[发明专利]振动监测系统中消除传感器漂移的方法

说明书

本发明涉及一种在涡轮机中对一排或多排旋转叶片，进行叶片振动监测和判断的改进方法。

高速涡轮机，如蒸汽轮机或燃气轮机，通常都包含多个沿轴向排列的叶片排，这些叶片排的沿轴向流过涡轮机的高压流体形成的压力作用下旋转。由于叶片的造形复杂，叶片的自然机械共振频率可能与某种叶片转速和由此产生的转动谐波相吻合或被其所激励。因此需要花费精力设计涡轮叶片，使它们在正常运转速度与涡轮机转速的临界谐振波处不会产生共振。否则，由旋转速度激发的叶片共振可产生应力，使叶片断裂引起严重破坏，并导致停机进行大规模的检修。为了防止出现上述问题，在涡轮机运行之前，需要进行详细的试验以确保叶片在正常运行时不会产生共振。

在机器运行中同样也需要对转动的叶片进行监测，以便探明涡轮机投入使用后逐渐显露出的振动问题。在运行中进行判断的必要性，部分是由于在投入使用前所进行的估算不可能将叶片置于与正常运行时所经受的同样温度、压力和转动条件中，对叶片的振动进行连续监测也是同样重要的，以便能够检测出那些新出现的，表明结构变化的振动。如果未能测出任何这种振动，裂痕的发展有可能导致严重损害并花费很多时间停机检修。

尽管以前的非运行估算方法已成功地消除了许多严重的振动问题，但是在运行中检测的系统设计，尚不能提供能防止出现上述问题而必须的全面可靠监测。某些有限的，能够监测运行过程中叶片振动情况的系统使用的是多个永久固定的非接触传感器。这些传感器径向分布在转动叶片周围，以监测每个叶片尖部相对于它们正常位置的振动。Luongo在美国专利第4573358号中公布了一种典型设计，该系统与其它那些能将振动信号输入分析仪器的系统都有某些限制，影响了它们在不中止运行条件下，对稳速运转或者以同步速率运行的涡轮机进行监测的适应性。这些系统中，没有一个被认为是适合于对涡轮机中多个稳定或同步速率运行的叶片，进行连续监测并能迅速测出新的结构缺陷，在发生重大损坏前使机器停止运转。通常见到的不一致现象，例如出现在永久固定的传感器系统中的静态效应，将致使从叶片位移数据重建的振动波形产生畸变。先有技术中对位移引入补偿因子的办法基本上只是一次性纠正的办法，并不适于监测稳速或以同步速率运行的涡轮机。Luongo分开的校正传感器漂移的技术是在低速运转中得到的数据，该数据取自两个已知的叶片谐振频率之间，便于在那些据悉无振动的频率上，检测叶片的位置。低于正常运行速度时取到的校正数据，确定给出了在没有任何叶片振动情况下精确测定传感器位置的方法。但若为得到这个数据而改变运行中涡轮机的转速通常是不可能或至少不方便。这种强制性在发电厂中表现为，必须使涡轮机同步速率运行以保持稳定的输电频率。另外，在低于运行速率时得到的校正数据无法将测量速度与运行速度之间的动态效应差考虑进去。例如，一旦涡轮机进入正常运行速率，热膨胀和向心力会进一步改变传感器的一致性。在运行的涡轮机上应用该方法也无法对由传感器位移产生的重大错误进行连续校正。在缺少一种能对传感器的不一致性进行静态和动态校正的改进技术时，当传感器位置移动后，通过连续监测得到的数据便趋于畸变。因此，可以认为连续校正技术对进一步减少传感器位移影响是必要的，这种位移效果导致信号分析中出现不希望的噪声。改进的校正技术应允许在不中断设备正常工作状态下，能有效地监测叶片尖部的振动。

本发明的首要目的在于给出一种能监测并分析叶片振动的改进方法。

因此，考虑到这个目的，本发明的最佳实施方案在权利要求1中所重述的监测叶片振动方法中给出。

本发明最佳实施方案将通过举例，参照附图进行描述，其中：

图1是一个简化的，包括4个传感器和一组6个叶片的涡轮机轴向示意图。

图2表示测出的，对应于叶片B₁到达传感器S₁的时间间隔。

图3表示测出的对应于叶片B₂到达传感器S₁的时间间隔。

图4表示测出的相对叶片B₁到达传感器S₂的时间间隔。

图5给出一种叶片尖部振动位移数据的理想时间序列，如果传感器位置没有移动或者没出现不一致现象时，该序列可直接测量到。

图6表示在叶片尖部振动位移数据的时间序列上出现的传感器位移效应。

图7表示通过计算叶片到达四个传感器中每一传感器时的平均到达时间而得到的校正位移数据。

本发明方法将举例描述并给出对蒸汽轮机进行振动监测的特例。但本发法通常也用于对装有叶片的涡轮机进行监测的那些系统。