Глава 4

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА

Дискретно-фазовый метод измерения колебаний лопаток рабо­ чих колес осевых компрессоров и турбин основан на измерении временных интервалов между импульсами от датчиков, располо­ женных на неподвижных частях турбомашины и генерирующих эти импульсы в момент прохождения мимо тех или иных элемен­ тов рабочего колеса.

Задача измерительной (вторичной) аппаратуры ДФМ заклю­ чается в том, чтобы из последовательности этих временных интер­ валов выделить информацию о вибрационной картине лопаток рабочего колеса.

Логическая и электронная схемы прибора выбираются в зави­ симости от его назначения. Так, например, в наиболее распрост­ раненном из приборов — приборе ЭЛУРА для накопления инфор­ мации используется экран электронно-лучевой трубки, на кото­ ром можно видеть вибрации одновременно всех лопаток колеса.

В сигнализаторе колебаний лопаток ЦИКЛ используется схе­ ма совпадения, позволяющая получать сигнал о превышении хотя бы одной из лопаток рабочего колеса заданного уровня амплиту­ ды колебаний. Информация, выделяемая этим прибором, весьма ограничена, однако сам прибор значительно проще, компактнее и не требует участия оператора в процессе своей работы.

Еще более скромные функции выполняет индикатор повреж­ денных лопаток. Но зато для его работы необходим лишь один импульсный датчик на периферии рабочего колеса турбомашины и еще более простая электронная схема, чем в приборе ЦИКЛ.

Если же исследователь хочет получить наиболее подробные сведения о поведении лопаток рабочего колеса, для анализа пос­ ледовательности временных интервалов целесообразно использо­ вать ЭВМ. При этом закодированные временные интервалы могут направляться в ЭВМ как непосредственно, так и с использовани­ ем магнитной ленты в качестве промежуточного носителя.

Рассмотрим последовательно устройство основных приборов ДФМ.

4.1. ТРЕБОВАНИЯ К ПРИБОРАМ

Как было показано в предыдущих главах, дискретно-фазовый метод построен на принципе преобразования относительных пере­ мещений элементов ротора турбомашины (в том числе перемеще­

измеряемого перемещения, но и от скорости вращения ротора тур­ бомашины (см. разд. 2.1). Если в процессе измерения временного интервала не вводить автоматической корректировки результата измерения в зависимости от скорости вращения, то одним и тем же перемещениям будут соответствовать различные показания прибора. Это затрудняет оценку измеряемой величины в процессе эксперимента и совершенно недопустимо в тех случаях, когда из­ мерение производится методом годографа (ом. разд. 2.6.1). Поэто­ му приборы, работающие с использованием дискретно-фазового метода, должны измерять не временной интервал т, а величину его произведения на окружную скорость концов лопаток м, или на частоту вращения. В этом случае результаты измерений не будут зависеть от скорости вращения и в определенном масштабе будут соответствовать линейным перемещениям концов лопаток.

Результаты измерения колебаний лопаток и их статических де­ формаций содержат две составляющие: начальное смещение, ко­ торое обычно не интересует исследователя, и перемещение концов лопаток за счет их деформаций.

Начальное смещение зависит от взаимного расположения дат­ чиков. При неудачной установке датчиков оно может оказаться существенно больше перемещения, вызванного деформацией. Если не предусмотреть в измерительном приборе возможности автома­ тического вычитания из результата измерения начального смеще­ ния полностью или частично, точность измерения перемещения, вызванного деформацией, окажется очень низкой, так как эта ве­ личина в результате измерения составит лишь небольшую его долю.

Особенно важно иметь возможность вычитать начальное сме­ щение в случае измерения амплитуды скорости колебаний концов уюпаток. В этом случае величина начального смещения превосхо­ дит переменную составляющую в 1 0 .2 0 раз, поскольку скорость колебаний концов лопаток составляет не более 1 0 % от окружной скорости (см. разд. 2 .2 )

Вычитание начального смещения в приборах ДФМ осуществля­ ется путем введения временной задержки импульса начала отсче­ та временного интервала. Однако для компенсации одной и той же величины начального смещения при различных скоростях вра­

жек (ГЗ) на время от 0 до 0,8 периода их следования. Оконеч­ ным каскадом формирователя является блокинг-генератор, выда­ ющий стандартный отрицательный импульс на запуск триггера ТГ1 генератора строк. Триггер ТГ1 запускает и останавливает генератор пилообразного напряжения строк (ГПС), вход которо­ го соединен с парафазным усилителем (ПУС). Усиленное пило-

Рис. 4.1. Функциональная схема прибора ЭЛУРА-ЗМ

образное напряжение подается на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевых трубок индикаторов БИ1-2 и БИ1-2М.

Для обеспечения постоянства масштаба измерения амплитуд скорость нарастания пилообразного напряжения поддерживается автоматически пропорциональной частоте вращения рабочего коле­ са. Для этого период следования импульсов одного из датчиков преобразуется в пропорциональное ему напряжение. Сигнал этого датчика сразу после усиления (УЧ) запускает триггер ТГ2, рабо­ тающий в счетном режиме. Триггер, в свою очередь, запускает ге­ нератор пилообразного напряжения ГПЧ, на выходе которого нап­ ряжение имеет пилообразный вид со временем нарастания и спа­ да, равным периоду следования импульсов, и амплитудой, пропор­ циональной этому периоду. Это напряжение после выпрямления

(В) подается в качестве управляющего сигнала на сетку заряд­ ной лампы генератора пилообразного напряжения строк (ГПС)

Сигнал датчика, фиксирующего конец измеряемого временного интервала, поступает на вход усилителя-ограничителя УОП, схе­ ма которого аналогична схеме УОК. Усиленный сигнал поступает

на блокинг-генератор (БГ), с выхода которого снимаются поло­ жительные стандартные импульсы-метки на модуляторы элект­ ронно-лучевых трубок индикаторов БИ1-2 и БИ1-2М.

Горизонтальная (оборотная) развертка осуществляется гене­ ратором пилообразного напряжения (ГПО), синхронизируемым импульсами оборотного датчика Д0 после усиления импульсов усилителем У Выход генератора через парафазный усилитель ПУО подключен к горизонтальным отклоняющим пластинам электронно-лучевых трубок индикаторов БИ1-2 и БИ1-2М. Для того, чтобы размер изображения на экране не изменился при из­ менении частоты вращения, скорость нарастания пилообразного напряжения так же, как в генераторе строк, поддерживается пропорциональной частоте вращения рабочего колеса, для чего на зарядную лампу ГПО подается управляющее напряжение с пре­ образователя частоты ПЧ.

Предусмотрена возможность использования прибора в каче­ стве катодного осциллографа для контроля сигналов датчиков или других целей. Для этого с помощью переключателя П2 к вы­ ходу первого каскада усилителя (УОК) подключается вход парафазного усилителя (ПУС) и одновременно снимается анодное напряжение с генератора пилообразного напряжения (ГПС). В этом положении переключателя поступающие на вход усилите­ ля (УОК) сигналы, усиленные в первом каскаде УОК и парафазном усилителе ПУС, можно рассмотреть на экранах индикаторов.

Подробное описание в книге электрических схем отдельных блоков прибора ЭЛУРА-ЗМ вряд ли целесообразно, так как они выполнены на лампах и в дальнейших конструкциях переведены на полупроводниковые элементы.

Временную задержку в приборе ЭЛУРА-ЗМ можно было регу­ лировать только вручную. Этот недостаток устранен при разра­ ботке следующих модификаций прибора ЭЛУРА.

4.4. ПРИБОР ЭЛ УРА-5

Прибор ЭЛУРА-5 состоит из портативного полупроводниково­ го электронного осциллографа С1-49 и приставки, выполненной целиком на полупроводниковых элементах. При компоновке при­ бора учитывалось, что приборы типа ЭЛУРА содержат все блоки электронного осциллографа. Поэтому при создании нового прибо­ ра достаточно иметь автономную приставку, включающую блоки усиления и формирования импульсов, блоки автоматических обо­ ротной и строчной разверток и автоматическую временную за­ держку. Такое решение удобно не только с точки зрения создания транспортабельного прибора, оно позволяет также комбинировать блоки при работе. Например, при измерении вынужденных коле­ баний лопаток двумя парами датчиков или для одновременного измерения амплитуд перемещений и скоростей колебаний лопаток для определения их частоты удобно использовать одновременно