[发明专利]恒速下高速旋转叶片同步振动参数检测方法

说明书

技术领域

本发明是关于旋转机械叶片振动的检测方法，更具体地说，本发明是关于基于叶尖定时原理恒速条件下多传感器任意分布的高速旋转叶片同步振动参数检测方法。

背景技术

叶尖定时测振技术在旋转机械实时监测及故障诊断领域中占有重要地位，特别是航空发动机、电站发电机、烟气轮机等旋转机械的叶片振动在线监测应用中，对叶尖定时测振技术提出了更高的要求，促使其向高精度、全面参数检测方向发展。叶尖定时测振技术是一种非接触检测方法，其基本原理是将叶尖定时传感器安装在旋转机械相对静止的壳体上，利用传感器测量叶片通过时产生的脉冲信号来记录叶片到来的时间，叶片到达时间t随着叶片的振动而变化，通过一定算法对时间序列{t}进行处理即可辨识出叶片振动信息。由于叶尖定时测振技术属于一种严重欠采样方法，辨识叶片振动信息相对困难。针对叶片异步振动已提出并研究了差频法、三均布、五均布、延时采样等多种检测方法。叶片同步振动频率与转速成整数倍关系，从而增加了同步振动信息辨识难度，目前已被研究的同步振动检测方法主要有速矢端迹法、双参数法、二等夹角法等等。以上同步振动检测方法需要以旋转机械匀变速运行为前提条件，具有一定的局限性。实际中旋转机械正常运行时为恒速运行，为满足实时在线监测的需要，有待研究一种恒速下叶片同步振动检测方法。

发明内容

为克服现有技术的前述不足，解决恒速下高速旋转叶片同步振动参数检测以匀变速运行为前提条件的局限性，本发明的目的是提供一种恒速下高速旋转叶片同步振动参数检测方法，满足实时在线监测的需要。

本发明采用的技术方案是，恒速下高速旋转叶片同步振动参数检测方法，包括下列步骤：

基于叶尖定时测振原理，将叶尖定时传感器检测到的某一叶片同步振动位移y_i表示为：

y_i＝Asin(N_eα_i+φ₀)+C    (i＝0、1、2…)            (1)

i表示不同叶尖定时传感器编号，α_i为不同叶尖定时传感器相对0号叶尖定时传感器的安装夹角，编号为0的叶尖定时传感器安装夹角α₀＝0，φ₀为0号叶尖定时传感器测得叶片的振动相位，A为叶片同步振动幅值，C为振动常偏量；

选取包含叶片实际共振倍频N_e的一段倍频遍历范围，把叶尖定时传感器实际安装夹角α_i和所选倍频N_ej代入公式(1)，构成超定方程组，由最小二乘方法解出不同倍频对应多传感器理论测得的振动位移；

将计算出的振动位移与实际测量的振动位移进行比较，求得两者间误差的方和根，倍频遍历过程中使得前述误差方和根取最小值的倍频N_ek为叶片实际振动的倍频值，即N_e＝N_ek，从而叶片固有频率f_n＝N_e·f_r0，f_r0为恒速下频率平均值。

在叶片转子恒速运行条件下，将叶尖定时传感器和转速同步传感器测得信号经过处理模块和采集模块提取所有叶片通过同步共振区时的振动信息，再在计算机中采用处理算法处理后得到测量结果。

所述的传感器间安装夹角αi是，通过传感器分布优化方法，根据同步振动预期辨识效果的评价函数确定叶尖定时多传感器的分布方案，即采用安装角的平均值E(Ne)和标准差D(Ne)两个评价函数对安装方案进行评估，确定传感器安装夹角和数量。

所述的倍频遍历是选取一段振动倍频值，计算出每一倍频值下的各传感器理论测得振动位移值，与各传感器实际测量的振动位移值相比较，最相近的结果所对应的倍频值即为实际振动的倍频值。

本发明提供的可以带来如下效果：

本发明采用叶尖定时传感器分布设置及倍频遍历过程的方法，因而不需要匀变速运动等测量前提条件，简化了测量过程，满足实时在线监测的需要。

采取叶尖定时传感器安装夹角的平均值E(Ne)和标准差D(Ne)两个评价函数对测量方案进行评估，使得测量结果更为准确。

附图说明

图1示出本发明的同步振动检测方法系统框图。

图2示出本发明的同步振动预期辨识效果的评价函数图。

图3示出本发明的实施例中某传感器测得的叶片振动位移和转速曲线图。

图4示出本发明的实施例中叶片所有传感器获得的叶片振动位移图。