基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法，利用若干支安装在机匣上的叶尖定时传感器，测量叶片同步振动参数；从叶尖定时数据中获取叶片各阶模态同步振动参数，执行下列步骤：在旋转机械机匣安装叶尖定时传感器，选定其中一支传感器作为0号传感器；记录各个叶尖定时传感器测得的叶片振动位移值；计算其他传感器相对0号传感器测得的叶片振动位移差值；借助叶片坎贝尔图，获取转速Ω周围该叶片可能发生同步振动的倍频数范围；求解解向量实际测得振动位移值差值的残差及其方均根值；计算叶片同步振动参数，含叶片各阶模态同步振动的幅值、频率和相位。频率和相位。频率和相位。

【技术实现步骤摘要】
基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法


[0001]本专利技术涉及基于一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法。

技术介绍

[0002]高转速叶片作为航空发动机、汽轮机、燃气轮机、烟气轮机、鼓风机等重大装备的核心做功元件，其健康状态对旋转机械的运行安全非常重要。叶尖定时作为一种有效测量旋转叶片振动的技术，能实现叶片振动实时监测和叶片故障诊断。与传统的应变片测量相比，叶尖定时具有非接触、低介入，能实现全叶片测量的优点。叶尖定时作为一种欠采样测量方法，给基于叶尖定时的振动参数辨识提供了挑战。为从欠采样信号提取叶片振动参数，发展了周向傅里叶拟合、单参数、双参数、空间类算法等参数辨识方法。但是，高转速叶片在运转过程中，会出现多模态耦合同步振动的情况。利用叶尖技术辨识叶片多模态耦合时的同步振动参数的研究鲜有报道，如何利用叶尖定时实现叶片多模态耦合同步振动参数辨识是现有技术中有待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，提出一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法。本专利技术首先计算多支叶尖定时传感器测得的叶片振动位移值差值，再根据坎贝尔图获取倍频数遍历范围，最后求取叶片发生多模态耦合同步振动时的振动幅值、频率、相位、倍频数参数，有效实现叶片多模态耦合同步振动参数辨识。技术方案如下：
[0004]一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法，利用若干支安装在机匣上的叶尖定时传感器，测量叶片同步振动参数；从叶尖定时数据中获取叶片各阶模态同步振动参数，执行下列步骤：
[0005]1)在旋转机械机匣安装叶尖定时传感器，选定其中一支传感器作为0号传感器，叶片旋转方向为正方向，其他叶尖定时传感器的编号为：1,2,
…
,n，相对0号传感器的夹角分别为Δα1,Δα2,
…
,Δα
n
；
[0006]2)转速Ω下某叶片发生多模态耦合同步振动，记录各个叶尖定时传感器测得的叶片振动位移值：
[0007]Y＝(y
0 y
1 y2ꢀ…ꢀ
y
n
)
T
ꢀꢀ
(1)
[0008]3)计算其他传感器相对0号传感器测得的叶片振动位移差值：
[0009]ΔY＝(Δy
1 Δy2ꢀ…ꢀ
Δy
n
)
T
ꢀꢀ
(2)
[0010]4)借助叶片坎贝尔图，获取转速Ω周围该叶片可能发生同步振动的倍频数范围，设第i阶模态可能发生同步振动的倍频数范围为EO
imin
～EO
imax
，i＝1,2,
…
,m,m为最大模态阶次，则各阶模态下倍频数遍历区间表示为：
[0011]EO
i
∈{EO
i
|0,EO
imin
≤EO
i
≤EO
imax
}
ꢀꢀ
(3)
[0012]5)遍历上述各阶模态下倍频数区间，利用式(4)和式(5)求解对应解向量X：
[0013][0014]X＝(x
1 x2ꢀ…ꢀ
x
2m
)
T
＝(B
T
B)
‑1B
T
ΔY
ꢀꢀ
(5)
[0015]6)利用式(6)和式(7)求解解向量X与实际测得振动位移值差值ΔY的残差E及其方均根值S：
[0016]E＝BX
‑
ΔY
ꢀꢀ
(6)
[0017][0018]7)比较所有残差方均根值S，记录S最小时的各阶模态对应的倍频数EO
i*
和解向量X
*
，此时对应的 EO
i*
为各阶模态同步振动倍频数；
[0019]8)利用式(29)～式(10)计算叶片同步振动参数，含叶片各阶模态同步振动的幅值、频率和相位，相位是叶片到达传感器0时的初相位。
[0020]第i阶模态同步振动幅值：
[0021][0022]第i阶模态同步振动频率：
[0023]f
i
＝EO
i*
·
Ω
ꢀꢀ
(9)
[0024]第i阶模态同步振动相位：
[0025][0026]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0027](1)本专利技术提出的方法中，叶尖定时(BTT)传感器可任意角度安装，不受安装条件限制。
[0028](2)本专利技术无需叶尖定时的转速同步(OPR)传感器，解决了传统叶尖定时方法中转速同步传感器难以安装的问题。
[0029](3)本专利技术提出了一种叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法，利用多支叶尖定时传感器测得的振动位移值，实现了叶片多模态耦合振动参数的辨识。
附图说明
[0030]图1为叶尖定时传感器夹角示意图。
[0031]图2为一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法流程图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。
[0033]本专利技术提供一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法，首先对所涉及的名称进行解释。所述叶尖定时，利用若干支安装在机匣上的叶尖定时(BTT)传感器，测量叶片同步振动参数；所述多模态耦合，叶片在某一转速下同时发生某一阶或多阶同步振动；所述同步振动，振动频率为转速频率整数倍；所述参数辨识方法，从叶尖定时数据
中获取叶片各阶模态振动幅值、频率、相位、倍频数参数。
[0034]叶片多模态耦合振动指在某个转速下叶片同时发生两个及以上阶次的同步振动。此时叶片振动位移可写作：
[0035][0036]其中，A
i
,EO
i
,(i＝1,2,
…
,m，m为最大模态阶次)分别为各阶模态振动幅值、倍频数和初相位，Ω为转速频率。设n支叶尖定时传感器按照旋转方向排列，传感器角度为：α0,α1,α2,
…
,α
n
。以其中任意一支为0号传感器，旋转方向为正方向，传感器j与传感器0的角度差为：Δα1,Δα2,
…
,Δα
n
，如图1所示。不同叶尖定时传感器测得的位移值为：
[0037][0038]叶片到达传感器0的时刻为时刻零点t0＝0,，则叶片到达传感器j的时刻为：
[0039][0040]其中，k为旋转圈数。传感器j相对传感器0测得的叶片振动位移差为：
[0041][0042]展开后可写作：
[0043][0044]叶片恒速下发生同步振动时，不同传感器测量得到恒定的位移值，分别为y0,y1,y2,
…
,y
n
。传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于叶尖定时的叶片多模态耦合同步振动参数辨识方法，利用若干支安装在机匣上的叶尖定时传感器，测量叶片同步振动参数；从叶尖定时数据中获取叶片各阶模态同步振动参数，执行下列步骤：1)在旋转机械机匣安装叶尖定时传感器，选定其中一支传感器作为0号传感器，叶片旋转方向为正方向，其他叶尖定时传感器的编号为：1,2,
…
,n，相对0号传感器的夹角分别为Δα1,Δα2,
…
,Δα
n
；2)转速Ω下某叶片发生多模态耦合同步振动，记录各个叶尖定时传感器测得的叶片振动位移值：Y＝(y
0 y
1 y2ꢀ…ꢀ
y
n
)
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)3)计算其他传感器相对0号传感器测得的叶片振动位移差值：ΔY＝(Δy
1 Δy2ꢀ…ꢀ
Δy
n
)
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)4)借助叶片坎贝尔图，获取转速Ω周围该叶片可能发生同步振动的倍频数范围，设第i阶模态可能发生同步振动的倍频数范围为EO
imin
～EO
imax
，i＝1,2,
…
,m,m为最大模态阶次，则各阶模态下倍频数遍历区间表示为：EO
i
∈{E...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，支烽耀，牛广越，李芳怡，周琦，蒋佳佳，刘志博，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：