RU2454626C2 - Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины - Google Patents
Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2454626C2 RU2454626C2 RU2010116887/28A RU2010116887A RU2454626C2 RU 2454626 C2 RU2454626 C2 RU 2454626C2 RU 2010116887/28 A RU2010116887/28 A RU 2010116887/28A RU 2010116887 A RU2010116887 A RU 2010116887A RU 2454626 C2 RU2454626 C2 RU 2454626C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- rotor
- points
- measuring circuit
- converters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Использование: для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток колеса ротора относительно статора турбомашины. Сущность: производят раздельное определение смещений торцов лопаток в радиальном, осевом направлениях и в направлении вращения ротора с помощью трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей. Преобразователи размещают на статорной оболочке в пределах трех участков ее поверхности. На каждом участке выбирают по одной точке, находящейся в зоне чувствительности соответствующего преобразователя. Точки отстоят друг от друга на четыре третьих угловых шага установки лопаток на контролируемом колесе ротора. Преобразование индуктивностей чувствительных элементов в напряжения и фиксацию соответствующих цифровых кодов проводят за один оборот ротора. При этом функции рабочего и компенсационного преобразователи выполняют, чередуясь с приходом каждого импульса синхронизируемой последовательности, формируемого при повороте ротора на угол, равный одной трети углового шага установки лопаток. Технический результат: повышение быстродействия за счет сокращения времени сбора информации и точности за счет снижения динамической погрешности от возможной нестабильности периода вращения ротора за уменьшившееся время сбора информации. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.
Известен способ измерения радиальных смещений торцов лопаток ротора при одновременном измерении осевых смещений ротора турбомашины, при котором на статоре турбомашины устанавливают два вихретоковых преобразователя, смещенных друг относительно друга и возбуждаемых импульсами, синхронизируемыми с ее вращением, и по их сигналам оценивают координатные составляющие смещения торцов лопаток относительно указанных преобразователей в течение нескольких периодов вращения ротора турбомашины (патент РФ №2138012 «Способ измерения параметров движения лопаток ротора турбомашины», кл. G01B 7/14, 1999).
Недостатком этого способа является низкая информативность измерения из-за невозможности определения смещения торцов лопаток в направлении вращения ротора турбомашины, обусловленных изгибом пера лопатки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения, при котором на статоре турбомашины устанавливают кластер из трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей с чувствительными элементами в виде отрезка проводника, распределенными по статорной оболочке и расположенными на трех участках ее поверхности, на каждом из которых выбирают по одной точке, названной «виртуальным» геометрическим центром, причем точки смещены друг относительно друга в направлении вращения ротора, два из трех преобразователей включают в дифференциальную измерительную цепь с меняющимся от оборота к обороту ротора составом преобразователей или их функциями в измерительной цепи, возбуждаемой в моменты прохождения замками лопаток выбранных точек последовательностью импульсов, синхронизируемой с вращением турбомашины, преобразуют индуктивность чувствительных элементов в напряжение и фиксируют соответствующие выходному напряжению измерительной цепи цифровые коды, а по ним определяют координатные составляющие смещений торцов лопаток путем решения системы из трех уравнений на основе семейств градуировочных характеристик преобразователей (Беленький Л.Б., Боровик С.Ю., Логвинов А.В., Райков Б.К., Скобелев О.П., Секисов Ю.Н., Тулупова В.В. Методы измерения смещений торцов лопаток в компрессорах и турбинах на основе распределенных кластеров датчиков. Часть 1. Обоснование предлагаемых методов и их описание. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №4, с.16-19; Беленький Л.Б., Боровик С.Ю., Райков Б.К., Скобелев О.П., Секисов Ю.Н., Тулупова В.В. Методы измерения смещений торцов лопаток в компрессорах и турбинах на основе распределенных кластеров датчиков. Часть 2. Реализуемость методов. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №5, с.21-30).
Недостатком способа является низкое быстродействие, связанное с тем, что сбор данных, необходимых для определения смещений торцов лопаток ротора, происходит в три этапа, каждый из которых занимает один оборот ротора. Кроме того, возможная в продолжении трех оборотов ротора нестабильность ранее найденного периода его вращения, которым определяется периодичность и моменты возбуждения измерительной цепи, приводит к дополнительной динамической погрешности измерения смещений торцов лопаток ротора.
Цель изобретения - повышение быстродействия и точности.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе, при котором во взаимодействие с торцами лопаток работающей турбомашины вводят кластер из трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей с чувствительными элементами в виде отрезка проводника, распределенными по статорной оболочке и расположенными на трех участках ее поверхности, на каждом из которых выбирают по одной точке, причем точки смещены друг относительно друга в направлении вращения ротора, два из трех преобразователей включают в дифференциальную измерительную цепь с меняющимся составом преобразователей или их функциями в измерительной цепи, возбуждаемой в моменты прохождения замками лопаток выбранных точек последовательностью импульсов, синхронизируемой с вращением турбомашины, преобразуют индуктивность чувствительных элементов в напряжение и фиксируют соответствующие выходному напряжению измерительной цепи цифровые коды, а по ним определяют координатные составляющие смещений торцов лопаток путем решения системы из трех уравнений на основе семейств градуировочных характеристик преобразователей, отличающийся тем, что первая, вторая и третья точки последовательно смещены друг относительно друга на угол, составляющий четыре третьих угловых шага установки лопаток контролируемого колеса ротора, а очередной импульс синхронизируемой последовательности формируется при повороте колеса на одну треть углового шага установки лопаток, причем с приходом каждого импульса функция преобразователя в измерительной цепи меняется с рабочей на компенсационную так, что в пределах триады импульсов каждый преобразователь по одному разу выполняет функции рабочего и компенсационного.
На фиг.1 представлены схематическое изображение рабочего колеса турбомашины 1, взаимное расположение точек 01, 02 и 03, при прохождении которых замками лопаток производят преобразования индуктивностей чувствительных элементов в напряжение и фиксацию результирующих кодов, и систем отсчета (показаны оси координат Y и Z, оси Х направлены перпендикулярно плоскости чертежа) с началами отсчета, совпадающими с точками 01, 02 и 03. Угловые расстояния между точками 01 и 02 и 02 и 03 составляют 4/3·Δψл угловых шага установки лопаток (Δψл) на колесе ротора 2. Здесь же представлены статор 3, датчик синхронизации 4 и метка 5 на валу ротора 6.
На фиг.2 представлена плоская развертка фрагмента лопаточного венца, где в идеализированном виде изображены замки и торцы лопаток под номерами n-1, n, 1, 2. На том же рисунке жирными линиями показаны чувствительные элементы (ЧЭ) распределенного кластера одновитковых вихретоковых датчиков (ОВТД) (ЧЭ1, ЧЭ2, ЧЭ3), топология размещения которых и ориентация ЧЭ относительно торцов лопаток аналогичны тем, что приведены в работе (Беленький Л.Б., Боровик С.Ю., Райков Б.К., Скобелев О.П., Секисов Ю.Н., Тулупова В.В. Методы измерения смещений торцов лопаток в компрессорах и турбинах на основе распределенных кластеров датчиков. Часть 2. Реализуемость методов. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009, №5, с.21-30) (для большей наглядности распределенный кластер представлен в сосредоточенном виде в правой верхней части рисунка).
На фиг.3 представлены временные диаграммы, на которых показаны импульсы возбуждения измерительной цепи с периодом Т0=ТР/3·nЛ, где ТР - период вращения ротора, а nЛ - число лопаток ступени, М - импульсы синхронизации, поступающие от стандартного датчика частоты вращения (эпюра 1), моменты прохождения замками лопаток точек в зонах чувствительности первого, второго и третьего чувствительных элементов преобразователей распределенного кластера, в которых происходит преобразование их индуктивностей (эпюры 2, 3 и 4), и моменты фиксации результирующих кодов Сj-i, используемых для вычисления координатных составляющих смещения i-ой лопатки после того, как с ней взаимодействовали в качестве рабочего каждый из j=1, 2, 3 одновитковых вихретоковых преобразователей (эпюра 5), а также функции преобразователей в дифференциальной измерительной цепи при взаимодействии с лопатками - рабочего (Р) и компенсационного (К) ЧЭ.
На фиг.4 представлена Таблица 1, в которую объединены порядковые номера очередных перемещений лопаточного колеса, лопаток и чувствительных элементов датчиков.
Измерение искомых координат смещения торцов лопаток ротора турбомашины предлагаемым способом осуществляется следующим образом.
Получению информации с распределенного кластера одновитковых вихретоковых преобразователей предшествует этап измерения периода вращения ротора турбомашины (ТР). С этой целью используют датчик частоты вращения промышленного изготовления и метку на валу ротора.
Найденные значения периода вращения ТР используют для вычисления моментов прохождения замками лопаток точек O1, О2 и О3 в зонах чувствительности рабочих ЧЭ распределенного кластера, а также для определения периода тактовых импульсов Т0, причем период Т0 строго соответствует повороту колеса на угол Δψл/3.
Согласно предлагаемому способу импульсы возбуждения с периодом Т0 подаются в измерительную цепь (ИЦ) всякий раз, когда замок любой лопатки проходит мимо одного из ЧЭ.
При прохождении замка лопатки под номером 2 точки 01 ЧЭ1 в дифференциальной ИЦ выполняет рабочую функцию (ЧЭ1-P), а ЧЭ2 - компенсационную (ЧЭ2-К) (следует отметить, что для роли компенсационного возможен выбор и ЧЭ3, но его положение по отношению к ближайшей лопатке под номером n-1 менее благоприятно, чем у ЧЭ2 по отношению к лопатке под номером 11. (1 В идеале в зоне чувствительности компенсационного датчика не должны находиться торцы лопаток (или они должны находиться на максимально возможном расстоянии от ЧЭ).)
В рассматриваемом положении лопаточного колеса (фиг.2) контуры замков и торцов лопаток обведены сплошными линиями и дополнительно обозначены римскими цифрами I.
Очередные угловые перемещения лопаточного колеса на Δψл/3 вызывают соответствующие изменения положения: замков и торцов лопаток: на фиг.2 они занимают теперь вторую и третью позиции, на которых их контуры обведены линиями, выполненными в виде пунктира и квадратных точек и дополнительно обозначены римскими цифрами II и III соответственно. При этом вторая позиция характеризуется прохождением замком лопатки под номером 1 точки 02. В дифференциальной ИЦ функции рабочего выполняет ЧЭ2 (ЧЭ2-Р), а компенсационного - ЧЭ3 (ЧЭ3-К). И, наконец, третья позиция характеризуется прохождением замком лопатки под номером n точки 03. В ИЦ функции рабочего выполняет ЧЭ3 (ЧЭ3-Р), а компенсационного - ЧЭ1 (ЧЭ1-К).
В Таблицу 1 сведены результаты анализа, иллюстрированные на фиг.2 тремя позициями лопаточного колеса, а также результаты анализа для всех последующих позиций на протяжении полного периода вращения лопаточного колеса. При этом в колонке 1 даны порядковые номера очередных перемещений лопаточного колеса (на угол Δψл/3), а в колонках 2-4 порядковые номера лопаток, рабочих и компенсационных ЧЭ (соответственно).
Как следует из Таблицы 1, после девятого по счету перемещения лопаточного колеса, т.е. после его поворота на 3Δψл, для лопатки под номером 2 будет сформирована информация, достаточная для вычисления координат смещений торцов этой лопатки.
Затем аналогичная информация будет получена для лопатки под номером 1 и т.д. согласно Таблице 1. Если при этом после каждого поворота лопаточного колеса на угол 3Δψл будут вычисляться искомые координаты, то к моменту окончания периода вращения будут завершены вычисления координат для всех лопаток.
Значения координат смещений в радиальном (Y), осевом (X) направлениях и в направлении вращения (Z) для i-ой лопатки находятся путем решения системы из трех уравнений, полученных на основе снятых экспериментально семейств градуировочных характеристик измерительных каналов, связывающих коды аналого-цифрового преобразования и координаты смещений. При подстановке конкретных значений кодов, полученных в моменты прохождения замком i-ой лопатки точек преобразования индуктивностей ЧЭ и фиксации кодов 01, 02 и 03 (C1-i, С2-i, С3-i) и благодаря незначительности изменений смещений торца i-ой лопатки за время получения кодов С1-i, C2-i, C3-i система уравнений для i-ой лопатки принимает вид:
и решается относительно координат ее смещения X, Y, Z.
Очевидно, что при выбранном расстоянии (4Δψл/3) между точками, при похождении которых замками лопаток производят преобразования индуктивностей чувствительных элементов в напряжение, в процессе вращения лопаточного колеса в зоне чувствительности одного из пары ЧЭ через каждые Δψл/3 будет появляться торец лопатки, а это означает, что получение искомой информации по всем лопаткам станет возможным в течение одного периода вращения.
Claims (1)
- Способ измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины, при котором во взаимодействие с торцами лопаток работающей турбомашины вводят кластер из трех высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей с чувствительными элементами в виде отрезка проводника, распределенными по статорной оболочке и расположенными на трех участках ее поверхности, на каждом из которых выбирают по одной точке, причем точки смещены относительно друг друга в направлении вращения ротора, два из трех преобразователей включают в дифференциальную измерительную цепь с меняющимся составом преобразователей или их функциями в измерительной цепи, возбуждаемой в моменты прохождения замками лопаток выбранных точек последовательностью импульсов, синхронизируемой с вращением турбомашины, преобразуют индуктивность чувствительных элементов в напряжение и фиксируют соответствующие выходному напряжению измерительной цепи цифровые коды, а по ним определяют координатные составляющие смещений торцов лопаток путем решения системы из трех уравнений на основе семейств градуировочных характеристик преобразователей, отличающийся тем, что первая, вторая и третья точки последовательно смещены относительно друг друга на угол, составляющий четыре третьих угловых шага установки лопаток контролируемого колеса ротора, а очередной импульс синхронизируемой последовательности формируется при повороте колеса на одну треть углового шага установки лопаток, причем с приходом каждого импульса функция преобразователя в измерительной цепи меняется с рабочей на компенсационную так, что в пределах триады импульсов каждый преобразователь по одному разу выполняет функции рабочего и компенсационного.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116887/28A RU2454626C2 (ru) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010116887/28A RU2454626C2 (ru) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010116887A RU2010116887A (ru) | 2011-11-10 |
RU2454626C2 true RU2454626C2 (ru) | 2012-06-27 |
Family
ID=44996665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010116887/28A RU2454626C2 (ru) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2454626C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2651623C1 (ru) * | 2016-12-09 | 2018-04-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН) | Способ идентификации номеров лопаток рабочего колеса при измерении радиальных зазоров между торцами лопаток и статорной оболочкой турбомашины |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4970670A (en) * | 1988-11-30 | 1990-11-13 | Westinghouse Electric Corp. | Temperature compensated eddy current sensor temperature measurement in turbine blade shroud monitor |
US5365663A (en) * | 1992-04-28 | 1994-11-22 | Westinghouse Electric Corporation | Method of attaching a monitor target to a shrouded blade |
RU2138012C1 (ru) * | 1996-11-01 | 1999-09-20 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Способ измерения параметров движения лопаток ротора турбомашины |
RU2231750C2 (ru) * | 2001-10-18 | 2004-06-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Способ измерения параметров движения торцов лопаток ротора турбомашины и устройство для его реализации |
RU2272990C2 (ru) * | 2002-06-27 | 2006-03-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН (ИПУСС РАН) | Способ измерения многомерных перемещений и обнаружения колебаний торцов лопаток ротора турбомашины |
US7424823B2 (en) * | 2004-10-19 | 2008-09-16 | Techno-Sciences, Inc. | Method of determining the operating status of a turbine engine utilizing an analytic representation of sensor data |
-
2010
- 2010-04-28 RU RU2010116887/28A patent/RU2454626C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4970670A (en) * | 1988-11-30 | 1990-11-13 | Westinghouse Electric Corp. | Temperature compensated eddy current sensor temperature measurement in turbine blade shroud monitor |
US5365663A (en) * | 1992-04-28 | 1994-11-22 | Westinghouse Electric Corporation | Method of attaching a monitor target to a shrouded blade |
RU2138012C1 (ru) * | 1996-11-01 | 1999-09-20 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Способ измерения параметров движения лопаток ротора турбомашины |
RU2231750C2 (ru) * | 2001-10-18 | 2004-06-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Способ измерения параметров движения торцов лопаток ротора турбомашины и устройство для его реализации |
RU2272990C2 (ru) * | 2002-06-27 | 2006-03-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН (ИПУСС РАН) | Способ измерения многомерных перемещений и обнаружения колебаний торцов лопаток ротора турбомашины |
US7424823B2 (en) * | 2004-10-19 | 2008-09-16 | Techno-Sciences, Inc. | Method of determining the operating status of a turbine engine utilizing an analytic representation of sensor data |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2651623C1 (ru) * | 2016-12-09 | 2018-04-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН) | Способ идентификации номеров лопаток рабочего колеса при измерении радиальных зазоров между торцами лопаток и статорной оболочкой турбомашины |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010116887A (ru) | 2011-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2732571C (en) | Rotating blade analysis | |
KR101502259B1 (ko) | 다회전 앱솔루트 회전각을 검출하는 장치 및 그 회전각을 검출하는 방법 | |
CN102597708B (zh) | 轴抖动测量方法以及具备轴抖动测量功能的带自校正功能的角度检测器 | |
EP2500695B1 (en) | Angle detecting device with complex self-calibration function | |
CN103501141A (zh) | 圆形角位置传感器角位置误差检测补偿装置及补偿方法 | |
KR20140099867A (ko) | 다회전 앱솔루트 회전각 검출 장치 및 앱솔루트 회전각을 검출하는 방법 | |
JP2010276438A (ja) | 回転翼の非接触翼振動計測方法 | |
CN105705951B (zh) | 用于减少转子速度测量中误差的方法 | |
CN110470382A (zh) | 一种无转速同步传感器下的叶片自动定位方法 | |
RU2454626C2 (ru) | Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины | |
CN115473459A (zh) | 一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法 | |
CN102829714A (zh) | 一种基于圆感应同步器实现绝对式测角的方法 | |
JP5701723B2 (ja) | 翼振動計測装置 | |
CN106208539B (zh) | 一种磁电式编码器 | |
RU2457432C1 (ru) | Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов лопаток рабочего колеса турбины | |
CN111964707B (zh) | 基于游标码道的绝对式磁编码器的角度校准方法 | |
RU2431114C2 (ru) | Способ измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины | |
CN106644040B (zh) | 一种基于多传感器的转轴扭振检测方法与装置 | |
RU2390723C1 (ru) | Способ измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины | |
JPS61137011A (ja) | エンコ−ダ出力の精度向上方法 | |
RU2320957C1 (ru) | Способ обнаружения крутильных и изгибных смещений торцов лопаток рабочего колеса осевого компрессора при исследованиях срывных явлений | |
CN113639640A (zh) | 一种动子无线缆的直线电机精确位置检测方法 | |
US7119717B2 (en) | Encoder output divider and R/D converter | |
CN112762807B (zh) | 平面电机动子位移测量方法及装置 | |
KR100969590B1 (ko) | 엔진 속도 측정 장치 및 그 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140429 |