CZ303892B6 - Zpusob urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru a diagnostika excentricity rotujícího rotoru - Google Patents
Zpusob urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru a diagnostika excentricity rotujícího rotoru Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303892B6 CZ303892B6 CZ20110588A CZ2011588A CZ303892B6 CZ 303892 B6 CZ303892 B6 CZ 303892B6 CZ 20110588 A CZ20110588 A CZ 20110588A CZ 2011588 A CZ2011588 A CZ 2011588A CZ 303892 B6 CZ303892 B6 CZ 303892B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- rotor
- eccentricity
- relative
- signal
- vibration sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 14
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 11
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
- G01M1/14—Determining imbalance
- G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
- G01M1/22—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested and converting vibrations due to imbalance into electric variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
- G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
- G01M1/02—Details of balancing machines or devices
- G01M1/08—Instruments for indicating directly the magnitude and phase of the imbalance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
- G01M1/14—Determining imbalance
- G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Resení se týká zpusobu urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru (1), u kterého se rotor (1) opatrený fázovou znackou (5) snímá pri konstantní rychlosti otácení do 500 ot/min v míste fázové znacky (5) snímacem (50) této znacky (5) a mimo fázovou znacku (5) alespon jedním snímacem (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací, pricemz po digitalizaci signálu techto snímacu (3, 30, 4, 40, 50) se z nich odhadne aktuální poloha fázoru 1. harmonické slozky signálu snímace (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací v komplexní rovine, která se následne srovnává s predem stanovenou referencní polohou fázoru 1. harmonické slozky tohoto signálu, pricemz rozdílový vektor techto fázoru je obrazem aktuální excentricity rotoru (1). Resení se dále týká zpusobu diagnostiky excentricity rotujícího rotoru (1) zalozeného na tomto zpusobu urcení aktuální excentricity.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu určení aktuální excentricity rotujícího rotoru. Vynález se dále týká způsobu diagnostiky excentricity rotujícího rotoru.
Dosavadní stav techniky
Jako excentricita se v oblasti rotorů a rotorových soustav označuje deformace rotoru, resp. rotorové soustavy, ve smyslu ohybu, projevující se při rotaci na nízkých otáčkách (např. pomocí natáčecího zařízení), kdy se neuplatňují dynamické budicí síly (např. od rotujícího nevývažku) a pružnost rotoru, resp. rotorové soustavy. Tato deformace je například u parních turbín způsobena zpravidla heterogenním teplotním polem, které vzniká při kontaktu rotoru nebo rotorové soustavy se statorovými částmi, při sycení vnějších hřídelových ucpávek či prohřívání průtočné části turbíny párou před najetím stroje na provozní otáčky, při chladnutí stroje po jeho odstavení a provozu na natáčecím zařízení před úplným zastavením, při časově omezeném přerušení trvalého protáčení rotoru nebo rotorové soustavy na natáčecím zařízení v rámci prohřívání či chladnutí, apod. Jestliže není excentricita rotoru nebo rotorové soustavy včas odhalena a odstraněna, může vést k poškození stroje a v krajním případě až kjeho havárii. Toto nebezpečí narůstá především v pásmu kritických otáček (vlastních frekvencí), kdy dochází k několikanásobnému zvýšení amplitudy kmitání rotoru, resp. rotorové soustavy, způsobené jednak velkou amplitudou budicí síly od nevývažku (z hlediska analýzy dynamických vlastností se i ohyb chová jako nevývažek) a jednak rezonančním zesílením.
V současné době se excentricita rotoru nebo rotorové soustavy v případě parních turbín určuje na základě měření výchylky rotoru, resp. rotorové soustavy, vůči statorové části při nízkých otáčkách stroje pomocí snímače (obvykle pracujícího na principu vířivých proudů) umístěného co nejdále od ložisek rotoru či rotorové soustavy směrem ke středu průtočné části. K vyhodnocení excentricity je pak možno použít dva základní způsoby. V prvním z nich se monitoruje rozkmit či výkmit signálu tohoto snímače v místě měření a naměřené hodnoty se srovnávají s povolenými limity. V druhém ze způsobů se monitoruje časový průběh či trend signálu snímače, který se následně srovnává s obvyklými hodnotami. Nevýhodou tohoto postupu je požadavek na zvýšenou pozornost obsluhy a na její značné zkušenosti. Oba tyto způsoby přitom mohou vést ke značně zkresleným výsledkům, které nejsou v souladu s realitou, neboť excentricitu rotoru nebo rotorové soustavy nelze jednoznačně identifikovat pouze z časových řad měřených signálů bez vhodného referenčního signálu. 1 kdyby však u libovolného z těchto postupů byl k dispozici referenční signál naměřený například v okamžiku, kdy byl rotor/rotorová soustava rovný/rovná, není z jeho porovnání s naměřenými signály zřejmé, zda je případná odchylka způsobena pouze excentrickou rotoru nebo rotorové soustavy či jiným druhem defektu v místě měření - například ovalitou, zvýšenou hrubostí povrchu způsobenou dlouhodobým provozem, apod. Žádný ze stávajících způsobů tak nevede k jednoznačnému určení excentricity rotoru, resp. rotorové soustavy, a neumožňuje její přesnou diagnostiku.
Cílem vynálezu je navrhnout způsob určení aktuální excentricity rotujícího rotoru, který by zaručil její dostatečně přesné hodnoty, a na tomto způsobu založenou diagnostiku excentricity rotujícího rotoru.
- 1 CZ 303892 B6
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu se dosáhne způsobem určení aktuální excentricity rotujícího rotoru, jehož podstata spočívá v tom, že rotor opatřený fázovou značkou se při konstantní rychlosti otáčení do 500 ot/min snímá v místě fázové značky snímačem této značky a mimo fázovou značku alespoň jedním snímačem relativních rotorových vibrací umístěným v měřicí rovině kolmé k ose rotoru, a po digitalizaci signálů těchto snímačů se z nich metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady odhadne aktuální poloha fázoru 1. harmonické složky signálu snímače relativních rotorových vibrací v komplexní rovině. Tato poloha se následně srovnává s předem stanovenou referenční polohou fázoru 1. harmonické složky tohoto signálu, která se odhadne metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady z digitalizovaného signálu snímače fázové značky a digitalizovaného signálu snímače relativních rotorových vibrací při snímání rovného rotoru rotujícího konstantní rychlostí otáčení do 500 ot/min, přičemž jejich rozdílový vektor je obrazem aktuální excentricity rotoru. Tímto způsobem se aktuální excentricita rotujícího rotoru stanoví podstatně přesněji a flexibilněji než dosud.
Další výhodou tohoto způsobu je, že například v případě rotorů parních turbín pro něj lze bez dalších úprav použít běžnou polní instrumentaci těchto turbín. V takovém případě se rotor mimo fázovou značku snímá alespoň dvěma snímači relativních rotorových vibrací, které jsou uloženy v jedné měřicí rovině kolmé na osu rotoru ve stejní vzdálenosti od ní, popřípadě těmito snímači uloženými v různých měřicích rovinách kolmých na osu rotoru, ve stejní vzdálenosti od ní. Pro odhad aktuální polohy fázoru 1. harmonické složky signálu snímače relativních rotorových vibrací v komplexní rovině se pak využije signál alespoň jednoho z těchto snímačů.
Pro nezkreslené stanovení aktuální excentricity je dále výhodné, pokud se signál snímače relativních rotorových vibrací před aplikací metody kvadratické optimalizace filtruje. Vhodným filtrem je přitom zejména kvadraticky optimální dolnopásmový frekvenční filtr třetího řádu s ostrou amplitudovou charakteristikou v okolí zlomové frekvence.
Kromě toho se cíle vynálezu dosáhne také způsobem diagnostiky excentricity rotujícího rotoru založeným na tomto způsobu určení aktuální excentricity rotujícího rotoru. Jeho podstata pak spočívá v tom, že rotor opatřený fázovou značkou se při konstantní rychlosti otáčení do 500 ot/min snímá v místě fázové značky snímačem této značky a mimo fázovou značku alespoň jedním snímačem relativních rotorových vibrací umístěným v měřicí rovině kolmé k ose rotoru, přičemž po digitalizaci signálů těchto snímačů se z nich metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady až do svého ustálení odhaduje aktuální poloha fázoru 1. harmonické složky signálu snímače relativních rotorových vibrací v komplexní rovině. Po svém ustálení se pak poloha koncového bodu tohoto fázoru srovnává s polohou koncového bodu předem stanovené referenční polohy fázoru 1. harmonické složky tohoto signálu, která se odhadne metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady z digitalizovaného signálu snímače fázové značky a digitalizovaného signálu snímače relativních rotorových vibrací při snímání rovného rotoru rotujícího konstantní rychlostí otáčení do 500 ot/min, a/nebo s jeho předem stanoveným tolerančním pásmem a dle jejich vzájemné polohy se excentricita rotoru diagnostikuje jako přijatelná nebo nepřijatelná pro další provoz.
Toleranční pásmo koncového bodu referenční polohy se přitom s výhodou určí metodou konečných prvků, přičemž excentricita rotoru se diagnostikuje jako přijatelná pro další provoz pouze pokud se koncový bod fázoru 1. harmonické složky signálu snímače relativních rotorových vibrací nachází v tomto tolerančním pásmu.
.
Pro nezkreslenou diagnostiku excentricity rotou je dále výhodné, pokud se signál snímače relativních rotorových vibrací před aplikací metody kvadratické optimalizace filtruje. Vhodným filtrem je přitom zejména kvadraticky optimální dolnopásmový frekvenční filtr třetího řádu s ostrou amplitudovou charakteristikou v okolí zlomové frekvence.
Přehled obrázků na výkresech
Na obr. 1 je schematicky znázorněn rotor parní turbíny bez lopatek a dalších konstrukčních prvků, na kterém je ilustrován způsob určení aktuální excentricity podle vynálezu, na obr. 2 trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky signálu snímače 3 relativních rotorových vibrací v měřicí rovině 330 ve směru osy Y dle obr. 1, na obr. 3 trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky signálu snímače 30 relativních rotorových vibrací ve stejné měřicí rovině 330 ve směru osy X dle obr. 1 a na obr. 4 trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky signálu snímače 4 relativních rotorových vibrací v měřicí rovině 440 ve směru osy Y dle obr. 1.
Příklady provedení vynálezu
Způsob určení aktuální excentricity rotujícího rotoru podle vynálezu bude popsán na příkladu určení aktuální excentricity rotujícího rotoru i parní turbíny znázorněného na obr. 1. Tento rotor i je uložen ve dvou radiálních ložiscích 2 a 20, přičemž v blízkosti každého z nich je snímán dvojicí snímačů 3, 30 a 4, 40 pro měření relativních rotorových vibrací, které se nacházejí v měřicích rovinách 330 a 440 kolmých k ose JO rotoru i, ve stejné vzdálenosti od ní, přičemž snímače 3, 30 a 4, 40 každé dvojice jsou vzájemně posunuty o 90° v tangenciálním směru. Kromě toho je rotor i mimo měřicí roviny 330 a 440 opatřen fázovou značkou 5 a v místě její pozice je snímán snímačem 50 fázové značky 5. Fázová značka 5 i všechny snímače 3, 30, 4, 40, 50 jsou standardní součástí polní instrumentace rotorů 1 parních turbín a dosud sloužily pouze pro určení rychlosti jeho rotace a jeho relativních vibrací.
Signály snímačů 3, 30, 4, 40 relativních rotorových vibrací a signál snímače 50 fázové značky 5 jsou před dalším zpracováním digitalizovány neznázoměným známým A/D převodníkem. Z každé dvojice snímačů 3, 30 a 4, 40 se použije signál vždy jen jednoho libovolného snímače 3, 30. 4, 40, přičemž pro snadnější zpracovávání a vyhodnocování výsledků je výhodné, pokud se použijí signály snímačů 3, 30, 4, 40 uspořádaných vedle sebe - tedy například snímačů 3 a 4 umístěných v příkladu znázorněném na obr. 1 nad rotorem i, neboť v takovém případě se dále nemusí kompenzovat jejich vzájemné posunutí. Z digitalizovaných signálů se následně aplikací vhodného matematického modelu odhadne aktuální poloha fázorů 1. harmonické složky každého ze signálů snímačů 3, 4 relativních rotorových vibrací v komplexní rovině, která se následně srovnává s předem stanovenou referenční polohou fázorů 1. harmonické složky těchto signálů. Rozdílový vektor aktuální polohy fázorů a referenční polohy fázorů je pak obrazem aktuální excentricity rotoru i v měřicích rovinách 330, 440 daného snímače 3 nebo 30, resp. 4 nebo 40, relativních rotorových vibrací.
Vhodným matematickým modelem pro odhad aktuální polohy fázorů I. harmonické složky je přitom Fourierova řada, jejíž koeficienty jsou odhadnuty metodou kvadratické optimalizace (metodou nejmenších čtverců). Výhodou této metody je, na rozdíl od standardních EulerovýchFourierových vzorců, její vysoká odolnost vůči chybám měření snímačů 3, 30, 4, 40 spočívajících například v neperiodicitě jejich signálů způsobené nepřesností snímačů 3, 30, 4, 40 a/nebo nevhodným zpracováním jejich signálů.
Referenční poloha fázorů 1. harmonické složky signálu snímače 3, 30, 4, 40 relativních rotorových vibrací se přitom s výhodou určí stejným způsobem tj. aplikací stejného matematického
-3CZ 303892 B6 modelu a metody odhadu na digitalizovaný signál příslušného snímače 3, 30, 4, 40 a s využitím signálu snímače 50 fázové značky 5 při rotaci rovného rotoru i. Vzhledem k tomu, že tato referenční poloha je obrazem výrobních nepřesností rotoru J_, neleží obvykle v počátku komplexní roviny.
Při průběžném určování aktuální excentricity rotujícího rotoru i a sledování trajektorie koncového bodu fázoru 1. harmonické složky v čase lze s ohledem na polohu koncového bodu referenční polohy fázoru 1. harmonické složky snadno diagnostikovat excentricitu rotoru i, přičemž trajektorie koncového bodu fázoru 1. harmonické složky současně poukazuje na případné změny excentricity, které mohou být způsobeny různými vlivy jako například u parních turbín postupným prohříváním nebo chladnutím jejich průtočné části, apod. Pro určení dostatečně reprezentativní polohy fázoru 1. harmonické složky přitom postačuje pouze několik otáček rotoru, který rotuje konstantní rychlostí do 500 ot/min, kdy se ještě neuplatňují dynamické budicí síly způsobující kmitání rotoru i (např. od nevývažku).
Pro praktické využití je dále vhodné, pokud je referenční poloha fázoru 1. harmonické složky signálu v komplexní rovině opatřena příslušným tolerančním pásmem, které představuje povolenou excentricitu rotoru 1, při které je možné rotor 1 dále provozovat, resp. pokračovat v postupném uvádění daného stroje do provozu, jeho odstavování či jiném provozním úkonu. V případě, že se aktuální poloha fázoru 1. harmonické složky signálu snímače 3, 30, 4, 40 nachází vně tolerančního pásma, je rotor I nepřípustně excentricky a je třeba podniknout vhodné kroky k tomu, aby byla tato nepřípustná excentricita odstraněna - např. prodloužením doby prohřívání či chladnutí stroje, apod. Pro diagnostiku excentricity je rovněž důležité, aby byla poloha fázoru 1. harmonické složky signálu daného snímače 3, 30, 4, 40 v komplexní rovině stabilní, resp. aby se v rámci delšího časového úseku čítajícího například jednotky hodin neměnila, čímž se eliminují přechodné vlivy vnějších okolností na excentricitu rotoru i, kterými jsou v případě parních turbín například teplota zvedacího či mazacího oleje v ložiscích, apod. Velikost tolerančního pásma se s výhodou určí výpočtem metodou konečných prvků, pomocí kterého se nejprve stanoví amplituda kmitání rotoru 1 v rámci jeho provozního otáčkového rozsahu a v závislosti na velikosti odchylky průhybu rotoru I od statické průhybové křivky dané jeho konstrukcí. Velikost tolerančního pásma je pak rovna odchylce průhybu rotoru j_ od statické průhybové křivky v měřicích rovinách 330, 440, při které je amplituda kmitání rotoru 1 menší než radiální vůle v průtočné části stroje.
Před zpracováním signálů snímačů 3, 30, 4, 40 je výhodné, pokud se tyto signály před metodou kvadratické optimalizace filtrují pro odstranění šumů, které jsou obrazem například různých nerovností povrchu či nekruhovitosti rotoru i v místech měřicích rovin 330 a 440, a které by mohly zkreslovat odhad polohy fázoru 1. harmonické složky v komplexní rovině. Vhodným filtrem, který ze signálů odstraňuje vysokofrekvenční složky a přitom jen nepatrně potlačuje amplitudy složek nízkofrekvenčních je optimální dolnopásmový frekvenční filtr dle kvadratického kritéria optimality, které penalizuje rozdíl vstupního a výstupního signálu filtru, a jehož amplitudová charakteristika je v okolí zlomové frekvence ostrá. Tento filtr lze popsat například pomocí následující diferenční rovnice:
yíÁ·)
-y[k • li />->
^yik-2)-^y(k u{k dt
3) + di kde u(k) je vstupní signál, y(k) je výstupní (filtrovaný) signál a dh...., d4, n4 jsou parametry filtru.
Při aplikaci způsobu určení aktuální excentricity rotujícího rotoru i podle vynálezu a na něm založenou diagnostiku excentricity tohoto rotoru se využívají signály ze standardních snímačů 3,
-4CZ 303892 B6
30, 4, 40 určených pro měření relativních rotorových vibrací, což je výhodnější než dosavadní přístup s instalací alespoň jednoho dalšího snímače a jeho obslužných periferií a se stávajícím způsobem vyhodnocení, a to nejen z hlediska nákladů, ale i z hlediska přesnosti určení aktuální excentricity a možnosti její diagnostiky, jak bude ukázáno na následujícím konkrétním příkladu.
Na konkrétní jednotělesové parní turbíně se dvěma radiálními ložisky 2, 20 (viz obr. 1) bylo během vývoje způsobu určení aktuální excentricity rotujícího rotoru 1 podle vynálezu experimentálně ověřeno, že poloha fázoru 1. harmonické složky signálu snímače 3, 30, 4, 40 relativních rotorových vibrací měřeného při konstantních nízkých otáčkách je skutečně obrazem excentricity rotoru I. Výše uvedená parní turbína byla známým způsobem odstavena, přičemž chladnutí stroje probíhalo při provozu na natáčecím zařízení. Natáčecí zařízení bylo náhle na dobu 30 minut vypnuto. Po úplném zastavení rotace rotoru i došlo vlivem heterogenního teplotního pole v průtočné části turbíny, která nebyla ještě dostatečně vychlazena, k dočasné teplotní deformaci (ohybu) rotoru i a ten se stal excentrickým. Po uplynutí této doby bylo natáčecí zařízení opět zapnuto, přičemž současně bylo spuštěno měření signálů ze snímačů 3, 30, 4, 40 relativních rotorových vibrací a ze snímače 50 fázové značky 5, které probíhalo následujících 45 minut. Přitom byly měřeny signály obou snímačů 3, 30 u předního radiálního ložiska 2 (směry Y, X v měřicí rovině 330) a snímače 4 u zadního radiálního ložiska 20 (směr Y v měřicí rovině 440). Získaná data byla vyhodnocena tak, že do komplexní roviny byly zaneseny trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky jednotlivých signálů v čase. Výsledky tohoto vyhodnocení jsou znázorněny na obr. 2, 3 a 4, přičemž na obr. 2 jsou znázorněny trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky signálu snímače 3, na obr. 3 jsou trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky signálu snímače 30 a na obr. 4 jsou trajektorie koncových bodů fázorů 1., 2., 3. a 4. harmonické složky signálu snímače 4. Hvězdičky přitom vždy značí začátek trajektorie. Z jednotlivých trajektorií je zřejmé, že excentricita rotoru I se výrazně promítla pouze do trajektorie koncového bodu fázoru 1. harmonické složky signálů v komplexní rovině. Polohy koncových bodů fázorů ostatních harmonických složek jsou na excentrické rotoru i takřka nezávislé. Dále je z těchto trajektorií patrné, že projev excentricity rotoru I je v rámci jedné měřicí roviny 330 stejný, neboť časový průběh trajektorie koncového bodu fázoru 1. harmonické složky signálů měřených ve směrech os Y a X v měřicí rovině 330 je analogický. Jediným rozdílem je vzájemný fázový posun trajektorií o 90°, což je způsobeno tím, že snímače 3 a 30 v těchto směrech jsou vůči sobě nainstalovány právě pod tímto úhlem. Posledním poznatkem plynoucím z uvedených trajektorií je rozdíl v projevech excentricity rotoru i v měřicí rovině 330 a v měřicí rovině 440 způsobený skutečností, že průběh fázoru 1. harmonické složky signálů měřených ve směru Y obou měřicích rovin 330 a 440 je u tepelně namáhaného rotoru I různý, poněvadž k největší excentricitě rotoru 1 nedochází v jeho středu (kam se stávající metoda snažila svým místem měření přiblížit) ale tam, kde je heterogenita teplotního pole nejvýraznější (tzn. tam, kde je největší teplotní gradient).
Jednotlivé výpočtové kroky způsobu podle vynálezu s výhodou probíhají v HW kartě, přičemž aktuální polohy koncových bodů fázorů 1. harmonické složky jednotlivých měřených signálů, resp. jejich trajektorie, se s výhodou vykreslují na obrazovku do vhodně nastavené komplexní roviny.
Způsob podle vynálezu lze použít pro libovolný rotor I s alespoň jedním snímačem 50 fázové značky 5 a alespoň jedním snímačem 3, 30, 4, 40 relativních rotorových vibrací. V případě, že polní instrumentace daného rotoru i obsahuje více než jeden snímač 3, 30, 4, 40 relativních rotorových vibrací, lze pro určení aktuální excentricity rotoru i nebo pro diagnostiku excentricity rotoru i použít signál/signály z libovolného z těchto snímačů 3, 30, 4, 40.
Výše uvedené matematické metody/modely byly během experimentů vyhodnoceny jako nejvhodnější pro určení aktuální excentricity rotujícího rotoru i, avšak v dalších variantách lze použít jiné vhodné metody/modely, které fungují na stejném nebo podobném principu, případně jejich kombinace.
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob určení aktuální excentricity rotujícího rotoru (1), vyznačující se tím, že rotor (1) opatřený fázovou značkou (5) se při konstantní rychlosti otáčení do 500 ot/min snímá v místě fázové značky (5) snímačem (50) této značky (5) a mimo fázovou značku (5) alespoň jedním snímačem (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací umístěným v měřicí rovině (330, 440) kolmé k ose (10) rotoru (1), přičemž po digitalizaci signálů těchto snímačů (3, 30, 4, 40, 50) se z nich metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady odhadne aktuální poloha fázoru 1. harmonické složky signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací v komplexní rovině, která se následně srovnává s předem stanovenou referenční polohou fázoru 1. harmonické složky tohoto signálu, která se odhadne metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady z digitalizovaného signálu snímače (50) fázové značky (5) a digitalizovaného signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací při snímání rovného rotoru (1) rotujícího konstantní rychlostí otáčení do 500 ot/min, přičemž rozdílový vektor těchto fázorů je obrazem aktuální excentricity rotoru (1).
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotor (1) se mimo fázovou značku (5) snímá alespoň dvěma snímači (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací, které jsou uloženy v jedné měřicí rovině (330, 440) kolmé na osu (10) rotoru (1) ve stejné vzdálenosti od ní, popřípadě snímači (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací, které jsou uloženy v různých měřicích rovinách (330, 440) kolmých na osu (10) rotoru (1), ve stejné vzdálenosti od ní, přičemž pro odhad aktuální polohy fázoru 1. harmonické složky signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací v komplexní rovině se kromě signálu fázové značky (5) využije signál alespoň jednoho snímače relativních rotorových vibrací (3, 30, 4, 40).
- 3. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že signál snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací se před aplikací metody kvadratické optimalizace filtruje.
- 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že signál snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací se filtruje kvadraticky optimálním dolnopásmovým frekvenčním filtrem třetího řádu s ostrou amplitudovou charakteristikou v okolí zlomové frekvence.
- 5. Způsob diagnostiky excentricity rotujícího rotoru (1), vyznačující se tím, že rotor (1) opatřený fázovou značkou (5) se při konstantní rychlosti otáčení do 500 ot/min snímá v místě fázové značky (5) snímačem (50) této značky (5) a mimo fázovou značku (5) alespoň jedním snímačem (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací umístěným v měřicí rovině (330, 440) kolmé k ose (10) rotoru (1), přičemž po digitalizaci signálů těchto snímačů (3, 30, 4, 40, 50) se z nich metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady až do svého ustálení odhaduje aktuální poloha fázoru 1. harmonické složky signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací v komplexní rovině, a po svém ustálení se poloha koncového bodu tohoto fázoru srovnává s polohou koncového bodu předem stanovené referenční polohy fázoru 1. harmonické složky tohoto signálu, která se odhadne metodou kvadratické optimalizace matematického modelu signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací ve tvaru Fourierovy řady z digitalizovaného signálu snímače (50) fázové značky (5) a digitalizovaného signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací při snímání rovného rotoru (1) rotujícího konstantní rychlostí otáčení do 500 ot/min, a/nebo s jeho předem stanoveným tolerančním pásmem, a dle jejich vzájemné polohy se excentricita rotoru (1) diagnostikuje jako přijatelná nebo nepřijatelná pro další provoz.-6CZ 303892 B6
- 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že toleranční pásmo koncového bodu referenční polohy se určí metodou konečných prvků, přičemž excentricita rotoru (1) se diagnostikuje jako přijatelná pro další provoz pouze pokud se koncový bod fázoru 1. harmonické5 složky signálu snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací nachází v tomto tolerančním pásmu.
- 7. Způsob podle libovolného z nároků 5 nebo 6, vyznačující se tím, že signál snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací se před aplikací metody kvadratické optimaliio zace filtruje.
- 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že signál snímače (3, 30, 4, 40) relativních rotorových vibrací se filtruje kvadraticky optimálním dolnopásmovým frekvenčním filtrem třetího řádu s ostrou amplitudovou charakteristikou v okolí zlomové frekvence.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110588A CZ2011588A3 (cs) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | Zpusob urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru a diagnostika excentricity rotujícího rotoru |
| EP12801444.6A EP3055661B1 (en) | 2011-09-21 | 2012-09-20 | A method for determining current eccentricity of rotating rotor and method of diagnostics of eccentricity of rotating rotor |
| PCT/CZ2012/000094 WO2013041065A1 (en) | 2011-09-21 | 2012-09-20 | A method for determining current eccentricity of rotating rotor and method of diagnostics of eccentricity of rotating rotor |
| US14/346,164 US9593998B2 (en) | 2011-09-21 | 2012-09-20 | Method for determining current eccentricity of rotating rotor and method of diagnostics of eccentricity of rotating rotor |
| KR1020147013032A KR101741885B1 (ko) | 2011-09-21 | 2012-09-20 | 회전 로터의 현재 편심을 결정하기 위한 방법 및 회전 로터의 편심 진단 방법 |
| PL12801444T PL3055661T3 (pl) | 2011-09-21 | 2012-09-20 | Sposób wyznaczania bieżącej mimośrodowości obracającego się wirnika i sposób diagnostyki mimośrodowości obracającego się wirnika |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110588A CZ2011588A3 (cs) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | Zpusob urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru a diagnostika excentricity rotujícího rotoru |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ303892B6 true CZ303892B6 (cs) | 2013-06-12 |
| CZ2011588A3 CZ2011588A3 (cs) | 2013-06-12 |
Family
ID=47357840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110588A CZ2011588A3 (cs) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | Zpusob urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru a diagnostika excentricity rotujícího rotoru |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9593998B2 (cs) |
| EP (1) | EP3055661B1 (cs) |
| KR (1) | KR101741885B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ2011588A3 (cs) |
| PL (1) | PL3055661T3 (cs) |
| WO (1) | WO2013041065A1 (cs) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104977124B (zh) * | 2015-07-06 | 2017-12-12 | 沈阳申克动力机械有限公司 | 完全动平衡联轴器 |
| KR101863781B1 (ko) * | 2016-09-08 | 2018-06-01 | 두산중공업 주식회사 | 로터 진동 이상 감지 장치 및 방법 |
| DE102018102751B3 (de) * | 2018-02-07 | 2019-02-21 | Schenck Rotec Gmbh | Verfahren zur Messung der Unwucht wellenelastischer Rotoren mittels wegmessender Sensoren |
| IT201800009107A1 (it) * | 2018-10-02 | 2020-04-02 | Balance Systems Srl | Dispositivo e procedimento di equilibratura per corpo rotante |
| CN110907186B (zh) * | 2019-11-08 | 2020-12-25 | 北京化工大学 | 一种用于航空发动机试车台的转子振动相位测算方法 |
| CN113218298B (zh) * | 2021-04-20 | 2023-04-07 | 国家电投集团贵州金元金能工贸有限公司 | 基于集散式控制系统的偏心相位角测量装置及其测量方法 |
| CN115980576A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-04-18 | 蜂巢传动系统(江苏)有限公司 | 基于mcu的转子偏心故障诊断方法、装置及车辆 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55131726A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-13 | Nippon Soken Inc | Device for measuring vibration rotary object |
| JPS6097224A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | Mitsubishi Electric Corp | 振動監視装置 |
| JPH04315016A (ja) * | 1991-04-11 | 1992-11-06 | Toshiba Corp | 回転機械用振動異常監視装置 |
| US5502650A (en) * | 1992-04-01 | 1996-03-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for adjusting rotor |
| JPH08285565A (ja) * | 1995-04-17 | 1996-11-01 | Nikkiso Co Ltd | ベアリングモニタ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6263738B1 (en) | 1999-08-25 | 2001-07-24 | General Electric Company | Vibration phasor monitoring system for rotating members |
| RU2375692C1 (ru) * | 2008-04-28 | 2009-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Диамех 2000" | Устройство вибрационного контроля (варианты) |
-
2011
- 2011-09-21 CZ CZ20110588A patent/CZ2011588A3/cs not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-09-20 WO PCT/CZ2012/000094 patent/WO2013041065A1/en active Application Filing
- 2012-09-20 US US14/346,164 patent/US9593998B2/en active Active
- 2012-09-20 KR KR1020147013032A patent/KR101741885B1/ko active Active
- 2012-09-20 EP EP12801444.6A patent/EP3055661B1/en active Active
- 2012-09-20 PL PL12801444T patent/PL3055661T3/pl unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55131726A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-13 | Nippon Soken Inc | Device for measuring vibration rotary object |
| JPS6097224A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | Mitsubishi Electric Corp | 振動監視装置 |
| JPH04315016A (ja) * | 1991-04-11 | 1992-11-06 | Toshiba Corp | 回転機械用振動異常監視装置 |
| US5502650A (en) * | 1992-04-01 | 1996-03-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Apparatus for adjusting rotor |
| JPH08285565A (ja) * | 1995-04-17 | 1996-11-01 | Nikkiso Co Ltd | ベアリングモニタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3055661B1 (en) | 2017-07-26 |
| EP3055661A1 (en) | 2016-08-17 |
| KR101741885B1 (ko) | 2017-05-30 |
| KR20140091553A (ko) | 2014-07-21 |
| US9593998B2 (en) | 2017-03-14 |
| WO2013041065A1 (en) | 2013-03-28 |
| US20140238128A1 (en) | 2014-08-28 |
| CZ2011588A3 (cs) | 2013-06-12 |
| PL3055661T3 (pl) | 2018-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ303892B6 (cs) | Zpusob urcení aktuální excentricity rotujícího rotoru a diagnostika excentricity rotujícího rotoru | |
| JP6122237B2 (ja) | ロータダイナミックシステムの横振動、角振動およびねじり振動監視 | |
| CN110646138B (zh) | 一种旋转机械无键相无试重动平衡方法和分析装置 | |
| Saleem et al. | Detection of unbalance in rotating machines using shaft deflection measurement during its operation | |
| JP2009506261A (ja) | タービンの回転軸の動的挙動を監視するための方法と装置 | |
| KR102068077B1 (ko) | 복합 신호를 이용한 회전기계설비 진단장치 | |
| Arebi et al. | A comparative study of misalignment detection using a novel Wireless Sensor with conventional Wired Sensors | |
| Wang et al. | New step to improve the accuracy of blade synchronous vibration parameters identification based on combination of GARIV and LM algorithm | |
| JP6961513B2 (ja) | 軸受監視装置及びこの軸受監視装置を備えた回転機械 | |
| CA2962702C (en) | Rotating machine and installation for converting energy comprising such a machine | |
| Alauze et al. | Active balancing of turbomachinery: application to large shaft lines | |
| EP4239187A1 (en) | Method and device for identifying a dominant mode during operation of a wind turbine | |
| JP5645066B2 (ja) | 影響係数取得方法と装置 | |
| JP2011133362A (ja) | 回転機械の軸系安定性計測方法及び運転方法 | |
| EP4308797B1 (en) | Method of automatic detection of synchronous rubbing in turbine | |
| EP2846004A1 (en) | Method for monitoring the operational state of rotor blades of a turbomachine | |
| JP2012073121A (ja) | 影響係数補正方法及び補正機能付き単体バランス装置 | |
| JPH09170403A (ja) | 回転機械の監視装置 | |
| Ibraheem et al. | Evaluation of a New Balancing Technique for Overhang Impellers through Frequency Response Function | |
| Escaler et al. | Analysis of chatter marks damage on the Yankee dryer surface of a tissue machine | |
| MAGRAOUI et al. | PREDICTIVE VIBRATIONAL DIAGNOSTICS OF ROTATING MACHINES VENTILATOR ATOMISER APPLICATION | |
| Vania et al. | Unconventional Techniques for the Analysis of Experimental Spiral Vibrations | |
| UA23836U (en) | Method for determination without dismantling of destructions of closed structures of supports of rotor machines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20170921 |