[发明专利]透平机叶片非同期振动监测系统

说明书

本发明一般指对汽轮机运行参数的监测，尤其是对旋转的透平机叶片的监测。

透平机叶片由于其复杂的设计，经受着与叶片固有频率相对应的频率下的振动。每个固有频率都伴随一种不同型式振动的具体模式。如沿着透平机旋转轴的轴线、垂直于透平机旋转轴轴线等等。为防止叶片相对于其正常位置附近的过大振动，通常在设计中规定：其叶片的结构要使最低模式的频率落在透平机工作频率的谐波之间。但是，可能发生相应与这些模式的频率下的破坏性非同期振动，也就是非整数值（non-integral）的谐波。典型地说，由于小蒸汽流量和高背压造成汽轮机叶片随机激励的结果，或者由于透平机转子的扭曲应力结果，可能发生透平机的非同期振动。

非同期振动可以导致透平机械结构的破坏，当振动幅值超过某一水平时，叶片中会产生有害的应力，如果不对这种状态进行检测或纠正，最终可能使叶片断裂，而导致代价昂贵的强迫停机。所以需要有一种检测这种非同期振动的方法，以防止这样的损坏。

有一种现有技术的检测透平机叶片振动的方法，它是将应变片附加到透平机叶片上，借助于附加到机器旋转轴各部位的微型变送器，将传感器信息传送到机器外的分析仪器。这种现有技术方法有三个明显的缺点，第一，由于蒸汽通过透平机叶片会引起侵蚀，应变片的寿命很短;第二，如果对每排中的全部叶片部进行监测，每个叶片上都要设一个应变片，这意味着费用相当高;另外，在机器内，只能装设有限数量的变送器及传感器;第三，向应变片连续、可靠地供给功率以及将信号从旋转的输子叶轮可靠地传送到静止的电子仪器的复杂性，会带来很大的困难。

为了排除这些问题，现在用于检测汽轮机叶片振动的装置采用永久性装设的接近式非接触传感器。在授于Luongo的第4573358号美国专利中揭示了一种这样的装置，其中，用多个围绕着叶片周边间隔设置的传感器检测所选择的叶片控制器的振动。用这种装置可以在任何给定时间，对一个叶片进行监测。遗憾的是，在汽轮机内装设多个这种装置所需要的多个传感器时存在着机械结构上的困难，另外，这种装置没有将轴的扭振和单个叶片的非同期振动分开。

另一种采用接近式非接触传感器的装置是授于Ellis的美国第4593566号专利，它使用两个传感器，沿透平机叶片通道提供输出信号。这种装置的缺点在于它的模拟处理回路适应性差，如果要检测单个叶片振动，则需要三个传感器，且扭振和单个叶片振动之间无区别。

于是需要有一种寿命长的监测系统，该系统易于装设，同时监测所有叶片，将扭振与单个叶片的非同期振动分开，采用数字信号处理回路，且以较少的费用测量透平机叶片非同期振动。本发明正满足了这种透平机叶片非同期振动监测系统的需要。

本发明是指一种透平机叶片非同期振动监测系统。在一个实施例中，该系统包括沿一列透平机叶片周围最多装设的两个传感器。此系统还包括根据透平机叶片的实际到达传感器处的时间产生数据的装置;根据透平机叶片的预期到达传感器处时间产生数据的装置及将实际到达时间数据与预期到达时间数据进行比较，以得到透平机叶片偏转数据的装置。按叶片偏转数据实现谐波分析，以确定每一非整数次谐波的振动水平。

本发明就其广泛的形式在于对一列中构成的无围带透平机叶片的振动检测，它包括：沿透平机叶列圆周向最多装设两个传感器装置，对上述用于根据透平机叶片的实际到达上述传感器装置的时间产生数据的上述传感器装置的响应装置;根据叶片的预期到达上述传感器装置时间产生数据的装置;用于对上述实际到达时间数据与上述预期到达时间数据进行比较，以获得透平机叶片偏转数据的装置，以及用于从上述叶片偏转数据中提取每一非整数次谐波的振动量的分析装置。

按照本发明的一个实施例，通过将实际叶片偏转数据与基准叶片偏转数据进行比较产生偏差数，然后再对它进行谐波分析，使噪声影响降低。

根据本发明的另一个实施例，提供了从叶片偏转数据中提取扭振信息的装置。

产生实际到达时间数据的装置可包括一个时钟和多个锁存器，该锁存器敏感于根据叶片通过的事件产生的输入信号，以闭锁时钟的现行时间。响应于透平转子的位置的一个辅助基准传感器产生一个信号，输入到一个辅助锁存器，该辅助的锁存器产生一个代表转子位置的基准信号。

产生预期到达时间数据的装置能够以三种方式之一种实施之。预期到达时间可以靠测量透平叶片列旋转时间来确定，用透平叶片列中的传感器数将时间分开，并根据列中叶片的位置标记出其结果。另一个实施例包括设置在透平转子上的时标或捕捉实际到达时间，且将这些实际到达时间取平均值。