Устройство для контроля состояния рабочих лопаток турбомашины

(54) УСТРОЙСТ НИЯ РАБОЧИХ Л (57) Изобрете борной дефект турбомашины в ции и ремонта О ЛЛЯ КОНТРОЛЯОПАТОК ТУРБОМАШИие относитсяции рабочих лпроцессе их эи позволяет п СОСТОЯНЫбезраз патоксплуатавысить Фиг,1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ точность работы устройства, В устрой стве обрабатываются сигналы пар первых, вторых и третьих датчиков 1 и 18 и 20, 19 и 21 положения концов и корней лопаток, смещенных друг относительно друга на центральный угол ь/, и датчика 3 начала отсчета. С дискретностью в один оборот ротора регистрируются мгновенные отклонения концов заранее выбранной с помощью устройства лопатки относительно ее корня в трех точках окружности корпу са ротора турбины, смещенных друг относительно друга на центральный угол м, и частоты вращения ротора.Х1453206 Первый импульс от пары первых датчиков 1 и 2 положения концов и корнейлопаток устанавливает пятый счетныйтриггер 33, который по своему выходузапускает генератор 34 пилообразногонапряжения, второй импульс сбрасываетпятый счетный триггер 33 и обнулятгенератор 34 пилообразного напряжения. Максимальное значение выходногонапряжения генератора 34 пилообразного напряжения выделяется амплитуднымдетектором 35 и преобразуется первыманалого-цифровым преобразователем,выходной сигнал которого через пер"вый и второй коммутаторы 27 и 38 по"ступает в блок 39 памяти в регистрыотставания или опережения, Аналогично в блок 39 памяти записываютсякоды сигналов от пар вторых и треть"их датчиков 18 и 20, 19 и 21 положения концов и корней лопаток, а такжерезультат измерения частоты вращения Изобретение относится к измерительной технике, а именно к безразборной дефектации рабочих лопаток турбомашин в процессе их эксплуатации и ремонте. 5Цель изобретения - повышение точности устройства за счет повышения информативности измерения и, как следствие, обеспечение достоверной дефектации лопаток трубомашины, 10На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 - график зависимости величины внутреннего трения С 4 и собственной частоты колебаний Р от длины 1 трещины лопа ток; на фиг.З - график изменения мгновенных амплитуд колебаний лопат. - ки А в точках измерения и, на фиг.4- график параметров. резонансной кривой, необходимых для определения величины 20 внутреннего трения йд д.Устройство для контроля состояния рабочих лопаток турбомашины (фиг.1) содержит первый датчик 1 положения концов лопаток, первый датчик 2 поло жения корней лопаток, датчик 3 начала отсчета, штифт 4, установленный ротора турбомашины от измерителя 40 частоты вращения ротора через второй аналого-цифровой преобразователь 41,По записанным в блок 39 памяти данным в блоке 22 вычисления внутреннеготрения и индикации вычисляется коэффициент внутреннего трения материала конкретной лопатки на момент дефектации. В результате сравнения его с коэффициентом внутреннего трениядля лопатки с нулевой наработкой формируются сигналы о наличии трещиныили перегрева материала конкретнойлопатки. Конкретная исследуемая ло"патка определяется установкой ее но-.мера в датчике 3 числа лопаток передвключением тумблера 9 "Пуск", приэтом в устройстве обрабатываются импульсы только от выбранной лопатки,Такое выполнение устройства позволяет повысить его точность по отбраковке лопаток. 4 ил. 2на валу ротора турбины, блок 5 формирования временного интервала и знака, блок 6 формирования разрешенного интервала времени, блок 7 регистрации временного интервала, блок .6 формирования разрешенного интервала времени содержит последовательно соединенные первый вентиль 8 с подключенным к его входу тумблером 9, первый триггер 10 и второй вентиль 11, вто- рой триггер 12 с подключенным к его входу счетчиком 13 числа лопаток, второй. вход первого вентиля 8 подключен к датчику 3 начала отсчета, блок 5 формирования временного интервала и знака содержит третий 14 и четвертый 15 вентили, первые входы которых подключены к первым датчикам 2 и 1 положения корней лопаток и положения концов лопаток соответственно, а вторые входы - к выходу второго триггера 12, пятый 16 и шестой 17 вентили. Кроме того, устройство содержит второй 18 и третий 19 датчики положения концов лопаток, второй 20 и тре 14533тий 21 датчик положения корней лопаток, блок 22 вычисления внутреннего трения и индикации, в блоке 6 формирования разрешенного интервала вре" мени последовательно соединенные первый 23, второй 24 и третий 25 тайме" ры, четвертый таймер 26, третий 27 и четвертый 28 триггеры, в блоке 51формирования временного интервала и знака - седьмой 29 и восьмой 30 вентили, первый 31 и второй 32 диоды, блок 7 регистрации временного интервала выполнен в виде последовательно соединенных пятого триггера 33, генератора 34 пилообразного напряжения, амплитудного детектора 35 и первого аналого-цифрового преобразователя 36, первого 37 и второго 38 коммутаторов, блока 39 памяти, последовательно соединенных измерителя 40 частоты вращения ротора и второго аналогоцифрового преобразователя 41, шестого 42 и седьмого 43 триггеров.Выходы триггеров 42 и 43 подключены к первым входам первого 37 и второго 38 коммутаторов соответственно, вторые входы которых подключены к выходу первого аналого-цифрового преобразователя 36, а выходы к первому и второму входам соответственно блока 39 памяти, третий вход которого подключен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя 41, а выход - к блоку 22 вычисления внутреннего трения и индикации, выход пятого триггера подключен к вторым входам амплитудного детектора 35 и первого аналого-цифрового преобразователя 36, первые входы второго 12, третьего 27 и четвертого 28 триггеров подключены к входам первого 23, второго 24 и третьего 25 таймеров соответственно, выходы которых соответственно подключены к вторым входам второго 12, третьего 27 и четвертого 28 триггеров, первый датчик 2 положения корней лопаток подключен к второму входу второго вентиля 11, выход которого через четвертый таймер 26 подключен к первому входу счетчика 13 числа лопаток, второй вход которого и второй вход первого триггера 10 подключены к выходу третьего таймера 25.Выход третьего триггера 27 подключен к первым входам пятого 16 и шестого 17 вентилей, вторые входы которых подключены к вторым датчикам 20 и 18 положения корней лопаток206 5 10 15 20 25 ЭО 35 40 45 50 55 и положения концов лопаток соответственно, выход четвертого триггера28 подключен к первым входам седьмого 29 и восьмого 30 вентилей, вторыевходы последних подключены к третьимдатчикам 21 и 19 положения корнейлопаток и положения концов лопатоксоответственно, катоды первого 31 ивторого 32 диодов подключены к входушестого триггера 33, выходы четвертого 15, шестого 17 и восьмого 30вентилей подключены к аноду первогодиода 31 и первым входом шестого 42и седьмого 43 триггеров, выходытретьего, шестого и седьмого вентилей подключены к аноду второго диода32, к входу измерителя 40 частотывращения ротора и к вторым входамшестого 42 и седьмого 43 триггеровУстройство работает следующим образом,Для исследования выбирают сначалаодну из лопаток турбины, и при достижении ротором турбомашины числаоборотов, соответствующих нижней границе диапазона измерений, включаютустройство.Для этого в датчике 3 числа лопаток устройства устанавливают номерисследуемой лопатки и включают тумблер 9 "Пуск", в результате чего первый вентиль 8 переводится в открытоесостояние. В момент прохождения штифта 4, расположенного на роторе, мимодатчика 3 начала отсчета формируетсяимпульс, который, пройдя через первый вентиль 8, устанавливает первыйтриггер 10 в положение, при которомвторой вентиль 11 открывается и начинает пропускать импульсы от датчика 2 положения корней лопаток. Этиимпульсы через четвертый таймер 26поступают на первый счетный входсчетчика 13 числа лопаток, Времязадержкичетвертого таймера 26 выбирается несколько больше временипрохождения лопаткой расстояния,равного максимальной амплитуде колебаний лопатки, для предотвращенияложного срабатывания устройства. Вмомент прохождения мимо датчика 2положения корней лопаток с номероми(и - номер исследуемой лопатки)срабатывает схема совпадения счетчика .13 числа лопаток. На его выходепоявляется импульс, которыми устанавливает второй триггер 12 в положение,при котором третий 14 и четвертый15 вентили открываются, и, пройдя145через первый таймер 23 с временнойзадержкойустанавливает второйтриггер 12 в исходное состояние ипереводит третий триггер 27 в положение, при которбм пятый и шестойвентили 16 и 17 открываются,Затем этот сигнал, пройця черезвторой таймер 24 с временной задержкой, устанавливает третий триггер27 в исходное состояние и переводитчетвертый триггер 28 в положение,при котором седьмой 29 и восьмой 30вентили открываются. Этот же сигнал,пройдя через третий таймер 25 с временной задержкойустанавливаетчетвертый триггер 28 в исходное состояние, обнуляет счетчик 13 числалопаток и переводит второй триггер10 в исходное состояние. Система готова к новому циклу работы на следующем обороте ротора, Временные за"держки 8 1 7 выбираются так, чтовторой 10, третий 27, четвертый 28триггеры разрешают прохождение сигналов через управляемые ими третий 11,четвертый 15, пятый 16, шестой 1,седьмой 29 и восьмой 30 вентили только при прохождении мимо концевых ипериферийных датчиков выбранной длядефектации лопатки, т.е, они равнывремени, за которое. ротор на частотепроведения измерений проходит одномежлопаточное расстояние.Затем с дискретностью в один оборот ротора регистрируют мгновенныеотклонения у, у , уконца лопаткиотносительно ее корня в трех точкахокружности корпуса ротора турбины,смещенных друг относительно другана центральный угол Ы и частоту вращения ротора,Для этого в третий 14, четвертый15, пятый 16, шестой 17, седьмой 29и восьмой 30 вентили поочередно открыты импульсы от пар первых, вторыхи третих датчиков 1 и 2, 18 и 20,.19 и 21 положения концов и корнейлопаток соответственно, смещенныхдруг относительно друга на централь"ный угол о, поочередно, в зависимости от фазы колебания лопатки, идутна выход этих вентилей. Первый импульс от пары первых датчиков 1 и 2положения концов и корней лопатокустанавливает пятый (счетный) триггер 33, которые управляет генератором 34 пилообразного напряжения, вединичное состояние и, таким обра 3206 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Лопатки совершают вращательное движение вместе с ротором турбины и гармонические колебания с частотами,близкими к собственным частотам колебаний. Величину отклонения конца лопатки от нейтрального положения можно записать следующим образом: эом, запускает генератор 34 пилооб"разного напряжения. Второй импульспереводит пятый (счетный) триггер33 с нулевого состояния и обнуляетгенератор 34 пилообразного напряжения, Максимальное значение выходногонапряжения генератора 34 пилообраэ"ного напряжения выделяется амплитуд"ным детектором 35 и затем преобразуется первым аналого-цифровым преобразователем 36 по сигналам управления от пятого триггера 33. Выходнойсигнал с первого аналого-цифровогопреобразователя 36 проходит черезпервый 37 и второй 38 коммутаторы,которые управляются соответственношестым 42 и седьмым 43 триггерами,в блок 39 памяти, в регистры отставания или опережения,Если первым появляется сигнал отвершины исследуемой лопатки (от первого датчика 1) положения концов лопаток, то срабатывает шестой триггер42 и обнуляется седьмой триггер 43.Выходной сигнал первого триггера 42поступает на первый коммутатор 37и разрешает запись результата измерения в регистр опережения, Если первым появляется сигнал от корня исследуемой лопатки (от первого датчика 2положения корней лопаток), то аналогичным образом седьмой триггер 43разрешает запись результата в регистротставания. Аналогично формируютсявременные интервалы между импульсамипар вторых и третьих датчиков 18 и20, 19 и 21 положения концов и корнейлопаток, Кроме того, в блоке 39 памяти записывается результат измерениячастоты вращения ротора турбомашины,полученной от измерителя 40 частотывращения ротора через второй аналогоцифровой преобразователь 41. Такимобразом, в блоке 39 памяти оказываются записанными с дискретностью водин оборот ротора значения, соответствующие мгновенным отклонениям концалопатки относительно ее корня уу, уз, и частота вращения ротора наданном обороте.- . (2 7у А е 1 п(,-сй);у А е 1 пчь; (1)уз А е 1 п( +где- угол сдвига фаз во второйточке измерения;А - амплитуда колебаний;- кратность ( ы, - частотаколебаний лопатки, И- частота вращения ротора);ее - угол смещения датчиков концов и корней лопаток относительно друг другаРешением системы (1) являются за" висимости 1 У 1+УМ =ы - агссое( - );гу,УА -------еп агссСд( .)2 У 1-(У+У(2 Уг) По этим зависимостям вычисляют и регистрируют ы,и А с дискретностью в один оборот ротора для всей резонансной кривой (фиг.4) при прохождении ротором через резонансный режим работы лопаток. Из полученных значений выбирают частоты ь 3 е ьз ое, соответствующие максимальной и половинным амплитудам колебаний лопатки. Затем по формулеИ-М, МЧ 1 (3)1 Г 3, где С Ч- коэффициент внутреннеготрения; ы, " частота, соответствующая половинной амплитуде первой половины резонансной кривой; ы - частота, соответствующая половинной амплитуде второй половины резонансной кривой; ы - резонансная частота лопареъток, определяют коэффициент внутреннего трения материала лопатки и при значении отношениясц (р, а = -- 1002 ( 903, (4) где гд Ч - неизвестный коэффициент ь внутреннего трения для лопатки с нулевой наработкой; Са Ч, - коэффициент внутреннего трения на момент дефектации,25 30 35 40 45 50 55 8судят о наличии трещин, а при значении Л1107 - о перегреве материалаконкретной лопатки.Для этого в предлагаемом устройстве записанные в блоке 39 памятизначения мгновенных колебаний концалопатки за один цикл измерения совместно с частотой вращения роторав этом цикле пересылаются в блок 22вычисления внутреннего трения и индикации, в котором организована программа для вычисления 1 д М по описанному алгоритму (формулы (1)-(3),фиг,2),Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять перегрев материала лопаток и повыситьчувствительность и достоверностьотбраковки лопаток по возникновениютрещин. Формула изобретения Устройство для контроля состояния рабочих лопаток турбомашины, содержащее первый датчик положения концов лопаток, первый датчик положения корней лопаток, датчик начала отсче" та, штифт, установленный на валу ротора турбины, блок формирования временного интервала и знака, блок формирования разрешенного интервала времени, блок регистрации временного интервала, причем блок формирования разрешенного интервала времени содержит последовательно соединенные пер" вый вентиль с подключенным к его входу тумблером, первый триггер и второй вентиль, второй триггер с подключенным к его входу счетчиком числа лопаток, второй вход первого вентиля подключен к датчику начала отсчета, блок формирования временного интервала и знака содержит третий и четвертый вентили, первые входы которых подключены к датчикам положения корней лопаток и положения концов лопа" ток соответственно, а вторые - к выходу второго триггера, пятый и шестой вентили, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит второй и третий датчики положения концов лопаток, второй и третий датчики положения корней лопаток, блок вычисления внутреннего трения и индикации, в блоке формирования разрешенного интервала времени - последовательно соединенные первый, второй и третий тайме 1453206 10ры, четвертый таймер, третий и четвертый триггеры, в блоке формированиявременного интервала и знака - седьмой и восьмой вентили, первый и второй диоды, блок регистрации временного интервала выполнен в виде последо"вательно соединенных пятого триггерагенератора пилообразного напряжения,амплитудного детектора и первого 10аналого"цифрового преобразователя,первого и второго коммутаторов, блокапамяти, последовательно соединенныхизмерителя частоты вращения ротораи второго аналого-цифрового преобразо вателя, шестого и седьмого триггеров,выходы которых подключены к первымвходам первого и второго коммутаторовсоответственно, вторые входы которыхподключены к выходу первого аналогоцифрового преобразователя, а выходы -к первому и второму входам соответственно блока памяти, третий вход которого подключен к выходу второго анааналого-цифрового преобразователя,а выход - к блоку вычисления внутреннего трения и индикации, выход пятого триггера подключен к вторым входамамплитудного детектора и первого аналого-цифрового преобразователя, первые входы второго, третьего и четвертого триггеров подключены к входампервого, второго и третьего таймеров соответственно, выходы которых соответственно подключены к вторым входамвторого, третьего и четвертого триггеров, первый датчик положения корнейлопаток подключен к второму входувторого вентиля, выход которого черезчетвертый таймер подключен к первомувходу счетчика числа лопаток, второйвход которого и второй вход первоготриггера подключены к выходу третье"го таймера, выход третьего триггераподключен к первым входам пятого ишестого вентилей, вторые входы которых подключены к вторым датчикам положения корней лопаток и положенияконцов лопаток, выход четвертоготриггера подключен к первым входамседьмого и восьмого вентилей, вторыевходы которых подключены к третьимдатчикам положения корней лопатоки положения концов лопаток, катодыпервого и второго диодов подключенык входу пятого триггера, выходы четвертого, шестого и восьмого вентилейподключены к аноду первого диода ипервым входам шестого и седьмоготриггеров, выходы третьего, пятогои седьмого вентилей подключены к аноду второго диода, к выходу измерителя частоты вращения ротора и квторым входам шестого и седьмоготриггеров.