RU2143103C1

RU2143103C1 - Gear measuring vibration amplitudes of shrouded blades of turbine by discrete-phase method

Info

Publication number: RU2143103C1
Application number: RU96123468/28A
Authority: RU
Inventors: К.Н. Боришанский; Б.Е. Григорьев; С.Ю. Григорьев; Н.Н. Гудков; А.Ю. Кондаков; А.В. Наумов; А.В. Груздев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод"
Priority date: 1996-12-15
Filing date: 1996-12-15
Publication date: 1999-12-20

Abstract

FIELD: power engineering, gas steam turbines. SUBSTANCE: gear incorporates magnets installed in nonmagnetic bodies located within bounds of shrouded flanges of blades, three immobile induction transmitters ( one circulating and two peripheral ). Transmitters are connected to recording and analyzing equipment. Cross-section of cores of peripheral transmitters has shape of stretched right-angled triangle with relation of sides 10 ≥b/a ≥ 3, where a and b are width and length of cross-section of core. Angle between axis of least rigidity of cross-section of core of one peripheral transmitter and axis of turbine is equal to α and between similar axis of the other peripheral transmitter and axis of turbine is equal to - α, where 30 deg ≥α≥ 60 deg. Circumferential distance between peripheral transmitters is less than space of working blades. Two or four pairs of similar peripheral transmitters can be installed which ensures possibility of measurement of amplitudes of both separation and multiple vibrations of shrouded blades at constant revolutions of turbine. EFFECT: possibility of measurement of amplitudes of both separation and multiple vibrations of shrouded blades at constant revolutions of turbine. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, например, в паровых турбинах. Известны различные методы регистрации колебаний рабочих лопаток турбомашин. Одним из наиболее эффективных методов является дискретно-фазовый, при котором используются неподвижные индукционные или емкостные датчики, установленные в корпусе турбомашины /оборотный датчик, корневой и периферийный/ и регистрирующая аппаратура, например, типа ЭЛУРА [1; стр. 27, 97]. К недостаткам методики, описанной в [1] , относится невозможность ее использования для замера амплитуд колебаний бандажированных лопаток, получающих все большее распространение в паровых турбинах в связи с их высокой экономичностью и надежностью. Это объясняется тем, что при использовании методики [1] входной сигнал периферийного датчика создается при прохождении мимо него торцов вращающихся лопаток, которые для бандажирования лопаток попросту отсутствуют, будучи "закрыты" бандажными полками. The invention relates to the field of power engineering and can be used, for example, in steam turbines. Various methods are known for detecting vibrations of the working blades of turbomachines. One of the most effective methods is the discrete-phase method, which uses fixed induction or capacitive sensors installed in the housing of the turbomachine / revolving sensor, root and peripheral / and recording equipment, for example, type ELURA [1; p. 27, 97]. The disadvantages of the method described in [1] include the impossibility of using it to measure the oscillation amplitudes of bandaged blades, which are becoming more common in steam turbines due to their high efficiency and reliability. This is explained by the fact that when using the method [1] the input signal of the peripheral sensor is created when the ends of the rotating blades pass by it, which are simply absent for banding the blades, being “closed” by the retaining shelves.

Свободным от этого недостатка и наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для замера колебаний рабочих лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом [2]. Для замера амплитуд колебаний бандажированных лопаток в пределах их бандажных полок размещаются магниты в немагнитных корпусах, а поперечное сечение сердечника периферийного датчика, выполненного из ферромагнитного материала, имеет форму вытянутого прямоугольника с отношением сторон 10 ≥ b/a ≥ 3, где a и b - соответственно ширина и длина поперечного сечения сердечника, причем угол α между осью наименьшей жесткости поперечного сечения сердечника и осью турбины заключен в диапазоне 30^o ≤ α ≤ 60^o.Free from this drawback and the closest technical solution to the proposed one is a device for measuring the oscillations of the working blades of a turbomachine using the discrete-phase method [2]. To measure the vibration amplitudes of the shrouded blades, magnets are placed in non-magnetic housings within their shroud shelves, and the cross-section of the core of the peripheral sensor made of ferromagnetic material has the shape of an elongated rectangle with an aspect ratio of 10 ≥ b / a ≥ 3, where a and b are, respectively the width and length of the cross section of the core, and the angle α between the axis of least rigidity of the cross section of the core and the axis of the turbine is in the range of 30 ^o ≤ α ≤ 60 ^o .

Однако как при использовании методики [1], так и при использовании методики [2] замер амплитуды кратных колебаний, когда лопатки совершают целое число (k) колебаний за оборот, оказывается возможен только на "проходе", при медленном изменении оборотов турбины [1; стр. 42]. Важность замера амплитуд кратных колебаний объясняется тем, что их частным случаем являются резонансные колебания, при которых возможен опасный рост динамических напряжений в лопатках. К сожалению, после синхронизации паровых турбин скорость их вращения не может быть изменена, так как определяется практически неизменной частотой сети. However, both when using the method [1], and when using the method [2], measuring the amplitude of multiple vibrations, when the blades make an integer number (k) of oscillations per revolution, is possible only at the “passage”, with a slow change in the speed of the turbine [1; p. 42]. The importance of measuring the amplitudes of multiple vibrations is explained by the fact that their particular case is resonance vibrations, in which a dangerous increase in dynamic stresses in the blades is possible. Unfortunately, after the synchronization of steam turbines, their rotation speed cannot be changed, since it is determined by the almost constant frequency of the network.

Задачей изобретения является обеспечение возможности замера амплитуд как срывных, так и кратных колебаний бандажированных лопаток при постоянных оборотах турбины. Эта задача решается в устройстве для замера амплитуд колебаний бандажированных рабочих лопаток турбины дискретно-фазовым методом, содержащем магниты в немагнитных корпусах, расположенные в пределах бандажных полок лопаток, а также связанные с регистрирующей и анализирующей аппаратурой три неподвижных индукционных датчика, один из которых оборотный, второй - периферийный, установленный над бандажными полками лопаток, причем поперечное сечение сердечника второго датчика имеет форму вытянутого прямоугольника с отношением сторон 10 ≥ b/a ≥ 3, где a и b - соответственно ширина и длина поперечного сечения сердечника, а угол α между осью наименьшей жесткости поперечного сечения и осью турбины заключен в диапазоне 30^o ≤ α ≤ 60^o, и третий датчик, по конструкции аналогичный периферийному и также установленный над бандажными полками лопаток, при этом согласно изобретению угол между осью наименьшей жесткости поперечного сечения сердечника третьего датчика и осью турбины равен - α, а окружное расстояние между вторым и третьим датчиками меньше шага рабочих лопаток.The objective of the invention is the ability to measure the amplitudes of both stall and multiple vibrations of the bandaged blades at constant speed of the turbine. This problem is solved in a device for measuring the oscillation amplitudes of bandaged turbine blades using a discrete-phase method, containing magnets in non-magnetic housings located within the band of the blade shelves, as well as three stationary induction sensors connected to the recording and analyzing equipment, one of which is a reverse and the second - peripheral mounted above the shroud shelves of the blades, and the cross section of the core of the second sensor has the shape of an elongated rectangle with an aspect ratio of 10 ≥ b / a ≥ 3, where a and b are the width and length of the cross section of the core, respectively, and the angle α between the axis of least rigidity of the cross section and the axis of the turbine is in the range of 30 ^o ≤ α ≤ 60 ^o , and a third sensor, similar in design to the peripheral and also installed above the retaining shelves of the blades, while according to the invention, the angle between the axis of least stiffness of the cross section of the core of the third sensor and the axis of the turbine is equal to α, and the circumferential distance between the second and third sensors is less than the pitch of the working blades.

Для возможности замера как изменения амплитуды кратных колебаний, так и осевого смещения ротора турбины по отношению к датчикам, над бандажными полками лопаток установлены дополнительно две пары датчиков, аналогичных по конструкции первой паре датчиков, причем окружное расстояние между соседними парами датчиков составляет 1/3k длины окружности, где k - кратность колебаний (число колебаний лопатки за оборот). Для того чтобы отделить амплитуды колебаний от осевых перемещений вершин лопаток, вызванных вибрацией ротора, имеющего различную податливость опор в вертикальном и поперечном направлениях, над бандажными полками по окружности колеса установлены дополнительно две пары датчиков, аналогичных по конструкции с остальными парами, на расстоянии 1/k и 2/k длины окружности от первой пары датчиков при k ≥ 3. In order to measure both changes in the amplitude of multiple vibrations and the axial displacement of the turbine rotor relative to the sensors, two pairs of sensors are installed above the shroud shelves of the blades, similar in design to the first pair of sensors, and the circumferential distance between adjacent pairs of sensors is 1 / 3k of circumference where k is the frequency of vibrations (the number of vibrations of the blade per revolution). In order to separate the oscillation amplitudes from the axial displacements of the blade tops caused by the vibration of the rotor having different support flexibility in the vertical and transverse directions, two additional pairs of sensors similar in design to the remaining pairs are installed over the retaining shelves around the wheel circumference at a distance of 1 / k and 2 / k of circumference from the first pair of sensors for k ≥ 3.

Необходимость использования отличительных признаков изобретения объясняется следующими причинами. The need to use the distinguishing features of the invention is explained by the following reasons.

1. Теоретически существует возможность замера изменения амплитуд кратных колебаний при размещении нескольких периферийных датчиков по окружности колеса. Как правило, известна "опасная" кратность колебаний лопаток на рабочих оборотах (k), но неизвестен начальный фазовый угол колебательного процесса (α₁). В этом случае для определения амплитуды и фазового угла достаточно установить два периферийных датчика на окружном расстоянии, меньшем того, при прохождении которого лопатка совершает половину периода колебаний [1; с. 49] . На практике, однако, изменение амплитуд кратных колебаний может происходить в течение часов, суток или даже недель эксплуатации (а определенное изменение собственных частот лопаток, сопровождающееся изменением амплитуд кратных колебаний, может происходить в течение нескольких лет эксплуатации). Естественно, что за это время произойдет - целый ряд других изменений параметров работы турбины, влияние которых на показания датчиков может быть неотличимо от влияния изменения амплитуд кратных колебаний лопаток. Например, при изменении мощности турбины произойдет закручивание участка вала между сечениями, где установлены корневые и периферийные датчики, а также статическая деформация ротора и деталей статора, к которым крепятся датчики; изменение температуры масла в подшипниках вызовет изменение всплытия ротора на масляной пленке, эквивалентное разному угловому смещению для корневых и периферийных датчиков, расположенных даже в одном поперечном сечении ротора, но на разных радиусах и т.д. Большая часть этих изменений не повлияет на показания датчиков, если вместо корневого использовать второй периферийный датчик, расположенный рядом с первым на окружном расстоянии, меньшем шага рабочих лопаток. При этом начало отсчета будет соответствовать прохождению мимо сердечника первого по вращению датчика магнита, расположенного в бандажной полке, например, n-й лопатки, а конец отсчета - прохождению этого магнита мимо сердечника второго датчика. Известно, что для бандажированных лопаток наибольшую опасность представляют совместные колебания лопаточного венца с различными числами узловых диаметров [3; с. 535, 653], при которых периферийные сечения лопаток перемещаются, в основном в аксиальном направлении. При таких колебаниях установка поперечного сечения сердечника одного из периферийных датчиков под углом α к оси турбины, а другого - под углом -α приведет к удвоению полезного сигнала как при замере срывных, так и кратных колебаний и, кроме того, при замере кратных колебаний будет ликвидировано влияние на показания датчиков изменения закрутки ротора турбины, его всплытия на масляной пленке и статической деформации ротора и деталей статора, на которых закреплены датчики.1. Theoretically, there is the possibility of measuring changes in the amplitudes of multiple vibrations when placing several peripheral sensors around the circumference of the wheel. As a rule, the “dangerous” multiplicity of oscillations of the blades at the working revolutions (k) is known, but the initial phase angle of the oscillatory process (α ₁ ) is unknown. In this case, to determine the amplitude and phase angle, it is sufficient to install two peripheral sensors at a circumferential distance less than that, during the passage of which the blade makes half the oscillation period [1; with. 49]. In practice, however, a change in the amplitudes of multiple vibrations can occur during hours, days, or even weeks of operation (and a certain change in the natural frequencies of the blades, accompanied by a change in the amplitudes of multiple vibrations, can occur during several years of operation). Naturally, what will happen during this time is a whole series of other changes in the turbine operation parameters, the influence of which on the sensor readings can be indistinguishable from the effect of changing the amplitudes of multiple vibrations of the blades. For example, when changing the power of the turbine, the shaft section will twist between the sections where the root and peripheral sensors are installed, as well as the static deformation of the rotor and stator parts to which the sensors are attached; a change in the temperature of the oil in the bearings will cause a change in the ascent of the rotor on the oil film, equivalent to a different angular displacement for root and peripheral sensors located even in the same cross section of the rotor, but at different radii, etc. Most of these changes will not affect the readings of the sensors if, instead of the root, use a second peripheral sensor located next to the first at a circumferential distance smaller than the pitch of the working blades. In this case, the reference point will correspond to the passage by the core of the first magnetically rotated sensor located in the retaining shelf, for example, of the nth blade, and the end of the reference will correspond to the passage of this magnet past the second sensor core. It is known that for bandaged blades the greatest danger is represented by joint vibrations of the blade rim with different numbers of nodal diameters [3; with. 535, 653], in which the peripheral sections of the blades move, mainly in the axial direction. With such fluctuations, setting the core cross section of one of the peripheral sensors at an angle α to the turbine axis, and the other at an angle -α, will double the useful signal when measuring stall and multiple vibrations and, in addition, when measuring multiple vibrations it will be eliminated the effect on the readings of the sensors of the change in the spin of the turbine rotor, its ascent on the oil film and the static deformation of the rotor and the stator parts on which the sensors are mounted.

2. Хотя установка второго периферийного датчика вместо корневого устранит вредное влияние изменения большинства параметров турбины, не связанных с колебаниями лопаток, однако на результаты измерений даже в этом случае, помимо изменения амплитуд кратных колебаний лопаток, может повлиять осевое смещение ротора относительно датчиков, а также изменение оборотной вибрации ротора (если угол наклона упругой оси ротора при колебаниях в месте установки исследуемого лопаточного венца не равен нулю). Если за нулевые принять первоначальные показания датчиков (например, при расчетном режиме работы хорошо отбалансированной турбины или на проходных оборотах), то при изменении режима работы турбины изменение осевого положения магнита, расположенного в бандажной полке n-й лопатки, в различных точках окружности будет описываться формулой A(φ) = A₀+A₁sin(kφ+α₁), где A₀- определяется осевым смещением ротора относительно датчиков за время после первого замера и изменением за это же время оборотной вибрации ротора, если его центр тяжести в сечении, где установлены лопатки, описывает круговую траекторию [4, с. 309]; A₁- определяется изменением амплитуды колебаний лопаток с частотой kω, ω - частота вращения ротора турбины, α₁ - начальная фаза колебаний, φ - угол, отсчитываемый в окружном направлении от произвольного начального радиуса ( 0≤φ≤2π при совершении ротором одного полного оборота). Как видно, при заранее известной кратности колебаний k имеются три неизвестные величины (A₀, A₁, α₁ ) и для их нахождения необходимо определить осевое отклонение магнита (т.е. бандажной полки n-й лопатки) в трех точках окружности, при прохождении которых лопатка совершает менее чем одно полное колебание. Именно это обстоятельство объясняет необходимость установки трех пар периферийных датчиков в точках окружности, указанных в формуле изобретения. Для того чтобы найти изменение уровня оборотной вибрации ротора, необходимо определить изменение величины A₀ для различных лопаток на колесе.2. Although the installation of a second peripheral sensor instead of the root one will eliminate the harmful effect of changes in most turbine parameters that are not related to blade vibrations, however, even in this case, in addition to changing the amplitudes of multiple blade vibrations, the axial displacement of the rotor relative to the sensors, as well as the change reverse rotor vibration (if the angle of inclination of the elastic axis of the rotor during fluctuations in the installation location of the investigated blade rim is not equal to zero). If we take the initial readings of the sensors as zero (for example, when the design mode of operation of a well-balanced turbine or at through-pass revolutions), then when the mode of operation of the turbine changes, the axial position of the magnet located in the retaining shelf of the nth blade at different points of the circle will be described by the formula A (φ) = A ₀ + A ₁ sin (kφ + α ₁ ), where A ₀ - is determined by the axial displacement of the rotor relative to the sensors during the time after the first measurement and by the change in the same time of the rotary vibration of the rotor, if its center of gravity is in cross section, where the blades are installed, describes a circular path [4, p. 309]; A ₁ - is determined by the change in the amplitude of the oscillations of the blades with a frequency kω, ω is the frequency of rotation of the turbine rotor, α ₁ is the initial phase of the oscillations, φ is the angle measured in the circumferential direction from an arbitrary initial radius (0≤φ≤2π when the rotor makes one full revolution ) As can be seen, for a predetermined multiplicity of oscillations k, there are three unknown quantities (A ₀ , A ₁ , α ₁ ) and to find them, it is necessary to determine the axial deviation of the magnet (i.e., the retaining shelf of the nth blade) at three points of the circle, for the passage of which the scapula makes less than one complete oscillation. It is this circumstance that explains the need to install three pairs of peripheral sensors at the points of the circle indicated in the claims. In order to find the change in the level of the rotary vibration of the rotor, it is necessary to determine the change in the value of A ₀ for various blades on the wheel.

3. При неравной жесткости опор ротора в поперечном и вертикальном направлениях центр тяжести поперечного сечения вибрирующего ротора описывает эллиптическую траекторию [4; с. 315]. При переходе к системе координат, связанной с вращающимся ротором, легко показать, что различные точки ротора (и в том числе лопатки) в данном случае будут иметь составляющую колебаний с частотой 2ω. Если, как это обычно бывает, угол наклона упругой оси колеблющегося ротора в сечении, где расположен диск с исследуемыми бандажированными лопатками, отличен от нуля, то колебания с частотой 2ω будут сопровождаться осевыми смещениями бандажных полок лопаток, изменяющимися при перемещении n-й лопатки по окружности колеса по закону A₂sin(2φ+α₂). Т.о., полное изменение осевого положения магнита, расположенного в бандажной полке n-й лопатки, в различных точках окружности при k ≥ 3 будут описываться формулой: A(φ) = A₀+A₁sin(kφ+α₁)+A₂sin(2φ+α₂) и для определения 5 неизвестных величин (A₀, A₁, A₂ α₁,α₂ ) необходимо произвести замеры в 5 точках по окружности, т.е. установить 5 пар периферийных датчиков, как и указано в п. 3 формулы изобретения.3. With unequal stiffness of the rotor bearings in the transverse and vertical directions, the center of gravity of the cross section of the vibrating rotor describes an elliptical trajectory [4; with. 315]. When passing to the coordinate system associated with a rotating rotor, it is easy to show that different points of the rotor (including the blades) in this case will have a vibration component with a frequency of 2ω. If, as is usually the case, the angle of inclination of the elastic axis of the oscillating rotor in the section where the disk with the studied bandaged blades is located is nonzero, then oscillations with a frequency of 2ω will be accompanied by axial displacements of the banding shelves of the blades that change when the nth blade is moved around the circumference wheels according to the law A ₂ sin (2φ + α ₂ ). Thus, a complete change in the axial position of the magnet located in the retaining shelf of the nth blade at different points of the circle for k ≥ 3 will be described by the formula: A (φ) = A ₀ + A ₁ sin (kφ + α ₁ ) + A ₂ sin (2φ + α ₂ ) and to determine 5 unknown quantities (A ₀ , A ₁ , A ₂ α ₁ , α ₂ ) it is necessary to measure at 5 points around the circumference, i.e. install 5 pairs of peripheral sensors, as described in paragraph 3 of the claims.

Оптимальность предлагаемых в изобретении углов установки поперечных сечений сердечников периферийных датчиков, числа пар датчиков и мест их расположения объясняются следующими причинами. The optimality of the installation angles of the cross-sectional angles of the cores of the peripheral sensors, the number of pairs of sensors and their locations are explained by the following reasons.

1. В [2] была обоснована оптимальность установки периферийного датчика таким образом, чтобы угол α между осью наименьшей жесткости поперечного сечения сердечника датчика и осью турбины заключался в диапазоне 30^o ≤ α ≤ 60^o. При установке сердечника второго периферийного датчика под углом -α к оси турбины и смещении бандажной полки лопатки с магнитом на величину ΔA в осевом направлении изменение пути, проходимого магнитом между сердечниками периферийных датчиков (ΔU) составит ΔU = 2ΔAtgα (фиг. 3). Если бы ось наименьшей жесткости поперечного сечения сердечника второго датчика совпадала с осью турбины (α = 0) или использовался корневой датчик, то величина ΔU оказалась бы равной ΔU = ΔAtgα, т.е. указанная в формуле изобретения установка поперечного сечения сердечника второго датчика под углом -α к оси турбины приводит к увеличению полезного сигнала в 2 раза, что особенно важно для повышения точности замеров при относительно малых амплитудах колебаний лопаток. Если же, как это предполагается в [2] для замера взаимного тангенциального смещения соседних лопаток, установить оба периферийных датчика таким образом, чтобы оси наименьшей жесткости поперечных сечений сердечников совпадали с осью турбины, то величина ΔU оказалась бы равной нулю, т.е. полезный сигнал вообще бы не был зарегистрирован. К такому же результату, как следует из фиг. 3, привела бы и установка поперечных сечений сердечников обоих датчиков под одинаковым углом α к оси турбины.1. In [2], the optimality of installing a peripheral sensor was substantiated so that the angle α between the axis of least rigidity of the transverse section of the sensor core and the axis of the turbine was in the range of 30 ^o ≤ α ≤ 60 ^o . When installing the core of the second peripheral sensor at an angle -α to the axis of the turbine and shifting the retaining band of the blade of the blade with the magnet by ΔA in the axial direction, the change in the path traveled by the magnet between the cores of the peripheral sensors (ΔU) will be ΔU = 2ΔAtgα (Fig. 3). If the axis of least stiffness of the cross section of the core of the second sensor coincided with the axis of the turbine (α = 0) or a root sensor were used, then ΔU would be equal to ΔU = ΔAtgα, i.e. the cross-section of the core of the second sensor indicated in the claims at an angle -α to the axis of the turbine leads to an increase in the useful signal by a factor of 2, which is especially important for increasing the accuracy of measurements at relatively small vibration amplitudes of the blades. If, as is assumed in [2], to measure the mutual tangential displacement of adjacent blades, install both peripheral sensors so that the axes of least stiffness of the core cross-sections coincide with the axis of the turbine, then ΔU would be equal to zero, i.e. a useful signal would not be recorded at all. To the same result, as follows from FIG. 3, the installation of cross-sections of the cores of both sensors at the same angle α to the axis of the turbine would also lead.

2. Если опоры ротора обладают одинаковой жесткостью в вертикальном и поперечном направлениях и достаточно ограничиться установкой трех пар периферийных датчиков, то их размещение на расстоянии 1/3k длины окружности друг от друга позволит выделить постоянную составляющую осевого смещения бандажной полки n-й лопатки (A₀) без каких-либо пересчетов. Действительно, введя обозначение A(φ_i) = A₀+A₁sin(kφ_i+α₁) и произведя замеры в точках φ₁= 0; φ₂= 2π/3k; φ₃= 4π/3k, легко показать что A₀= (A(φ₁)+A(φ₂)+A(φ₃))/3.
3. Если опоры ротора обладают различной жесткостью в вертикальном и поперечном направлениях и необходимо использовать показания пяти пар периферийных датчиков, то их размещение в местах, указанных в формуле изобретения, позволит значительно упростить вычисление искомых величин. Введя обозначения A(φ_i) = A₀+A₁sin(kφ_i+α₁)+A₂sin(2φ_i+α₂) и используя результаты замеров в точках φ₁= 0; φ₂= 2π/3k; φ₃= 4π/3k; φ₄= 2π/k; φ₅= 4π/k, где k ≥ 3, легко показать, что величины A₂, α₂ и A₀ ^* = A₀ + A₁ sin α₁ могут быть найдены при использовании только значений A(φ₁),A(φ₄),A(φ₅). Затем, с учетом этих данных, величины A₀, A₁ и α₁ могут быть найдены по значениям A(φ₁),A(φ₂),A(φ₃).
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображены предлагаемое устройство и рабочее колесо с бандажированными лопатками; на фиг. 2 - бандажная полка лопатки с расположенным в ней магнитом в немагнитном корпусе; на фиг. 3 - схема расположения одной пары периферийных датчиков, а также исходное и измененное положение магнита; на фиг. 4 и 5 показано изменение за оборот осевого положения магнита, установленного в бандажной полке n-ой лопатки, при различном характере вибрации ротора, а также места расположения трех и пяти пар периферийных датчиков /на фиг. 1 и 5 в качестве примера показаны места расположения пяти пар периферийных датчиков, соответствующие случаю, когда лопатка совершает 4 колебания за оборот/.2. If the rotor bearings have the same stiffness in the vertical and transverse directions and it is enough to limit ourselves to installing three pairs of peripheral sensors, then their placement at a distance of 1 / 3k of the circumference from each other will allow us to isolate the constant component of the axial displacement of the retaining shelf of the nth blade (A ₀ ) without any recounts. Indeed, introducing the notation A (φ _i ) = A ₀ + A ₁ sin (kφ _i + α ₁ ) and taking measurements at the points φ ₁ = 0; φ ₂ = 2π / 3k; φ ₃ = 4π / 3k, it is easy to show that A ₀ = (A (φ ₁ ) + A (φ ₂ ) + A (φ ₃ )) / 3.
3. If the rotor bearings have different stiffness in the vertical and transverse directions and it is necessary to use the readings of five pairs of peripheral sensors, then their placement in the places indicated in the claims will greatly simplify the calculation of the desired values. Introducing the notation A (φ _i ) = A ₀ + A ₁ sin (kφ _i + α ₁ ) + A ₂ sin (2φ _i + α ₂ ) and using the measurement results at the points φ ₁ = 0; φ ₂ = 2π / 3k; φ ₃ = 4π / 3k; φ ₄ = 2π / k; φ ₅ = 4π / k, where k ≥ 3, it is easy to show that the quantities A ₂ , α ₂ and A ₀ ^* = A ₀ + A ₁ sin α ₁ can be found using only the values A (φ ₁ ), A ( φ ₄ ), A (φ ₅ ). Then, taking into account these data, the values of A ₀ , A ₁ and α ₁ can be found from the values of A (φ ₁ ), A (φ ₂ ), A (φ ₃ ).
The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the proposed device and the impeller with bandaged blades; in FIG. 2 - retaining shelf of the blade with a magnet located in it in a non-magnetic body; in FIG. 3 - layout of one pair of peripheral sensors, as well as the initial and changed position of the magnet; in FIG. 4 and 5 show the change per revolution of the axial position of the magnet installed in the retaining shelf of the n-th blade, with a different nature of the vibration of the rotor, as well as the location of three and five pairs of peripheral sensors / in FIG. 1 and 5 as an example, the locations of five pairs of peripheral sensors are shown corresponding to the case when the blade makes 4 oscillations per revolution /.

Устройство для замера колебаний бандажированных лопаток турбины /фиг. 1/ содержит установленные в корпусе турбины оборотный датчик 1 и над бандажными полками 2 лопаток 3 два периферийных датчика 4, 5, регистрирующую и анализирующую аппаратуру 6, связанную с датчиками 1, 4, 5, магниты 7 /фиг. 2/ в немагнитных корпусах 8, размещенных в бандажных полках 2 лопаток 3. Датчики 4, 5, образующие первую пару периферийных датчиков, содержат соответственно сердечники 9, 10 и корпуса 11, 12 /фиг. 3/. Поперечное сечение сердечников 9, 10 имеет форму вытянутого прямоугольника с отношением сторон 10 ≥ b/a ≥ 3, где a и b - соответственно ширина и длина поперечного сечения сердечника. При этом угол α между осью наименьшей жесткости поперечного сечения сердечника датчика 4 и осью турбины заключен в диапазоне 30^o ≤ α ≤ 60^o, а ось наименьшей жесткости поперечного сечения сердечника датчика 5 расположена под углом -α к оси турбины. Окружное расстояние между датчиками 4 и 5 меньше шага рабочих лопаток 3. Кроме того, устройство содержит дополнительно четыре пары периферийных датчиков, аналогичных по конструкции и размещению датчиков в паре относительно друг друга первой паре датчиков 4, 5. При этом окружное расстояние от первой до второй, от второй до третьей пары датчиков составляет 1/3k длины окружности, от первой до четвертой пары датчиков - 1/k длины окружности, а от первой до пятой пары датчиков - 2/k длины окружности, при k ≥ 3.Device for measuring vibrations of bandaged turbine blades / Fig. 1 / contains a rotary sensor 1 installed in the turbine housing and above the retaining shelves 2 of the blades 3 two peripheral sensors 4, 5, recording and analyzing equipment 6, connected with sensors 1, 4, 5, magnets 7 / Fig. 2 / in non-magnetic housings 8, placed in the retaining shelves of the 2 blades 3. The sensors 4, 5, forming the first pair of peripheral sensors, respectively contain cores 9, 10 and the housing 11, 12 / Fig. 3 /. The cross section of the cores 9, 10 has the shape of an elongated rectangle with an aspect ratio of 10 ≥ b / a ≥ 3, where a and b are the width and length of the cross section of the core, respectively. The angle α between the axis of least rigidity of the cross section of the core of the sensor 4 and the axis of the turbine is in the range of 30 ^o ≤ α ≤ 60 ^o , and the axis of least rigidity of the cross section of the core of the sensor 5 is located at an angle -α to the axis of the turbine. The circumferential distance between the sensors 4 and 5 is less than the pitch of the working blades 3. In addition, the device additionally contains four pairs of peripheral sensors, similar in design and placement of the sensors in pair with each other, the first pair of sensors 4, 5. In this case, the circumferential distance from the first to the second , from the second to third pair of sensors is 1 / 3k of circumference, from the first to fourth pair of sensors is 1 / k of circumference, and from the first to fifth pair of sensors is 2 / k of circumference, for k ≥ 3.

Замер колебаний лопаток осуществляется следующим образом. Во время монтажа турбины или ее ремонта устанавливаются магниты 7 в немагнитных корпусах 8 в бандажных полках 2 лопаток 3 и, в общем случае, пят пар периферийных датчиков в корпусе турбины /на чертеже не показан/. Кроме того, устанавливают оборотный датчик 1 в корпусе турбины или в корпусе подшипника, конструкция и место расположения датчика описаны в [1, с. 97]. При вращении ротора турбины бандажные полки 2 лопаток 3 с расположенными в них магнитами 7 проходят мимо последовательно расположенных пар периферийных датчиков и с помощью регистрирующей и анализирующей аппаратуры 6 /например, типа ПОС [5]/ определяются исходные расстояния между двумя датчиками, составляющими каждую из пяти пар. При изменении режима работы турбины, сопровождающегося, в общем случае, изменением осевого положения ротора, а также амплитуд колебаний лопаток и ротора, каждая из этих трех составляющих может быть определена. Изменение показаний любой одной пары периферийных датчиков на протяжении нескольких оборотов может быть использовано для определения амплитуд срывных или автоколебаний лопаток, когда отношение частоты колебаний лопатки к частоте вращения ротора не составляет целого числа и за несколько последующих оборотов лопатка будет подходить к каждой паре датчиков с различными фазами колебаний. При этом величина полезного сигнала будет в два раза больше, чем при обычном методе замеров, а влияние изменения параметров работы турбины - меньше. Как ясно из изложенного выше, предлагаемое устройство может быть использовано не только для замера амплитуд колебаний бандажированных лопаток, но и для определения относительного осевого перемещения ротора в сечении, где установлены датчики, а также для контроля качества балансировки ротора путем замера амплитуды оборотной вибрации ротора в сечении, где расположены бандажированные лопатки. Measurement of vibrations of the blades is as follows. During the installation of the turbine or its repair, magnets 7 are installed in non-magnetic housings 8 in the retaining shelves 2 of the blades 3 and, in the general case, five pairs of peripheral sensors in the turbine housing / not shown /. In addition, a rotary sensor 1 is installed in the turbine housing or in the bearing housing, the design and location of the sensor are described in [1, p. 97]. When the turbine rotor rotates, the retaining shelves 2 of the blades 3 with the magnets 7 located in them pass by successively arranged pairs of peripheral sensors and using the recording and analyzing equipment 6 / for example, POS type [5] /, the initial distances between two sensors, each of five steam When changing the turbine operating mode, accompanied, in the general case, by changing the axial position of the rotor, as well as the oscillation amplitudes of the blades and the rotor, each of these three components can be determined. Changing the readings of any one pair of peripheral sensors over several revolutions can be used to determine the amplitudes of stall or auto-oscillations of the blades, when the ratio of the oscillation frequency of the blade to the rotational speed of the rotor is not an integer and for several subsequent revolutions the blade will fit each pair of sensors with different phases fluctuations. In this case, the value of the useful signal will be two times larger than with the usual measurement method, and the influence of changes in the turbine operation parameters will be less. As is clear from the above, the proposed device can be used not only to measure the amplitudes of vibrations of the retained blades, but also to determine the relative axial displacement of the rotor in the section where the sensors are installed, as well as to control the quality of the balancing of the rotor by measuring the amplitude of the rotor vibration of the rotor in the section where the bandaged shoulder blades are located.

Источники информации
1. Заблоцкий И. Е., Коростлев А.Ю., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. - М.: Машиностроение, 1977, 160 с.Sources of information
1. Zablotsky I.E., Korostlev A.Yu., Shipov R.A. Non-contact measurements of the vibrations of the blades of turbomachines. - M.: Mechanical Engineering, 1977, 160 p.

2. Патент РФ N 2063519, F 01 D 25/06, 1996. 2. RF patent N 2063519, F 01 D 25/06, 1996.

3. Левин А.В., Боришанский К.Н., Консон Е.Д., Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин. - Л.: Машиностроение, 1981, 710 с. 3. Levin AV, Borishansky KN, Konson ED, Strength and vibration of the blades and disks of steam turbines. - L .: Engineering, 1981, 710 p.

4. Траупель В. Тепловые турбомашины. Т. II. - М.: Госэнергоиздат, 1963, 360 с. 4. Traupel V. Thermal turbomachines. T. II. - M.: Gosenergoizdat, 1963, 360 p.

5. Кулаичев А. П. Анализ сигналов в технических приложениях. Мир ПК. 1994, - N 2, с. 101-104. 5. Kulachev A. P. Signal analysis in technical applications. PC world. 1994, - N 2, p. 101-104.

Claims

1. A device for measuring the amplitudes of vibrations of bandaged rotor blades of a turbine by the discrete-phase method, containing magnets in non-magnetic housings located within the band of shelving blades of the blades, as well as three stationary induction sensors connected to the recording and analyzing equipment, one of which is reverse, the second is peripheral mounted over the shroud shelves of the blades, and the cross section of the core of the second sensor has the shape of an elongated rectangle with an aspect ratio of 10 ≥ b / a ≥ 3, where a and b are respectively natural width and length of the cross section of the core, and the angle α between the axis of the lower stiffness of the cross-section of the core and the turbine axis lies in the range 30 ^o ≤ α ≤ 60 ^o, and the third sensor, the construction similar to the peripheral and also mounted on the shroud flange blades, wherein that the angle between the axis of least rigidity of the transverse core of the third sensor and the axis of the turbine is -α, and the circumferential distance between the second and third sensors is less than the pitch of the blades.

2. The device according to claim 1, characterized in that two additional pairs of sensors are installed above the retaining shelves of the blades, similar in design to the first pair of sensors above the retaining shelves, and the circumferential distance between adjacent pairs of sensors is 1 / 3k of the circumference, where k is the number scapular vibrations per revolution.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that over the retaining shelves of the blades there are additionally two pairs of sensors, similar in design to the others, at a distance of 1 / k and 2 / k of the circumference from the first pair of sensors with k ≥ 3.