RU2111469C1 - Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel - Google Patents

Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel Download PDF

Info

Publication number
RU2111469C1
RU2111469C1 RU97105999A RU97105999A RU2111469C1 RU 2111469 C1 RU2111469 C1 RU 2111469C1 RU 97105999 A RU97105999 A RU 97105999A RU 97105999 A RU97105999 A RU 97105999A RU 2111469 C1 RU2111469 C1 RU 2111469C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spectrum
blades
wheel
oscillations
components
Prior art date
Application number
RU97105999A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97105999A (en
Inventor
Анатолий Алексеевич Хориков
Original Assignee
Анатолий Алексеевич Хориков
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 Анатолий Алексеевич Хориков filed Critical Анатолий Алексеевич Хориков
Priority to RU97105999A priority Critical patent/RU2111469C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2111469C1 publication Critical patent/RU2111469C1/en
Publication of RU97105999A publication Critical patent/RU97105999A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: power mechanical engineering. SUBSTANCE: in process of development of aeroelastic vibrations values of two components of flow pulsation spectrum located symmetrically about blade succession frequency are compared. Direction of deformation wave running over wheel is judged by results of comparison. In addition, difference of values of the above-mentioned spectrum components is recorded, and conclusion is made about variation of vibration amplitude of wheel blades. EFFECT: determination of type of aeroelastic vibrations developing at given moment. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти широкое применение при прочностной 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 for strength aerodynamic tuning of axial turbines and compressors, as well as for creating diagnostic systems for turbomachines in aviation and power engineering.

Известен способ диагностики колебаний рабочего колеса осевой турбомашины, заключающейся в том, что измеряют пульсации потока газа вблизи рабочего колеса, преобразуют сигнал пульсаций в частотный спектр, а момент возникновения автоколебаний фиксируют по наличию в спектре пульсаций сигнала хотя бы на одной из диагностических частот, равных сумме частоты собственных колебаний лопатки в колесе и частоты вращения колеса, умноженной на номер собственной формы колебаний, т.е. A known method for diagnosing oscillations of the impeller of an axial turbomachine, which consists in measuring the pulsations of the gas flow near the impeller, converting the pulsation signal to the frequency spectrum, and the moment of occurrence of self-oscillations is recorded by the presence in the spectrum of the pulsations of the signal at least at one of the diagnostic frequencies equal to the sum the natural frequencies of the blades in the wheel and the frequency of rotation of the wheel multiplied by the number of the natural modes of vibration, i.e.

fn1 = fm + mfр, (1)
где
fnl -диагностическая частота колебаний лопаток, наблюдаемых в спектре пульсаций потока газа вблизи рабочего колеса при автоколебаниях;
fm - собственная частота колебаний лопаток в колесе;
fр - частота вращения колеса в роторе;
m - номер собственной формы колебаний, соответствующий количеству волн деформаций по окружности колеса [1].
f n1 = f m + mf p , (1)
Where
f nl is the diagnostic oscillation frequency of the blades observed in the spectrum of pulsations of the gas flow near the impeller during self-oscillations;
f m is the natural vibration frequency of the blades in the wheel;
f p - the frequency of rotation of the wheel in the rotor;
m is the number of the natural mode of vibration corresponding to the number of deformation waves around the circumference of the wheel [1].

Недостатком данного способа диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины является ограниченность его функциональных возможностей, так как количество форм, по которым могут возникать колебания, достаточно велико и обнаружить в спектре пульсаций диагностические частоты, характерные для аэроупругих колебаний, при наличии сильного акустического шума и гармоник окружной неравномерности потока, свойственных рабочему процессу в реальной турбомашине, обычно трудно. Кроме того, при различных видах аэроупругих колебаний лопаток, характеризующихся наличием колебаний лопаток с бегущими по колесу волнами деформации, таких как автоколебания или вращающийся срыв, диагностика их вида указанным способом практически невозможна, поскольку значения диагностических частот для этого случая могут быть близки между собой или даже совпадать. The disadvantage of this method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine is its limited functionality, since the number of forms by which oscillations can occur is large enough to detect diagnostic frequencies characteristic of aeroelastic vibrations in the pulsation spectrum in the presence of strong acoustic noise and harmonics of the circular flow unevenness inherent to the workflow in a real turbomachine is usually difficult. In addition, with various types of aeroelastic vibrations of the blades, characterized by the presence of vibrations of the blades with deformation waves running along the wheel, such as self-oscillations or rotating stall, it is almost impossible to diagnose their appearance in this way, since the values of the diagnostic frequencies for this case can be close to each other or even coincide.

Наиболее близким к изобретению является способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, заключающейся в регистрации сигнала датчика пульсаций потока газа, размещенного неподвижно в корпусе турбомашины в зоне рабочего колеса, преобразовании указанного сигнала в частотный спектр, регистрации частоты следования лопаток и наблюдении двух симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток составляющих спектра, характеризующих колебания лопаток с бегущими по колесу волнами деформации [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 pulsation sensor of a gas flow placed motionlessly in the housing of the turbomachine in the region of the impeller, converting the indicated signal into a frequency spectrum, recording the repetition rate of the blades and observing two symmetrically equally spaced blades of the spectrum components characterizing the oscillations of the blades with deformation waves running along the wheel [2].

Недостаток известного способа - узкие функциональные возможности. Действительно, известный способ позволяет определять лишь момент возникновения автоколебаний, относящихся к аэроупругим колебаниям, характеризующимся наличием бегущих по колесу волн деформации, при этом указанный момент фиксируется по появлению в спектре пульсаций потока газа двух составляющих на диагностических частотах автоколебаний, симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток. The disadvantage of this method is the narrow functionality. Indeed, the known method allows one to determine only the moment of occurrence of self-oscillations related to aeroelastic vibrations characterized by the presence of deformation waves traveling along the wheel, while this moment is fixed by the appearance of two components in the gas flow pulsation spectrum at the self-oscillation diagnostic frequencies symmetrically equally spaced from the blades repetition rate.

Вместе с тем установлено, что присутствие в спектре пульсаций потока газа двух составляющих, симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток, может соответствовать не только наличию автоколебаний, но и наличию другого вида аэроупругих колебаний, а именно колебаний от вращающегося срыва [3]. Последние также характеризуются наличием бегущей по колесу волны деформации, но в отличие от автоколебаний эта волна движется по колесу в противоположном направлении. Диагностическая частота пульсаций в этом случае определяется по формуле
fn2 = fр - fл, (2)
где
fn2 - диагностическая частота в спектре пульсаций потока при колебаниях от вращающегося срыва;
fр - частота вращения ротора;
fл - частота колебаний лопатки при вращающемся срыве [4].
At the same time, it was established that the presence of two components in the spectrum of gas flow pulsations symmetrically equally spaced from the blades repetition frequency can correspond not only to the presence of self-oscillations, but also to the presence of another type of aeroelastic vibrations, namely, vibrations from a rotating stall [3]. The latter are also characterized by the presence of a deformation wave running along the wheel, but unlike self-oscillations, this wave moves along the wheel in the opposite direction. The diagnostic pulsation frequency in this case is determined by the formula
f n2 = f p - f l , (2)
Where
f n2 is the diagnostic frequency in the spectrum of flow pulsations during oscillations from a rotating stall;
f p - rotor speed;
f l - the oscillation frequency of the blade during a rotating stall [4].

При этом автоколебания и колебания от вращающегося срыва являются взаимоисключающими явлениями, а частоты, на которых наблюдаются упомянутые выше диагностические составляющие в спектре на стационарном режиме работы турбомашины, различны, поэтому известный способ диагностики дает надежные результаты только при определенных условиях, когда наблюдаемые составляющие спектра пульсаций потока газа устойчиво располагаются на диагностических частотах автоколебаний. In this case, self-oscillations and oscillations from a rotating stall are mutually exclusive phenomena, and the frequencies at which the above diagnostic components are observed in the spectrum at the stationary operation of the turbomachine are different, therefore, the known diagnostic method gives reliable results only under certain conditions, when the observed components of the spectrum of flow pulsations gas are stably located at the diagnostic frequencies of self-oscillations.

На нестационарных режимах работы турбомашины происходит непрерывное изменение положения на оси частот составляющих спектра пульсаций потока газа. При этом цикл, включающий регистрацию сигнала датчика пульсаций потока, преобразование этого сигнала в частотный спектр, вывод спектра на устройство индикации и считывание информации с него оператором, занимает вполне ощутимый временной отрезок, поэтому для некоторых конструкций рабочих колес, для которых характерны близкие значения диагностических частот автоколебаний и колебаний от вращающегося срыва, известный способ (в особенности на быстроменяющихся по частоте вращения режимах работы) позволяет по появлению в спектре составляющих, симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток, установить только то, что возникли аэроупругие колебания с бегущими по колесу волнами деформации. Однако установить направление движения такой волны и тем самым определить, какой вид аэроупругих колебаний начинает развиваться, известный способ не позволяет. In non-stationary modes of operation of a turbomachine, a continuous change in position on the frequency axis of the components of the spectrum of gas flow pulsations occurs. In this case, the cycle, including recording the signal of the flow pulsation sensor, converting this signal to the frequency spectrum, outputting the spectrum to the indicating device and reading information from it by the operator, takes a quite noticeable time interval, therefore, for some impeller designs that are characterized by close values of the diagnostic frequencies self-oscillations and vibrations from a rotating stall, a known method (especially in rapidly changing operating modes in terms of frequency of rotation) allows for the appearance in the spectrum of the component their symmetrically equidistant from the blade repetition frequency, establish only that having aeroelastic vibrations from traveling around the wheel deformation waves. However, to establish the direction of motion of such a wave and thereby determine what type of aeroelastic vibrations begins to develop, the known method does not allow.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности диагностирования не только возникновения бегущей по колесу волны деформации, но и определения направления движения этой волны по колесу. The objective of the invention is the expansion of the functionality of the method by making it possible to diagnose not only the occurrence of a deformation wave running along the wheel, but also determine the direction of movement of this wave along the wheel.

Это достигается за счет того, что в способе диагностики колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины, заключающемся в регистрации сигнала датчика пульсации потока, преобразовании сигнала в частотный спектр, регистрации частоты следования лопаток и наблюдении двух, симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток, составляющих спектра, характеризующих колебаний лопаток с бегущими по колесу волнами деформации, дополнительно сравнивают между собой в процессе развития колебаний величины указанных составляющих спектра и по результатам сравнения судят о направлении движения бегущей по колесу волны деформации. This is achieved due to the fact that in the method for diagnosing vibrations of the blades of the impeller of a turbomachine, which consists in recording the signal of the flow pulsation sensor, converting the signal to the frequency spectrum, recording the repetition rate of the blades and observing two blades that are symmetrically equally spaced from the repetition rate of the components that characterize the oscillations blades with deformation waves running along the wheel are additionally compared with each other during the development of fluctuations in the magnitude of the indicated spectrum components and comparison ults are judged on the direction of motion of the deformation wave traveling along the wheel.

Задачей изобретения является также расширение функциональных возможностей способа путем обеспечения возможности определения изменения амплитуды колебаний лопаток колеса. The objective of the invention is to expand the functionality of the method by providing the ability to determine changes in the amplitude of oscillation of the blades of the wheel.

Это достигается за счет того, что фиксируют разность величин сравниваемых составляющих спектра и по ней судят об изменении амплитуды колебаний лопаток колеса. This is achieved due to the fact that the difference in the values of the compared components of the spectrum is recorded and it is used to judge the change in the amplitude of vibration of the wheel blades.

Предлагаем способ диагностики колебаний лопаток рабочего колеса турбомашины отличается от прототипа тем, что дополнительно сравнивают между собой в процессе развития колебаний величины составляющих спектра, характеризующих колебания лопаток с бегущими по колесу волнами деформации, и по результатам сравнения судят о направлении движения указанных волн. We propose a method for diagnosing oscillations of the blades of the impeller of a turbomachine differs from the prototype in that they additionally compare the values of the spectrum components characterizing the oscillations of the blades with the deformation waves running along the wheel during the development of the oscillations, and they judge the direction of movement of these waves by the results of the comparison.

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 составляющие в спектре пульсаций потока, симметрично равноотстоящие от частоты следования лопаток, при этом установлено, что при колебаниях от вращающегося срыва спектральная составляющая с меньшей частотой по величине больше, чем спектральная составляющая с большей частотой, а при автоколебаниях - наоборот. In the course of experimental studies conducted on aircraft engine compressors, components in the spectrum of flow pulsations were observed that were symmetrically equidistant from the repetition frequency of the blades, while it was found that, with oscillations from a rotating stall, the spectral component with a lower frequency is larger than the spectral component with a higher frequency , and with self-oscillations - vice versa.

Другим отличием предлагаемого способа от прототипа является то, что фиксируют разность величин сравниваемых составляющих спектра и по ней судят об изменении амплитуды колебаний лопаток колеса. Another difference of the proposed method from the prototype is that the difference in the values of the compared components of the spectrum is recorded and it is used to judge the change in the amplitude of oscillation of the wheel blades.

Влияние перечисленных отличительных признаков на второй из достигаемых изобретением технических результатов подтверждается прямыми сравнениями с результатами тензометрирования лопаток, при которых определялся уровень напряжений и амплитуды колебаний. The influence of the above distinguishing features on the second of the technical results achieved by the invention is confirmed by direct comparisons with the results of tensiometry of the blades, which determined the level of stress and vibration amplitude.

На фиг. 1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - спектр пульсаций потока газа в отсутствие аэроупругих колебаний; на фиг. 3 - спектр пульсаций потока газа в момент возникновения аэроупругих колебаний, причем на графике для наглядности совмещены два спектра: один соответствует моменту возникновения автоколебаний, второй соответствует моменту возникновения колебаний от вращающегося срыва; на фиг. 4 - спектр пульсаций потока газа при развитых аэроупругих колебаниях с направлением движения бегущей по колесу волны деформаций, соответствующим автоколебаниям; на фиг. 5 - спектр пульсаций потока газа при развитых аэроупругих колебаниях с направлением движения бегущей по колесу волны деформаций, соответствующим наличию колебаний от вращающегося срыва. In FIG. 1 shows a device that implements the proposed method; in FIG. 2 - spectrum of gas flow pulsations in the absence of aeroelastic vibrations; in FIG. 3 - spectrum of pulsations of the gas flow at the moment of the appearance of aeroelastic vibrations, and on the graph for clarity, two spectra are combined: one corresponds to the moment of occurrence of self-oscillations, the second corresponds to the moment of occurrence of oscillations from a rotating stall; in FIG. 4 - spectrum of gas flow pulsations under developed aeroelastic oscillations with the direction of motion of the deformation wave traveling along the wheel corresponding to self-oscillations; in FIG. 5 - spectrum of gas flow pulsations under developed aeroelastic vibrations with the direction of motion of the deformation wave traveling along the wheel, corresponding to the presence of vibrations from a rotating stall.

Реализацию предлагаемого способа диагностики рассмотрим на примере экспериментальной турбомашины, например компрессора, содержащего корпус 1 с неподвижными лопатками 2, ротор 3 с рабочими колесами 4, оснащенными рабочими лопатками 5. За компрессором установлен регулируемый дроссель 6. Компрессор приводится во вращение приводом (не показан). Вблизи исследуемого рабочего колеса 4, перед, над или за его рабочими лопатками 5 в корпусе 1 установлены датчики пульсаций давления 7, 8 и 9, причем каждому из показанных на фиг. 1 вариантов положения датчика относительно лопаток 5 может соответствовать один или несколько датчиков, расположенных по окружности корпуса 1 (последний вариант на чертеже не показан). Выход датчиков 7, 8 и 9 через многоканальный усилитель 10 подключены ко входу анализатора спектра 11, выход которого подключен ко входу магнитного регистратора 12. Анализатор 11 и регистратор 12 могут быть как многоканальными, так и иметь переключатель на входе для выбора одного канала, соответствующего определенному датчику. We will consider the implementation of the proposed diagnostic method using an example of an experimental turbomachine, for example, a compressor containing a housing 1 with fixed blades 2, a rotor 3 with impellers 4 equipped with working blades 5. An adjustable throttle is installed behind the compressor 6. The compressor is driven by a drive (not shown). Near the test impeller 4, in front of, above or behind its impellers 5, pressure pulsation sensors 7, 8 and 9 are installed in the housing 1, each of which is shown in FIG. 1 options for the position of the sensor relative to the blades 5 may correspond to one or more sensors located around the circumference of the housing 1 (the latter option is not shown in the drawing). The output of the sensors 7, 8 and 9 through a multi-channel amplifier 10 is connected to the input of the spectrum analyzer 11, the output of which is connected to the input of the magnetic recorder 12. The analyzer 11 and the recorder 12 can be either multi-channel or have a switch at the input to select one channel corresponding to a certain to the sensor.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

При работе турбомашины, ротор которой вращается с частотой fр, сигнал с выбранного датчика 7, 8 и 9 пульсаций давления через усилитель 10 поступает на вход анализатора спектра 11 и на вход магнитного регистратора 12.When the turbomachine is operating, the rotor of which rotates with a frequency f p , the signal from the selected pressure pulsation sensor 7, 8 and 9 passes through an amplifier 10 to the input of the spectrum analyzer 11 and to the input of the magnetic recorder 12.

В отсутствие аэроупругих колебаний на экране анализатора спектра 11 (фиг. 2) наблюдаются только роторные гармоники 13, 14, 15, 16, 17 и частота следования лопаток 18, равная nfр. В дальнейшем изменяют проходное сечение регулируемого дросселя 6 (меняют коэффициент дросселирования потока) и наблюдают изменение положения и величины спектральных составляющих на экране анализатора спектра 11. В реальном двигателе роль дросселя 6 обычно играют поворотные лопатки спрямляющих аппаратов или регулируемые створки реактивного сопла. В момент возникновения аэроупругих колебаний возникают бегущие по колесу волны деформации, порождающие фазомодулированные бегущие акустические волны. При этом в спектре (фиг. 3) для каждой формы колебаний колеса, по которой реализуются автоколебания и колебания от вращающегося срыва, наблюдают две спектральные составляющие 19 и 20 (в случае автоколебаний лопаток) или 19' и 20' (в случае возникновения колебаний от вращающегося срыва) и соответствующие составляющие 21 или 21' на частотах, определяемых выражениями (1) и (2). Указанные пики наблюдаются на частотах
f19,20(19',20') = f18± fn1(n2),
где
f19,20 - частоты наблюдения симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток пиков 19 и 20 (автоколебания);
f19',20' - частоты наблюдения симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток пиков 19' и 20' (вращающийся срыв);
fn1 - диагностическая частота автоколебаний;
fn2 - диагностическая частота вращающегося срыва.
In the absence of aeroelastic vibrations on the screen of the spectrum analyzer 11 (Fig. 2), only rotor harmonics 13, 14, 15, 16, 17 and the repetition rate of the blades 18 are equal to nf p . Further, the flow cross section of the adjustable throttle 6 is changed (the throttling coefficient is changed) and the position and magnitude of the spectral components are observed on the screen of the spectrum analyzer 11. In a real engine, the role of the throttle 6 is usually played by rotary blades of rectifier apparatuses or adjustable shutters of the jet nozzle. At the moment of the appearance of aeroelastic vibrations, deformation waves traveling along the wheel arise, generating phase-modulated traveling acoustic waves. At the same time, in the spectrum (Fig. 3) for each vibration mode of the wheel along which self-oscillations and vibrations from a rotating stall are realized, two spectral components 19 and 20 (in the case of self-oscillations of the blades) or 19 'and 20' (in the case of vibrations from rotating stall) and the corresponding components 21 or 21 'at frequencies determined by expressions (1) and (2). The indicated peaks are observed at frequencies
f 19.20 (19 ', 20') = f 18 ± f n1 (n2) ,
Where
f 19.20 - observation frequencies symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades of the peaks 19 and 20 (self-oscillations);
f 19 ', 20' - observation frequencies symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades of the peaks 19 'and 20' (rotating stall);
f n1 - diagnostic frequency of self-oscillations;
f n2 is the diagnostic frequency of the rotating stall.

Как только указанные пики уверенно превысят уровень вибрационных шумов, можно уверенно говорить о моменте возникновения аэроупругих колебаний лопаток рабочего колеса. As soon as these peaks confidently exceed the level of vibrational noise, we can confidently talk about the moment of occurrence of aeroelastic vibrations of the impeller blades.

Причем, в силу близости друг к другу местоположения составляющих спектра 19 и 19', а также - 20 и 20', можно с равной вероятностью предполагать наличие того или иного вида аэроупругих колебаний. Moreover, due to the proximity to each other of the location of the spectrum components 19 and 19 ', as well as 20 and 20', it is equally possible to assume the presence of one form or another of aeroelastic vibrations.

Амплитуда аэроупругих колебаний в момент их возникновения соответствует уровню вибрационных шумов, что в свою очередь соответствует примерному равенству составляющих спектра 19 и 20 или 19' и 20' [2]. Изменение соотношений между этими спектральными составляющими соответствует росту амплитуд аэроупругих колебаний, которое, как правило, прежде не допускалось, потому что оно происходило очень быстро, сопровождалось поломкой лопаток и не могло быть зарегистрировано. Однако с появлением новых конструкций рабочих колес с повышенными демпфирующими свойствами нарастание амплитуд колебаний стало происходить существенно медленнее и сами величины амплитуд стали меньше, вследствие чего появилась возможность регистрировать и анализировать процесс развития аэроупругих колебаний, а также допускать их существование в эксплуатации. Исследования, проведенные в последнее время на таких рабочих колесах, показали, что в этом случае на экране анализатора 11 будут наблюдаться следующие изменения. The amplitude of aeroelastic vibrations at the time of their occurrence corresponds to the level of vibrational noise, which in turn corresponds to the approximate equality of the spectrum components 19 and 20 or 19 'and 20' [2]. The change in the ratios between these spectral components corresponds to an increase in the amplitudes of aeroelastic vibrations, which, as a rule, was previously not allowed, because it occurred very quickly, was accompanied by breakage of the blades, and could not be detected. However, with the advent of new impeller designs with enhanced damping properties, the increase in vibration amplitudes began to occur much more slowly and the amplitudes themselves became smaller, which made it possible to register and analyze the development of aeroelastic vibrations, as well as to allow their existence in operation. Recent studies on such impellers have shown that in this case, the following changes will be observed on the screen of the analyzer 11.

Если направление бегущих по колесу волн деформации соответствует автоколебаниям (фиг. 4) (в спектре присутствуют составляющие 19 и 20), то в начале будет наблюдаться одновременный рост составляющих спектра 19 и 20, но затем по мере увеличения амплитуды колебаний лопаток спектральная составляющая 20 начнет обгонять спектральную составляющую 19 и их сравнение между собой даст возможность наблюдателю уверенно судить о том, что направление движения бегущих по колесу волн деформации совпадает с направлением вращения колеса, что соответствует случаю развившихся автоколебаний. If the direction of the deformation waves traveling along the wheel corresponds to self-oscillations (Fig. 4) (components 19 and 20 are present in the spectrum), then at the beginning there will be a simultaneous increase in the components of the spectrum 19 and 20, but then as the amplitude of the oscillations of the blades increases, the spectral component 20 will begin to overtake the spectral component 19 and their comparison with each other will enable the observer to confidently judge that the direction of motion of the deformation waves traveling along the wheel coincides with the direction of rotation of the wheel, which corresponds to the case th evolved self-oscillation.

В том случае, когда направление бегущих по колесу волн деформации будет противоположно направлению вращения колеса, в спектре пульсаций потока будут присутствовать спектральные составляющие 19' и 20', трудноразличимые от составляющих 19 и 20 из-за их примерно одинакового расположения на оси частот. Однако эти составляющие поведут себя по мере развития аэроупругих колебаний качественно по иному. По мере увеличения амплитуды колебаний составляющая 19' начнет заметно обгонять составляющую 20' и сравнение их величин между собой даст возможность судить о наличии колебаний от вращающегося срыва. In the case when the direction of the deformation waves traveling along the wheel is opposite to the direction of rotation of the wheel, the spectral components 19 'and 20' will be present in the spectrum of flow pulsations, which are difficult to distinguish from components 19 and 20 due to their approximately identical location on the frequency axis. However, these components will behave with the development of aeroelastic vibrations in a qualitatively different way. As the amplitude of the oscillations increases, component 19 'will begin to noticeably overtake component 20' and comparing their values with each other will make it possible to judge the presence of oscillations from a rotating stall.

Таким образом, простым сравнением между собой составляющих спектра пульсаций потока симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток и характеризующих колебания с бегущими по колесу волнами деформации, удается сделать однозначный вывод о направлении движения указанных волн и, следовательно, определить вид развивающихся в данный момент аэроупругих колебаний. Наличие информации о последнем позволяет принять меры, соответствующие обнаруженному виду аэроупругих колебаний. Thus, by simple comparison of the components of the spectrum of flow pulsations symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades and characterizing vibrations with deformation waves running along the wheel, it is possible to draw an unambiguous conclusion about the direction of motion of these waves and, therefore, determine the type of aeroelastic vibrations currently developing. The availability of information on the latter allows taking measures corresponding to the detected type of aeroelastic vibrations.

Измерение разности величин сравниваемых составляющих спектра позволяет судить по ней об изменении амплитуды колебаний лопаток колеса в данный момент времени по сравнению с амплитудой в момент возникновения аэроупругих колебаний. Measurement of the difference in the values of the compared components of the spectrum makes it possible to judge by it the change in the amplitude of oscillation of the wheel blades at a given time in comparison with the amplitude at the time of the appearance of aeroelastic vibrations.

Claims (2)

1. Способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, заключающийся в регистрации сигнала датчика пульсаций потока, преобразовании сигнала в частотный спектр, регистрации частоты следования лопаток и наблюдении двух симметрично равноотстоящих от частоты следования лопаток составляющих спектра, характеризующих колебания лопаток с бегущими по колесу волнами деформации, отличающийся тем, что сравнивают между собой в процессе развития колебаний величины указанных составляющих спектра и по результатам сравнения судят о направлении движения бегущих по колесу волн деформации. 1. A method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine, which consists in registering a signal of a flow pulsation sensor, converting a signal into a frequency spectrum, recording the repetition frequency of the blades and observing two spectrum components symmetrically equally spaced from the repetition frequency of the blades, characterizing the oscillations of the blades with deformation waves running along the wheel the fact that they compare with each other during the development of fluctuations in the magnitude of the indicated components of the spectrum and according to the results of comparison judge the direction uu traffic traveling on the wheel deformation waves. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фиксируют разность величин сравниваемых составляющих спектра и по ней судят об изменении амплитуды колебаний лопаток колеса. 2. The method according to p. 1, characterized in that the difference in the values of the compared components of the spectrum is recorded and it is used to judge the change in the amplitude of oscillation of the wheel blades.
RU97105999A 1997-04-11 1997-04-11 Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel RU2111469C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97105999A RU2111469C1 (en) 1997-04-11 1997-04-11 Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97105999A RU2111469C1 (en) 1997-04-11 1997-04-11 Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2111469C1 true RU2111469C1 (en) 1998-05-20
RU97105999A RU97105999A (en) 1998-08-27

Family

ID=20191966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97105999A RU2111469C1 (en) 1997-04-11 1997-04-11 Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2111469C1 (en)

Cited By (7)

* 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
RU2473066C2 (en) * 2007-09-19 2013-01-20 Снекма Monitoring device of tangential cells of rotor disc
RU2511773C1 (en) * 2013-02-26 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller
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
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
RU2673950C1 (en) * 2018-01-19 2018-12-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Кулагина В.А. и др. Исследование процессов возникновения и развития автоколебаний в компрессорных лопатках. Труды ЦИАМ, N 1064. - М.: 1983, с. 254-266. 2. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473066C2 (en) * 2007-09-19 2013-01-20 Снекма Monitoring device of tangential cells of rotor disc
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
RU2511773C1 (en) * 2013-02-26 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller
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
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
RU2673950C1 (en) * 2018-01-19 2018-12-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4422333A (en) Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine
Kameier et al. Experimental study of tip clearance losses and noise in axial turbomachines and their reduction
US5119427A (en) Extended frequency range Helmholtz resonators
Abdelhamid et al. Experimental investigation of unsteady phenomena in vaneless radial diffusers
RU2395068C2 (en) Method of diagnostics of turbo machine impeller
GB2374670A (en) Vibration analysis of rotating blades using timing probe and single strain gauge
Birajdar et al. Vibration and noise in centrifugal pumps-Sources and diagnosis methods
Tian et al. Experimental study on rotating instability mode characteristics of axial compressor tip flow
RU2111469C1 (en) Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel
RU2287141C2 (en) Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine
Mason Some experiments on the propagation of sound along a cylindrical duct containing flowing air
US4829813A (en) Method and apparatus for nonintrusively determining mach number
Petry et al. Experimental study of acoustic resonances in the side cavities of a high-pressure centrifugal compressor excited by rotor/stator interaction
Caldas et al. Construction and assessment of an inflow-control-device for a low-speed aeroacoustic fan rig
RU2296970C2 (en) Method for diagnosing self-excited vibrations of working wheel of turbo-machine (variants)
US11199437B2 (en) Utilization of fast-response pressure measurements to nonintrusively monitor blade vibration in axial compressors
US4078434A (en) Method and apparatus for determining the parameters of natural vibration of a system
Haupt et al. Blade excitation by broad-band pressure fluctuations in a centrifugal compressor
Parker et al. An experimental investigation of the generation and consequences of acoustic waves in an axial flow compressor: Large axial spacings between blade rows
Brandstetter et al. Acoustic and convective mechanisms contributing to non-synchronous-vibrations in a multistage compressor
RU2308693C2 (en) Device for measuring self-excited vibration of turbine machine wheel
Feld et al. Investigation of acoustic phenomena at the inlet and the outlet of a centrifugal compressor for pressure ratio 4.5
WO1982001416A1 (en) Method and apparatus for detecting and identifying excessively vibrating blades of a turbomachine
RU2076307C1 (en) Method of diagnostics of self-oscillations of impeller of axial turbomachine
Silvestri et al. Vibro-acoustic responses and pressure signal analysis for early surge detection in a turbocharger compressor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110412