[发明专利]涡轮机叶片振动探测装置

说明书

本发明涉及到一个叶片振动探测装置，该装置用于探测转动机器的旋转叶栅中叶片的振动，特别是用于涡轮机一个或几个叶栅中选定叶片的尖端位移的测量。

轮机或相似的机器，有一个或多个叶栅，每个叶栅具有许多与转轴构件相连的沿径向配置的叶片。一个典型的叶片具有复杂的形状，这将导致多重的振动模式。如果在其中的一个或几个模式中，叶片本身自然谐振与机器额定转速相符，从而发生共振，那么这个叶片的振动范围就有可能使叶片尖端振动超出其正常位置。当这种振动超过一定程度时，叶片中将产生有害的应力。如果这种情况没有被探测出和纠正，这个叶片最终可能发生断裂，导致代价极高的机器被迫停止运转，因此，这个问题应当解决。

为此，叶片在投入现场运行前应进行超振动测试，这样，可以在机器投入在线运行前作出必要的设计上的改动。

对于那些已运行的机器来说，叶片振动的监测极为重要，因为不同压力和温度条件能改变叶片的共振。此外，还存在非共振性振动的可能，已知的如颤振，如果是过度的颤振，也可能产生应力断裂。

一个广泛用来测试叶片超振动的方法是使用各种探测器，象固定在转动叶片上的应变片。探测器的信号通过固定的机器转动轴不同部位的微型变送器传送到机器外部的分析仪。

虽然这种配置提供了高度精确的结果，但由于机器内部可容纳的变送器数目有限，所以这种方法局限于在任何时候，只有叶片的一个特定部分能被测试。因此要测试所有的叶片时，每测试一个新的叶片组，就要求停止机器运转，把探测器固定在相应的位置。变送器甚致就是电池的价钱也异常昂贵，因为它们必须特别地设计，以承受汽轮机内部极为不利的环境。昂贵的设备加上人工费用，使许多电厂经营者不愿使用这种测试方法。

为了避免这样高的费用，另一种测试方法使用永久安装的，非接触的贴近（叶栅）的探测器，以测定叶片尖端的运动。其中许多系统用于确定被测叶片的位置，它们通过一个参考点来观测叶片是否偏离了原定的已知安装位置。另一些系统则在叶片转动过程中，测定两叶片间的距离是否在一些部位有改变。

本发明的装置是一种使用多元非接触式探测器的装置，并且在探测器失调的情况下，可以加以校准。这种校准连同一个新颖的探测装置使我们获得一个高度可靠的极为精密的系统，并可得到准确的结果。

根据本发明，在一台转动机器中，测定转动叶栅中一个叶片振动的探测装置，包括：安置在上述叶栅周围的多元探测器，每一个探测器提供有关叶片间距的输出信号;信号处理线路，它响应所述探测器的输出信号，并提供对应的探测器脉冲信号;选择要监测的特定叶片的设备;依次对所有上述选定叶片在通过相应探测器时产生的脉冲信号进行组合的线路，它能导出一个被调制为上述选定叶片的振动函数的脉冲序列信号;还有包括调频（FM）检测器的检测线路，用以使上述脉冲序列信号解调，从而得到一个叶片振动的指示信号。

为方便起见，汽轮机叶栅中单个叶片的监测，包括等距分布在叶栅外围的多元探测器。每个探测器在一个叶片经过时，将提供一个输出信号。信号处理线路将每个探测器的输出信号转换为对应的窄脉冲信号。操作员将要进行监测的叶片送入一个叶片选择电路，同时提供一个装置，它可以在叶栅转动过程中，将选定的叶片经过每个探测器时产生的所有探测脉冲信号进行组合。组合输出是被调制为叶片振动函数的脉冲序列信号，在无任何叶片振动时，脉冲是均匀分布的，脉冲序列信号被频率解调，这种解调的结果，可用来确定叶片的振动。

现就以实例参照附图对本发明进行描述：

图1是一个涡轮机叶栅的简化轴向视图，标明了各种探测器所在的位置;

图2是图1中一部分的侧视图，它标明了各个探测器的部位;

图3是本发明的一个具体实例的方框图;

图4是更详细地说明图3各部分的方框图;

图5A至5D，可以帮助理解图4电路的工作情况;

图6A说明在没有任何叶片振动条件下，叶栅旋转一圈，探测器的输出信号。图6b指示出有两个探测器失调条件下，探测器的各个输出;

图7是指示探测器输出信号处理电路的方框图;

图8A至8B是图7中一部分工作时的波形图;

图9是进一步说明图3中探测电路的方框图;

图10A和10B显示出可以在图9电路中见到的可能波形;

图11是图3应用设备的一种图形;

图12是本发明的另一种实例;