RU2241216C2 - Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines - Google Patents

Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines Download PDF

Info

Publication number
RU2241216C2
RU2241216C2 RU2002120666/06A RU2002120666A RU2241216C2 RU 2241216 C2 RU2241216 C2 RU 2241216C2 RU 2002120666/06 A RU2002120666/06 A RU 2002120666/06A RU 2002120666 A RU2002120666 A RU 2002120666A RU 2241216 C2 RU2241216 C2 RU 2241216C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
pulses
blade
shaft
ird
Prior art date
Application number
RU2002120666/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002120666A (en
Inventor
Ф.М. Дедученко (RU)
Ф.М. Дедученко
А.Г. Дылюк (RU)
А.Г. Дылюк
И.Л. Коновалов (RU)
И.Л. Коновалов
А.Н. Липко (RU)
А.Н. Липко
Original Assignee
НПО Промавтоматика
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 НПО Промавтоматика filed Critical НПО Промавтоматика
Priority to RU2002120666/06A priority Critical patent/RU2241216C2/en
Publication of RU2002120666A publication Critical patent/RU2002120666A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2241216C2 publication Critical patent/RU2241216C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: turbine devices diagnostics technologies.
SUBSTANCE: method for monitoring vibration state of multiple blades on rotating operation wheel of machine includes measuring angular shaft position in plane of blade device rotation by noncontact impulse locating sensor of shaft angular position generating one impulse with each turn of shaft for 2π/n radians angle, where n - number of blades of operation wheel, concurrently angular positions of peripheral ends of each blade are measured in rotation plane with m noncontact marker sensors placed on body along perimeter of blade device above outer ends of blades with angular step of 2π/m radians, while current values of relative angular oscillations φj for each separate j blade is determined from current values of time interval τ between adjacent impulses generated by impulse locating sensor, and time deviation θj between matched pairs of impulses from impulse locating sensor and impulses, consecutively along shaft rotation, from m impulse marker sensors from formula φj = (2π/n·τ)·θj. Also described is system for monitoring vibration state and emergency protection of blade devices of rotor machines.
EFFECT: higher precision and reliability of measurements.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области диагностирования турбомашин и может быть использовано для сигнализации предаварийного состояния лопаточного аппарата турбин при появлении признаков усталости материала или дефектов лопаток.The invention relates to the field of diagnosis of turbomachines and can be used to signal the pre-emergency state of the turbine blade apparatus when there are signs of material fatigue or blade defects.

Известна мониторная система для представления колебательных состояний множества лопаток на вращающемся рабочем колесе [1] (патент РФ №2125247, МКИ G 01 Н 1/00; G 07 С 3/00, опубликованная 20.01.1999, Бюл. №2), содержащая приданный рабочему колесу сенсор, соединенный с относящимся к нему датчиком импульсов, который поставляет сенсорные импульсы, маркирующие момент времени, в который лопатка проходит мимо сенсора. Имеется также маркерный датчик, вырабатывающий маркерный импульс, когда колесо находится в определенном нулевом положении и устройство оценки, в которое входит модуль приведения в соответствие каждого сенсорного импульса с учетом маркерных импульсов к вызвавшей его лопатке и преобразует поток сенсорных импульсов от каждой лопатки в данные, характеризующие колебательное состояние лопатки. В состав системы входит накопительный модуль, связанный с работающим по циклу оперативным накопителем, который запоминает фрагменты полученных данных, а устройство представления осуществляет выборку данных из оперативного накопителя.A known monitoring system for representing the vibrational states of many blades on a rotating impeller [1] (RF patent No. 2125247, MKI G 01 H 1/00; G 07 C 3/00, published January 20, 1999, Bull. No. 2), containing attached the impeller is a sensor connected to a related impulse sensor, which delivers sensory impulses marking the point in time at which the blade passes by the sensor. There is also a marker sensor that generates a marker pulse when the wheel is in a certain zero position and an evaluation device, which includes a module for matching each sensor pulse with allowance for marker pulses to the blade that caused it and converts the flow of sensor pulses from each blade into data characterizing vibrational state of the scapula. The system includes a storage module associated with a random-access drive operating on a cycle, which stores fragments of the received data, and the presentation device selects data from the operational drive.

Известная система имеет недостаток, заключающийся в том, что введение маркерного датчика, вырабатывающего одиночный маркерный импульс за каждый оборот ротора, с целью приведения в соответствие каждого сенсорного импульса, генерируемого датчиком импульсов, вызвавшей его лопатке рабочего колеса турбины, не допускает измерения колебаний лопаточного венца турбомашины относительно ротора, а значит, и неоднородности, вызванной динамическими деформациями лопаток.The known system has the disadvantage that the introduction of a marker sensor that generates a single marker pulse for each revolution of the rotor, with the aim of matching each sensor pulse generated by the pulse sensor, which caused it to the blade of the turbine impeller, does not allow measuring the vibrations of the turbine blade relative to the rotor, and hence the heterogeneity caused by dynamic deformations of the blades.

Известен сигнализатор предаварийных деформаций лопаток турбомашин [2] (патент РФ №2177145, МКИ G 01 Н 1/08, опубликованный 20.12.2001 года, Бюл. №35), содержащий бесконтактный импульсный датчик, установленный в корпусе турбомашины, над траекторией движения периферийных торцов лопаток, схему сравнения, формирователь прямоугольных импульсов, генератор тактовых импульсов, блок управления, преобразователь временных интервалов в код, сумматор цифровых кодов, делитель суммарного кода на фиксированное число, соответствующее количеству лопаток в колесе турбины, блок вычисления разности, формирователь предаварийного кода, соответствующего предаварийному уровню деформаций лопаток.Known warning device for pre-emergency deformations of turbomachine blades [2] (RF patent No. 2177145, MKI G 01 H 1/08, published on December 20, 2001, Bull. No. 35), containing a non-contact impulse sensor installed in the turbomachine body over the path of peripheral ends blades, comparison circuit, rectangular pulse shaper, clock generator, control unit, time slot to code converter, digital code adder, total code divider by a fixed number corresponding to the number of blades in the wheel Bina, the difference calculation unit, a code generator prefault corresponding pre-fault level deformation of the blades.

Недостатком данного устройства является то, что измеряемыми являются совместные колебания ротора и лопаточного венца турбомашины, не характеризующие однозначно неоднородность колебаний, вызванную динамическими деформациями самих лопаток. Так, в отсутствие какой-либо неоднородности лопаточного аппарата возбуждение крутильных колебаний самого ротора, на который посажена турбина, приведут к ложному заключению о появлении такой неоднородности. Причиной таких угловых колебаний ротора могут быть возбуждения одной из крутильных резонансных форм, задевания в кинематической паре ротор - статор, неравномерность потока газа через турбину и т.п.The disadvantage of this device is that the measured are the joint oscillations of the rotor and the blade rim of the turbomachine, which do not clearly characterize the heterogeneity of the oscillations caused by the dynamic deformations of the blades themselves. So, in the absence of any heterogeneity of the scapular apparatus, the excitation of torsional vibrations of the rotor itself, on which the turbine is planted, will lead to a false conclusion about the appearance of such heterogeneity. The cause of such angular oscillations of the rotor may be the excitation of one of the torsion resonance forms, grazing in the kinematic pair of the rotor - stator, uneven gas flow through the turbine, etc.

В соответствии с этим задачей настоящего изобретения является повышение точности и достоверности измерения и мониторинга вибраций, определяющих техническое состояние материальной части лопаточного аппарата относительных (по отношению к ротору) колебаний лопаток в плоскости вращения, вызываемых их динамическими деформациями, с последующим диагностированием текущего технического состояния как каждой лопатки, так и лопаточного аппарата в целом.In accordance with this objective of the present invention is to improve the accuracy and reliability of the measurement and monitoring of vibrations that determine the technical condition of the material part of the scapular apparatus relative (with respect to the rotor) vibrations of the blades in the plane of rotation caused by their dynamic deformations, with subsequent diagnosis of the current technical condition as each scapula, and scapular apparatus as a whole.

Для достижения поставленной задачи в способе мониторинга вибрационного состояния множества лопаток на вращающемся рабочем колесе машины, в плоскости вращения лопаточного аппарата машины измеряют угловое положение вала с помощью бесконтактного импульсного реперного датчика (ИРД) углового положения вала, вырабатывающего один импульс при каждом повороте вала на угол 2 π /n радиан, где n - число лопаток рабочего колеса, одновременно измеряют угловые положения периферийных торцов каждой из лопаток в плоскости вращения с помощью m бесконтактных импульсных маркерных датчиков (ИМД), расположенных на корпусе по периметру лопаточного аппарата над внешними торцами лопаток с угловым шагом 2 π /m радиан, а текущие значения относительных угловых колебаний φ j каждой конкретной j-той лопатки определяют по текущим значениям временного интервала τ между соседними импульсами, генерируемыми ИРД, и временного сдвига θ j между поставленными в соответствие парами импульсов от ИРД и импульсами (последовательно по ходу вращения вала) от m - штук ИМД по формулеTo achieve the task in a method for monitoring the vibrational state of many blades on a rotating impeller of a machine, in the plane of rotation of a machine’s blade apparatus, measure the angular position of the shaft using a non-contact pulse reference sensor (IRD) of the angular position of the shaft, generating one pulse every time the shaft rotates through angle 2 π / n radian, where n is the number of impeller blades, at the same time measure the angular position of the peripheral ends of each of the blades in the plane of rotation using m non-contact s pulse marker sensors (IPD) disposed on the perimeter body blading over the external ends of vanes with an angular increments of 2 π / m radian, and the current values of the relative angular oscillations φ j each individual j-of the blade is determined by the current values of the time interval τ between adjacent pulses generated by the IRD, and the time shift θ j between the matched pairs of pulses from the IRD and the pulses (sequentially in the direction of rotation of the shaft) from m - pieces of IPM according to the formula

φ j=(2 π /n· τ )· θ j,φ j = (2 π / n · τ) · θ j ,

а система мониторинга вибрационного состояния и аварийной защиты лопаточных аппаратов роторных машин содержит бесконтактные импульсные маркерные датчики (ИМД) углового положения периферийных торцов лопаток, маркирующие моменты времени прохождения торцом лопатки рабочей зоны чувствительных элементов этих датчиков, размещенные симметрично по периметру корпуса лопаточного аппарата над траекторией вращения периферийных торцов лопаток с угловым шагом 2 π /m радиан, где m - количество устанавливаемых ИМД, которым определяется частотный диапазон 0…fmax измерения колебаний лопаток, где fmax=fp· m/2, fp - частота вращения ротора; соединенный с выходом ИРД усилитель сигнала, нагруженный на формирующие устройства, генерирующие стандартные прямоугольные реперные импульсы-отметчики "нулевого" и текущего углового положения вала, а с выходами ИМД -усилители сигналов, соединенные с формирующими устройствами-генераторами стандартных прямоугольных маркерных импульсов углового положения периферийных торцов лопаток, блок-идентификатор лопаток на рабочем колесе, в свою очередь соединенный с модулем приведения в соответствие импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, последовательно возбуждаемых (по ходу вращения вала) торцом каждой лопатки в чувствительных элементах ИМД, высокочастотный генератор стандартных тактовых импульсов, модуль-измеритель текущих значений временного интервала между соседними импульсами от ИРД по сигналу от генератора стандартных прямоугольных реперных импульсов от ИРД и сигналу от высокочастотного генератора стандартных тактовых импульсов, модуль-измеритель текущих значений временного сдвига между поставленными в соответствие с парами стандартных прямоугольных реперных импульсов от ИРД и маркерных импульсов от ИМД, по сигналу от высокочастотного генератора стандартных тактовых импульсов, соединенные с блоком преобразования выходных сигналов от этих модулей в коды, модуль-вычислитель текущих значений относительных угловых колебаний каждой лопатки рабочего колеса относительно вращающегося вала по сформированным кодовым сигналам временного интервала и временного сдвига, модуль-измеритель текущих значений признаков динамической активности лопаток рабочего колеса по их относительным угловым колебаниям, нагруженный на блок формирования команд аварийной защиты оборудования, блок отображения информации о текущем вибрационном поведении лопаток, импульсный реперный датчик текущего углового положения вала, располагаемый на корпусе над торцами лопаток рабочего колеса, импульсные маркерные датчики, размещенные симметрично по периметру корпуса лопаточного аппарата над траекторией вращения периферийных торцов лопаток, модуль приведения в ходе эксперимента в соответствие импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, возбуждаемых последовательно (по ходу вращения вала) торцом каждой конкретной лопатки рабочего колеса в чувствительных элементах датчиков; модуль-измеритель текущих значений временного интервала между соседними импульсами от ИРД и модуль-измеритель текущих значений временного сдвига между поставленными в соответствие парами импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, модуль-вычислитель относительных угловых колебаний каждой лопатки рабочего колеса и связанный с ним модуль-измеритель текущих значений признаков относительной (по отношению к вращающемуся валу) динамической активности лопаток.and the system for monitoring the vibrational state and emergency protection of rotor blade vanes contains non-contact pulse marker sensors (BMD) of the angular position of the peripheral ends of the blades, marking the times of the end of the blade end of the working area of the sensing elements of these sensors, placed symmetrically around the perimeter of the blade apparatus above the peripheral rotation path the ends of the blades with an angular pitch of 2 π / m radians, where m is the number of installed BMI, which determines the frequency d apazone 0 ... f max oscillation measurement blades, where f max = f p · m / 2, f p - rotor speed; a signal amplifier connected to the output of the IRD loaded onto forming devices generating standard rectangular reference impulses-markers of the “zero” and current angular position of the shaft, and with outputs IMD-signal amplifiers connected to forming devices-generators of standard rectangular marker impulses of the angular position of peripheral ends blades, the identifier block of the blades on the impeller, which in turn is connected to the module for matching pulses from the IRD and pulses from the IMD, (respectively) along the end of each blade in the BMI sensitive elements, a high-frequency generator of standard clock pulses, a measuring module of the current values of the time interval between adjacent pulses from the IRD by the signal from the standard rectangular reference pulse generator from the IRD and the signal from the standard high-frequency generator clock pulses, a module measuring the current values of the time shift between set in accordance with the pairs of standard rectangular reference impu signals from the IRD and marker pulses from the IMD, by a signal from a high-frequency generator of standard clock pulses, connected to a unit for converting the output signals from these modules to codes, a calculator module for calculating the current values of the relative angular oscillations of each impeller blade relative to the rotating shaft using the generated temporal code signals interval and time shift, a measuring module of the current values of the signs of dynamic activity of the impeller blades by their relative angular oscillations, loaded onto the unit for generating commands for emergency protection of the equipment, a unit for displaying information about the current vibrational behavior of the blades, a pulse reference sensor of the current angular position of the shaft located on the housing above the ends of the blades of the impeller, pulse marker sensors placed symmetrically around the perimeter of the blade body above the peripheral rotation path the ends of the blades, the module bringing in the course of the experiment in accordance with the pulses from the IRD and pulses from the BMI, excited sequentially (by the rotation of the shaft) with the end face of each specific impeller blade in the sensitive elements of the sensors; a module for measuring the current values of the time interval between adjacent pulses from the IRD and a module for measuring the current values of the time shift between the matched pairs of pulses from the IRD and pulses from the IMD, a module for calculating the relative angular oscillations of each blade of the impeller, and a measuring module for it current values of signs of relative (relative to the rotating shaft) dynamic activity of the blades.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемой системы для осуществления способа, на которой изображены: вал 1 с закрепленными на нем рабочим колесом с лопаточным аппаратом 2, расположенным в корпусе 3 с установленными на нем по внешнему периметру лопаточного аппарата 2 бесконтактными маркерными импульсными датчиками (ИМД) 4, 5, 6, 7, импульсный реперный датчик (ИРД) 8, 9, 10, 11, конструктивно включающий зубчатое колесо 8 с зубчатым венцом 9, реперную метку 11 "нулевого" углового положения вала и чувствительный элемент 10, усилители импульсных сигналов 12, 15, 16, 17, 18, формирующее устройство-генератор импульсов-отметчиков 13 "нулевого" положения вала 1, формирующее устройство 14, генерирующее реперные импульсы углового положения вала, формирующие устройства-генераторы маркерных импульсов 19, 20, 21, 22 угловых положений периферийных торцов лопаток, блок-идентификатор 23 лопаток, модуль 24 приведения в соответствие импульсов от ИМД и импульсов от ИРД, модуль-измеритель 25 временных интервалов между соседними импульсами от ИРД, модуль-измеритель 26 временных сдвигов между поставленными в соответствие импульсами от ИРД и ИМД, высокочастотный генератор 27 стандартных тактовых импульсов, блок преобразования 28 измеренных временных интервалов в коды, модуль-вычислитель 29 относительных угловых колебаний каждой лопатки рабочего колеса 2, модуль-измеритель 30 признаков относительной (по отношению к вращающемуся валу) динамической активности лопаток, блок 31 формирования команд аварийной защиты машины, блок 32 отображения информации о текущем техническом состоянии лопаточного аппарата 2.Figure 1 shows the functional diagram of the proposed system for implementing the method, which shows: shaft 1 with an impeller fixed on it with a blade apparatus 2 located in the housing 3 with contactless pulse pulsed sensors (BMI) mounted on it along the outer perimeter of the blade apparatus 2 ) 4, 5, 6, 7, pulse reference sensor (IRD) 8, 9, 10, 11, structurally including a gear wheel 8 with a ring gear 9, a reference mark 11 of the "zero" angular position of the shaft and a sensing element 10, pulse amplifiers cores 12, 15, 16, 17, 18, a forming device-generator of pulse-markers 13 of the "zero" position of the shaft 1, forming device 14, generating reference pulses of the angular position of the shaft, forming device-generators of marker pulses 19, 20, 21, 22 angular positions of the peripheral ends of the blades, block identifier 23 of the blades, the module 24 matching pulses from the IPD and the pulses from the IRD, the measuring module 25 time intervals between adjacent pulses from the IRD, the measuring module 26 time shifts between the corresponding pulses from IRD and IMD, a high-frequency generator of 27 standard clock pulses, a unit for converting 28 measured time intervals into codes, a calculating module 29 for the relative angular vibrations of each impeller blade 2, and a measuring module 30 for signs of a relative (relative to the rotating shaft) dynamic the activity of the blades, block 31 of the formation of the emergency protection commands of the machine, block 32 display information about the current technical condition of the blade apparatus 2.

Для решения поставленной задачи измеряют угловое положение вала с помощью бесконтактного чувствительного элемента 10 импульсного реперного датчика (ИРД) углового положения вала 1, вырабатывающего один импульс при каждом повороте вала 1 на угол 2 π /n радиан, где n - число лопаток рабочего колеса 2. Для маркировки импульса, соответствующего принятому “нулевому” угловому положению вала, на зубчатом венце 9 зубчатого колеса 8 механическим способом формируется реперная метка 11 (например, путем создания более глубокого паза между одной из пар соседних зубьев). С помощью установленных на корпусе 3 по периметру лопаточного аппарата 2 (над внешними торцами лопаток) бесконтактных импульсных маркерных датчиков ИМД 4, 5, 6, 7, размещаемых с угловым шагом 2 π /m радиан, где m - количество используемых ИМД, измеряют текущие угловые положения периферийных торцов лопаток путем формирования одного импульса при каждом повороте торца каждой лопатки на угол 2 π /m радиан, а текущие значения относительных угловых колебаний φ j каждой конкретной j-той лопатки определяют по текущим значениям временного интервала τ между соседними импульсами, генерируемыми ИРД, и временного сдвига θ j между поставленными в соответствие парами импульсов от ИРД и импульсами (последовательно по ходу вращения вала) от m - штук ИМД по формуле: φ j-=(2 π /n· τ )· θ j.To solve this problem, the angular position of the shaft is measured using a non-contact sensitive element 10 of a pulsed reference sensor (IRD) of the angular position of the shaft 1, which generates one pulse at each rotation of the shaft 1 by an angle of 2 π / n radians, where n is the number of impeller blades 2. To mark the pulse corresponding to the accepted “zero” angular position of the shaft, a reference mark 11 is formed mechanically on the ring gear 9 of the gear wheel 8 (for example, by creating a deeper groove between one of the pairs of dnih teeth). Using contactless impulse marker sensors IMD 4, 5, 6, 7 installed on the housing 3 around the perimeter of the blade apparatus 2 (above the outer ends of the blades), placed with an angular pitch of 2 π / m radians, where m is the number of used IMDs, the current angular the position of the peripheral ends of the blades by forming one pulse at each rotation of the end of each blade by an angle of 2 π / m radians, and the current values of the relative angular oscillations φ j of each specific j-th blade are determined by the current values of the time interval τ between adjacent pulses generated by the IRD, and the time shift θ j between the matched pairs of pulses from the IRD and the pulses (sequentially in the direction of rotation of the shaft) from m - pieces of IPM according to the formula: φ j - = (2 π / n · τ) · θ j .

Решение поставленной задачи в предлагаемой мониторинговой системе состояния и аварийной защиты лопаток достигается тем, что эта система, в отличие от известной, дополнительно включает в себя вспомогательный бесконтактный импульсный реперный датчик (ИРД) углового положения вала, конструктивно сформированный из элементов 8, 9, 10, 11, вырабатывающий один маркерный импульс при каждом повороте вала на угол 2 π /n радиан, где n - число лопаток контролируемого лопаточного аппарата машины, а также основные импульсные маркерные датчики (ИМД) 4, 5, 6, 7, маркирующие моменты времени прохождения торцами лопаток рабочей зоны чувствительных элементов этих датчиков, обязательным условием размещения которых является их симметричное расположение по периметру корпуса 3 лопаточного аппарата над траекторией вращения периферийных торцов лопаток с угловым шагом 2 π /m радиан, где m - количество устанавливаемых ИМД (числом m определяется частотный диапазон 0....fmax измерения колебаний лопаток, где fmах=fр· m/2, fр - частота вращения ротора. Кроме того, система содержит модуль 24 приведения в ходе эксперимента в соответствие импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, возбуждаемых последовательно (по ходу вращения вала) торцом каждой конкретной лопатки 2 рабочего колеса в датчиках 4, 5, 6, 7; модуль-измеритель 25 текущих значений временного интервала между соседними импульсами от ИРД и модуль-измеритель 26 текущих значений временного сдвига между поставленными в соответствие в модуле 24 парами импульсов от ИРД и импульсов от ИМД 4, 5, 6, 7. Соответствие устанавливается в ходе работы роторной машины по признаку минимального по величине временного опережения или запаздывания импульса от ИМД по отношению к импульсу от ИРД. Дополнительно в систему введен модуль-вычислитель 29 относительных угловых колебаний каждой лопатки рабочего колеса 2 и связанный с ним модуль-измеритель 30 текущих значений признаков относительной (по отношению к валу) динамической активности лопаток.The solution of the problem in the proposed monitoring system of the condition and emergency protection of the blades is achieved by the fact that this system, in contrast to the known, additionally includes an auxiliary non-contact pulse reference sensor (IRD) of the angular position of the shaft, structurally formed from elements 8, 9, 10, 11, generating one marker pulse at each rotation of the shaft by an angle of 2 π / n radians, where n is the number of blades of the controlled blade apparatus of the machine, as well as the main pulse marker sensors (BMI) 4, 5, 6, 7, ma the timing moments of the passage by the ends of the blades of the working zone of the sensitive elements of these sensors, the obligatory condition for the placement of which is their symmetrical location along the perimeter of the casing 3 of the blade apparatus above the rotation path of the peripheral ends of the blades with an angular pitch of 2 π / m radians, where m is the number of installed IMD m, the frequency range 0 .... f max is determined for measuring the oscillations of the blades, where f max = f p · m / 2, f p is the rotor speed. In addition, the system contains a module 24 for bringing during the experiment the correspondence of pulses from the IRD and pulses from the BMI, excited sequentially (in the direction of rotation of the shaft) with the end face of each concrete blade 2 of the impeller in sensors 4, 5, 6, 7; a module-meter 25 of the current values of the time interval between adjacent pulses from the IRD and a module-meter 26 of the current values of the time shift between the matched in the module 24 pairs of pulses from the IRD and pulses from the IPD 4, 5, 6, 7. Compliance is established during operation rotary machine on the basis of the minimum largest timing advance or delay of the pulse from the IMD relative to the pulse from the IRD. Additionally, a calculating module 29 of the relative angular vibrations of each blade of the impeller 2 and a measuring module 30 of the current values of the signs of relative (relative to the shaft) dynamic activity of the blades are introduced.

Способ и система осуществляются и функционируют следующим образом. При вращении вала 1 чувствительный элемент 10 ИРД, например токовихревого типа, генерирует последовательность аналоговых импульсов в количестве n за один оборот вала, где n - число лопаток рабочего колеса 2 роторной машины. Фрагмент аналогового сигнала на выходе чувствительного элемента 10 ИРД представлен на фиг.2, где импульс-маркер “нулевого” положения вала 1 имеет явный отличительный признак - провал по напряжению по сравнению с импульсами, соответствующими последовательным поворотам вала на угол 2π /n радиан.The method and system are implemented and operate as follows. When the shaft 1 rotates, the IRD sensing element 10, for example, the eddy current type, generates a sequence of analog pulses in the amount of n per one revolution of the shaft, where n is the number of impeller blades 2 of the rotor machine. A fragment of the analog signal at the output of the IRD sensing element 10 is shown in FIG. 2, where the pulse marker of the “zero” position of the shaft 1 has an obvious distinguishing feature - a voltage dip compared to pulses corresponding to sequential rotations of the shaft by an angle of 2π / n radians.

Аналогично при вращении вала 1 установленные по периметру корпуса 3 лопаточного аппарата m - штук ИМД (на фиг.1 для определенности показан вариант m=4 установки 4-х датчиков 4, 5, 6, 7) также генерируют последовательности из n импульсов за каждый оборот вала 1. Каждая такая последовательность импульсов маркирует моменты времени прохождения торцами лопаток рабочего колеса зоны чувствительных элементов ИМД. Далее импульсные сигналы от чувствительного элемента ИРД 10 подаются на вход усилителя 12, а от чувствительных элементов ИМД 4, 5, 6, 7 соответственно на входы усилителей 15, 16, 17, 18. Сигнал с выхода усилителя 12 подается на два формирующих устройства: устройство 13, формирующее стандартные прямоугольные импульсы, соответствующие “нулевому” положению вала 1, и устройство 14, генерирующее стандартные прямоугольные импульсы, соответствующие последовательным поворотам вала 1 на угол 27 π /n радиан. Аналогично сигналы с выходов усилителей 15, 16, 17, 18 подаются соответственно на входы формирующих устройств 19, 20, 21, 22, генерирующих стандартные прямоугольные импульсы, соответствующие последовательным поворотам торцов лопаток 2 рабочего колеса на угол 2 π /n радиан. Все формирующие устройства 13, 14, 19, 20, 21, 22, представляющие собой одну из разновидностей аналогового компаратора, генерируют прямоугольные импульсы таким образом, чтобы их передние фронты соответствовали максимальным значениям градиентов импульсных сигналов на выходе усилителей 12, 15, 16, 17, 18. Признаком для формирования в устройстве 13 импульса, маркирующего “нулевое” положение вала, является амплитудное значение соответствующего импульса на выходе усилителя 12.Similarly, when the shaft 1 is rotated, the m 3 pieces of IMD installed along the perimeter of the casing 3 of the blade apparatus (Fig. 1, for definiteness, shows the option m = 4 of installing 4 sensors 4, 5, 6, 7) also generate sequences of n pulses per revolution shaft 1. Each such sequence of pulses marks the time moments of the ends of the blades of the impeller of the zone of sensitive elements IMD. Next, the pulse signals from the sensor element IRD 10 are fed to the input of the amplifier 12, and from the sensitive elements IMD 4, 5, 6, 7, respectively, to the inputs of the amplifiers 15, 16, 17, 18. The signal from the output of the amplifier 12 is fed to two forming devices: 13, generating standard rectangular pulses corresponding to the “zero” position of the shaft 1, and a device 14 generating standard rectangular pulses corresponding to successive rotations of the shaft 1 by an angle of 27 π / n radians. Similarly, the signals from the outputs of amplifiers 15, 16, 17, 18 are fed respectively to the inputs of forming devices 19, 20, 21, 22, generating standard rectangular pulses corresponding to successive rotations of the ends of the blades 2 of the impeller by an angle of 2 π / n radians. All forming devices 13, 14, 19, 20, 21, 22, which are one of the varieties of the analog comparator, generate rectangular pulses in such a way that their leading edges correspond to the maximum values of the gradients of the pulse signals at the output of amplifiers 12, 15, 16, 17, 18. A sign for the formation in the device 13 of the pulse marking the “zero” position of the shaft is the amplitude value of the corresponding pulse at the output of the amplifier 12.

На фиг.3 представлены стандартные прямоугольные импульсы на выходах формирующих устройств 13 (фиг.3-а), 14 (фиг.3-б) и формирующего устройства, соответствующего одному из ИМД (фиг.3-в). При этом передние фронты каждого из стандартных прямоугольных импульсов соответствуют моменту времени достижения максимума градиентом нарастания соответствующего аналогового импульса на выходах ИРД и ИМД. Далее выходные сигналы формирующих устройств 13, 14, 19, 20, 21, 22 подаются на входы блока-идентификатора 23 лопаток рабочего колеса. При известных моментах времени прохождения валом своего “нулевого” положения, определяемых соответствующими импульсами-маркерами от формирующего устройства 13, идентификация лопаток осуществляется на каждом повороте вала автоматически в ходе эксперимента последовательной нумерацией лопаток, где первая лопатка - ближайшая к “нулевому” положению вала, по ходу его вращения, а последняя – ближайшая к “нулевому” положению вала против хода его вращения. На выходах блока 23 присутствуют те же импульсные сигналы, что и на выходах 19, 20, 21, 22, но с дополнительной индексацией импульсов, определяющей привязку их к соответствующим торцам лопаток. Эти сигналы одновременно с реперными импульсами от блока 14 подаются на входы модуля 24 автоматически в ходе эксперимента, устанавливающего и подтверждающего соответствие между импульсами от ИРД и маркированными импульсами от каждого из ИМД по следующему признаку: импульсу от ИРД соответствует импульс от выделенного ИМД, если разделяющий их временной интервал наименьший по сравнению с другими импульсами от ИМД.Figure 3 presents the standard rectangular pulses at the outputs of the forming devices 13 (Fig.3-a), 14 (Fig.3-b) and the forming device corresponding to one of the IMD (Fig.3-c). In this case, the leading edges of each of the standard rectangular pulses correspond to the moment of reaching the maximum by the gradient of rise of the corresponding analog pulse at the outputs of the IRD and IMD. Next, the output signals of the forming devices 13, 14, 19, 20, 21, 22 are fed to the inputs of the identifier block 23 of the blades of the impeller. At known times when the shaft passes its “zero” position, determined by the corresponding pulse markers from the forming device 13, the blades are identified at each rotation of the shaft automatically during the experiment by sequential numbering of the blades, where the first blade is the closest to the “zero” position of the shaft, the course of its rotation, and the latter is closest to the “zero” position of the shaft against the course of its rotation. At the outputs of block 23, the same pulse signals are present as at outputs 19, 20, 21, 22, but with additional indexing of pulses, which determines their binding to the corresponding ends of the blades. These signals simultaneously with the reference pulses from block 14 are fed to the inputs of module 24 automatically during the experiment, which establishes and confirms the correspondence between the pulses from the IRD and the marked pulses from each of the IMD according to the following criterion: the impulse from the IRD corresponds to the impulse from the allocated IMD, if it separates them the shortest time interval in comparison with other pulses from the IMD.

На выходах модуля приведения 24 все импульсы от каждого ИМД маркируются по соответствию импульсам от ИРД. Далее на входы модуля измерителя 25 подаются реперный импульсный сигнал от формирующего устройства 14 и стандартные тактовые импульсы от высокочастотного генератора 27. В модуле 25 определяются и маркируются моменты времени поступления передних фронтов импульсов от модуля 14. Полученная информация далее подается на один из входов модуля-измерителя 26. Наряду с этим в модуле-измерителе 25 определяются текущие значения временного интервала τ между соседними реперными импульсами от ИРД. На входы модуля-измерителя 26, кроме упомянутого выше сигнала от модуля-измерителя 25, подаются сигналы от модуля 24, по которым в модуле-измерителе 25 определяются текущие значения временных сдвигов θ j для каждой j-той лопатки между поставленными в соответствие парами импульсов от ИРД и каждого ИМД. Выходные сигналы от модулей-измерителей 25 и 26 подаются на входы блока 28 преобразования текущих значений τ и θ j в коды, которые, в свою очередь, подаются на входы модуля-вычислителя 29 текущих значений относительного углового положения каждой j-той лопатки (1≤ j≤ n) рабочего колеса по формулеAt the outputs of the cast module 24, all pulses from each IMD are marked according to the pulses from the IRD. Next, the reference pulse signal from the forming device 14 and standard clock pulses from the high-frequency generator 27 are supplied to the inputs of the meter module 25. The moments of the arrival times of the leading edges of the pulses from the module 14 are determined and marked in the module 25. The obtained information is then transmitted to one of the inputs of the meter 26. In addition, in the measuring module 25, the current values of the time interval τ between neighboring reference pulses from the IRD are determined. The inputs of the measuring module 26, in addition to the above-mentioned signal from the measuring module 25, are supplied with signals from the module 24, by which the current values of the time shifts θ j for each j-th blade between the associated pulse pairs from IRD and each IMD. The output signals from the measuring modules 25 and 26 are fed to the inputs of the block 28 for converting the current values of τ and θ j into codes, which, in turn, are fed to the inputs of the calculating module 29 of the current values of the relative angular position of each j-th blade (1≤ j≤ n) impeller according to the formula

φ j=(2 π /n· τ )· θ j радиан.φ j = (2 π / n · τ) · θ j radian.

Оцифрованные данные с выхода модуля-вычислителя 29 подаются на входы модуля-измерителя 30 текущих значений признаков динамической активности как каждой лопатки, так и в целом лопаточного аппарата. В качестве таких признаков могут быть приняты среднеквадратичные значения относительных угловых колебаний φ j, “pic to pic” φ j, максимальное отклонение φ j от среднего значения и т.п. Далее текущие значения принятых признаков динамической активности лопаточного аппарата с выхода модуля 30 подаются в блок формирования команд аварийной защиты 31 роторной машины по признаку технического состояния ее лопаточного аппарата, а также в блок 32 отображения информации о текущем состоянии лопаточного аппарата.The digitized data from the output of the calculating module 29 is fed to the inputs of the measuring module 30 of the current values of the signs of dynamic activity of both each blade and the blade apparatus as a whole. RMS values of relative angular fluctuations φ j , “pic to pic” φ j , maximum deviation φ j from the average value, etc. can be taken as such signs. Further, the current values of the accepted signs of the dynamic activity of the blade apparatus from the output of the module 30 are supplied to the emergency protection command generation unit 31 of the rotary machine based on the technical condition of its blade apparatus, as well as to the information display unit 32 about the current status of the blade apparatus.

Claims (2)

1. Способ мониторинга вибрационного состояния множества лопаток на вращающемся рабочем колесе машины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерения колебаний лопаток относительно вращающегося вала в плоскости вращения лопаточного аппарата машины, измеряют угловое положение вала с помощью бесконтактного импульсного реперного датчика (ИРД) углового положения вала, вырабатывающего один импульс при каждом повороте вала на угол 2 π /n радиан, где n - число лопаток рабочего колеса, одновременно измеряют угловые положения периферийных торцов каждой из лопаток в плоскости вращения с помощью m бесконтактных импульсных маркерных датчиков (ИМД), расположенных на корпусе по периметру лопаточного аппарата над внешними торцами лопаток с угловым шагом 2 π /m радиан, а текущие значения относительных угловых колебаний φ j каждой конкретной j-той лопатки определяют по текущим значениям временного интервала τ между соседними импульсами, генерируемыми ИРД, и временного сдвига θ j между поставленными в соответствие парами импульсов от ИРД и импульсами (последовательно по ходу вращения вала) от m - штук ИМД по формуле1. A method for monitoring the vibrational state of many blades on a rotating impeller of a machine, characterized in that, in order to improve the accuracy and reliability of measuring the vibrations of the blades relative to the rotating shaft in the plane of rotation of the blade apparatus of the machine, the angular position of the shaft is measured using a non-contact pulsed reference sensor (IRD) ) the angular position of the shaft that generates one pulse at each rotation of the shaft by an angle of 2 π / n radians, where n is the number of impeller blades, simultaneously measure the angular the position of the peripheral ends of each of the blades in the plane of rotation using m non-contact pulse marker sensors (BMI) located on the housing along the perimeter of the blade apparatus above the outer ends of the blades with an angular pitch of 2 π / m radians, and the current values of the relative angular oscillations φ j of each specific j-blade that is determined by the current values of the time interval τ between successive pulses generated by the IRD and the time shift θ j maintained between aligned pairs of pulses and pulses from IRD (sequence tionary shaft during the rotation) of m - IPD pieces by the formula φ j=(2 π /n· τ )· θ j.φ j = (2 π / n · τ) · θ j . 2. Система мониторинга вибрационного состояния и аварийной защиты лопаточных аппаратов роторных машин, отличающаяся тем, что она содержит бесконтактные импульсные маркерные датчики (ИМД) углового положения периферийных торцов лопаток, маркирующие моменты времени прохождения торцом лопатки рабочей зоны чувствительных элементов этих датчиков, размещенные симметрично по периметру корпуса лопаточного аппарата над траекторией вращения периферийных торцов лопаток с угловым шагом 2 π /m радиан, где m - количество устанавливаемых ИМД, которым определяется частотный диапазон 0-fmax измерения колебаний лопаток, где fmax=fp· m/2, fp - частота вращения ротора; соединенный с выходом ИРД усилитель сигнала, нагруженный на формирующие устройства, генерирующие стандартные прямоугольные реперные импульсы-отметчики "нулевого" и текущего углового положения вала, а с выходами ИМД - усилители сигналов, соединенные с формирующими устройствами-генераторами стандартных прямоугольных маркерных импульсов углового положения периферийных торцов лопаток, блок-идентификатор лопаток на рабочем колесе, соединенный с модулем приведения в соответствие импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, последовательно возбуждаемых (по ходу вращения вала) торцом каждой лопатки в чувствительных элементах ИМД, высокочастотный генератор стандартных тактовых импульсов, модуль-измеритель текущих значений временного интервала между соседними импульсами от ИРД по сигналу от генератора стандартных прямоугольных реперных импульсов от ИРД и сигналу от высокочастотного генератора стандартных тактовых импульсов, модуль-измеритель текущих значений временного сдвига между поставленными в соответствие с парами стандартных прямоугольных реперных импульсов от ИРД и маркерных импульсов от ИМД, по сигналу от высокочастотного генератора стандартных тактовых импульсов, соединенные с блоком преобразования выходных сигналов от этих модулей в коды, модуль-вычислитель текущих значений относительных угловых колебаний каждой лопатки рабочего колеса относительно вращающегося вала по сформированным кодовым сигналам временного интервала и временного сдвига, модуль-измеритель текущих значений признаков динамической активности лопаток рабочего колеса по их относительным угловым колебаниям, нагруженный на блок формирования команд аварийной защиты оборудования, блок отображения информации о текущем вибрационном поведении лопаток, импульсный реперный датчик текущего углового положения вала, располагаемый на корпусе над торцами лопаток рабочего колеса, импульсные маркерные датчики, размещенные симметрично по периметру корпуса лопаточного аппарата над траекторией вращения периферийных торцов лопаток, модуль приведения в ходе эксперимента в соответствие импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, возбуждаемых последовательно (по ходу вращения вала) торцом каждой конкретной лопатки рабочего колеса в чувствительных элементах датчиков; модуль-измеритель текущих значений временного интервала между соседними импульсами от ИРД и модуль-измеритель текущих значений временного сдвига между поставленными в соответствие парами импульсов от ИРД и импульсов от ИМД, модуль-вычислитель относительных угловых колебаний каждой лопатки рабочего колеса и связанный с ним модуль-измеритель текущих значений признаков относительной (по отношению к вращающемуся валу) динамической активности лопаток.2. A system for monitoring the vibrational state and emergency protection of rotor machine vanes, characterized in that it contains contactless pulse marker sensors (IMD) of the angular position of the peripheral ends of the blades, marking the times of the end of the blade of the working area of the sensitive elements of these sensors, placed symmetrically around the perimeter the casing of the blade apparatus over the trajectory of rotation of the peripheral ends of the blades with an angular pitch of 2 π / m radians, where m is the number of installed BMI, which the frequency range 0-f max is determined for measuring the oscillations of the blades, where f max = f p · m / 2, f p is the rotor speed; a signal amplifier connected to the output of the IRD loaded onto forming devices generating standard rectangular reference impulses-markers of the “zero” and current angular position of the shaft, and with outputs of the IPM signal amplifiers connected to forming devices-generators of standard rectangular marker pulses of the angular position of the peripheral ends blades, a block identifier of the blades on the impeller connected to the module for matching pulses from the IRD and pulses from the IMD, sequentially given (in the direction of rotation of the shaft) by the end face of each blade in the BMI sensitive elements, a high-frequency generator of standard clock pulses, a measuring module of the current values of the time interval between adjacent pulses from the IRD according to the signal from the standard rectangular clock pulse generator from the IRD and the signal from the high-frequency standard clock generator pulses, a module measuring the current values of the time shift between the matched pairs of standard rectangular reference pulses from the IRD and arker pulses from IMD, by a signal from a high-frequency generator of standard clock pulses, connected to a unit for converting output signals from these modules into codes, a calculator module for calculating the current values of the relative angular oscillations of each impeller blade relative to the rotating shaft using the generated code signals for the time interval and time shift , a module measuring the current values of the signs of dynamic activity of the impeller blades by their relative angular oscillations, loaded on a unit for generating emergency equipment protection commands, a unit for displaying information about the current vibrational behavior of the blades, a pulse reference sensor of the current angular position of the shaft located on the housing above the ends of the blades of the impeller, pulse marker sensors placed symmetrically around the perimeter of the body of the blade apparatus above the rotation path of the peripheral ends of the blades , the module of bringing in the course of the experiment in correspondence of pulses from the IRD and pulses from the BMI, excited sequentially (in the direction of rotation shaft) with the end face of each specific impeller blade in the sensitive elements of the sensors; a module for measuring the current values of the time interval between adjacent pulses from the IRD and a module for measuring the current values of the time shift between the matched pairs of pulses from the IRD and pulses from the IMD, a module for calculating the relative angular oscillations of each blade of the impeller, and a measuring module for it current values of signs of relative (relative to the rotating shaft) dynamic activity of the blades.
RU2002120666/06A 2002-07-29 2002-07-29 Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines RU2241216C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002120666/06A RU2241216C2 (en) 2002-07-29 2002-07-29 Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002120666/06A RU2241216C2 (en) 2002-07-29 2002-07-29 Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002120666A RU2002120666A (en) 2004-02-10
RU2241216C2 true RU2241216C2 (en) 2004-11-27

Family

ID=34309924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002120666/06A RU2241216C2 (en) 2002-07-29 2002-07-29 Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2241216C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465562C2 (en) * 2006-12-21 2012-10-27 Мту Аэро Энджинз Гмбх Device and method of contactless blade vibration measurement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465562C2 (en) * 2006-12-21 2012-10-27 Мту Аэро Энджинз Гмбх Device and method of contactless blade vibration measurement

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002120666A (en) 2004-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1331491C (en) Shrouded turbine blade vibration monitor
US4887468A (en) Nonsynchronous turbine blade vibration monitoring system
EP0179618B1 (en) Turbine blade vibration detection apparatus
US20020162394A1 (en) Analysing vibration of rotating blades
JP3530474B2 (en) Wing vibration measurement method and wing vibration monitoring system using the same
US8497676B2 (en) Method and system for determining the angular position of a turbojet engine rotor
JPH0264206A (en) Method and device for monitoring vibration of turbine blade
RU2273830C2 (en) Method of contact-free measurement of rotating body's oscillations
CN109540482A (en) A kind of turbine blade is without the mutually high frequency multiplication synchronous vibration parameters analysis method of key and analytical equipment
CN110346592B (en) Determination of RPM from vibration spectrogram
RU2241216C2 (en) Method and monitoring system for controlling condition and emergency protection of blade devices of rotor engines
JPH04270935A (en) Method and apparatus for monitoring operating state of rotating part of machine
US20220390328A1 (en) Method for monitoring the torsion of a rotary shaft on a turbomachine of an aircraft
ES2742223T3 (en) Method and device for determining torsional deformation in a drive train
RU2584723C1 (en) Method of determining parameters of oscillations of blades of rotating wheel of turbine machine and device therefor
CZ32016U1 (en) A device for identification of machine blades during rotation
CN109033557B (en) Angle calculation method and angle calculation device
CN211777611U (en) Device for measuring synchronous vibration and pitch diameter of shrouded blade
JP2000283891A (en) Device for measuring rotation component of rotation axis and method for its measurement
JPH02309212A (en) Method and apparatus for monitoring torsion of shaft
JPH1130551A (en) Vane vibration-measuring apparatus
RU2634511C1 (en) Method for determining dynamic stresses in blades of turbomachine working wheel
JPH10104055A (en) Vane-vibration measuring device
RU2602488C1 (en) Method for contact-free determination of technical state of gear wheels and device for its implementation
RU2562692C1 (en) Three-phase voltage frequency determination method

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20071224

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080730

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20090627

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120730