RU2511773C1 - Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller - Google Patents
Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511773C1 RU2511773C1 RU2013108563/06A RU2013108563A RU2511773C1 RU 2511773 C1 RU2511773 C1 RU 2511773C1 RU 2013108563/06 A RU2013108563/06 A RU 2013108563/06A RU 2013108563 A RU2013108563 A RU 2013108563A RU 2511773 C1 RU2511773 C1 RU 2511773C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impeller
- signals
- oscillations
- turbomachine
- signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 15
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 15
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 10
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000005654 stationary process Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к авиадвигателестроению и энергомашиностроению и может найти применение при доводке газотурбинных двигателей (ГТД), а также для создания систем диагностики колебаний.The present invention relates to aircraft engine building and power engineering and may find application in the development of gas turbine engines (GTE), as well as to create systems for diagnosing vibrations.
Известен способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины (патент РФ на изобретение №2111469, МПК G01M 15/00, опубл. 20.05.1998), при котором в процессе испытаний измеряют сигналы с датчика пульсаций давления потока, установленного на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, и судят о виде колебаний рабочего колеса. Способ позволяет выполнять диагностику автоколебаний и вращающегося срыва по наличию и соотношению уровней двух диагностических составляющих в спектре пульсаций давления потока.A known method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine (RF patent for the invention No. 2111469, IPC G01M 15/00, publ. 05/20/1998), in which the signals from the pressure pulsation sensor installed on the stator parts of the turbomachine near the impeller are measured during the tests, and judge the form of oscillation of the impeller. The method allows you to diagnose self-oscillations and a rotating stall by the presence and ratio of the levels of two diagnostic components in the spectrum of pulsations of the pressure of the stream.
При диагностике по данному способу, как показала его экспериментальная проверка, возможна постановка ложного диагноза (ошибка второго рода), т.к. появление диагностических составляющих, различных по уровню, может быть не связано с колебаниями лопаток или образованием зон срывного обтекания. Такое же проявление и сочетание диагностических признаков наблюдалось при наличии помехи и шумов от работающего стендового оборудования. За счет эффекта Доплера колебания, воспринимаемые датчиком, установленным на статорных деталях турбомашины, становятся частотно-модулированными и имеют дискретный спектр. Аналогичное модулирующее влияние могут оказывать составляющие от шумов различного происхождения, причем в спектре шумового сигнала левые и правые боковые составляющие, характеризующие его модуляцию, также будут различными по уровню. Все это делает способ малонадежным и низкоэффективным. Кроме того, диагностика производится после проведения испытаний по уже зарегистрированной информации.When diagnosing this method, as shown by an experimental check, a false diagnosis is possible (a second kind error), because the appearance of diagnostic components that are different in level may not be associated with the vibrations of the blades or the formation of shear flow zones. The same manifestation and combination of diagnostic signs was observed in the presence of interference and noise from operating bench equipment. Due to the Doppler effect, the oscillations perceived by the sensor mounted on the stator parts of the turbomachine become frequency-modulated and have a discrete spectrum. A similar modulating effect can be exerted by components from noises of various origins, moreover, in the spectrum of the noise signal, the left and right side components characterizing its modulation will also be different in level. All this makes the method unreliable and low efficient. In addition, diagnostics are performed after testing according to already registered information.
Известен способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины (патент РФ на изобретение №2395068, МПК G01M 15/14, опубл. 20.07.2010), при котором в процессе испытаний измеряют сигналы с вибропреобразователя, установленного на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, судят о виде колебаний рабочего колеса.A known method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine (RF patent for the invention No. 2395068, IPC G01M 15/14, publ. 07/20/2010), in which during the test the signals from a vibration transducer mounted on the stator parts of the turbomachine near the impeller are measured, they judge the form impeller vibrations.
Способ основан на определении направлений распространения волн деформации. Он дает более достоверные результаты по сравнению с предыдущим способом, однако его использование ограничено только рабочими колесами малоразмерных ГТД, значения частот собственных колебаний рабочих лопаток которых превышают произведение частоты вращения на число узловых диаметров.The method is based on determining the propagation directions of the deformation waves. It gives more reliable results compared to the previous method, however, its use is limited only by the impellers of small-sized gas turbine engines, the values of the frequencies of the natural vibrations of the working blades of which exceed the product of the rotational speed by the number of nodal diameters.
Наиболее близким к предлагаемому является способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины (патент РФ на изобретение №2402751, МПК G01M 15/14, опубл. 27.10.2010), при котором в процессе испытаний измеряют сигналы с датчиков, одним из которых является датчик пульсаций давления потока, установленный на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, определяют соответствующие им значения безразмерного параметра, характеризующего потерю устойчивости, и моменты времени, в которые они изменяются заданным образом, по которым судят о виде колебаний рабочего колеса, при этом, если изменение значений безразмерного параметра произошло раньше для сигнала с датчика пульсаций давления потока, то это свидетельствует о наличии срывных колебаний в рабочем колесе.Closest to the proposed one is a method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine (RF patent for the invention No. 2402751, IPC G01M 15/14, publ. 10/27/2010), in which the signals from sensors are measured during the tests, one of which is a flow pressure pulsation sensor mounted on the stator parts of the turbomachine near the impeller, determine the corresponding values of the dimensionless parameter characterizing the loss of stability, and the times at which they change in a predetermined manner, by which they judge the form of Impeller oscillations, wherein, if the change in dimensionless parameter values occurred earlier for a signal from the sensor flow pressure pulsations, it indicates the presence of shear vibrations in the impeller.
В данном способе измеряют и регистрируют сигналы с тензодатчиков, установленных на рабочих лопатках, и с датчика пульсаций давления потока, установленного на корпусе турбомашины. Определяют диагностические частоты колебаний лопаток в спектре пульсаций потока. В качестве безразмерного параметра, характеризующего потерю устойчивости, используют коэффициент возбуждения в нестационарном сигнале на частотах колебаний рабочих лопаток и на диагностических частотах колебаний в спектре пульсаций потока. Строят зависимости значений коэффициентов возбуждения от времени для сигналов, регистрируемых с датчиков. Определяют моменты времени, при которых значения коэффициентов возбуждения из отрицательных становятся положительными, и по ним судят о виде колебаний рабочих лопаток (автоколебания или вращающийся срыв).In this method, signals from load cells mounted on rotor blades and from a pressure pulsation sensor mounted on a turbomachine body are measured and recorded. Diagnostic blades oscillation frequencies are determined in the flow pulsation spectrum. As a dimensionless parameter characterizing the loss of stability, the excitation coefficient is used in an unsteady signal at the vibration frequencies of the working blades and at the diagnostic vibration frequencies in the spectrum of flow pulsations. The dependences of the values of the excitation coefficients on time for the signals recorded from the sensors are constructed. The time moments are determined at which the values of the excitation coefficients from negative become positive, and they are used to judge the type of vibrations of the working blades (self-oscillations or rotating stall).
Способ позволяет проводить диагностику по уже зарегистрированной информации, т.е. не в режиме реального времени, а после останова турбомашины.The method allows diagnostics according to already registered information, i.e. not in real time, but after stopping the turbomachine.
Однако при диагностике колебаний по данному способу возможна постановка ложного диагноза. Это связано с тем, что при определении коэффициента возбуждения для реального сигнала с нарастающей по времени амплитудой в отдельные моменты времени значение амплитуды сигнала может уменьшаться при сохранении общей тенденции к росту. В момент уменьшения амплитуды сигнала коэффициент возбуждения в соответствии с данным способом будет изменять свой знак на противоположный, что может привести к постановке ложного диагноза.However, when diagnosing fluctuations by this method, a false diagnosis is possible. This is due to the fact that when determining the excitation coefficient for a real signal with an amplitude that grows in time at certain points in time, the value of the signal amplitude can decrease while maintaining the general growth trend. When the signal amplitude decreases, the excitation coefficient in accordance with this method will change its sign to the opposite, which can lead to a false diagnosis.
При определении коэффициента возбуждения по данному способу определяют амплитуды на соседних полуволнах сигнала, поэтому, при относительно высокой частоте сигнала и нарастающем его характере, эти амплитуды отличаются друг от друга незначительно, в результате их отношение близко к единице, а натуральный логарифм единицы равен нулю. Для смещения значений сигнала относительно нулевого уровня в формулу для определения коэффициента возбуждения введен масштабный коэффициент, в качестве которого принята частота сигнала. Однако одновременно с усилением сигнала и его удалением от нулевого уровня происходит пропорциональное усиление всех погрешностей. В результате происходит постоянная смена знака, что может привести к постановке ложного диагноза. В радиоэлектронике к подобному явлению применяют термин «дребезг контактов». Поэтому данный способ применим только для идеализированных сигналов (гладких, искусственно смоделированных кривых).When determining the excitation coefficient by this method, the amplitudes at adjacent signal half-waves are determined, therefore, with a relatively high frequency of the signal and its growing character, these amplitudes differ slightly from each other, as a result, their ratio is close to unity, and the natural logarithm of unity is zero. To offset the signal values relative to the zero level, a scale factor was introduced into the formula for determining the excitation coefficient, which is taken as the signal frequency. However, simultaneously with the amplification of the signal and its removal from the zero level, a proportional amplification of all errors occurs. As a result, there is a constant change of sign, which can lead to a false diagnosis. In radio electronics, the term “contact bounce” is used for a similar phenomenon. Therefore, this method is applicable only for idealized signals (smooth, artificially modeled curves).
О наличии автоколебаний судят по одновременному прохождению через нулевой уровень коэффициентов возбуждения двух сигналов. В то же время предыдущая и последующая амплитуды для этих сигналов определяются в разные моменты времени. Т.е. в способе заложена методическая погрешность, снижающая надежность диагностики, вызванная необходимостью выполнения анализа на двух разных частотах, а следовательно, в разные моменты времени, поэтому делать вывод об «одновременности» нет оснований.The presence of self-oscillations is judged by the simultaneous passage through the zero level of the excitation coefficients of two signals. At the same time, the previous and subsequent amplitudes for these signals are determined at different points in time. Those. the method contains a methodological error that reduces the reliability of diagnostics caused by the need to perform analysis at two different frequencies, and therefore, at different points in time, therefore there is no reason to conclude that there is "simultaneity".
В связи с тем, что при подходе к границе автоколебаний процесс заведомо нестационарный, в данном способе коэффициенты возбуждения для таких процессов определяют по методу Прони (О.Б. Балакшин, Б.Г. Кухаренко, А.А. Хориков. Исследование динамических процессов при флаттере лопаток с использованием метода Прони). Сложная техническая реализация метода Прони и отсутствие отработанных алгоритмов затрудняют практическое использование способа диагностики.Due to the fact that, when approaching the boundary of self-oscillations, the process is obviously unsteady, in this method the excitation coefficients for such processes are determined by the Prony method (O. B. Balakshin, B. G. Kukharenko, A. A. Khorikov. Investigation of dynamic processes at blade flutter using the prony method). The complex technical implementation of the Proni method and the lack of proven algorithms make it difficult to use the diagnostic method in practice.
Для диагностики по данному способу требуется проведение тензометрирования, при этом установленный на рабочей лопатке колеса турбомашины тензодатчик, по которому в процессе развития колебаний определяют частоту и коэффициент возбуждения колебаний лопатки, обладает низкой надежностью. Проведение динамического тензометрирования связано с существенными затратами (наклейкой тензодатчиков, выводом препарации и пр.). Кроме того, там, где по особенностям конструкции турбомашины тензометрирование невозможно, например для каскада высокого давления двухвального газотурбинного двигателя, этот способ не применим.For diagnostics by this method, strain gauging is required, while the strain gauge mounted on the working blade of the turbomachine wheel, according to which the frequency and coefficient of excitation of the blade vibrations are determined during the development of vibrations, has low reliability. Dynamic strain gauging is associated with significant costs (strain gauge sticker, preparation withdrawal, etc.). In addition, where, according to the design features of the turbomachine, strain gauging is not possible, for example, for the high pressure cascade of a twin-shaft gas turbine engine, this method is not applicable.
Технической задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего возможность диагностики колебаний только по датчикам, установленным на статорных (невращающихся) деталях турбомашины, например корпусе, и использованием для диагностики в качестве безразмерного параметра коэффициента эксцесса, который наиболее эффективен именно для нестационарных процессов, при этом менее трудоемок в вычислительном плане.An object of the invention is to develop a method that allows diagnosing oscillations only by sensors installed on the stator (non-rotating) parts of a turbomachine, such as a housing, and using the kurtosis coefficient as a dimensionless parameter, which is most effective specifically for non-stationary processes, while less laborious in computational terms.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и надежности диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины в режиме реального времени.The technical result of the invention is to increase the efficiency and reliability of diagnosis of oscillations of the impeller of a turbomachine in real time.
Технический результат достигается тем, что в способе диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины, при котором в процессе испытаний измеряют сигналы с датчиков, одним из которых является датчик пульсаций давления потока, установленный на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, определяют соответствующие им значения безразмерного параметра, характеризующего потерю устойчивости, и моменты времени, в которые они изменяются заданным образом, по которым судят о виде колебаний рабочего колеса, при этом, если изменение значений безразмерного параметра произошло раньше для сигнала с датчика пульсаций давления потока, то это свидетельствует о наличии срывных колебаний в рабочем колесе, в отличие от известного, сигналы измеряют одновременно, по меньшей мере, с двух датчиков, вторым из которых является вибропреобразователь, установленный на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, в качестве безразмерного параметра, характеризующего потерю устойчивости, используют коэффициент эксцесса, предварительно задают пороговые уровни для сигналов с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя и определяют соответствующие им пороговые значения коэффициентов эксцесса, измерение сигналов производят в узкой полосе частот, для каждого из сигналов определяют значения коэффициентов эксцесса и моменты времени, в которые они достигают своих пороговых значений, при этом, если коэффициент эксцесса для сигнала с датчика пульсаций давления потока достигает своего порогового значения раньше, чем коэффициент эксцесса для сигнала с вибропреобразователя, то это свидетельствует о наличии срывных колебаний в рабочем колесе, если коэффициенты эксцесса для сигналов с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя одновременно достигают своих пороговых значений, то это свидетельствует о наличии автоколебаний в рабочем колесе.The technical result is achieved by the fact that in the method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine, in which the signals from the sensors are measured during the test, one of which is a flow pressure pulsation sensor mounted on the stator parts of the turbomachine near the impeller, the corresponding values of the dimensionless parameter characterizing them are determined the loss of stability, and the moments of time at which they change in a predetermined manner, by which they judge the form of oscillations of the impeller, while if When the dimensionless parameter was measured earlier for the signal from the flow pressure pulsation sensor, this indicates the presence of stall oscillations in the impeller, in contrast to the known one, the signals are measured simultaneously from at least two sensors, the second of which is a vibration transducer mounted on stator the details of the turbomachine near the impeller, the kurtosis coefficient is used as a dimensionless parameter characterizing the loss of stability, the threshold levels for signals with of the pressure pulsation pulsations and the vibration transducer and determine the corresponding threshold values of the kurtosis coefficients, measure the signals in a narrow frequency band, for each of the signals determine the values of the kurtosis coefficients and the times at which they reach their threshold values, and if the kurtosis coefficient for the signal from the flow pressure pulsation sensor reaches its threshold value earlier than the kurtosis coefficient for the signal from the vibration transducer, this indicates the presence of stall vibrations in the impeller, if the kurtosis coefficients for the signals from the flow pressure pulsation sensor and vibration transducer simultaneously reach their threshold values, this indicates the presence of self-oscillations in the impeller.
Измерение сигналов производят в полосе частот, ограниченной фильтром низкой частоты.Signals are measured in the frequency band bounded by a low-pass filter.
На прилагаемых фигурах изображены:The attached figures show:
фиг.1 - две зоны динамического усиления сигналов с вибропреобразователя (верхний график) и датчика пульсаций давления потока (нижний график);figure 1 - two zones of dynamic amplification of signals from the vibration transducer (upper graph) and the sensor of the pulsation of the flow pressure (lower graph);
фиг.2 - огибающие амплитуд сигналов с вибропреобразователя (верхний график) и датчика пульсаций давления потока (нижний график) в зонах динамического усиления сигналов;figure 2 - envelopes of the amplitudes of the signals from the vibration transducer (upper graph) and the sensor of the pulsations of the pressure of the flow (lower graph) in the areas of dynamic amplification of signals;
фиг.3 - значения коэффициентов эксцесса для сигналов с вибропреобразователя (верхний график) и датчика пульсаций давления потока (нижний график) в зонах динамического усиления сигналов.figure 3 - values of the coefficients of kurtosis for signals from the vibration transducer (upper graph) and the sensor of the pulsations of the pressure of the flow (lower graph) in the areas of dynamic amplification of signals.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Предварительно по результатам экспериментальных исследований быстропеременных процессов задают пороговые уровни для сигналов с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя, установленных на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, достижение которых свидетельствует о возникновении колебаний. Определяют соответствующие им пороговые значения безразмерного параметра, характеризующего потерю устойчивости, в качестве которого используют коэффициент эксцесса.Preliminarily, according to the results of experimental studies of rapidly changing processes, threshold levels are set for signals from a flow pressure pulsation sensor and a vibration transducer mounted on the stator parts of a turbomachine near the impeller, the achievement of which indicates the occurrence of oscillations. The corresponding threshold values of the dimensionless parameter characterizing the loss of stability are determined as the excess coefficient.
В процессе испытаний одновременно (синхронно) измеряют сигналы, по меньшей мере, с двух датчиков, установленных на статорных деталях турбомашины вблизи рабочего колеса, одним из которых является датчик пульсаций давления потока, а вторым - вибропреобразователь. Измерение сигналов, с целью повышения эффективности использования коэффициента эксцесса, производят в узкой полосе частот, например, ограниченной фильтром низкой частоты.In the process of testing simultaneously (synchronously) measure signals from at least two sensors mounted on the stator parts of the turbomachine near the impeller, one of which is a flow pressure pulsation sensor, and the second is a vibration transducer. The measurement of signals, in order to increase the efficiency of use of the kurtosis coefficient, is carried out in a narrow frequency band, for example, limited by a low-pass filter.
Для каждого из измеряемых сигналов с вибропреобразователя и датчика пульсаций давления потока определяют значения коэффициентов эксцесса и сравнивают с соответствующими им пороговыми значениями.For each of the measured signals from the vibration transducer and the flow pressure pulsation sensor, the kurtosis coefficients are determined and compared with the corresponding threshold values.
Определяют моменты времени, в которые значения коэффициентов эксцесса для сигналов с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя достигают своих пороговых значений, по которым и судят о виде возникших нестационарных колебаний рабочего колеса.The time moments are determined at which the kurtosis coefficients for the signals from the flow pressure pulsation sensor and the vibration transducer reach their threshold values, which are used to judge the form of the non-stationary oscillations of the impeller.
Если коэффициент эксцесса для сигнала с датчика пульсаций давления потока достигает своего порогового значения раньше, чем коэффициент эксцесса для сигнала с вибропреобразователя, то это свидетельствует о наличии срывных колебаний в рабочем колесе.If the kurtosis coefficient for the signal from the flow pressure pulsation sensor reaches its threshold value earlier than the kurtosis coefficient for the signal from the vibration transducer, this indicates the presence of stall vibrations in the impeller.
Если коэффициенты эксцесса для сигналов с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя достигают своих пороговых значений одновременно, то это свидетельствует о наличии автоколебаний в рабочем колесе.If the kurtosis coefficients for the signals from the flow pressure pulsation sensor and the vibration transducer reach their threshold values at the same time, this indicates the presence of self-oscillations in the impeller.
Дополнительно в процессе испытаний измеряемые сигналы можно регистрировать и преобразовывать в частотные спектры, что позволит провести детальный анализ полученных результатов и подтвердить поставленный диагноз.Additionally, during the test process, the measured signals can be recorded and converted into frequency spectra, which will allow for a detailed analysis of the results and confirm the diagnosis.
Способ был реализован при испытаниях газотурбинного двигателя.The method was implemented when testing a gas turbine engine.
В процессе проведения экспериментальных исследований вентиляторной ступени компрессора (исследование устойчивости к автоколебаниям лопаток вентилятора в широком диапазоне эксплуатационных режимов, определения границы газодинамической устойчивости) были оценены возможности диагностики колебаний с использованием предложенного способа по информации с различных датчиков, установленных на статорных деталях, вблизи рабочего колеса.In the process of conducting experimental studies of the compressor fan stage (investigation of the resistance to self-oscillations of fan blades in a wide range of operating modes, determining the boundary of gas-dynamic stability), the possibilities of diagnosing oscillations using the proposed method were evaluated using information from various sensors installed on the stator parts near the impeller.
Задали пороговые уровни для сигналов с датчика пульсаций давления потока - 0,025 кгс/см2 и вибропреобразователя - 4 мм/с, которые соответствовали значениям пороговых амплитуд вибрационных напряжений в лопатках. Превышение указанных уровней свидетельствовало о начале возникновения опасных колебаний.The threshold levels were set for the signals from the flow pressure pulsation sensor - 0.025 kgf / cm 2 and vibration transducer - 4 mm / s, which corresponded to the values of the threshold amplitudes of vibrational stresses in the blades. Exceeding these levels indicated the onset of dangerous vibrations.
Определили соответствующие им пороговые значения коэффициента эксцесса, учитывая, что для нормального распределения коэффициент эксцесса равен трем (Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. Под ред. В.Э. Фигурнова. - М.: ИНФРА-М. 2002. С. 34).We determined the corresponding threshold values of the excess coefficient, given that for the normal distribution the excess coefficient is three (Tyurin Yu.N., Makarov A.A. Data analysis on a computer. Edited by V.E. Figurnov. - M.: INFRA- M. 2002.S. 34).
Из курса математической статистики и теории вероятностей известно, что коэффициент эксцесса определяется по формуле:From the course of mathematical statistics and probability theory it is known that the kurtosis coefficient is determined by the formula:
где σ - среднеквадратическое отклонение,where σ is the standard deviation,
МО - математическое ожидание (среднее значение),MO - expectation (average value),
Vi -амплитуда сигнала с датчика;V i is the amplitude of the signal from the sensor;
N - количество значений.N is the number of values.
Пороговые значения коэффициентов эксцесса для сигнала с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя для обоих сигналов, определенные по формуле, составили одно и то же значение E=3,5. Следует отметить, что в общем случае они могут иметь различные значения.The threshold values of the kurtosis coefficients for the signal from the flow pressure pulsation sensor and the vibration transducer for both signals, determined by the formula, amounted to the same value E = 3.5. It should be noted that in general they can have different meanings.
В ряде источников формула для определения коэффициента эксцесса приведена с учетом его равенства нулю при нормальном законе распределения. Это учтено уменьшением определяемого значения на 3. Однако в связи с тем, что отклонение от нормального закона распределения вероятности не является критерием начала потери устойчивости, то нет необходимости приводить формулу для определения коэффициента эксцесса к виду, при котором его значение для нормального закона распределения становится равным нулю. При использовании такой формулы величина порогового уровня вместо значения E=3,5 была бы принята равной E=0,5.In a number of sources, the formula for determining the excess coefficient is given taking into account its equality to zero under the normal distribution law. This is taken into account by a decrease in the determined value by 3. However, since the deviation from the normal probability distribution law is not a criterion for the onset of stability loss, there is no need to bring the formula for determining the excess coefficient to a form in which its value for the normal distribution law becomes equal to zero. Using this formula, the threshold level value instead of the value E = 3.5 would be taken equal to E = 0.5.
Таким образом, формула для определения коэффициента эксцесса выбрана исходя из того, что малое близкое к нулю значение безразмерного параметра не способствует повышению надежности диагностики (с точки зрения ее реализации).Thus, the formula for determining the kurtosis coefficient is chosen on the basis that a small close to zero value of the dimensionless parameter does not contribute to increasing the reliability of diagnostics (from the point of view of its implementation).
Перед проведением испытаний корпус вентилятора был препарирован высокочастотным датчиком пульсаций давления потока Kulite XTE-190 и высокочастотным трехкомпонентным вибропреобразователем ВТК-7. Для измерения и анализа динамических параметров использовались цифровые регистраторы динамических сигналов MIC-300M.Before testing, the fan casing was prepared with a Kulite XTE-190 high-frequency flow pressure pulsation sensor and VTK-7 high-frequency three-component vibration transducer. To measure and analyze dynamic parameters, the MIC-300M digital dynamic signal recorders were used.
В процессе проведения испытаний одновременно (синхронно) измеряли сигналы с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя и преобразовывали их в узкополосные с помощью фильтра низкой частоты с частотой среза 300 Гц.During testing, simultaneously (synchronously) measured signals from the pressure pulsation sensor of the flow and vibration transducer and converted them into narrow-band using a low-pass filter with a cutoff frequency of 300 Hz.
Для наглядности способа проводили синхронную регистрацию сигналов с вибропреобразователя и датчика пульсаций давления потока. На фиг.1 показаны две зоны динамического усиления для сигнала с вибропреобразователя V, B и датчика пульсаций давления потока Р, В в зависимости от времени.For clarity of the method, synchronous registration of signals from the vibration transducer and the flow pressure pulsation sensor was performed. Figure 1 shows two zones of dynamic amplification for the signal from the vibration transducer V, B and the pressure pulsation sensor of the flow P, B depending on time.
Анализ нарастания амплитуд был выполнен для первой (10-20 с) и второй (72,5-82,5 с) зон динамического усиления сигналов с вибропреобразователя (верхний график) и датчика пульсаций давления потока (нижний график) фиг.2, где V, V' - значения сигнала с вибропреобразователя в зонах динамического усиления вибрации, Р, Р' - значения сигнала с датчика пульсаций давления потока в зонах динамического усиления пульсаций.An analysis of the increase in amplitudes was performed for the first (10–20 s) and second (72.5–82.5 s) zones of dynamic amplification of signals from the vibration transducer (upper graph) and the flow pressure pulsation sensor (lower graph) of FIG. 2, where V , V 'are the signal values from the vibration transducer in the zones of dynamic vibration amplification, P, P' are the signal values from the flow pressure pulsation sensor in the zones of dynamic pulsation amplification.
Для этих зон с интервалом в 2,5 с были определены значения коэффициентов эксцесса для измеряемых датчиками сигналов. На фиг.3 приведены Eν, Eν' - значения коэффициента эксцесса для сигнала с вибропреобразователя в зонах динамического усиления, Ер, Ер' - значения коэффициента эксцесса для сигнала с датчика пульсаций давления потока в зонах динамического усиления.For these zones, with an interval of 2.5 s, the kurtosis coefficients were determined for the signals measured by the sensors. Figure 3 shows Eν, Eν '- the kurtosis coefficient for the signal from the vibration transducer in the zones of dynamic amplification, Ep, Ep' - the kurtosis coefficient for the signal from the sensor of pressure pulsations of the flow in the dynamic amplification zones.
Сравнивали значения коэффициентов эксцессов для сигналов с датчика пульсаций давления потока и вибропреобразователя с их пороговыми значениями E=3,5.The values of the excess coefficients for signals from the pressure pulsation sensor and the vibration transducer were compared with their threshold values E = 3.5.
Определили моменты времени, при которых значения коэффициентов эксцесса принимали величину E=3,5. Единому для вибраций и для пульсаций давления потока пороговому значению коэффициента эксцесса E=3,5 соответствовал момент фиксации: для первой зоны динамического усиления 16,5 с, для второй 79 с. Для обеих зон динамического усиления сигналов в указанные моменты времени уровень вибраций составлял 0,15 В, что соответствует 4 мм/с (максимальное значение амплитуды в зоне динамического усиления вибрации составляло 10 мм/с), а уровень пульсаций - 0,05 В, что соответствует 0,025 кгс/см2 (максимальное значение амплитуды в зоне динамического усиления пульсации давления потока составляло 0,05 кгс/см2).The time moments were determined at which the kurtosis coefficients took the value E = 3.5. The moment of fixation corresponded to the threshold value of the excess coefficient E = 3.5, which was uniform for vibrations and for pulsations of the flow pressure: for the first dynamic amplification zone 16.5 s, for the second 79 s. For both zones of dynamic amplification of signals at the indicated time points, the vibration level was 0.15 V, which corresponds to 4 mm / s (the maximum value of the amplitude in the zone of dynamic vibration amplification was 10 mm / s), and the ripple level was 0.05 V, which corresponds to 0.025 kgf / cm 2 (the maximum value of the amplitude in the zone of dynamic amplification of the flow pressure pulsation was 0.05 kgf / cm 2 ).
Коэффициенты эксцесса для сигналов с вибропреобразователя и датчика пульсаций давления потока одновременно достигли порогового значения. Следовательно, делали вывод о возникновении автоколебаний.The kurtosis coefficients for the signals from the vibration transducer and the pulsation pressure transmitter simultaneously reached the threshold value. Consequently, the conclusion was drawn about the occurrence of self-oscillations.
Изобретение позволило создать способ диагностики колебаний рабочего колеса турбомашины в режиме реального времени, обладающий более высокой надежностью и эффективностью, не допускающий, благодаря своевременной диагностике, разрушений деталей и узлов турбомашины и позволяющий определить вид опасных колебаний и предпринять меры по их устранению, сводя к минимуму риск разрушения турбомашины.The invention allowed to create a method for diagnosing oscillations of the impeller of a turbomachine in real time, with higher reliability and efficiency, not allowing, thanks to timely diagnostics, destruction of parts and components of the turbomachine and allowing to determine the type of dangerous vibrations and take measures to eliminate them, minimizing the risk destruction of a turbomachine.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013108563/06A RU2511773C1 (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013108563/06A RU2511773C1 (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2511773C1 true RU2511773C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50438179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013108563/06A RU2511773C1 (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2511773C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598983C1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Diagnostic technique for type of oscillations of working blades of axial turbomachine |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111469C1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-05-20 | Анатолий Алексеевич Хориков | Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel |
| RU2287141C2 (en) * | 2005-02-16 | 2006-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine |
| JP2008180697A (en) * | 2006-12-21 | 2008-08-07 | General Electric Co <Ge> | System and method for converting clearance data into vibration data |
| GB2446684A (en) * | 2006-11-30 | 2008-08-20 | Gen Electric | Vibration Measurement System For Gas Turbine Engine and Accelerometer Configured to Transmit Accelerometer Identifying Signal |
| RU2395068C2 (en) * | 2008-10-02 | 2010-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of diagnostics of turbo machine impeller |
| RU2402751C1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine |
-
2013
- 2013-02-26 RU RU2013108563/06A patent/RU2511773C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2111469C1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-05-20 | Анатолий Алексеевич Хориков | Method for diagnostics of vibrations of turbomachine working wheel |
| RU2287141C2 (en) * | 2005-02-16 | 2006-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Method for diagnostics of oscillations of working wheel of turbo-machine |
| GB2446684A (en) * | 2006-11-30 | 2008-08-20 | Gen Electric | Vibration Measurement System For Gas Turbine Engine and Accelerometer Configured to Transmit Accelerometer Identifying Signal |
| JP2008180697A (en) * | 2006-12-21 | 2008-08-07 | General Electric Co <Ge> | System and method for converting clearance data into vibration data |
| RU2395068C2 (en) * | 2008-10-02 | 2010-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Method of diagnostics of turbo machine impeller |
| RU2402751C1 (en) * | 2009-06-11 | 2010-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598983C1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Diagnostic technique for type of oscillations of working blades of axial turbomachine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5819395B2 (en) | Determination of fan parameters by pressure monitoring | |
| Lei et al. | Fault diagnosis of rotating machinery using an improved HHT based on EEMD and sensitive IMFs | |
| US7698942B2 (en) | Turbine engine stall warning system | |
| Buono et al. | Gerotor pump cavitation monitoring and fault diagnosis using vibration analysis through the employment of auto-regressive-moving-average technique | |
| US10352823B2 (en) | Methods of analysing apparatus | |
| RU2395068C2 (en) | Method of diagnostics of turbo machine impeller | |
| CA2908774C (en) | Systems and methods for monitoring surge conditions | |
| RU2007123540A (en) | METHOD FOR DIAGNOSTIC TECHNICAL CONDITION OF PARTS, UNITS AND DRIVE UNITS OF A GAS TURBINE ENGINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| CN114354112A (en) | Blade multi-order coupling vibration fatigue analysis method | |
| RU2012126489A (en) | METHOD AND SYSTEM FOR DIAGNOSTIC OF COMPRESSORS | |
| RU2402751C1 (en) | Method for diagnostics of kind of aero-elastic vibrations of working blades of axial turbo-machine | |
| RU2076307C1 (en) | Method of diagnostics of self-oscillations of impeller of axial turbomachine | |
| CN103592152B (en) | Determine the acoustic method of model turbine runner bucket import position cavitation | |
| Li et al. | Experimental investigation of aeroelastic instabilities in an aeroengine fan: Using acoustic measurements | |
| RU2451279C1 (en) | Method of diagnosing resonance vibrations in axial turbomachine impeller vanes | |
| RU2511773C1 (en) | Method of diagnostics of oscillations of turbomachine impeller | |
| Al-Obaidi et al. | Experimental investigation to utilize Low-cost sensors of early cavitation prediction in axial pump based on acoustic and vibration approaches | |
| RU2296970C2 (en) | Method for diagnosing self-excited vibrations of working wheel of turbo-machine (variants) | |
| CN120427270B (en) | Method, device and computer-readable storage medium for monitoring aircraft engine condition based on acoustic-vibration fusion | |
| RU2598983C1 (en) | Diagnostic technique for type of oscillations of working blades of axial turbomachine | |
| CN118442307A (en) | Gear pump cavitation degree detection method | |
| Somashekar et al. | Vibration signature analysis of ic engine | |
| US7580802B2 (en) | Method of determining condition of a turbine blade, and utilizing the collected information for estimation of the lifetime of the blade | |
| Pazdrii et al. | Vibroacoustic condition monitoring of the complex rotation system based on multilevel signal processing | |
| RU2246711C1 (en) | Method and device for measuring parameters of flow in compressor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20140623 |