[发明专利]基于叶尖计时的燃气轮机旋转叶片振动测量试验台及方法

说明书

本发明公开了一种基于叶尖计时的燃气轮机旋转叶片振动测量试验台及方法，属于叶片振动测量技术领域。试验台包括固定于底座上的第一安装座、传感器支撑座、第二安装座和电机支撑座；主轴经传感器支撑座，两端分别通过轴承安装于第一安装座和第二安装座上；位于主轴上方的传感器支撑座为向下弯曲的拱形结构，其上安装有气激喷嘴和至少一个叶尖计时传感器；主轴通过联轴器与转矩转速传感器的一端传动相连，转矩转速传感器的另一端与安装于电机支撑座上的电机传动相连。本发明可以在不同转速下监测燃气轮机各个旋转叶片的振动，给燃气轮机旋转叶片振动监测提供了一种新的解决方案。

技术领域

本发明属于叶片振动测量技术领域，特别地涉及一种基于叶尖计时的燃气轮机旋转叶片振动测量试验台及方法。

背景技术

燃气轮机被誉为高端制造业皇冠上的明珠，具有质量轻、体积小、功率大、启动快、污染小、热效率高、经济性好等优点，广泛应用于发电、天然气管线输送、石油化工、舰船动力和分布式供能系统等各个领域。叶片是燃气轮机的核心部件之一。据统计，燃气轮机叶片事故占燃气轮机事故的40％以上。叶片故障案例中有60％-80％是由振动疲劳失效引起的断裂。对叶片振动进行监测是保障叶片可靠安全工作，保障燃气轮机机组安全稳定运行的基础。

传统方法一般使用加速度传感器对燃气轮机叶片振动进行测量，加速度传感器虽然具有成本低、测试方便等许多优势，但由于其需要粘贴到被测对象的表面，不适用于工业现场的高温高压环境；同时由于加速度传感器的附加质量和刚度的影响，也会影响叶片振动测试的精度；此外，使用加速度传感器还需要配套的滑环遥测系统，价格高昂，安装不便。因而，有必要继续研究燃气轮机叶片的新型振动测试技术，并综合考虑测试效率、测试精度等方面的影响。

叶尖计时法是一种有效监测旋转叶片振动信息的非接触式测量方法。叶尖计时法利用数个叶尖传感器沿圆周方向安置在叶轮壳体上，采集叶片经过传感器时的脉冲信号，获取叶片叶尖实际到达时间与理论到达时间相对时间差，进而计算叶片的振动状态。与传统方法相比，叶尖计时法采用非接触式测量，对叶片的空气动力学性能和机械性能影响小；安装成本低，无需额外布线；使用寿命长，无需频繁更换。

基于叶尖计时法的叶片振动监测在国外发展相对成熟，已开发出系列产品，如美国空军阿诺德工程研发中心开发的非介入式应力测量系统(NSMS)，美国HOOD技术公司的叶片数据采集软件，德国MIU公司的非接触叶片振动测量系统(BSSM)等。国内对叶尖定时技术的研究相对较晚，目前多偏重理论研究，市场上缺乏成熟的具有独立知识产权的产品。

发明内容

针对国内目前对于叶尖定时技术研究较少的问题，本发明提出了一种基于叶尖计时的燃气轮机旋转叶片振动测量试验台及方法，可以在不同转速下监测燃气轮机各个旋转叶片的振动，给燃气轮机旋转叶片振动监测提供了一种新的解决方案。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于叶尖计时的燃气轮机旋转叶片振动测量试验台，包括固定于底座上的第一安装座、传感器支撑座、第二安装座和电机支撑座；主轴经传感器支撑座，两端分别通过轴承安装于第一安装座和第二安装座上；位于主轴上方的传感器支撑座为向下弯曲的拱形结构，其上安装有气激喷嘴和至少一个叶尖计时传感器；所述气激喷嘴通过气管与气泵相连，喷射口冲向主轴；位于传感器支撑座处的主轴上固定有环形的叶盘，叶盘外周均匀开设有若干用于安装待测试燃气轮机旋转叶片的凹槽；所述主轴通过联轴器与转矩转速传感器的一端传动相连，转矩转速传感器的另一端与安装于电机支撑座上的电机传动相连；安装有待测试燃气轮机旋转叶片的主轴在旋转过程中与传感器支撑座互不干涉。

作为优选，所述待测试燃气轮机旋转叶片通过螺栓与叶盘对侧拧紧相连。

作为优选，所述叶盘通过紧定螺钉可拆卸式套装于主轴上。

作为优选，还包括变频器和信号采集系统；所述变频器用于控制电机转速，信号采集系统用于采集和处理叶尖计时传感器的信号。