RU2374615C1 - Method of diagnosing turbomachine impeller vibration - Google Patents
Method of diagnosing turbomachine impeller vibration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374615C1 RU2374615C1 RU2008118470/06A RU2008118470A RU2374615C1 RU 2374615 C1 RU2374615 C1 RU 2374615C1 RU 2008118470/06 A RU2008118470/06 A RU 2008118470/06A RU 2008118470 A RU2008118470 A RU 2008118470A RU 2374615 C1 RU2374615 C1 RU 2374615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- spectrum
- turbomachine
- frequency
- oscillations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти широкое применение при прочностной и аэродинамической доводке осевых турбин и компрессоров, а также при создании систем диагностики турбомашин в авиации и энергомашиностроении.The invention relates to power engineering and can be widely used in the strength and aerodynamic refinement of axial turbines and compressors, as well as in the creation of diagnostic systems for turbomachines in aviation and power engineering.
Известен способ диагностики колебаний лопаток рабочего колеса осевой турбомашины, основанный на дискретно-фазовом методе, позволяющий определять деформационное состояние каждой лопатки рабочего колеса турбомашины [1]. Сущность способа заключается в измерении временных интервалов между импульсами корневого и периферийного датчиков, их сопоставлением с геометрическим положением конкретной лопатки в колесе в определенные моменты времени и соответствующей интерпретацией полученных значений.A known method for diagnosing vibrations of the blades of the impeller of an axial turbomachine, based on the discrete-phase method, which allows to determine the deformation state of each blade of the impeller of the turbomachine [1]. The essence of the method consists in measuring the time intervals between the pulses of the root and peripheral sensors, comparing them with the geometric position of a particular blade in the wheel at certain points in time and the corresponding interpretation of the obtained values.
Недостатком данного способа является необходимость установки корневых датчиков во внутреннем тракте турбомашины. Кроме того, данный способ не позволяет определить направление бегущих по колесу волн деформаций и номера диаметральных форм колебаний, по которым реализуются колебания лопаток.The disadvantage of this method is the need to install root sensors in the internal path of the turbomachine. In addition, this method does not allow to determine the direction of the deformation waves traveling along the wheel and the numbers of the diametrical forms of vibrations along which the vibrations of the blades are realized.
Наиболее близким к изобретению является способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, заключающийся в регистрации сигнала датчика пульсаций потока, преобразовании сигнала в частотный спектр, регистрации частоты следования лопаток и сравнении по величине двух симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток составляющих спектра и по результатам этого сравнения судят о направлении бегущих по колесу волн деформации и об изменении амплитуды колебаний лопаток [2].Closest to the invention is a method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine, which consists in registering a signal of a flow pulsation sensor, converting the signal into a frequency spectrum, recording the repetition frequency of the blades and comparing the magnitude of the two components of the spectrum symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades and judging by the results of this comparison the direction of the deformation waves traveling along the wheel and the change in the amplitude of the oscillations of the blades [2].
Недостатком данного способа являются его узкие функциональные возможности. Способ позволяет определять лишь отклик потока на колебания лопаток в виде бегущих волн деформации. При этом вызванные колебаниями лопаток пульсации потока, которые также реализуются в виде бегущих волн деформации, в турбомашине обычно подвержены явлениям отражения и наложения, вследствие чего величины их амплитуд могут искажаться и приводить к неверному суждению о направлении бегущей волны деформации и об амплитудах колебаний лопаток. Поэтому известный способ диагностики дает надежные результаты только при определенных условиях, когда наблюдаемые составляющие спектра пульсаций потока газа не подвержены явлениям отражения и наложения. Кроме того, в турбомашине, как правило, присутствуют акустические помехи, которые затрудняют поиск диагностических спектральных составляющих.The disadvantage of this method is its narrow functionality. The method allows to determine only the response of the flow to the vibrations of the blades in the form of traveling deformation waves. In this case, the flow pulsations caused by the vibrations of the blades, which are also realized as traveling deformation waves, are usually subject to reflection and superposition phenomena in a turbomachine, as a result of which their amplitudes can be distorted and lead to an incorrect judgment about the direction of the traveling deformation wave and the amplitudes of the vibrations of the blades. Therefore, the known diagnostic method gives reliable results only under certain conditions, when the observed components of the spectrum of the pulsations of the gas flow are not subject to the phenomena of reflection and superposition. In addition, in a turbomachine, as a rule, there are acoustic disturbances that make it difficult to search for diagnostic spectral components.
Технической задачей изобретения является повышение надежности диагностирования бегущих волн деформаций, которые возникают в колесе при колебаниях лопаток, а также амплитуд колебаний лопаток на основе измерения радиального зазора между лопатками и статором рабочего колеса турбомашины.An object of the invention is to increase the reliability of diagnosing traveling waves of deformations that occur in the wheel during vibrations of the blades, as well as the amplitudes of the vibrations of the blades based on measuring the radial clearance between the blades and the stator of the impeller of the turbomachine.
Технический результат достигается в заявляемом способе диагностики колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины, который заключается в регистрации сигнала датчика измерения зазора между рабочими лопатками и статором турбомашины, причем зарегистрированный сигнал датчика измерения зазора преобразуют в частотный спектр, регистрируют частоты следования лопаток, а в спектре сигнала наблюдают две симметрично равноотстоящие от частоты следования лопаток составляющие спектра, и составляющую спектра, отстоящую на таком же расстоянии от начала координат спектра, сравнивают между собой в процессе развития колебаний величины указанных составляющих спектра и по результатам наблюдения и сравнения судят о направлении движения бегущих по колесу волн деформации и об изменении амплитуды колебаний рабочего колеса турбомашины.The technical result is achieved in the inventive method for diagnosing oscillations of the blades of the impeller of a turbomachine, which consists in registering a signal of a sensor for measuring the gap between the rotor blades and the stator of the turbomachine, wherein the registered signal of the sensor for measuring the gap is converted into the frequency spectrum, the repetition frequencies of the blades are recorded, and two signals are observed in the signal spectrum the components of the spectrum symmetrically equally spaced from the blade repetition frequency and the spectrum component spaced at the same distance from acala coordinate spectrum are compared with each other in the development of vibrations of the magnitude of said spectral components and the results of observation and comparison of the judged direction of traveling movement of wheel deformation waves and to change the amplitude of oscillation of the impeller of the turbomachine.
Заявляемый способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины отличается от прототипа тем, что сравнивают между собой в процессе развития колебаний лопаток не величины спектральных составляющих в пульсациях потока, а величины спектральных составляющих в сигналах датчика измерения радиального зазора, характеризующих колебания лопаток с бегущими по колесу волнами деформации, и по результатам сравнения судят о направлении движения указанных волн.The inventive method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine differs from the prototype in that it is not the magnitude of the spectral components in the flow pulsations that compare the oscillations of the blades, but the magnitudes of the spectral components in the signals of the radial clearance measurement sensor, characterizing the oscillations of the blades with deformation waves running along the wheel, and according to the results of comparison, they judge the direction of movement of these waves.
Влияние перечисленных отличительных признаков на достигаемый технический результат подтверждается результатами экспериментов.The influence of the listed distinguishing features on the achieved technical result is confirmed by the results of experiments.
В процессе экспериментальных исследований, проведенных на компрессорах авиационных двигателей, наблюдали две составляющие f2 и f3 спектра сигнала с датчика измерения зазора, симметрично равноотстоящие от частоты следования лопаток Nfp, и еще одну спектральную составляющую f1, расположенную на таком же расстоянии от начала координат спектра. При этом установлено, что при флаттере спектральная составляющая f2, находящаяся слева от частоты следования лопаток Nfp, меньше по величине, чем спектральная составляющая f3, находящаяся справа от нее, а на таком же расстоянии от начала координат в спектре присутствует еще одна спектральная составляющая f1. Конкретные значения частот и амплитуд перечисленных спектральных составляющих при флаттере были следующими:In the process of experimental studies conducted on aircraft engine compressors, we observed two components f 2 and f 3 of the signal spectrum from the gap measurement sensor, symmetrically equidistant from the blade repetition frequency Nf p , and another spectral component f 1 located at the same distance from the beginning spectrum coordinates. It was found that with flutter the spectral component f 2 located to the left of the blades repetition frequency Nf p is smaller in magnitude than the spectral component f 3 located to the right of it, and at the same distance from the coordinate origin, another spectral component is present in the spectrum component f 1 . The specific values of the frequencies and amplitudes of the listed spectral components during flutter were as follows:
На фиг.1 показан спектр сигнала датчика зазора в отсутствие колебаний лопаток.Figure 1 shows the signal spectrum of the gap sensor in the absence of oscillations of the blades.
На фиг.2 показан спектр сигнала датчика зазора при колебаниях с направлением движения бегущей по колесу волны деформации, соответствующей флаттеру.Figure 2 shows the signal spectrum of the gap sensor during oscillations with the direction of motion of the deformation wave traveling along the wheel corresponding to flutter.
На фиг.3 показан спектр сигнала датчика зазора при колебаниях с направлением движения бегущей по колесу волны деформации, соответствующей наличию колебаний от вращающегося срыва.Figure 3 shows the signal spectrum of the gap sensor during oscillations with the direction of motion of the deformation wave traveling along the wheel, corresponding to the presence of oscillations from a rotating stall.
На фиг.4 схематично показан рабочий вид устройства, реализующего заявляемый способ.Figure 4 schematically shows a working view of a device that implements the inventive method.
Способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины осуществляется следующим образом.A method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine is as follows.
При работе турбомашины, ротор которой вращается с частотой fp, сигнал с датчика измерения радиального зазора через усилитель поступает на вход регистратора-анализатора, фиг.4.When the turbomachine is operating, the rotor of which rotates with a frequency f p , the signal from the radial clearance measurement sensor is fed through an amplifier to the input of the recorder-analyzer, Fig. 4.
В отсутствие аэроупругих колебаний в спектре сигнала на экране регистратора-анализатора наблюдается только частота следования лопаток, равнаяIn the absence of aeroelastic vibrations in the signal spectrum on the screen of the recorder-analyzer, only the repetition rate of the blades is observed, equal to
Nfp, (фиг.1), где N - количество лопаток в колесе, fp - частота вращения ротора.Nf p , (Fig. 1), where N is the number of blades in the wheel, f p is the rotor speed.
В момент возникновения аэроупругих колебаний, фиг.2, 3, возникают бегущие по колесу волны деформации, порождающие фазомодулированные бегущие волны в сигнале датчика радиального зазора. При этом в спектре сигнала датчика зазора для каждой формы колебаний колеса, по которой реализуется флаттер или колебания от вращающегося срыва, наблюдают две спектральные составляющие с частотами f2 и f3, при этомAt the time of the occurrence of aeroelastic vibrations, FIGS. 2, 3, deformation waves traveling along the wheel occur, generating phase-modulated traveling waves in the signal of the radial clearance sensor. In this case, in the spectrum of the signal of the gap sensor for each form of vibration of the wheel, along which flutter or oscillations from a rotating stall is realized, two spectral components with frequencies f 2 and f 3 are observed, while
f2=Nfp-fд, где fд=fл±zfp; z - число волн деформации колеса; fл - частота колебаний лопаток,f 2 = Nf p -f d , where f d = f l ± zf p ; z is the number of waves of deformation of the wheel; f l - the oscillation frequency of the blades,
и f3=Nfp+fд, симметрично равноотстоящие от частоты следования лопаток Nfp на расстоянии fд, и спектральную составляющую f1=fд, расположенную на таком же расстоянии от начала координат.and f 3 = Nf p + f d symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades Nf p at a distance f d and the spectral component f 1 = f d located at the same distance from the origin.
Если направление бегущих по колесу волн деформации соответствует вращающемуся срыву, то вначале будет наблюдаться практически одинаковый уровень спектральных составляющих с частотами f2 и f3. По мере увеличения амплитуды колебаний лопаток спектральная составляющая с частотой f2 будет обгонять спектральную составляющую с частотой f3 (фиг.3), и их сравнение между собой даст возможность наблюдателю уверенно судить о том, что направление движения бегущих по колесу волн деформаций противоположно направлению вращения колеса, что соответствует случаю колебаний лопаток от вращающегося срыва.If the direction of the deformation waves traveling along the wheel corresponds to a rotating stall, then at the beginning practically the same level of spectral components with frequencies f 2 and f 3 will be observed. As the amplitude of the oscillations of the blades increases, the spectral component with a frequency f 2 will overtake the spectral component with a frequency f 3 (Fig. 3), and comparing them with each other will enable the observer to confidently judge that the direction of movement of the deformation waves running along the wheel is opposite to the direction of rotation wheels, which corresponds to the case of vibrations of the blades from a rotating stall.
В том случае, когда направление бегущих по колесу волн деформации соответствует флаттеру, то есть направление волн деформаций совпадает с направлением вращения колеса, то составляющие в спектре с частотами f2 и f3 по мере развития колебаний ведут себя качественно по иному. По мере увеличения амплитуды колебаний лопаток спектральная составляющая с частотой f3 начнет заметно обгонять составляющую с частотой f2, фиг.2, и сравнение их величин между собой даст возможность судить о наличии флаттера лопаток.In the case when the direction of the deformation waves traveling along the wheel corresponds to flutter, that is, the direction of the deformation waves coincides with the direction of rotation of the wheel, then the components in the spectrum with frequencies f 2 and f 3 behave differently as the oscillations develop. As the amplitude of the oscillations of the blades increases, the spectral component with a frequency f 3 will begin to noticeably overtake the component with a frequency f 2 , Fig. 2, and a comparison of their values among themselves will make it possible to judge the presence of a flutter of the blades.
Спектральная составляющая с частотой f1=fд=fл±zfp в обоих случаях будет увеличиваться по мере увеличения амплитуды колебаний лопаток.The spectral component with a frequency of f 1 = f d = f l ± zf p in both cases will increase with increasing amplitude of the oscillations of the blades.
Таким образом, простым обнаружением в сигнале с датчика измерения радиального зазора трех спектральных составляющих с частотами f1, f2 и f3, связанных между собой известными соотношениями, можно сделать однозначный вывод о возникновении аэроупругих колебаний с бегущими по колесу волнами деформаций, о направлении движения указанных волн и следовательно определить вид развивающихся колебаний.Thus, by simply detecting in the signal from the radial gap measurement sensor three spectral components with frequencies f 1 , f 2 and f 3 , interconnected by known relations, we can make an unambiguous conclusion about the occurrence of aeroelastic vibrations with deformation waves running along the wheel, about the direction of movement these waves and therefore determine the type of developing oscillations.
Изменение разности величин составляющих спектра на частотах f2 и f3, а также изменение величины спектральной составляющей на частоте f1 позволяет судить об изменении амплитуды колебаний лопаток колеса в данный момент времени по сравнению с амплитудой в момент возникновения аэроупругих колебаний.A change in the difference in the values of the components of the spectrum at frequencies f 2 and f 3 , as well as a change in the magnitude of the spectral component at a frequency f 1, makes it possible to judge the change in the amplitude of vibrations of the wheel blades at a given time in comparison with the amplitude at the time of aeroelastic vibrations.
Источники информацииInformation sources
1. Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р.А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М., Машиностроение, 1977, стр.23-27.1. Zablotsky I.E., Korostelev Yu.A., Shipov R.A. Non-contact measurements of vibrations of turbomachine blades. M., Mechanical Engineering, 1977, pp. 23-27.
2. Патент РФ №2111469, G01M 15/00, F01D 25/04, от 11.04.1997 г. «Способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины».2. RF patent No. 2111469, G01M 15/00, F01D 25/04, 04/11/1997, "Method for the diagnosis of oscillations of the impeller of a turbomachine."
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118470/06A RU2374615C1 (en) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | Method of diagnosing turbomachine impeller vibration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118470/06A RU2374615C1 (en) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | Method of diagnosing turbomachine impeller vibration |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2374615C1 true RU2374615C1 (en) | 2009-11-27 |
Family
ID=41476818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008118470/06A RU2374615C1 (en) | 2008-05-13 | 2008-05-13 | Method of diagnosing turbomachine impeller vibration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2374615C1 (en) |
-
2008
- 2008-05-13 RU RU2008118470/06A patent/RU2374615C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЗАБЛОЦКИЙ И.Е. и др. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. - М.: Машиностроение, 1977, с.23-27. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5073533B2 (en) | How to detect damage to engine bearings | |
| US8225671B2 (en) | Apparatus and method for non-contacting blade oscillation measurement | |
| EP2870346B1 (en) | Advanced tip-timing measurement blade mode identification | |
| US4422333A (en) | Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine | |
| US8074499B2 (en) | Method and system for detecting a crack on a turbomachine blade | |
| US20110219741A1 (en) | Determining fan parameters through pressure monitoring | |
| US7698942B2 (en) | Turbine engine stall warning system | |
| RU2395068C2 (en) | Method of diagnostics of turbo machine impeller | |
| JP2010286483A (en) | Lateral, angular and torsional vibration monitoring of rotordynamic system | |
| JP5916496B2 (en) | Condition monitoring device and rotating machine | |
| EP2930337B1 (en) | Method to control a supercharged internal combustion engine provided with a turbocharger by means of an estimation of the average power delivered by the turbine of the turbocharger | |
| RU2402751C1 (en) | Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine | |
| CN112525533A (en) | Online detection method for contact angle of ball bearing of aero-engine | |
| RU2451279C1 (en) | Method of diagnosing resonance vibrations in axial turbomachine impeller vanes | |
| RU2374615C1 (en) | Method of diagnosing turbomachine impeller vibration | |
| RU2411466C1 (en) | Method of detecting resonance oscillations of turbo-machine rotor blades | |
| Murray et al. | Detection of rotor forced response vibrations using stationary pressure transducers in a multistage axial compressor | |
| 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 | |
| US9897431B2 (en) | Edge detector | |
| Lindstedt et al. | Model for blade diagnosis in a working rotor machine employing the method of virtual elimination of stochastic environment | |
| RU2634511C1 (en) | Method for determining dynamic stresses in blades of turbomachine working wheel | |
| JP2010091278A (en) | Method and device for measuring vibration of airfoil | |
| RU2076307C1 (en) | Method of diagnostics of self-oscillations of impeller of axial turbomachine | |
| RU2451922C1 (en) | Diagnostic technique for aeroelastic oscillation mode of rotor blades of axial flow turbomachine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200514 |