RU2239803C2 - Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading - Google Patents

Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading Download PDF

Info

Publication number
RU2239803C2
RU2239803C2 RU2002114945/28A RU2002114945A RU2239803C2 RU 2239803 C2 RU2239803 C2 RU 2239803C2 RU 2002114945/28 A RU2002114945/28 A RU 2002114945/28A RU 2002114945 A RU2002114945 A RU 2002114945A RU 2239803 C2 RU2239803 C2 RU 2239803C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
sensors
pulses
torque
angular
Prior art date
Application number
RU2002114945/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002114945A (en
Inventor
Ф.М. Дедученко (RU)
Ф.М. Дедученко
А.Г. Дылюк (RU)
А.Г. Дылюк
И.Л. Коновалов (RU)
И.Л. Коновалов
А.Н. Липко (RU)
А.Н. Липко
Original Assignee
ОАО "НПО Промавтоматика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "НПО Промавтоматика" filed Critical ОАО "НПО Промавтоматика"
Priority to RU2002114945/28A priority Critical patent/RU2239803C2/en
Publication of RU2002114945A publication Critical patent/RU2002114945A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2239803C2 publication Critical patent/RU2239803C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measuring engineering.
SUBSTANCE: two pulse pickups of angular position are mounted on the shaft. In rotation of unloaded shaft the signals from the pickups are synchronized in phase of torsional oscillations to be measured. When the shaft is loaded, the shifts of signal pulses of torsional oscillations are determined in two spaced sections of the shaft. The difference between the shifts determine the angular deformations caused by the oscillations of the torque in the drive of machine.
EFFECT: enhanced accuracy and reliability of measurements.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к техническому диагностированию роторных машин и предназначено для измерения крутящих моментов и их колебаний на вращающихся валах, преимущественно газотурбинных двигателей, буровых машин, прокатных станов и двигателей внутреннего сгорания, передающих моментные нагрузки, которые необходимы, например, для оценки предельно допустимых режимов работы, а также характеристик мало- и многоцикловой усталости материала.The invention relates to the technical diagnosis of rotary machines and is intended for measuring torques and their vibrations on rotating shafts, mainly gas turbine engines, drilling machines, rolling mills and internal combustion engines transmitting torque loads, which are necessary, for example, to assess the maximum permissible operating modes, as well as the characteristics of low- and multi-cycle fatigue of the material.

В частности, изобретение может быть использовано для диагностирования технического состояния и регулирования процесса передачи нагрузок при бурении скважин, работе судовых двигательных установок, прокатке металла и для др. объектов.In particular, the invention can be used to diagnose the technical condition and regulate the process of transferring loads when drilling wells, the operation of ship propulsion systems, metal rolling and for other objects.

Известно устройство для контроля крутильных колебаний (см. патент РФ №2044285, кл. G 01 Н 9/00 от 20.09.95, бюл. №26), содержащее закрепляемый на объекте корпус, выполненный в виде двух сообщающихся сосудов, размещенный в корпусе инерционный элемент, источник света, световод, установленный в корпусе и оптически связанный с инерционным элементом, в качестве которого используется ртуть, и источником света, измерительный блок с фотопреобразователем.A device for controlling torsional vibrations (see RF patent No. 2044285, class G 01 H 9/00 from 09/20/95, bull. No. 26), comprising a housing fixed to the object, made in the form of two communicating vessels, is placed inertial an element, a light source, a light guide installed in the housing and optically coupled to an inertial element, which is used as mercury, and a light source, a measuring unit with a photoconverter.

Данное устройство имеет недостатки, заключающиеся в том, что невозможно измерение крутильных колебаний с частотой более 1 Гц и, кроме того, в нем используется вредный материал - ртуть.This device has disadvantages in that it is impossible to measure torsional vibrations with a frequency of more than 1 Hz and, in addition, it uses harmful material - mercury.

Известен способ определения крутящего момента, заключающийся в преобразовании деформаций кручения вала в электрический сигнал с помощью закрепленных на нем тензорезисторов, регистрации и сравнении электрических сигналов на рабочих и холостых режимах (см. патент РФ № 2017097, кл. G 01 L 1/22. Способ определения осевого усилия и крутящего момента. Опубл. 30.07.94 г., бюл. №14), позволяющий уточнить измерение осевых нагрузок, возникающих в валах.There is a method of determining the torque, which consists in converting the torsion strain of the shaft into an electrical signal using strain gauges mounted on it, recording and comparing electrical signals at operating and idle modes (see RF patent No. 2017097, class G 01 L 1/22. Method determination of axial force and torque. Publish. July 30, 94, bull. No. 14), which allows to specify the measurement of axial loads arising in the shafts.

Недостатком известного способа является низкая точность и недостоверность измерения крутильных силовых нагрузок и их колебаний вследствие угловых ошибок ориентации тензорезисторов при их закреплении на валах, наличия помех при передаче сигналов через токосъемные кольца и щетки, а также ограниченным частотным диапазоном передаваемых сигналов (см., например, [1] стр. 231). Хотя предлагаемый по пат. №2017097 способ и позволяет уточнить величину измеряемого осевого усилия путем введения экспериментально определяемой поправки, принципиально проблему повышения точности измерения крутящих моментов и их колебаний он не решает.The disadvantage of this method is the low accuracy and inaccuracy of measuring torsional power loads and their vibrations due to angular errors in the orientation of the strain gauges when they are mounted on the shafts, the presence of interference when transmitting signals through slip rings and brushes, as well as the limited frequency range of the transmitted signals (see, for example, [1] p. 231). Although proposed by US Pat. No. 20177097, the method makes it possible to clarify the value of the measured axial force by introducing an experimentally determined correction; in principle, it does not solve the problem of increasing the accuracy of measuring torques and their oscillations.

Известен торсиограф (см. патент РФ №2059208, кл. G 01 Н 1/10, опубл. 27.04.96 г., бюл. № 12) для измерения крутильных колебаний валопроводов энергетических установок, содержащий сейсмическую массу, корпус с упругой связью между ними, подшипники, блок регистрации взаимного углового положения сейсмической массы и корпуса, состоящий из рефлектора, поляроидов, статора, источника света, фотоприемника, блока питания и регистратора, что позволяет устранить влияние электромагнитных полей на канал передачи информации и повышает точность измерений крутильных колебаний.A known torsiograph (see RF patent No. 2059208, class G 01 H 1/10, publ. 04/27/96, bull. No. 12) for measuring torsional vibrations of shaft lines of power plants, containing a seismic mass, a housing with an elastic connection between them bearings, a recording unit for the mutual angular position of the seismic mass and the housing, consisting of a reflector, polaroids, stator, light source, photodetector, power supply and recorder, which eliminates the influence of electromagnetic fields on the information transfer channel and improves the accuracy of measurements of torsional oscillations.

Однако известный торсиограф сложен конструктивно и не может устанавливаться в произвольном месте вала, а закрепляется только на его торцевой части, что ограничивает условия его использования, а также в этом случае исключается возможность регистрации угловых колебаний, связанных с действием колебательных крутильных нагрузок (на свободном конце вала можно зарегистрировать только свободные собственные крутильные колебания вала).However, the known torsiograph is structurally complex and cannot be installed in any place of the shaft, but is fixed only on its end part, which limits the conditions for its use, and in this case the possibility of recording angular vibrations associated with the action of vibrational torsional loads (on the free end of the shaft only free own torsional vibrations of the shaft can be registered).

Известно устройство (см. патент РФ № 2177145, кл. G 01 Н 1/08. Сигнализатор предаварийных деформаций лопаток турбомашин. Опубл. 20.12.2001 г., бюл. №35), предназначенное для измерения неоднородности лопаточного венца турбомашины, вызванной динамическими деформациями лопаток, что достигается посредством измерения текущих временных интервалов между лопатками в динамическом режиме и сравнения их со средним временным интервалом между лопатками на каждом обороте ротора турбомашины с использованием импульсного датчика, формирователя, сумматора кодов, делителей суммарного кода, блока вычисления разности, блока управления и схемы сравнения.A device is known (see RF patent No. 2177145, class G 01 H 1/08. Pre-emergency signaling device for deformation of turbomachine blades. Publish. December 20, 2001, bull. No. 35), designed to measure the heterogeneity of the blade of a turbomachine caused by dynamic deformations blades, which is achieved by measuring the current time intervals between the blades in dynamic mode and comparing them with the average time interval between the blades on each revolution of the turbomachine rotor using a pulse sensor, shaper, code adder, Ithel total code difference calculation unit, a control unit and a comparison circuit.

Известное устройство позволяет регистрировать крутильные колебания вала, однако не обеспечивает возможности измерения крутящих моментов и выделения крутильных колебаний, обусловленных действием этих моментов, что не позволяет использовать его при оценке вероятности усталостного разрушения вала, а также лопаточного аппарата турбины под действием переменных крутильных нагрузок.The known device allows you to register torsional vibrations of the shaft, however, it does not provide the possibility of measuring torque and the allocation of torsional vibrations due to the action of these moments, which does not allow its use in assessing the likelihood of fatigue failure of the shaft, as well as the turbine blade apparatus under the action of variable torsional loads.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и достоверности диагностирования технического состояния машин роторного типа путем определения моментных нагрузок и их колебаний на вращающихся валах.The aim of the present invention is to improve the accuracy and reliability of diagnosing the technical condition of rotary-type machines by determining moment loads and their vibrations on rotating shafts.

Для достижения этой цели на валу привода машины устанавливают два импульсных датчика углового положения вала, фиксирующих его крутильные колебания. В процессе вращения ненагруженного вала производят синхронизацию сигналов от этих датчиков по фазе измеряемых крутильных колебаний. При работе нагруженного вала фиксируют сдвиги импульсов сигналов крутильных колебаний в двух сечениях вала, расположенных на расстоянии друг от друга, и по разности значений этих сдвигов определяют угловые деформации, вызванные колебаниями крутящего момента в линии привода машины.To achieve this, two impulse sensors of the angular position of the shaft are installed on the drive shaft of the machine, fixing its torsional vibrations. During rotation of the unloaded shaft, the signals from these sensors are synchronized in the phase of the measured torsional vibrations. During the operation of the loaded shaft, the torsional vibration signal pulses are fixed in two shaft sections located at a distance from each other, and the angular deformations caused by the fluctuations in the torque in the machine drive line are determined by the difference in the values of these shifts.

Определение величины крутящего момента в зависимости от величины угловых деформаций производят с использованием коэффициентов, получаемых экспериментальной калибровкой или по общеизвестным формулам теории упругости (см., например, [2] стр. 160), согласно которым величина крутящего момента прямо пропорциональна угловой деформации скручивания вала, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна измеряемому по предлагаемому способу отношению мгновенных значений интервала времени между импульсами электрических сигналов от двух датчиков углового положения вала к интервалу времени между смежными импульсами от одного из этих датчиков.The determination of the magnitude of the torque depending on the magnitude of the angular deformations is carried out using the coefficients obtained by experimental calibration or by well-known formulas of the theory of elasticity (see, for example, [2] p. 160), according to which the magnitude of the torque is directly proportional to the angular strain of twisting of the shaft, which, in turn, is directly proportional to the ratio of the instantaneous values of the time interval between pulses of electrical signals from two sensors the global position of the shaft to the time interval between adjacent pulses from one of these sensors.

Для уточнения измерений моментных нагрузок холостого хода вначале измеряют сдвиг импульсов, регистрируемый двумя датчиками при вращении вала в одном и другом направлениях, после чего к величине измеряемого сдвига импульсов, при работе вала под нагрузкой, прибавляют половину измеренного ранее сдвига.To clarify the measurements of momentary idle loads, the pulse shift is first measured by two sensors when the shaft rotates in one or the other direction, after which half the previously measured shift is added to the measured pulse shift when the shaft is under load.

С целью выявления и локализации источника возбуждения энергии крутильных колебаний вала для каждой из выраженных частотных компонент спектра колебаний измеренного крутящего момента в соответствии с критерием Умова-Пойнтинга (см., например, [3] стр. 63) дополнительно определяют знак косинуса угла, равного фазовому сдвигу между выделенными соответствующими частотными компонентами в двух временных последовательностях - текущих значениях временного интервала между импульсами от одного и другого датчиков углового положения вала и обратной величине текущих значений временного интервала между смежными импульсами любого из датчиков. Знак косинуса указанного угла позволяет установить направление волны колебательных импульсов и тем самым выявить локализацию их источника по длине вала.In order to identify and localize the source of energy of the torsional vibration of the shaft for each of the expressed frequency components of the vibration spectrum of the measured torque in accordance with the Umov-Poynting criterion (see, for example, [3] p. 63), the cosine of the angle equal to the phase angle is additionally determined the shift between the selected corresponding frequency components in two time sequences - the current values of the time interval between pulses from one and the other sensors of the angular position of the shaft and the reverse the value of the current values of the time interval between adjacent pulses of any of the sensors. The cosine sign of the specified angle allows you to set the direction of the wave of vibrational pulses and thereby reveal the localization of their source along the length of the shaft.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - осциллограмма импульсов электрического сигнала от токовихревого датчика углового положения вала; на фиг.3 - типичные осциллограммы и спектрограммы.Figure 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method; figure 2 - waveform of the pulses of the electrical signal from the eddy current sensor of the angular position of the shaft; figure 3 - typical waveforms and spectrograms.

Устройство (фиг.1) состоит из одинаковых зубчатых колец-индукторов 1-2, жестко закрепляемых по периметру вала 3, датчиков (сенсоров), например токовихревых 4-5, закрепляемых на неподвижном основании вблизи зубчатых колец 1-2, усилителей 6, 7 сигналов от датчиков 4, 5 блоков 8, 9 формирования стандартных импульсов по усиленным сигналам, введенных с целью устранения мешающих факторов в импульсных сигналах кроме информативных временных сдвигов, блока 10 оценки значений временных интервалов τ1 между смежными импульсами от датчика 4 углового положения вала в формах зависимости от текущего времени и текущего фазового положения вала, блока 11 оценки значений временных интервалов τ12 между импульсами от датчика 4 и датчика 5 углового положения вала в формах зависимости от текущего времени и текущего фазового положения вала, блока 12 оценки рабочего крутящего момента и его колебаний, вычислителя 13 характеристик (например, спектров) колебательной составляющей крутящего момента.The device (figure 1) consists of identical gear rings-inductors 1-2, rigidly fixed around the perimeter of the shaft 3, sensors (sensors), for example, eddy currents 4-5, mounted on a fixed base near the gear rings 1-2, amplifiers 6, 7 signals from sensors 4, 5 of blocks 8, 9 of generating standard pulses from amplified signals introduced to eliminate interfering factors in pulse signals, in addition to informative time shifts, block 10 for estimating the values of time intervals τ 1 between adjacent pulses from the sensor 4 of the angular position in ala in the forms depending on the current time and the current phase position of the shaft, unit 11 for evaluating the values of time intervals τ 12 between pulses from the sensor 4 and the sensor 5 for the angular position of the shaft in forms depending on the current time and the current phase position of the shaft, unit 12 for evaluating the working torque and its vibrations, the computer 13 characteristics (for example, spectra) of the vibrational component of the torque.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. При вращении ненагруженного вала 3 механически путем регулирования установки зубчатых колец 1, 2 на валу 3, либо электрически введением временного запаздывания в блоке формирования стандартных импульсов 9, либо совместно механически и электрически производят фазирование импульсов таким образом, чтобы временные интервалы τ12 между импульсами от датчиков 4 и 5 углового положения вала 3 были равны 0 (τ12=0). Далее при вращении нагруженного вала 3 и связанных с ним зубчатых колец 1 и 2 в вихретоковых датчиках 4 и 5 наводятся электрические импульсы i1 и i2, мгновенная частота следования которых пропорциональна мгновенной частоте вращения вала 3. Далее импульсы поступают в блок 10 оценки текущих значений временных интервалов τ1 между смежными импульсами i1 от датчика 4 и блок 11 оценки текущих значений временных интервалов τ12 между импульсами от датчиков 4 и 5. В блоке 12 по текущим значениям временных интервалов τ1 и τ12 производится оценка рабочего крутящего момента и его колебаний по формулеA device that implements the proposed method works as follows. When the unloaded shaft 3 is rotated mechanically by adjusting the installation of the gear rings 1, 2 on the shaft 3, either by electrically introducing a time delay in the unit for generating standard pulses 9, or phasing the pulses mechanically and electrically together so that the time intervals τ 12 between the pulses from the sensors 4 and 5 of the angular position of the shaft 3 were equal to 0 (τ 12 = 0). Then, when the loaded shaft 3 and the associated gear rings 1 and 2 are rotated, electric pulses i 1 and i 2 are induced in eddy current sensors 4 and 5, the instantaneous repetition rate of which is proportional to the instantaneous rotational speed of the shaft 3. Next, the pulses are sent to the current value estimation unit 10 time intervals τ 1 between adjacent pulses i 1 from sensor 4 and a block 11 for evaluating the current values of time intervals τ 12 between pulses from sensors 4 and 5. In block 12, the working circle is evaluated based on the current values of time intervals τ 1 and τ 12 torque and its oscillations according to the formula

М=Сτ121,M = Ct 12 / τ 1 ,

где С - постоянный коэффициент, определяемый путем экспериментальной калибровки или расчетным путем по формулеwhere C is a constant coefficient determined by experimental calibration or by calculation by the formula

С=2πG/ZL,C = 2πG / ZL,

где G - модуль упругости при кручении вала;where G is the modulus of elasticity during torsion of the shaft;

Z - число генерируемых импульсов за один оборот вала,Z is the number of generated pulses per revolution of the shaft,

L - расстояние между зубчатыми кольцами 4 и 5 на валу.L is the distance between the gear rings 4 and 5 on the shaft.

На фиг.2 представлены осциллограммы усиленного импульсного электрического сигнала от токовихревого датчика углового положения ротора турбонасосного агрегата одной из конструкций маршевого жидкостного ракетного двигателя на начальном участке режима запуска (быстро увеличивающиеся обороты ротора от 140,6 об/мин до 178,5 об/мин за 17,8 мкс). Количество импульсов за один оборот ротора - 128.Figure 2 shows the oscillograms of the amplified pulsed electrical signal from the eddy current sensor of the rotor angular position of the turbopump unit of one of the designs of the marching liquid rocket engine in the initial part of the starting mode (rapidly increasing rotor speed from 140.6 rpm to 178.5 rpm per 17.8 μs). The number of pulses per revolution of the rotor is 128.

На фиг.3а и 3б представлены фрагменты осциллограмм стандартизованных импульсов i1 и i2 на выходе блоков 8, 9 на установившемся режиме работы двигателя при числе оборотов ротора 2200 об/мин. Число импульсов за один оборот ротора у обоих датчиков Z=128, расстояние между датчиками, установленными в двух сечениях ротора, L=0,5 м, диаметр ротора 0,15 м, материал ротора - сталь. Средние значения временных интервалов между смежными импульсами в сигнале i1 и импульсами в сигналах i1 и i2 на приведенных фрагментах на фиг.3 составляют τ1 =213,0 мкс, τ12=40,0 мкс. При этом среднее значение угла закрутки ротора на мерном участке составилоOn figa and 3b presents fragments of the waveforms of standardized pulses i 1 and i 2 at the output of blocks 8, 9 at a steady state engine operation at a rotor speed of 2200 rpm. The number of pulses per rotor revolution for both sensors is Z = 128, the distance between the sensors installed in two sections of the rotor, L = 0.5 m, the rotor diameter is 0.15 m, the rotor material is steel. The average values of the time intervals between adjacent pulses in the signal i 1 and pulses in the signals i 1 and i 2 in the fragments shown in Fig. 3 are τ 1 = 213.0 μs, τ 12 = 40.0 μs. In this case, the average value of the twist angle of the rotor in the measured section was

φ=360·τ12/Zτ1=9,21·10-3 рад.φ = 360 · τ 12 / Zτ 1 = 9.21 · 10 -3 rad.

Значение рабочего крутящего момента при известном угле закручивания ротора φ на мерном участке длиной L определяется формулойThe value of the working torque at a known angle of rotation of the rotor φ in the measuring section of length L is determined by the formula

M=GJφ/L,M = GJφ / L,

где G - модуль упругости материала ротора при сдвиге (G=81·103 мПа);where G is the modulus of elasticity of the rotor material under shear (G = 81 · 10 3 MPa);

J - полярный момент инерции сечения ротора (J=πr/29=0,194·10-6 м4);J is the polar moment of inertia of the rotor section (J = πr / 2 9 = 0.194 · 10 -6 m 4 );

r - радиус вала ротора (r=0,075 м).r is the radius of the rotor shaft (r = 0.075 m).

Подставляя значения указанных величин в формулу для определения крутящего момента, который вычисляется в блоке 12 (фиг.1), получимSubstituting the values of these quantities in the formula for determining the torque, which is calculated in block 12 (figure 1), we obtain

М=0,142 тм.M = 0.142 tm.

Что касается колебательной компоненты крутящего момента, то она определяется по аналогичной схеме в блоке 12 по флуктуационной составляющей временного интервала τ12, определяемой с точностью не менее 10 нс (наносекунд).As for the vibrational component of the torque, it is determined according to a similar scheme in block 12 from the fluctuation component of the time interval τ 12 , determined with an accuracy of at least 10 ns (nanoseconds).

На фиг.3в приведен график полного крутящего момента (постоянная и колебательная составляющие) в частотном диапазоне до 1000 Гц, а на фиг.3г - спектрограмма колебательной составляющей крутящего момента, определяемая в блоке 13. Такая спектрограмма является информативной с точки зрения диагностирования технического состояния кинематической пары ротор-статор двигателя, в частности приведенные фрагменты соответствуют моменту развития мощных крутильных автоколебаний, обусловленных замыканием паразитной положительной обратной связи по контуру двигателя: крутильные тангенциальные колебания лопаточного аппарата турбины - крутильные колебания ротора - колебательный расход окислителя через турбокомпрессор в газогенератор - крутильные колебания лопаточного аппарата турбины.Fig.3c shows a graph of the total torque (constant and vibrational components) in the frequency range up to 1000 Hz, and Fig.3d is a spectrogram of the vibrational component of the torque, determined in block 13. This spectrogram is informative from the point of view of diagnosing the technical state of the kinematic rotor-stator pairs of the motor, in particular, the fragments correspond to the moment of development of powerful torsional self-oscillations due to the closure of the parasitic positive feedback loop ru of the engine: torsional tangential vibrations of the turbine blade apparatus - torsional rotor vibrations - vibrational flow rate of the oxidizer through the turbocharger to the gas generator - torsional vibrations of the turbine blade apparatus.

При вращении вала без нагрузки на него действует статический момент холостого хода, вызывающий сдвиг импульсов от одного и другого датчиков, который измеряется при реверсировании вала на холостом ходу и учитывается при определении полного действующего крутящего момента при работе под нагрузкой.When the shaft rotates without load, a static idle moment acts on it, causing a pulse shift from one and the other sensors, which is measured when the shaft is idling and taken into account when determining the total effective torque when working under load.

При вращении вала под нагрузкой происходят крутильные деформации сдвига, вызываемые действием крутящего момента и его колебаний. В результате возбуждаемые датчиками импульсы сдвигаются по времени относительно друг друга.When the shaft rotates under load, torsional shear deformations occur, caused by the action of torque and its oscillations. As a result, pulses excited by the sensors shift in time relative to each other.

При этом параметры измеряемых временных сдвигов этих импульсов позволяют фиксировать мгновенные значения угловых деформаций с точностью до долей угловых минут и выше. Кроме этого, исключаются погрешности измерений, связанные с неточностями закрепления датчиков и нарушениями условий коммутации в линиях измерения электрических сигналов.At the same time, the parameters of the measured time shifts of these pulses make it possible to fix the instantaneous values of angular deformations with an accuracy of fractions of angular minutes and higher. In addition, measurement errors associated with inaccuracies in sensor fastening and violation of switching conditions in the measurement lines of electrical signals are eliminated.

Таким образом, измерение импульсов крутильных колебаний в двух сечениях вала и сравнение их временных сдвигов позволяет повысить точность определения величины крутящих моментов и их колебаний и, тем самым, повысить точность оценки усталостной прочности и диагностирования технического состояния машины, что и являлось целью настоящего изобретения.Thus, the measurement of torsional vibration pulses in two sections of the shaft and a comparison of their time shifts can improve the accuracy of determining the magnitude of the torques and their vibrations and, thereby, increase the accuracy of fatigue strength assessment and diagnosing the technical condition of the machine, which was the purpose of the present invention.

Источники информацииSources of information

1. Вибрации в технике. Т. 5. М.: Машиностроение, 1981, с.231.1. Vibration in technology. T. 5. M .: Mechanical engineering, 1981, p.231.

2. Одинец С.С., Топилин Г.Е. Средства измерения крутящего момента. М.: Машиностроение, 1977, с.160.2. Odinets SS, Topilin G.E. Torque measuring tools. M .: Mechanical Engineering, 1977, p. 160.

3. Гуло Д.Д., Умов Н.А. М.: Просвещение, 1977, с.63.3. Gulo D. D., Umov N. A. M .: Education, 1977, p. 63.

Claims (5)

1. Способ определения передаваемого валом рабочего крутящего момента и его колебаний, заключающийся в преобразовании угловых поворотов вала в электрические сигналы с помощью датчиков углового положения вала и регистрации этих электрических сигналов при работе вала под нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности диагностирования технического состояния машины, измерения крутящих моментов и их колебаний на валу машины производят датчиками, расположенными в двух его сечениях, синхронизируют по фазе импульсы от обоих датчиков на холостом ходу, после чего измеряют и сравнивают импульсы, полученные от датчиков при работе вала под нагрузкой, определяют текущие значения временных интервалов между смежными импульсами от одного из датчиков и между парами поставленных в соответствие импульсов от одного и другого датчиков, а затем определяют мгновенные значения крутящего момента как частное от деления временного сдвига между импульсами от одного и другого датчиков на временной сдвиг между импульсами от одного из датчиков, умноженное на постоянную величину, определяемую по формуле1. A method for determining the operating torque transmitted by the shaft and its oscillations, which consists in converting the angular rotations of the shaft into electrical signals using the sensors of the angular position of the shaft and recording these electrical signals when the shaft is under load, characterized in that, in order to improve accuracy and reliability diagnosing the technical condition of the machine, measuring the torques and their vibrations on the shaft of the machine is carried out by sensors located in its two sections, synchronized by the phase of the pulses The systems from both sensors are idling, after which they measure and compare the pulses received from the sensors during shaft operation under load, determine the current values of the time intervals between adjacent pulses from one of the sensors and between pairs of matched pulses from one and the other sensors, and then the instantaneous torque values are determined as the quotient of dividing the time shift between pulses from one and the other sensors by the time shift between pulses from one of the sensors, multiplied by a constant determined by the formula C=2·7π·G/Z·L,C = 2 · 7π · G / Z · L, где G - модуль упругости при кручении;where G is the torsion modulus; Z - число импульсов, генерируемых за один оборот вала;Z is the number of pulses generated per revolution of the shaft; L - расстояние между зубчатыми кольцами на валу.L is the distance between the gear rings on the shaft. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, вначале измеряют импульсы угловых колебаний от обоих датчиков на холостом ходу вала в одном направлении вращения, а затем в другом направлении, после чего определяют временной сдвиг импульсов от обоих датчиков относительно друг друга и устанавливают исходное положение самих датчиков таким образом, чтобы сдвиг импульсов был равен половине сдвига, полученного при вращении вала на холостом ходу в прямом и обратном направлениях.2. The method according to claim 1, characterized in that, in order to improve accuracy, first measure the angular vibration pulses from both sensors at idle of the shaft in one direction of rotation, and then in the other direction, after which the time shift of the pulses from both sensors is determined relative to each other and set the initial position of the sensors themselves so that the pulse shift is equal to half the shift obtained by rotating the shaft at idle in the forward and reverse directions. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что двум смежным импульсам от чувствительных элементов каждого из двух датчиков ставятся в соответствие одни и те же угловые повороты вала таким образом, чтобы их число за один оборот вала было равно или больше значения удвоенной верхней частоты диапазона измерения колебаний крутящего момента, деленного на значение нижней частоты рабочего диапазона частот вращения вала, а расстояние между датчиками выбирается опытным путем исходя из минимально необходимой для измерения абсолютной величины угловой деформации вала.3. The method according to claim 1, characterized in that two adjacent pulses from the sensing elements of each of the two sensors are associated with the same angular rotations of the shaft so that their number for one revolution of the shaft is equal to or greater than twice the upper frequency the range of measurement of fluctuations in torque divided by the value of the lower frequency of the operating range of shaft rotation frequencies, and the distance between the sensors is selected empirically based on the minimum angular defect required to measure the absolute value shaft shaft. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью выявления и локализации источника возбуждения энергии крутильных колебаний вала, для каждой из выраженных частотных компонент спектра колебаний измеренного крутящего момента в соответствии с критерием Умова-Пойнтинга дополнительно определяют знак косинуса угла, равного фазовому сдвигу между выделенными соответствующими частотными компонентами в двух временных последовательностях - текущих значениях временного интервала между импульсами от двух датчиков углового положения вала и обратной величиной текущих значений временного интервала между смежными импульсами одного (любого) из датчиков.4. The method according to claim 1, characterized in that, for the purpose of identifying and localizing the source of excitation energy of torsional vibration of the shaft, for each of the expressed frequency components of the vibration spectrum of the measured torque in accordance with the Umov-Poynting criterion, the sign of the cosine of the angle equal to phase shift between the selected corresponding frequency components in two time sequences - the current values of the time interval between pulses from two sensors of the angular position of the shaft and the reverse the value of the current values of the time interval between adjacent pulses of one (any) of the sensors. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчик-регистратор импульсов устанавливают перпендикулярно оси вала и поддерживают его положение и постоянный зазор между его поверхностью и поверхностью зубчатых колес-индукторов импульсов.5. The method according to claim 1, characterized in that the sensor-pulse recorder is installed perpendicular to the axis of the shaft and maintain its position and a constant gap between its surface and the surface of the gear wheels of the pulse inductors.
RU2002114945/28A 2002-06-05 2002-06-05 Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading RU2239803C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114945/28A RU2239803C2 (en) 2002-06-05 2002-06-05 Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002114945/28A RU2239803C2 (en) 2002-06-05 2002-06-05 Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002114945A RU2002114945A (en) 2004-02-20
RU2239803C2 true RU2239803C2 (en) 2004-11-10

Family

ID=34309861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002114945/28A RU2239803C2 (en) 2002-06-05 2002-06-05 Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2239803C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476685C2 (en) * 2007-11-13 2013-02-27 Снекма Turbomachine shaft destruction detection device
RU2514977C2 (en) * 2008-12-04 2014-05-10 Нуово Пиньоне С.п.А. Device to damp torsional oscillations and contraction circuit
RU2560853C1 (en) * 2014-09-24 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) Method of diagnostics of technical state of machine rotor
RU2567017C2 (en) * 2013-12-03 2015-10-27 Сергей Сергеевич Глушков Method and device for machine diagnostics

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2476685C2 (en) * 2007-11-13 2013-02-27 Снекма Turbomachine shaft destruction detection device
RU2514977C2 (en) * 2008-12-04 2014-05-10 Нуово Пиньоне С.п.А. Device to damp torsional oscillations and contraction circuit
RU2567017C2 (en) * 2013-12-03 2015-10-27 Сергей Сергеевич Глушков Method and device for machine diagnostics
RU2560853C1 (en) * 2014-09-24 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) Method of diagnostics of technical state of machine rotor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002114945A (en) 2004-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wachel et al. Analysis of torsional vibrations in rotating machinery.
US9404791B2 (en) Lateral, angular and torsional vibration monitoring of rotordynamic systems
Imam et al. Development of an on-line rotor crack detection and monitoring system
US5479824A (en) On-line shaft crack detector
US6795779B2 (en) High resolution torque measurement on a rotating shaft
US7415363B2 (en) High resolution torque measurement on a rotating shaft with movement compensation
RU2239803C2 (en) Method of diagnostics of shafts for rotor machines transmitting torque loading
JP2008082879A (en) Device and method for measuring torsional vibration
Dereszewski et al. Analysis of diagnostic utility of instantaneous angular speed fluctuation of diesel engine crankshaft
CN107246945B (en) A kind of measuring system of dynamic twisting vibration transmission function
Meroño et al. Measurement techniques of torsional vibration in rotating shafts
JP2000283891A (en) Device for measuring rotation component of rotation axis and method for its measurement
Dereszewski et al. Diagnostics of the internal combustion engines operation by measurement of crankshaft instantaneous angular speed
JP2005098258A (en) Method for detecting axial torsional vibration of turbogenerator
Zhang et al. Synchronous Vibration Parameters Identification of Variable Rotating Speed Blades Based on New Improved Two‐Parameter Method without OPR Sensor
Eshleman et al. Torsional vibration in reciprocating and rotating machines
JP2002139374A (en) Method and apparatus for measuring rotational torsional vibration
Bhattacharya Identification of torsional response of rotating machinery train through tests.
Farahmandian et al. Theoretical and Experimental Study on Vibration of Cracked Shafts Using Order Analysis
Parikh et al. Design and Development of a Fast Response Torque Meter for Unsteady Flows in Turbocharger Applications
Yuan et al. Rotor Torsional Response: A Critical Parameter to Measure and Monitor for Rotating Machinery
Braut et al. Efficient approach for encoder geometry compensation in time interval measurement of torsional vibration
Monitoring Vibration diagnostic guide
Langer Measurement of torque transmitted by rotating shafts
Bielawski Measurement and evaluation of mechanical vibration of reciprocating machines

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20071130

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080606

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20090627

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120606