RU2207523C1 - Method for determining parameters of oscillations of blades of rotating impeller of turbomachine and apparatus for performing the same - Google Patents
Method for determining parameters of oscillations of blades of rotating impeller of turbomachine and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2207523C1 RU2207523C1 RU2001128679/28A RU2001128679A RU2207523C1 RU 2207523 C1 RU2207523 C1 RU 2207523C1 RU 2001128679/28 A RU2001128679/28 A RU 2001128679/28A RU 2001128679 A RU2001128679 A RU 2001128679A RU 2207523 C1 RU2207523 C1 RU 2207523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- autodyne
- signal
- turbomachine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для измерения фазы, частоты и амплитуды колебаний лопаток турбомашин и может быть использовано в турбомашиностроении для бесконтактного измерения параметров колебаний лопаток, для индикации усталостной прочности материала лопаток, предупреждения повреждения или обрыва лопаток. The invention is intended to measure the phase, frequency and amplitude of oscillation of the blades of turbomachines and can be used in turbomachinery for non-contact measurement of the parameters of oscillations of the blades, to indicate the fatigue strength of the material of the blades, to prevent damage or breakage of the blades.
Известен способ определения колебательной скорости лопаток турбомашин и устройство для его осуществления (авторское свидетельство СССР 771477, бюл. 38, 1980), заключающийся в том, что измеряют окружное расстояние между двумя бесконтактными импульсными датчиками положения, установленными по окружности в плоскости вращения рабочего колеса, измеряют временные интервалы между импульсами датчиков и аналитически вычисляют колебательные скорости лопаток. A known method for determining the vibrational speed of the blades of turbomachines and a device for its implementation (USSR author's certificate 771477, bull. 38, 1980), which consists in measuring the circumferential distance between two non-contact pulse position sensors installed around the circumference in the plane of rotation of the impeller, measure the time intervals between the pulses of the sensors and analytically calculate the vibrational speeds of the blades.
Недостатком известного способа и устройства, его реализующего, является невысокая точность измерений вследствие использования косвенных зависимостей между информационным измеряемым параметром и временными положениями импульсов датчиков, низкая информативность измерений. A disadvantage of the known method and device that implements it is the low measurement accuracy due to the use of indirect dependencies between the measured information parameter and the temporary positions of the sensor pulses, low information content of the measurements.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения параметров колебаний лопаток турбомашины (Заблоцкий И. Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М., "Машиностроение". 1977, с. 33-34, 125-134; авторское свидетельство СССР 236827, бюл. 7, 1969), заключающийся в том, что устанавливают в корпусе турбомашины в плоскости вращения рабочего колеса два импульсных бесконтактных датчика, измеряют временные интервалы между импульсами датчиков и по ним вычисляют аналитически амплитуды скоростей и перемещений торцов лопаток, затем также аналитически определяют частоту колебаний лопаток. The closest in technical essence to the present invention is a method for determining the parameters of the oscillations of the blades of a turbomachine (Zablotsky I.E., Korostelev Yu.A., Shipov R.A. Non-contact measurement of vibrations of the blades of a turbomachine. M., "Mechanical Engineering". 1977, p. 33-34, 125-134; USSR author's certificate 236827, bull. 7, 1969), which consists of installing two pulsed proximity sensors in the turbomachine housing in the plane of rotation of the impeller, measuring the time intervals between the pulses of the sensors and calculating them analyticallyspeeds and amplitudes of movement of the ends of the blades, then also analytically determine the frequency of oscillations of the blades.
Известный способ осуществляется устройством (Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю. А. , Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М., "Машиностроение", 1977, с. 33-34, 125-134; авторское свидетельство СССР 236827, бюл. 7, 1969), содержащим блок периферийных датчиков, оборотный и корневой датчики, блок преобразования временных интервалов в код, блок управления, выходной регистр и электронную вычислительную машину. The known method is carried out by the device (Zablotsky I.E., Korostelev Yu.A., Shipov R.A. Non-contact measurement of vibrations of turbomachine blades. M., "Mechanical Engineering", 1977, pp. 33-34, 125-134; USSR copyright certificate 236827, bull. 7, 1969), containing a block of peripheral sensors, a rotary and root sensors, a block for converting time intervals into code, a control unit, an output register, and an electronic computer.
Недостатками известного способа и устройства, его реализующего, являются методически обусловленные низкая точность, достоверность и небольшой диапазон измерений (первые две, три формы колебаний), поскольку измеряемый параметр обратно пропорционален квадрату величины окружной скорости лопаток. The disadvantages of the known method and device that implements it are methodically due to low accuracy, reliability and a small measurement range (the first two, three forms of oscillations), since the measured parameter is inversely proportional to the square of the peripheral speed of the blades.
В основу изобретения поставлена задача увеличения точности, достоверности, расширения диапазона измерений фазы, частоты и амплитуды колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины. The basis of the invention is the task of increasing accuracy, reliability, expanding the measurement range of the phase, frequency and amplitude of the oscillation of the blades of a rotating wheel of a turbomachine.
Для достижения поставленной цели в способе определения частоты и амплитуды колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины устанавливают в корпусе турбомашины неподвижный бесконтактный датчик, согласно изобретению отличающемся тем, что бесконтактный датчик выполняют в виде автодинного СВЧ преобразователя, например, на основе диода Ганна (Воторопин С.Д., Носков В. Я. Приемопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. Вып. 4(458), 1993), ориентируют его в плоскости вращения лопаточного колеса или в параллельной ей плоскости таким образом, чтобы ось диаграммы направленности излучения автодинного преобразователя была перпендикулярна геометрической оси периферийной части плоскости пера лопатки, на неподвижном узле турбомашины устанавливают оборотный датчик и напротив него на ее роторе оборотную метку, регистрируют с помощью автодинного преобразователя сигнал с доплеровским изменением частоты, детектируют сигнал по амплитуде и компарируют его для формирования синхронизирующих импульсов, соответствующих конкретным лопаткам, формируют на основании импульсов оборотного датчика сигнал опорной частоты, пропорциональной частоте вращения ротора для обеспечения работы синхронного детектора, детектируют частотно-модулированный доплеровский сигнал автодинного преобразователя с помощью синхронного детектора и выделяют компоненту, соответствующую колебательному процессу лопатки, а затем по параметрам продетектированного сигнала аналитически определяют фазу, частоту и амплитуду колебаний каждой лопатки вращающегося колеса турбомашины. To achieve this goal in a method for determining the frequency and amplitude of oscillation of the blades of a rotating wheel of a turbomachine, a fixed contactless sensor is installed in the turbomachine housing, according to the invention, characterized in that the contactless sensor is made in the form of an autodyne microwave converter, for example, based on the Gunn diode (Votoropin S.D. , Noskov V. Ya. Transceiver modules on low-current Gunn diodes for autodyne systems. Electronic technology. Ser. Microwave technology. Issue 4 (458), 1993), orient it in the plane of rotation of the shovels wheel or in a plane parallel to it so that the axis of the radiation pattern of the autodyne transducer is perpendicular to the geometrical axis of the peripheral part of the blade plane of the blade, a revolving sensor is installed on the fixed assembly of the turbomachine and a revolving mark is placed on its rotor opposite it, and the signal from Doppler frequency change, the signal is detected in amplitude and comparate it to form synchronizing pulses corresponding to To the retractable blades, on the basis of the pulses of the rotary sensor, a reference frequency signal proportional to the rotor speed is formed to ensure the operation of the synchronous detector, the frequency-modulated Doppler signal of the autodyne converter is detected using a synchronous detector and the component corresponding to the oscillatory process of the blade is selected, and then the parameters of the detected signal are detected analytically determine the phase, frequency and amplitude of vibrations of each blade of a rotating wheel of a turbomachine.
Для реализации способа в известное устройство, содержащее периферийный неподвижный бесконтактный датчик, оборотный неподвижный бесконтактный импульсный датчик (ОД) и электронную вычислительную машину (ЭВМ), дополнительно введены блок регистрации отраженного сигнала (БРОС), вход которого соединен с выходом периферийного датчика, БРОС выполнен в виде автодинного СВЧ преобразователя (АП), например, по типу приемопередающего модуля на диоде Ганна (Воторопин С. Д., Носков В.Я. Приемопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. Вып. 4(458), 1993), усилитель-ограничитель (УО), вход которого подключен к выходу БРОС, синхронный детектор (СД) и амплитудный детектор (АД), входы которых соединены с выходом УО, формирователь импульсов оборотного датчика (ФО), вход которого соединен с выходом ОД, блок преобразования временного интервала в напряжение (БПВИН), вход которого подключен к выходу (ФО), управляемый генератор (УГ), управляющий вход которого соединен с выходом БПВИН, а выход УГ соединен со вторым входом СД, компаратор (К) аналоговых сигналов, вход которого подключен к выходу АД, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого соединен с выходом СД, а управляющий вход подключен к выходу К, цифровые выходы АЦП подключены к первой части входных разрядов цифрового интерфейса ЭВМ, например, PC типа IBM, вторая часть входных разрядов цифрового интерфейса ЭВМ подключена к выходу ФО, а третья часть входных разрядов цифрового интерфейса ЭВМ соединена с выходом К. To implement the method in a known device containing a peripheral stationary non-contact sensor, a revolving stationary non-contact pulse sensor (OD) and an electronic computer (PC), an additional reflected signal recording unit (BROS) is introduced, the input of which is connected to the output of the peripheral sensor, BROS is made in as an autodyne microwave converter (AP), for example, according to the type of a transceiver module on a Gunn diode (Votoropin S.D., Noskov V.Ya. Transceiver modules on low-current Gunn diodes for an autodyne systems.Electronic technology. Ser. Microwave technology.Vyp. 4 (458), 1993), an amplifier-limiter (UO), the input of which is connected to the BROS output, a synchronous detector (LED) and an amplitude detector (AD), the inputs of which are connected with the output of the UO, a pulse shaper of a reverse sensor (FD), the input of which is connected to the output of the OD, a unit for converting the time interval into voltage (BPVIN), the input of which is connected to the output (FD), a controlled generator (UG), the control input of which is connected to the output BPVIN, and the UG output is connected to the second input of the LED, an analog comparator (K) signals, the input of which is connected to the output of the AD, an analog-to-digital converter (ADC), the information input of which is connected to the output of the LED, and the control input is connected to the output K, the digital outputs of the ADC are connected to the first part of the input bits of the digital computer interface, for example, PC type IBM, the second part of the input bits of the digital computer interface is connected to the output of the FD, and the third part of the input bits of the digital computer interface is connected to the output K.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, т.к. авторам не известны способы и устройства, содержащие признаки, фигурирующие в предлагаемом изобретении в качестве отличительных. The proposed technical solution has novelty, because the authors are not aware of methods and devices containing features that are featured in the present invention as distinctive.
Увеличение точности, достоверности, расширение диапазона измерений фазы, частоты и амплитуды колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины, в предлагаемом способе и устройстве, его реализующем, достигается за счет использования автодинного СВЧ преобразователя, регистрацией частотно-модулированного сигнала доплеровской частоты, выделением из частотно-модулированного доплеровского сигнала компоненты, соответствующей колебательному движению лопаток, и аналитической обработкой параметров этой составляющей. The increase in accuracy, reliability, the expansion of the measurement range of the phase, frequency and amplitude of oscillation of the blades of a rotating wheel of a turbomachine, in the proposed method and device that implements it, is achieved through the use of an autodyne microwave converter, registration of a frequency-modulated Doppler frequency signal, isolation from a frequency-modulated Doppler signal component corresponding to the oscillatory motion of the blades, and analytical processing of the parameters of this component.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 и 3 приведены эпюры, поясняющие работу предложенного устройства. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a structural diagram of a device that implements the proposed method; figure 2 and 3 are diagrams explaining the operation of the proposed device.
Определение фазы, частоты и амплитуды колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины по предложенному способу осуществляется следующим образом. The determination of the phase, frequency and amplitude of oscillation of the blades of a rotating wheel of a turbomachine according to the proposed method is as follows.
На диске лопаточного колеса или на роторе турбомашины устанавливают возбудитель оборотной метки в виде, например, металлического штифта, а на неподвижной детали двигателя напротив траектории движения возбудителя устанавливают импульсный бесконтактный датчик, например, емкостного или индуктивного типа, регистрируют электрические импульсы, получаемые в результате взаимодействия возбудителя с импульсным датчиком. Устанавливают в корпусе турбомашины в плоскости вращения лопаточного колеса или в параллельной ей плоскости неподвижный автодинный СВЧ преобразователь, выполненный, например, в виде приемопередающего модуля на диоде Ганна, таким образом, чтобы ось диаграммы направленности излучения автодинного преобразователя была перпендикулярна геометрической оси периферийной части плоскости пера лопатки. On the disk of the blade wheel or on the rotor of the turbomachine, a revolving mark exciter is installed in the form of, for example, a metal pin, and a pulse non-contact sensor, for example, of a capacitive or inductive type, is installed on a stationary part of the engine opposite the path of the path of the exciter, electrical pulses resulting from the interaction of the exciter are recorded with impulse sensor. A fixed autodyne microwave converter is installed in the turbomachine body in the plane of rotation of the blade wheel or in a plane parallel to it, made, for example, in the form of a transceiver module on the Gunn diode, so that the axis of the radiation pattern of the autodyne converter is perpendicular to the geometric axis of the peripheral part of the plane of the blade blade .
Автодинный СВЧ преобразователь - это приемопередающая система, параметры выходного сигнала в которой изменяются под воздействием отраженного излучения, принятого от объекта исследования. Если исследуемый объект перемещается относительно неподвижного автодинного преобразователя, то при автодетектировании в цепи его смещения наблюдается сигнал доплеровской частоты. An autodyne microwave converter is a transceiver system in which the output signal parameters change under the influence of reflected radiation received from the object of study. If the object under study moves relative to the stationary autodyne converter, then during auto-detection, a Doppler frequency signal is observed in its bias circuit.
Регистрируют частотно-модулированный сигнал доплеровской частоты на выходе автодинного преобразователя, ограничивают его по амплитуде и устраняют тем самым паразитную амплитудную модуляцию. Формируют с помощью вспомогательного управляемого генератора сигнал опорной частоты, пропорциональной частоте вращения ротора, для этого преобразуют временной интервал между импульсами оборотного датчика - период вращения ротора - в аналоговое напряжение для управления вспомогательным генератором. Детектируют ограниченный по амплитуде сигнал с помощью синхронного детектора и выделяют тем самым из частотно-модулированного сигнала компоненту, соответствующую колебательному процессу лопатки, а затем по параметрам продетектированного сигнала с помощью ЭВМ аналитически определяют фазу, частоту и амплитуду колебаний каждой лопатки вращающегося колеса турбомашины. Register a frequency-modulated Doppler frequency signal at the output of the autodyne converter, limit it in amplitude and thereby eliminate stray amplitude modulation. A reference frequency signal proportional to the rotor speed is generated with the help of an auxiliary controlled generator; for this, the time interval between the pulses of the revolution sensor — the period of rotation of the rotor — is converted into an analog voltage for controlling the auxiliary generator. A signal with a limited amplitude is detected by means of a synchronous detector, and thereby the component corresponding to the oscillatory process of the blade is extracted from the frequency-modulated signal, and then the phase, frequency and amplitude of oscillations of each blade of the rotating wheel of the turbomachine are analytically determined using a computer.
Известно, что доплеровская частота на выходе автодинного преобразователя
где ω0 - рабочая частота генерации автодинного преобразователя;
с - скорость света в вакууме;
V - мгновенная линейная скорость, в данном случае, периферийной части поверхности лопатки.It is known that the Doppler frequency at the output of an autodyne converter
where ω 0 is the operating frequency of the generation of the autodyne converter;
c is the speed of light in vacuum;
V is the instantaneous linear velocity, in this case, the peripheral part of the surface of the scapula.
При вращении лопаточного колеса мгновенная скорость движения торца лопатки, а соответственно, и доплеровская частота будет складываться из двух составляющих
где VR; ωDR - соответственно мгновенная скорость и доплеровская частота, обусловленная круговым движением торца лопатки, вследствие вращения ротора турбомашины;
VL; ωDL - соответственно мгновенная скорость и доплеровская частота, обусловленная колебательным движением торца лопатки.When the blade wheel rotates, the instantaneous speed of the end face of the blade, and, accordingly, the Doppler frequency, will be composed of two components
where V R ; ω DR is the instantaneous speed and Doppler frequency, respectively, due to the circular motion of the end face of the blade, due to the rotation of the rotor of the turbomachine;
V L ; ω DL is the instantaneous speed and Doppler frequency, respectively, due to the oscillatory motion of the end face of the blade.
Если колебания лопатки близки к гармоническим, то закон движения периферийной части лопатки можно описать уравнением
х=ASin(Ωt+φ),
где А - амплитуда колебаний торца лопатки;
Ω - частота колебаний торца лопатки;
φ - начальная фаза колебаний торца лопатки.If the vibrations of the scapula are close to harmonic, then the law of motion of the peripheral part of the scapula can be described by the equation
x = ASin (Ωt + φ),
where A is the amplitude of the oscillations of the end face of the scapula;
Ω is the frequency of oscillation of the end face of the blade;
φ is the initial phase of oscillation of the end face of the scapula.
Тогда мгновенная скорость колебательного движения торца лопатки
поэтому мгновенная частота выходного сигнала автодинного преобразователя
Для реальных турбоагрегатов доплеровская частота, вызванная окружным движением торца лопатки вследствие вращения ротора турбомашины, имеет порядок нескольких сотен кГц, а доплеровское приращение, вызванное колебательным движением торца лопатки, имеет порядок нескольких сотен Гц, вследствие этого выходной сигнал автодинного преобразователя, в первом приближении, можно считать квазигармоническим и тогда полная фаза выходного сигнала, в соответствии с (Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., "Радио и связь". 1986, с. 82)
поэтому аналитическое выражение информационного сигнала после ограничения по амплитуде - устранения паразитной амплитудной модуляции - принимает следующий вид:
Полученный сигнал можно рассматривать как модулированный по частоте, причем доплеровская частота, обусловленная круговым движением торца лопатки ωDR, связана прямо пропорционально с частотой вращения ротора турбомашины ωR
где R; Tr - радиус и период вращения лопаточного колеса.Then the instantaneous speed of the oscillatory movement of the end face of the scapula
therefore the instantaneous output frequency of the autodyne converter
For real turbine units, the Doppler frequency caused by the circumferential movement of the blade end due to the rotation of the turbomachine rotor is of the order of several hundred kHz, and the Doppler increment caused by the oscillatory movement of the blade end is of the order of several hundreds Hz, as a result, the output signal of the autodyne converter, as a first approximation, can be considered quasi-harmonic and then the full phase of the output signal, in accordance with (Gonorovsky I. S. Radio engineering circuits and signals. M., "Radio and communication". 1986, p. 82)
therefore, the analytical expression of the information signal after limiting in amplitude — eliminating spurious amplitude modulation — takes the following form:
The received signal can be considered as modulated in frequency, and the Doppler frequency due to the circular motion of the blade end face ω DR is directly proportional to the rotational speed of the turbomachine ω R
where R; T r - radius and period of rotation of the blade wheel.
Поэтому, если при синхронном детектировании в качестве опорной частоты использовать величину MωR, то из сигнала s(t) выделяется компонента, содержащая в своем составе параметры колебаний лопатки
Таким образом получается, что действительно в выходном сигнале синхронного детектора содержится информация о начальной фазе, частоте и амплитуде колебаний лопатки.Therefore, if the value Mω R is used as the reference frequency during synchronous detection, then a component is selected from the signal s (t), which contains the parameters of the blade
Thus, it turns out that, in fact, the output signal of the synchronous detector contains information about the initial phase, frequency and amplitude of the blade oscillations.
Устройство для определения фазы, частоты и амплитуды колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины (фиг.1) содержит автодинный СВЧ преобразователь 1, выполненный, например, в виде приемопередающего модуля на основе диода Ганна, который установлен в корпусе 2 турбомашины, блок 3 регистрации отраженного сигнала, выполненный, например, в соответствии с одной из схем, представленных в (Воторопин С. Д., Носков В.Я. Приемопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем. Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. Вып. 4(458), 1993), вход которого подключен к выходу автодинного преобразователя 1, усилитель-ограничитель 4, вход которого соединен с выходом блока 3 регистрации отраженного сигнала, синхронный детектор 5 и амплитудный детектор 6, входы которых подключены к выходу усилителя-ограничителя 4, компаратор 7 аналоговых сигналов, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, возбудитель 8 оборотной метки, установленный на роторе или диске лопаточного колеса, импульсный оборотный датчик 9, установленный на неподвижной детали турбомашины напротив траектории движения возбудителя 8, формирователь 10 импульсов оборотной метки, вход которого подключен к выходу оборотного датчика 9, блок 11 преобразования временного интервала в аналоговое напряжение, вход которого соединен с выходом формирователя 10 оборотной метки, управляемый генератор 12, управляющий вход которого подключен к выходу блока 11 преобразования временного интервала в напряжение, а выход генератора 12 соединен со вторым входом синхронного детектора 5, аналого-цифровой преобразователь 13, информационный вход которого подключен к выходу синхронного детектора 5, а вход синхронизации соединен с выходом компаратора 7, ЭВМ 14, например, типа PC IBM, разряды входного цифрового интерфейса которой распределены на три части, и ко входам первой части подключены цифровые выходы аналого-цифрового преобразователя 13, ко входу второй части подключен выход формирователя 10 оборотной метки, а вход третьей части - синхронизирующий вход - соединяется с выходом компаратора 7, ЭВМ является выходным блоком устройства и позволяет получать, запоминать, обрабатывать по определенному алгоритму входную информацию, хранить и выдавать конечную информацию в необходимом для пользователя виде, отображая, например, полученные результаты на экране монитора. A device for determining the phase, frequency and amplitude of oscillation of the blades of a rotating wheel of a turbomachine (Fig. 1) contains an
Устройство, реализующее предлагаемый способ определения параметров колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины (фиг.1), работает следующим образом. A device that implements the proposed method for determining the vibration parameters of the blades of a rotating wheel of a turbomachine (figure 1), works as follows.
Автодинный преобразователь 1, установленный в корпусе 2 турбомашины, генерирует СВЧ излучение, направленное на периферийную часть плоскости пера лопатки, отраженное от плоскости лопатки излучение воздействует на активный элемент автодинного преобразователя 1 и изменяет его энергетические параметры. Эти изменения регистрируются блоком 3 регистрации отраженного сигнала, таким образом, что выделяется частотно-модулированный сигнал доплеровской частоты на его выходе (фиг.2, сигнал s1), содержащий в своем составе частоту, обусловленную круговым движением лопатки, и составляющую, обусловленную колебательным движением лопатки. Далее этот сигнал поступает на вход усилителя-ограничителя 4, где происходит его усиление и ограничение по амплитуде, и тем самым устраняется паразитная амплитудная модуляция (фиг.2, сигнал s). Ограниченный по амплитуде сигнал поступает на входы синхронного детектора 5 и амплитудного детектора 6. Для формирования синхронизирующих импульсов, соответствующих конкретным лопаткам, сигнал с выхода амплитудного детектора 6 поступает на аналоговый компаратор 7, с выхода которого снимаются прямоугольные импульсы (фиг. 2, сигнал s2), каждый из которых соответствует конкретной лопатке в колесе. Оборотная метка 8, установленная, например, на диске лопаточного колеса, проходя возле импульсного оборотного датчика 9, формирует на его выходе сигнал взаимодействия, который подается на формирователь 10 оборотной метки. Сформированный по амплитуде и длительности прямоугольный импульс далее поступает на вход блока 11 преобразования временного интервала (периода вращения ротора турбомашины) в управляющее напряжение, которое затем подается на управляющий вход управляемого генератора 12 и изменяет частоту на его выходе пропорционально частоте вращения ротора двигателя. Выходные колебания управляемого генератора 12, всегда с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора турбомашины, и являющиеся опорными для синхронного детектирования, поступают на второй вход синхронного детектора 5, в результате детектирования на выходе которого формируется напряжение (фиг.2, сигнал u), отображающее закон колебательного движения лопатки в течение времени существования отраженного излучения от конкретной лопатки, причем параметры этого напряжения содержат информацию о фазе, частоте и амплитуде колебаний лопаток. Далее, напряжение с выхода синхронного детектора подается на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 13, а на его вход синхронизации поступают прямоугольные импульсы с компаратора 7. Аналого-цифровой преобразователь 13 производит преобразование выходного аналогового напряжения синхронного детектора к цифровому виду с привязкой к конкретной лопатке колеса в соответствии с синхронизирующими импульсами компаратора 7. Информационный цифровой код с выхода АЦП 13 поступает на первую часть входных разрядов цифрового интерфейса ЭВМ 14, например, типа PC IBM, на вторую часть входных разрядов цифрового интерфейса ЭВМ подаются прямоугольные импульсы с формирователя оборотной метки, а на третью часть входных разрядов цифрового интерфейса ЭВМ подаются синхронизирующие импульсы с компаратора 7. В ЭВМ осуществляется привязка оцифрованного напряжения синхронного детектора к текущему времени за счет внутреннего таймера компьютера и по синхронизирующим импульсам компаратора 7 определяется номер конкретной лопатки колеса в привязке к оборотной метке. Кроме этого, в ЭВМ реализуется алгоритм аналитического определения фазы, частоты и амплитуды колебаний лопаток по трем выборкам, взятым через равные промежутки времени, из оцифрованного сигнала синхронного детектора. The
Алгоритм определения частоты и амплитуды колебаний лопаток можно пояснить следующим образом. The algorithm for determining the frequency and amplitude of oscillation of the blades can be explained as follows.
На фиг.3 приведен выходной сигнал синхронного детектора, который существует в течение времени (t1... t3) и является фрагментом колебательного движения u(t) некоторой конкретной лопатки, причем в момент времени t1 напряжение на выходе синхронного детектора 5 равно u1, в момент времени t2 оно равно u2, а в момент времени t3 равно u3. Временные интервалы (t2-t1)=(t3-t2)= τ, амплитуда колебания с учетом коэффициентов преобразования отдельных узлов устройства равна АК, в этом случае приведенные на фиг.3 величины можно связать между собой следующими уравнениями:
u1=AKSin(Ωt1+φ),
u2=AKSin[Ω(t1+τ)+φ],
u3=AKSin[Ω(t1+2τ)+φ].Figure 3 shows the output signal of the synchronous detector, which exists for a time (t1 ... t3) and is a fragment of the oscillatory motion u (t) of a specific blade, and at time t1, the voltage at the output of the synchronous detector 5 is equal to u1, moment of time t2 it is equal to u2, and at time t3 it is equal to u3. Time intervals (t2-t1) = (t3-t2) = τ, the oscillation amplitude, taking into account the conversion coefficients of the individual nodes of the device, is AK, in this case, the values shown in Fig. 3 can be related to each other by the following equations:
u 1 = AKSin (Ωt 1 + φ),
u 2 = AKSin [Ω (t 1 + τ) + φ],
u 3 = AKSin [Ω (t 1 + 2τ) + φ].
Решив эту систему уравнений, можно получить, что
отсюда частота колебаний лопатки определяется точным аналитическим выражением
Для определения начальной фазы можно исходить из отношения
или
отсюда
Амплитуда колебаний лопатки
В выражение для определения амплитуды колебаний лопатки входит коэффициент передачи измерительной системы к, который определяется, например, при калибровочных измерениях.Having solved this system of equations, we can obtain that
hence the frequency of oscillation of the scapula is determined by the exact analytical expression
To determine the initial phase, we can proceed from the relation
or
from here
The amplitude of the blade
The expression for determining the amplitude of oscillation of the blade includes the transmission coefficient of the measuring system k, which is determined, for example, during calibration measurements.
При выполнении алгоритма аналитического определения параметров колебаний лопаток можно наложить ограничения, позволяющие исключить появление неопределенностей типа деления на ноль, либо проводить дополнительный анализ таких ситуаций. When performing the algorithm for the analytical determination of the oscillation parameters of the blades, you can impose restrictions to eliminate the appearance of uncertainties such as dividing by zero, or to conduct an additional analysis of such situations.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001128679/28A RU2207523C1 (en) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | Method for determining parameters of oscillations of blades of rotating impeller of turbomachine and apparatus for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001128679/28A RU2207523C1 (en) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | Method for determining parameters of oscillations of blades of rotating impeller of turbomachine and apparatus for performing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2207523C1 true RU2207523C1 (en) | 2003-06-27 |
Family
ID=29210703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001128679/28A RU2207523C1 (en) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | Method for determining parameters of oscillations of blades of rotating impeller of turbomachine and apparatus for performing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2207523C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109186744A (en) * | 2018-07-26 | 2019-01-11 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Turbine blade Evaluation of Cracks system and turbine blade crack warning method |
-
2001
- 2001-10-24 RU RU2001128679/28A patent/RU2207523C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109186744A (en) * | 2018-07-26 | 2019-01-11 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Turbine blade Evaluation of Cracks system and turbine blade crack warning method |
| CN109186744B (en) * | 2018-07-26 | 2020-10-27 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Turbine blade crack evaluation system and turbine blade crack early warning method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7341428B2 (en) | Turbine blade for monitoring torsional blade vibration | |
| Battiato et al. | Forced response of rotating bladed disks: Blade Tip-Timing measurements | |
| US8096184B2 (en) | Turbine blade for monitoring blade vibration | |
| CN1039111A (en) | Nonsynchronous turbine blade vibration monitoring system | |
| 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 | |
| Di Maio et al. | Applications of continuous tracking SLDV measurement methods to axially symmetric rotating structures using different excitation methods | |
| CN110160770A (en) | High-speed rotary main shaft real-time detection apparatus and its detection method | |
| Dreier et al. | Interferometric sensor system for blade vibration measurements in turbomachine applications | |
| Procházka et al. | New methods of noncontact sensing of blade vibrations and deflections in turbomachinery | |
| Castellini et al. | Development of the tracking laser vibrometer: performance and uncertainty analysis | |
| US6668651B2 (en) | Method for contactless measuring of vibrations of a rotating body | |
| Vinci et al. | Six-port microwave interferometer radar for mechanical vibration analysis | |
| RU2207523C1 (en) | Method for determining parameters of oscillations of blades of rotating impeller of turbomachine and apparatus for performing the same | |
| Procházka et al. | Non-contact systems for monitoring blade vibrations of steam turbines | |
| RU2584723C1 (en) | Method of determining parameters of oscillations of blades of rotating wheel of turbine machine and device therefor | |
| RU2700535C2 (en) | Method for helicopter rotors blades integrity control in coaxial arrangement scheme and device for implementation thereof | |
| Meroño et al. | Measurement techniques of torsional vibration in rotating shafts | |
| CN105934657B (en) | The component for being used to measure the vibration that rotating vane is born of turbogenerator | |
| JPH0727601A (en) | Method and apparatus for measuring vibration in non-contact | |
| Zaitsev | Shaft Run-Out Optical Remote Sensing System for Large Generator Fault Diagnosis | |
| CN112461274B (en) | Circular grating encoder signal generation method | |
| JP3129406B2 (en) | Wing vibration measurement device | |
| RU2602488C1 (en) | Method for contact-free determination of technical state of gear wheels and device for its implementation | |
| Yan et al. | A calibration scheme with combination of the optical shaft encoder and laser triangulation sensor for low-frequency angular acceleration rotary table | |
| Bruns | Sinusoidal torque calibration: a design for traceability in dynamic torque calibration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051025 |