Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения



Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
Узел турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения
G01H1/00 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний (генерирование механических колебаний без измерений B06B,G10K; определение местоположения, направления или измерение скорости объекта G01C,G01S; измерение медленно меняющегося давления жидкости G01L 7/00; измерение дисбаланса G01M 1/14; определение свойств материалов с помощью звуковых или ультразвуковых колебаний, пропускаемых через эти материалы G01N; системы с использованием отражения или переизлучения акустических волн, например формирование акустических изображений G01S 15/00; сейсмология, сейсмическая разведка, акустическая разведка G01V 1/00; акустооптические устройства как таковые G02F; получение

Владельцы патента RU 2671924:

САФРАН ХЕЛИКОПТЕР ЭНДЖИНЗ (FR)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройству контроля вибраций узла турбомашины. Машина содержит корпус и подвижное рабочее колесо, вращающееся в корпусе. Рабочее колесо содержит по меньшей мере одну лопатку, конец которой обращен к корпусу. Конец содержит магнит, а корпус содержит первый и второй электрические проводники, выполненные, каждый, с возможностью создавать между своими контактными выводами электрическое напряжение, индуцируемое магнитом конца, обращенного к корпусу, и характеризующее вибрации, действующие на конец лопатки во время приведения во вращение рабочего колеса. Первый электрический проводник содержит первую центральную часть, проходящую вокруг оси вращения рабочего колеса и содержащую два находящихся друг напротив друга конца, и второй электрический проводник содержит вторую центральную часть, проходящую через пространство между двумя концами первой центральной части. Технический результат – упрощение измерений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области подвижных вращающихся лопаток.

В частности, изобретение относится к области определения параметров вибраций, действию которых подвергаются такие лопатки, когда они находятся во вращении.

Предшествующий уровень техники

Рабочее колесо представляет собой ступицу, содержащую множество лопаток или лопастей. Во время разработки и сертификации турбомашин необходимо проверять, имеет ли такое подвижное рабочее колесо, вращающееся в корпусе, собственные частоты, которые могут возбуждаться в области работы двигателя таких турбомашин.

Для собственных колебаний, идентифицированных в области работы, необходимо также количественно характеризовать уровни соответствующих вибрационных напряжений.

Первым известным способом для определения параметров вибраций, действующих на лопатки во время работы, является использование датчиков деформации, приклеиваемых к рабочему колесу. На основании измерения микродеформаций на поверхности материала можно характеризовать лопатки в частотной области и вычислить напряжения внутри материала.

Однако этот первый способ имеет ряд недостатков.

Во-первых, датчики, приклеиваемые к лопаткам, подвергаются действию колоссальных центробежных усилий (порядка 100000 g), потенциально связанных со сверхвысокими температурами, в частности, когда исследование производят на турбине высокого давления. Следовательно, эти датчики имеют ограниченный срок службы.

Во-вторых, установка датчика требует высокой квалификации, тщательности и занимает много времени (в частности, для обжига вяжущего, в которое заделывают датчики).

В-третьих, необходимо осуществлять передачу сигнала, поступающего от датчиков, установленных на подвижном рабочем колесе, в неподвижную систему координат. Для этого соединительные провода должны проходить по валу двигателя до вращающегося коллектора. Не считая длины проводов, а также вращающегося соединения с коллектором, которые являются причиной шумов при измерениях, предварительные исследования для встраивания вращающегося коллектора в двигатель занимают много времени и являются дорогостоящими.

Для преодоления этих недостатков был предложен второй способ, основанный на использовании оптических датчиков, расположенных напротив вращающихся лопаток и, следовательно, в неподвижной системе координат.

В рамках этого второго способа осуществляют измерение промежутков времени прохождения перед оптическими датчиками для двух вибрационных состояний лопатки (в присутствии или в отсутствие вибраций). Такой способ измерения, называемый "tip timing" на английском языке, позволяет пересчитывать амплитуды чередующихся смещений на конце лопатки. Знание форм колебаний позволяет связать уровни смещения на конце лопатки с уровнями напряжений в лопатке.

Однако этот второй способ не позволяет получать частотную информацию по измеряемым вибрациям. Действительно, этот второй способ позволяет идентифицировать только общие уровни смещений на конце лопатки, но не позволяет узнать, какое колебание лопатки оказывается возбужденным. Такое ограничение создает большие затруднения при вибрационном контроле.

Кроме того, иногда способ "tip timing" приводит к неоднозначным выводам, что не позволяет идентифицировать порядок возбуждения, влияющий на регистрируемые уровни смещений.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является обеспечение определения параметров вибраций, действующих на лопатку при ее вращении, в частности, количественного определения вибрационных скоростей, действующих на лопатку.

В связи с этим первым объектом изобретения является узел для турбомашины, включающий в себя корпус и подвижное рабочее колесо, вращающееся в корпусе и содержащее по меньшей мере одну лопатку, конец которой обращен к корпусу, причем конец содержит магнит, а корпус содержит первый и второй электрические проводники, выполненные, каждый, с возможностью создавать между своими контактными выводами электрическое напряжение, индуцируемое магнитом конца, обращенного к корпусу, и характеризующее вибрации, действующие на конец лопатки во время приведения во вращение рабочего колеса, при этом первый электрический проводник содержит первую центральную часть, проходящую вокруг оси вращения рабочего колеса и содержащую два находящихся друг напротив друга конца, и второй электрический проводник содержит вторую центральную часть, проходящую через пространство между двумя концами первой центральной части.

Вторым объектом изобретения является способ измерения вибраций лопатки узла для турбомашины, являющегося первым объектом изобретения, при этом способ включает в себя этапы, на которых:

- приводят во вращение рабочее колесо в корпусе,

- на контактных выводах каждого из электрических проводников измеряют соответствующее электрическое напряжение, индуцируемое магнитом, содержащимся в конце лопатки, обращенном к корпусу,

- определяют скорость магнита,

- вычисляют осевую вибрационную скорость, действующую на конец лопатки, на основании двух измеренных электрических напряжений и определенной скорости магнита.

Магнит создает магнитное поле. Во время приведения во вращение рабочего колеса, подвижного во вращении относительно корпуса, это магнитное поле индуцирует электрический ток в каждом из двух электрических проводников, содержащихся в корпусе напротив конца лопатки, которая содержит магнит. Каждый электрический ток проходит в контактные выводы соответствующего электрического проводника, что приводит к появлению электрического напряжения на этих контактных выводах. Напряжение на контактных выводах каждого электрического проводника позволяет характеризовать вибрации, действующие на лопатку. Кроме того, взаимное расположение двух электрических проводников в узле для турбомашины согласно изобретению позволяет получить два напряжения, на основании которых можно определить осевую вибрационную скорость на конце лопатки.

Таким образом, узел для турбомашины согласно изобретению позволяет отказаться от прямых измерений механических напряжений на рабочем колесе и избежать использования сложной системы инструментов в подвижной системе координат, связанной с лопаткой, чтобы характеризовать ее вибрации. Система инструментов является минимальной в этой подвижной системе координат (в лопатку встроен только магнит) и минимальной также в неподвижной системе координат, связанной с корпусом (прокладка двух электрических проводников на корпусе или в корпусе), чтобы количественно определять осевые вибрации исследуемой лопатки.

Узел согласно первому объекту может иметь следующие особенности, взятые отдельно или в любой из их технически возможных комбинаций.

Первая центральная часть может быть расположена в плоскости прохождения магнита вокруг оси вращения рабочего колеса, а вторая центральная часть может быть расположена ортогонально к плоскости прохождения. В таком варианте выполнения напряжение, измеряемое на контактных выводах первого электрического проводника, характеризует вибрации магнита, происходящие за пределами этой плоскости прохождения, и это напряжение не зависит от вращательного движения лопатки вокруг ее оси вращения (так, в идеальной ситуации, в которой лопатка совсем не подвергается действию вибраций, напряжение на контактных выводах электрического проводника, когда магнит оказывается напротив участка центральной части, будет сведено к минимуму).

Кроме того, первая центральная часть может образовать участок окружности с центром на точке оси вращения рабочего колеса, и вторая центральная часть проходит через плоскость прохождения в точке указанной окружности. Такой вариант выполнения является простым в применении в случае, когда внутренняя часть корпуса напротив рабочего колеса является цилиндрической; кроме того, в этом варианте выполнения создаваемое магнитом магнитное поле влияет на соответствующие участки центральных частей электрических проводников, которые имеют одинаковую длину.

Кроме того, магнит может быть выполнен с возможностью создания магнитного поля вдоль оси, радиальной относительно оси вращения рабочего колеса, при этом создаваемое магнитное поле является изотропным вокруг радиальной оси. При таком расположении магнитного поля осевая вибрационная скорость лопатки становится пропорциональной соотношению между напряжениями, измеряемыми на соответствующих контактных выводах двух электрических проводников.

Как правило, напряжения на контактных выводах двух электрических проводников, являются низкими. Поэтому с контактными выводами электрического проводника можно соединить усилитель напряжения, при этом измерения осуществляют на выходе этого усилителя.

Кроме того, оба электрических проводника могут быть по меньшей мере частично заделаны в истираемое покрытие на внутренней поверхности корпуса напротив рабочего колеса, при этом истираемое покрытие выполнено из парамагнитного или диамагнитного материала. Таким образом, магнитный поток магнита изменяется лишь в незначительной степени, и при выполняемых измерениях можно использовать весь создаваемый магнитом магнитный поток.

Краткое описание чертежей

Другие особенности, задачи и преимущества изобретения будут более очевидны из последующего описания, представленного в качестве поясняющего и не ограничительного примера, со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 показан узел для турбомашины согласно варианту осуществления изобретения, вид в частичном разрезе;

на фиг. 2а схематично показан узел на фиг. 1, вид в перспективе;

на фиг. 2b - часть узла на фиг. 2а, детальный вид;

на фиг. 3 - блок-схема этапов способа измерения вибраций, действующих на лопатку, согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 4 - системы координат, связанные с различными элементами узла для турбомашины, показанной на фиг. 1 и 2;

на фиг. 5 схематично поясняются электромагнитные взаимодействия между элементами узла турбомашины, показанного на фиг. 1 и 2.

На всех фигурах подобные элементы имеют одинаковые ссылочные обозначения.

Варианты осуществления изобретения

Показанный на фиг. 1 узел Е турбомашины содержит корпус 1 и подвижное рабочее колесо 2, вращающееся относительно корпуса 1.

Корпус 1 содержит внутреннюю поверхность 10, ограничивающую пространство, в котором расположено рабочее колесо 2. Эта внутренняя поверхность 10 является, например, цилиндрической.

Рабочее колесо 2 установлено на валу 24 двигателя, проходящем вдоль оси вращения (перпендикулярно к плоскости фиг. 1). Рабочее колесо 2 содержит диск 22 вокруг вала 24 и множество лопаток. Каждая лопатка проходит по существу радиально от диска 22 и заканчивается соответствующим концом. Таким образом, конец каждой лопатки находится напротив части поверхности корпуса 1, независимо от углового положения, занимаемого рабочим колесом 2, подвижным относительно корпуса 1.

По меньшей мере одна из лопаток рабочего колеса, указанная ссылочным обозначением 20, содержит на своем конце 21 магнит 3.

Магнит 3 неподвижно соединен с лопаткой 20, которая, в свою очередь, неподвижно соединена с диском 22; в дальнейшем будет считаться, что движение магнита 3 отображает движение конца 21 лопатки 20.

Топология магнитного поля, создаваемого магнитом 3, аналогична топологии соленоида с множеством витков: она образует тор, окружающий магнит 3, и направлена от его северного полюса к его южному полюсу. Магнит 3 выполнен с возможностью создания магнитного поля с радиальной ориентацией относительно оси вращения рабочего колеса 2.

Показанный на фиг. 2а корпус 1 содержит первый электрический проводник 4 и второй электрический проводник 7.

Контактные выводы каждого электрического проводника 4, 7 соединены с входами усилителя 5 напряжения, который может быть одинаковым или разным.

Узел Е содержит также устройство 6 измерения на выходе усилителя или усилителей 5 напряжения. Это устройство 6 содержит средства для осуществления вычислений, относящихся к значениям напряжений, измеряемым этим устройством 6.

Как показано на фиг. 2b, первый электрический проводник 4 содержит так называемую «центральную» часть, образующую виток или часть витка вокруг оси вращения рабочего колеса 2. Эта центральная часть 40 прикреплена, например, к внутренней поверхности 10 корпуса 1 напротив рабочего колеса 2.

Центральная часть 40 содержит два конца 42, 42', находящиеся в разных угловых положениях вокруг оси вращения рабочего колеса 2.

Электрический проводник 4 содержит также две ветви 44, 44', каждая из которых продолжает соответствующий конец центральной части 40.

Предпочтительно центральная часть 40 проходит не на всей окружности корпуса 1 вокруг оси вращения рабочего колеса 2, а образует дугу окружности с угловым сектором менее 360 градусов вокруг оси вращения рабочего колеса. При этом оба конца 42, 42' ограничивают участок окружности корпуса 1, не перекрытый центральной частью 40; этот не перекрытый участок в дальнейшем будет называться «отверстием витка» и указан ссылочным обозначением 46.

Ветви 44, 44' могут быть расположены по существу в радиальном направлении наружу относительно оси вращения рабочего колеса 2 в корпусе 1. Каждая ветвь 44 (соответственно 44') образует, например, с центральной частью 40 на конце 42 (соответственно 42'), который она продолжает, угол, составляющий от 80 градусов до 100 градусов, предпочтительно 90 градусов.

Центральная часть 40 и ветви 44, 44', которые продолжают эту центральную часть 40, расположены в плоскости, которая совпадает с плоскостью прохождения магнита 3 (плоскость фигур 2а и 2b) во время оборота лопатки 20 вокруг оси вращения рабочего колеса 2.

Когда рабочее колесо 2 занимает угловое положение, при котором магнит 3 находится напротив точки центральной части 40, относительное движение магнитного поля, создаваемого магнитом 3, относительно центральной части 40, когда лопатка 20 вибрирует, индуцирует электрический ток в ветвях 44, 44'.

Второй электрический проводник 7 содержит часть 70, тоже называемую «центральной», которая проходит через отверстие 46 витка между концами 42, 42' первого электрического проводника 4.

Эта центральная часть 70 не имеет электрического контакта с первым электрическим проводником 4 и тоже может быть прикреплена к внутренней поверхности 10 корпуса 1 напротив рабочего колеса 2.

Второй электрический проводник 4 проходит, в частности, через точку Р плоскости прохождения магнита 3, причем эта точка Р находится между двумя находящимися друг напротив друга концами 42, 42', например, посередине между этими концами 42, 42'. Точка Р находится на том же радиусе, что и центральная часть 40 проводника 4.

Центральная часть 70 второго электрического проводника 7 продолжена на своих двух концах двумя ветвями, образующими контактные выводы второго электрического проводника 7, соединенные с усилителем 5.

Когда рабочее колесо 2 занимает угловое положение, при котором магнит 3 находится напротив точки Р центральной части 70, магнитное поле, создаваемое магнитом 3, индуцирует электрический ток в участке центральной части 70 вблизи этой точки Р.

Предпочтительно вблизи этой точки Р центральная часть 70 второго проводника 7 является прямолинейной и ориентирована ортогонально к плоскости, в которой расположен первый электрический проводник 4; при этом центральная часть 70 параллельна оси z вращения рабочего колеса 2.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 2а и 2b, точка Р и центральная часть 40 первого электрического проводника 4 образуют части одной окружности; таким образом, промежуток между магнитом 3 и любой точкой центральной части 40 и промежуток между магнитом 3 и точкой Р имеют одинаковую длину: магнитное поле В, создаваемое магнитом 3, оказывает при этом сравнимое и даже идентичное влияние на соответствующие участки центральных частей 40, 70 электрических проводников 4, 7.

Общий принцип способа измерения вибраций лопатки

На фиг. 3 представлены этапы способа измерения вибраций, действующих на лопатку 20, содержащую магнит 3.

На предварительном этапе 101 рабочее колесо 2 приводят во вращение вокруг его оси вращения. Это вращение может привести к вибрациям лопатки 20.

Период оборота лопатки 20 вокруг оси вращения рабочего колеса 2 содержит две разные фазы, каждая из которых соответствует соответствующему диапазону угловых положений рабочего колеса 2, подвижного относительно корпуса 1: фазу, во время которой магнит 3 находится напротив участка центральной части 40, и фазу, во время которой магнит 3 находится напротив отверстия 46 витка между его двумя концами 42, 42'.

Когда магнит 3 находится напротив участка центральной части 40 первого электрического проводника 4, относительное вибрационное движение магнитного поля В, создаваемого магнитом 3, относительно центральной части 40 индуцирует первый электрический ток в центральной части 40, который проходит в контактные выводы, образованные ветвями 44, 44'. При этом между двумя контактными выводами первого электрического проводника 4 создается напряжение U1.

Аналогично, когда магнит 3 находится напротив отверстия 46 витка, то есть напротив центральной части 70 второго электрического проводника 7, относительное вибрационное движение магнитного поля В, создаваемого магнитом 3, относительно центральной части 70 индуцирует второй электрический ток в центральной части 70, который проходит в контактные выводы второго электрического проводника 7. При этом между двумя контактными выводами второго электрического проводника 7 создается напряжение U2.

Эти напряжения U1 и U2, как правило, являющиеся очень низкими, усиливаются усилителем 5 во время этапа 102.

На этапе 103 устройство 6 измерения считывает напряжения U1 и U2, усиленные усилителем 5.

На этапе 104 устройство 6 измерения определяет скорость вращения лопатки 20 на основании одного и/или другого измеренного напряжения. Как будет более подробно пояснено далее, скорость вращения лопатки 20 выводят из продолжительности оборота магнита вокруг оси вращения, причем эту продолжительность определяют по изменениям измеряемых напряжений.

На этапе 104 устройство 6 вычисляет осевую вибрационную скорость, действующую на конец лопатки, на основании двух измеренных электрических напряжений.

Далее следует более подробное описание электромагнитных действий магнита 3 во время двух вышеупомянутых фаз.

Электромагнитное действие магнита 3, когда он находится напротив центральной части 40

Как показано на фиг. 4, определяют неподвижную систему R координат, связанную с корпусом 1, и подвижную систему R' координат, связанную с магнитом 3.

Неподвижная система R координат образована центром О, осью вращения рабочего колеса 2, обозначенной z, и осями x и y, образующими плоскость, перпендикулярную к оси двигателя и содержащую движение магнита 3.

Подвижная система R' координат образована центром О', характеризующим положение магнита 3, осью z', параллельной оси z, осью x', образованной прямой OO', и осью, при которой система R' координат является прямоугольным трехгранником. Подвижная система R' координат образует угол θ относительно неподвижной системы R координат.

Как правило, закономерности изменения с R на R' системы координат точки М в системе R' координат обуславливают следующее отношение:

Как показано на фиг. 5, в качестве точки М рассматривают точку центральной части 40 первого проводника 4. В этом случае можно записать:

Это отношение показывает, что, эквивалентно, магнит 3 на конце лопатки 20 перемещается напротив неподвижной центральной части 40 в неподвижной системе координат или что центральная часть 40 перемещается напротив неподвижного магнита 3 в подвижной системе координат.

Если рассматривать электрон, принадлежащий к центральной части 40, неподвижной в неподвижной системе R координат, его видимая скорость во вращающейся системе R' координат будет представлять собой вектор , то есть скорость, которую имела бы точка вращающейся системы координат в неподвижной системе координат на расстоянии r+e, где е обозначает промежуток между магнитом 3 и центральной частью 40, а r обозначает расстояние ОО'.

Если считать, что эта точка М находится точно на оси О'х' магнита 3, то результирующая FL силы Лоренца, действующей на электрон, будет ориентирована, как показано на фиг. 5.

Можно рассмотреть устройство в плоскости O'x'z', и составляющие поля В можно рассматривать только на составляющих х' и z. Скорость движения электрона во вращающейся системе координат соответствует скорости, которую имела бы неподвижная точка во вращающейся системе координат на расстоянии r+е, учитывая радиус r лопатки и промежуток е между магнитом 3 и абсциссой во вращающейся системе координат точки М. В этом случае электродвижущее поле можно записать следующим образом:

Когда магнит 3 подвергается действию вибраций лопатки 20, электродвижущее поле, генерируемое вибрационным движением лопатки 20, становится:

где:

Ток, индуцируемый в центральной части 40, можно измерить, когда электродвижущее поле ориентировано вдоль составляющей у, то есть по оси проводника. Таким образом, измеряемой составляющей является:

Кроме того, если предположить, что магнит 3 содержится в плоскости центральной части 40, эту составляющую можно переписать как:

Следовательно, в случае, когда магнит 3 находится в плоскости центральной части 40, только вибрационное поведение вдоль оси z (оси вращения) приведет к появлению измеряемых индуцированных токов. В отсутствие вибрационной активности не будет и измеряемого сигнала.

Мгновенное напряжение U1, измеряемое на контактных выводах электрического проводника 4, когда сегмент АВ находится в поле влияния магнита 3, выражается следующим образом:

где обозначает длину сегмента АВ, подвергающегося влиянию магнита 3, Вх' является радиальной составляющей магнитного поля, создаваемого магнитом 3, и VVIBz' является составляющей вибрационной скорости магнита 3 по оси z'.

Электромагнитное действие магнита 3, когда он находится напротив отверстия витка

Когда магнит 3 находится напротив отверстия 46 витка, электрический проводник 4 выходит из-под влияния магнитного поля В магнита 3; с другой стороны, центральная часть 70 второго электрического проводника 7 заходит в магнитное поле В и создает напряжение U2, которое выражается следующей формулой:

где обозначает длину сегмента центральной части 70, подвергающегося влиянию магнита 3, Вх' является радиальной составляющей магнитного поля, генерируемого магнитом 3, и Vrot является скоростью вращения магнита 3.

Определение скорости вращения лопатки

Движением, приводящим к созданию напряжения U2 в соответствующем электрическом проводнике 7, является вращение рабочего колеса 2 вокруг его оси.

Скорость вращения Vrot магнита 3, неподвижно соединенного с концом 21 лопатки 20, можно определить в ходе этапа 104 при помощи устройства 6 измерения посредством непрерывного считывания временного сигнала напряжения U2 на контактных выводах второго проводника в течение заранее определенного времени, при этом указанный сигнал содержит множество пиков напряжения, при этом каждый пик соответствует прохождению магнита перед отверстием 46 витка во время соответствующего оборота лопатки.

Таким образом, время, истекшее между моментами считывания двух последовательных пиков, представляет собой продолжительность оборота лопатки; скорость вращения магнита 3 можно вычислить при помощи устройства 6 на основании времени, истекшего между двумя пиками (или среднего значения промежутков такого времени), и на основании радиального положения OO' магнита 3 вокруг оси вращения рабочего колеса (показано на фиг. 4).

Вычисление осевой вибрационной скорости лопатки

Комбинируя отношения, определенные ранее для электрических напряжений U1 и U2, получают следующее отношение:

Если магнитное поле, создаваемое магнитом, является изотропным вокруг своей оси, то длины витков под влиянием магнита равны . При этом получают следующее отношение:

На этапе 104 осевую составляющую вибрационной скорости, действующей на магнит 3 (и, следовательно, на лопатку 20), вычисляют по следующей формуле, в которой скомбинированы отношения, определяющие напряжения U1 и U2:

Это уравнение позволяет отказаться от какого-либо измерения магнитного поля в одном или другом из электрических проводников 4 и 7 (эти величины исключены из вышеупомянутого уравнения).

Кроме того, этот дополнительный способ позволяет получить не только качественные, но и количественные данные, относящиеся к вибрациям лопатки.

В частности, уровни вибрационных скоростей можно связать с резонансными частотами, проявляющимися на диаграммах Кэмпбелла, построенных на основании сигналов напряжений, измеренных на контактных выводах первого электрического проводника, не прибегая к измерению амплитуды магнитного поля на витке.

Когда лопатка приходит в возбуждение при запуске двигателя (пхскорость вращения, где n является целым числом), напряжение U1 повышается. Предложенный узел позволяет преобразовать данную напряжения в вибрационную скорость, когда лопатка возбуждена.

Материалы

Каждую центральную часть 40, 70 электрических проводников можно расположить непосредственно на внутренней поверхности 10 корпуса 1 напротив рабочего колеса 2.

В варианте каждую центральную часть 40, 70 проводников можно расположить внутри корпуса 1, но при этом необходимо убедиться, что любая часть материала корпуса 1, находящаяся между каждой центральной частью 40, 70 и магнитом 3, обеспечивает хорошую передачу магнитного поля, создаваемого магнитом 3, до центральной части 40, 70. При этом можно выполнить указанную часть материала из парамагнитного и диамагнитного материала, поскольку эти материалы имеют значения магнитной проницаемости, близкие к 1. Таким образом, магнитный поток магнита 3 будет изменяться лишь в незначительной степени, и при измерениях можно использовать весь магнитный поток, создаваемый магнитом 3.

Например, каждый электрический проводник 4, 7 может быть полностью или частично заделан в истираемое покрытие, выполненное на внутренней поверхности 10 корпуса 1 напротив рабочего колеса 2, при этом истираемое покрытие выполняют из такого парамагнитного или диамагнитного материала.

Кроме того, магнит 3 может состоять из алюминия-никеля-кобальта (AlNiCo) с точкой Кюри от 800°С до 880°С (точка Кюри является температурой, при которой материал теряет свою спонтанную намагниченность).

Усилитель 5 может быть усилителем постоянного тока, который предпочтительно позволяет применять коэффициенты усиления до 3000. Таким образом, можно усиливать напряжение на контактных выводах электрического проводника 4 для получения измеряемого напряжения порядка милливольта.

Узел Е турбомашины согласно изобретению можно применять для любого типа подвижного рабочего колеса, вращающегося в неподвижной конструкции, подобной корпусу: осевые колеса, центробежные колеса, турбины высокого давления, свободные турбины и т.д.

Турбомашину, содержащую такой узел Е, можно также устанавливать на транспортном средстве любого типа, например, в летательном аппарате.

1. Узел (Е) турбомашины для измерения вибраций, действующих на лопатку во время вращения, включающий в себя корпус (1) и подвижное рабочее колесо (2), вращающееся в корпусе (1) и содержащее по меньшей мере одну лопатку (20), конец (21) которой обращен к корпусу (1), отличающийся тем, что конец (21) содержит магнит (3), а корпус (1) содержит первый и второй электрические проводники (4, 7), выполненные, каждый, с возможностью создавать между своими контактными выводами электрическое напряжение, индуцируемое магнитом (3) конца (21), обращенного к корпусу, и характеризующее вибрации, действующие на конец (21) лопатки (20) во время приведения во вращение рабочего колеса (2), при этом первый электрический проводник (4) содержит первую центральную часть (40), проходящую вокруг оси (z) вращения рабочего колеса (2) и содержащую два находящихся друг напротив друга конца (42, 42’), и второй электрический проводник (7) содержит вторую центральную часть (70), проходящую через пространство (46) между двумя концами (42, 42’) первой центральной части (40), причем первая центральная часть (40) расположена в плоскости прохождения магнита (3) вокруг оси (z) вращения рабочего колеса (2), а вторая центральная часть (70) расположена ортогонально к плоскости прохождения.

2. Узел (Е) по п. 1, в котором первая центральная часть (40) образует участок окружности с центром на точке оси (z) вращения рабочего колеса (2), и вторая центральная часть (70) проходит через плоскость прохождения в точке указанной окружности.

3. Узел (Е) по п. 1, в котором магнит (3) выполнен с возможностью создания магнитного поля вдоль оси, радиальной относительно оси (z) вращения рабочего колеса (2), при этом создаваемое магнитное поле является изотропным вокруг радиальной оси.

4. Узел (Е) по п. 1, дополнительно содержащий усилитель (5) напряжения, соединенный с контактными выводами каждого электрического проводника.

5. Узел (Е) по п. 1, в котором оба электрических проводника (4, 7) по меньшей мере частично заделаны в истираемое покрытие на внутренней поверхности (10) корпуса (1) напротив рабочего колеса (2), при этом истираемое покрытие выполнено из парамагнитного или диамагнитного материала.

6. Способ измерения вибраций лопатки (20) узла (Е) для турбомашины по одному из пп. 1–5, включающий в себя этапы, на которых:

приводят (101) во вращение рабочее колесо (2) в корпусе (1),

на контактных выводах каждого из электрических проводников (4, 7) измеряют (103) соответствующее электрическое напряжение, индуцируемое магнитом (3), содержащимся в конце (21) лопатки (20), обращенном к корпусу (1),

определяют (104) скорость магнита (3),

вычисляют (105) осевую вибрационную скорость, действующую на конец (21) лопатки (20), на основании двух измеренных электрических напряжений и определенной скорости магнита (3).

7. Способ измерения по п. 6, в котором определение (104) скорости магнита (3) включает в себя подэтапы, на которых:

считывают временной сигнал напряжения на контактных выводах второго электрического проводника (7), при этом сигнал имеет по меньшей мере два последовательных пика, при этом каждый пик отображает прохождение магнита (3) перед вторым электрическим проводником (7) во время соответствующего оборота конца (21) вокруг оси (z) вращения рабочего колеса (2), и

вычисляют скорость магнита (3) на основании радиального положения магнита (3) относительно оси (z) вращения рабочего колеса (2) и времени, истекшего между пиками.

8. Способ измерения по одному из пп. 6 или 7, в котором вибрационную скорость вычисляют (105) посредством умножения определенной скорости магнита (3) на отношение напряжения, измеренного на контактных выводах первого электрического проводника (4), к напряжению, измеренному на контактных выводах второго электрического проводника (7).

9. Способ измерения по п. 6, дополнительно содержащий этап усиления (102) одного и/или другого индуцируемого электрического напряжения, осуществляемый перед этапом измерения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области метрологии, в частности к пьезотехнике. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из пьезоэлектрического элемента, закрепленного внутри корпуса, один вывод которого заземлен, и предусилителя.

Изобретение относится к методам и средствам диагностики состояния упругости защитных заграждений, в частности используемых в качестве физического препятствия для защиты от несанкционированного проникновения на территорию охраняемого объекта.

Группа изобретений относится к области вращающихся лопаток, в частности к области характеризации вибраций, действию которых подвергаются такие лопатки, когда они находятся во вращении.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля ресурса электрической изоляции сухих силовых трансформаторов. Сигналы с датчика температуры наиболее нагретой точки трансформатора 5, датчика амплитуды вибрации 6 и блок-контакта 3 автоматического выключателя 1 поступают на входы контроллера 8.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. Система датчиков содержит технологический измерительный преобразователь, вибродатчик без внешнего питания и технологический трансмиттер.

Изобретение относится к метрологии, в частности, к способам измерения добротности механической колебательной системы. Способ определения добротности механической колебательной системы, снабженной датчиком положения, заключается в том, что экспериментально определяют частоту собственных колебаний механической колебательной системы ω0 из условия сдвига фазы между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения, равного π/2, экспериментально устанавливают частоту ω1 вынуждающей силы из условия сдвига фазы между вынуждающей силой и выходным сигналом датчика положения, равного π/2+ϕ1, при этом модуль фазового сдвига |ϕ1|<π/2, и добротность Q механической колебательной системы определяют по известной формуле, учитывающей тангенс сдвига фаз, частоту собственных колебаний механической системы, частоту вынуждающей силы.

Предложен способ измерения силы, приложенной к преобразователю переменной силы, для его последующей калибровки. При этом переменная сила, возбужденная возбудителем переменной силы 8, преобразовывается посредством упругого элемента 4 в упругую деформацию, которая измеряется при помощи лазерного интерферометра 1.

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам вибрационной диагностики двигателей. Устройство содержит датчики вибрации и скорости вращения вала двигателя, cхему приема вибрационного сигнала и величины скорости вращения.

Многофункциональное устройство для контроля параметров состояния оборудования содержит корпус, органы взаимодействия, управляющий процессор, разъем питания, соединенный с аккумулятором, RFID считыватель, Bluetooth модуль, тепловизор, соединенный с видеокамерой, и виброметр.

Устройство центровки и направления во вращении вала газотурбинного двигателя включает опорный подшипник качения, содержащий наружное кольцо, опору подшипника, окружающую наружное кольцо, обойму, установленную между наружным кольцом и опорой подшипника, средства соединения наружного кольца с опорой подшипника и средства удержания наружного кольца в осевом направлении.

Изобретение относится к способу эксплуатации имеющей сплошной вал механической установки с этапами: а) определение расчетным путем собственной частоты по меньшей мере одного режима крутильных колебаний сплошного вала и определение расчетным путем возникающих во время периода колебаний режима крутильных колебаний механических напряжений сплошного вала, б) определение, соответственно, соотношения для каждого режима крутильных колебаний между первой амплитудой напряжения, которая возникает в положении сплошного вала, которое подвержено потерям напряжения, и второй амплитудой напряжения, которая возникает в точке замера сплошного вала, на основании определенных расчетным путем для соответствующего режима крутильных колебаний напряжений, в) установление максимальной первой амплитуды напряжения для положения, г) определение соответствующей максимальной первой амплитуде напряжения максимальной второй амплитуды напряжения для точки замера на основании соотношения, д) измерение напряжения сплошного вала во время вращения сплошного вала в точке замера, в зависимости от времени, е) определение амплитуды напряжения при каждой собственной частоте на основании измеренного напряжения, ж) выдача сигнала в случае, когда определенная на основании измеренных напряжений амплитуда напряжения при одной из собственных частот достигает максимальной второй амплитуды напряжения.

Компонент ротора для узла ротора машины, приводимой в действие энергией текучей среды, выполнен из материала, подверженного коррозии и/или окислению, и расположен концентрично оси вращения узла ротора.

Группа изобретений относится к турбомашине, центробежному компрессору, центробежному двухкаскадному компрессору и осевому компрессору. Турбомашина содержит картер с внутренней стенкой, образующей стенку воздушного тракта, и по меньшей мере одно отверстие, которое проходит через картер, входит в указанный воздушный тракт и образует проход для эндоскопа, причем отверстие во время работы турбомашины закрыто пробкой, которая имеет участок концевой поверхности в продолжение внутренней стенки.

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая по меньшей мере один осевой вал (2), установленный вращающимся в корпусе турбомашины; причем турбомашина содержит эталонную кольцевую деталь (10), содержащую короткие (11) и длинные (12) продольные эталонные зубья, первые средства обнаружения прохождения коротких (11) и длинных (12) эталонных зубьев для измерения скорости вала (2) турбомашины (1) вокруг его оси (X), угломерную кольцевую деталь (20), содержащую продольные угломерные зубья (21), и вторые средства обнаружения прохождения длинных (12) эталонных зубьев и угломерных зубьев (21) для измерения крутящего момента вала (2) турбомашины.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам защиты корпуса лопаточных машин от пробиваемости при обрыве лопатки и устройствам, реализующим указанный способ, и может быть использовано в вентиляторах и/или компрессорах газотурбинных двигателей, в том числе в авиадвигателях для защиты от разрушения корпуса, изготовленного из материала, прочностные характеристика которого ниже прочностных характеристик материала лопаток ротора.

Изобретение относится к управлению авиационным двигателем. Способ управления двухроторным газотурбинным двигателем самолета при останове заключается в уменьшении частоты вращения вала ротора высокого давления и вала ротора низкого давления.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям с биротативным вентилятором авиационного применения. Газотурбинный двигатель с биротативным вентилятором содержит подпорные ступени, размещенные между рабочими колесами биротативного вентилятора, а также биротативную турбину, соединенную валами с рабочими колесами биротативного вентилятора.

Опорный узел редукторной системы турбомашины содержит опору, имеющую более податливую часть и менее податливую часть. Менее податливая часть содержит стопор, ограничивающий осевое перемещение редукторной системы в турбомашине.

Изобретение относится к энергетике. Способ эксплуатации газотурбинного двигателя, при котором во время работы газотурбинного двигателя при полной нагрузке клапанную систему поддерживают в закрытом положении для того, чтобы по существу предотвратить проход воздуха через систему трубопроводов системы рециркуляции воздуха оболочки.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройству контроля вибраций узла турбомашины. Машина содержит корпус и подвижное рабочее колесо, вращающееся в корпусе. Рабочее колесо содержит по меньшей мере одну лопатку, конец которой обращен к корпусу. Конец содержит магнит, а корпус содержит первый и второй электрические проводники, выполненные, каждый, с возможностью создавать между своими контактными выводами электрическое напряжение, индуцируемое магнитом конца, обращенного к корпусу, и характеризующее вибрации, действующие на конец лопатки во время приведения во вращение рабочего колеса. Первый электрический проводник содержит первую центральную часть, проходящую вокруг оси вращения рабочего колеса и содержащую два находящихся друг напротив друга конца, и второй электрический проводник содержит вторую центральную часть, проходящую через пространство между двумя концами первой центральной части. Технический результат – упрощение измерений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх