устройство для диагностики автоколебаний рабочего колеса турбомашины

Формула изобретения

Устройство для диагностики автоколебаний рабочего колеса турбомашины, содержащее по крайней мере один датчик пульсаций, помещенный в корпусе в зоне периферии лопаток рабочего колеса и подключенный через фильтр и усилитель к входу схемы совпадений, а выход последней через усилитель подключен к индикатору, отличающееся тем, что датчик через согласующий усилитель подключен к входам схемы совпадений одной промежуточной и двумя крайними параллельными цепями, каждая из которых имеет последовательно включенные перестраиваемый активный полосовой фильтр, амплитудный дискриминатор, интегратор и электронный ключ, а к фильтрам крайних и промежуточных цепей дополнительно подключен через усилитель датчик частоты вращения рабочего колеса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовать при доводке осевых турбомашин и при их диагностике в процессе эксплуатации.

Известны устройства для диагностики автоколебаний рабочего колеса турбомашины, содержащие по крайней мере один датчик (емкостной или индукционный), помещенный в корпусе в зоне периферии лопаток рабочего колеса и подключенный через фильтр и усилители ко входу схемы совпадений, а выход последней через усилитель подключен к индикатору.

Недостатки этого устройства заключаются в том, что оно не позволяет с высокой достоверностью обнаружить диагностическую частоту автоколебаний, а результат диагностики зависит от зазора между датчиком и лопатками, который в свою очередь зависит от многих неуправляемых факторов, вследствие этого является недостаточно надежным.

Предлагаемое изобретение обеспечивает точность и надежность диагностики автоколебаний и измерения диагностической частоты.

Это обеспечивается тем, что датчик пульсаций дополнительно подключен ко входу схемы совпадений тремя (одной промежуточной и двумя крайними) параллельными цепями, каждая из которых включает перестраиваемый активный полосовой фильтр, амплитудный дискриминатор, интегратор и электронный ключ, а к фильтрам крайних цепей дополнительно подключен через усилитель датчик частоты вращения ротора.

На фиг. 1 представлена схема экспериментальной турбомашины с устройством для диагностики автоколебаний рабочего колеса турбомашины; на фиг. 2 схема устройства для диагностики автоколебаний; на фиг. 3 спектр пульсаций потока при отсутствии автоколебаний; на фиг. 4 спектр пульсаций потока при наличии автоколебаний.

Экспериментальная турбомашины, например, компрессор, содержит корпус 1 с неподвижными лопатками 2, ротор 3 с рабочими колесами 4 и рабочими лопатками 5, за компрессором установлен дроссель 6. Компрессор приводится во вращение приводом (на чертеже не показан).

Перед, над или за рабочими лопатками 5 в корпусе установлены один или несколько датчиков 7,8,9. Датчиков по окружности корпуса может быть несколько,но достаточно и одного.

При использовании одного датчика 9 (фиг.2) последний подключен ко входам схемы совпадений 10 через согласующий усилитель 11 тремя параллельными цепями промежуточной 12 и крайними 13 и 14. Каждая цепь имеет последовательно включенные перестраиваемый активный полосовой фильтр 15,16,17, амплитудный дискриминатор 18,19,20, интегратор 21,22,23 и электронный ключ 24,25,26.

Схема совпадений 10 через усилитель 27 подключена к индикатору 28. Кроме того, устройство имеет датчик 29 частоты вращения рабочего колеса, который через усилитель 30 подключен к фильтрам 15,16,17.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии автоколебаний датчик фиксирует только роторные гармоники 31,32,33,34,35 (фиг.3) и частоту 36 следования лопаток, равную nf_p. В момент возникновения автоколебаний вблизи рабочего колеса возникает фазомодулированная бегущая акустическая волна, при этом кроме спектральной составляющей 37 (фиг.4), определяемой по формуле (2), наблюдают для каждой формы колебаний колеса, по которой реализуются автоколебания, две другие спектральные составляющие 38 и 39, симметрично расположенные относительно частоты 36 следования лопаток, то есть момент возникновения автоколебаний фиксируют по появлению в спектре пульсаций спектральных составляющих с частотами

f_1,2= n f_p f_n (1)

где nf_p частота 36 следования лопаток, а частота f_n определяется по формуле

f_n f_m + mf_p, (2)

где f_m собственная частота колебаний,

f_p частота вращения ротора,

m номер собственной формы колебаний, потенциально неустойчивой к автоколебаниям.

Уровни этих двух спектральных составляющих с точностью до погрешности измерений должны быть равны между собой. Если в спектре будут присутствовать какие-то две другие спектральные составляющие, также симметрично расположенные относительно частоты следования лопаток nf_p, но сильно отличающиеся по уровню, то они не являются диагностическими для автоколебаний. Расстояние по частоте, на котором располагается каждая из этих двух спектральных составляющих 38, 39 от частоты 36 следования лопаток равно сумме частоты проявившейся потенциально неустойчивой формы колебаний и частоты вращения ротора, умноженной на номер этой потенциально неустойчивой формы колебаний.

С датчика 9 сигнал переменного тока звуковой частоты выступает на согласующий усилитель 11. С усилителя 11 сигнал поступает на активных перестраиваемых фильтра 15,16,17. Медленно меняющееся напряжение U_p, пропорциональное частоте вращения ротора, поступает от датчика 29 на фильтры 15,16,17 и перестраивает их по частоте вслед за частотой ротора. Фильтры 15,16,17 полосовые. Один фильтр (17) настроен на частоту 38, другой фильтр (15) на частоту 39 (см.фиг.4).

С фильтров 15,16,17 сигналы поступают на амплитудные дискриминаторы 18,19,20, которые селектируют по амплитуде сигналы, не превышающие пороги. С дискриминаторов 18-20 сигналы поступают на интеграторы 21-23.

С интеграторов 21-23 сигналы поступают на электронные ключи 24-26, формирующие цифровой сигнал. С ключей 24-26 сигналы поступают на схему совпадений 10, выполненную на логическом элементе.

Схема совпадений 10 вырабатывает сигнал при наличии на входах одновременно двух сигналов с частотами f₁ и f₂ (фиг.4), превышающих пороги дискриминаторов.

Со схемы совпадений 10 сигнал "флаттер" поступает на усилитель согласования 27, а затем на индикатор 28.