RU2258902C2 - Method of measurement of radial spaces and detection of vibrations of rotor's blade of turbine machine - Google Patents
Method of measurement of radial spaces and detection of vibrations of rotor's blade of turbine machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258902C2 RU2258902C2 RU2002117100/28A RU2002117100A RU2258902C2 RU 2258902 C2 RU2258902 C2 RU 2258902C2 RU 2002117100/28 A RU2002117100/28 A RU 2002117100/28A RU 2002117100 A RU2002117100 A RU 2002117100A RU 2258902 C2 RU2258902 C2 RU 2258902C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- rotor
- vibrations
- turbomachine
- oscillations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток ротора и статором турбомашины, а также для обнаружения колебаний лопаток в лопаточных венцах ротора турбомашины, сопровождающих срывные и помпажные явления в компрессоре силовой установки.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to measure the radial clearances between the ends of the rotor blades and the stator of the turbomachine, as well as to detect oscillations of the blades in the blade crowns of the rotor of the turbomachine accompanying stall and surge phenomena in the compressor of the power plant.
Известен способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие синхронизированный с ее вращением одновитковый вихретоковый преобразователь [Райков Б.К., Секисов Ю.Н., Скобелев О.П., Хритин А.А. Вихретоковые датчики зазоров с чувствительными элементами в виде отрезка проводника//Приборы и системы управления, 1996, №8, с.27], возбуждаемый последовательностями из групп - пакетов импульсов и по его сигналам оценивают радиальные зазоры между лопатками и указанным преобразователем в течение нескольких периодов вращения ротора турбомашины [а.с. СССР №1779908 «Способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах», кл. G 01 В 7/08, 1990; Секисов Ю.Н., Скобелев О.П., Хритин А.А. Компьютерная мультистробоскопия в измерениях радиальных зазоров газотурбинных двигателей//Автометрия, 1996, №5, с.108].A known method of measuring radial clearances in turbomachines is that a single-turn eddy current transducer synchronized with its rotation is brought into interaction with the ends of the blades of a working turbomachine [Raikov B.K., Sekisov Yu.N., Skobelev O.P., Khritin A. A. Eddy current gap sensors with sensitive elements in the form of a conductor segment // Instruments and Control Systems, 1996, No. 8, p.27], excited by sequences from groups of pulse packets and using its signals, radial gaps between the blades and the specified transducer are estimated for several periods rotations of a rotor of a turbomachine [and.with. USSR No. 1779908 "Method for measuring radial clearances in turbomachines", cl. G 01 B 7/08, 1990; Sekisov Yu.N., Skobelev O.P., Khritin A.A. Computer multistroboscopy in measurements of radial clearances of gas turbine engines // Avtometriya, 1996, No. 5, p.108].
Недостатком известного способа является то, что он не позволяют обнаруживать колебания лопаток ротора турбомашины, например при возникновении срывных явлений в ступени и помпажа турбомашины, а также оценивать интенсивность колебательного процесса.The disadvantage of this method is that it does not allow to detect vibrations of the blades of the rotor of the turbomachine, for example, when stall phenomena occur in the stage and surge of the turbomachine, and also to evaluate the intensity of the oscillatory process.
Цель изобретения - повышение информативности измерения радиальных смещений торцов лопаток ротора турбомашины путем обнаружения колебаний лопаток, по интенсивности которых может быть оценена степень развития срывных и помпажных явлений в газовоздушном тракте ступени турбомашины.The purpose of the invention is to increase the information content of measuring the radial displacements of the ends of the blades of the rotor of a turbomachine by detecting oscillations of the blades, the intensity of which can be used to assess the degree of development of stall and surge phenomena in the gas-air path of the turbomachine stage.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что с торцами лопаток колеса ротора работающей турбомашины вводят во взаимодействие синхронизированный с ее вращением одновитковый вихретоковый преобразователь, возбуждаемый последовательностями из пакетов импульсов, причем число импульсов в пакете выбирают по числу контролируемых лопаток в колесе турбомашины, а число пакетов из условия допустимой неравномерности огибающей выходного сигнала вихретокового преобразователя, и по его сигналам оценивают радиальные зазоры между лопатками и указанным преобразователем в течение нескольких периодов вращения ротора турбомашины, введены дополнительные операции по определению колебаний лопаток ротора и оценки их интенсивности. О наличии и интенсивности колебаний лопаточного венца ротора турбомашины судят по отношению средних значений результатов преобразования радиальных зазоров по всем контролируемым лопаткам, зарегистрированных на режиме, при котором заведомо нет срывных и помпажных явлений и сопутствующих им колебаний лопаток, и на текущем режиме, полученных при одних и тех же угловых положениях замков лопаток, когда замки лопаток находятся напротив чувствительного элемента преобразователя. Если отношение среднего значения результата измерения радиального зазора по всем лопаткам колеса ротора, полученного на режиме, когда колебания лопаток отсутствуют, к среднему значению результата измерения радиального зазора по всем лопаткам, полученного на текущем режиме превысит допустимый уровень, фиксируется факт колебаний лопаток в лопаточном венце рабочего колеса ротора турбомашины. Об интенсивности колебательного процесса судят по величине данного отношения (чем интенсивнее колебательный процесс, тем больше отношение средних).This goal is achieved by the fact that in the known method, namely, with the ends of the blades of the wheel of the rotor of a working turbomachine, a single-turn eddy-current transducer synchronized with its rotation is brought into interaction, excited by sequences of pulse packets, and the number of pulses in the packet is selected according to the number of controlled blades in turbomachine wheel, and the number of packets from the condition of permissible unevenness of the envelope of the output signal of the eddy current transducer, and its signals are estimated for flax clearances between the blades and said transducer within a few periods of rotation of the rotor of the turbomachine, introduces additional operations to determine the rotor blade oscillations and evaluating their intensity. The presence and intensity of vibrations of the rotor blade of the turbomachine rotor is judged by the average values of the results of the conversion of radial clearances for all controlled blades recorded in a mode in which there are obviously no stall and surge phenomena and accompanying vibrations of the blades, and in the current mode obtained with the same and the same angular positions of the blade locks when the blade locks are opposite the sensor element of the transducer. If the ratio of the average value of the measurement result of the radial clearance for all the blades of the rotor wheel obtained in the mode when there are no vibrations of the blades, to the average value of the measurement of the radial clearance for all blades obtained in the current mode will exceed the permissible level, the fact of the oscillations of the blades in the blade of the working turbomachine rotor wheels. The intensity of the oscillatory process is judged by the value of this ratio (the more intense the oscillatory process, the greater the ratio of the average).
На фиг.1 представлена временная диаграмма, поясняющая процесс измерения радиальных зазоров и оценки интенсивности колебаний лопаток рабочего колеса ротора турбомашины, где τр - период вращения ротора, τ0 - шаг дискретизации импульсов опроса преобразователей, К - число периодов вращения ротора турбомашины, в течение которых осуществляется опрос вихретокового преобразователя.Figure 1 presents a timing diagram explaining the process of measuring radial clearances and assessing the intensity of oscillation of the blades of the impeller of a turbomachine rotor, where τ p is the period of rotation of the rotor, τ 0 is the sampling step of the pulses of the interrogation of the converters, K is the number of periods of rotation of the rotor of the turbomachine, during which are interrogated eddy current transducer.
На фиг.2 представлена диаграмма, поясняющая получение усредненных значений () результатов преобразования радиальных зазоров по всем лопаткам от номера пакета импульсов опроса (номера периода вращения ротора) k в выбранном сечении при отсутствии колебаний (1), при наличии колебаний отдельных лопаток (групп лопаток) (2) и при колебании всех лопаток ступени (3).Figure 2 presents a diagram explaining the receipt of averaged values ( ) the results of the conversion of radial clearances for all blades from the number of the packet of interrogation pulses (number of the period of rotation of the rotor) k in the selected section in the absence of vibrations (1), in the presence of vibrations of individual blades (groups of blades) (2) and when all blades of the stage oscillate (3 )
Обнаружение колебаний торцов лопаток ротора турбомашины при цифровом измерении радиальных зазоров за несколько периодов вращения ротора происходит в 4 этапа. На первом этапе (фиг.1) измеряется период вращения ротора τр. На этапе 2 рассчитывается шаг дискретизации импульсов опроса преобразователей τО. Далее (этап 3) производится опрос вихретокового преобразователя, в соответствии с которым в течение каждого периода вращения ротора на преобразователь подаются пакеты импульсов, причем число импульсов в пакете равно числу лопаток (nл), а период импульсов:The vibration of the ends of the blades of a rotor of a turbomachine is detected in digitally measuring radial clearances over several periods of rotor rotation in 4 stages. At the first stage (Fig. 1), the rotor rotation period τ p is measured. At
при этом Т≫τО. На каждом обороте ротора пакет импульсов смещается относительно предыдущего на шаг дискретизации τo, рассчитанный на этапе 2.while T»τ about. At each revolution of the rotor, the pulse packet is shifted relative to the previous one by the sampling step τ o calculated in
Длительность опроса (длительность этапа 3) определяется множеством К пакетов импульсов и составит К периодов вращения ротора.The duration of the survey (duration of stage 3) is determined by the set of K packets of pulses and will be K periods of rotation of the rotor.
На завершающем этапе 4 определяется факт наличия колебаний лопаток и оценивается их интенсивность. Для этого формируется массив средних ( k) по всем контролируемым лопаткам результатов преобразований, полученных при прохождении замков лопаток относительно чувствительного элемента преобразователя и соответствующих определенному номеру k* пакета импульсов - периода вращения ротора (фиг.2)At the
где - результат преобразования на i-ой лопатке на k*-ом периоде вращения ротора.Where - the result of the conversion on the i-th blade on the k * -th period of rotation of the rotor.
Оценка интенсивности колебаний торцов лопаток ротора турбомашины осуществляется с помощью критерия q, равного отношению среднего значения выходного сигнала преобразователя по всем лопаткам при прохождении замка лопатки чувствительного элемента преобразователя, полученного при отсутствии колебаний ( 1k) к среднему значению выходного сигнала преобразователя по всем лопаткам для того же положения замка лопатки, полученного для текущего режима ()The intensity of oscillation of the ends of the blades of the rotor of the turbomachine is carried out using the criterion q equal to the ratio of the average value of the output signal of the converter over all the blades when passing through the lock of the blade of the sensitive element of the converter obtained in the absence of oscillations ( 1k ) to the average value of the output signal of the converter for all blades for the same position of the blade lock obtained for the current mode ( )
Если критерий q превышает заданное пороговое значение qnop(q≥qnop), то выносится суждение о наличии колебаний в лопаточном венце рабочего колеса турбомашины.If the criterion q exceeds a predetermined threshold value q nop (q≥q nop ), then a judgment is made about the presence of oscillations in the blade rim of the impeller of the turbomachine.
График изменения средних значений результатов преобразования при вариации k от 0 до К по всем контролируемым лопаткам при отсутствии колебаний представлен на фиг.2 (1) и имеет ярко выраженный максимум, который соответствует прохождению замками лопаток чувствительного элемента одновиткового преобразователя и пакету импульсов (обороту ротора) под номером k*. Появление колебаний нарушает картину изменений естественных выходных сигналов одновитковых вихретоковых преобразователей, т.к. в моменты опроса преобразователей торцы лопаток могут оказаться вне зоны его максимальной чувствительности и вместо ожидаемых максимальных значений результатов после преобразования их естественных выходных сигналов появятся меньшие значения. При этом, если колебаниями будут охвачены не все лопатки, а только их часть, то характер изменений функции сохраняется, но ее максимум станет меньшим. Снижение максимума зависит от числа лопаток, охваченных колебаниями (2). Чем интенсивнее колебания, тем ближе к горизонтальной прямой (3). Если же колебаниями охвачены все лопатки, то максимум функции исчезнет, а график трансформируется в горизонтальную прямую (3).The graph of the change in the average values of the conversion results with a variation of k from 0 to K for all controlled blades in the absence of oscillations is shown in Fig. 2 (1) and has a pronounced maximum that corresponds to the passage of the locks of the blades of the sensitive element of the single-turn transducer and the pulse packet (rotor rotation) under the number k * . The appearance of oscillations violates the pattern of changes in the natural output signals of single-turn eddy-current transducers, because at the moments when the converters are polled, the ends of the blades may be outside the zone of its maximum sensitivity, and instead of the expected maximum values of the results, after the conversion of their natural output signals, lower values appear. Moreover, if not all the blades are covered by the oscillations, but only a part of them, then the nature of the changes in the function persists, but its maximum becomes smaller. The decrease in the maximum depends on the number of blades covered by oscillations (2). The more intense the vibrations, the closer to the horizontal line (3). If all the blades are covered by vibrations, then the maximum of the function disappears, and the graph transforms into a horizontal line (3).
В качестве конкретной реализации способа рассмотрим пример обнаружения колебаний торцов лопаток на одной из ступеней компрессора газотурбинного двигателя (экспериментальные данные получены в процессе стендовых испытаний в реальных условиях). Количество контролируемых лопаток на роторе исследуемой ступени - 21, причем выбрана только каждая пятая лопатка от общего числа лопаток венца.As a specific implementation of the method, we consider an example of detecting vibrations of the ends of the blades at one of the stages of the compressor of a gas turbine engine (experimental data were obtained during bench tests in real conditions). The number of controlled blades on the rotor of the test stage is 21, with only every fifth blade selected from the total number of crown blades.
В таблице 1 и на фиг.3 приведены результаты аналого-цифрового преобразования ( 1) естественного выходного сигнала одновиткового вихретокового преобразователя для режима, когда колебания лопаток отсутствовали. Число пакетов импульсов опроса (оборотов ротора) - К=21 (номера пакетов (оборотов) k=1, 2, 3,..., 21).Table 1 and figure 3 shows the results of analog-to-digital conversion ( 1 ) the natural output signal of a single-turn eddy current transducer for the mode when the oscillations of the blades were absent. The number of packets of polling pulses (rotor revolutions) is K = 21 (packet (revolutions) numbers are k = 1, 2, 3, ..., 21).
В таблице 2 и на фиг.4 приведены результаты аналого-цифрового преобразования (C2) естественного выходного сигнала используемого одновиткового вихретокового преобразователя для режима, сопровождающегося колебаниями лопаток.In table 2 and figure 4 shows the results of analog-to-digital conversion (C 2 ) of the natural output signal of the used single-turn eddy current transducer for a mode accompanied by oscillations of the blades.
На фиг.5 представлены изменения средних значений результатов преобразования по всем контролируемым лопаткам для рассматриваемого случая при отсутствии колебаний ( 1) и при колебаниях лопаточного венца ротора ( 2).Figure 5 presents the changes in the average values of the conversion results for all controlled blades for the case under consideration in the absence of oscillations ( 1 ) and with fluctuations of the rotor blade rim ( 2 ).
Как видно из табл. 1 и фиг.3 при отсутствии колебаний, когда положения замков и торцов лопаток совпадают, максимумам результатов аналого-цифрового преобразования примерно соответствует пакет импульсов (оборот ротора) под номером k*=11. Тогда, подставляя в выражения (1, 2) результаты аналого-цифрового преобразования для режима, сопровождающегося колебаниями лопаток (С2k*) и для режима, когда колебания отсутствуют С1k* при k*=11 nл=21, получаемAs can be seen from the table. 1 and 3, in the absence of oscillations, when the positions of the locks and ends of the blades coincide, the maximum of the results of the analog-to-digital conversion corresponds approximately to the pulse packet (rotor revolution) under the number k * = 11. Then, substituting in the expressions (1, 2) the results of the analog-to-digital conversion for the regime accompanied by the oscillations of the blades (C 2k * ) and for the regime when there are no oscillations C 1k * at k * = 11 n l = 21, we obtain
Значение критерия q значительно превышает 1 и соответствует интенсивному колебательному процессу (фиг.5). Пороговое значение qпор может составлять qпор=1.2 и его превышение будет свидетельствовать о наличие колебаний.The value of the criterion q significantly exceeds 1 and corresponds to an intensive oscillatory process (figure 5). The threshold value of q pore can be q pore = 1.2 and its excess will indicate the presence of oscillations.
Результаты аналого-цифрового преобразования выходного сигнала преобразователя для режима, когда колебания лопаток отсутствовалиTable 1
The results of analog-to-digital conversion of the output signal of the converter for the mode when the oscillations of the blades were absent
kNo.
Результаты аналого-цифрового преобразования выходного сигнала преобразователя для режима, сопровождающегося колебаниями лопатокtable 2
The results of analog-to-digital conversion of the output signal of the converter for a mode accompanied by oscillations of the blades
kNo. of shovels.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002117100/28A RU2258902C2 (en) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | Method of measurement of radial spaces and detection of vibrations of rotor's blade of turbine machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002117100/28A RU2258902C2 (en) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | Method of measurement of radial spaces and detection of vibrations of rotor's blade of turbine machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002117100A RU2002117100A (en) | 2004-01-27 |
RU2258902C2 true RU2258902C2 (en) | 2005-08-20 |
Family
ID=35846286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002117100/28A RU2258902C2 (en) | 2002-06-27 | 2002-06-27 | Method of measurement of radial spaces and detection of vibrations of rotor's blade of turbine machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2258902C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706814C1 (en) * | 2019-04-26 | 2019-11-21 | Акционерное общество "Интер РАО - Электрогенерация" | Method for non-destructive testing of metal of turbine blades subjected to permanent and variable operating loads for prolonged periods at high temperatures |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110926766A (en) * | 2018-09-03 | 2020-03-27 | 上海电气电站设备有限公司 | Blade health monitoring system and monitoring method |
-
2002
- 2002-06-27 RU RU2002117100/28A patent/RU2258902C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706814C1 (en) * | 2019-04-26 | 2019-11-21 | Акционерное общество "Интер РАО - Электрогенерация" | Method for non-destructive testing of metal of turbine blades subjected to permanent and variable operating loads for prolonged periods at high temperatures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002117100A (en) | 2004-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9557210B2 (en) | Method for non-intrusive on-line detection of turbine blade condition | |
US4422333A (en) | Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine | |
US20110213569A1 (en) | Method and device for detecting cracks in compressor blades | |
US11009520B2 (en) | Determination of machine rotational speed based on vibration spectral plots | |
JP5916059B2 (en) | High temperature gas temperature measurement of gas turbine using tunable diode laser. | |
KR101466503B1 (en) | Apparatus for detecting combustor instability and method thereof | |
JP2008544131A (en) | Detection of engine status using an external microphone | |
JP4054310B2 (en) | Method and apparatus for detecting shocking mechanical action on equipment part | |
Joung et al. | Analysis of vibration of the turbine blades using non-intrusive stress measurement system | |
US10018596B2 (en) | System and method for monitoring component health using resonance | |
Krause et al. | Asynchronous response analysis of non-contact vibration measurements on compressor rotor blades | |
RU2258902C2 (en) | Method of measurement of radial spaces and detection of vibrations of rotor's blade of turbine machine | |
SK288140B6 (en) | Non-contact method for monitoring turbine blade particular individual steam or gas turbines in power system and system thereof | |
JP6978911B2 (en) | Blade monitoring system, blade monitoring device, blade monitoring method, program | |
Haghgooie | Effects of fuel octane number and inlet air temperature on knock characteristics of a single cylinder engine | |
US7113873B2 (en) | Method and system for using eddy current transducers in pressure measurements | |
CN113358210B (en) | Pressure pulsation-based supercharger turbine blade vibration monitoring method | |
KR102247305B1 (en) | Gas turbine combustion instability diagnosis system based on zero crossing rate and method thereof | |
Garcia et al. | Turbine-blade tip clearance and tip timing measurements using an optical fiber bundle sensor | |
US9970373B1 (en) | Method and system for detecting and eliminating knocking | |
Tamura et al. | Non-contact vibration measurement of the rotor blades that play a pivotal role in the reliability of gas turbines | |
CN111551138B (en) | Method for measuring radial strain of blade by using radiation signal difference of turbine blade and casing | |
Chiatti et al. | Automotive turbocharger speed estimation via vibration analysis for combustion optimization | |
WO1982001416A1 (en) | Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine | |
RU2382945C1 (en) | Method of detecting vibration combustion in combustion chamber of gas turbine engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060628 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20071227 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130628 |