Vibrodiagnostic system for measurement of dynamic parameters of mechanical components under rotation

0084165 - ÚT 2008 US eng A - Abstrakt
Vaněk, František - Pešek, Luděk - Procházka, Pavel - Cibulka, Jan - Vaněk, Petr
Vibrodiagnostic system for measurement of dynamic parameters of mechanical components under rotation.
[Vibrodiagnostické systémy pro měření dynamických parametrů součástí kmitajících za rotace.]
McMAT 2007, ASME Conference. Austin: University of Texas, Austin, 2007. s. 1-1.
[McMAT 2007. 03.06.2007-07.06.2007, Austin]
Grant CEP: GA ČR GA101/05/2669
Výzkumný záměr: CEZ:AV0Z20760514
Klíčová slova: vibrodiagnostic system * turbine * tip timing method
Kód oboru RIV: BI - Akustika a kmity

Mechatronic laboratory of our Institute deals with development of diagnostic systems of machines and mechanical components under service. There are two main applications: - in energetics, for measurement of dynamic parameters, i.e. amplitude, frequency and phase of harmonic components of vibrating blades, in all range of service regimes including extreme states such as short circuit or sudden unloading of the machine. Frequency range of measurement covers rpm frequency and its multiples a temperature range is up to 200°C. - in transportation, for measurement of wheel vibration at higher speed and in bow. The systems are aimed either at measurement of straining and acceleration (radiotelemetric system) or displacement (kinematic system). The radiotelemetric system has been handed over to technical practice and is use in both applications. Kinematic system is in development aimed at evaluation of torsion and flexural vibration of rotating shafts and blades. Flexural vibration of shaft then can be displayed for each harmonic component of forced vibration directly in the measurement place of bladed row. Till now two types of displacement sensors were designed. The first magneto-resistive has been already three year in service on a steam turbine 210MW. The other inductance (up to 250°C) is tested in laboratory. Evaluation of measurement is performed by discrete Fourier analysis using knowledge of modal characteristics of bladed wheel. Advantage of both systems will be simultaneous measurement of straining and displacement of the blades and evaluation of transfer function between them. It enables to use a kinematic system for long-term measurement of blades with lifetime evaluation. The contribution will deal with description of mentioned vibrodiagnostic systems and calibration process by strain-displacement transfer function. The results of vibrodiagnostic systems will be presented on flexural vibration of bladed disk with 47 blades of steam turbine 210MW during year 2006. Dependence of the blade vibration on backpressure will be discussed.

Mechatronická laboratoř Ústavu termomechaniky AV ČR se zabývá vývojem diagnostických systémů strojů a strojních konstrukcí za provozu. Potřeba byla vyvolána ve dvou oblastech: a) v energetice, ke sledování dynamických parametrů tj. amplitud, frekvencí, fází harmonických složek lopatek kmitajících za provozu v celém rozsahu provozních režimů, včetně obou extrémních - zkrat a náhlé odlehčení stroje, v celém rozsahu frekvencí měřitelných kmitů, včetně frekvence rotace a jejich násobků a v rozsahu provozních teplot do 200°C; b) v dopravě, lze sledování kmitů kol železničních dvojkolí při vyšších jízdních rychlostech a při průjezdu zatáčkou. Po metodické stránce jde o metody zaměřené na sledování: namáhání s(t) a zrychlení a(t) (tenzometricky radiotelemetrických systémem); výchylek v(t) (kinematickým systémem). Radiotelemetrický systém byl již předán do technické praxe a je využíván v obou uvedených oblastech. Kinematický systém je ve vývoji zaměřeném na vyhodnocení a rozlišení torzních a ohybových kmitů hřídele a lopatek. Ohybové kmity zobrazit eliptickými orbity pro každou harmonickou složku vynuceného kmitu v místě měřené lopatkové řady. Prozatím byly navrženy dva typy senzorů výchylek, první magnetorezistivní je již tři roky testován v provozu napraní turbině 210MW. Druhý induktanční (250°) je zatím testován laboratorně. Vyhodnocení provozních měření se provádí pomocí diskrétní FFT analýzy s ohledem na výsledky získané z modální analýzy kmitání kola za klidu a na výpočet frekvenčně - modálních vlastností oběžného kola metodou MKP. Výhodou obou systémů v budoucnu bude možnost simultánní měření funkcí namáhání a posuvů a vyhodnocení přenosové funkce mezi nimi; ta umožní nasazení kinematického systému k věrohodným měřením v dlouhodobém provozu. Příspěvek se bude zabývat popisem zmíněných vibrodiagnostických systémů a kalibrace pomocí přenosové funkce mezi přetvořením a posuvy. Výsledky budou prezentovány pro ohybové kmitání olopatkovaného kola s 47 lopatkami parní turbíny 210MW získané v průběhu roku 2006. Závislost vibrací lopatek na protitlaku vakua bude diskutována.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0147155