УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ БАНДАЖИРОВАННЫХ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН ДИСКРЕТНО-ФАЗОВЫМ МЕТОДОМ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности - к устройствам контроля вибрации бандажированных лопаток турбомашин, и может найти применение при проектировании систем контроля вибрации лопаток дискретно-фазовым методом.
Известно устройство, реализующее дискретно-фазовый метод (ДФМ) контроля колебаний лопаток турбомашин, в котором периферийный датчик выполнен в виде комбинации оптического и вихретокового преобразователей, размещенных конструктивно в одном цилиндрическом корпусе [Данилин, А.И. Первичный преобразователь для реализации оптоэлектронного дискретно-фазового метода измерения деформаций лопаток турбомашин / А.И.Данилин, В.А.Медников, А.Ж.Чернявский, А.С.Капустин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2003. - т.5, №2 - С.388-395]. Совместное использование вихретокового преобразователя и оптоэлектронного преобразователя позволяет получать более стабильное положение импульса, контролировать вибрацию любых лопаток, в том числе выполненных из синтетических материалов. Однако оптический канал датчика данного устройства подвержен действию элементов рабочих сред турбомашин - тумана, бомбардировки каплями жидкости и иных частиц, в ряде случаев существенно затрудняющих или делающих невозможным применение такого датчика.
Известно также устройство для контроля вибрации лопаток турбомашин, состоящее из размещаемого/размещаемых в плоскости вращения лопаточного колеса над лопатками импульсного периферийного датчика/датчиков, оборотного и корневого датчиков, соединенных с электронным блоком обработки сигналов датчиков [Заблоцкий, И.Е. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин / И.Е.Заболоцкий и др. - М.: Машиностроение, 1977. - С.24-25, С.98]. На диске колеса турбомашины или любом другом диске, смонтированном на одном валу с колесом, монтируется оборотный маркер, например штырек, напротив которого устанавливается оборотный датчик. На диске колеса турбомашины монтируют корневые маркеры с угловым шагом между ними, равным шагу лопаток. В качестве датчиков применяются датчики индукционного либо емкостного типа. При вращении ротора турбомашины торцы лопаток лопаточного колеса проходят рядом с периферийным датчиком/датчиками, формируя в них нелинейный двуполярный импульсный сигнал. Оборотный датчик взаимодействует со своим маркером и вырабатывает импульсный сигнал, частота следования которого соответствует частоте вращения вала турбомашины. Корневой датчик взаимодействует с корневыми маркерами, вырабатывая при каждом взаимодействии импульсный сигнал. Импульсные сигналы с датчиков поступает в электронный блок обработки сигналов датчиков, где осуществляется многократное ограничение и усиление амплитуды с целью выделения перехода импульсного сигнала через ноль, после чего сигналы поступают через управляемые блоки горизонтально и вертикальной разверток и модулятор на электронно-лучевой индикатор. Данное устройство позволяет контролировать колебания свободных лопаток, однако оно неспособно осуществлять контроль лопаток, торцы которых снабжены бандажными полками.
Наиболее близким к заявляемому является устройство контроля амплитуды колебаний бандажированных лопаток дискретно-фазовым методом, содержащее периферийный, корневой и оборотный индукционные датчики, связанные с регистрирующим и анализирующим блоками; сердечники периферийных датчиков выполнены из ферромагнитного ненамагниченного материала и имеют форму вытянутого прямоугольника; возбудители периферийного датчика размещены на бандажных полках и выполнены в виде постоянного магнита в немагнитном корпусе [Патент РФ №2063519 Боришанский К.Н., Григорьев Б.Е., Григорьев С.Ю., Кондаков А.Ю., Наумов А.В., Тихомиров Ю.П.]. Постоянные магниты возбудителя периферийного датчика устанавливаются в стальную бандажную полку, при этом для уменьшения магнитного поля рассеяния они отделяются от материала полки колпачком из немагнитного материала, например из титана. Данное устройство принято за прототип.
Постоянные магниты при вращении ротора турбомашины проходят над сердечником периферийного датчика и формируют в его обмотке импульсный сигнал. Кроме возможности контроля колебаний бандажированных лопаток данное устройство обеспечивает также контроль аксиальных колебаний. Для одновременного контроля аксиальной и тангенциальной составляющей колебаний лопатки периферийный датчик может устанавливаться на корпусе турбомашины таким образом, чтобы угол между минимальной осью инерции его сердечника и осью турбомашины был в диапазоне от 30 до 60°. При этом аксиальное смещение лопаток и, соответственно, бандажных полок не приводит к выходу траектории движения магнита за пределы сердечника индукционного датчика.
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, является уменьшенное поле возбудителя периферийного датчика, обратноквадратичная зависимость амплитуды сигнала от зазора между возбудителем и сердечником датчика, несимметричность биполярного сигнала и зависимость его формы от частоты вращения турбомашины.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью - повышение стабильности моментов формирования импульсов.
Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве контроля амплитуды колебаний бандажированных рабочих лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом, содержащем периферийный, корневой, оборотный датчики, связанные с регистрационным и анализирующим блоками, и возбудители периферийного датчика, размещенные на бандажных полках, согласно полезной модели каждый возбудитель выполнен в виде линейного выступа или паза на внешней поверхности бандажной полки, а периферийный датчик выполнен в виде индуктивного фазогенераторного датчика.
Техническая суть предлагаемого устройства поясняется фигурами 1, 2 и 3. На фиг.1 представлены бандажная полка с возбудителем в виде паза; на фиг.2 - вид на паз возбудителя; на фиг.3 - взаимное положение индуктивного фазогенераторного датчика и вращающейся лопатки с бандажной полкой и возбудителем в виде паза. Ввиду того, что взаимное положение периферийного, корневого, оборотного датчиков и элементов турбомашины, а также характер связей датчиков с регистрирующим и анализирующим блоками предлагаемого устройства соответствуют свойствам прототипа, то данные элементы и связи для упрощения не показаны. На фигурах обозначено: 1 - бандажная полка, 2 - лопатка, 3 - возбудитель, 4 - индуктивный фазогенераторный датчик. Периферийный датчик предлагаемого устройства выполнен в виде индуктивного фазогенераторного датчика. Возбудитель 3 выполнен в виде линейного паза, например фрезерованием, на внешней поверхности полки 1. Ширина паза возбудителя 3 определяется диаметром датчика - она должна быть не менее диаметра его активной зоны; длина паза - от 2 до 2,5 диаметра активной зоны датчика; глубина определяется параметрами расстояния срабатывания индуктивного фазогенераторного датчика 4 и может иметь значение от 2 до 3 мм. Этот параметр подлежит уточнению в каждом конкретном случае применения. Угол между минимальной осью инерции паза возбудителя 3 и осью турбомашины задается исходя из тех же соображений, что и при выборе угла между минимальной осью инерции периферийного датчика и осью турбомашины устройства, взятого за прототип. С учетом того фактора, что изменить этот угол у предлагаемого устройства в последующем не представляется возможным, он должен быть в пределах от 30 до 60°.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. При вращении турбомашины возбудитель 3, размещенный на каждой бандажной полке 1, проходит под индуктивным фазогенераторным датчиком 4. При вхождении набегающей кромки возбудителя 3 в активную зону датчика 4, он скачкообразно изменяет свое состояние. Длительность фронта перехода выходного сигнала датчика 4 из одного состояния в другое может составлять 10÷15 нс и меньше. Пока возбудитель 3 находится под датчиком 4 в пределах его активной зоны, сигнал на выходе датчика 4 не изменяется. При дальнейшем движении возбудитель 3 в некоторый момент времени покидает активную зону датчика 4, и выходной сигнал последнего скачкообразно меняет свое состояние. Состояние выхода датчика 4 будет неизменным до подхода следующего возбудителя. Точно так же происходит работа устройства при приближении к датчику 4 следующего по ходу возбудителя 3. Сигнал, формируемый на выходе фазогенераторного датчика 4, имеет короткий фронт, его уровень не зависит от зазора (в пределах рабочих параметров датчика) и может быть использован непосредственно для обработки.
Таким образом, предлагаемое устройство лишено недостатков прототипа, что подтверждает достижение технического результата и решение поставленной задачи полезной модели.
Анализ научно-технической и патентной литературы не выявил в известных технических решениях заявляемой совокупности существенных признаков и полезная модель явным образом не следует из уровня техники, что позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство контроля амплитуды колебаний бандажированных рабочих лопаток турбомашин имеет уровень полезной модели.