Способ раннего обнаружения дефектов турбомашины

(51) 4 С 01 М 15/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 5-0 21) 4014574/ 22) 17.12.85 4 б 29.02.88 ата о ум о,ро ей в осево) ановлено стаэтого никам. ех измеряемых гармоник пении без изменения уст акона. Задевание ротора ределяется по нарушению по всем нечетным гармо ение зазоров в подшипни еляется по превышению ур рмоники нормированного и сохранении установлен заимного распределения.направ ного зтор оп закона ах ели ред ня значеого за 2 ил. я она ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Производственное объединениепо организации технической эксплуции энерго-механического об рудования магистральных трубопроводовСоюзоргэнергогаз"(5 б) Каталог фирмы КеиГ 1 пегБоппе.Фирма Ношап Одопзп КецС 1 дщег ЪБоппе (ФРГ), 1981, с. 19-24,(54) СПОСОБ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯДЕФЕКТОВ ТУРБОМАШИНЫ(57) Изобретение позволяет повыситьточность обнаружения дефектов турбомашины. Уровни взаимного расположенияроторных гармоник спектра вибрациидля бездефектного агрегата носят строго убывающий характер, Установлено,что наиболее информативными в областинизкочастотного спектра при выявленииосновных дефектов являются первыешесть роторных гармоник. При исп"льзовании способа для турбомашины,закрепленной на фундаментных колоннах,измеряют уровни шести гармоник, устанавливают закон взаимного распределения их уровней для бездефектнойтурбомашины, определяют соответствиеизмеренных уровней роторных гармоникэтому закону и о величине дисбаланса ротора судят по пропорциональному возрастанию уровней всех измеренных гармоник без изменения закона ихвзаимного распределения. Если соответствие установлено, то агрегат находится в исправном состоянии повибрации. Если соответствие нарушено,то в агрегате имеется дефект в раннейстадии. Несоосность подшипников определяется по пропорциональному ростутрех первых роторных гармоник и отсутствию изменения взаимного распределения уровней высших гармоник, Исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется понарушению рекурентного закона в области 3,2-й и 3, 1-й гармоник. Расцентровка валов роторов определяетсяпо значительному росту первой роторной гармоники. Изменение жесткостикрепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двухпервых гармоник, пятой и шестой. Повышение уровней виброскорости роторных гармоник в области четвертой гармоники и выше свидетельствует об изменении жесткости фундаментных колонн.Торцовый бой диска определяется поп порциональному возрастанию уров 1377651Изобретение относится к турбостроению и, в частности, к эксплуатации турбомашин.Целью изобретения является повы 5 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 взаимного расположения роторных гармоник спектра вибрации для бездефектного агрегата носят строго убывающий ха 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- Зо ются первые шесть роторных гармоник.ЭНа основании статистической обработки результатов экспериментальных исследований выявлен закон взаимного распределения уровней роторных35 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 агре. гата. Аналогично при А=0,1 мм/с определяют нижнюю границу области бездефектного агрегата (кривая 1, фиг. 1). Нижняя и верхняя границыобласти уровней виброскорости бездефектного агрегата подчиняются ре 50курентному 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. текущеезначение амплитуды К-й роторной гармоники равно А = к(п=1,2 ) Для практического использования обнаруженного 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 1+Аог =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 3=1,2, , а номер гармоники в группе обозначен через К = 1, 2г, В связи с этим нумерация гармоник начинается с последней измеряемой и до первой. Номер последней (шестой) гармоники равен 1, К=1, 1; пятой - 1,К=1,2; четвертой - 1,К=2,1; третьей - З,К=2,2; второй - 3,К=3,1; первой - 1,К=3,2. На основе введенного обозначенияполучают обобщенный (для разных типовГПА) закон взаимного распределенияуровней А , К роторных гармоник АА-, иА;,+А,+А;,к при К=1при К=2при К=Зт при следующих начальных условиях: АО 1 (т)=хо; Аог (г)=2 Ао 1 (г)Для некоторых агрегатов число гармоник в группе г=2, Тогда рекурентный закон взаимного распределения для этих типов агрегатов имеет вид(2)А,г =А, +А 1 дпри начальных условияхАок =(хокоНа 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 1,1-й гармоники устанавливают начальное условие; если значение .х находится в области доогпустимых 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 устанав 25 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 чен поиску в области предельных и недопустимых значений уровней вибрации ГПА).Если х больше допустимого, тоьгопять 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. 1, 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. 55Несоосность подшипников определяет. ся 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 1); исчезновение натяга на вкладышах подшипников скольжения определяется по нарушению рекурентного закона в облас. ти 3,2-й и 3,1-й гармоник, при этом АА , (фиг. 2, кривая 2); расцентровка валов роторов определяется по значительному росту первой (3,2-й) гармоники (А дм А ); индекс "Э" соответствует нормированному значению гармоники; изменение жесткости крепления камеры сгорания определяется непропорциональным ростом двух первых роторных гармоник, пятой, шестой роторной,гармоники. Причем АА,г,г, Ад) 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 изобретенияСпособ 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 10 5.2 3 7 2,2 8.Г Ы 7.1 (у,КХ Х Ю Ю Х 2 Г4 вююФиг,закрепленной на фундаментнык колоннах, дополнительно измеряют уровни последующих роторных гармоник, устанавливают закон взаимного распределенияч5 уровнеи роторных гармоник для бездефектной турбомашины, 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 подшипников - по пропорциональному росту первых трех роторных гармоник и отсутствию изменения взаимного распределения уровней остальных высших гармоник, об исчезновении натяга на вкладышах подшипников - по нарушениюзакона 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 значения, об изменении жесткости креплениякамеры сгорания - по непропорциональному росту первой, второй, пятой,шестой и выше роторных гармоник,при этом уровень первой гармоникипревышает уровень второй, а уровеньпятой - уровень шестой, об изменении жесткости фундаментных колонн -по превышению уровней четвертой ивыше роторных гармоник нормированныхзначений, о торцовом бое диска турбины - по пропорциональному возрастанию уроВней всех измеренных роторных гармоник в осевом направлениибеэ изменения закона их взаимногораспределения для бездефектной турбомашины, а о задевании ротора о ста.тор - по нарушению закона взаимногораспределения по всем нечетным гармоникам./ар 1 и дактор Л, Повхан екма аз 86 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород Проектна тавитель А.Ред И. Ходани 35 Тираж 847 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Раушск