RU2133951C1 - Method of detecting turbomachine blade damage - Google Patents
Method of detecting turbomachine blade damage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133951C1 RU2133951C1 RU97118799A RU97118799A RU2133951C1 RU 2133951 C1 RU2133951 C1 RU 2133951C1 RU 97118799 A RU97118799 A RU 97118799A RU 97118799 A RU97118799 A RU 97118799A RU 2133951 C1 RU2133951 C1 RU 2133951C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- blade
- angular distances
- peripheral parts
- detecting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к лопаточным двигателям, и может быть использовано для выявления повреждений рабочих лопаток приводных турбомашин и осевых компрессоров. The invention relates to mechanical engineering, in particular to vane engines, and can be used to detect damage to the working blades of drive turbomachines and axial compressors.
Известен способ выявления повреждений рабочих лопаток турбомашины по изменению спектра акустических колебаний, излучаемых работающими лопатками (см. Биргер И.А. "Техническая диагностика", М., Машиностроение, 1978 г., с. 185-188). A known method of detecting damage to the working blades of a turbomachine by changing the spectrum of acoustic waves emitted by the working blades (see Birger IA "Technical Diagnostics", M., Engineering, 1978, S. 185-188).
Недостатком способа является низкая достоверность результатов из-за сложности выделения полезного сигнала на фоне помех и сложности однозначной идентификации диагностируемого признака. The disadvantage of this method is the low reliability of the results due to the difficulty of highlighting a useful signal against the background of interference and the complexity of the unique identification of the diagnosed symptom.
Наиболее близким решением к предлагаемому можно считать способ по патенту РФ N 2008438, МКИ: F 01 D 5/12 от 20.07.90 г. Способ основан на определении положения периферийной части рабочей лопатки относительно рабочего колеса в процессе эксплуатации турбомашины. При неподвижном роторе периферийная часть рабочей лопатки занимает определенное положение, в процессе работы ротора под воздействием значительных статических нагрузок и центробежных сил лопатка деформируется и ее периферийная часть меняет положение, которое принимается за базовое, соответствующее положению неповрежденной лопатки. При возникновении повреждений в лопатке происходит изменение ее упругих характеристик, что приводит к осложнению ее периферийной части от базового положения. The closest solution to the proposed one can be considered the method according to RF patent N 2008438, MKI: F 01 D 5/12 from 07/20/90, the Method is based on determining the position of the peripheral part of the blades relative to the impeller during operation of the turbomachine. When the rotor is stationary, the peripheral part of the working blade occupies a certain position, during the operation of the rotor under the influence of significant static loads and centrifugal forces, the blade is deformed and its peripheral part changes its position, which is taken as the base one corresponding to the position of the intact blade. When damage occurs in the blade, its elastic characteristics change, which leads to a complication of its peripheral part from the base position.
В способе по патенту РФ N 2008438 (как следует из описания способа, так как в формуле изобретения только поставлена задача, причем отличительная часть полностью соответствует доотличительной части формулы) измерение величины изменения положения периферийной части лопатки основано на изменении временных интервалов между двумя импульсными сигналами с двух датчиков, один из которых установлен в статоре над периферийной частью лопатки, а другой - в статорной части над закрепленным на роторе имитатором сигналов. Последний за один оборот ротора выдает число импульсов, равное количеству лопаток на колесе. При вращении ротора указанные датчики для каждой лопатки вырабатывают два импульсных электрических сигнала, изменение временного интервала между которыми соответствует изменению положения периферийной части лопатки, так как положение имитатора сигналов неизменно. In the method according to the patent of the Russian Federation N 2008438 (as follows from the description of the method, since the task is only set in the claims, and the distinguishing part fully corresponds to the pre-distinctive part of the formula), the measurement of the change in the position of the peripheral part of the blade is based on the change in time intervals between two pulse signals from two sensors, one of which is installed in the stator above the peripheral part of the blade, and the other in the stator part above the signal simulator mounted on the rotor. The latter in one revolution of the rotor gives out the number of pulses equal to the number of blades on the wheel. When the rotor rotates, these sensors for each blade produce two pulsed electrical signals, a change in the time interval between which corresponds to a change in the position of the peripheral part of the blade, since the position of the signal simulator is unchanged.
Указанный способ имеет следующие недостатки;
- возможность ложного срабатывания, например, при возникновении срывных колебаний, которые дают значительные отклонения контролируемого параметра, что существенно снижает достоверность измерений;
- необходимость оборудования на роторе машины имитатора импульсного сигнала и не менее двух датчиков на лопатку;
- узкая область применения способа - только на машинах с постоянной скоростью вращения, так как временные интервалы между сигналами датчиков в этом случае линейно зависят от скорости вращения ротора.The specified method has the following disadvantages;
- the possibility of false alarms, for example, in the event of stall oscillations, which give significant deviations of the controlled parameter, which significantly reduces the reliability of the measurements;
- the need for equipment on the rotor of the machine, a pulse signal simulator and at least two sensors per blade;
- a narrow scope of the method - only on machines with a constant speed of rotation, since the time intervals between the sensor signals in this case linearly depend on the speed of rotation of the rotor.
В предлагаемом способе решена задача повышения достоверности выявления повреждений рабочих лопаток турбомашины, а также расширения области применения на приводные машины с меняющимися скоростями вращения. In the proposed method, the task of increasing the reliability of identifying damage to the working blades of a turbomachine, as well as expanding the scope of application to drive machines with varying speeds of rotation, is solved.
Для решения поставленной задачи в способе выявления повреждений рабочих лопаток турбомашины, основанном на исследовании положения периферийной части лопаток в рабочем режиме, измеряют угловые расстояния между периферийными частями лопаток и при изменении угловых расстояний между конкретной лопаткой и всеми остальными лопатками, превышающем расчетное значение, обусловленное технологическим разбросом параметров лопаток, судят о наличии повреждений в этой лопатке. To solve the problem in a method for detecting damage to the working blades of a turbomachine, based on the study of the position of the peripheral parts of the blades in the operating mode, measure the angular distances between the peripheral parts of the blades and when changing the angular distances between a specific blade and all other blades, exceeding the calculated value due to technological variation parameters of the blades, judge the presence of damage in this blade.
Исследование положения периферийных частей лопаток путем измерения угловых расстояний между лопатками позволяет упростить саму систему исследования, так как требует установки только одного датчика для каждого рабочего колеса - над периферийной частью лопаток - и еще одного, общего для всего ротора, - датчика начала отсчета. The study of the position of the peripheral parts of the blades by measuring the angular distances between the blades makes it possible to simplify the research system itself, since it requires the installation of only one sensor for each impeller - above the peripheral part of the blades - and one more, common to the entire rotor, reference sensor.
Кроме того, предлагаемая система исследования повышает достоверность измерений, исключая влияние на них изменений скорости движения ротора. Последнее позволяет расширить диапазон использования способа, распространив его на приводные турбомашины, такие, как авиационные и судовые, а также на осевые компрессоры. In addition, the proposed research system improves the reliability of measurements, excluding the effect of changes in rotor speed on them. The latter allows you to expand the range of use of the method, extending it to drive turbomachines, such as aircraft and ship, as well as axial compressors.
Для измерения угловых расстояний между периферийными частями лопаток можно использовать дискретно-фазовый метод, для чего в корпусе машины над рабочими лопатками устанавливают датчик, например индукционный. Прохождение периферийной части каждой лопатки мимо датчика вызывает формирование импульса на выходе датчика. To measure the angular distances between the peripheral parts of the blades, you can use the discrete-phase method, for which a sensor, for example an induction sensor, is installed above the working blades in the machine body. The passage of the peripheral part of each blade past the sensor causes the formation of a pulse at the output of the sensor.
Предлагаемый способ поясняется рисунком, где цифрами 1а, 2а, 3а обозначено положение периферийных частей лопаток в статике, а цифрой 4 показано положение датчика, который крепится на корпусе машины над рабочими лопатками. Угловые расстояния между лопатками в этом случае будут φ0i, где i - номер лопатки. Сумма угловых расстояний между лопатками всегда равна 360o:
Σφ0i = 360o
При вращении ротора под действием центробежных сил и взаимодействующего с лопатками газового потока все лопатки разворачиваются и занимают положение 1б, 2б, 3б, при этом угловые расстояния будут φ1i, а их сумма по-прежнему составит 360o. Однако угловые расстояния между лопатками в статике φ0i отличаются от угловых расстояний в динамике φ1i:
φ0i ≠ φ1i,
так как в процессе производства невозможно обеспечить абсолютной идентичности лопаток, а следовательно, невозможно добиться их одинаковой реакции на деформирующие нагрузки.The proposed method is illustrated in the figure, where the numbers 1a, 2a, 3a indicate the position of the peripheral parts of the blades in statics, and the number 4 shows the position of the sensor, which is mounted on the machine body above the working blades. The angular distances between the blades in this case will be φ 0i , where i is the number of the blades. The sum of the angular distances between the blades is always 360 o :
Σφ 0i = 360 o
When the rotor rotates under the action of centrifugal forces and the gas flow interacting with the blades, all the blades unfold and occupy the positions 1b, 2b, 3b, while the angular distances will be φ 1i , and their sum will still be 360 o . However, the angular distances between the blades in the statics φ 0i differ from the angular distances in the dynamics φ 1i :
φ 0i ≠ φ 1i ,
since in the production process it is impossible to ensure the absolute identity of the blades, and therefore, it is impossible to achieve their identical response to deforming loads.
Разность между угловыми расстояниями в динамике и статике значительно меньше максимального изменения Qmax углового положения кромки (входной или выходной) лопатки, вызванное ее естественной "раскруткой" в рабочем режиме,
Δφi = φ1i-φ0i ≪ Qmax
Дефектная лопатка ведет себя аномально, так как ее прочностные характеристики значительно отличаются от характеристик исправных лопаток. В этом случае ось "раскрутки" смещается, и меняется угловое расстояние между дефектной лопаткой и всеми остальными на одну и ту же величину, причем эти изменения многократно превышают Δφi, вызванное естественным разбросом характеристик рабочих лопаток, изменениями скорости вращения и режимов нагрузки машины, а также осевыми (тепловыми) смещениями ротора.The difference between the angular distances in the dynamics and statics is much less than the maximum change Q max the angular position of the edge (input or output) of the blade, caused by its natural "promotion" in the operating mode,
Δφ i = φ 1i -φ 0i ≪ Q max
A defective blade behaves abnormally, since its strength characteristics differ significantly from the characteristics of serviceable blades. In this case, the axis of the "spin" is shifted, and the angular distance between the defective blade and all the others changes by the same amount, and these changes are many times greater than Δφ i , caused by the natural spread of the characteristics of the working blades, changes in rotational speed and load conditions of the machine, and also axial (thermal) rotor displacements.
Для выявления подобного дефектного углового смещения периферийной части лопатки изменяют все угловые расстояния между лопатками, усредняют их за определенное число оборотов, отдельно для каждой лопатки, а затем сравнивают изменения углового расстояния (Δφi) относительно других лопаток рабочего колеса. Если угловое смещение превышает расчетную величину, определяемую технологическим разбросом прочностных характеристик лопаток, то это свидетельствует о возможности дефекта.To identify such a defective angular displacement of the peripheral part of the blade, all the angular distances between the blades are changed, averaged over a certain number of revolutions, separately for each blade, and then changes in the angular distance (Δφ i ) are compared with other blades of the impeller. If the angular displacement exceeds the calculated value determined by the technological spread of the strength characteristics of the blades, this indicates the possibility of a defect.
Для каждого типа машины и для каждого колеса этой машины допустимый разброс может быть разным. Как показали испытания, о наличии дефекта достоверно можно утверждать при превышении расчетного разброса не менее чем в 3 раза. Предаварийное состояние лопаток определяют при 10-кратном превышении естественного разброса индивидуального параметра лопатки. For each type of machine and for each wheel of this machine, the permissible variation may be different. As tests have shown, the presence of a defect can be reliably confirmed if the calculated spread is exceeded by at least 3 times. The pre-emergency condition of the blades is determined when the natural dispersion of the individual parameter of the scapula is exceeded 10 times.
В предлагаемом способе угловые расстояния между периферийными частями неповрежденных рабочих лопаток практически не зависят от величины центробежной раскрутки и положения датчика относительно оси "раскрутки". Это позволяет использовать предлагаемый способ на любых турбомашинах, в том числе на машинах, работающих с переменной нагрузкой на разных скоростях вращения и в переменном тепловом режиме. In the proposed method, the angular distances between the peripheral parts of the intact working blades are practically independent of the magnitude of the centrifugal spin and the position of the sensor relative to the axis of the "spin". This allows you to use the proposed method on any turbomachine, including machines that operate with variable load at different speeds and in variable thermal mode.
В прототипе достоверность результатов обеспечивается только в том случае, когда датчик стоит на оси "раскрутки", т.е. датчик нужно очень точно установить на то место, в которое придет лопатка после выхода машины на рабочий режим, когда все осевые смещения, вызванные тепловыми расширениями, завершены. Во всех остальных случаях по способу, предложенному в прототипе, достоверность результатов контроля положения лопаток существенно снижается. In the prototype, the reliability of the results is ensured only if the sensor is on the axis of "promotion", ie the sensor must be very precisely installed in the place where the blade will come after the machine enters the operating mode, when all axial displacements caused by thermal expansion are completed. In all other cases, by the method proposed in the prototype, the reliability of the results of monitoring the position of the blades is significantly reduced.
Кроме того, если турбомашина работает с изменением режимов (скорости вращения или нагрузки), сигналы от всех лопаток сдвигаются одинаково, и средние значения угловых интервалов между ними сохраняются. Дефектная лопатка ведет себя аномально, так как ее прочностные характеристики значительно отличаются от исправных лопаток. Предлагаемый способ позволяет выявить скрытый дефект (внутренняя раковина, трещина и т.п.) в новой машине при первом же пуске, когда еще не зафиксировано базовое значение параметра отклонения лопатки, как это требуется при реализации способа прототипа. In addition, if the turbomachine works with changing modes (speed of rotation or load), the signals from all the blades are shifted equally, and the average values of the angular intervals between them are saved. A defective blade behaves abnormally, since its strength characteristics differ significantly from serviceable blades. The proposed method allows to detect a hidden defect (inner shell, crack, etc.) in a new machine at the first start-up, when the basic value of the blade deflection parameter has not yet been fixed, as is required when implementing the prototype method.
Таким образом, предлагаемый способ выявления дефектов в лопатках турбомашин позволяет повысить достоверность результатов и распространить его на более широкий круг машин. Thus, the proposed method for detecting defects in the blades of turbomachines can improve the reliability of the results and extend it to a wider range of machines.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118799A RU2133951C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of detecting turbomachine blade damage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97118799A RU2133951C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of detecting turbomachine blade damage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2133951C1 true RU2133951C1 (en) | 1999-07-27 |
Family
ID=20198937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97118799A RU2133951C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of detecting turbomachine blade damage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133951C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592946C2 (en) * | 2014-07-25 | 2016-07-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Device for monitoring in operation of degradation of material and protective coatings of turbine blades of gas turbine engines |
-
1997
- 1997-11-04 RU RU97118799A patent/RU2133951C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Биргер И.А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978, с.185-188. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592946C2 (en) * | 2014-07-25 | 2016-07-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Device for monitoring in operation of degradation of material and protective coatings of turbine blades of gas turbine engines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7409319B2 (en) | Method and apparatus for detecting rub in a turbomachine | |
| US4896537A (en) | Shrouded turbine blade vibration monitor | |
| JP3133069B2 (en) | Method and apparatus for detecting and locating changes in structural components of a turbine | |
| US7424823B2 (en) | Method of determining the operating status of a turbine engine utilizing an analytic representation of sensor data | |
| US6785635B2 (en) | Apparatus and method for predicting failures of spinning disks in turbo-machinery | |
| US7861592B2 (en) | Blade shroud vibration monitor | |
| US4876505A (en) | Apparatus and method for monitoring steam turbine shroud clearance | |
| US10215664B2 (en) | Methods and systems for estimating residual useful life of a rolling element bearing | |
| US20110213569A1 (en) | Method and device for detecting cracks in compressor blades | |
| JPH08503042A (en) | Method and apparatus for monitoring the excitation of an axial compressor | |
| US8115494B2 (en) | Systems, methods, and apparatus for rub detection in a machine | |
| EP1980719A2 (en) | Turbomachine with microwave sensor | |
| GB2453425A (en) | A system for measuring rotor imbalance via blade clearance sensors | |
| CN101300726B (en) | Method for automatically monitoring generator operation | |
| US4448077A (en) | Vibration diagnosis method for rotary machine | |
| US9689660B2 (en) | Method and device for monitoring status of turbine blades | |
| Krause et al. | Asynchronous response analysis of non-contact vibration measurements on compressor rotor blades | |
| RU2133951C1 (en) | Method of detecting turbomachine blade damage | |
| CN113358210B (en) | Pressure pulsation-based supercharger turbine blade vibration monitoring method | |
| US6330515B1 (en) | Method for protecting against vibrations in rotary machines | |
| RU2008438C1 (en) | Trouble-shooting method for turbomachine rotating blades | |
| RU2326362C1 (en) | Method for diagnostics of damage and defects of turbomachine rotor blades | |
| JP6811134B2 (en) | Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method | |
| RU2186260C1 (en) | Method of diagnosing damages of turbomachine working blades | |
| EP4308797B1 (en) | Method of automatic detection of synchronous rubbing in turbine |