[发明专利]一种传感器安装角度连续可调的叶片振动监测试验装置

说明书

本发明公开了一种传感器安装角度连续可调的叶片振动监测试验装置，该叶片振动监测试验装置包括高速电机保护装置、操作平台、叶轮防护罩、传感器支架、激振装置以及应变滑环。采用非接触式叶片振动测量方法，利用叶顶传感器获取叶片的到达时间，通过叶尖定时原理分析叶片的振动信息，不同于以往固定夹角和数量的传感器安装方式，本试验装置传感器的数量及安装角度是连续可调的，安装角度的精度可达0.05°，解决了实际运用中对传感器的数量及分布的限制问题，以及实际运用时个别传感器可能突然失效引起的测量问题，对于高速旋转叶片振动实时监测技术的研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及高速旋转叶片振动测量以及实时监测技术领域，特别是涉及一种非接触式叶片振动测量以及实时监测试验研究的装置。

背景技术

大型旋转机械主要包括航空发动机、烟气轮机、汽轮机、鼓风机等，是航空、舰船、电力、石化、冶金等工业系统广为应用的关键设备。

叶片作为大型旋转机械的核心部件，是设备安全运行和提高效率的重要保障。叶片的旋转尤为重要，它的健康状况直接决定着机组的高效、安全、稳定运转。由于叶片实际运行状态的复杂性，为了确保叶片工作过程中的安全，必须采用实时监测手段，才能更及时有效地避免叶片故障的发生。因此研究一种实用的叶片振动实时监测方法是非常重要的，使得叶片振动性能测试过程中能辨识出所有叶片振动参数；叶片工作时能在线监测并分析所有叶片的振动状况，提前预警，最大限度地保证旋转设备安全工作。因此，旋转叶片振动在线监测技术对整个国民经济及国防事业的发展都有着重大意义。

目前在叶片振动试验研究方面，国内外的一些公司与研究机构做了较多工作，而且取得了很好的研究效果。最早从上世纪30年代开始，美国WESTHOUSE公司对旋转叶片振动进行了在线测量。方法是将一角锥棱镜固定在叶片顶部附近，通过一束光照射到叶片顶部的角锥棱镜上并由原路返回照射到荧光屏上进行分析观察或照相，从而得到叶片振动信息。1964年左右，出现了频率调制法，该方法是在叶片顶部的端面装进一个直径约几毫米的小磁体，同时在叶片顶端的机匣上安装形如方波的金属线圈，根据电磁感应原理，当叶片在金属线圈下面通过时，线圈周围就会产生电动势，根据调制后电动势信号频率的变化可以获得叶片振动频率、幅值等参数，由于该方法的复杂性、检测叶片数目少，从而限制了该方法的应用，因此实践中没有得到广泛的推广。1965年R.L.Powell和K.A.Stetson将全息干涉测量技术应用于叶片振动测试，该方法由于仅适合在试验室进行，且需要利用其他方法得到叶片的固有频率，只能提供叶片振动频率和幅值信息等缺陷而没有推广使用。20世纪60年代末70年代初期英国的K.W.Kulczyk提出了基于激光多普勒法的叶片振动测量技术，它是根据发生振动的旋转叶片顶部端面反射过来后光束会发生多普勒频移，通过多普勒频移辨识叶片振动的参数。1968年前后，前苏联的科研人员发现了基于间断相位法的非接触式测量方法，该方法能一次测出全部叶片之间的完整应力状况图，为叶片振动监测发展出全新的突破。20世纪90年代，Westinghouse研发出了利用两个探头进行叶片振动测试的方法，它能测量出叶尖的扭转，还能分析出叶片的破坏程度，从而提出维修方法。同时，美国的EPRI Liberty技术中心开发研制出了基于声发射探头的STARS(Steam TurbineAcousticResponse System)非接触测量叶片振动系统，它的基本原理是根据从叶片反射回来的声音信号发生多普勒效应而获取叶片的振动信息，从而对叶片进行实时监测。后来，在间断相位测量技术和脉冲调制技术的基础上发展起来了叶尖定时法，它的原理是在叶片顶部的机壳上安装传感器，可根据叶轮的速率和叶片在叶轮上的位置求得每个叶片经过传感器下方的理论时间，电机实际速率可以通过键相传感器(叶根同步传感器)测得，而当叶片处于振动状态时，叶片经过传感器的时间会超前或者延迟，根据不同传感器的测量原理编写不同的处理算法，通过不同的处理算法对测得的时间序列进行分析处理，即可获得叶片的振动信息。