CS220085B1

CS220085B1 - Wiring for continuous rotor vibration measurement

Info

Publication number: CS220085B1
Application number: CS623181A
Authority: CS
Inventors: Jan Kopecek; Vaclav Bystricky
Original assignee: Jan Kopecek; Vaclav Bystricky
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Vynález se týká oboru 485 — parní turbíny. Řeší automatizaci sledování bezpečnosti provozu turbíny v oblasti chvění jejích komponentů a jejích posuvů. Jde o takové zapojení měřicího systému, které umožňuje kontinuální provozní měření chvění rotoru, jeho automatické vyhodnocování a signalizaci nebezpečných stavů. Toho se dosahuje zapojením, při němž je analogový výstup z měřicích zesilovačů veden do většího počtu hladinových členů s odstupňovanými hladinovými hodnotami. Výstupy těchto hladinových členů jsou připojeny ke vstupům logiky a k signalizačním prvkům. Proměnnost mezí je realizována přepínáním signalizace na jednotlivé hladinové členy. V logice je pak výstup měřicího zesilovače připojen přes derivační člen a přes hladinový člen pro rychlou změnu k paměťovému členu, jehož výstup je připojen k převodníku, ovládajícímu spínač negátoru paměťového členu a spínač jednoho z hladinových členů s vyšší hladinovou hodnotou. K tomuto výstupu paměťového členu a ke spínači hladinového členu s minimální hladinovou hodnotou jsou připojeny vstupy pro signály z čidel, snímajících omezující faktory. Zapojení může být upraveno i pro použití řídicího počítače.The invention relates to the field of 485 — steam turbines. It solves the automation of monitoring the safety of turbine operation in the area of vibration of its components and its displacements. It concerns such a connection of the measuring system that enables continuous operational measurement of rotor vibration, its automatic evaluation and signaling of dangerous states. This is achieved by a connection in which the analog output from the measuring amplifiers is fed to a larger number of level elements with graduated level values. The outputs of these level elements are connected to the logic inputs and to signaling elements. The variability of the limits is realized by switching the signaling to individual level elements. In the logic, the output of the measuring amplifier is then connected via a derivative element and via a level element for rapid change to a memory element, the output of which is connected to a converter controlling the switch of the negator of the memory element and the switch of one of the level elements with a higher level value. Inputs for signals from sensors sensing limiting factors are connected to this output of the memory element and to the switch of the level element with the minimum level value. The connection can also be modified for the use of a control computer.

Description

Vynález se týká zapojení pro kontinuální měření chvění rotoru a vyhodnocování výsledků tohoto měření; zapojení je použitelné především u velkých parních turbín.The invention relates to a circuit for continuous measurement of rotor vibration and evaluation of the results of this measurement; The wiring is especially useful for large steam turbines.

V dnešní době se provádí provozní měření chvění rotoru tak, že na vhodně zvolená měřicí místa stroje, resp. turbíny, se umístí snímače chvění, jejichž měřicí signál je veden do měřicích zesilovačů. V nich je signál zesílen a upraven tak, aby měl normalizovanou úroveň úměrnou amplitudě nebo rychlosti chvění, načež je veden jednak na ukazovací a zapisovací přístroje, jednak do zpravidla dvou hladinových členů, tj. analogolineárních převodníků, které v případě, že analogový signál překročí nastavenou hladinu, vydávají výstrahové signály.Nowadays, operational vibration measurements of the rotor are carried out in such a way that at properly selected measuring points of the machine, resp. In the turbine, vibration sensors are placed whose measuring signal is routed to the measuring amplifiers. In them, the signal is amplified and adjusted to have a normalized level proportional to the amplitude or vibration velocity, whereupon it is directed both to the indicating and recording devices, and usually to two level elements, ie analog-linear converters, which if the analog signal exceeds the set warning signals.

Každý z výstrahových signálů má pevně přiřazený význam. Překročení první, v prvém převodníku pevně nastavené hladiny chvění, dává tzv. první předběžnou výstrahu; ta znamená, že chvění dosáhlo hodnoty, při které není vhoné stroj trvale provozovat, a že obsluha musí brát ohled na zhoršenou kvalitu mechanického chodu stroje. Překročení druhé, rovněž pevně nastavené hladiny chvění na druhém převodníku dává druhou, tzv. hlavní výstrahu; ta znamená, že chvění již dosáhlo úrovně, která přímo ohrožuje bezpečnost stroje a že tedy musí obsluha zakročit. Signalizace první, předběžné výstrahy se často objevují při nestacionárních procesech, jimiž jsou například najíždění stroje na otáčky, rychlé zatěžování stroje a podobně. Správná reakce obsluhy na tento signál bývá taková, že pozdrží nebo zpomalí změny provozního režimu stroje až do odeznění, tj. do vymizení signálu předběžné výstrahy. Při signalizaci druhé, hlavní výstrahy zpravidla obsluha odstavuje stroj; v některých případech se toto odstavení děje automaticky.Each of the alarm signals has a fixed meaning. Exceeding the first fixed vibration level in the first converter gives the so-called first pre-warning; this means that the vibration has reached a value at which the machine is not operating permanently and that the operator must take into account the deterioration of the mechanical operation of the machine. Exceeding the second, also fixed vibration level on the second transmitter gives a second, the so-called main warning; this means that the vibration has already reached a level that directly threatens the safety of the machine and that the operator must therefore intervene. Signaling of the first, advance warning often occurs in non-stationary processes such as starting the machine at speed, fast loading the machine and the like. Proper operator response to this signal tends to delay or slow down changes to the machine's operating mode until the pre-warning signal disappears. When the second, main warning is signaled, the operator usually shuts down the machine; in some cases, this shutdown happens automatically.

Nevýhodou dosavadního provozního měření chvění rotoru je skutečnost, že na analogový výstup měřicího zesilovače jsou pevně připojeny nejvýše dva pevně nastavené hladinové členy, jejich výstupům jsou pevně přiřazeny významy výstrah bez ohledu na provozní stav stroje a bez ohledu na eventuální současné působení dalších faktorů, které mají vliv na stupeň závažnosti určité hladiny chvění. Například u elektrárenských turbín, u nichž jsou zpravidla provozní otáčky rotoru 3 000 tymin,, je pro chvění rotoru stanovena pro první výstrahu určitá hladina, která však tento rotor v provozu běžně nedosahuje.A disadvantage of the current operational vibration measurement of the rotor is the fact that at most two fixed level elements are fixedly connected to the analogue output of the measuring amplifier, their outputs have fixed meanings of warnings irrespective of the machine operating condition and effect on the degree of severity of a certain level of vibration. For example, for power turbines, where the rotor operating speed is generally 3000 rpm, a certain level is set for the rotor vibration for the first warning, but this rotor does not normally reach this level in operation.

Může se ale stát, že se najíždí turbína za stavu, kdy je její rotor vlivem nerovnoměrného prohřátí nebo ochladnutí přechodně prohnut o určitou míru. Toto prohnutí je sice měřitelné dosavadním zařízením pro měření chvění rotoru již při protáčení turbíny, avšak při otáčkách 60 až 200 tymin. jimiž se turbína zpravidla protáčí, nedosahuje chvění rotoru předem stanovené a nastavené hladiny pro zmíněnou první výstrahu a převodník tedy nevydá příslušný signál.However, it may happen that the turbine is driven in a condition where its rotor is temporarily bent by some degree due to uneven heating or cooling. This deflection is measurable by the prior art rotor vibration measuring device already when the turbine is spinning, but at a speed of 60 to 200 thymes. with which the turbine generally rotates does not reach the rotor vibration of a predetermined and set level for said first warning, and therefore the transducer does not emit a signal.

Pak ale najetí takto prohnutého rotoru na vyšší otáčky než prótáčecí, případně až na provozní otáčky, dojde k nepřípustně vysokému chvění a může tedy dojít i k vydání druhé, hlavní výstrahy z druhého převodníku a tím i k odstavení turbíny. Při použití dosud známého zařízení pro měření chvění rotoru je tedy možné, že obsluha stroje, případně automaty pro najíždění nejsou včas před zahájením změny provozního režimu upozorněny na nutnost vyčkat odeznění přechodné deformace, tj. prohnutí rotoru.Then, however, such a bent rotor is driven at a higher speed than the spinning speed, or even at the operating speed, with an unacceptably high vibration and a second, main warning from the second transducer and thus a shutdown of the turbine may occur. When using the known rotor vibration measuring device, it is thus possible that the machine operator or the automatic start-up machines are not alerted in a timely manner before the change of operating mode begins to wait for the transient deformation to disappear, i.e. the rotor deflection.

Předem zvolené a pevně nastavené hladiny přípustného chvění vyvolávají i další potíže; například při stanovení přípustné meze amplitudy chvění rotoru se mj. přihlíží u turbín k radiálním vůlím uvnitř stroje. Nezávisle na hodnotách těchto vůlí se však také stanoví určité meze rozdílů teplot svršku a spodku tělesa turbíny; tyto rozdíly teplot ale představují určitou deformaci tělesa turbíny, tzv. kočičí hřbet, která působí zpětně i na řečené radiální vůle uvnitř stroje tak, že při maximální dovolené diferenci teplot může zmenšit tyto radiální vůle na méně než polovinu. Pro bezchybný chod stroje by v tomto případě bylo nezbytné snížit i nastavené hladiny chvění v převodnících, což však stávající aparatury nedovolují a soudobé zařízení pro měření chvění rotoru nevydá při nebezpečně malých radiálních vůlích pokyn k výstraze. Podobně by bylo možno odvodit i to, že v soudobých zařízeních nelze zajistit korekci hladin chvění podle rychlosti jeho nárůstu a ani další faktory, které ovlivňují provozní bezpečnost chodu stroje.Preselected and fixed permissible vibration levels cause other problems; for example, in determining the permissible rotor vibration amplitude limit, the radial clearances inside the machine are taken into account, inter alia, in turbines. However, irrespective of the values of these clearances, however, certain limits of the temperature difference between the superstructure and the bottom of the turbine body are also determined; however, these temperature differences represent a certain deformation of the turbine body, the so-called cat ridge, which also acts on said radial clearances inside the machine so that, at the maximum permissible temperature difference, it can reduce these radial clearances by less than half. In this case, it would be necessary to reduce the set vibration levels in the transducers for faultless operation of the machine, but this is not allowed by the existing apparatus and the current rotor vibration measuring device does not give a warning when dangerously small radial clearances. Similarly, it is possible to deduce that in the current devices it is not possible to ensure the vibration levels correction according to the rate of its rise or any other factors affecting the operational safety of the machine operation.

Cílem vynálezu je zajistit kontinuální provozní měření chvění rotoru a jeho vyhodnocování automatickým systémem, který by se samočinně přizpůsoboval měnícím se hodnotám radiálních vůlí tepelného stroje během celého jeho provozu, různé rychlosti změn úrovně chvění, různým otáčkám, resp. dalším faktorům, majícím vliv na stupeň závažnosti určité hladiny chvění rotoru,It is an object of the present invention to provide continuous operational vibration measurement of the rotor and its evaluation by an automatic system that automatically adapts to varying radial clearance values of the thermal machine throughout its operation, varying vibration level variations, rotational speeds and speeds. other factors affecting the degree of severity of a certain level of rotor vibration,

Nedostatky dosavadních řešení podstatně omezuje zapojení pro kontinuální měření chvění rotoru podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že analogový výstup z měřicích zesilovačů je veden do většího počtu hladinových členů, jejichž hladinové hodnoty jsou odstupňovaně nastaveny podle hodnot fyzikálních jevů, které sledují, a jejichž výstupy jsou paralelně připojeny jednak ke vstupům logiky, a také přes oddělovací diody přímo k signalizačním prvkům. Proměnnost mezí je realizována přepínáním výstrah na jednotlivé odstupňované hladinové členy.The drawbacks of the prior art considerably limit the circuit for continuous measurement of rotor vibration according to the invention. Its essence is that the analog output of the measuring amplifiers is routed to a plurality of level elements whose level values are set in steps according to the values of the physical phenomena they follow and whose outputs are connected in parallel to both the logic inputs and also through the diodes directly to the signaling elements. Variability of limits is realized by switching alerts to individual graduated surface members.

Výhodou zapojení podle vynálezu je zejména to, že výstrahy nejsou odvozovány od pevně nastavených hladin, nýbrž od hladin proměnných podle okamžitých provozních stavů, resp. podle rychlosti a charakteru nárůstu měřeného chvění.The advantage of the circuitry according to the invention is, in particular, that the warnings are not derived from fixed levels, but from levels of variables according to the instantaneous operating states, respectively. according to the speed and character of the measured vibration increase.

Příklad možného praktického provedení zapojení podle vynálezu je znázorněn na výkresu, který představuje blokové schéma tohoto zapojení ve stavu bezporuchového chodu sledovaného stroje.An example of a possible practical embodiment of the circuit according to the invention is shown in the drawing, which represents a block diagram of this circuit in the trouble-free state of the machine being monitored.

Jak je z tohoto výkresu patrno, sestává zapojení pro kontinuální měření chvění rotoru ze snímače 2 chvění rotoru las ním spojeného předzesilovače 3, z měřicího zesilovače 4 a indikátoru 5. Z místa mezi měřicím zesilovačem 4 a indikátorem 5 jsou vyvedeny vstupy sady hladinových členů 6, 7, 8, 9, jejichž výhody jsou opatřeny odělovacími diodami 16, 17, 18, 13 a napojeny na signalizaci 10, 11, 12, 13 hlavní a předběžné výstrahy.As can be seen from this drawing, the circuit for continuous rotor vibration measurement consists of a rotor vibration sensor 2 of a laser-coupled preamplifier 3, a measuring amplifier 4 and an indicator 5. From the point between the measuring amplifier 4 and the indicator 5 7, 8, 9, the advantages of which are provided with garment diodes 16, 17, 18, 13 and connected to the main and pre-warning signals 10, 11, 12, 13.

Ke vstupům sady hladinových čelnů 6, 7, 8, 9 jsou ještě paraleně připojeny derivační člen 24, hladinový člen 25 rychlosti změny, paměťový člen 26 a dioda 21, jejíž výstup je připojen mezi výstupy oddělovacích diod 22, 23 omezujících faktorů a vstup levého převodníku 140, jehož výstup ovládá prvý a druhý spínač 70, 80. Dále toto zapojení sestává z pravého převodníku 141, připojeného k jednomu ze vstupů signálů omezujících faktorů, a který ovládá třetí spínač 90, jehož výstup je spojen přes pátou odělovací diodu 20 se vstupem signalizace 11 předběžné výstrahy, a dále obsahuje toto zapojení negátor 27, jehož vstup je připojen k paměťovému členu 26 a výstup k výstupu hladinového členu 8 nižší úrovně a také ke druhému spínači 80.A derivative member 24, a change rate member 25, a memory member 26 and a diode 21, the output of which is connected between the output of the limiting factor diodes 22, 23 and the left converter input, are connected in parallel to the inputs of the level face set 6, 7, 8, 9. 140, the output of which controls the first and second switches 70, 80. Further, the circuit comprises a right converter 141 connected to one of the inputs of the limiting factor signals and which controls the third switch 90, the output of which is coupled via 11 includes a negator 27, the input of which is connected to the memory member 26 and the output to the output of the level member 8 of the lower level as well as to the second switch 80.

Zapojení podle vynálezu pracuje tak, že ze snímače 2 chvění rotoru 1 vychází např. elektrický signál, adekvátní amplitudě chvění rotoru 1. Tento signál je zesílen v předzesilovači 3 a charakteristiky jeho amplitudy jsou po zpracování v měřicím zesilovači 4 zobrazeny v indikátoru 5. Mezi měřicím zesilovačem 4 a indikátorem 5 je vyvedena odbočka k hladinovým členům 6, 7, 8, 9 a k derivačnímu členu 24, jehož úkolem je vydat v případě změny amplitudy signál, úměrný rychlosti změny a vyslat jej do hladinového členu 25 rychlosti změny.The circuit according to the invention operates in such a way that, for example, an electric signal, an adequate amplitude of the rotor vibration 1 is output from the rotor vibration sensor 2. This signal is amplified in the preamplifier 3 and its amplitude characteristics are displayed in the indicator 5. with the amplifier 4 and the indicator 5, a branch is provided to the level members 6, 7, 8, 9 and to the derivative member 24, whose task is to give a signal proportional to the rate of change in case of amplitude change and send it to the level element 25.

Tento hladinový člen 25 zapůsobí na základě signálu z derivačního členu 24 tehdy, když rychlost změny amplitudy přesáhne mez, na kterou je tento hladinový člen 24 nastaven. Tento stav, tzn. zapůsobí-li hladinový člen 25, je pak zanesen do paměti paměťového členu 26, jehož signál prochází dále diodou 21, za níž se setkává se signálem některého z omezujících fakotorů, jímž může například být přírůstek rozdílu teplot mezi svrškem a spodkem například vysokotlakého dílu turbíny.This level member 25 acts on the basis of the signal from the derivative member 24 when the rate of change in amplitude exceeds the limit to which the level member 24 is set. This state, ie. when the level member 25 acts, it is then memorized by a memory member 26 whose signal passes through a diode 21 beyond which it encounters a signal from one of the constraining factors, which may be, for example, an increase in temperature difference between the superstructure and the bottom.

Paměť je anulována negátorem 27 v případě, kdy hladinový člen 8 nižší úrovně nevydává signál. Při selhání signálů z paměťového členu a některého z omezujících faktorů se aktivuje levý převodník 140 a spojí kontakty prvého spínače 70 a současně í druhého spínače 80. Tím se spojí obvod hladinového členu 7 vyšší úrovně, který je nastaven na nižší než maximální úroveň amplitudy chvění rotoru 1, se signalizací 10 hlavní výstrahy a s výstupem 12 signalizace HV, vedeným k řídicímu automatu turbíny, a také se spojí obvod hladinového členu 8 nižší úrovně, který je nastaven na vyšší než maximální úroveň amplitudy chvění rotoru 1, se signalizací 11 předběžné výstrahy a s výstupem 13 signalizace PV, vedeným k řídicímu automatu turbíny.The memory is overridden by the negator 27 in the case where the lower level level member 8 does not emit a signal. When signals from the memory member and one of the limiting factors fail, the left converter 140 is activated to connect the contacts of the first switch 70 and the second switch 80. This connects the circuit of the higher level level member 7 which is set lower than the maximum rotor vibration amplitude level. 1, with the main alarm signaling 10 and the HV signaling output 12 led to the turbine control, and also the circuit of the lower level level member 8, which is set higher than the maximum vibration amplitude level of the rotor 1, the pre-warning signaling 11 and the output 13 shows PV signaling to the turbine control.

Aktivace levého převodníku 140 však také znamená, že jsou spolu propojeny také obvody hladinového členu 6 maxima a hladinového členu 7 vyšší úrovně a současně i obvody hladinového členu 8 nižší úrovně a hladinového členu 7 vyšší úrovně. Vlivem popsaných propojení dochází k tomu, že hlavní výstraha je vydána pouze v případě, kdy amplituda chvění rotoru 1 přesahuje mez, nastavenou některým z hladinových členů 6, 7, 8, 9 nebo 25 a přitom některý z omezujících faktorů má provozně nepříznivou hodnotu.However, activating the left transducer 140 also means that the circuits of the maximum level member 6 and the level member 7 are also interconnected, as well as the circuits of the lower level member 8 and the higher level member 7. Due to the described interconnections, the main warning is given only when the vibration amplitude of the rotor 1 exceeds the limit set by one of the level members 6, 7, 8, 9 or 25 and any of the limiting factors has an operationally unfavorable value.

Je-li nepříznivá jen amplituda chvění rotoru 1, nebo jen některý z omezujících faktorů, je vydána pouze předběžná výstraha. Jako omezující faktory mohou být vybrány kterékoliv faktory s nepříznivými provozními účinky — například počet otáček, rozdíly teplot na tělesech, rychlost změny úrovně chvění, přímé měření radiální vůle, teploty ložisek a jiné.If only the vibration amplitude of the rotor 1 or only one of the limiting factors is unfavorable, only a warning is given. Any limiting factors can be selected as limiting factors - for example, speed, body temperature differences, vibration level change rate, direct radial clearance measurement, bearing temperatures, and others.

Výhodou zapojení podle vynálezu je zejména možnost zpracování vstupů všech odstupňovaně nastavených hladinových členů spolu se signály omezujících faktorů. Zapojením podle vynálezu je možno také v závislosti na omezujících faktorech připojit na výstupy výstrah signály z níže nastavených hladinových členů a tím provádět podle potřeby redukci hladin chvění pro výstrahové signály. Značnou výhodou zapojení podle vynálezu je i možnost jeho přizpůsobení pro řídicí programovatelnou logiku.An advantage of the circuitry according to the invention is, in particular, the possibility of processing the inputs of all the stepped level members together with the signals of the limiting factors. Depending on the limiting factors, it is also possible to connect signals from the level elements set below to the alarm outputs in order to reduce the vibration levels for the alarm signals as required. A great advantage of the circuitry according to the invention is the possibility of adapting it to the programmable control logic.

Claims

Subject

Wiring for continuous measurement of rotor vibration, comprising a set of level elements of different values with separating diodes, a set of converters with switches, a measuring amplifier, a derivative element, a memory element and a negator, characterized in that they are inputs to the output of the measuring amplifier (4) the level elements (6, 7, 8, S) connected in parallel, the outputs of which are provided with separating diodes (16, 17, 18, 19), arranged so that an output is connected to the maximum level output (6j) via a first switch (70) at least one further higher level member (7) that the output of the minimum level member (9) is connected via a third switch (90) to the output of the at least one other higher level member (7) to which it is also connected via a second switch (80) ) the output of the level member (8) of the lower level, wherein the output of the maximum level member (6) is connected to the signaling (10) hla the main alarm signal input (12), while the output of the higher level level member (7) is connected to the common warning signal input (11) and the pre-alarm signal input (13) and that the output of the measuring amplifier (4) is connected to a logic (100) to which the limiting factor signal inputs (15) and the output of the second switch (80) are still connected.

2. The circuit according to claim 1, wherein the output of the measuring amplifier (4J) is connected in logic (100J) to a derivative member (24), the output of which is connected to a level change member (25) connected further to the memory member (26). whose output is connected via a diode (21) to an input of a left converter (140) connected to the first and second switches (70, 80), while its deletion input is connected to a negator (27) connected by its log entry ^; and that the inputs (15J of the limiting factor signals) are connected both to the left transducer (140) via the limiting factor diodes (22, 23) and secondly to the right transducer (141). which is further connected to a third switch (90).