SU930036A1 - Method of checking multi-rotor turbine technological condition - Google Patents

Description

Изобретение относится к диагностике технического состояния машин и механизмов и, в частности, вибродиагностике турбомашин.The invention relates to the diagnosis of the technical condition of machines and mechanisms, and, in particular, vibration diagnostics of turbomachines.

Известен способ контроля технического состояния многороторной турбомашины путем периодического измерения уровня вибрации ее корпуса на частотах, соответствующих частотам вращения роторов, с последующим выявлением дефектов ротора £l 3·A known method of monitoring the technical condition of a multi-rotor turbomachine by periodically measuring the vibration level of its body at frequencies corresponding to rotor speeds, with subsequent identification of rotor defects £ l 3 ·

Однако известный способ позволяет выявить только дефектный ротор, в то время, как источник дефекта - повышение вибраций машины, может быть как турбина, так и компрессор этого ротора. Таким образом, известный способ не обеспечивает необходимой точности контроля.However, the known method allows you to identify only a defective rotor, while the source of the defect is the increase in vibration of the machine, there can be either a turbine or a compressor of this rotor. Thus, the known method does not provide the necessary accuracy of control.

Цель изобретения - повышение точ- _м ности контроля.The purpose of the invention - increase accuracy _m Nosta control.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют уровень вибраций при отношении частот вращений роторов, равном 0,5, и по характеру его изменения выявляют узел ротора, имеющий дефект.This goal is achieved by the fact that additionally measure the level of vibration at a ratio of rotational frequencies of rotors equal to 0.5, and by the nature of its change identify the rotor assembly having a defect.

Сущность предлагаемого способа контроля технического состояния турбомашины и, в частности, турбомашины с межвальным подшипником между роторами, заключается в следующем.The essence of the proposed method for monitoring the technical condition of a turbomachine, and in particular, a turbomachine with an inter-shaft bearing between rotors, is as follows.

процессе эксплуатации турбомашины периодически измеряют уровень вибраций ее корпуса. На первом этапе фиксируют общий уровень вибраций в полосе частот, охватывающей весь диапазон частот вращения роторов турбомашины. Изменение (рост) общего уровня вибраций указывает на то, что в турбомашине возник дефект.During operation of a turbomachine, the vibration level of its body is periodically measured. At the first stage, the overall level of vibration in the frequency band covering the entire range of frequencies of rotation of the turbomachine rotors is fixed. A change (growth) in the overall level of vibration indicates that a defect has occurred in the turbomachine.

Далее измеряют величину вибраций на определенной частоте, связанной с частотой вращения ротора, известным соотношением, и определяют ротор турбомашины, являющейся источником повышенных вибраций. Для этого следует измерить уровень вибраций на ос3 новных роторных гармониках каждого I из роторов в отдельности, в том числе на режиме, где скольжение роторовι равно 0,5· Если уровень вибрации на частоте, соответствующей частоте вра- $ щения ротора высокого давления, на этом режиме растет, то это означает, что неисправен узел турбины ротора низкого давления, так как именно турбины двух роторов связаны между со- 10 бой межвальной опорой. Если уровень вибраций на этом режиме не изменяется, значит дефект возник в узле компрессора.Next, measure the magnitude of the vibrations at a specific frequency associated with the rotor speed, a known ratio, and determine the rotor of the turbomachine, which is the source of increased vibrations. To do this, one should measure the vibration level at the 3 main rotor harmonics of each I of the rotors separately, including in the mode where the slip of the rotors is 0.5 · If the vibration level is at a frequency corresponding to the rotational speed of the high pressure rotor, at this mode increases, this means that the turbine assembly of the low-pressure rotor is faulty, since it is precisely the turbines of the two rotors that are connected between the 10th inter-shaft bearings. If the vibration level does not change in this mode, then a defect has occurred in the compressor assembly.

На фиг. 1 представлено изменение _1S уровня вибраций с частотой основной роторной гармоники ротора низкого давления (РИД); на фиг. 2 - изменение уровня вибраций с частотой основной роторной гармоники ротора _м высокого давления (РВД) при наличии дефектов в компрессоре; на фиг. 3 ” то же, при наличии дефектов в турбиг не; на фиг. 4 - приращение уровня вибраций в зависимости от отношения _2J скоростей вращения роторов (скольжения^.In FIG. 1 shows the variation of the _1S vibration level with the frequency of the main rotor harmonic of a low pressure rotor (RID); in FIG. 2 - change in the level of vibration with the frequency of the main rotor harmonic of the rotor _m high pressure (RVD) in the presence of defects in the compressor; in FIG. 3 ”the same, in the presence of defects in the turbine; in FIG. 4 - increment of vibration level depending on the ratio _2J of rotor rotation speeds (slip ^.

Разбалансировка как ротора компрессора, так и ротора турбины вызывает существенное изменение уровня вибраций с частотой основной роторной гармоники РИД (фиг.1, где 1 исходное состояние, 2 - изменение 1-ой роторной гармоники РИД при разбалансировке компрессора РИД, 3 “ изменение 1-ой роторной гармоники РИД при разбалансировке турбины РИД). При этом распознать оба неисправных состояния с высокой степенью достоверности достаточно трудно. В то же время ясно, что неисправности имеют именно узлы ротора НД, так как уровень вибраций по 1-ой роторной каскада. РВД практически не ме’няется (фиг.2 и 3, где кривые 4 (Соответствуют исходному состоянию, кривые 5 ~ разбалансировке компрессора РИД, кривые 6 - разбалансировке турбины РИД).The imbalance of both the compressor rotor and the turbine rotor causes a significant change in the level of vibration with the frequency of the main rotor harmonic of the REED (Fig. 1, where 1 is the initial state, 2 is the change in the 1st rotary harmonic of the REID when the compressor is unbalanced, the 3rd change is the 1st RID rotor harmonics when unbalancing the RID turbine). At the same time, it is rather difficult to recognize both faulty states with a high degree of reliability. At the same time, it is clear that the ND rotor nodes have malfunctions, since the vibration level is along the 1st rotor cascade. RVD practically doesn’t change (Figs. 2 and 3, where curves 4 (Corresponding to the initial state, curves 5 ~ unbalanced compressor RID, curves 6 - unbalanced turbine RID).

Однако на фиг. 3 в диапазоне оборотов ротора РВД около 220 об/с наблюдается рост уровня вибраций по первой гармонике РВД (подобный рост при разбалансировке компрессора на фип. 2 отсутствует). При этом обороты ротора РИД находятся в диапазоне около 110 об/с, т.е. отношение скорости ротора РИД и скорости ротора РВД равно 0,5- Более четкое представление об изменении уровня вибраций по первой гармонике ротора РВД в этом диапазоне дает фиг.4, где кривая 7 показывает изменение приращения уровня вибраций в зависимости от отношения скоростей вращения роторов. При отношении скоростей вращения, равном 0,5, разбалансировка турбины РИД вызывает повышение вибраций корпуса турбомашины с частотой, равной частоте вращения ротора РВД.However, in FIG. 3, in the speed range of the HPH rotor about 220 r / s, there is an increase in the level of vibration at the first harmonic of the HPH (there is no such increase when the compressor is unbalanced to phip. 2). In this case, the rotational speed of the RID rotor is in the range of about 110 rpm the ratio of the speed of the RID rotor and the speed of the rotor of the RVD is 0.5 - A more clear idea of the change in the level of vibration according to the first harmonic of the rotor of the RVD in this range is given in Fig. 4, where curve 7 shows the change in the increment of the level of vibration depending on the ratio of rotor speeds. When the ratio of rotational speeds equal to 0.5, the imbalance of the RID turbine causes an increase in vibration of the casing of the turbomachine with a frequency equal to the rotational speed of the RVD rotor.

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность выделить дефектный узел дефектного ротора, тем самым повышая точность контроля техг нического состояния турбомашины.Thus, the proposed method makes it possible to isolate the defective unit of the defective rotor, thereby increasing the accuracy of monitoring the technical condition of the turbomachine.

Claims (1)

(5) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МНОГОРОТОРНОЙ ТУРБОМАШИНЫ Изобретение относитс  к диагностике технического состо ни  машин и механизмов и, в частности, вибродиаг ностике турбомашин. Известен способ контрол  техничес кого состо ни  многороторной турбома шины путем периодического измерени  уровн  вибрации ее корпуса на частотах , соответствующих частотам вращени  роторов, с последующим вы влением дефектов ротора l. Однако известный способ позвол ет вы вить только дефектный ротор, в то врем , как источник дефекта - повы шение вибраций машины, может быть как турбина, так и компрессор этого ротора . Таким образом, известный способ не обеспечивает необходимой точности контрол . Цель изобретени  - повышение точности контрол . Поставленна  цель достигаетс  тем, что дополнительно измер ют уровень вибраций при отношении частот вращений роторов, равном 0,5, и по характеру его изменени  вы вл ют узел ротора, имеющий дефект. Сущность предлагаемого способа контрол  технического состо ни  турбомашины и, в частности, турбомашины с межвальным подшипником между роторами, заключаетс  в следующем. 8 процессе эксплуатации турбомашины периодически измер ют уровень вибраций ее корпуса. На первом этапе фиксируют общий уровень вибраций в полосе частот, охватывающей весь диапазон частот вращени  роторов турбомашины . Изменение (pocTyJ общего уровн  вибраций указывает на то, что в турбомашине возник дефект. Далее измер ют величину вибраций на определенной частоте, св занной с «частотой вращени  ротора, известным соотношением, и определ ют ротор турбомашины,  вл ющейс  источником повышенных вибраций. Дл  этого следует измерить уровень вибраций на основных роторных гармониках каждого из роторов в отдельности, в том числе на режиме, где скольжение poTOpos равно 0,5. Если уровень вибрации на частоте, соответствующей частоте вра щени  ротора высокого давлени , на этом режиме растет, то это означает что неисправен узел турбины ротора низкого дав;1ени , так как именно тур бины двух роторов св заны между собой межвальной опорой. Если уровень вибраций на этом режиме не измен етс , значит дефект возник в узле компрессора . На фиг. 1 представлено изменение уровн  вибраций с частотой основной роторной гармоники ротора низко го давлени  (РИД); на фиг. 2 - изменение уровн  вибраций с частотой основной роторной гармоники ротора высокого давлени  (РВД) при наличии дефектов в компрес.соре; на фиг. 3 то же, при наличии дефектов в турби не; на фиг. Ц - приращение уровн  вибраций в зависимости от отношени  скоростей вращени  (Зэторов (скольжени . . Разбалансировка как ротора компрессора , так и ротора турбины вызы вает существенное изменение уровн  вибраций с частотой основной ротор ной гармоники РИД (фиг.1, где 1 исходное состо ние, 2 - изменение 1-ой роторной гармоники РИД при раз балансировке компрессора РИД, 3 изменение 1-ой роторной гармоники РИД при разбалансировке турбины РИД При этом распознать оба неисправных состо ни  с высокой степенью достоверности достаточно трудно. В то же врем   сно, что неисправности имеют именно узлы ротора НД, так как уровень вибраций по 1-ой роторной каскада. РВД практически не ме н етс  (фиг.2 и 3 где кривые Ц (Соответствуют исходному состо нию, кривые 5 - разбалансировке компрессора РНД, кривые 6 - разбалансировк турбины РНД). Однако на фиг. 3 в диапазоне оборотов ротора РВД около 220 об/с наблюдаетс  рост уровн  вибраций по первой гйрмонике РВД (подобный рост при разбалансировке компрессора на фип. 2 отсутствует). При зтом обороты ротора РНД наход тс  в диапазоне около 110 об/с, т.е. отношение скорости ротора РНД и скорости ротора РВД равно 0,5- Более четкое представление об изменении уровн  вибраций по первой гармонике ротора РВД в этом диапазоне дает фиг., где крива  7 показывает изменение приращени  уровн  вибраций в зависимости от отношени  скоростей вращени  роторов. При отношении скоростей вращени , равном 0,5, разбалансировка турбины РНД вызывает 71овышение вибраций корпуса турбомашины с частотой, равной частоте вращени  ротора РВД. Таким образом, предлагаемый способ дает возможность выделить дефектный узел дефектного ротора, тем самым повыша  точность контрол  техг нического состо ни  турбомашины. Формула изобретени  Способ контрол  технического состо ни  многороторной турбомашины путем периодического измерени  уровн  вибраций ее корпуса на частотах, соответствующих частотам вращени  роторов, с последующим вы влением , дефектного ротора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , дополнительно измер ют уровень вибраций при отношении частот вращений роторов, равном 0,5 и по характеру его изменени  вы вл ют узел ротора, имеющий дефект. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Карасев В.А. Вибрационна  диагностика газотурбинных двигателей. ft., Машиностроение, 1978, с. 125128 .(5) METHOD FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF A MULTI-ROTATED TURBO MECHANE The invention relates to diagnostics of the technical condition of machines and mechanisms and, in particular, to vibrodiagnostics of turbomachines. There is a known method of monitoring the technical condition of a multi-rotor turbo bus by periodically measuring the vibration level of its casing at frequencies corresponding to the rotation frequencies of the rotors, followed by the detection of rotor defects l. However, the known method makes it possible to detect only a defective rotor, while the source of a defect — an increase in machine vibrations — can be either a turbine or a compressor of this rotor. Thus, the known method does not provide the necessary accuracy of control. The purpose of the invention is to improve the accuracy of control. This goal is achieved by additionally measuring the level of vibrations at a ratio of rotor speeds of 0.5, and the nature of its change reveals a rotor assembly that has a defect. The essence of the proposed method of controlling the technical condition of a turbomachine and, in particular, a turbomachine with an inter-shaft bearing between the rotors is as follows. During operation, the turbomachine periodically measures the vibration level of its hull. At the first stage, the overall level of vibrations is fixed in a frequency band covering the entire frequency range of rotation of the rotors of the turbomachine. The change (pocTyJ of the total vibration level indicates that a defect has arisen in the turbomachine. Next, the magnitude of the vibrations at a certain frequency associated with the "rotor speed, known ratio, is measured, and the rotor of the turbomachine, which is the source of increased vibrations, is determined. For this It is necessary to measure the level of vibrations on the main rotor harmonics of each of the rotors separately, including the mode where the slip poTOpos is 0.5. If the vibration level at a frequency corresponding to the frequency of rotation of the high pressure rotor, As this mode grows, this means that the low-pressure rotor turbine assembly is faulty; 1eni, since it is the tour of the two rotors that are interconnected by an inter-shaft support. If the vibration level in this mode does not change, then a defect has occurred in the compressor assembly. Fig. 1 shows the change in the vibration level with the frequency of the main rotor harmonic of the low pressure rotor; Fig. 2 shows the change in the level of the vibration with the frequency of the main rotor harmonic of the high pressure rotor (RVD) in the presence of defects in the compressor; in fig. 3 the same, if there are defects in the turby not; in fig. C is the increment of the vibration level depending on the ratio of the rotational speeds (Zetorov (slip). The imbalance of both the compressor rotor and the turbine rotor causes a significant change in the vibration level with the frequency of the main rotor harmonic of the RID (Fig. 1, where 1 is the initial state, 2 - change of the 1st rotor harmonic of the RID when the compressor is balanced by the RID, 3 change of the 1st rotor harmonic of the RID when the turbine of the RID is unbalanced At the same time, it is rather difficult to recognize both faulty conditions with a high degree of reliability. It is clear that malfunctions have exactly the LP rotor nodes, since the vibration level along the 1st rotor cascade does not vary at all (Figures 2 and 3, where the curves are C (Corresponding to the initial state, curves 5 are unbalance of the LPD compressor, curves 6 — imbalance of the low-pressure turbine turbine.) However, in Fig. 3, in the rev range of the RVD rotor at about 220 rev / s, an increase in the level of vibrations is observed along the first harmonic of the WFD (a similar increase when the compressor is unbalanced by phi. 2 is missing). At this time, the rotor of the RND rotor is in the range of about 110 rev / s, i.e. the ratio of the rotor speed of the PSD and the rotor speed of the RVD is 0.5. A clearer idea of the change in the level of vibrations in the first harmonic of the rotor of the RVD in this range is given in Fig. 5, where curve 7 shows the change in the increment of the level of vibrations depending on the ratio of rotor speeds. At a ratio of rotational speeds of 0.5, the unbalance of the low pressure turbine turbine causes an increase in the vibrations of the turbomachine body at a frequency equal to the rotational speed of the rotor of the high-pressure hoses. Thus, the proposed method makes it possible to isolate the defective unit of the defective rotor, thereby increasing the accuracy of monitoring the technical state of the turbomachine. Claims The method of monitoring the technical condition of a multi-rotor turbomachine by periodically measuring the vibration level of its body at frequencies corresponding to the rotational frequencies of the rotors, followed by the detection of a defective rotor, characterized in that, in order to improve the accuracy of the control, the vibration level is additionally measured at rotor rotation frequencies of 0.5 and, by the nature of its change, the rotor assembly having a defect is revealed. Sources of information taken into account during the examination 1. V. Karasev. Vibration diagnostics of gas turbine engines. ft., Mechanical Engineering, 1978, p. 125128.