RU2094618C1

RU2094618C1 - Device for diagnosing self-vibrations of turbomachine runner

Info

Publication number: RU2094618C1
Application number: RU95114568A
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Акимов; Александр Николаевич Барсуков; Вячеслав Владимирович Наваркин; Николай Стефанович Данилов; Анатолий Алексеевич Хориков; Николай Семенович Семенов
Original assignee: Валентин Иванович Акимов; Александр Николаевич Барсуков; Вячеслав Владимирович Наваркин; Николай Стефанович Данилов; Анатолий Алексеевич Хориков; Николай Семенович Семенов
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: power plant engineering. SUBSTANCE: device has at least one pulsation sensor placed in casing near periphery of runner blades and connected through filter and amplifier to input of coincidence circuit, and output of the latter is connected through amplifier to indicating system; sensor is connected through matching amplifier to inputs of coincidence circuit through one intermediate and two extreme parallel circuits each incorporating parallel-connected tunable active band filter, amplitude discriminator, integrator, and electronic filter; runner speed sensor is connected, in addition, to filters of extreme and intermediate circuits through amplifier. EFFECT: improved design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовать при доводке осевых турбомашин и при их диагностике в процессе эксплуатации. The invention relates to power engineering and can be used for fine-tuning axial turbomachines and for their diagnosis during operation.

Известны устройства для диагностики автоколебаний рабочего колеса турбомашины, содержащие по крайней мере один датчик (емкостной или индукционный), помещенный в корпусе в зоне периферии лопаток рабочего колеса и подключенный через фильтр и усилители ко входу схемы совпадений, а выход последней через усилитель подключен к индикатору. Known devices for diagnosing auto-oscillations of the impeller of a turbomachine, containing at least one sensor (capacitive or induction), placed in the housing in the periphery of the blades of the impeller and connected through the filter and amplifiers to the input of the matching circuit, and the output of the latter through the amplifier is connected to the indicator.

Недостатки этого устройства заключаются в том, что оно не позволяет с высокой достоверностью обнаружить диагностическую частоту автоколебаний, а результат диагностики зависит от зазора между датчиком и лопатками, который в свою очередь зависит от многих неуправляемых факторов, вследствие этого является недостаточно надежным. The disadvantages of this device are that it does not allow to detect with high reliability the diagnostic frequency of self-oscillations, and the diagnostic result depends on the gap between the sensor and the blades, which in turn depends on many uncontrollable factors, and therefore is not reliable enough.

Предлагаемое изобретение обеспечивает точность и надежность диагностики автоколебаний и измерения диагностической частоты. The present invention provides the accuracy and reliability of the diagnosis of self-oscillations and measurement of the diagnostic frequency.

Это обеспечивается тем, что датчик пульсаций дополнительно подключен ко входу схемы совпадений тремя (одной промежуточной и двумя крайними) параллельными цепями, каждая из которых включает перестраиваемый активный полосовой фильтр, амплитудный дискриминатор, интегратор и электронный ключ, а к фильтрам крайних цепей дополнительно подключен через усилитель датчик частоты вращения ротора. This is ensured by the fact that the ripple sensor is additionally connected to the input of the coincidence circuit by three (one intermediate and two extreme) parallel circuits, each of which includes a tunable active band-pass filter, an amplitude discriminator, an integrator and an electronic key, and is additionally connected to the filters of the extreme circuits through an amplifier rotor speed sensor.

На фиг. 1 представлена схема экспериментальной турбомашины с устройством для диагностики автоколебаний рабочего колеса турбомашины; на фиг. 2 схема устройства для диагностики автоколебаний; на фиг. 3 спектр пульсаций потока при отсутствии автоколебаний; на фиг. 4 спектр пульсаций потока при наличии автоколебаний. In FIG. 1 is a diagram of an experimental turbomachine with a device for diagnosing auto-oscillations of the impeller of a turbomachine; in FIG. 2 diagram of a device for diagnosing self-oscillations; in FIG. 3 spectrum of flow pulsations in the absence of self-oscillations; in FIG. 4 spectrum of flow pulsations in the presence of self-oscillations.

Экспериментальная турбомашины, например, компрессор, содержит корпус 1 с неподвижными лопатками 2, ротор 3 с рабочими колесами 4 и рабочими лопатками 5, за компрессором установлен дроссель 6. Компрессор приводится во вращение приводом (на чертеже не показан). An experimental turbomachine, for example, a compressor, contains a housing 1 with fixed blades 2, a rotor 3 with impellers 4 and rotor blades 5, a throttle 6 is installed behind the compressor 6. The compressor is driven by a drive (not shown in the drawing).

Перед, над или за рабочими лопатками 5 в корпусе установлены один или несколько датчиков 7,8,9. Датчиков по окружности корпуса может быть несколько,но достаточно и одного. In front of, above or behind the working blades 5, one or more sensors 7,8,9 are installed in the housing. There can be several sensors around the circumference of the case, but one is enough.

При использовании одного датчика 9 (фиг.2) последний подключен ко входам схемы совпадений 10 через согласующий усилитель 11 тремя параллельными цепями промежуточной 12 и крайними 13 и 14. Каждая цепь имеет последовательно включенные перестраиваемый активный полосовой фильтр 15,16,17, амплитудный дискриминатор 18,19,20, интегратор 21,22,23 и электронный ключ 24,25,26. When using one sensor 9 (figure 2), the latter is connected to the inputs of the coincidence circuit 10 through a matching amplifier 11 with three parallel intermediate circuits 12 and extreme 13 and 14. Each circuit has a tunable active bandpass filter 15,16,17 in series, amplitude discriminator 18 , 19,20, integrator 21,22,23 and electronic key 24,25,26.

Схема совпадений 10 через усилитель 27 подключена к индикатору 28. Кроме того, устройство имеет датчик 29 частоты вращения рабочего колеса, который через усилитель 30 подключен к фильтрам 15,16,17. Matches 10 through the amplifier 27 is connected to the indicator 28. In addition, the device has a sensor 29 of the frequency of rotation of the impeller, which through the amplifier 30 is connected to the filters 15,16,17.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При отсутствии автоколебаний датчик фиксирует только роторные гармоники 31,32,33,34,35 (фиг.3) и частоту 36 следования лопаток, равную nf_p. В момент возникновения автоколебаний вблизи рабочего колеса возникает фазомодулированная бегущая акустическая волна, при этом кроме спектральной составляющей 37 (фиг.4), определяемой по формуле (2), наблюдают для каждой формы колебаний колеса, по которой реализуются автоколебания, две другие спектральные составляющие 38 и 39, симметрично расположенные относительно частоты 36 следования лопаток, то есть момент возникновения автоколебаний фиксируют по появлению в спектре пульсаций спектральных составляющих с частотами
f_1,2= n f_p ± f_n (1)
где nf_p частота 36 следования лопаток, а частота f_n определяется по формуле
f_n f_m + mf_p, (2)
где f_m собственная частота колебаний,
f_p частота вращения ротора,
m номер собственной формы колебаний, потенциально неустойчивой к автоколебаниям.In the absence of self-oscillations, the sensor detects only rotor harmonics 31,32,33,34,35 (figure 3) and the frequency 36 of the blades, equal to nf _p . At the moment of self-oscillations near the impeller, a phase-modulated traveling acoustic wave occurs, while in addition to the spectral component 37 (Fig. 4), determined by formula (2), for each vibration mode of the wheel, according to which self-oscillations are realized, two other spectral components 38 and 39, symmetrically located relative to the repetition frequency 36 of the blades, that is, the moment of occurrence of self-oscillations is fixed by the appearance in the spectrum of pulsations of spectral components with frequencies
f _1,2 = nf _p ± f _n (1)
where nf _{p the} frequency of 36 repetition of the blades, and the frequency f _n is determined by the formula
f _n f _m + mf _p , (2)
where f _{m is the} natural frequency of oscillation,
f _p rotor speed
m is the number of the intrinsic waveform, which is potentially unstable to self-oscillations.

Уровни этих двух спектральных составляющих с точностью до погрешности измерений должны быть равны между собой. Если в спектре будут присутствовать какие-то две другие спектральные составляющие, также симметрично расположенные относительно частоты следования лопаток nf_p, но сильно отличающиеся по уровню, то они не являются диагностическими для автоколебаний. Расстояние по частоте, на котором располагается каждая из этих двух спектральных составляющих 38, 39 от частоты 36 следования лопаток равно сумме частоты проявившейся потенциально неустойчивой формы колебаний и частоты вращения ротора, умноженной на номер этой потенциально неустойчивой формы колебаний.The levels of these two spectral components, up to the measurement error, should be equal to each other. If the spectrum contains some two other spectral components, also symmetrically located relative to the blades repetition frequency nf _p , but very different in level, then they are not diagnostic for self-oscillations. The distance in frequency at which each of these two spectral components 38, 39 is located from the frequency 36 of the blades is equal to the sum of the frequency of the manifested potentially unstable mode of vibration and the rotor speed multiplied by the number of this potentially unstable mode of vibration.

С датчика 9 сигнал переменного тока звуковой частоты выступает на согласующий усилитель 11. С усилителя 11 сигнал поступает на активных перестраиваемых фильтра 15,16,17. Медленно меняющееся напряжение U_p, пропорциональное частоте вращения ротора, поступает от датчика 29 на фильтры 15,16,17 и перестраивает их по частоте вслед за частотой ротора. Фильтры 15,16,17 полосовые. Один фильтр (17) настроен на частоту 38, другой фильтр (15) на частоту 39 (см.фиг.4).From the sensor 9, the audio frequency AC signal acts on the matching amplifier 11. From the amplifier 11, the signal enters the active tunable filter 15,16,17. A slowly varying voltage U _p proportional to the rotor speed comes from the sensor 29 to the filters 15,16,17 and rebuilds them in frequency after the rotor frequency. Filters 15.16.17 band pass. One filter (17) is tuned to a frequency of 38, another filter (15) to a frequency of 39 (see figure 4).

С фильтров 15,16,17 сигналы поступают на амплитудные дискриминаторы 18,19,20, которые селектируют по амплитуде сигналы, не превышающие пороги. С дискриминаторов 18-20 сигналы поступают на интеграторы 21-23. From the filters 15,16,17 the signals are sent to the amplitude discriminators 18,19,20, which select the amplitude signals that do not exceed the thresholds. From discriminators 18-20, the signals are fed to integrators 21-23.

С интеграторов 21-23 сигналы поступают на электронные ключи 24-26, формирующие цифровой сигнал. С ключей 24-26 сигналы поступают на схему совпадений 10, выполненную на логическом элементе. From integrators 21-23, the signals are fed to electronic keys 24-26, forming a digital signal. From the keys 24-26, the signals are sent to the coincidence circuit 10, performed on a logical element.

Схема совпадений 10 вырабатывает сигнал при наличии на входах одновременно двух сигналов с частотами f₁ и f₂ (фиг.4), превышающих пороги дискриминаторов.Matching circuit 10 generates a signal if there are two signals at the inputs simultaneously with frequencies f ₁ and f ₂ (Fig. 4) that exceed the discriminator thresholds.

Со схемы совпадений 10 сигнал "флаттер" поступает на усилитель согласования 27, а затем на индикатор 28. From coincidence circuit 10, the flutter signal is fed to matching amplifier 27, and then to indicator 28.

Claims

A device for diagnosing auto-oscillations of the impeller of a turbomachine, containing at least one ripple sensor, placed in the housing in the periphery of the impeller blades and connected through the filter and amplifier to the input of the coincidence circuit, and the output of the latter through the amplifier is connected to an indicator, characterized in that the sensor through a matching amplifier it is connected to the inputs of the coincidence circuit of one intermediate and two extreme parallel circuits, each of which has a tunable active field connected in series an axial filter, an amplitude discriminator, an integrator and an electronic key, and an impeller speed sensor is additionally connected to the filters of the extreme and intermediate circuits through an amplifier.