RU2673950C1 - Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines - Google Patents
Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2673950C1 RU2673950C1 RU2018102100A RU2018102100A RU2673950C1 RU 2673950 C1 RU2673950 C1 RU 2673950C1 RU 2018102100 A RU2018102100 A RU 2018102100A RU 2018102100 A RU2018102100 A RU 2018102100A RU 2673950 C1 RU2673950 C1 RU 2673950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impeller
- oscillations
- amplitude
- vibrations
- stationary
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 abstract 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 7
- 238000001845 vibrational spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000005210 holographic interferometry Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники испытаний деталей и узлов турбомашин, в частности к способам определения динамических характеристик рабочих колес турбомашин.The invention relates to the field of testing of parts and components of turbomachines, in particular to methods for determining the dynamic characteristics of the impellers of turbomachines.
В процессе создания конструкций, работающих в условиях вибрационных нагрузок, актуальной проблемой является определение их частот и форм колебаний.In the process of creating structures operating under vibrational loads, an urgent problem is the determination of their frequencies and modes of vibration.
Исследование колебаний колес турбомашин является одной из наиболее важных задач при решении проблем обеспечения вибрационной прочности компрессоров и турбин - наиболее напряженных элементов конструкции турбомашин. Не имея сведений о том, как колеблется колесо, нельзя говорить о правильности определения вибронапряженности его лопаток, исходя только из показаний тензодатчиков, наклеенных на лопатки колеса. Поскольку при этом показания снимаются с конечного числа лопаток, любое представление о вибронапряженности всего колеса будет в какой-то мере случайным, и по результатам исследования можно лишь ослабить величину вибрационного воздействия, но не устранить его причину.The study of the vibrations of the wheels of turbomachines is one of the most important tasks in solving the problems of ensuring the vibrational strength of compressors and turbines - the most stressed structural elements of turbomachines. Without information about how the wheel oscillates, it is impossible to talk about the correct determination of the vibration stress of its blades, based only on the readings of strain gauges glued to the wheel blades. Since the readings are taken from a finite number of blades, any idea of the vibration stress of the entire wheel will be somewhat random, and according to the results of the study, you can only weaken the magnitude of the vibration effect, but not eliminate its cause.
Как известно, основными характеристиками любого колебательного процесса являются амплитуда, частота и фаза. Если имеют место два гармонических движения с одинаковой частотой, то речь идет о разности фаз. Вид колебательного движения или форму колебаний применительно к рабочему колесу можно представить либо по распределению амплитуд перемещений, либо по распределению сдвигов фаз. При этом наиболее информативным является распределение амплитуд перемещений. Учитывая, что имеющиеся в настоящее время оптические методы (голографическая интерферометрия и лазерная виброметрия) позволяют выявить распределение указанных амплитуд перемещений, то имеется техническая возможность зафиксировать форму колебаний (диаметральных, зонтичных и т.п.) всей поверхности колеса.As you know, the main characteristics of any oscillatory process are amplitude, frequency and phase. If there are two harmonic movements with the same frequency, then we are talking about the phase difference. The type of vibrational motion or the form of vibration as applied to the impeller can be represented either by the distribution of the amplitudes of displacements, or by the distribution of phase shifts. The most informative is the distribution of the amplitudes of the displacements. Given that the currently available optical methods (holographic interferometry and laser vibrometry) make it possible to determine the distribution of the indicated displacement amplitudes, it is technically possible to fix the vibration form (diametrical, umbrella, etc.) of the entire surface of the wheel.
В данной области техники формы диаметральных колебаний вращающегося диска принято характеризовать числом диаметров (см., например, стр. 282, Современные методы обеспечения прочностной надежности деталей авиационных двигателей, под ред. Ю.А. Ножницкого и др. - М.: Торус Пресс, 2010).In this technical field, it is customary to characterize the forms of diametrical vibrations of a rotating disk by the number of diameters (see, for example, p. 282, Modern Methods for Ensuring Strength Reliability of Parts of Aircraft Engines, edited by Yu.A. Nozhnitsky et al. - M .: Torus Press, 2010).
В данном случае под числом диаметров понимают количество узловых линий (линий нулевой амплитуды колебаний), проходящих через центр колеблющегося диска рабочего колеса турбомашины. Если при проведении испытаний для данной частоты колебаний идентифицируется одна узловая линия, то принимают, что диск колеблется по первой диаметральной форме или, что диск колеблется с числом диаметров равным единице. Если при проведении испытаний идентифицированы две узловые линии, то принимают, что диск колеблется по второй диаметральной форме или, что диск колеблется с числом диаметров равным двум и т.д.In this case, the number of diameters is understood to mean the number of nodal lines (lines of zero amplitude of vibrations) passing through the center of the oscillating disk of the impeller of the turbomachine. If during testing for one oscillation frequency one nodal line is identified, then it is assumed that the disk oscillates in the first diametrical form or that the disk oscillates with a number of diameters equal to unity. If two nodal lines are identified during the tests, it is assumed that the disk oscillates in a second diametrical shape or that the disk oscillates with a number of diameters equal to two, etc.
Вместе с тем, сведения о практическом применении оптических методов для определения форм колебаний вращающихся колес турбомашин, работающих под нагрузкой, ограничены. Для определения форм колебаний вращающихся колес турбомашин чаще всего используют фазовый метод, согласно которому форма колебаний с выявленным числом диаметров (узловых линий) определяется через разность фаз и количество лопаток рабочего колеса.At the same time, information on the practical application of optical methods to determine the vibration modes of rotating wheels of turbomachines operating under load is limited. To determine the vibration modes of the rotating wheels of turbomachines, the phase method is most often used, according to which the vibration shape with the identified number of diameters (nodal lines) is determined through the phase difference and the number of impeller blades.
Способ определения фазово-частотных характеристик вращающегося рабочего колеса основан на физическом явлении существования бегущих волн во вращающемся колесе. Данный способ известен, например, из статьи «Определение форм колебаний рабочих колес ГТД при стендовых испытаниях», авторы Д.С. Еленевский, В.А. Канов, В.В. Малыгин и др.; в сборнике «Испытания авиационных двигателей», выпуск №8, Уфа 1980, с 89-96, и заключается в том, что сдвиг фаз Δϕ между соседними лопатками определяется какThe method for determining the phase-frequency characteristics of a rotating impeller is based on the physical phenomenon of the existence of traveling waves in a rotating wheel. This method is known, for example, from the article "Determination of the forms of vibration of the GTE impellers during bench tests," the authors D.S. Elenevsky, V.A. Kanov, V.V. Malygin and others; in the collection "Testing of aircraft engines", issue No. 8, Ufa 1980, from 89-96, and consists in the fact that the phase shift Δϕ between adjacent blades is defined as
R - число лопаток в рабочем колесе;R is the number of blades in the impeller;
n - число диаметров.n is the number of diameters.
Далее по сдвигу фаз колебаний между соседними лопатками определяют форму колебаний вращающегося рабочего колеса. Приведенные в указанной статье результаты экспериментов по измерению сдвигов фаз в стендовых условиях позволили выявить и идентифицировать формы колебаний вращающегося рабочего колеса путем сравнения их с рассчитанными формами колебаний по приведенной формуле для сдвига фаз.Further, by the phase shift of the oscillations between adjacent vanes, the oscillation form of the rotating impeller is determined. The results of experiments on measuring phase shifts in bench conditions presented in this article made it possible to identify and identify the vibration modes of a rotating impeller by comparing them with the calculated vibration modes using the above formula for phase shift.
К недостаткам способа следует отнести, во-первых, то, что приемлемые значения сдвигов фаз, с точки зрения их практической пригодности, имеют место при больших величинах напряжений в лопатках рабочего колеса, т.е. практически на резонансных режимах или близких к ним. Во-вторых, необходимо идентифицировать наличие бегущей волны, поскольку только в этом случае можно воспользоваться формулой для определения числа диаметров, измерив величину разности фаз. Идентификация наличия бегущей волны связана с необходимостью наклеивания значительного количества тензодатчиков на лопатки рабочего колеса, чтобы проследить тенденцию поведения функции разности фаз и амплитуд перемещений лопаток.The disadvantages of the method include, firstly, the fact that acceptable values of phase shifts, from the point of view of their practical suitability, take place at high voltages in the impeller blades, i.e. almost at resonant modes or close to them. Secondly, it is necessary to identify the presence of a traveling wave, since only in this case can one use the formula to determine the number of diameters by measuring the magnitude of the phase difference. The identification of the presence of a traveling wave is associated with the need to stick a significant number of load cells on the impeller blades in order to trace the tendency of the behavior of the phase difference function and the amplitudes of the blades.
Известен способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины (RU 2395068, 2010), согласно которому для определения числа диаметров используется формула:A known method for diagnosing fluctuations of the impeller of a turbomachine (RU 2395068, 2010), according to which the formula is used to determine the number of diameters:
ƒn1=ƒm+mƒp, гдеƒ n1 = ƒ m + mƒ p , where
ƒn1 - диагностическая частота колебаний рабочего колеса турбомашины;ƒ n1 - diagnostic frequency of oscillation of the impeller of the turbomachine;
ƒm - частота собственных колебаний лопаток;ƒ m is the frequency of natural vibrations of the blades;
m - число диаметров собственной формы колебаний;m is the number of diameters of the natural waveform;
ƒp - частота вращения рабочего колеса турбомашины.ƒ p is the frequency of rotation of the impeller of the turbomachine.
В другом способе диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины (RU 2111469, 1998) составляющие приведенной выше формулы определяются как:In another method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine (RU 2111469, 1998), the components of the above formula are defined as:
ƒn1 - диагностическая частота колебаний лопаток, наблюдаемая в спектре пульсаций потока газа вблизи рабочего колеса при автоколебаниях;ƒ n1 is the diagnostic oscillation frequency of the blades observed in the spectrum of pulsations of the gas flow near the impeller during self-oscillations;
ƒm - собственная частота колебаний лопаток в колесе;ƒ m is the natural vibration frequency of the blades in the wheel;
ƒp - частота вращения колеса в роторе.ƒ p is the frequency of rotation of the wheel in the rotor.
Недостаток указанных выше двух технических решений заключается в некорректном расширении области применения указанной выше формулы, вывод которой был приведен в работе по определению критерия устойчивости вращающихся круглых пластин под действием переменной нагрузки (C.D. Mote Jr. Stability of Circular Plates Subjected to Moving Loads, Journal of The Franklin Institute, Volume 290, Number 4, October 1970, pp. 329-344) и не применим при определении частоты колебаний лопаток рабочего колеса. Частота (ƒm) в данной работе является частотой собственных колебаний колеса в подвижной системе координат, т.е. системы «диск-лопатки», а не самих лопаток, как указано в патентах RU 2395068 и RU 2111469.The drawback of the above two technical solutions is the incorrect expansion of the scope of the above formula, the conclusion of which was given in the work on determining the stability criterion of rotating circular plates under the action of a variable load (CD Mote Jr. Stability of Circular Plates Subjected to Moving Loads, Journal of The Franklin Institute, Volume 290,
Наиболее близким аналогом заявленного решения является способ определения диаметральных форм колебаний вращающегося колеса турбомашины с использованием информации от двух тензодатчиков (John D. Gill, Vincent R. Capece and Ronald B. Fost, Experimental methods applied in a study of stall flutter in axial flow fan, Shock and Vibration 11 (2004) 597-613, IOS Press), согласно которому выполняют перекрестный спектральный анализ сигналов, записанных с тензодатчиков, расположенных на разных лопатках или на полотне диска под углом θ и лежащих на одном радиусе. Чтобы вычислить число диаметров на данной частоте, необходимо разность фаз на данной частоте поделить на угловое расстояние между двумя датчиками; т.е. необходимо иметь два ряда данных:The closest analogue of the claimed solution is a method for determining the diametrical vibration modes of a rotating wheel of a turbomachine using information from two load cells (John D. Gill, Vincent R. Capece and Ronald B. Fost, Experimental methods applied in a study of stall flutter in axial flow fan, Shock and Vibration 11 (2004) 597-613, IOS Press), according to which cross-spectral analysis of signals recorded from strain gauges located on different blades or on the blade web at an angle θ and lying on the same radius is performed. To calculate the number of diameters at a given frequency, it is necessary to divide the phase difference at a given frequency by the angular distance between the two sensors; those. You must have two series of data:
p1(t, θ1), p2(t, θ2), гдеp 1 (t, θ 1 ), p 2 (t, θ 2 ), where
p1, p2 - сигналы соответственно с первого и второго датчика, характеризующие зависимость амплитуды сигнала от времени;p 1 , p 2 - signals from the first and second sensors, respectively, characterizing the dependence of the signal amplitude on time;
t - время;t is the time;
θ1 и θ2 - углы расположения на колесе соответственно первого и второго датчиков.θ 1 and θ 2 are the angles of location on the wheel, respectively, of the first and second sensors.
Из указанных двух рядов данных вычисляется перекрестный спектр путем умножения преобразования Фурье сигнала с одного датчика на сопряженное преобразование Фурье сигнала с другого датчика.The cross spectrum is calculated from the two data series by multiplying the Fourier transform of the signal from one sensor by the conjugate Fourier transform of the signal from the other sensor.
К недостаткам этого способа можно отнести те же недостатки, что и для известного из анализируемой выше статьи Д.С. Еленевского и др. «Определение форм колебаний рабочих колес ГТД при стендовых испытаниях», а именно: необходимость наклеивания значительного количества тензодатчиков на лопатки рабочего колеса и проведения испытаний при больших величинах напряжений в лопатках рабочего колеса для получения достоверных значений сдвигов фаз в отношении всей поверхности рабочего колеса.The disadvantages of this method include the same disadvantages as for the well-known from D.S. Yelenevsky et al. “Determination of vibration modes of gas turbine impellers during bench tests”, namely: the need to stick a significant number of load cells on the impeller blades and conduct tests at high stresses in the impeller blades to obtain reliable values of phase shifts with respect to the entire working surface wheels.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в сложности практической реализации способа определения диаметральных форм колебаний вращающегося колеса турбомашины при ограниченном количестве тензодатчиков с обеспечением достаточной достоверности результатов во всем диапазоне частот вращения.The technical problem solved by the claimed invention lies in the complexity of the practical implementation of the method for determining the diametrical vibration modes of a rotating wheel of a turbomachine with a limited number of load cells, ensuring sufficient reliability of the results in the entire range of rotational speeds.
Техническим результатом, достигаемым заявленным изобретением, является повышение достоверности определения диаметральных форм колебаний вращающегося колеса турбомашины.The technical result achieved by the claimed invention is to increase the reliability of determining the diametrical vibration modes of a rotating wheel of a turbomachine.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе определения диаметральных форм колебаний вращающегося колеса турбомашины на первом этапе формируют последовательность оптических образов диаметральных форм колебаний неподвижного колеса, для чего возбуждают колебания неподвижного рабочего колеса, регистрируют амплитудно-частотный спектр его колебаний, с использованием оптического метода регистрации выявляют диаметральные формы колебаний неподвижного рабочего колеса и сопоставляют их с частотами колебаний, на которых регистрируются пиковые значения амплитуд колебаний, на втором этапе устанавливают на рабочее колесо турбомашины тензодатчик, выводят турбомашину на рабочий режим и в рабочем диапазоне частот вращения ротора осуществляют регистрацию выходного сигнала тензодатчика, при этом выявляют частоту вращения, на которой регистрируется максимальная амплитуда сигнала тензодатчика, преобразуют сигнал с тензодатчика в амплитудно-частотный спектр колебаний рабочего колеса и сохраняют его в качестве амплитудно-частотного спектра колебаний рабочего колеса, соответствующего указанной частоте вращения ротора, на третьем этапе сопоставляют частоты колебаний, соответствующие пиковым значениям амплитуд на сохраненном амплитудно-частотном спектре колебаний вращающегося колеса с амплитудно-частотным спектром колебаний неподвижного колеса и принимают выявленные диаметральные формы колебаний неподвижного рабочего колеса в качестве диаметральных форм колебаний вращающегося колеса на сопоставленных частотах, соответствующих пиковым значениям амплитуд колебаний.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method for determining the diametrical vibration modes of the rotating wheel of the turbomachine at the first stage, a sequence of optical images of the diametrical vibration forms of the motion of the stationary wheel is formed, for which the vibrations of the stationary impeller are excited, the amplitude-frequency spectrum of its vibrations is recorded using optical the registration method reveals the diametrical vibration forms of a stationary impeller and compares them with the vibration frequencies, and which record the peak values of the oscillation amplitudes, at the second stage a strain gauge is installed on the impeller of the turbomachine, the turbomachine is brought to the operating mode and the output signal of the strain gauge is recorded in the working range of the rotor speed, and the rotational speed at which the maximum amplitude of the strain gauge signal is detected, they transform the signal from the strain gauge into the amplitude-frequency spectrum of the impeller’s vibrations and save it as the amplitude-frequency spectrum of the oscillation At the third stage, the vibration frequencies corresponding to the peak values of the amplitudes in the stored amplitude-frequency spectrum of the vibrations of the rotating wheel are compared with the amplitude-frequency spectrum of the vibrations of the stationary wheel and take the detected diametrical vibration modes of the stationary impeller as the diametrical vibration modes of a rotating wheel at comparable frequencies corresponding to peak values of vibration amplitudes.
Существенность отличительных признаков способа определения диаметральных форм колебаний вращающегося колеса турбомашины подтверждается тем, что только совокупность признаков, характеризующая сочетание оптического метода выявления форм диаметральных колебаний неподвижного рабочего колеса и метода тензометрирования вращающегося колеса с помощью установленного на нем тензодатчика, приводит к решению технической проблемы, связанной с выявлением форм диаметральных колебаний рабочего колеса и во всем диапазоне частот его вращения при ограниченном числе тензодатчиков и обеспечивает достижение заявляемого технического результата.The significance of the distinguishing features of the method for determining the diametrical vibration modes of a rotating wheel of a turbomachine is confirmed by the fact that only a set of features characterizing the combination of the optical method for detecting the diametric vibrations of a stationary impeller and the strain gauge method of a rotating wheel using a strain gauge installed on it leads to the solution of a technical problem associated with identifying the forms of diametrical vibrations of the impeller and in the entire range of frequencies of its rotation p and a limited number of load cells and ensures the achievement of the claimed technical result.
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами:The features and essence of the claimed invention are explained in the following detailed description, illustrated by drawings:
на фиг. 1 представлена схема варианта системы для реализации способа по настоящему изобретению;in FIG. 1 is a diagram of an embodiment of a system for implementing the method of the present invention;
на фиг. 2 представлен спектр, полученный при возбуждении колебаний колеса турбины белым шумом;in FIG. 2 shows a spectrum obtained by excitation of turbine wheel vibrations by white noise;
на фиг. 3 представлена последовательность оптических образов диаметральных форм колебаний колеса турбины;in FIG. 3 shows a sequence of optical images of diametrical vibration modes of a turbine wheel;
на фиг. 4 представлен спектр колебаний колеса турбины на частоте вращения 192 Гц;in FIG. 4 shows the vibration spectrum of a turbine wheel at a speed of 192 Hz;
на фиг. 5 представлен спектр колебаний колеса турбины на частоте вращения 152 Гц;in FIG. 5 shows the vibration spectrum of a turbine wheel at a speed of 152 Hz;
на фиг. 6 приведены частоты собственных колебаний рабочего колеса турбины и соответствующие им формы колебаний, выявленные при анализе интерференционных картин форм колебаний, записанных на голографической установке;in FIG. Figure 6 shows the frequencies of natural vibrations of the turbine impeller and the corresponding vibration modes identified in the analysis of interference patterns of the vibration modes recorded on a holographic setup;
на фиг. 7 приведены частоты собственных колебаний рабочего колеса турбины, полученные тензометрированием рабочего колеса при разных частотах вращения ротора.in FIG. 7 shows the frequencies of natural vibrations of the turbine impeller obtained by tensometry of the impeller at different rotor speeds.
Заявленный способ определения формы диаметральных колебаний вращающегося колеса турбомашины может быть осуществлен с помощью системы для определения формы колебаний колеса турбомашины, представленной на фиг 1. Система состоит из генератора 1, частотомера 2, устройства 3 для получения спектра колебаний, вибратора 4, блока 5 датчиков, рабочего колеса 6 и устройства для получения оптических образов (на чертеже не показано). Выходы генератора 1 подключены к частотомеру 2 и вибратору 4, выход блока 5 датчиков подключен ко входу устройства 3 для получения спектра колебаний.The claimed method for determining the shape of the diametrical vibrations of a rotating wheel of a turbomachine can be carried out using the system for determining the shape of the vibrations of a wheel of a turbomachine shown in Fig 1. The system consists of a
В частности, генератор 1 может быть звуковым или шумовым (например, белого шума). При этом, при использовании в качестве генератора 1 звукового генератора, в качестве устройства 3 для получения спектра колебаний может быть использован осциллограф, а при использовании в качестве генератора 1 генератора белого шума, в качестве устройства 3 для получения спектра колебаний может быть использован анализатор спектра, например MIC-200.In particular, the
В блоке 5 датчиков в данной системе попеременно используются два датчика - вибродатчик и тензодатчик, выход каждого из которых при этом является выходом блока 5 датчиков.In the block of 5 sensors in this system, two sensors are alternately used - a vibration sensor and a strain gauge, the output of each of which is the output of the block of 5 sensors.
Способ определения формы диаметральных колебаний вращающегося колеса турбомашины осуществляется следующим образом.The method of determining the shape of the diametrical vibrations of a rotating wheel of a turbomachine is as follows.
Заявленный способ состоит из трех этапов.The claimed method consists of three stages.
На первом этапе согласно заявленному изобретению формируют последовательность оптических образов диаметральных форм колебаний неподвижного колеса 6, для чего возбуждают колебания неподвижного рабочего колеса 6, регистрируют амплитудно-частотный спектр его колебаний, с использованием оптического метода регистрации выявляют диаметральные формы колебаний неподвижного рабочего колеса 6 и сопоставляют их с частотами колебаний, на которых регистрируются пиковые значения амплитуд колебаний.At the first stage, according to the claimed invention, a sequence of optical images of the diametrical vibration forms of the
При использовании системы, представленной на фиг. 1, на данном этапе предварительно снимают рабочее колесо 6 с двигателя, устанавливают на рабочее колесо 6 вибратор 4 и блок 5 датчиков с вибродатчиком, а устройство для получения оптических образов размещают по отношению к рабочему колесу 6 таким образом, чтобы обеспечить возможность получения последовательности оптических образов неподвижного рабочего колеса 6.Using the system of FIG. 1, at this stage, the
Для возбуждения колебаний рабочего колеса 6 передают сигнал с генератора 1 на вибратор 4, и одновременно снимают сигнал с блока 5 датчиков и передают его на устройство 3 для получения спектра колебаний рабочего колеса.To excite the vibrations of the
В случае использования осциллографа в качестве устройства 3 для получения спектра колебаний, при работе генератора 1 регулируют его частоту, например от 0 до 500 Гц, и в процессе регулировки записывают соответствующий спектр с помощью устройства 3.In the case of using an oscilloscope as a
В случае использования анализатора спектра в качестве устройства 3 для получения спектра колебаний, при работе генератора 1 на устройство 3 подается сигнал с блока 5 датчиков и регистрируется амплитудно-частотный спектр рабочего колеса 6.In the case of using the spectrum analyzer as a
В полученное спектре выявляют частоты колебаний, на которых регистрируются пиковые значения амплитуд собственных колебаний неподвижного рабочего колеса.In the spectrum obtained, vibration frequencies are detected at which peak values of the amplitudes of natural vibrations of the stationary impeller are recorded.
Далее с помощью устройства для получения оптических образов, получают последовательность оптических образов колебаний неподвижного рабочего колеса, по которым определяют диаметральные формы колебаний, соответствующие выявленным частотам колебаний. Пример последовательности образов приведен на фиг. 3.Next, using a device for obtaining optical images, a sequence of optical vibration patterns of a stationary impeller is obtained, which determine the diametrical vibration forms corresponding to the detected vibration frequencies. An example of a pattern sequence is shown in FIG. 3.
В качестве оптического метода регистрации в частном случае могут быть использованы голографическая интерферометрия и лазерная виброметрия.In the particular case, holographic interferometry and laser vibrometry can be used as an optical registration method.
По завершении первого этапа снимают вибратор 4 и блок 5 датчиков с рабочего колеса.At the end of the first stage, the
На втором этапе согласно заявленному изобретению устанавливают на рабочее колесо 6 турбомашины тензодатчик, выводят турбомашину на рабочий режим и в рабочем диапазоне частот вращения ротора осуществляют регистрацию выходного сигнала тензодатчика, при этом выявляют частоту вращения, на которой регистрируется максимальная амплитуда сигнала тензодатчика, преобразуют сигнал с тензодатчика в амплитудно-частотный спектр колебаний рабочего колеса 6 и сохраняют его в качестве амплитудно-частотного спектра колебаний рабочего колеса 6, соответствующего указанной частоте вращения ротора.At the second stage, according to the claimed invention, a strain gauge is mounted on the
При использовании системы, представленной на фиг. 1, на данном этапе предварительно устанавливают рабочее колесо 6 в двигатель, а затем устанавливают на рабочее колесо 6 блок 5 датчиков с тензодатчиком.Using the system of FIG. 1, at this stage, the
На данном этапе частота вращения ротора может регулироваться с помощью регулятора частоты вращения. Частоту вращения регулируют, например, от 0 до 200 Гц и в указанном диапазоне частот подают сигнал с блока 5 датчиков на устройство 3 для получения спектра колебаний, предпочтительно анализатор спектра, с помощью которого определяют максимальную амплитуду на пиковых частотах сигнала блока 5 датчиков, и для частоты вращения, на которой регистрируется максимальная амплитуда сигнала блока 5 датчиков, сигнал преобразуют в амплитудно-частотный спектр колебаний рабочего колеса 6 и сохраняют. Пример полученного спектра для частоты 152 Гц приведен на фиг. 5.At this stage, the rotor speed can be adjusted using the speed controller. The rotation frequency is regulated, for example, from 0 to 200 Hz and in the indicated frequency range a signal is sent from the sensor unit 5 to the
На третьем этапе сопоставляют частоты колебаний, соответствующие пиковым значениям амплитуд на сохраненном амплитудно-частотном спектре колебаний вращающегося колеса 6 с амплитудно-частотным спектром колебаний неподвижного колеса 6 и принимают выявленные диаметральные формы колебаний неподвижного рабочего колеса 6 в качестве диаметральных форм колебаний вращающегося колеса 6 на сопоставленных частотах, соответствующих пиковым значениям амплитуд колебаний.At the third stage, the vibration frequencies corresponding to the peak values of the amplitudes on the stored amplitude-frequency spectrum of the vibrations of the
Например, подробный набор голографических интерферограмм форм колебаний рабочего колеса 1-ой ступени вентилятора был получен при демонстрации возможностей импульсного лазера для исследования форм и частот колебаний крупногабаритных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) (см. Комар В.Г., Серов О.Б. и др. О системе голографического кинематографа, предназначенного для исследования и контроля интерференционным методом деформаций вибрирующих и вращающихся изделий // Труды НИКФИ. - 1982. - вып. 110).For example, a detailed set of holographic interferograms of the vibration modes of the impeller of the 1st fan stage was obtained by demonstrating the capabilities of a pulsed laser for studying the vibration shapes and frequencies of large-sized parts of gas turbine engines (GTE) (see Komar V.G., Serov O.B. and etc. About the system of holographic cinema intended for research and control by the interference method of deformations of vibrating and rotating products // Transactions of NIKFI. - 1982. - Issue 110).
По результатам исследования на частотах колебаний 174,48; 203,13; 316,41; 348,96; 375,00 Гц были зарегистрированы пиковые значения амплитуд собственных форм колебаний неподвижного рабочего колеса 6. После получения соответствующей последовательности оптических образов неподвижного рабочего колеса по ним были визуально определены формы колебаний, соответствующие выявленным частотам колебаний:According to the results of the study at oscillation frequencies of 174.48; 203.13; 316.41; 348.96; At 375.00 Hz, the peak values of the amplitudes of the natural modes of vibration of the
4d (на частоте 174,48 Гц);4d (at a frequency of 174.48 Hz);
2d+O (203,13 Гц);2d + O (203.13 Hz);
1d+O (316,41 Гц);1d + O (316.41 Hz);
3d+O (348,96 Гц);3d + O (348.96 Hz);
4d+O (375,00 Гц), где4d + O (375.00 Hz), where
«d» здесь и далее обозначает число диаметров формы колебаний;“D” hereinafter means the number of diameters of the waveform;
«+O» - характеризует выявленную форму колебаний как имеющую вид окружности.“+ O” - characterizes the identified form of vibrations as having the form of a circle.
При анализе результатов тензометрирования вращающегося колеса 6 вентилятора пиковые значения амплитуд колебаний были выявлены практически на тех же частотах, что и при использовании голографической интерферометрии, а именно - 174, 203, 316, 349 и 375 Гц соответственно, что подтверждает полученные с помощью интерферометрии неподвижного колеса 6 данные о форме колебаний колеса 6 и позволяет принять выявленные формы колебаний неподвижного колеса 6 в качестве диаметральных форм колебаний вращающегося колеса 6.When analyzing the results of strain gauging of a rotating
В качестве другого примера, далее рассматривается определение диаметральных форм колебаний колеса 6 турбины.As another example, the following is a determination of the diametrical vibrational forms of the
На фиг. 2 представлен спектр колебаний рабочего колеса 6 турбины, полученный при возбуждении колебаний неподвижного колеса белым шумом. Выявленные при этом частоты собственных колебаний рабочего колеса 6 турбины и соответствующие им формы колебаний, выявленные при анализе интерференционных картин форм колебаний, записанных на голографической установке, приводятся на фиг. 6.In FIG. 2 shows the vibration spectrum of the
Как видно из фиг. 2, на частотах 1505, 1812, 2125, 2303, 2417 и 2505 Гц возбуждаются колебания с двумя, тремя, четырьмя, пятью, шестью и семью диаметрами. Разности между этими частотами равны соответственно 305, 307, 313 и 292 Гц. Кроме того, частота 2303 Гц, соответствующая форме колебаний с пятью диаметрами, кратна частоте 1155 Гц с точностью до 7 Гц. Поэтому при частоте вращения 192 Гц форма с частотой 1155 Гц может возбудиться 6-ой гармоникой, а форма с пятью узловыми диаметрами (2303 Гц) - 12 гармоникой. Это и наблюдается на фиг. 4. При этом проявились формы с четырьмя узловыми диаметрами (2104 Гц) - 11 гармоника, с тремя диаметрами (1816 Гц) и пятью диаметрами (2304 Гц) - 12 гармоника.As can be seen from FIG. 2, at frequencies of 1505, 1812, 2125, 2303, 2417 and 2505 Hz, vibrations with two, three, four, five, six and seven diameters are excited. The differences between these frequencies are equal to 305, 307, 313 and 292 Hz, respectively. In addition, the frequency of 2303 Hz, corresponding to the waveform with five diameters, is a multiple of the frequency of 1155 Hz with an accuracy of 7 Hz. Therefore, at a speed of 192 Hz, a form with a frequency of 1155 Hz can be excited by the 6th harmonic, and a form with five nodal diameters (2303 Hz) can be excited by 12 harmonics. This is what is observed in FIG. 4. In this case, forms with four nodal diameters (2104 Hz) - 11 harmonics, with three diameters (1816 Hz) and five diameters (2304 Hz) - 12 harmonics appeared.
В одном из проведенных исследований, в рамках анализа спектров колебаний лопаток вращающегося колеса 6, полученных тензометрированием, установлено, что для данного колеса 6 наибольшие напряжения возникают в окрестности частоты 1200 Гц (В.Г. Селезнев. Исследование окружного разброса резонансных напряжений методом голографической интерферометрии. Аэроупругость лопаток турбомашин. 1987, 269 стр. Труды ЦИАМ №1221). Причем эта частота (1200 Гц), как видно из фиг. 7, практически не меняется или претерпевает несущественные изменения в широком диапазоне изменения частоты вращения исследуемого колеса 6, из чего следует, что выбор одной частоты вращения колеса, при которой регистрируется максимальная амплитуда сигнала тензодатчика, является достаточным для обеспечения достоверности определения диаметральных форм колебаний вращающегося колеса турбомашины во всем диапазоне частот вращения.In one of the studies, in the framework of the analysis of the vibrational spectra of the blades of a
На фиг. 3 показан спектр, полученный тензометрированием вращающегося рабочего колеса 6 турбины при частоте вращения 152 Гц. При этом расстояния по частоте между формами равны удвоенной частоте вращения 305 Гц, а по отношению к диаметральным формам можно утверждать, что два диаметра возбуждаются десятой гармоникой, три-двенадцатой, четыре-четырнадцатой, шесть-шестнадцатой гармоникой.In FIG. 3 shows a spectrum obtained by strain gauging a
Таким образом, для данного колеса 6 оказалось возможным сопоставить спектральные пики с диаметральными формами колебаний, и они получились равномерно расположенными по частотной шкале (два, три, четыре и шесть диаметров).Thus, for this
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102100A RU2673950C1 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102100A RU2673950C1 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2673950C1 true RU2673950C1 (en) | 2018-12-03 |
Family
ID=64603775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018102100A RU2673950C1 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2673950C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114123921A (en) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 广东美的暖通设备有限公司 | Vibration frequency determination method, device, compressor system and readable storage medium |
| FR3123718A1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-09 | Safran Aircraft Engines | DEVICE FOR DETERMINING THE eigenmodes of a TURBOMACHINE ELEMENT BY EMISSION OF WHITE NOISE AND DEVICE FOR VIBRATIONAL CHARACTERIZATION OF THE ELEMENT |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111469C1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-05-20 | Анатолий Алексеевич Хориков | Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel |
| RU2395068C2 (en) * | 2008-10-02 | 2010-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of diagnostics of turbo machine impeller |
| RU2402751C1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine |
| US7941281B2 (en) * | 2008-12-22 | 2011-05-10 | General Electric Company | System and method for rotor blade health monitoring |
| US8096184B2 (en) * | 2004-06-30 | 2012-01-17 | Siemens Energy, Inc. | Turbine blade for monitoring blade vibration |
| RU2573331C2 (en) * | 2014-05-19 | 2016-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им П.И. Баранова" | Method of characteristics determination of non-synchronous oscillations of impeller of turbine machine |
-
2018
- 2018-01-19 RU RU2018102100A patent/RU2673950C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111469C1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-05-20 | Анатолий Алексеевич Хориков | Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel |
| US8096184B2 (en) * | 2004-06-30 | 2012-01-17 | Siemens Energy, Inc. | Turbine blade for monitoring blade vibration |
| RU2395068C2 (en) * | 2008-10-02 | 2010-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of diagnostics of turbo machine impeller |
| US7941281B2 (en) * | 2008-12-22 | 2011-05-10 | General Electric Company | System and method for rotor blade health monitoring |
| RU2402751C1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine |
| RU2573331C2 (en) * | 2014-05-19 | 2016-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им П.И. Баранова" | Method of characteristics determination of non-synchronous oscillations of impeller of turbine machine |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JOHN D. GILL, VINCENT R. CAPECE and RONALD B. FOST, Experimental methods applied in a study of stall flutter in axial flow fan, Shock and Vibration 11, IOS Press, 2004, 597-613. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3123718A1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-09 | Safran Aircraft Engines | DEVICE FOR DETERMINING THE eigenmodes of a TURBOMACHINE ELEMENT BY EMISSION OF WHITE NOISE AND DEVICE FOR VIBRATIONAL CHARACTERIZATION OF THE ELEMENT |
| CN114123921A (en) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 广东美的暖通设备有限公司 | Vibration frequency determination method, device, compressor system and readable storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Castellini et al. | Laser Doppler Vibrometry: Development of advanced solutions answering to technology's needs | |
| KR100994247B1 (en) | Method and apparatus for determining phase sensitivity of an accelerometer based on an analysis of the harmonic components of the interference signal | |
| US20090314092A1 (en) | Method of Analyzing Non-Synchronous Vibrations Using a Dispersed Array Multi-Probe Machine | |
| Castellini et al. | Vibration measurements on blades of a naval propeller rotating in water with tracking laser vibrometer | |
| Gaponenko et al. | Improving the methodology for assessing the technical condition of equipment during the transportation of energy carrier in energy systems and complexes | |
| Joung et al. | Analysis of vibration of the turbine blades using non-intrusive stress measurement system | |
| CN114354112B (en) | Blade multi-order coupling vibration fatigue analysis method | |
| CN102538950A (en) | Acoustic testing method for inherent frequency of engine part | |
| RU2673950C1 (en) | Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines | |
| EP0463108A1 (en) | Shaft crack detection method | |
| Neri et al. | Non-harmonic fourier analysis for bladed wheels damage detection | |
| US4078434A (en) | Method and apparatus for determining the parameters of natural vibration of a system | |
| Wang et al. | New step to improve the accuracy of blade synchronous vibration parameters identification based on combination of GARIV and LM algorithm | |
| Jerzy et al. | Multimode tip-timing analysis of steam turbine rotor blades | |
| RU2573331C2 (en) | Method of characteristics determination of non-synchronous oscillations of impeller of turbine machine | |
| JP2005037390A (en) | Determination method and device of natural frequency of bearing system equipped with bearing support shaft | |
| RU2614458C1 (en) | Method of diagnosing forms of resonance vibrations of turbomachinery impeller blades | |
| US11199437B2 (en) | Utilization of fast-response pressure measurements to nonintrusively monitor blade vibration in axial compressors | |
| RU2715369C1 (en) | Method for determining partial frequencies of a controlled surface of an aircraft and device for its implementation | |
| RU2634511C1 (en) | Method for determining dynamic stresses in blades of turbomachine working wheel | |
| RU2659428C1 (en) | Device for analysis of dynamic processes in impellers of turbine machines | |
| Strnad et al. | Diagnostic methods of a bladed disc mode shape evaluation used for shrouded blades in steam turbines | |
| Kotkowski et al. | Diagnostics of turbine blades, based on estimation of frequency response function | |
| RU157159U1 (en) | STAND FOR DETERMINING SPATIAL MODAL CHARACTERISTICS OF FRICTION DISKS OF HYDROMECHANICAL TRANSMISSIONS | |
| RU2186260C1 (en) | Method of diagnosing damages of turbomachine working blades |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200120 |