RU2180435C2 - Method determining parameters of vibrations of rotating rotor - Google Patents
Method determining parameters of vibrations of rotating rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2180435C2 RU2180435C2 RU99123378A RU99123378A RU2180435C2 RU 2180435 C2 RU2180435 C2 RU 2180435C2 RU 99123378 A RU99123378 A RU 99123378A RU 99123378 A RU99123378 A RU 99123378A RU 2180435 C2 RU2180435 C2 RU 2180435C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- amplitude
- amplitudes
- vibrations
- side bands
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение способ относится к области техники измерений колебаний вращающегося ротора (прецессионные, осевые и т.п.). The invention relates to the field of technology for measuring oscillations of a rotating rotor (precession, axial, etc.).
При вращении ротора могут возникать его регулярные колебания, которые в ряде случаев приводят к повреждениям машин. Появление колебаний может отражать как определенные режимы эксплуатации, так и дефекты отдельных узлов. В связи с этим, особенно на высокоскоростных центрифугах, есть необходимость регистрации колебаний ротора. When the rotor rotates, its regular vibrations can occur, which in some cases lead to damage to the machines. The appearance of fluctuations can reflect both certain operating modes and defects of individual nodes. In this regard, especially in high-speed centrifuges, there is a need to register rotor vibrations.
Эта проблема может быть решена путем установки специальных датчиков перемещений, вибраций [1]. Обычно параметры центрифуг выбирают такими, чтобы в рабочем диапазоне эксплуатационных параметров колебания с частотой вращения, вызванные дисбалансом, были минимальными, а другие колебания отсутствовали, и в этих центрифугах нет необходимости непрерывного контроля. Поэтому установка на такие центрифуги отдельных датчиков, ведущая к дополнительным затратам, нецелесообразна. К тому же конструкция датчиков может быть достаточно сложной из-за необходимости работы в агрессивных средах, вакууме, при повышенных температурах и т.п. This problem can be solved by installing special displacement sensors, vibrations [1]. Typically, the parameters of the centrifuges are chosen such that in the operating range of the operating parameters, the oscillations with the rotational speed caused by the imbalance are minimal and other vibrations are absent, and there is no need for continuous monitoring in these centrifuges. Therefore, the installation of separate sensors on such centrifuges, leading to additional costs, is impractical. In addition, the design of the sensors can be quite complicated due to the need to work in aggressive environments, vacuum, at elevated temperatures, etc.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является решение [2]. Согласно этому решению на центрифугу устанавливают по меньшей мере один датчик колебаний, причем считают преимуществом установку датчика вне рабочей камеры, т. е. на корпусе. При работе центрифуги проводят частотный анализ сигнала этого датчика. В спектре сигнала датчика колебаний будут присутствовать гармоники с частотой вращения и частотами других колебаний центрифуги. Из спектра выделяют отдельные гармонические колебания и по ним определяют интенсивность (амплитуду) колебаний центрифуги. The closest technical solution to the proposed one is the solution [2]. According to this decision, at least one vibration sensor is installed in the centrifuge, and it is considered advantageous to install the sensor outside the working chamber, i.e., on the housing. During centrifuge operation, a frequency analysis of the signal of this sensor is carried out. The spectrum of the signal of the vibration sensor will contain harmonics with the rotational speed and frequencies of other vibrations of the centrifuge. Separate harmonic vibrations are isolated from the spectrum and the intensity (amplitude) of the centrifuge vibrations is determined from them.
Техническое решение [2] имеет ряд недостатков. Во-первых, необходима установка дополнительного датчика колебаний, приводящая к дополнительным затратам. Во-вторых, рассматривают в спектре только гармоники с частотами выбранных гармонических колебаний, что не позволяет определить вид колебаний и в большинстве случаев имеет низкую чувствительность. В-третьих, датчик располагается фактически вне рабочей камеры и фиксирует колебания корпуса, передаваемые ему ротором через опоры. В этом случае амплитуды гармоник с частотами колебаний хотя и связана с интенсивностью колебаний ротора, однако на эту связь существенно влияет опора, состояние которой может меняться в процессе эксплуатации. The technical solution [2] has several disadvantages. Firstly, it is necessary to install an additional vibration sensor, which leads to additional costs. Secondly, only harmonics with frequencies of selected harmonic oscillations are considered in the spectrum, which does not allow determining the type of oscillations and in most cases has low sensitivity. Thirdly, the sensor is located practically outside the working chamber and captures the vibrations of the housing transmitted to it by the rotor through the supports. In this case, the amplitudes of the harmonics with the oscillation frequencies, although it is related to the intensity of the rotor vibrations, however, this relationship is significantly affected by the support, the state of which can change during operation.
Если датчик колебаний является дополнительным, то датчик скорости вращения есть практически у каждой центрифуги. Наибольшее распространение получили импульсные тахометры угловой скорости, основу которых составляют различные датчики близости или оптические датчики [1]. Для работы этих датчиков требуется, чтобы на вращающемся теле находились в движении одна или несколько меток с резкими изменениями магнитных или оптических свойств. Большинство реальных конструкций таких датчиков чувствительны к изменениям расстояния между их вращающейся и неподвижной частями, что приводит к появлению модуляции основного сигнала датчика, частота которого определяется частотой вращения и числом меток. При наличии колебаний ротора сигнал модулируется частотой колебаний, а уровень модуляции связан с амплитудой колебаний. If the vibration sensor is optional, then practically every centrifuge has a rotation speed sensor. The most widely used are pulsed tachometers of angular velocity, the basis of which are various proximity sensors or optical sensors [1]. For the operation of these sensors, it is required that one or more marks with sharp changes in magnetic or optical properties be in motion on a rotating body. Most of the real designs of such sensors are sensitive to changes in the distance between their rotating and stationary parts, which leads to the appearance of modulation of the main sensor signal, the frequency of which is determined by the speed of rotation and the number of marks. In the presence of rotor oscillations, the signal is modulated by the oscillation frequency, and the modulation level is related to the oscillation amplitude.
Известно, что в спектре сигнала, модулированного по амплитуде или по фазе, около основной частоты на расстояниях модулирующей частоты присутствуют симметричные боковые полосы, при одновременной амплитудно-фазовой модуляции с одинаковой частотой симметрия боковых полос нарушается [3]. It is known that in the spectrum of a signal modulated in amplitude or phase, symmetrical sidebands are present at the distances of the modulating frequency near the fundamental frequency, while the amplitude-phase modulation with the same frequency is accompanied by the symmetry of the sidebands [3].
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в том, чтобы упростить технологию определения амплитуд и вида колебаний ротора центрифуги при одновременном увеличении чувствительности измерений. The technical problem solved by the claimed invention is to simplify the technology for determining the amplitudes and type of vibrations of the centrifuge rotor while increasing the sensitivity of the measurements.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения частоты и интенсивности колебаний центрифуги, включающем получение сигнала датчика колебаний и частотный спектральный анализ этого сигнала для определения интенсивности колебаний, рассматривают в спектре сигналов преимущественно датчиков оборотов частотные составляющие, связанные с амплитудной и фазовой модуляцией, имеющей разный характер при различных видах колебаний ротора, путем измерений амплитуд основной гармоники с частотой Ω и боковых полос с частотами Ω-ωi,Ω+ωi (левая, правая боковые полосы), где ωi - частота i-го вида колебаний.The problem is solved in that in the known method for determining the frequency and intensity of oscillations of a centrifuge, which includes receiving a signal from an oscillation sensor and a frequency spectral analysis of this signal to determine the intensity of oscillations, the frequency components associated with amplitude and phase modulation having different character for different types of oscillations of the rotor, by measuring the amplitudes of the fundamental harmonic with frequency Ω and side bands with frequencies Ω- ω i , Ω + ω i (left, right side bands), where ω i is the frequency of the i-th mode of oscillation.
Уровни и характер модуляции зависят от типов и конструкций датчиков, но во всех случаях в спектрах будут наблюдаться около основной частоты боковые полосы, однозначно связанные с параметрами колебаний, и эта связь может устанавливаться экспериментально или теоретически из рассмотрения схемы движения колеблющейся вращающейся части ротора относительно не вращающегося датчика. The levels and nature of the modulation depend on the types and designs of sensors, but in all cases, side bands that are uniquely associated with vibration parameters will be observed in the spectra near the fundamental frequency, and this relationship can be established experimentally or theoretically from considering the motion pattern of the vibrating rotating part of the rotor relative to the non-rotating sensor.
Для электромагнитных датчиков с изменяемым магнитным сопротивлением типа, изображенного на фиг.1, когда в катушке 1 создается переменная электродвижущая сила за счет вращения связанного с ротором индуктора 2 в поле постоянного магнита 3, в случае осевых колебаний амплитуды левой и правой боковых полос равны, в случае круговых (прецессионных) движений - существенно различны. В зависимости от того, какая из боковых полос в паре (правая или левая) больше, определяют направление прецессионных движений. При больших амплитудах колебаний наблюдаются несколько пар боковых полос. Амплитуда колебаний ротора, в пределах линейной зависимости уровней модуляции от амплитуды колебаний, определяют:
- для осевых колебаний
где АВ - амплитуда осевых колебаний; С - определяемая конструкцией датчика постоянная; U1 - значение первой пары боковых полос; МВ - коэффициент амплитудной модуляции при осевом смещении; U0 - значение основной гармоники,
- для круговых движений
где Ак - амплитуда прецессионных движений; Uп, Uл - значение правой и левой пары боковых полос; Мк, Кк - коэффициенты амплитудной и фазовой модуляций при радиальном смещении.For electromagnetic sensors with variable magnetic resistance of the type shown in figure 1, when a variable electromotive force is created in the coil 1 due to the rotation of the inductor 2 connected to the rotor in the field of the permanent magnet 3, in the case of axial vibrations, the amplitudes of the left and right side bands are equal to in the case of circular (precession) movements - significantly different. Depending on which of the side bands in the pair (right or left) is greater, the direction of precession movements is determined. At large amplitudes of oscillations, several pairs of side bands are observed. The amplitude of the rotor, within the linear dependence of the modulation levels on the amplitude of the oscillations, is determined by:
- for axial vibrations
where And In - the amplitude of the axial vibrations; C is a constant determined by the design of the sensor; U 1 - the value of the first pair of side bands; M B is the coefficient of amplitude modulation at axial displacement; U 0 - the value of the fundamental harmonic,
- for circular movements
where And to - the amplitude of the precession movements; U p , U l - the value of the right and left pair of side bands; M to , To to - the coefficients of the amplitude and phase modulations at a radial displacement.
На фиг.2 приведен спектр сигнала датчика оборотов центрифуги с ротором, совершающим осевые колебания и прецессионные движения в направлении своего вращения. Наличие вертикальных колебаний видно из пары боковых полос с одинаковыми амплитудами U1, а наличие прецессии в направлении вращения ротора видно из пары боковых полос с амплитудами Uп, Uл, где Uп>Uл.Figure 2 shows the signal spectrum of the speed sensor of a centrifuge with a rotor that performs axial vibrations and precession movements in the direction of its rotation. The presence of vertical vibrations is seen from a pair of side strips with the same amplitudes U 1 , and the presence of precession in the direction of rotation of the rotor is seen from a pair of side strips with amplitudes U p , U l , where U p > U l .
На фиг.3 приведен спектр сигнала датчика оборотов центрифуги с ротором, совершающим прецессионные движения. Наличие фазовой модуляции приводит к тому, что в спектрах типа фиг.3 амплитуда, по меньшей мере, одной полосы в первой паре боковых полос Uп или Uл больше амплитуды гармоники Uω с частотой колебаний ω. В случае фиг.3, где амплитуды гармоник изображены в логарифмическом масштабе и значение Uω отмечено пунктирной линией, Uпбольше Uω в ~8 раз, что свидетельствует о таком же увеличении чувствительности предложенного способа.Figure 3 shows the signal spectrum of the speed sensor of a centrifuge with a rotor performing precession movements. The presence of phase modulation leads to the fact that in spectra of the type of FIG. 3, the amplitude of at least one band in the first pair of side bands U p or U l is greater than the harmonic amplitude U ω with an oscillation frequency ω. In the case of Fig. 3, where the amplitudes of the harmonics are shown on a logarithmic scale and the value of U ω is indicated by a dashed line, U p is greater than U ω by ~ 8 times, which indicates the same increase in the sensitivity of the proposed method.
Таким образом, благодаря рассмотрению в спектре сигналов датчиков центрифуги, например датчиков оборотов, вызванных модуляцией сигнала с частотой колебаний центрифуги боковых полос около основной гармоники, улучшается технология определения амплитуд колебаний центрифуги, появляется возможность определения вида колебаний при одновременном повышении чувствительности измерений. Thus, by considering the centrifuge sensors in the signal spectrum, for example speed sensors, caused by the modulation of the signal with the oscillation frequency of the sideband centrifuge near the fundamental, the technology for determining the amplitudes of the centrifuge oscillations improves, and it becomes possible to determine the type of oscillations while increasing the measurement sensitivity.
Источники информации
1. Ж. Аш. Датчики измерительных систем. М.: Мир, 1992г.Sources of information
1. J. Ash. Sensors of measuring systems. M.: Mir, 1992.
2. Патент ФРГ N 4327291, кл. B 04 B 11/04, 1993. 2. The patent of Germany N 4327291, CL B 04 B 11/04, 1993.
3. А. Анго. Математика для электро-и радиоинженеров. М.: Наука, 1965. 3. A. Ango. Mathematics for electrical and radio engineers. M .: Nauka, 1965.
Claims (3)
где AB - амплитуда осевых колебаний ротора;
С - определяемая конструкцией датчика постоянная;
U1 - амплитуда гармоник в первой паре боковых полос;
МB - коэффициент амплитудной модуляции при осевом смещении ротора;
U0 - значение основной, кратной частоте вращения ротора, гармоники.2. The method according to p. 1, characterized in that for the electromagnetic type sensors, when a variable electromotive force is created in the coil due to the rotation of the inductor connected to the rotor in a magnetic field, a signal spectrum is obtained, the sideband values are measured, and if the values in each pair are equal side bands identify the oscillations as axial, calculate the amplitude, according to the formula
where A B is the amplitude of the axial vibrations of the rotor;
C is a constant determined by the design of the sensor;
U 1 - the amplitude of the harmonics in the first pair of side bands;
M B - coefficient of amplitude modulation with axial displacement of the rotor;
U 0 - the value of the main multiple of the rotor speed, harmonic.
где АК - амплитуда прецессионных движений ротора;
UП, UЛ - амплитуды правой и левой гармоник в первой паре боковых полос;
МК, КК - коэффициенты амплитудной и фазовой модуляций при радиальном смещении ротора;
U0 - амплитуда основной, кратной частоте вращения ротора, гармоники.3. The method according to p. 1, characterized in that for the electromagnetic type sensors, when an alternating electromotive force is created in the coil due to rotation of the inductor connected to the rotor in a magnetic field, a signal spectrum is obtained, the amplitudes of the side bands are measured and, with significant differences in the amplitudes of the left and the right components in the pairs of side strips identify the oscillations as precession movements in the direction coinciding or opposite to the direction of rotation of the rotor, and calculate the amplitude of the oscillations of the rotor according to the formula
where A K is the amplitude of the precession movements of the rotor;
U P , U L - the amplitudes of the right and left harmonics in the first pair of side bands;
M K , K K are the coefficients of the amplitude and phase modulations with a radial displacement of the rotor;
U 0 - the amplitude of the main multiple of the rotor speed, harmonic.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99123378A RU2180435C2 (en) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Method determining parameters of vibrations of rotating rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99123378A RU2180435C2 (en) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Method determining parameters of vibrations of rotating rotor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99123378A RU99123378A (en) | 2001-09-10 |
RU2180435C2 true RU2180435C2 (en) | 2002-03-10 |
Family
ID=20226657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99123378A RU2180435C2 (en) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Method determining parameters of vibrations of rotating rotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2180435C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450251C2 (en) * | 2010-07-26 | 2012-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ") | Procedure for determination of module and angle of runout of revolving rotor of gas centrifuge |
-
1999
- 1999-11-05 RU RU99123378A patent/RU2180435C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450251C2 (en) * | 2010-07-26 | 2012-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ") | Procedure for determination of module and angle of runout of revolving rotor of gas centrifuge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR0139643B1 (en) | Nonsynchronous turbine blade vibration monitoring system | |
EP2275776B1 (en) | Method and apparatus for measuring turbine blade tip clearance | |
JP4889633B2 (en) | Method for detecting gap size of radial gap in fluid machine, device used in the method, and fluid machine using the device | |
CN105426644B (en) | Modal damping recognition methods, device and system | |
GB2374670A (en) | Vibration analysis of rotating blades using timing probe and single strain gauge | |
CN102047084B (en) | Method for monitoring electrodynamic motor | |
CA2278699A1 (en) | Multiple sensor apparatus and method for monitoring turbomachines | |
CN106568565A (en) | Rotating machine vibration on-line monitoring device and rotating machine vibration on-line monitoring method | |
Di Maio et al. | Experimental measurements of out-of-plane vibrations of a simple blisk design using Blade Tip Timing and Scanning LDV measurement methods | |
US6668651B2 (en) | Method for contactless measuring of vibrations of a rotating body | |
RU2180435C2 (en) | Method determining parameters of vibrations of rotating rotor | |
US8854052B2 (en) | Sensor assembly and method of measuring the proximity of a machine component to a sensor | |
JP2004053383A (en) | Measuring instrument for measuring axial torsional vibration in internal pump | |
CN105934657B (en) | The component for being used to measure the vibration that rotating vane is born of turbogenerator | |
CN106840370B (en) | Device and method for measuring resonant frequency of optical fiber interference detector | |
KR100203178B1 (en) | Torsional vibration measuring device of crank shaft | |
JP2004132821A (en) | Method for measuring vibration of rotary vane | |
WO2011012843A1 (en) | Proximity sensor | |
Cermak et al. | Capacitive sensor for relative angle measurement | |
RU2229104C1 (en) | Method establishing parameters of vibrations of blades of turbomachines | |
SU1434307A1 (en) | Method of monitoring the bearings of an electric motor | |
RU2207524C1 (en) | Method for determining amplitude of oscillations of turbomachine blade | |
Marioli et al. | A system for the generation of static and very low-frequency reference accelerations | |
RU2244272C1 (en) | Method for metering vibration amplitudes of turbomachine blades | |
CN206601180U (en) | A kind of optical fiber interference type wave detector resonant frequency measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |