СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН Российский патент 2003 года по МПК G01H11/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

В настоящее время наиболее современным и перспективным методом определения параметров колебаний лопаток ГТД является дискретно-фазовый метод (ДФМ) (Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.), при котором регистрируют моменты прохождения периферийного сечения вращающейся лопатки мимо определенных точек корпуса (или его неподвижных деталей) и одновременно измеряют угловую или окружную скорости движения ротора турбомашины. В упомянутых точках корпуса устанавливаются на определенных расстояниях друг от друга по направлению траектории движения периферийного сечения лопатки датчики (электроразрядные, емкостные, электродинамические, оптические, акустические или иного типа), способные подавать сигнал, соответствующий моменту прохождения периферийного сечения лопатки точки, в которой расположен датчик.

Известные устройства, построенные на дискретно-фазовом методе определения амплитуд колебаний, используют статистические методы определения амплитуд колебаний каждой отдельной лопатки на основе использования информации, получаемой с датчиков за большое число оборотов ротора при стационарном режиме работы двигателя (Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.). Количество измеренных интервалов времени для каждой лопатки с датчиков, необходимых для определения ее параметров колебаний, зависит от требуемой точности и надежности (достоверности) определения параметров колебаний лопаток (Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977. - 160 с.; с 51).

Недостатком данного способа является низкая точность определения амплитуды колебаний лопаток, т.к. амплитуду колебаний каждой лопатки определяют путем нахождения минимального и максимального промежутка времени между сигналами датчиков, которые в общем случае получены при неодинаковых частотах вращения ротора, и соответственно линейной скорости движения периферийного сечения лопаток. В реальных условиях частота вращения ротора не может быть строго постоянной во времени, поэтому умножение разницы между максимальным и минимальным промежутками времени между сигналами датчиков на среднюю, в течение всего времени накопления статистических данных, линейную скорость движения периферийного сечения лопатки приводит к дополнительной погрешности от нестабильности частоты вращения ротора. Частота вращения ротора в течение всего времени накопления статистических данных не остается величиной строго постоянной, что в свою очередь может вызывать изменение интенсивности колебаний лопаток турбомашин в процессе измерений. Изменение интенсивности колебаний лопаток будет происходить и в случае поддержания частоты вращения ротора строго постоянной, - если частота колебаний лопатки близка к кратной частоте вращения ротора. Это приводит к тому, что получаемая статистическая совокупность состоит из разнородных отсчетов, т.е. полученных при различных условиях: частоты вращения ротора и интенсивности колебаний турбомашины. Это является второй причиной снижения точности определения амплитуды колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, приведенный в патенте РФ 2112934, G 01 Н 11/06, Бюл. 16, 1998, в котором устанавливают периферийные датчики на корпусе турбомашины, регистрируют моменты прохождения периферийных сечений лопаток мимо датчиков, измеряют угловую или окружную скорости движения ротора турбомашины. Измеряют временные интервалы между моментами прохождения периферийных сечений лопаток мимо датчиков. Накапливают измеренные временные интервалы между моментами прохождения периферийных сечений лопаток мимо датчиков, выбирают из накопленной совокупности данных для каждой лопатки максимальное и минимальное значения, вычисляют разницу между максимальным и минимальным значениями. Сравнивают разницу между максимальным и минимальным значениями каждой лопатки с временными интервалами, вырабатываемыми моделирующей системой, и при совпадении этих величин судят об амплитуде колебаний каждой лопатки. Расположение 2-х датчиков выбирают исходя из значений скорости вращения ротора, частоты колебаний лопаток и величины промежутка между кромками соседних лопаток. Если значение скорости вращения ротора ω относительно мало, а частоты колебаний лопаток f велико (т.е. полупериод колебаний лопаток меньше времени прохождения лопаткой расстояния между кромками соседних лопаток d), то указанные два датчика можно размещать на расстоянии, не большем d, вдоль траектории движения кромок лопаток. Если частота вращения ротора близка частоте колебаний лопаток, расстояние между точками расположения рассматриваемых двухкорпусных датчиков (по траектории вращения кромок лопаток) должно быть увеличено так, чтобы полупериод колебаний лопатки всегда был меньше времени прохождения лопаткой этого расстояния между датчиками.

Недостатком данного способа является низкая точность определения амплитуды колебаний лопаток, т.к. амплитуду колебаний каждой лопатки определяют путем нахождения минимального и максимального промежутков времени между сигналами датчиков, которые в общем случае получены при неодинаковых частотах вращения ротора, и соответственно линейной скорости движения периферийного сечения лопаток. В реальных условиях частота вращения ротора не может быть строго постоянной во времени, поэтому умножение разницы между максимальным и минимальным промежутками времени между сигналами датчиков на среднюю, в течение всего времени накопления статистических данных, линейную скорость движения периферийного сечения лопатки приводит к дополнительной погрешности от нестабильности частоты вращения ротора. Частота вращения ротора в течение всего времени накопления статистических данных не остается величиной строго постоянной, что в свою очередь может вызывать изменение интенсивности колебаний лопаток турбомашин в процессе измерений. Изменение интенсивности колебаний лопаток будет происходить и в случае поддержания частоты вращения ротора строго постоянной, - если частота колебаний лопатки близка к кратной частоте вращения ротора. Это приводит к тому, что получаемая статистическая совокупность состоит из разнородных отсчетов, т.е. полученных при различных условиях: частоты вращения ротора и интенсивности колебаний турбомашины. Это является второй причиной снижения точности определения амплитуды колебаний.

Поставлена задача уменьшения погрешности определения амплитуды колебаний лопаток турбомашин.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин, основанном на бесконтактном съеме информации о колебаниях вращающихся лопаток, устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины на базовом расстоянии по траектории вращения кромок лопаток. Регистрируют моменты прохождения периферийного сечения лопатки мимо датчиков, расположенных на базовом расстоянии в окружном направлении, измеряют временные интервалы прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки, вычисляют разношаговости i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей i-й лопатки, из которой определяют разницу между максимальным и минимальным значениями разношаговостей i-й лопатки. По полученному для i-й лопатки значению разницы между максимальным и минимальным значениями разношаговостей судят об амплитуде колебаний.

Определение амплитуд колебаний лопаток турбомашин предлагаемым способом осуществляется следующим образом. Устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины на базовом расстоянии по траектории вращения кромок лопаток. Регистрируют моменты прохождения периферийного сечения лопатки мимо датчиков, расположенных на базовом расстоянии в окружном направлении, измеряют временные интервалы прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (по траектории движения периферийного сечения лопаток). Измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки. Измерение средней линейной скорости движения периферийного сечения лопатки может быть выполнено различными способами, например, с помощью тахогенератора измеряют частоту вращения ротора ω и по известной величине радиального расстояния R периферийного сечения от оси вращения ротора определяют линейную скорость движения периферийного сечения лопатки V как произведение частоты вращения ротора ω на радиальное расстояние R. Вычисляют разношаговости i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками. Накапливают статистическую совокупность разношаговостей i-й лопатки. Из статистической совокупности разношаговостей i-й лопатки определяют максимальное и минимальное значения разношаговостей i-й лопатки. Определяют разницу между максимальным и минимальным значениями разношаговостей i-й лопатки. По полученному для i-й лопатки значению разницы между максимальным и минимальным значениями разношаговостей судят об амплитуде колебаний.

Практическая полезность такого способа очень велика, вследствие того, что его использование увеличит возможности диагностирования и предотвращения аварий на энергетических и транспортных машинах, оснащенных турбинами и компрессорами, в которых лопатки по причине их чрезмерных вибраций, нагрузок являются главным источником аварий с тяжелыми последствиями.

Использование: в контрольно-измерительной технике для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях. Сущность изобретения: устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины, регистрируют моменты прохождения периферийного сечения лопатки мимо датчиков, расположенных на базовом расстоянии в окружном направлении, измеряют временные интервалы прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика - между датчиками, измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки, вычисляют разношаговости i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей i-й лопатки, из которой определяют разницу между максимальным и минимальным значениями разношаговостей i-й лопатки. По полученному для i-й лопатки значению разницы между максимальным и минимальным значениями разношаговостей судят об амплитуде колебаний. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности определения амплитуды колебаний лопаток турбомашин.

Способ определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин, основанный на бесконтактном съеме информации о колебаниях вращающихся лопаток, заключающийся в том, что устанавливают два периферийных датчика на корпусе турбомашины на базовом расстоянии по траектории вращения кромок лопаток, регистрируют моменты прохождения периферийного сечения лопатки мимо датчиков, расположенных на базовом расстоянии в окружном направлении, измеряют временные интервалы прохождения i-й лопатки от 1-го до 2-го датчика (между датчиками), отличающийся тем, что измеряют средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки, вычисляют разношаговости i-й лопатки путем умножения измеренных временных интервалов на средние, в течение соответствующих измеренных интервалов времени, линейные скорости движения периферийного сечения i-й лопатки и вычитания из каждого полученного произведения базового расстояния между датчиками, накапливают статистическую совокупность разношаговостей i-й лопатки, из которой определяют разницу между максимальным и минимальным значениями разношаговостей i-й лопатки, по полученному для i-й лопатки значению разницы между максимальным и минимальным значениями разношаговостей судят об амплитуде колебаний.