[发明专利]一种基于叶尖定时技术高精度的旋转叶片振动测量方法

说明书

本发明提供了一种基于叶尖定时技术高精度的旋转叶片振动测量方法，属于旋转机械无键相叶片振动监测技术领域。该方法考虑转速波动引起的测量误差，有效的提高了叶片振动的测量精度。主要包括以下步骤：首先，在叶片转子低速运行的条件下，对叶片的相位角进行标定；然后，在实验台上进行叶片振动测量实验，将测量的数据按叶片数进行分组。取部分数据重复第一步，识别定时传感器测量的叶片位置的顺序，利用最小二乘法二次项拟合实测的定时数据得到叶尖到达传感器的理论时间，从而进一步计算叶片的振动；最后，对叶片振动的计算结果进行后处理，包括同步振动参数识别和频谱分析。通过与传统键相法的计算结果进行对比，本发明的计算结果的精度更高。

技术领域

本发明属于旋转机械叶片振动测量技术领域，特别是基于叶尖定时技术的高精度的叶片振动测量方法。

背景技术

高速旋转叶片在工作时，由于气流分布不均匀、不稳定及转子不平衡的离心力等会使叶片发生振动。叶片的振动会导致高周疲劳(HCF)，HCF可能导致叶片失效，最终降低叶片的耐久性和寿命，甚至产生严重的后果。因此，旋转叶片的振动测量对航空发动机、电站发电机组及各种压气机的安全运行至关重要。为了提高旋转叶片振动测量系统，适应高转速、高精度、全面监测的要求，叶尖定时技术被广泛研究。

叶尖定时测振技术通常应用于高速旋转叶片振动的测量且测量精度要求较高。在实际测量过程中不可避免的会受到各种因素的干扰引起的测量结果误差，例如数采系统低分辨率引起的测量误差、传感器振动引起的测量误差和转速波动引起的测量误差等。常用的叶片振动测量方法主要包括单键相法(键相法和虚拟键相法)和角基准法。单键相法转子旋转一圈可以获得一个参考信号，根据参考信号计算每一圈的转速和叶尖到达定时传感器的理论时间。单键相法认为相邻参考信号之间的转速是不变，但旋转叶片在实际运行过程中，转速是一直发生变化的。角基准法转子旋转一圈可以获得多个参考信号，根据参考信号可以计算叶尖扫过定时传感器的瞬时速度和叶尖到达定时传感器的理想时间。角基准法可以精确感受转速的变化，测量精度较高。传统的单键相法测量叶片振动，忽略了每一圈内转速的变化，导致叶片振动测量误差。另外，角基准法由于键相标记安装问题，无法应用于实际叶片振动测量领域中。因此，研究高精度叶片振动测量方法具有重要意义。

发明内容

本发明针对传统的叶片振动测量中由于转速波动引起的测量误差，提出一种基于叶尖定时技术高精度叶片振动测量方法。该方法不需要参考信号，兼顾叶片振动测量的精度和叶片振动测量的速率，认为每一圈转速线性变化，利用最小二乘法二次项拟合实测的每一圈叶尖定时信号得到叶尖到达定时传感器的理论时间。本发明对叶片振动的测量方法进行了改进，不需要安装键相传感器，同时，也提高叶片振动的测量精度。

本发明的技术方案：

一种基于叶尖定时技术高精度的旋转叶片振动测量方法，步骤如下：

第一步：叶片转子低速运行，根据定时传感器实测的叶尖到达时间标定叶片的理论相位角α_i，其中i为叶片编号，j为定时传感器编号；

叶片转子在低速运行的条件下，叶片受到的载荷较小，此时，叶尖无振动或振动很小；根据单个定时传感器实测的叶尖到达时间标定相邻叶片之间的夹角：

选取参考叶片，以参考叶片为基准，标定每个叶片在转子上安装的相位角：

α_i+1＝α_i+Δα_(i+1,i) (2)

通过对比叶片相位角的标定结果和叶片实际安装的相位角，确定对应叶片的具体位置，用于叶片振动监测过程中故障叶片位置的确定；同时，叶片相位角的标定结果对于叶片振动测量有着重要的作用；

第二步：进行基于叶尖定时的叶片振动测量，对每个定时传感器实测的叶尖到达时间按叶片数进行分组取部分定时数据重复第一步的过程，与第一步的标定结果进行比较，识别传感器测量的叶片位置的顺序；