Способ раннего обнаружения дефектов турбомашины

 

Изобретение позволяет повысить точность обнаружения дефектов турбомашины. Уровни взаимного расположения роторных гармоник спектра вибрации.. для бездефектного агрегата но.сят строго убывающий характер. Установлено, что наиболее информативными в области низкочастотного спектра при выявлении основных дефектов являются первые шесть роторных гармоник. При исппьзовании способа для турбомашины, закрепленной на фундаментных колоннах, измеряют уровни шести гармоник, устанавливают закон взаимного распределения их уровней для .-бездефектной турбомашины, определяют соответствие измеренных уровней роторных гармоник этому закону и о величине дисбаланса ротора судят по пропорциональному возрастанию уровней всех измеренных гармоник без изменения закона их взаимного распределения. Если соответствие установлено, то агрегат находится в исправном состоянии по вибрации. Если соответствие нарушено, то в агрегате имеется дефект в ранней стадии. Несоосность подшипников определяется по пропорциональному росту трех первых роторных гармоник и отсутствию изменения взаимного распределения уровней высших гармоник. Исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется по нарушению рекурентного закона в области 3,2-й и 3,1-й гармоник. Расцентровка валов роторов определяется по значительному росту первой роторной гармоники. Изменение жесткости крепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двух первых гармоник, пятой и шестой. Повьпиение уровней виброскорости роторных гармоник в области четвертой гармоники и вьше свидетельствует об изменении жесткости фундаментных колонн. Торцовьй бой диска определяется по пропорциональному возрастанию уровней всех измеряемых гармоник в осевом направлении без изменения установленного закона. Задевание ротора о статор определяется по нарушению этого закона по всем нечетным гармоникам. Увеличение зазоров в подшипниках определяется по превышению уровня 1/2 гармоники нормированного значения при сохранении установленного закона взаимного распределения. 2 ил. f 01

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 G 01 M 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4014574/25-06 (22) 17. 12.85 (46) 29.02.88. Бюл. Н - 8 (71) Производственное объединение по организации технической эксплуатации энерго-механического оборудования магистральных трубопроводов Союэоргэнергогаз" (72) Н.А. Збродов, Е.А. Игуменцев, В.И. Костин, В.Г. Сидоренко, А.Д. Тихонов и В.Л. Христензен (53) 621.438-55(088.8) (56) Каталог фирмы Reutlinger Ь Sohne.

Фирма Hotman Dionisu Reutlinger 8

Sohne (ФРГ), 1981, с. 19-24. (54) СПОСОБ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ

ДЕФЕКТОВ ТУРБОМАШИНЫ (57) Изобретение позволяет повысить точность обнаружения дефектов турбомашины. Уровни взаимного расположения роторных гармоник спектра вибрации.. для бездефектного агрегата носят строго убывающий характер. Установлено, что наиболее информативными в области низкочастотного спектра при выявлении основных дефектов являются первые шесть роторных гармоник. При исп"льзовании способа для турбомашины, закрепленной на фундаментных колоннах, измеряют уровни шести гармоник, устанавливают закон взаимного распределения их уровней для .-бездефектной турбомашины, определяют соответствие измеренных уровней роторных гармоник этому закону и о величине дисбаланса ротора судят по пропорциональному возрастанию уровней всех измеренных гармоник без изменения закона их взаимного распределения. Если соответствие установлено, то агрегат находится в исправном состоянии по вибрации. Если соответствие нарушено, то в агрегате имеется дефект в ранней стадии. Несоосность подшипников определяется по пропорциональному росту трех первых роторных гармоник и отсутствию изменения взаимного распределения уровней высших гармоник. Исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется по нарушению рекурентного закона в области 3,2-й и 3, 1-й гармоник. Расцентровка валов роторов определяется по значительному росту первой роторной гармоники. Изменение жесткости крепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двух первых гармоник, пятой и шестой. Повышение уровней виброскорости ротор— ных гармоник в области четвертой гармоники и выше свидетельствует об изменении жесткости фундаментных колонн.

Торцовый бой диска определяется по пропорциональному возрастанию уровней всех измеряемых гармоник в осевом направлении без изменения установленного закона. Задевание ротора о статор определяется по нарушению этого закона по всем нечетным гармоникам.

Увеличение зазоров в подшипниках определяется по превышению уровня

1/2 гармоники нормированного значения при сохранении установленного закона взаимного распределения. 2 ил.

1377651

Изобретение относится к турбостроению и, в частности, к эксплуатации турбомашин.

Целью изобретения является повы5 шение точности.

На фиг. 1 представлены зависимости уровней роторных гармоник спектра вибрации турбомашины от номеров роторных гармоник; на фиг. 2 — те же зависимости, соответствующие некоторым дефектам турбомашины при использовании данного способа.

В результате экспериментальных исследований различных типов и модификаций газоперекачивающих агрегатов (ГПА) установлено, что уровни взаим— ного расположения роторных гармоник спектра вибрации для бездефектного агрегата носят строго убывающий ха- 2п рактер (т.е. всегда амплитуда виброскорости последующей гармоники спектра меньше амплитуды виброскорости предыдущей; чем выше номер гармоники, тем меньше ее амплитуда; см.фиг.1).

Обнаружено, что наиболее информативными в обла.сти низкочастотного спектра при выявлении основных дефектов (приводящих к наибольшим затратам и простоям по ремонту ГПА) явля- 3р ются первые шесть роторных гармоник.

На основании статистической обработки результатов экспериментальных исследований выявлен закон взаимного распределения уровней роторных

35 гармоник бездефектного агрегата. Например, при значении виброскорости шестой роторной гармоники А =О,А мм/с уровни первых пяти роторных гармоник для бездефектного агрегата находятся в пределах значений, указанных на фиг. 1. Аппроксимирующая кривая 2 (фиг. 1) описывает верхнюю границу области допустимых значений уровней виброскорости для бездефектного агрегата. Аналогично при А =0,1 мм/с определяют нижнюю границу области бездефектного агрегата (кривая I, фиг. 1). Нижняя и верхняя границы области уровней виброскорости бездефектного агрегата подчиняются ре50 курентному закону распределения чисел.

Сущность данного закона заключается в том, что значение уровня К-й гармоники равно сумме уровней К+1-й и К+2-й гармоник при нечетном К и сумме уровней К+1-й, К+2-й и К+3-й гармоник при четном К, т.е. текущее значение амплитуды К-й роторной гармоники равно

А = к (n=1,2,...) На основе введенного обозначения получают обобщенный (для разных типов

ГПА) закон взаимного распределения уровней А, К роторных гармоник

1 при К=1 при K=2 при К=З,...,r

А

А -, v

А;„, +А

+А;, +А;,к

J К при следующих начальных условиях:

A„(r)=х; Aî,ã,(r)=2Ао1 (r) > ° ° °

Для некоторых агрегатов число гармоник в группе r-=Z. Тогда рекурентный закон взаимного распределения для этих типов агрегатов имеет вид

Для практического использования обнаруженноro взаимного соотношения уровней виброскорости роторных гармоник определяются начальные условия х, . В качестве начальных условий выбирается число х, =А,, /2, где

А „„ — измеренное значение последней гармоники. Выбор начального условия производится с целью возможности организации рекурсии (1) для последующих гармоник (А, =А< +А г; А

=А, +А,„+А ) и определяется, в какой из областей находится начальная точка аппроксимирующей кривой. Для удобства выявления закона распределения уровней, соответствующих бездефектному агрегату, роторные гармоники в соответствии с (1) сгруппированы в группы по г гармоник в каждой.

При этом номер группы обозначен через

j=I,-2, . ° ., а номер гармоники в группе обозначен через К = 1, 2,...,r.

В связи с этим нумерация гармоник начинается с последней измеряемой и до первой. Номер последней (шестой) гармоники равен j К=1, 1; пятой — j Ê=1,2; четвертой — j Ê=2,1; третьей — j,Ê=2,2; второй — j,K=3,1; первой — j,Ê=3,2.

1377б51

+А,, +А > г г (2)

А„,г -Ai, +A ) г при начальных условиях

„=(x„) O

На основании полученного рекурентного закона взаимного распределения уровней роторных гармоник дефектацию ГПА осуществляют следующим образом.

Производят измерение уровней вибрэскорости п=б роторных гармоник; по значению уровня 1,i-й гармоники устанавливают начальное условие; если значение .х находится в области доог пустимых значений, то определяют закон взаимного распределения уровней всех роторных гармоник для бездефектного агрегата в соответствии с полученным х по формуле (2); сравнивают значения измеренных уровней с вычисленными по формуле (2) и устанав25 ливают соответствие измеренных значений уровней спектра закону взаимного соотношения уровней для бездефектного агрегата; если соответствием установлено, то агрегат находится в исправном состоянии по вибрации; если соответствие нарушено, то в агрегате имеется дефект в ранней стадии развития (поиск дефекта в области допустимых значений уровней аналоги- 35 чен поиску в области предельных и недопустимых значений уровней вибрации ГПА).

Если х больше допустимого, то

Ь1 опять сравнивают значения измеренных уровней с вычисленными по формуле (2) и устанавливают соответствие измеренных значений уровней спектра закону взаимного соотношения уровней для бездефектного агрегата и при установлении соответствия обнаруживают дисбаланс ротора (см. фиг. I, кривая 3).

Это связано с тем, что дисбаланс ротора приводит к пропорциональному росту уровней всех роторных гармоник, не меняя их закона взаимного распределения для бездефектного агрегата.

Если соответствие нарушено, то в агрегате имеется один из следующих дефектов. 55

Несоосность подшипников определяется по пропорциональному росту трех первых роторных гармоник (3,2-й;

3, 1-й; 2,2-й) и отсутствию изменения взаимного распределения уровней высших гармоник (фиг. 2, кривая I); исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется по нарушению рекурентного закона в области 3,2-й и 3,1-й гармоник, при этом

А « A (фиг. 2, кривая 2); расцентровка валов роторов определяется по значительному росту первой (3,2-й) гармоники (А,м А ); индекс "Э" соответствует нормированному значению гармоники; изменение жесткости крепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двух первых роторных гармоник, пятой, шестой роторной,гармоники. Причем А >

А г> А < z o А,, (фиг. 2, кривая 3); превышение уровней виброскорости роторных гармоник в области четвертой гармоники и выше свидетельствует об изменении жесткости фундамснтных колонн (фиг. 2, кривая 4); торцовый бой диска определяется по пропорциональному возрастанию уровней всех измеряемых роторных гармоник в осевом направлении беэ изменения закона их взаимного распределения цля бездефектного агрегата (фиг. 1, кривая 3, измеренная в осевом направлении); задевание ротора о статор определяется по нарушению закона взаимного распределения по всем нечетным гармоникам (А ) А .,; увеличение зазоров в подшипниках определяется по превышению уровня 1/2 гармоники нормированного значения при сохранении закона взаимного распределения для бездефектного агрегата для всех измеряемых кратных гармоник.

Формула изобретения

Способ раннего обнаружения дефектов турбомашины путем измерения уровней первых трех роторных гармоник и одной второй гармоники спектра вибрации турбомашины и определения величин дисбаланса ротора турбомашины и зазоров в подшипниках скольжения, причем о величинах зазоров в подшипниках скольжения судят по превышению уровня одной второй роторной гармоники нормированного значения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при использовании способа для турбомашины, 1377651

Л() fg закрепленной на фундаментнык колоннах, дополнительно измеряют уровни последующих роторных гармоник, устанавливают закон взаимного распределения

5 уровнеи роторных гармоник для бездефектной турбамашины, определяют соответствие измеренных уровней роторных гармоник закону взаимного распределения для бездефектной турбомашины и о величине дисбаланса ротора судят по пропорциональному возрастанию уровней всех измеренных роторных гармоник без изменения закона их взаимного распределения для беэдефектной турбомашины, об увеличении зазоров в подшипниках скольжения дополнительно судят по превышению уровня одной второй роторной гармоники нормированного значения при сохранении закона взаимного распределения для бездефектной турбомашины по всем измеренным кратным гармоникам, и дополнительно судят о несоосности подшипникО — по пропорциОнальнОму росту g5 первых трех роторных гармоник и отсутствию изменения взаимного распределения уровней остальных высших гармоник, об исчезновении натяга на вкладышах подшипников — по нарушению закона взаимного распределения непропорциональным ростом второй и третьей роторных гармоник, о расцентровке валов ротора турбомашины — по нарушению закона взаимного распределения превышением уровня первой роторной гармоники нормированного значе» ния, об изменении жесткости крепления камеры сгорания — по непропорциональному росту первой, второй, пятой, шестой и выше роторных гармоник, ITpH этом уровень первой гармоники превышает уровень второй, а уровень пятой — уровень шестой, о6 изменении жесткости фундаментных колонн— по превышению уровней четвертой и выше роторных гармоник нормированных значений, о торцовом бое диска турбины — по пропорциональному возрастанию уровней всех измеренных роторных гармоник в осевом направлении беэ изменения закона их взаимного распределения для бездефектной турбомашины, а о задевании ротора о статор — по нарушению закона взаимного распределения по всем нечетным гармоникам.

1377651

Ам/у/с

2,2

Составитель А. Щеткин

Редактор Л. Повхан Техред М.Ходанич Корректор С. Шекмар

Заказ 860/35 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4