Способ раннего обнаружения дефектов турбомашины Советский патент 1988 года по МПК G01M15/00 

Изобретрние относится к турбостроению и, в частности, к эксплуатации турбомашин.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлены зависимости уровней роторных гармоник спектра вибрации турбомашины от номеров роторных гармоник; на фиг. 2 - те же зависимости, соответствуюпще некоторым дефектам турбомашины при использовании данного способа.

В результате экспериментальных исследований различных типов и модификаций газоперекачивающих агрегатов (ГПА) установлено, что уровни взаимного расположения роторных гармоник спектра вибрации для бездефектного агрегата носят строго убывающий характер (т.е. всегда амплитуда виброскорости последующей гармоники спектра меньше амплитуды виброскорости предыдущей чем выше номер гармоники тем меньше ее амплитуда; см.фиг.1),

Обнаружено, что наиболее информативными в области низкочастотного спектра при выявлении основных дефектов (приводящих к наибольшим затратам и простоям по ремонту ГПА) являются первые шесть роторных гармоник.

На основании статистической обработки результатов экспериментальных исследований выявлен закон взаимного распределения уровней роторных гармоник бездефектного агрегата. Например, при значении виброскорости шестой роторной гармоники ,4мм/ уровни первых пяти роторных гармоник для бездефектного агрегата находятся в пределах значений, указанных на фиг. 1. Аппроксимирующая кривая 2 (фиг. 1) описьшает верхнюю границу области допустимых значений уровней виброскорости для бездефектного агрегата. Аналогично при ,1 мм/с определяют нижнюю границу области бездефектного агрегата (кривая I, фиг. 1). Нижняя-и верхняя границы области уровней виброскорости бездефектного агрегата подчиняются ре- курентному закону распределения чисе

Сущность данного закона заключается в том, что значение уровня К-й гармоники равно сумме уровней К+1-й и К+2-Й гармоник при нечетном К и сумме уровней К+1-й, К+2-й и К+З-й гармоник при четном К, т.е. текущее

значение амплитуды К-й роторной гармоники равно

Kt1

К-И

+ А

к4-г

К42

К 2п + 1

А к+з 5 К-2п

(,2,...)

Для практического использования обнаруженного взаимного соотношения уровней виброскорости роторных гармоник определяются начальные условия Xgj . В качестве начальных условий

выбирается число /2, где А,,, - измеренное значение последней гармоники. Выбор начального условия производится с целью возможности

организации рекурсии (1) для последующих гармоник (А ,.1 0,2 ,1 ,,) и определяется, в какой из областей находится начальная точка аппроксимирующей кривой. Для удобства выявления закона распределения уровней, соответствующих бездефектному агрегату, роторные гармоники в соответствии с (1) сгруппированы в группы по г гармоник в каждой. При этом номер группы обо-значен через .,., ,а номер гармоники в группе обозначен через К 1, 2,...,г. В связи с этим нумерация гармоник начинается с последней

измеряемой и до первой. Номер последней (шестой.) гармоники равен j,,1j пятой - j, четвертой - j,,1; третьей - j,,2; второй - j,,1; первой - j,,2.

На основе введенного обозначения получают обобщенный (для разных типов ГПА) закон взаимного распределения уровней А;, К роторных гармоник

-,к

(г)

А;

)-|,г

j-i,r

А;

.),k-i

+А)-.г +А„, +А j.K

при при при ,

50 при следующих начальных условиях:

(Г)х,

о,г

(г)2Ао,, (г),,. .,

(г)2Ао,,., (г)

Для некоторых агрегатов число гармоник в группе . Тогда рекурент- ный закон взаимного распределения для этих типов агрегатов имеет вид

j. )- i . j-. ji j,1 )-1,2

при начальных условиях

Ч.к ( основании полученного рекурент

него закона взаимного распределения уровней роторных гармоник дефекта- цкю ГПА осуществляют следующим образом.

Производят измерение уровней виброскорости роторных гармоник; по значению уровня. 1,1-и гармоники уста навлившот начальное условие; если значение х находится в области допустимых значений, то определяют закон взаимного распределения уровней всех роторных гармоник для бездефектного агрегата в соответствии с полученным Хд по формуле (2); сравнивают значения измеренных уровней с вычисленными по формуле (2) и устанавливают соответствие измеренных значений уровней спектра закону взаимного соотношения уровней для бездефектного агрегата; если соответствием установлено, то агрегат находится в исправном состоянии по вибрации; если соответствие нарушено, то в агрегате имеется дефект в ранней стадии развития (поиск дефекта в област допустимых значений уровней аналоги- чен поиску в области предельных и недопустимых значений уровней вибрации ГПА) .

Если X больше допустимого, то опять сравнивают значения измеренных уровней с вычисленными по формуле (2 и устанавливают соответствие измеренных значений уровней спектра закону взаимного соотношения уровней для

бездефектного агрегата и при установлении соответствия обнаруживают дисбаланс ротора (см. фиг. I, кривая 3). Это связано с тем, что дисбаланс ро тора приводит к пропорциональному росту уровней всех роторных гармоник, не меняя их закона взаимного распределения для бездефектного агрегата.

Если соответствие нарушено, то в агрегате имеется один из следующих дефектов.

Несоосность подшипников определяется по пропорциональному росту трех первых роторных гармоник (3,2-й;

10

20

35

30

45

50

55

3,1-й; 2,2-й) и отсутствию изменения взаимного распределения уровней высших гармоник (фиг. 2, кривая I); исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется по нарушению рекурентного закона в области 3,2-й и 3,1-и гармоник, при этом A,fi:A,, (фиг. 2, кривая 2); расцент- ровка валов роторов определяется по значительному росту первой (3,2-й) гармоники (А;, 0 .,) индекс Э соответствует нормированному значению г эрмоники; изменение жесткости крепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двух первых роторных гармоник, пятой, шестой роторной, гармоники. Причем А. 5 i. (фиг. 2, кривая 3); превышение уровней виброскорости роторных гармоник в области четвертой гармоники и свидетельствует об изменении жесткости фундаментных колонн (фиг. 2, кривая 4); торцовьй бой диска определяется по пропорциональному возрастанию уровней всех измеряемых роторных гармоник в осевом направлении без изменения закона их взаимного распределения для бездефектного агрегата (фиг. 1, кривая 3, измеренная в осевом направлении); задевание ротора о статор определяется по нарушению закона взаимного распределения по всем нечетным гармоникам (А; ,j А ; 2.3 увеличение зазоров в подшипниках определяется по превышению уровня 1/2 гармоники нормированного значения при сохранении закона взаимного распределения для бездефектного агрегата для всех измеряемых кратных гармоник.

Формула изобретения

Способ раннего обнаружения дефектов турбомашины путем измерения уровней первых трех роторных гармоник и одной второй гармоники спектра вибрации турбомашины и определения величин дисбаланса ротора турбомашины и зазоров в подшипниках скольжения, причем о величинах зазоров в подшипниках скольжения судят по пре- вьшению уровня одной второй роторной гармоники нормированного значения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при использовании способа для турбомашины.

CpusJ

Гормон

мн/с

Изобретение позволяет повысить точность обнаружения дефектов турбо- машины. Уровни взаимного расположения роторных гармоник спектра вибрации.. для бездефектного агрегата но.сят строго убывающий характер. Установлено, что наиболее информативными в области низкочастотного спектра при выявлении основных дефектов являются первые шесть роторных гармоник. При исп- пь- зовании способа для турбомашины, закрепленной на фундаментных колоннах, измеряют уровни шести гармоник, устанавливают закон взаимного распределения их уровней для .-бездефектной турбомашины, определяют соответствие измеренных уровней роторных гармоник этому закону и о величине дисбаланса ротора судят по пропорциональному возрастанию уровней всех измеренных гармоник без изменения закона их взаимного распределения. Если соответствие установлено, то агрегат находится в исправном состоянии по вибрации. Если соответствие нарушено, то в агрегате имеется дефект в ранней стадии. Несоосность подшипников определяется по пропорциональному росту трех первых роторных гармоник и отсутствию изменения взаимного распределения уровней высших гармоник. Исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется по нарушению рекурентного закона в области 3,2-й и 3,1-й гармоник. Рас- центровка валов роторов определяется по значительному росту первой роторной гармоники. Изменение жесткости крепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двух первых гармоник, пятой и шестой. По- вьпиение уровней виброскорости роторных гармоник в области четвертой гармоники и вьше свидетельствует об изменении жесткости фундаментных колонн. Торцовьй бой диска определяется по пропорциональному возрастанию уровней всех измеряемых гармоник в осевом направлении без изменения установленного закона. Задевание ротора о статор определяется по нарушению этого закона по всем нечетным гармоникам. Увеличение зазоров в подшипниках определяется по превышению уровня 1/2 гармоники нормированного значения при сохранении установленного закона взаимного распределения. 2 ил. f 01

2.22.7 Л 27, Г O.Z0.1

Фиг. 2