Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины Советский патент 1979 года по МПК G01M7/00 G01H13/00 F01D25/06 

Преаллгп(т(:я, регистрацию мгновенной углопой скорости 1щои,шодить на частоте врП11КП1ня 1ото)а, к(1пт)ость которой соответствует частоте собстгм нных колебаний лопаток контролируемой сгтуиени, л за величину амплитупы вибраций лопаток принимат1з величину амплитуаы резонансной гармоники, выцелон} ой из регистрируемого сигнала.

На фиг, 1 представлен 1рафик изменения амплитуаы крутящего момента при резонансе лопаток ступени ротора осевого компрессора т-азотурбинной установки ГТК-10-2 с третьей роторной гармоникой лля различных степеней успокоения, где по оси абсцисс отложе. ны значения отношения частоты возмущающей силы к собственной частоте, а по оси ординат амплитуда крутящего момента; на фиг. 2 - спектр мгновенной угловой скорости вращения.ротора (резо нанс с третьей роторной гармоникой), где по оси абсцисс отложены номера роторных гармоник, а по оси ординат амплитуды этик гармоник; иа фиг. 3 - амплитудно-частотные характеристики лопатки и мгновенной угловой скорости ротора при резонансе пятой ступени ротора осевого компрессора газотурбинной установки ГТК-1О« 2 с шестой роторной гармоникой, где по оси абсцисс отложены средние частоты вращения ротора, по оси ординат - шестая роторная гармоника изменения мгновенной угловой скорости; и амплитуда колебаний лопаток пятой сту пени; на фиг. 4 - блок-схема устройства для реализации описываемого способа.

Рассматривая контролируемый объект например лопатку турбомашины, как колебательную систему с демпфированием, пропорциональным скорости, получаем для каждой ступени турбины и компрессора крутящий момент на роторе турбома- шины.

7 :ff - -;гдеЛк - коэффициент, зависящий от материала, геометрических размеров лопатки к аэроцмнамического усилия, действующего на нее;

- отношение частоты возмущающей силы к собстве1шой частоте лопатки;

И) - круговая частота вращения ротора;

IJo - собственная круговая частота лопатки;

S - лог-,1риф 1ичоский aiKfjfMGHT затухания;

и- сдвиг- фэзы возмуц аюи1ей силой и Bb 3BanHbiNf ою колебанием;

Z - число лопаток ступени;

t - время.

Крутящий момент В1. крутильные колебания ротора турбомашины, образующие спектр сложногосигнала угловой скорости вращения. Синусоиды этого спектра проходят по валонроводу (каналу) независимо друг от друга и, следовательно, в спектре yrvioeoft скорости присутствуют все гармонические составляющие, вызванные роторными гармониками крутящего момента (l).

Интенсивные крутильные колебания валопровода, величину изменения угловой скорости которых можно зарегистрировать, вызываются крутящим моментом при резонансных, колебаниях лопаток. При этом максимальное значение амплитды момента опреде{1яется только резонансной роторной гармоникой и выраже-

HHTV).

А

т

М

)

(JW)

-W

т

где т - порядок роторной гармоники (целое число), соответствующий резонансу лопаток при cif - i .

Г-,

13се остальнр е роторные гармоники крутящего момента, а следовательно, и УГЛОВОЙ скорости относятся к неизбежным помехам измерения. График выражения ($} показан на фиг. 1 при значении логарифмического декремента о

: 0,3.

При измерении мгновенной угловой скорости датчиком для получения усиленного сигнала устанавливают частоту вращения ротора турбомащины, целая кратность которой fntu близка к собственной частоте колебаний лопатки контролируемой ступени. Регистрируемый сигнал поступает в анализатор гармоник, где производится спектральный анализ мгновенной угловой скорости, заключающийся в выделении простых гармонических составляющих. Спектр мгновенной угловой скорости показан на фиг. 2. Определение же амплитуды резонансных колебаний лопатки по выделенной роторной гармонике угловой скорости основано на том, 41 о амплитуда колебаний лопатки на контролируемой ступени связана с: г-:1|)моиикой . гп н л.чконп движения СООГНОПКИНСМ. и - р.ф т гцо - амплитуа а ко-юбаняй лопатки; ф - f)OTOf)naH i-;if)Mof{MKT yiviOBOfl вра лер1ня ()OTOfia; F - переоуточная функц, я, определенно которой для каждого типа турбом;1Ш(шы производится экспериментально или ргк-чут- м. Па фиг. 3 приведены амплитудноMaCTOTfibfe характеристики колебаний лопаток и угловой скорости ротора при значении логарифмического декремента S 0,3. Устройство содержит ротор 1 (см. фиг. 4), на котором установлен датчик 2, связанный с генератором 3 и усилителем 4, соединенными с демодулято- ром 5, подключенным к анализатору гар моник 6, связанному с самописцем уров ня 7. При вращении ротора 1 с угловой ск ростью, изменяющейся по закону резонансных колебаний лопаток, снимаемое напряжение с датчика 2 имеет форму модулированного по амплитуде сигнала с несущей частотой, равной частоте на- пряжения питания датчика, и огибающей воспроизводящей закон изменения мгновенной угловой скорости. Генератор 3 служит для питания первичной обмотки датчика 2 синусоидальным током задан- ной частоты, усилитель 4 - для усиления, а демодулятор. 5 - для выделе 1ия огибающей. Сигнал из демодулятора поступает в анализатор гармоник 6, где производится сг1ектрал ный гармонический анализ огибающей. Выделенные гарм ники фикcиpy тcя на ;1енто самописи. ypoвF я 7. Применение описываемого способа в условиях эксплуатации позволит устана1 ливать меж{ емонтные сроки роторов тур бомащины по их 4х:1ктичоскому состоянию, что в два-ори раза ул1еньщит объем |х;- монтных работ за счет исключения переборки агрегатов, находящихся Р хорошем техническом состоянии, а также предотвращать возможные поломки рабочих лопаток, а -следовательно, и всего ротора турбомашины. Формула изобретения Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины путем регистрации мгновений угловой скорости вращения ротора неподвижным датчиком, обработки полученного сигнала и последующего выбора величины амплитуды вибраций лопаток, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения способа в условиях эксплуатации, регистрацию мгновенной угловой скорости производят на частоте враще{ия ротора, кратность которой соответствует частоте собственных колебаний лопаток контролируемой ступени, а за величину амплитуды вибраций лопаток принимают величину амплитуды резонансной гармоники, выделенной из ре1ист)ируемог о сигнала. Источники ИНФООМ.1Ц11И, п;п( во внимание при эксперти.че 1.Патент CUiA sV ;Uin4803, кл. 73-71.4, 1972. 2.Авторское свнаотельсгво № 236826, кл. G 01 L 1 l/OO, 1960.