Способ измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора в турбомашинах
Владельцы патента RU 2639996:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН) (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора в турбомашинах. С торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, возбуждаемый последовательностью импульсов питания. Обрабатывают информационный сигнал измерительной цепи с вихретоковым преобразователем ступенчатой формы фильтром нижних частот и во временной зависимости этого сигнала выделяют области нахождения первой и последующих лопаток в зоне чувствительности вихретокового преобразователя по превышению аналогового сигнала заданного порогового уровня. Последовательно выделяют экстремальные значения сигналов для первой и последующих лопаток с помощью амплитудного детектирования. Вычисляют по экстремальному значению радиальный зазор соответствующей лопатки и фиксируют радиальные зазоры в массиве результатов измерения. Определяют моменты времени достижения обратным фронтом аналогового сигнала для первой и последующих лопаток адаптивного порогового уровня, определяемого делением экстремального значения на постоянный коэффициент. Выполняют счет числа лопаток, прошедших зону чувствительности вихретокового преобразователя, и вычисляют скорость вращения ротора за оборот ротора после прохода последней лопатки колеса. Технический результат заключается в возможности совмещения измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора с помощью единого вихретокового преобразователя и выполнении цикла измерения зазоров по всем лопаткам за один оборот ротора. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора в турбомашинах.
Известен способ измерения радиальных зазоров, который включает на этапе раскрутки ротора турбомашины определение установочных зазоров по каждой лопатке и нахождение из них минимального значения. На рабочем режиме в результате не синхронного с оборотами съема информации с датчика зазора предполагается, что в результате измерения за один оборот ротора будет хотя бы один результат, соответствующий минимальному зазору на этом режиме. Зазоры по всем лопаткам на рабочем режиме вычисляются в результате умножения установочных зазоров на коэффициент - отношение измеренного зазора к минимальному установочному зазору [А.с. СССР № 1766147, МПК G01B 7/14, 1992].
Недостатком способа является то, что допущение, принятое в способе об идентичности лопаток на колесе, является причиной снижения точности измерения. В действительности, лопатки имеют ряд отличий в креплении, форме, обработке и др. и, следовательно, при изменении режима работы турбомашины их упругие, пластические и температурные деформации будут различны. Кроме того, найденный за один оборот наименьший зазор в общем случае может быть близок, но не равен минимальному зазору на рабочем режиме. Несмотря на то, что измерение радиальных зазоров для всех лопаток колеса выполняется за один оборот ротора, результаты имеют низкую точность.
Наиболее близким техническим решением является способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, возбуждаемый наборами импульсных последовательностей, которые синхронизированы с вращением колеса. Цикл измерения занимает несколько оборотов ротора, в каждом из которых импульсные последовательности смещаются по фазе, настроенной на угловое положение лопаток [А.с. СССР № 1779908, МПК G01B 7/08, 1992].
Недостатками этого способа являются наличие отдельного датчика синхронизации, с помощью которого производится измерение скорости вращения ротора, и низкое быстродействие, выраженное в сборе информации о зазоре для каждой лопатки за цикл измерения из нескольких оборотов ротора турбомашины, ограничивающее применение метода измерения на переходных режимах, при которых величина зазора изменяется, а при наличии колебаний пера, торец лопатки в вычисленные моменты времени регистрации информации с датчика не будет находиться под чувствительным элементом вихретокового преобразователя.
Целью изобретения является совмещение измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора с помощью единого вихретокового преобразователя и выполнение цикла измерения за один оборот ротора.
Указанная цель достигается тем, что в известный способ, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, возбуждаемый последовательностью импульсов, запускаемой сигналом «Пуск», введены следующие дополнительные операции: определяют частоту импульсов в последовательности из условия, при котором для максимальной скорости вращения ротора на время прохождения торцом лопатки зоны чувствительности преобразователя приходилось заданное число импульсов; обрабатывают фильтром нижних частот информационный сигнал измерительной цепи с вихретоковым преобразователем с целью получения непрерывного аналогового сигнала; во временной зависимости этого сигнала выделяют области нахождения первой и последующих лопаток в зоне чувствительности вихретокового преобразователя по превышению аналогового сигнала заданного порогового уровня; выделяют последовательно экстремальные значения сигналов для первой и последующих лопаток с помощью амплитудного детектирования; вычисляют по экстремальному значению радиальный зазор соответствующей лопатки; фиксируют радиальные зазоры в массиве результатов измерения; фиксируют моменты времени достижения обратным фронтом аналогового сигнала для первой и последующих лопаток адаптивного порогового уровня, определяемого делением амплитудного значения на постоянный коэффициент; выполняют счет числа лопаток, прошедших зону чувствительности вихретокового преобразователя; вычисляют скорость вращения ротора за оборот ротора после прохода последней лопатки колеса; формируют сигнал «Стоп» и останавливают подачу импульсов питания вихретокового преобразователя.
На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие основные операции для реализации заявляемого способа:
а) диаграмма сигнала «Пуск»;
б) диаграмма последовательности импульсов питания вихретокового преобразователя;
в) диаграмма ступенчатого информационного сигнала измерительной цепи вихретокового преобразователя;
г) диаграмма аналогового сигнала, полученного в результате низкочастотной фильтрации ступенчатого сигнала;
д) диаграмма выделенных областей нахождения первой и последующих лопаток (Л1, Л2, …, Лn) в зоне чувствительности вихретокового преобразователя;
е) диаграмма вычислений радиальных зазоров по экстремальным значениям аналогового сигнала соответствующих лопаток;
ж) диаграмма сигнала «Стоп»;
з) диаграмма вычисления скорости вращения ротора.
Измерение радиальных зазоров между статором и торцами лопаток колеса, а также скорости вращения ротора предлагаемым способом производится следующим образом. После подачи команды «Пуск», инициирующей процесс измерения, начинается формирование последовательности импульсов питания вихретокового преобразователя (фиг. 1, б). На выходе измерительной цепи при прохождении первой и последующих лопаток в зоне чувствительности вихретокового преобразователя формируют информационный сигнал в виде ступенчатого напряжения (фиг. 1, в).
После обработки данного сигнала фильтром нижних частот получают аналоговый сигнал (фиг. 1, г), в котором последовательно для каждой лопатки колеса выделяют области нахождения первой и последующих лопаток в зоне чувствительности вихретокового преобразователя (фиг. 1, д) по превышению аналогового сигнала заданного порогового уровня U0, экстремальные значения Um1, Um2, …, Umn путем амплитудного детектирования и фиксируют моменты времени t1, t2, …, tn достижения обратным фронтом фильтрованного сигнала адаптивного порогового уровня Up1, Uр2, …, Upn, определяемого делением амплитудного значения на постоянный коэффициент Upi=Umi/k, где , k>1. Вычисление радиальных зазоров РЗ1, РЗ2, …РЗn по экстремальным значениям аналогового сигнала производится после прохождения каждой текущей лопаткой положения экстремума (фиг. 1, е).
После прохождения в зоне чувствительности вихретокового преобразователя последней лопатки с номером n вычисляют скорость вращения ротора (фиг. 1, ж) по формуле 
[оборот/мин], формируют сигнал «Стоп» (фиг. 1, з) и останавливают подачу импульсов питания вихретокового преобразователя. На этом цикл измерения завершается.
Таким образом, заявленный способ позволяет совместить измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора с помощью единого вихретокового преобразователя и выполнить цикл измерения зазоров по всем лопаткам за один оборот ротора. Применение низкочастотной фильтрации ступенчатого информационного сигнала вихретокового преобразователя, позволяет перейти к непрерывному аналоговому сигналу и получить конкретное экстремальное значение при измерении радиального зазора. Применение адаптивного порога, зависящего от экстремального значения для фиксации момента времени прохождения лопатки в зоне чувствительности вихретокового преобразователя позволяет получить отсчет времени не зависящий от величины радиального зазора и с высокой точностью определить скорость вращения ротора.
Способ измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора в турбомашинах, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, возбуждаемый последовательностью импульсов питания, запускаемой сигналом «Пуск», отличающийся тем, что с целью совмещения измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора с помощью единого вихретокового преобразователя и выполнения цикла измерения за один оборот ротора определяют частоту импульсов в последовательности из условия, при котором для максимальной скорости вращения ротора на время прохождения торцом лопатки зоны чувствительности преобразователя приходилось заданное число импульсов, обрабатывают информационный сигнал измерительной цепи с вихретоковым преобразователем фильтром нижних частот и во временной зависимости этого сигнала выделяют области нахождения первой и последующих лопаток в зоне чувствительности вихретокового преобразователя по превышению аналогового сигнала заданного порогового уровня, выделяют последовательно экстремальные значения сигналов для первой и последующих лопаток с помощью амплитудного детектирования, вычисляют по экстремальному значению радиальный зазор соответствующей лопатки и фиксируют радиальные зазоры в массиве результатов измерения, определяют моменты времени достижения обратным фронтом аналогового сигнала для первой и последующих лопаток адаптивного порогового уровня, определяемого делением экстремального значения на постоянный коэффициент, выполняют счет числа лопаток, прошедших зону чувствительности вихретокового преобразователя, вычисляют скорость вращения ротора за оборот ротора после прохода последней лопатки колеса, формируют сигнал «Стоп» и останавливают подачу импульсов питания вихретокового преобразователя.
