RU2287141C2 - Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine - Google Patents

Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine Download PDF

Info

Publication number
RU2287141C2
RU2287141C2 RU2005104172/06A RU2005104172A RU2287141C2 RU 2287141 C2 RU2287141 C2 RU 2287141C2 RU 2005104172/06 A RU2005104172/06 A RU 2005104172/06A RU 2005104172 A RU2005104172 A RU 2005104172A RU 2287141 C2 RU2287141 C2 RU 2287141C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency spectrum
pulsation
strains
vibro
impeller
Prior art date
Application number
RU2005104172/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005104172A (en
Inventor
Анатолий Васильевич Андреев (RU)
Анатолий Васильевич Андреев
Николай Николаевич Голиков (RU)
Николай Николаевич Голиков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение"(ОАО "УМПО")
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 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн"), Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение"(ОАО "УМПО") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority to RU2005104172/06A priority Critical patent/RU2287141C2/en
Publication of RU2005104172A publication Critical patent/RU2005104172A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2287141C2 publication Critical patent/RU2287141C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: technology for diagnostics of oscillations, appearing in turbo-machines, possible broad application during creation and finalizing of axial turbines and compressors, used in aviation and power engineering.
SUBSTANCE: method includes performing registration of vibro-strains on construction elements of working wheel in each operation mode of turbo machine simultaneously with registration of signal of pulsation indicators, these signals are transformed to frequency spectrum and frequency spectrum is compared to frequency spectrum of pulsation indicators. Based on coincidence of frequencies of pulsation spectrums and vibro-strains, it is possible to determine the source of high frequency pulsations, generating vibro-strains on construction elements of working wheel, thus significantly facilitating finalization of engine construction elements.
EFFECT: possible detection of high frequency pulsations, generation vibro-strains of construction elements of working wheel.
2 dwg

Description

Изобретение относится к диагностике колебаний, возникающих в турбомашинах, и может найти широкое применение при создании и прочностной доводке осевых турбин и компрессоров, применяемых как в авиации, так и в энергомашиностроении.The invention relates to the diagnosis of vibrations arising in turbomachines, and can be widely used in the creation and strength tuning of axial turbines and compressors used both in aviation and in power engineering.

Известен способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, включающий регистрацию сигнала датчиков пульсаций потока, преобразование сигнала в частотный спектр, регистрацию частоты следования лопаток, наблюдение двух симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток составляющих спектра, характеризующих колебания лопаток с бегущими по колесу волнами деформации, в сравнении между собой в процессе развития колебаний величины указанных составляющих спектра и суждение по результатам сравнения о направлении движения бегущих по колесу волн деформации (Патент РФ №2111469, МКИ: G 01 M 15/00, F 01 D 25/04, опубл. 20.05.98 г.).A known method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine, including registering a signal of flow pulsation sensors, converting a signal to the frequency spectrum, recording the repetition frequency of the blades, observing two spectrum components symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades, characterizing the vibrations of the blades with deformation waves running along the wheel, in comparison itself in the process of development of fluctuations in the magnitude of the indicated components of the spectrum and judgment based on the results of comparison about the direction of motion uschih the wheel deformation waves (RF Patent №2111469, IPC: G 01 M 15/00, F 01 D 25/04, publ 20.05.98 g.).

Недостатком указанного способа является возможность определения только автоколебаний лопаток и колебаний от вращающегося срыва.The disadvantage of this method is the ability to determine only the self-oscillations of the blades and vibrations from a rotating stall.

Задача изобретения - обеспечение возможности обнаружения источника высокочастотных пульсаций, генерирующих вибронапряжения элементов конструкции рабочего колеса путем одновременной регистрации сигнала датчиков пульсаций и вибронапряжений на элементах конструкции рабочего колеса, что значительно расширяет функциональные возможности известного способа.The objective of the invention is the ability to detect a source of high-frequency pulsations that generate vibratory stresses of the impeller structural elements by simultaneously registering the signal of the pulsation and vibratory stress sensors on the impeller structural elements, which greatly expands the functionality of the known method.

Указанная задача достигается тем, что в способе диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, включающем регистрацию сигнала датчиков пульсаций потока и преобразования сигнала в частотный спектр, на каждом режиме работы турбомашины одновременно с регистрацией сигнала датчиков пульсаций регистрируют вибронапряжения на элементах конструкции рабочего колеса, преобразуют эти сигналы в частотный спектр, сравнивают этот частотный спектр с частотным спектром датчиков пульсаций и по совпадению частот спектров пульсаций и вибронапряжений судят об источнике высокочастотных пульсаций, генерирующих вибронапряжения элементов конструкции рабочего колеса.This task is achieved by the fact that in a method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine, including registering a signal of flow pulsation sensors and converting a signal into a frequency spectrum, at each operating mode of a turbomachine simultaneously with registering a signal of pulsation sensors, register the vibratory voltages on the components of the impeller structure, convert these signals to frequency spectrum, compare this frequency spectrum with the frequency spectrum of ripple sensors and the coincidence of the frequencies of the spectra of ripple and vibration eny judge the source of high-frequency pulsations generating resonant stresses elements impeller design.

Новым в способе является то, что на каждом режиме работы турбомашины одновременно с регистрацией сигнала датчиков пульсаций регистрируют вибронапряжения на элементах конструкции рабочего колеса, преобразуют эти сигналы в частотный спектр, сравнивают этот частотный спектр с частотным спектром датчиков пульсаций и по совпадению частот спектров пульсаций и вибронапряжений судят об источнике высокочастотных пульсаций, генерирующих вибронапряжения элементов конструкции рабочего колеса.New in the method is that, at each operation mode of the turbomachine, simultaneously with the registration of the signal of the ripple sensors, the vibratory voltages are recorded on the impeller structural elements, these signals are converted into the frequency spectrum, this frequency spectrum is compared with the frequency spectrum of the ripple sensors and the coincidence of the frequencies of the ripple and vibration voltage spectra judge the source of high-frequency pulsations generating vibro-stresses of the elements of the construction of the impeller.

Экспериментально при доводке компрессоров низкого давления двухконтурных турбореактивных двигателей с широкохордными высоконагруженными лопатками было зафиксировано непосредственное возбуждение на собственных частотах рабочих лопаток компрессора и его корпуса пульсациями давления, генерируемыми при взаимодействии лопаток ротора и статора на различных режимах работы двигателя. Эти резонансы приводили к поломкам рабочих лопаток и корпуса компрессора.Experimentally, during the refinement of low-pressure compressors of turbofan engines with wide-chord high-loaded blades, direct excitation was detected at the natural frequencies of the compressor working blades and its casing by pressure pulsations generated by the interaction between the rotor blades and the stator at different engine operating modes. These resonances led to breakdowns of the blades and the compressor housing.

Выполнив на каждом режиме работы турбомашины одновременно с регистрацией сигнала датчиков пульсаций регистрацию вибронапряжений на элементах конструкции рабочего колеса, преобразовав эти сигналы в частотный спектр и сравнив этот частотный спектр с частотным спектром датчиков пульсаций, мы по совпадению частот спектров пульсаций и вибронапряжений можем определить источник высокочастотных пульсаций, генерирующих вибронапряжения элементов конструкции рабочего колеса, что значительно облегчает доводку элементов конструкции двигателя.Having performed at each operating mode of the turbomachine, simultaneously with the registration of the signal of the pulsation sensors, the registration of vibration stresses on the impeller structural elements, converting these signals to the frequency spectrum and comparing this frequency spectrum with the frequency spectrum of the pulsation sensors, we can determine the source of high-frequency pulsations by the coincidence of the frequencies of the spectra of pulsations and vibrations generating vibratory stresses of the impeller structural elements, which greatly facilitates the refinement of the motor structural elements la.

На фиг.1 показано устройство для реализации способа диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины.Figure 1 shows a device for implementing a method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine.

На фиг.2 представлены статистические данные по максимальным амплитудам колебаний в спектре:Figure 2 presents statistical data on the maximum amplitudes of oscillations in the spectrum:

а) пульсации потока в компрессоре;a) pulsation flow in the compressor;

б) вибронапряжение корпуса компрессора;b) vibration voltage of the compressor housing;

в) вибронапряжения на рабочей лопатке второй ступени компрессора.c) vibration stresses on the working blade of the second stage of the compressor.

Устройство для реализации способа диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины содержит корпус двухступенчатого компрессора 1 с лопатками направляющих аппаратов первой и второй ступеней 2 и 3, ротор 4 с рабочими колесами 5 и 6 с рабочими лопатками первой 7 и второй 8 ступеней. За рабочими колесами 5 и 6 в проточной части компрессора установлены датчики пульсаций давления 9 и 10. На корпусе 1 и на рабочей лопатке 8 установлены датчики вибронапряжений 11 и 12, в качестве которых могут быть использованы, например, высокотемпературные тензодатчики, чье применение для измерения вибрационных напряжений известно из сборника статей "Высокотемпературные тензодатчики". М.: Гос. научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1963, стр.74-77. Выходы датчиков 9, 10, 11 и 12 через многоканальный усилитель 13 подключены к входу анализатора спектров 14, у которого выход соединен со входом магнитного регистратора 15. Анализатор 14 и регистратор 15 могут быть как многоканальными, так и иметь переключатель на входе для выбора одного канала.A device for implementing a method for diagnosing oscillations of an impeller of a turbomachine comprises a two-stage compressor housing 1 with blades of guide vanes of the first and second stages 2 and 3, a rotor 4 with impellers 5 and 6 with impellers of the first 7 and second 8 stages. Behind the impellers 5 and 6, pressure pulsation sensors 9 and 10 are installed in the compressor flow path. Vibration stress sensors 11 and 12 are installed on the housing 1 and on the working blade 8, for example, high-temperature strain gauges, which can be used to measure vibration stresses is known from the collection of articles "High-temperature load cells". M .: State. Scientific and Technical Publishing House of Engineering Literature, 1963, pp. 74-77. The outputs of the sensors 9, 10, 11 and 12 through a multi-channel amplifier 13 are connected to the input of the spectrum analyzer 14, in which the output is connected to the input of the magnetic recorder 15. The analyzer 14 and the recorder 15 can be either multi-channel or have a switch at the input to select one channel .

Способ осуществляют следующим образом. На каждом режиме работы двигателя, когда компрессор низкого давления вращается с определенными оборотами, сигналы с датчиков пульсаций 9 и 10 и вибронапряжений 11 и 12 через усилитель 13 и анализатор спектра 14 записывают на магнитный регистратор 15. По данным с магнитного регистратора 15 строят график зависимости амплитуды пульсаций и вибронапряжений (по максимальным амплитудам в спектре) от частоты на всех режимах работы двигателя.The method is as follows. At each engine operation mode, when the low-pressure compressor rotates with certain revolutions, the signals from the pulsation sensors 9 and 10 and vibration stresses 11 and 12 through the amplifier 13 and the spectrum analyzer 14 are recorded on the magnetic recorder 15. According to the data from the magnetic recorder 15, a plot of the amplitude is plotted pulsations and vibration stresses (according to the maximum amplitudes in the spectrum) of the frequency at all engine operating modes.

График зависимости амплитуды пульсаций и вибронапряжений на компрессоре испытуемого двигателя от частоты на всех режимах работы двигателя представлен на фиг.2. На фиг.2а нанесены амплитуды пульсаций: крестиками по датчику 9 и точками по датчику 10. На фиг.2б нанесены амплитуды вибронапряжений корпуса по датчику 11: крестиками от пульсаций давления за первым рабочим колесом 5, зарегистрированных датчиком пульсаций 9, точками от пульсаций давления за вторым рабочим колесом 6, зарегистрированных датчиком пульсаций 10. На фиг.2в показаны амплитуды вибронапряжений рабочей лопатки второй ступени компрессора 8 по датчику 12: крестиками от пульсаций давления за первым рабочим колесом 5, зарегистрированных датчиком пульсаций 9, точками от пульсаций давления за вторым рабочим колесом 6, зарегистрированных датчиком пульсаций 10. Сравнение графиков на фиг.2а), б) и в) показывает, что вибронапряжения в определенных диапазонах частот на различных режимах работы компрессора двигателя как на корпусе 1, так и на лопатке 8 возникают из-за совпадения собственных частот элементов конструкции (корпус, лопатка) с частотой пульсаций давления, генерируемых при вращении ротора компрессора 4. Наблюдается явление резонанса, который при весьма короткой наработке на некоторых режимах работы двигателя приводит к поломке корпуса компрессора и рабочей лопатки второй ступени.A graph of the amplitude of the ripple and vibration stresses on the compressor of the test engine on the frequency at all modes of engine operation is presented in figure 2. In Fig.2a, the pulsation amplitudes are plotted: crosses on the sensor 9 and dots on the sensor 10. In Fig.2b, the amplitudes of the body vibrations are measured on the sensor 11: crosses from pressure pulsations behind the first impeller 5 registered by the pulsation sensor 9, points from the pressure pulsations behind the second impeller 6, registered by the pulsation sensor 10. On figv shows the amplitude of the vibration stresses of the working blades of the second stage of the compressor 8 by the sensor 12: crosses from pressure pulsations behind the first impeller 5, registered sensors ripple 9, points from pressure pulsations behind the second impeller 6, registered by the pulsation sensor 10. A comparison of the graphs in figa), b) and c) shows that the vibration voltage in certain frequency ranges at different operating modes of the engine compressor as on the housing 1 and on the blade 8 arise due to the coincidence of the eigenfrequencies of the structural elements (body, blade) with the frequency of pressure pulsations generated during rotation of the compressor rotor 4. There is a resonance phenomenon, which with a very short running time on which engine operating conditions leads to a breakdown of the compressor housing and the working blades of the second stage.

Демпфирование пульсаций давления в определенных диапазонах частот позволяет исключить явление резонанса элементов конструкции компрессора и обеспечить его надежную работу в течение ресурса двигателя.The damping of pressure pulsations in certain frequency ranges makes it possible to exclude the resonance phenomenon of compressor design elements and ensure its reliable operation over the life of the engine.

Claims (1)

Способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, включающий регистрацию сигнала датчиков пульсаций потока и преобразования сигнала в частотный спектр, отличающийся тем, что на каждом режиме работы турбомашины одновременно с регистрацией сигнала датчиков пульсаций регистрируют вибронапряжения на элементах конструкции рабочего колеса, преобразуют эти сигналы в частотный спектр, сравнивают этот частотный спектр с частотным спектром датчиков пульсаций и по совпадению частот спектров пульсаций и вибронапряжений судят об источнике высокочастотных пульсаций, генерирующих вибронапряжения элементов конструкции рабочего колеса.A method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine, including registering a signal of flow pulsation sensors and converting a signal to a frequency spectrum, characterized in that at each operating mode of a turbomachine simultaneously with registering a signal of pulsation sensors, vibratory voltages are recorded on the impeller structural elements, these signals are converted into a frequency spectrum, compare this frequency spectrum with the frequency spectrum of ripple sensors and by the coincidence of the frequencies of the spectra of ripple and vibration stresses nick high frequency pulsations generating resonant stresses elements impeller design.
RU2005104172/06A 2005-02-16 2005-02-16 Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine RU2287141C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104172/06A RU2287141C2 (en) 2005-02-16 2005-02-16 Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104172/06A RU2287141C2 (en) 2005-02-16 2005-02-16 Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005104172A RU2005104172A (en) 2006-07-27
RU2287141C2 true RU2287141C2 (en) 2006-11-10

Family

ID=37057574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005104172/06A RU2287141C2 (en) 2005-02-16 2005-02-16 Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2287141C2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451279C1 (en) * 2011-01-18 2012-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of diagnosing resonance vibrations in axial turbomachine impeller vanes
RU2490626C1 (en) * 2011-12-22 2013-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Turbo machine blade test device
RU2511773C1 (en) * 2013-02-26 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller
RU2525061C1 (en) * 2013-07-10 2014-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method for diagnostics of flutter of runner blades in axial turbomachine
RU2558170C2 (en) * 2013-12-12 2015-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им П.И. Баранова" Method for determining frequency of forced oscillations of impeller as part of turbo-machine stage
RU2573331C2 (en) * 2014-05-19 2016-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им П.И. Баранова" Method of characteristics determination of non-synchronous oscillations of impeller of turbine machine
RU2614458C1 (en) * 2016-02-11 2017-03-28 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Method of diagnosing forms of resonance vibrations of turbomachinery impeller blades
RU2623602C1 (en) * 2016-03-11 2017-06-28 Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" Российская федерация Республика Башкортостан Method of determining own frequencies and forms of vibrations of complex parts details

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451279C1 (en) * 2011-01-18 2012-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of diagnosing resonance vibrations in axial turbomachine impeller vanes
RU2490626C1 (en) * 2011-12-22 2013-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Turbo machine blade test device
RU2511773C1 (en) * 2013-02-26 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller
RU2525061C1 (en) * 2013-07-10 2014-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method for diagnostics of flutter of runner blades in axial turbomachine
RU2558170C2 (en) * 2013-12-12 2015-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им П.И. Баранова" Method for determining frequency of forced oscillations of impeller as part of turbo-machine stage
RU2573331C2 (en) * 2014-05-19 2016-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им П.И. Баранова" Method of characteristics determination of non-synchronous oscillations of impeller of turbine machine
RU2614458C1 (en) * 2016-02-11 2017-03-28 Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" Method of diagnosing forms of resonance vibrations of turbomachinery impeller blades
RU2623602C1 (en) * 2016-03-11 2017-06-28 Публичное акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ПАО "УМПО" Российская федерация Республика Башкортостан Method of determining own frequencies and forms of vibrations of complex parts details

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005104172A (en) 2006-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2287141C2 (en) Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine
KR100304466B1 (en) Processes and devices for monitoring the vibrations of axial compressors
Megerle et al. Numerical and experimental investigation of the aerodynamic excitation of a model low-pressure steam turbine stage operating under low volume flow
RU2395068C2 (en) Method of diagnostics of turbo machine impeller
RU2402751C1 (en) Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine
Petry et al. Experimental study of acoustic resonances in the side cavities of a high-pressure centrifugal compressor excited by rotor/stator interaction
RU2451279C1 (en) Method of diagnosing resonance vibrations in axial turbomachine impeller vanes
Reggio et al. Vibrational analysis for surge precursor definition in gas turbines
RU2573331C2 (en) Method of characteristics determination of non-synchronous oscillations of impeller of turbine machine
RU2411466C1 (en) Method of detecting resonance oscillations of turbo-machine rotor blades
Mathioudakis et al. Casing vibration and gas turbine operating conditions
CN113358210B (en) Pressure pulsation-based supercharger turbine blade vibration monitoring method
Rao et al. In situ detection of turbine blade vibration and prevention
RU2623856C1 (en) Way of aero gas-turbine engine disk diagnostic efficiency upgrading
RU2111469C1 (en) Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel
US11199437B2 (en) Utilization of fast-response pressure measurements to nonintrusively monitor blade vibration in axial compressors
Morini et al. Acoustic and vibrational analyses on a multi-stage compressor for unstable behavior precursor identification
Maywald et al. Vacuum spin test series of a turbine impeller with focus on mistuning and damping by comparing tip timing and strain gauge results
RU2812379C1 (en) Method for diagnosing condition of gas turbine engine
RU2659428C1 (en) Device for analysis of dynamic processes in impellers of turbine machines
CN116718394A (en) Blade installation quality consistency detection device of axial-flow gas turbine
Gill et al. Experimental investigation of flutter in a single stage unshrouded axial-flow fan
Shibukawa et al. Unsteady flow features and vibration stresses of an actual size steam turbine last stage in various low load conditions
Franke et al. Effects of varying inlet guide vane pattern on aerodynamic mistuning in transonic compressors
RU2558170C2 (en) Method for determining frequency of forced oscillations of impeller as part of turbo-machine stage

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20130729

PD4A Correction of name of patent owner