SU1642309A1

SU1642309A1 - Defect test method for a turbine rotor

Info

Publication number: SU1642309A1
Application number: SU864076936A
Authority: SU
Inventors: Юрий Львович Израилев; Виктор Исаакович Тривуш; Давид Семенович Вайсберг; Александр Львович Лубны-Герцык; Николай Николаевич Ломагин; Геннадий Ильич Селезнев
Original assignee: Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1991-04-15

Abstract

Изобретение относитс к усталостным испытани м, а именно к способам определени поврежденности ротора тур- бомашины0 Цель изобретени - повышение точности определени поврежденности в виде трещины за счет исключени погрешностей, св занных с изменением физико-механических характеристик материала и разогрева ротора, а также повышение точности локализации поврежденное и3 Ротоп подчео чюг изгибным колебани м при ра грыгой и закрытой трещине, |: ачност,- собственных частот в этих положени х чвп ет с. характеристикой поврежденноеr:s ро тора„ 2 Soiio cb-лы, 2. ил0The invention relates to fatigue tests, namely, methods for determining damage to a turbomachine rotor0. The purpose of the invention is to improve the accuracy of damage determination in the form of cracks by eliminating errors associated with changing the physico-mechanical characteristics of the material and heating the rotor, as well as improving the accuracy of localization. the damaged U3 Rotop podcheo flexural vibrations with the trigger and the closed crack, |: Acuity, - natural frequencies in these positions characteristic of the damaged: s rotor "2 Soiio cb-ly, 2. or 0

Description

SSSS

kf.kf.

i чкъ,i chk,

.,.

Изобретение относитс к усталостным испытани м, а именно к способам определени поврежденности ротора турбомашиньиThis invention relates to fatigue tests, and specifically to methods for determining damage to a turbomachine rotor.

Цель изобретени - повышение точности определени поврежденности в виде трещины за счет исключени погрешностей , св занных, с изменением физико-механических характеристик материала и разогрева ротора, а также повышение точности локализации поврежденности зThe purpose of the invention is to improve the accuracy of determining damage in the form of a crack by eliminating errors associated with changing the physicomechanical characteristics of the material and heating the rotor, as well as improving the accuracy of localizing damage

На фиг.1 представлена схема ротора; на фиго 2 - сечение А-А на фиг010Figure 1 presents the scheme of the rotor; on figo 2 - section aa on fig

Устройством дл реализации способа служит основание с опорами в виде подвесок , вибратор и средства определени собственных частот и характеристик затухани В качестве статическихThe device for the implementation of the method is a base with supports in the form of suspensions, a vibrator and means for determining the natural frequencies and attenuation characteristics. As static

кзгибных усилий можно по ги.ъзо,.,ть силу веса ротора.Kzgibnyh efforts can be gi.zzo,., be the force of the weight of the rotor.

Способ реализуетс следу чим способом ,The method is implemented in the following way.

Ротор подвешивают на пружинных подвесках и усттнавливают на нем вибратор , причем жесткость подвесок выбирают из услови равенства колебаний сисге и ротор-подвеска в горизонтальной и вертикальной плоскост х , разность не превышает 3%0 При таком условии максимальна добротность колебательной системьь Определ ют собственныа чистоты чзгибных колебаний при открытом и закрытом состо нии трещиныs что достигаетс соответствующим поворотом Ј с тора относительно статической нагрузки - сюты веса По разности соответс пв 1ощлх часThe rotor is suspended on spring hangers and a vibrator is mounted on it, the suspension stiffness is chosen from the condition of equality of oscillations of the system and the rotor-suspension in horizontal and vertical planes, the difference does not exceed 3%. Under this condition, the maximum quality of oscillatory system is determined. in the open and closed state of the cracks, which is achieved by a corresponding rotation of the torus with respect to the static load - weight of the weight. The difference is equal to pv.

Ifns&j (Ifns & j (

Vrf Vrf

юYu

GOGO

ОABOUT

1Ю1U

тот суд т о величине поврежденностио Локализовать трещину можно путем определени высших частот спектра, которые по-разному измен ютс при наличии трещины в зависимости от локализации трещины0This determines the magnitude of damage. It is possible to locate a crack by determining the higher frequencies of the spectrum, which vary in different ways when there is a crack, depending on the localization of the crack.

Дл реализации способа провод т pa описанном роторе соответствующие тарировочные испытани ,,For the implementation of the method, the corresponding calibration tests are performed on the described rotor

Ротор 1 содержит трещину 2, последовательно выращиваемую и завариваемую в зонах 3 наибольшего повреждени По образующей ротора 1, смещенной на 90 по отношению к плоскости сим- метрик трещины, устанавливают датчики 4 деформацийо В плоскости симметрии трещины 2 на ротор 1 воздействует вибратор 5о Ротор 1 подвешен на пружинные опоры 6.The rotor 1 contains a crack 2, which is successively grown and brewed in the zones of greatest damage. According to the generator of the rotor 1 displaced by 90 relative to the plane of symmetry of the crack, strain gauges 4 are installed. In the plane of symmetry of the crack 2 the rotor 1 acts on the vibrator 5o. Spring Supports 6.

Способ осуществл ют следующим об- разомоThe method is carried out as follows.

Ротор устанавливают горизонтально в опорах на пружинных подвесках1 Дл выполнени указанного услови разли- чи частот колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскост х не более 3% достаточно, чтобы частота колебаний недеформируемого ротора в подвесках была на пор док меньше часто- ты низшей собственной формы колебаний о При характерной низшей частоте дл ротора паровой турбины 100 Гц требуетс проседание пружин под весом ротора, равное 3 мм„ Выполн ют искусственный надрез в характерном сечении где развиваютс трещины при длительной эксплуатациио Устанавливают вибратор и возбуждают горизонтальные резонансные колебани , вызывающие рост трещины из надреза под действием многоцикловых изгибных нагрузоко Контролируют уменьшение резонансной частоты , увеличение декремента и изменение фазы колебанийо Рост трещины прекра- щают, когда уменьшение резонансной частоты по любой из контролируемых низших форм достигает ширины соответствующей резонансной кривойо После этого неразрушающими методами, на- пример методом электропотенциала, определ ют размеры трещинЫо Устанавливают датчики деформации и определ ют. св зь между изменением частоты, декремента , фазы и деформаци ми, вызы- ваемыми вибрационными нагрузками, а также характеристиками (размеры, место расположени ) трещиньи Затем трещину заваривают и повтор ют изложенную последовательность действий по меньшей мере в трех сечени х.Така последовательность действий позвол ет найти св зь между уменьшением собственных частот колебаний ротора по первым собственным формам и размерам , а также место расположени (координата поперечного сечени ротора в направлении оси вращени ),,The rotor is mounted horizontally in the supports on spring hangers1. To fulfill the specified condition for the difference of the oscillation frequencies in the horizontal and vertical planes no more than 3%, it is enough that the oscillation frequency of the undeformable rotor in the suspensions is an order less than characteristic low frequency for a 100 Hz steam turbine rotor requires spring subsidence under a rotor weight of 3 mm. An artificial incision is made in a characteristic section where cracks develop for a long time. Noise operation Install the vibrator and excite horizontal resonant oscillations causing crack growth from a notch under the action of multi-cycle bending loads Control the decrease in the resonant frequency, increase the decrement and change the phase of the oscillation Growth of the crack stops when the decrease in the resonance frequency in any of the lower controlled forms reaches the width the resonance curve After that, using nondestructive methods, for example, the electropotential method, determine the size of the cracks. The strain gauges are installed and determined. the connection between the frequency change, the decrement, the phase and the deformations caused by the vibration loads, as well as the characteristics (dimensions, location) of the cracks. Then the crack is brewed and the outlined sequence of actions is repeated in at least three sections. There is no need to find a connection between the reduction of the natural frequencies of the rotor oscillations according to the first natural shapes and sizes, as well as the location (the coordinate of the rotor cross section in the direction of the axis of rotation)

Вы вленна св зь позволила рассчитать на ЭВМ номограммы, используемые дл определени размера и местоположени трещины в роторе по изменению указанных вибрационных характеристике Эти номограммы используютс при вибродиагностике трещины в роторе , осуществл емой без вскрыти цилиндра , когда ротор подвешен в специальных опорах, позвол ющих возбудить в нем резонансные колебани по собственным формам0 При этом о ресурсе ротора суд т по размеру трещины, определ число циклов до разрушени по известным соотношени м механики разрушени , например по зависимости Пэриса0The connection allowed us to calculate on the computer nomograms used to determine the size and location of the crack in the rotor by the change of the specified vibration characteristics. These nomograms are used in vibration diagnostics of the crack in the rotor performed without opening the cylinder when the rotor is suspended in special supports, which allow to initiate Here, the resonance oscillations in their own forms. In this case, the rotor resource is judged by the size of the crack, the number of cycles is determined before the destruction, according to the known ratios of mechanics, is destroyed Nor, for example, according to Paris

Пример. Ротор высокого давлени турбины АТ-25 подвешен в пружинных опорах на стенде московской экспериментальной ТЭВ ВТИ„ Длина ротора 3988 мм, вес 4120 кг„ В зоне осе симметричного концентратора (теплова канавка) выполнен трещиноподобный надрез (фрезой), заострен кислотой Иод действием установленного в горизонтальной плоскости вибратора 5 на 100 Гц инерционного типа (стандартный электродвигатель посто нного тока с неуравновешенной массой) настраиваетс частота силовых воздействий на первую низшую форму колебаний ротора (И 4 Гц)о Периодически контролируют уменьшение низших (первых п ти) резонансных частот при развитии трещины и при уменьшении резонансной частоты на величину, равную ширине резонансной кривой (приблизительно на 1 Гц), после чего рост трещины прекращают , а размеры ее уточн ют методами неразрушающего контрол 0 В данном случае метод электропотенциала показал, что площадь трещины f 2,7% F вала ротора, где F - площадь сечени вала в плоскости трещи- нЫо Поворачивают ротор так, чтобы трещина закрылась (верхнее положение)0 По горизонтальной образующей на поверхности вала датчиками деформацииExample. The high-pressure rotor of the AT-25 turbine is suspended in spring supports at the Moscow experimental TEV VTI stand. The rotor length is 3988 mm, weight is 4120 kg. In the axis zone of the symmetric concentrator (thermal groove) a crack-like incision was made (by a cutter); the plane of the vibrator 5 per 100 Hz of the inertia type (a standard DC motor with an unbalanced mass) adjusts the frequency of the power effects on the first lower oscillation mode of the rotor (I 4 Hz) o Periodically to control the lower (first five) resonant frequencies when the crack develops and the resonant frequency decreases by an amount equal to the width of the resonance curve (approximately 1 Hz), after which the crack growth is stopped, and its dimensions are refined by non-destructive testing methods. the electric potential method showed that the crack area f is 2.7% F of the rotor shaft, where F is the cross-sectional area of the shaft in the crack plane. Turn the rotor so that the crack closes (upper position) 0. strain gauges

измер ют распределение по длине де- формаций, вызванных вибрационными нагрузками по первым п ти формам резонансных колебанийо Эти измерени совместно с расчетными номограммами обеспечивают получение вного выражени искомой св зи в виде 1measure the distribution along the length of the deformations caused by the vibration loads in the first five forms of resonant oscillations. These measurements, together with the calculated nomograms, provide a clear expression of the desired connection in the form 1

AW/CJ iU/U jAW / CJ iU / U j

где &СО , UU - изменение частоты и потенциальной энергии при развитии трещины .where & CO, UU - change in frequency and potential energy during the development of cracks.

Ди - | м(х) Д(к0а)),Di - | m (x) D (k0a)),

где М(Х) - изгибающий момент, определ емый по показани м датчиков деформации; Д(Ке(1)) - приращение податливости ротора в плоскости X развити трещиныwhere M (X) is the bending moment determined by the readings of the strain sensors; D (Ke (1)) - the increment of the rotor compliance in the X plane develops cracks

)-U,5 --i-R-/ -2|-«Гг) -U, 5 --i-R- / -2 | - “Gg

где 1 Щwhere 1 u

V R6V r6

Е IE I

глубина трещины; наружный, внутренний радиус вала ротора; модуль упругости; момент инерции f (&i) sin Ыcrack depth; outer, inner radius of the rotor shaft; elastic modulus; moment of inertia f (& i) sin Ы

ГR

Полученные соотношени использованы дл расчета на ЭВМ удобчых номограмм , обеспечивающих необходимуюThe obtained relations are used for calculating on the computer of convenient nomograms, which provide the necessary

(X + (X +

точность определени размеров и место- 35 c учетом которых суд т о поврокден- положени (глубина 1, местоположение X, угол об трещины) при реализацииthe accuracy of determining the size and location, 35 which takes into account the rotational position (depth 1, location X, angle about the crack) during the implementation

ности ротораrotor

способа без вскрыти цилиндра турбины в услови х действующей ТЗС„ В проведенных испытани х проседание ротора на пружинных подвесках составило 3 мм При этом разность частот колебаний при горизонтальном и вертикальном воздействии вибрационных усилий составила 2,6%„of the method without opening the turbine cylinder under the conditions of the existing filling station. In the tests performed, the rotor subsided on spring suspensions was 3 mm. At the same time, the difference between the oscillation frequencies under horizontal and vertical vibration forces was 2.6%

Claims

Invention Formula

1 o A method for determining damage to the rotor of a turbomachine, consisting in that the rotor is mounted on two supports, excites in it flexible oscillations and determines the frequency of natural oscillations according to which

10 determine the damage characteristic, characterized in that, in order to improve the accuracy of determining the crack surface by eliminating errors associated with changing the physicomechanical characteristics of the material and heating the rotor, the direction of crack opening is applied to the rotor static bending load in the opposite direction to open the cracks and in the opposite direction, bending vibrations excite with each static bending load in the direction of its action, and as

25 characteristics of the damaged ™ determine the difference of these frequencies

2 The method according to i, about t and h and u and with the fact that, in order to increase the accuracy of localization of damage, the frequencies of higher forms of bending are additionally determined: vibrations at each of the static loads and characteristics damping oscillations

Taking into account that the court rises about

rotor

3. The method according to claim 1, that is, that the rotor is mounted on supports with the help of elastic elements, the rigidity of which is chosen from the condition that the natural oscillation frequencies are equal in the direction of application of the static load and

perpendicular direction ,,

FIG.

2