устройство для замера амплитуды колебаний рабочих лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом
Классы МПК: | F01D25/06 для предупреждения вибрации лопаток |
Автор(ы): | Боришанский К.Н., Григорьев Б.Е., Григорьев С.Ю., Кондаков А.Ю., Наумов А.В., Тихомиров Ю.П. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Ленинградский металлический завод", Научно-технический кооператив "Корсар" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-04-23 публикация патента:
10.07.1996 |
Использование: в устройствах для замера амплитуд колебаний лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом. Сущность изобретения: устройство содержит регистрационную и анализирующую аппаратуру, периферийный, корневой датчики и датчик оборотной частоты. Сердечник датчика выполнен ид ферромагнитного материала, поперечное сечение сердечника имеет форму вытянутого прямоугольника с отношением сторон больше/равно в/а больше/равно 3, где а и в - соответственно ширина и длина поперечного сечения сердечника. Изобретение позволяет производить замеры колебаний рабочих лопаток, закрытых бандажными полками. При этом для замера тангенциальной и аксиальной составляющей амплитуды колебаний угол альфа между минимальной осью инерции сердечника датчика и осью турбины выбирается в диапазоне 30o, меньше/равно альфа меньше/равно 60o, а для замера тангенциальной составляющей амплитуды ось инерции периферийного датчика совпадает с осью турбомашины.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Устройство для замера амплитуды колебаний рабочих лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом, содержащее периферийный, корневой и оборотный индукционные датчики, связанные с регистрационным и анализирующим блоками, отличающееся тем, что оно снабжено постоянными магнитами, каждый из которых размещен в немагнитном корпусе, установленном в бандажной полке лопатки, а сердечник периферийного датчика выполнен из ферромагнитного материала, причем поперечное сечение сердечника имеет форму вытянутого прямоугольника с отношением сторон 10




3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что минимальная ось инерции периферийного датчика совпадает с осью турбомашины.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, например, в паровых турбинах. Известны различные способы регистрации колебаний рабочих лопаток турбомашин. Одним из эффективных способов является дискретно-фазовый, при котором амплитуды колебаний замеряются с помощью приборов типа ЭЛУРА, ЭЛИА, ЦИКЛ /1/. Для замера амплитуд вращающихся рабочих лопаток используются неподвижные индукционные или емкостные датчики, установленные в корпусе турбомашины (датчик оборотной частоты, корневой и периферийный). К недостаткам измерительных комплексов типа ЭЛУРА относится ограниченная точность определения амплитуд колебаний из-за разброса меток от вершин лопаток на экране осциллографа, вызванного технологическими различиями в величинах шагов лопаток. Наличие подобного разброса не позволяет в значительной степени увеличить масштаб измерения амплитуд на экране осциллографа, что снижает точность замеров. Свободным от этого недостатка и наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для регистрации амплитуд колебаний лопаток, содержащее микропроцессорный измеритель колебаний (МИК) с регистрационным и анализирующим блоками, предусматривающий автоматическую корректировку различий в величинах шагов лопаток и индукционные или емкостные датчики (датчик оборотной частота, корневой, периферийный), подключенные на входы микропроцесорного измерителя колебаний [2] Однако, как приборы типа ЭЛУРА, так и приборы типа МИК, не дают возможности определить амплитуды колебаний бандажированных лопаток (выполненных заодно с бандажными полками), которые в последние годы получают все большее распространение в стационарном турбостроении. Это связано с тем, что входной сигнал для указанных выше приборов создается при прохождении торцов вращающихся лопаток мимо неподвижного периферийного датчика, а для бандажирования лопаток свободные торцы попросту отсутствуют, будучи "закрыты" бандажными полками. Изобретение служит обеспечению возможности замера амплитуд колебаний бандажированных лопаток. Эта задача решается в заявленном устройстве, содержащем периферийный корневой и оборотный индукционные датчики, связанные с регистрационным и анализирующим блоками, при этом устройство снабжено постоянными магнитами, каждый из которых размещен в немагнитном корпусе, установленном в бандажной полке лопатки, а сердечник периферийного датчика выполнен из ферромагнитного материала, причем поперечное сечение сердечника имеет форму вытянутого прямоугольника с отношением сторон 10






1. В большинстве случаев бандажированные лопатки паровых турбин выполняются из ферромагнитного материала, поэтому при установке постоянного магнита непосредственно в бандажную полку произойдет замыкание магнитных силовых линий почти полностью через материал лопатки, а интенсивность их в зазоре между торцом лопатки и периферийным датчиком будет весьма мала и недостаточна для устойчивой регистрации колебаний датчика; в случае установки постоянного магнита в неферромагнитный (например, титановый) корпус магнитные силовые линии в значительно большей степени будут проходить через радиальный зазор между датчиком и бандажной полкой и устойчивая регистрация колебаний будет обеспечена. 2. Для бандажированных лопаток (и в более общем случае лопаток, соединенных различными по конструкции замкнутыми на круг связями) наибольшую опасность представляют колебания с различными числами узловых диаметров /3, с. 535/, при которых периферийное сечение лопатки перемещается, в основном, в аксиальном направлении. Так как наиболее просто получить магнит круглого поперечного сечения, а его геометрические размеры должны быть весьма малы, то, учитывая отмеченный выше характер колебаний лопаток, использование обычного, применяемого в приборах МИН или ЭЛУРА круглого сердечника периферийного датчика /1, с. 64/ не дает возможности регистрировать аксиальные колебания лопаток. Этот недостаток устраняется с помощью использования предлагаемого в изобретении сердечника периферийного датчика с поперечным сечением в виде вытянутого прямоугольника. 3. При использовании бандажированных лопаток по достижении определенной амплитуды колебаний может начаться проскальзывание по контактным поверхностям полок /3, с, 663/, что приводит к резкому относительному возрастанию тангенциальной составляющей амплитуды колебаний и вызывает износ контактных поверхностей полок. Для определения режима работы турбомашины, при котором возникает проскальзывание по контактным поверхностям полок, служат предлагаемые в изобретении различные способы установки периферийного датчика, позволяющие определять как только тангенциальную составляющую амплитуды колебаний, так и обе составляющие тангенциальную и аксиальную. Оптимальность предлагаемых в изобретении соотношений размеров сердечника периферийного датчика и угла установки сердечника по отношению к оси турбины объясняется следующими причинами:
1. Ширина поперечного сечения сердечника периферийного датчика "а" должна быть сравнительно небольшой для более резкого нарастания и убывания величины сигнала по мере прохождения мимо датчика постоянного магнита; длина поперечного сечения сердечника "в" должна существенно превосходить его ширину, т.к. во время проведения вибрационных испытаний возможно смещение ротора относительно статора в осевом направлении и значит смещение ротора относительно статора в осевом направлении и значит смещение постоянного магнита относительно сердечника датчика; кроме того, аксиальные колебаний лопатки также сопровождаются смещением постоянного магнита относительно сердечника в осевом направлении. Следует иметь в виду, что смещение постоянного магнита в осевом направлении к концу сердечника (и тем более "выход" постоянного магнита из-под сердечника в осевом направлении) приводят к смещению во времени момента достижения максимума сигнала периферийного датчика, т.е. к появлению систематической ошибки при замере амплитуды колебаний. С другой стороны, минимальный размер "а" ограничен уменьшением площади поперечного сечения сердечника (и связанного с этим уменьшением величины проходящего через сердечник магнитного потока), а максимальный размер "в" ограничен диаметром корпуса периферийного датчика, который может быть установлен в цилиндре турбины (например, в пределах козырька, размещенного над бандажными полками лопаток). Учитывая эти соображения, в изобретении и принято соотношение 10





где






















Класс F01D25/06 для предупреждения вибрации лопаток