Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины

Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ь с<,- „ ñ ". ô It

О П

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Сьюв Соввтскмх

Соцмапмстмчвскмх

Республик

666454

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (6() Лополнительное к авт. свкд-ву— (22) ЗаявлЕно 14.02.77 (2() 24525!)0/25-OF> с присоединением заявки № (23) Приоритет (5! (М. Кл.

Г 01 Ч 7/00

С. 01 ((1 3/00

01 D 25/06

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 05.0((. 79.Бюллетень №21 (53) УЛК 621. 438..001.42(088,8) Лата опубликования описания 08.06.70 (72) Авторы изобретения

М. E=. Бесклетный, Е.: . (!гуменцев и В. !.;с.ристензен

Украинский научно-исследовательский институте и! иродньтх газов (71) Заявитель (54) CHCKOh КО((Г(О(Я СОСтОЯ((ИЯ (А(;О IIIX . ((?! (АТОЙ С (УГ((..(((I ТУРБОМЛ(((((((Ы

Изобретение относится к Tt хинке измерения амплитуды вибраций подвижных лопаток в работающей турбомашине и ъ ожет быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для контроля резонансных вибраций рабочих лопаток 5 турбин и компрессоров в процессе эксплуатации.

Известен способ контроля путем измерения ьибраций лоттаток при их нормальной работе j1) . Способ основан на ис- (В пользовании магнитных датчиков, установленных в определенных точках окружности ротора. При прохождении лопаток датчиками вырабатываются электрические сигналы, которые сравниваются по фазе, В результате выдается напряжение, показывающее наличие опережения или отставания одного сиг нала по отношению к другому и вели шну этого опережения или отставания. Этот известный способ характеризуется трудоемкостью при препарировании корпуса турбомашипы и нарушением геометрии ее проточной части, что изменяет расчетнч rH ежим работы. ((звестен также способ контроля состояния рабочих лопаток с гуп ни турбом i rrk rtkrr путем регистрации мгдоп цной угловой скорости вра!пения ро! Q(ii н«подвижным дат rrtktoM обр ktkoTkiH i о;1 r«krkror о сигнала и последующеi o выбо(л в«личины амплитуды вибраций лопаток (2J. Однако и он не позволяе1 контролировать колебания лопаток всех ступеней турбины и компрессора одновременно. II(krritektekrkte этого способа связано с постепенным изменением скорости вращ ния вала, что не всегда возможно в условиях эксплуатации турбомашин. Между тем, для повышения надежности и предупрежде.шя разрушений турбомашин изме(«ние резонансных вибраций в условиях эксплуатации весьма важно, TBK как во многих случаях именно эти колебания п(и дгтавляют наибольшую опасность.

Цель изобре1ения заключ1ется в рас» ширении диапазона п(1имен пия способа . в условиях эксплуатации..(ля этого

1>1 rj TГ) ) 25

+ .11 аП(уц у к (rr к) () гдеЯк коэффициент, зависящий от материала, геометрических размеров лопатки и аэродинамического усилия, действующего на нее; ц> = — - отношение частоты возмущающей и)

Х 1фб силы к собственной частоте лопатки; цу - круговая частота вращения ротора; ц,! - собственная круговая частота лопатки; п()Рдпага11T(. я, (1с 1 ист(1аци1о л4гновецной угловой скорости прои;!водить на истоте врацн1ния ротора, к! атпость которой соответствует частоте собств! нных колебаний лопаток конт11олируемой ступени, 5

11 за велич!пну амплптупь! вибр1щий поп:1ток принимать величину амплитуды резоHQHcHoA гармоники, выдел1нной из регистрируемого сигнала.

На фиг. 1 продставл«н 1 рафик изл1енения амплитуды крутящего момента при резонансе лопаток первой ступени ротора осевого компрессора га;.1отурбинной установки ГТК-10-2 с третьей роторной гармоникой для различных степеней успокоения, где по оси абсцисс отложе: ны значения отношения частоты возмущающей силы к собственной частоте, а по оси ординат - амплитуда крутя1цего момента; на фиг. 2 - спектр мгновенной угловой скорости вращения ротора (резонанс с третьей роторной гармоникой), где по оси абсцисс отложены номера роторных гармоник, а по оси ординат амплитуды этих гармоник; на фиг. 3 — амплитудно-частотные характеристики лопатки и мгновенной угловой скорости ротора при резонансе пятой ступени ротора осевого компрессора газотурбинной установки ГТК-10-2 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 турбомашины.

Д с! — ло! 1рифмич! скяй щ кр м«нт затухания; err - СЦВИГ фаЗЫ ВОЗЛ1У ЦаЮЦ1«й СИЛОЙ И вызванным «ю кол«балис м;

К - число:loH- 1roê сrvfrlHH1; — время.

Крутящий момент вызывает крутильные колебания ротора турбомашины, образующие спектр сложного сигнала угловой скорости вращения. Синусоиды это1 о спектра проходят по валопроводу (каналу) независимо дру! от друга и, следовательно, в сп«ктре угловой скорости присутствуют все гарл1онические составляю1цие, вызванные роторными 1 армониками крутящего момента (1).

Интенсивные крутильные колебаьч1я валопровода, величину изменения у1noвой скорости которых можно зарегистрировать, вызываются крутящим моментом

lIpH резонансныХ колебаниях лопаток.

При этом максимальное значение амплитуды момент: определяется только резонансной роторной гармоникой и выражеНИ С Л1. где 1П вЂ” порядок роторной гармоники (целое число), соответствующий резонансу лопаток при со = î

Рсе остальные роторные гармоники крутящего момента, а следовательно, и у гловой скорости относятся к неизбежным помехам измерения. График выражения (д ) показан на фиг. 1 цри значении логарифмического декремента 8

О,3.

)1ри измерении мгновенной угловой скорости датчиком для получения усиленного сигнала устанавливают частоту вра. щения ротора турбомашины, целая кратность которой mao 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 осгзвано на том, ч- о амплитуда колебаний лопатки на к«чтролируемой ступени связана (I :l ()мо((икОЙ к(() т((ОР Ги (77 f) ):) кон(.

ДВИЖЕИИЯ (OOI IIO!II(i(If(М.

I и(; ф — амплитуд) ко.(б;)ний лопатки; (Р— роториая г;) рмоника у! ловой ско!)Ости В!)аи(ения f)oTof(l> — передаточная лунки, я, определение которой дпя каждого тина турболляшины производится экспериментально или р;г! т м. (ta фн(. 3 приведены амплитудночастотные характеристики колебаний пои((ток и угловой скорости ротора при значении логарифмического декремента

3 =О,3.

Устройство содержит ротор 1 (см. фиг. 4), на котором установлен датчик

2, связанный с генератором 3 и усилигелем 4, соединенными с демодулятором 5, подключенным к анализатору гармоник 6, связанному с самописцем уровня 7.

1О го

При вращении ротора 1 с угловой ско- ростью, изменяюшейся ио закону резонансных колебаний лопаток, снимаемое напряжение с датчика 2 имеет форму модулированного по амплитуде сигналя несущей частотой, равной частоте напряжения питания д)тчика, и огибающей, Воспроизводящей закон изменения мгновенной yt.ловой скорости. Генератор 3 служит для питания первичной Обмотки датчика 2 синусоидальным током заданной частоты, усилитель 4 — для усиления, а демодулятор,5 — дпя выделения огибающей. Сигнал из демодулятора поступает в анализатор гармоник 6, где

40 производится спектральный гармонический анализ огибающей. Выделенные гармоí,Itf(фиксиру()гся ия ленте сямоиисц) уровня 7.

Применение описываемого способа в условиях эксплуатации позволит устанавливать межремонтные сроки роторов тур бомашины ио их ф((ктическому состоянию, что В два три раза уменьшит объем ремонтных работ зя счет исключения переборки агрегатов, находящихся р хорошем техническом состоянии, а также предотвращать возможные поломки рабочих лопаток, а следовательно, и всего ротора турбомашины.

Формула изобрете ни я

Способ контроля состояния рабочих лопаток ступени турбомашины путем ре» гистрации мгновений угловой скорости вращения ротора неподвижным датчиком, обработки полученного сигналя и последующего выбора величины амплитуды вибраций лопаток, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона применения способа в условиях эксплуатации, регистрацию мгновенной угловой скорости производят на частоте врашеьня ротора, кратность которой соответствует частоте собственных колебаний лопаток контролируемой ступени, а зя Величину амплитуды вибраций лопаток принимают величину амплитуды резонансной гармони» ки, Выделенной из регист()(1()уемогo сигнала.

Источники ичфоомаиии, и; ((пятые ВО внимание ири экспе!)т((зе

1. Патент США Kf 365 1803, кл. 73-71.4, 1972.

2. Авторское свидете )ьс).ВО

М) 236826, кл. С 01 1 1 1/OO, 1 06!1.

ФМ (0 /2, 3

Редактор Л, Тюрина

Составитель Г. Романов

Гехред Н. Андрейчук Корректор р. !>илак

Заказ 3173/34 Тира>к 1989 Подписное

llIlHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-:35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал !!ПП "Патент ", i, Ужгород, ул. Проектная, 4