[發明專利]透平機葉片非同期振動監測系統

無效

• 申請號: 89103662.8
• 申請日: 1989-06-02
• 公開（公告）號: CN1039111A
• 公開（公告）日: 1990-01-24
• 發明（設計）人: 弗朗西斯·斯彼德·麥克德里;保羅·弗朗西斯·羅茲利
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G01H11/00
• 分類號: G01H11/00;G01M1/22;G01M13/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 馮賡瑄

本發明一般指對汽輪機運行參數的監測，尤其是對旋轉的透平機葉片的監測。

透平機葉片由于其復雜的設計，經受著與葉片固有頻率相對應的頻率下的振動。每個固有頻率都伴隨一種不同型式振動的具體模式。如沿著透平機旋轉軸的軸線、垂直于透平機旋轉軸軸線等等。為防止葉片相對于其正常位置附近的過大振動，通常在設計中規定：其葉片的結構要使最低模式的頻率落在透平機工作頻率的諧波之間。但是，可能發生相應與這些模式的頻率下的破壞性非同期振動，也就是非整數值（non-integral）的諧波。典型地說，由于小蒸汽流量和高背壓造成汽輪機葉片隨機激勵的結果，或者由于透平機轉子的扭曲應力結果，可能發生透平機的非同期振動。

非同期振動可以導致透平機械結構的破壞，當振動幅值超過某一水平時，葉片中會產生有害的應力，如果不對這種狀態進行檢測或糾正，最終可能使葉片斷裂，而導致代價昂貴的強迫停機。所以需要有一種檢測這種非同期振動的方法，以防止這樣的損壞。

有一種現有技術的檢測透平機葉片振動的方法，它是將應變片附加到透平機葉片上，借助于附加到機器旋轉軸各部位的微型變送器，將傳感器信息傳送到機器外的分析儀器。這種現有技術方法有三個明顯的缺點，第一，由于蒸汽通過透平機葉片會引起侵蝕，應變片的壽命很短;第二，如果對每排中的全部葉片部進行監測，每個葉片上都要設一個應變片，這意味著費用相當高;另外，在機器內，只能裝設有限數量的變送器及傳感器;第三，向應變片連續、可靠地供給功率以及將信號從旋轉的輸子葉輪可靠地傳送到靜止的電子儀器的復雜性，會帶來很大的困難。

為了排除這些問題，現在用于檢測汽輪機葉片振動的裝置采用永久性裝設的接近式非接觸傳感器。在授于Luongo的第4573358號美國專利中揭示了一種這樣的裝置，其中，用多個圍繞著葉片周邊間隔設置的傳感器檢測所選擇的葉片控制器的振動。用這種裝置可以在任何給定時間，對一個葉片進行監測。遺憾的是，在汽輪機內裝設多個這種裝置所需要的多個傳感器時存在著機械結構上的困難，另外，這種裝置沒有將軸的扭振和單個葉片的非同期振動分開。

另一種采用接近式非接觸傳感器的裝置是授于Ellis的美國第4593566號專利，它使用兩個傳感器，沿透平機葉片通道提供輸出信號。這種裝置的缺點在于它的模擬處理回路適應性差，如果要檢測單個葉片振動，則需要三個傳感器，且扭振和單個葉片振動之間無區別。

于是需要有一種壽命長的監測系統，該系統易于裝設，同時監測所有葉片，將扭振與單個葉片的非同期振動分開，采用數字信號處理回路，且以較少的費用測量透平機葉片非同期振動。本發明正滿足了這種透平機葉片非同期振動監測系統的需要。

本發明是指一種透平機葉片非同期振動監測系統。在一個實施例中，該系統包括沿一列透平機葉片周圍最多裝設的兩個傳感器。此系統還包括根據透平機葉片的實際到達傳感器處的時間產生數據的裝置;根據透平機葉片的預期到達傳感器處時間產生數據的裝置及將實際到達時間數據與預期到達時間數據進行比較，以得到透平機葉片偏轉數據的裝置。按葉片偏轉數據實現諧波分析，以確定每一非整數次諧波的振動水平。

本發明就其廣泛的形式在于對一列中構成的無圍帶透平機葉片的振動檢測，它包括：沿透平機葉列圓周向最多裝設兩個傳感器裝置，對上述用于根據透平機葉片的實際到達上述傳感器裝置的時間產生數據的上述傳感器裝置的響應裝置;根據葉片的預期到達上述傳感器裝置時間產生數據的裝置;用于對上述實際到達時間數據與上述預期到達時間數據進行比較，以獲得透平機葉片偏轉數據的裝置，以及用于從上述葉片偏轉數據中提取每一非整數次諧波的振動量的分析裝置。

按照本發明的一個實施例，通過將實際葉片偏轉數據與基準葉片偏轉數據進行比較產生偏差數，然后再對它進行諧波分析，使噪聲影響降低。

根據本發明的另一個實施例，提供了從葉片偏轉數據中提取扭振信息的裝置。

產生實際到達時間數據的裝置可包括一個時鐘和多個鎖存器，該鎖存器敏感于根據葉片通過的事件產生的輸入信號，以閉鎖時鐘的現行時間。響應于透平轉子的位置的一個輔助基準傳感器產生一個信號，輸入到一個輔助鎖存器，該輔助的鎖存器產生一個代表轉子位置的基準信號。

產生預期到達時間數據的裝置能夠以三種方式之一種實施之。預期到達時間可以靠測量透平葉片列旋轉時間來確定，用透平葉片列中的傳感器數將時間分開，并根據列中葉片的位置標記出其結果。另一個實施例包括設置在透平轉子上的時標或捕捉實際到達時間，且將這些實際到達時間取平均值。