PL173952B1 - Urządzenie kontrolne do przedstawiania drgań wielu łopatek na obracającym się kole wirnikowym - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie kontrolne do przedstawiania drgan wielu lopatek na obracajacym sie kole wirnikowym, zawie- rajace uklad czujnikowy z co najmniej jednym czujnikiem przyporzadkowanym kolu wirnikowemu i polaczony z nim generator impulsów, przy czym generator impulsów jest przystosowany do w ytw arzania impulsu czujnikowego okreslajacego chwile, w której lopatka przechodzi przez czujnik, generator znaczników przyporzadkowany kolu wi- rnikowemu, do wytwarzania impulsu znacznikowego, gdy kolo wirnikowe znajduje sie w okreslonym polozeniu zero- wym, uklad oceniajacy z modulem przyporzadkowujacym, do którego sa doprowadzone impulsy czujnikowe i impulsy- znacznikowe i który jest przystosowany do przyporzad- kowywania kazdego impulsu czujnikowego tej lopatce, któ- ra go w y w o la la , po u w z g le d n ie n iu impulsów znacznikowych, jak równiez do przeksztalcania impulsów czujnikowych kazdej lopatki w dane o drganiach lopatki, uklad przedstawiania danych o drganiach z nosnikiem, zna- m ienne tym , ze uklad oceniajacy (9) ma modul pamieci (12) i pamiec robocza (13), do której modul pamieci (12) ma dostep, do zapisu wielu nastepujacych po sobie danych o drganiach kazdej lopatki (1), z którego uklad przedstawiaja- cy (14) odbiera dane o drganiach, przy czym modul pamieci (12) jest przystosowany do pamietania danych o drganiach dla wszystkich lopatek (1) w pamieci roboczej (13) i nowych danych o drganiach na zasadzie rejestru przesuwnego. FIG 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie kontrolne do przedstawiania drgań wielu łopatek na obracającym się kole wirnikowym. Znane jest na przykład z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 934 192 i europejskiego opisu patentowego nr 0 327 865 12 urządzenie kontrolne, zawierające układ czujnikowy z co najmniej jednym czujnikiem, przyporządkowanym kołu wirnikowemu i połączony z nim generator impulsów. Generator impulsów jest przystosowany do wytwarzania impulsu czujnikowego określającego chwilę, w której łopatka przechodzi przez czujnik. Urządzenie kontrolne zawiera także generator znaczników przyporządkowany kołu wirnikowemu, do wytwarzania impulsu znacznikowego, gdy koło wirnikowe znajduje się w określonym położeniu zerowym. Urządzenie kontrolne zawiera ponadto układ oceniający z modułem przyporządkowującym, do którego są doprowadzane impulsy czujnikowe i impulsy znacznikowe i który jest przystosowany do przyporządkowywania każdego impulsu czujnikowego tej łopatce, która go wywołała po uwzględnieniu impulsów znacznikowych, jak również do przekształcania impulsów czujnikowych dla każdej łopatki na dane o drganiach łopatki. Urządzenie kontrolne zawiera także układ przedstawiania danych o drganiach z nośnikiem.

Takie urządzenie kontrolne jest opisane także w publikacji pod tytułem: Bezstykowa technika pomiarowa drgań łopatek, autora M. Glogera, ze sprawozdania z konferencji VGBFachtagung: Turbiny parowe i praca turbin parowych z 13 grudnia 1990 w Essen, strony od

4.1 do 4.11.

Drgania łopatek występują podczas zwykłej pracy maszyny wirnikowej i powodują znaczne obciążenia łopatek zależne od ich rozmieszczenia i od warunków pracy.

Opis urządzenia kontrolnego omawianego typu, a także opis ustawienia łopatek, w szczególności łopatek w niskociśnieniowych turbinach parowych, znajduje się w opracowaniu: Zaawansowany układ łopatek turbiny niskociśnieniowej - niezawodna i wysokowydajna konstrukcja, autorów M. Glogera, K.H. Neumanna, D. Bergmanna i H. Termuhlena, które przedstawiono w roku 1992 na międzynarodowej konferencji dotyczącej wytwarzania mocy, w Atlancie, Georgia, USA opublikowanym przez ASME Power Division.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 934 192 przedstawia urządzenie do detekcji drgań łopatek turbin, w którym przy pomocy czujników ustawionych osiowo jeden za drugim wykrywa się przede wszystkim drgania osiowe łopatek turbin, to jest drgania prostopadłe do płaszczyzny, w której obraca się łopatka turbiny założona na obracające się koło wirnikowe. Detekcja drgań stycznych, czyli drgań w płaszczyźnie, w której obraca się łopatka turbiny, jest również możliwa. Wartości uzyskane przy pomocy czujników są następnie analizowane, ewentualnie przedstawiane na wykresie i sprawdzane, czy stanowią podstawę do wywołania alarmu.

Europejski opis patentowy nr 0 327 865 A2 przedstawia natomiast urządzenie, w którym na podstawie uzyskanych z czujników danych dotyczących drgań łopatek turbiny uzyskuje się informacje, dotyczące zmęczenia materiału łopatek turbiny powstałego wskutek drgań.

Natomiast z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 604 699 znane jest urządzenie do pobierania, analizowania i przedstawiania danych, w związku z obserwacją trzęsień ziemi.

Znane urządzenia kontrolne służą do sprawdzania łopatek w maszynach wirnikowych, jak turbiny i turbosprężarki, od czasu do czasu, lecz nie nadają się do stałej obserwacji maszyny wirnikowej w czasie normalnej pracy. W związku z tym urządzeń tych nie można stosować do detekcji zwiększonego obciążenia łopatek, które może występować w pewnych warunkach pracy

173 952 i którego z powodu złożonej geometrii łopatek i pracy łopatek, nigdy nie można wykluczyć wystąpienia drgań łopatek o zwiększonych amplitudach w pewnych warunkach krytycznych.

W urządzeniu według wynalazku układ oceniający ma moduł pamięci i pamięć roboczą, do której moduł pamięci ma dostęp, do zapisu wielu następujących po sobie danych o drganiach każdej łopatki, z którego układ przedstawiający odbiera dane o drganiach. Moduł pamięci jest przystosowany do pamiętania danych o drganiach dla wszystkich łopatek w pamięci roboczej i nowych danych o drganiach na zasadzie rejestru przesuwnego.

Układ czujnikowy zawiera dwa czujniki, przyporządkowane kołu wirnikowemu i umieszczone w pewnym odstępie na obwodzie koła wirnikowego, przy czym każda dana o drganiach każdej łopatki jest obliczana na podstawie różnicy czasowej między impulsem pierwszego czujnika i impulsem z drugiego czujnika.

Korzystnie jeden albo każdy czujnik jest czujnikiem elektromagnetycznym.

Korzystnie jeden albo każdy czujnik jest czujnikiem czułym na odległość dla wysyłania impulsu, gdy łopatka przechodzi obok niego.

Korzystnie pamięć robocza jest przystosowana do zapisu wszystkich danych o drganiach w okresie czasu wykonania 100 obrotów przez koło wirnikowe.

Układ oceniający zawiera moduł sprawdzający dane o drganiach, zapamiętane w pamięci roboczej zgodnie z co najmniej jednym kryterium wysyłania sygnału ostrzegawczego do układu przedstawiającego, przy danych o drganiach nie spełniających kryterium.

Układ przedstawiający jest przystosowany do przywoływania z pamięci roboczej większej ilości danych o drganiach z ostrzeżeniem.

Korzystnie układ przedstawiający jest przystosowany do przywoływania danych o drganiach co okres czasu dłuższy niż 10 sekund, korzystnie 20 sekund.

Korzystnie łopatki są umieszczone na kilku kołach wirnikowych w maszynie wirnikowej lub kilku maszynach wirnikowych.

Korzystnie łopatki są umieszczone na kole wirnikowym lub kołach wirnikowych.

Urządzenie według wynalazku zawiera pamięć roboczą do pamiętania, przy normalnej pracy, danych o drganiach łopatek w okresie czasu 20 sekund i do pamiętania, przy sygnale ostrzegawczym w krytycznym stanie pracy, danych o drganiach łopatek w okresie czasu 60 sekund.

Dane o drganiach wszystkich łopatek maszyny wirnikowej przechowywane w pamięci roboczej są gotowe do przedstawienia podczas pracy maszyny wirnikowej.

Korzystnie maszyna wirnikowa jest turbiną parową, w szczególności turbiną parową na parę nasyconą.

Zaletą wynalazku jest umożliwienie ciągłego przedstawiania drgań i informowania o zwiększonym obciążeniu łopatek we właściwym czasie, tak, że można wyeliminować warunek pracy powodujący drgania, zanim zacznie on wywierać niekorzystny wpływ, w szczególności na trwałość łopatek. Urządzenie kontrolne według wynalazku umożliwia ciągłą obserwację łopatek, a także przedstawianie w sposób ciągły danych, dotyczących drgań każdej łopatki lub utrzymywania ich w gotowości do przedstawienia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia koło wirnikowe turbiny z łopatkami i układ czujnikowy oraz układ oceniający wraz z układem przedstawiającym i fig. 2 - układ oceniający wraz z układem przedstawiającym dla urządzenia kontrolnego w szczególnym przykładzie wykonania.

Figura 1 przedstawia część maszyny wirnikowej 3, w szczególności koło wirnikowe 2, na którym są zamocowane łopatki 1 oznaczone przez promieniowe kreski. Koło wirnikowe 2 obraca się wraz z łopatkami 1 wokół osi 18 zgodnie z kierunkiem strzałki. W celu kontroli drgań łopatki 1 maszyna wirnikowa 3 jest zaopatrzona w układ czujnikowy zawierający pierwszy czujnik 4 i drugi czujnik 5 oznaczone czarnymi kropkami, jak również połączone z czujnikami wzmacniacze 6 i generatory impulsów 7. Wówczas gdy koło wirnikowe 2 obraca się w przedstawiony sposób, każda łopatka 1 przechodzi najpierw w pobliżu pierwszego czujnika 4, a następnie w pobliżu drugiego czujnika 5. Po pełnym obrocie koła wirnikowego 2 dla każdej łopatki 1 są wytwarzane dwa sygnały czujnikowe. Aby umożliwić przyporządkowanie sygnałów czujnikowych łopatkom 1, koło wirnikowe 2 ma ponadto znacznik 19, który pozostaje zawsze w dużym

173 952 stopniu niezależny od drgań łopatek 1 lub całego układu złożonego z łopatek 1 i koła wirnikowego 2 i jest obserwowany przez generator znaczników 8. Zawsze, gdy znacznik 19 znajduje się na określonym wcześniej miejscu, generator znaczników 8 wytwarza impuls znacznikowy. Położenie w czasie impulsów czujnikowych względem impulsów znacznikowych umożliwia wymagane przyporządkowanie impulsów czujnikowych pojedynczym łopatkom 1. Generator impulsów 7 i generator znaczników 8 dostarczają impulsy czujnikowe i impulsy znacznikowe do układu oceniającego 9. W układzie oceniającym 9 impulsy czujnikowe i impulsy znacznikowe są przetwarzane w ten sposób, że impulsy czujnikowe są przyporządkowywane łopatkom 1, od których pochodzą, a następnie przyporządkowane w ten sposób impulsy czujnikowe są przekształcane w dane dotyczące drgań łopatek 1. Dane dotyczące drgań są zapamiętywane w pamięci roboczej 13 w układzie oceniającym 9 i są do dyspozycji układu przedstawiającego 14, który ma dostęp do pamięci roboczej 13. Przedstawienie danych dotyczących drgań może następować na różnych nośnikach 15, 16, w szczególności na ekranie 15 i/lub na wydruku 16. Sposób przedstawienia stanów drgań nie podlega żadnym ograniczeniom. Układ przedstawiony na fig. 1 z pierwszym czujnikiem 4 i drugim czujnikiem 5 umożliwia realizację metody pomiarowej z dwoma czujnikami, która jest szczególnie skuteczna przy kontroli dragń.

Figura 2 przedstawia szczegóły przetwarzania impulsów czujnikowych i impulsów znacznikowych w konkretnym przykładzie wykonania. Szczególnie korzystnie jest tutaj wykonany układ oceniający 9, jak również układ przedstawiający 14. Do układu oceniającego 9 są doprowadzane impulsy znacznikowe lub impulsy czujnikowe z generatora znaczników 8 jak również z wielu generatorów impulsów 7. Poprzez generator analogowy 22 do układu oceniającego 9 są doprowadzane dalsze analogowe dane pomiarowe maszyny wirnikowej, do której jest dołączony układ oceniający 9. Układ oceniający 9 jest wykonany modułowo i zawiera moduł przyporządkowujący 10, do którego generator impulsów 7 dostarcza impulsy czujnikowe, generator znaczników 8 impulsy znacznikowe, a generator analogowy 22 analogowe dane pomiarowe. W module przyporządkowującym 10 następuje najpierw przyporządkowanie wszystkich wprowadzanych impulsów i danych pomiarowych pojedynczym łopatkom, następnie te impulsy i dane są przekształcane na dane o drganiach, które są przystosowane do dalszego, korzystnie cyfrowego przetwarzania. To przekształcenie powoduje w szczególności dla każdej łopatki demodulację ciągu impulsów czujnikowych modulowanych przy pomocy modulacji fazy impulsów. Moduł przyporządkowujący 10 dostarcza dane o drganiach do modułu pamięci 12, który ma dostęp do pamięci roboczej 13 i zapisuje w pamięci roboczej 13 dane o drganiach. Zapamiętywanie następuje w ten sposób, że pamięć roboczą 13 wykorzystuje się jako rejestr przesuwny. Wskutek skończonej z natury pojemności pamięci roboczej 13, przy pojawieniu się nowego zespołu danych o drganiach, najwcześniej zapamiętany zespół danych o drganiach jest usuwany i zastępowany drugim co do czasu zapamiętania i tak dalej, aż w końcu zwolni się miejsce dla najnowszego zespołu danych o drganiach w celu jego zapamiętania.

Z pamięcią roboczą 13 komunikuje się wspomniany już układ przedstawiający 14, który w zasadzie ma swobodny dostęp do pamięci roboczej 13 i może na żądanie przywołać z niej dane o drganiach i przedstawić je na nośnikach 15 i 16. Ponadto pamięć robocza 13 komunikuje się z modułem sprawdzającym 17, który sprawdza zapamiętane dane o drganiach zgodnie z jednym kryterium sprawdzającym lub kilkoma kryteriami sprawdzającymi i wysyła sygnały ostrzegawcze do układu przedstawiającego 14, jeżeli występują dane o drganiach nie spełniające kryterium. W ten sposób za pomocą modułu sprawdzającego 17 możliwe jest ciągłe kontrolowanie drgań łopatek, w szczególności drgań krytycznych, a metoda przedstawiania drgań łopatek umożliwia ciągłą diagnostykę. Dalsze przetwarzanie sygnałów ostrzegawczych należy do układu przedstawiającego 14, na sygnał ostrzegawczy można najpierw ustawić drgania określone przez moduł sprawdzający 17 i w danym przypadku wydać odpowiednie ostrzeżenia.

Moduł przyporządkowujący 10 ma ze swej strony określoną strukturę i zawiera podmoduł sortujący 20, który wykonuje wspomniane już przyporządkowanie łopatkom impulsów czujnikowych i podmoduł obliczeniowy 11, który otrzymuje dane z podmodułu sortującego 20 i w każdym przypadku wykonuje potrzebne przekształcenia impulsów czujnikowych i przygotowanie postaci właściwej do dalszego przetwarzania. Przedstawiony układ podmodułu sortującego 20 i podmodułu obliczeniowego 11 nie jest w żadnym razie obowiązkowy i można go zrealizować

173 952 bez problemu w odwrotny sposób. Formaty i wartości danych o drganiach, które w układzie oceniającym 9 są wytwarzane, przetwarzane i przygotowywane dla układu przedstawiającego 14, w żadnym razie nie muszą być bezpośrednio dostępne do interpretacji przez obsługującego urządzenie kontrolne. Przygotowanie danych o drganiach w postaci umożliwiającej bezpośredni odczyt przez człowieka można pozostawić, w zależności od wykonania urządzenia kontrolnego, końcowemu odcinkowi układu przedstawiającego 14.

Urządzenie kontrolne umożliwia diagnostykę maszyny wirnikowej pod względem stanu drgań łopatek tej maszyny i jest bardzo pomocne, jeśli chodzi o ciągłą kontrolę maszyny wirnikowej i wczesne rozpoznawanie możliwych uszkodzeń, dzięki czemu można znacznie zwiększyć bezpieczeństwo pracy i jej elastyczność.

Przez generator impulsów, który w układzie czujnikowym jest przyporządkowany czujnikowi, rozumie się każdy układ wymagany do pracy czujnika i do połączenia czujnika z innymi układami, na przykład wzmacniacz, układ kształtowania impulsów, przetwornik elektroakustyczny i podobne układy. Zasadniczą funkcją generatora impulsów jest przygotowanie sygnału wysłanego przez czujnik pod względem jego postaci, formy i natężenia w celu dalszego wymaganego przetwarzania.

Przez generator znaczników rozumie się każdy układ, który w dużym stopniu, niezależnie od stanu drgań łopatek, wysyła ciąg impulsów, mianowicie ciąg impulsów znacznikowych, który jest zsynchronizowany lub przynajmniej synchronizowalny z obrotem koła wirnikowego i w związku z tym, na podstawie położenia czasowego impulsu czujnikowego względem impulsów znacznikowych, umożliwia wywnioskowanie, która łopatka wywołała impuls czujnikowy.

Jeśli chodzi o funkcję przetwarzania impulsów czujnikowych w dane o drganiach przez moduł przyporządkowujący, to przetwarzanie może również oznaczać każde wymagane przekształcanie impulsów czujnikowych. Uwzględnia się tu następnie każde znane jako takie i wymagane, zależnie od wykonania urządzenia kontrolnego, przetwarzanie analogowo-cyfrowe, wzmocnienie i/lub ukształtowanie impulsu. Już same impulsy czujnikowe stanowią sygnały charakteryzujące stan drgań łopatki, tak więc uznaje się je za dane o drganiach, w danym przypadku po przetworzeniu analogowo-cyfrowym. Należy uwzględnić bardziej złożone formy przetwarzania, w szczególności wymagające operacji arytmetycznych z przygotowanymi impulsami czujnikowymi.

Także przedstawianie danych o drganiach przez układ przedstawiający może, zależnie od wymagań, być związane z operacjami obliczeniowymi na danych o drganiach przywołanych z pamięci roboczej. W żadnym razie nie wymaga się, żeby dane o drganiach były zapamiętywane bezpośrednio w sposób umożliwiający ich przedstawienie i potrzebowały przed ich faktycznym przedstawieniem dalszego przetwarzania. Z operacją przedstawiania jest związane także przygotowywanie danych o drganiach do dalszej analizy, zwłaszcza w ramach układu diagnostycznego do wczesnego rozpoznawania szkód. Przygotowanie to w szczególności polega na wyborze danych o drganiach zgodnie z określonymi kryteriami i na wytwarzaniu sygnałów, stanowiących informacje dotyczące danych o drganiach.

W urządzeniu kontrolnym według wynalazku następuje przetwarzanie impulsów czujnikowych i impulsów znacznikowych, dopasowane szczególnie do dużej liczby takich impulsów czujnikowych i znacznikowych, przypadających na jednostkę czasu, która występuje przy obserwacji zwykłej maszyny wirnikowej, jak na przykład niskociśnieniowa turbina parowa w elektrowni. Koło wirnikowe w niskociśnieniowej turbinie parowej ma zwykle około 50 do 100 łopatek i obraca się w czasie normalnej pracy z szybkością 1500, 1800, 3000 lub 3600 obrotów na minutę, w zależności od częstotliwości prądu w sieci zasilającej elektrownię i od tego, czy generator włączony za turbiną parową ma cztery czy dwa obracające się bieguny magnetyczne. Z każdego czujnika koła wirnikowego są więc wysyłane impulsy o częstotliwości wielu kiloherców, co wymaga bardzo szybkiego przetwarzania, jak również szczególnej metody zapamiętywania i oceny impulsów czujnikowych albo danych o drganiach charakteryzujących stan drgań łopatek uzyskanych na podstawie tych impulsów.

Przy pomocy urządzenia kontrolnego, dane o drganiach łopatek uzyskuje się przez ocenę czasowej kolejności impulsów, przy czym każdy impuls ma przebieg czasowy odpowiadający w zasadzie założonej wcześniej normie. W związku z tym jest wskazane i korzystne, żeby

173 952 ukształtować impulsy czujnikowe, które odpowiadają normie dającej się uprzednio wybrać, na przykład normie TTL i normie ECL. Dalsza ocena impulsów czujnikowych jest związana zwłaszcza z przyporządkowaniem jej określonej łopatce, ustalanej na podstawie związku z impulsem znacznikowym i czasowymi współzależnościami pomiędzy impulsami czujnikowymi przyporządkowanymi każdej łopatce turbiny. Na podstawie tych współzależności wyciąga się wniosek o drganiach łopatki, które jest odwzorowane jako impulsy czujnikowe metodą modulacji fazy impulsów. Zgodnie z tym ustala się wielkości bezpośrednio charakteryzujące drgania i w dużym stopniu niezależne od obrotowego ruchu łopatek i wynikający z tego rodzaj impulsów czujnikowych oraz wykonuje się demodulację sygnału z informacją metodą modulacji fazy impulsów.

Pamięć robocza albo inna, w szczególności przyporządkowana układowi przedstawiającemu, jest korzystnie na tyle duża, że przy normalnej pracy, gdy kolo wirnikowe obraca się z prędkością 1500, 1800, 3000 lub 3600 obrotów na minutę, zawiera wszystkie dane o drganiach przypadające na okres czasu większy niż 10 sekund, korzystnie około 20 sekund. Szczególnie korzystnajest możliwość zapamiętania wszystkich danych o drganiach przypadających na okres czasu do około minuty, przy czym przeprowadzenie zapisu do pamięci może być ewentualnie uzależnione od określonych kryteriów, na przykład sygnału ostrzegawczego, który byłby wysyłany przez moduł sprawdzający związany z urządzeniem kontrolnym i opisany poniżej. Przy normalnej pracy zapamiętywanie danych o drganiach przez około 20 sekund uważa się za wystarczające, zaś możliwość zapamiętywania przez dłuższy okres czasu, w szczególności przez okres czasu do jednej minuty, jest korzystne przy pracy w warunkach krytycznych.

Układ pomiarowy z dwoma czujnikami jako daną o drganiu wysyła różnicę czasu, która jest sumą części stałej, wynikającej z liczby obrotów i średnicy koła wirnikowego z łopatkami i odpowiadającej stycznemu odstępowi między czujnikami, oraz wartości, która może być różna od zera tylko wówczas, gdy występuje drganie łopatki. Nie każde możliwe drganie łopatki powoduje wysłanie sygnału przez układ pomiarowy z dwoma czujnikami, ale drgania łopatek następujące w kierunku łopatki. Nie każde możliwe drganie łopatki powoduje wysłanie sygnału przez układ pomiarowy z dwoma czujnikami, ale drgania łopatek następujące w kierunku obwodu koła wirnikowego wykrywa się przynajmniej wtedy, gdy ich każdorazowa częstotliwość nie odpowiada częstotliwości obrotów koła wirnikowego lub wielokrotności tej częstotliwości. Wartość określona powyżej, którąustalasię metodąpomiarowąz dwoma czujnikami, odpowiada w przybliżeniu drodze, którą przebył czubek drgającej łopatki w układzie odniesienia obracającym się wraz z kołem wirnikowym między pierwszym a drugim czujnikiem.

Stosowane czujniki elektromagnetyczne umieszcza się na przykład w obudowie maszyny wirnikowej w taki sposób, że czubki wszystkich łopatek na kole wirnikowym zbliżają się do czujnika na małą odległość i ponownie oddalają się, gdy koło wirnikowe obraca się. W ten sposób łopatka, której czubek znajduje się w pobliżu czujnika, zmienia pole magnetyczne, które pochodzi od magnesu w czujniku i indukuje dzięki temu impuls elektromagnetyczny w cewce należącej do czujnika. Impuls elektryczny jest z natury bipolarny, ponieważ następują w nim po sobie obie możliwe polaryzacje elektryczne. Przejście przez zero impulsu, czyli moment, w którym zmienia on polaryzację, jest korzystnym kryterium wysłania unormowanego impulsu czujnikowego przez generator impulsów włączony za czujnikiem. W przypadku wystąpienia drgań mających niekorzystny wpływ na trwałość łopatki przed możliwością zmiany warunków pracy zagrożonej łopatki, ustala się i przedstawia utratę trwałości każdej łopatki, w danym przypadku z dodatkowym ostrzeżeniem, jeśli łączna liczba strat trwałości zsumuje się do wartości znajdującej się krytycznie blisko maksymalnej dopuszczalnej trwałości łopatki.

Możliwa jest dodatkowa ocena sygnału ostrzegawczego i wywołujących go danych o drganiach, przede wszystkim pod względem zakończenia czasu trwałości lub zwiększenia zmęczenia łopatki, której dotyczą dane o drganiach. Ocena taka następuje zarówno w układzie oceniającym, jak i układzie przedstawiającym.

Układ przedstawiający w reakcji na każdy sygnał ostrzegawczy przedstawia i dodatkowo analizuje dużą ilość danych wraz z zasadniczymi częściami drgań, początkową i końcową, wywołującymi sygnał ostrzegawczy, co ułatwia i pogłębia badanie drgań.

173 952

Jako kryteria sprawdzające stosowane są różnorodne kryteria, w pewnych warunkach także złożone. Na początku analizuje się liczne i następujące po sobie w czasie dane o drganiach w postaci łączonej, na przykład w postaci wartości średniej, tak żeby uzyskać średnie obciążenie łopatek przez drgania w kilku, a korzystnie w dużej liczbie obrotów koła wirnikowego. Aby sprawdzić, czy następują poważne drgania, porównuje się wartość średnią z wartością graniczną. Aby uzyskać informacje dotyczące całego koła wirnikowego albo większych segmentów koła wirnikowego, ocenia się łącznie dane o drganiach wszystkich łopatek albo dane o drganiach określonej ich liczby. Możliwe jest również sprawdzenie danych o drganiach dla każdej łopatki oddzielnie. To, czy zostanie ono przeprowadzone, czy nie, uzależnia się w danym przypadku od kolejnych kryteriów sprawdzających. O ile odpowiednie układy czujnikowe są do dyspozycji, naprzykład układ pomiarowy z dwomaczujnikami, poza kontrolą drgań pojedynczej łopatki jako takiej możliwa jest także kontrola drgań całego układu złożonego z koła wirnikowego i łopatek. Także w tym celu formułuje się kryteria sprawdzające. Sygnały ostrzegawcze i ostrzeżenia odpowiadające kryteriom sprawdzającym są zależne od ich każdorazowego znaczenia, a ostrzeżenie w zależności od znaczenia odnośnego kryterium sprawdzającego ma charakter od prostego ustalenia aż do bezwarunkowego żądania usunięcia warunku pracy prowadzącego do drgań.

Urządzenie kontrolne zapewnia całkowitą obserwację urządzenia z maszyną wirnikową zawierającą łopatki, które mogą zostać uszkodzone wskutek drgań. W turbinach parowych na parę nasyconą, które w szczególności są stosowane jako turbiny niskociśnieniowe w turboagregatach, łopatki są względnie długie i w stopniach końcowych uzyskują długość metra albo więcej, przez co drgania takich łopatek występują w zwiększonym stopniu i zakresie. Szczególne znaczenie ma obserwacja tych łopatek w ramach diagnostyki, która dotyczy całego turboagregatu i wszystkich urządzeń z nim połączonych.

173 952

FIG 2

173 952

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie kontrolne do przedstawiania drgań wielu łopatek na obracającym się kole wirnikowym, zawierające układ czujnikowy z co najmniej jednym czujnikiem przyporządkowanym kołu wirnikowemu i połączony z nim generator impulsów, przy czym generator impulsów jest przystosowany do wytwarzania impulsu czujnikowego określającego chwilę, w której łopatka przechodzi przez czujnik, generator znaczników przyporządkowany kołu wirnikowemu, do wytwarzania impulsu znacznikowego, gdy koło wirnikowe znajduje się w określonym położeniu zerowym, układ oceniający z modułem przyporządkowującym, do którego są doprowadzone impulsy czujnikowe i impulsy znacznikowe i który jest przystosowany do przyporządkowywania każdego impulsu czujnikowego tej łopatce, która go wywołała, po uwzględnieniu impulsów znacznikowych, jak również do przekształcania impulsów czujnikowych każdej łopatki w dane o drganiach łopatki, układ przedstawiania danych o drganiach z nośnikiem, znamienne tym, że układ oceniający (9) ma moduł pamięci (12) i pamięć roboczą (13), do której moduł pamięci (12) ma dostęp, do zapisu wielu następujących po sobie danych o drganiach każdej łopatki (1), z którego układ przedstawiający (14) odbiera dane o drganiach, przy czym moduł pamięci (12) jest przystosowany do pamiętania danych o drganiach dla wszystkich łopatek (1) w pamięci roboczej (13) i nowych danych o drganiach na zasadzie rejestru przesuwnego.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ czujnikowy (4, 5,6,7) zawiera dwa czujniki (4,5) przyporządkowane kołu wirnikowemu (2) i umieszczone w pewnym odstępie na obwodzie koła wirnikowego (2), przy czym każda dana o drganiach każdej łopatki (1) jest obliczana na podstawie różnicy czasowej między impulsem pierwszego czujnika (4) i impulsem z drugiego czujnika (5).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że jeden albo każdy czujnik (4, 5) jest czujnikiem elektromagnetycznym.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że jeden albo każdy czujnik (4, 5) jest czujnikiem czułym na odległość dla wysyłania impulsu, gdy łopatka (1) przechodzi obok niego.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pamięć robocza (13) jest przystosowana do zapisu wszystkich danych o drganiach w okresie czasu wykonania 100 obrotów przez koło wirnikowe (2).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ oceniający (9) zawiera moduł sprawdzający (17) dane o drganiach zapamiętane w pamięci roboczej (13) zgodnie z co najmniej jednym kryterium wysyłania sygnału ostrzegawczego do układu przedstawiającego (14), przy danych o drganiach nie spełniających kryterium.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ przedstawiający (14) jest przystosowany do przywoływania z pamięci roboczej (13) większej ilości danych o drganiach z ostrzeżeniem.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że układ przedstawiający (14) jest przystosowany do przywoływania danych o drganiach co okres czasu dłuższy niż 10 sekund, korzystnie 20 sekund.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że łopatki (1) są umieszczone na kilku kołach wirnikowych (2) w maszynie wirnikowej (3) lub kilku maszynach wirnikowych (3
10. 10. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że łopatki (1) są umieszczone na kole wirnikowym (2) lub kołach wirnikowych (2).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zawiera pamięć roboczą (13) do pamiętania, przy normalnej pracy, danych o drganiach łopatek (1) w okresie czasu 20 sekund i do pamiętania, przy sygnale ostrzegawczym w krytycznym stanie pracy, danych o drganiach łopatek (1) w okresie czasu 60 sekund.

    173 952
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że dane o drganiach wszystkich łopatek (1) maszyny wirnikowej (3) przechowywane w pamięci roboczej (13) są gotowe do przedstawienia podczas pracy maszyny wirnikowej (3).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że maszyna wirnikowa (3) jest turbiną parową (3), w szczególności turbiną parową (3) na parę nasyconą.