроля датчика замера реверсивной силы тяги двигателя. Блок датчиков закреплен на кронштейне, жестко закрепленном внутри барокамеры. Датчики с одной стороны соединены, каждый одной стороной, между собой анкерной тягой и через кронштейн с барокамерой. С другой стороны датчик замера прямой силы тяги двигателя и датчик замера реверсивной силы тяги двигателя соединены с платформой подвижно с осевым зазором. Технический результат заключается в повышенной точности и стабильности измерений прямых и реверсивных сил тяги двигателя. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к определению технического состояния авиационных газотурбинных двигателей всех типов. Способ диагностики технического состояния подшипниковых опор газотурбинного двигателя включает установку датчиков вибрации в диагностируемом сечении на корпусе двигателя, измерение вибрационных сигналов работающего двигателя с последующим преобразованием их в амплитудно-частотный спектр, выделение в этом спектре частот вращения ротора низкого давления и ротора высокого давления, анализ полученного спектра частот с последующим определением технического состояния подшипниковых опор. Диагностику работающего двигателя производят в диапазоне частот роторов высокого и низкого давления от 45 до 1000 Гц в течение отрезка времени не менее 2 минут. Дополнительно определяют максимальные и минимальные значения амплитуд гармоник роторов, разница между которыми должна составлять не менее 20%. При наличии не менее 5 колебаний амплитуд гармоник роторов, частота колебаний которых не более 1 раза в 15 секунд и равным периодом между ними, останавливают эксплуатацию двигателя. Изобретение позволяет повысить достоверность результатов при диагностике подшипников в составе газотурбинного двигателя. 4 ил.

Изобретение относится к области диагностики, а именно к способам оценки технического состояния машин по вибрации корпуса, и может быть использовано при эксплуатации машинных комплексов для предупреждения внезапных отказов и аварий машин в нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Способ включает измерение параметров вибрации корпуса машины и построение трендов их изменения по времени. По трендам оценивают скорости изменения вибропараметров и используют значения последних совместно со скоростями в качестве диагностических признаков машины. При построении тренда вибропараметра выделяют верхнюю и нижнюю огибающие его максимальных и минимальных значений. По огибающим определяют скорости изменения и разброс вибропараметра и последний используют в качестве диагностического признака для оценки технического состояния машины. Изобретение направлено на повышение достоверности диагностики по трендам параметров вибрации корпуса машины. 2 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при оценке технического состояния гидромашины в условиях эксплуатации. Способ диагностирования гидромашины включает периодический вывод гидромашины на испытательный режим с непрерывным изменением угловой скорости вращения вала, например, выключением привода гидромашины. Измерение на этом режиме по крайней мере двух значений одной из характеристик работы гидромашины при заранее заданных числах оборотов вала в единицу времени. Вычисление по этим значениям диагностического параметра и сравнение его с эталонным. Дополнительно измеряют время между моментами достижения заранее заданных чисел оборотов вала в единицу времени и используют это значение для оценки механических потерь. Изобретение направлено на повышение информативности диагностирования технического состояния гидромашины и может быть использовано при оценке технического состояния гидромашины в условиях эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в двигателестроении и в автомобильной промышленности. Техническим результатом является повышение точности измерения и обеспечение многофункциональности стенда. Стенд для испытания устройств активации процесса горения в ДВС содержит двигатель внутреннего сгорания с топливной системой и системой подачи воздуха, измерительную аппаратуру и нагрузку, к ДВС при помощи коленчатого вала присоединен электрогенератор, электрические выходы которого проводами соединены с нагрузкой, при этом применена нагрузка электрического типа, выполненная с возможностью изменения потребляемой мощности, например реостат, к входу нагрузки присоединен ваттметр, а в топливной системе и/или системе подачи воздуха установлено средство активации процесса горения в ДВС. В качестве средства активации процесса горения в ДВС, установленного в топливной системе, могут быть применены: активатор топлива, магнитный активатор топлива, электрический активатор топлива, электромагнитный активатор топлива, в воздушной системе может быть применен озонатор воздуха. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в двигателестроении и в автомобильной промышленности. Техническим результатом является повышение точности измерения и обеспечение многофункциональности стенда. Стенд для испытания устройств, обеспечивающих активацию процесса горения в ДВС, содержит двигатель внутреннего сгорания с топливной системой и системой подачи воздуха, измерительную аппаратуру и нагрузку, к ДВС при помощи коленчатого вала присоединен электрогенератор, электрические выход которого проводами соединены с нагрузкой, при этом применена нагрузка электрического типа, выполненная с возможностью изменения потребляемой мощности, например реостат, к входу нагрузки присоединен ваттметр, а в топливной системой и/или системе подачи воздуха установлено средство активации процесса горения в ДВС. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх