转子叶片全频域振动叶端定时测量方法以及系统技术方案

公开了转子叶片全频域振动叶端定时测量方法及系统，所述方法包括，面向转子叶片低频、中频、高频和超高频模态参数辨识，确定传感器的数目和安装角度；基于叶尖振动位移实现叶端定时低频振动参数辨识；基于叶尖振动速度实现叶端定时中频振动参数辨识；基于叶尖加速度实现叶端定时高频振动参数辨识以及基于叶尖加加速度实现对叶端定时超高频振动参数辨识，最终实现转子叶片低频、中频、高频和超高频全频域振动叶端定时测量。本文公开还提供了一种基于叶端定时全频域振动参数辨识方法的系统。本文公开叶端定时全频域振动测量方法，实现转子叶片低频、中频、高频和超高频振动参数的辨识，扩展了叶端定时技术有效测量的叶片振动频率范围。范围。范围。

【技术实现步骤摘要】
转子叶片全频域振动叶端定时测量方法以及系统


[0001]本专利技术涉及旋转机械转子叶片非接触式测量
，尤其涉及一种转子叶片全频域振动叶端定时测量方法与系统。

技术介绍

[0002]叶端定时(BTT)是一种非接触式测量技术，广泛应用于叶轮机械叶片振动的测量和监测。该技术通过在机匣周向安装定时传感器，根据测得的叶片实际到达时间与无振动情况下叶片理论到达时间进行比较，结合转子转速，即可获得整级所有叶片的周向振动位移。然而，传统叶尖振动位移测量方法虽然能够获得低频一弯振动的叶片振动参数，但是对于叶片振动的中频、高频以及超高频还是难以准确测量。通常，风扇叶片动频较低，然而，对于压气机，特别是高压压气机一阶频率都在数千赫兹，因此，针对叶片振动的中高频和超高频的测量和监测就变得尤为重要。根据叶片振动可以定义为位移、速度、加速度或加加速度等不同物理量，具有周期和频率不改变的特性，根据不同物理量的信号特性，可以增强不同频率分量的振动信号。因此，本专利技术提供一种通过获得不同的测量物理量叶片振动响应实现全频域的叶端定时振动参数辨识方法与系统。可以提供更为全面的叶片振动信息，为叶片振动分析和故障诊断提供更为可靠的依据，本方法是对叶端定时技术的进一步发展和完善，对叶轮机械的运行维护和故障预警等方面具有重要的应用价值。
[0003]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种全频域叶端定时振动参数辨识方法和系统，解决传统叶尖振动位移在叶片振动中频、高频以及超高频难以准确测量的弊端，分别利用叶尖振动位移、速度、加速度以及加加速度实现叶端定时全频域振动测量。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术的一种转子叶片全频域振动叶端定时测量方法包括：
[0007]第一步骤S1，转子叶片进行预应力模态分析并获得振动频率小于500Hz的低频的模态参数、振动频率在500Hz
‑
2000Hz的中频的模态参数、振动频率在2000Hz
‑
5000Hz的高频的模态参数和振动频率大于5000Hz的超高频的模态参数，以确定叶端定时传感器的数目和安装角度；
[0008]第二步骤S2，将叶端定时传感器周向安装在转子叶片机匣上，获取转子叶片到达叶端定时传感器的时间序列，基于所述时间序列确定基准转速；
[0009]第三步骤S3，基于小于500Hz的低频的振动参数，根据所述基准转速以及传感器的安装角度，获得叶片理想到达时间结合测得的转子叶片通过叶端定时传感器的实际到达时间t
i，b，n
获得时间差Δt
i，b，n
，其中，基于实测的转子叶尖旋转轴线到叶尖的旋转半径R
BTT
和时间差Δt
i，b，n
获得叶尖振动位移，基于振动频率在500Hz
‑
2000Hz的
中频的振动参数，根据测得的实际叶片到达时间与安装的相邻传感器角度之间的关系获得叶尖振动速度，基于振动频率在2000Hz
‑
5000Hz的高频的振动参数，根据相邻三个叶端定时传感器安装角度以及测得的实际叶片到达时间得叶尖振动加速度，基于振动频率大于5000Hz的超高频的振动参数，根据相邻四叶端定时传感器安装角度以及测得的实际叶片到达时间获得叶尖振动加加速度，其中，所述振动参数包括频率、幅值和相位；
[0010]第四步骤S4，利用获得的不同叶尖的叶尖振动位移、叶尖振动速度、叶尖振动加速度以及叶尖振动加加速度获得转子叶片在低频、中频、高频和超高频下的振动频率、幅值和相位。
[0011]所述的方法中，第一步骤S1中，对转子叶片开展预应力模态分析获取转子叶片在给定工况下的振动频率小于500Hz的低频模态f
L
、频率在500Hz
‑
2000Hz以内的中频模态f
M
、频率在2000Hz
‑
5000Hz以内的高频模态f
H
和频率大于5000Hz的超高频模态f
S
；根据所述低频模态f
L
、中频模态f
M
、高频模态f
H
和超高频模态f
s
的频率成分的数目m确定叶端定时传感器数目N
p
，其中，N
p
≥2m+1。
[0012]所述的方法中，第一步骤S1中，根据所述低频模态f
L
、中频模态f
M
、高频模态f
H
和超高频模态f
s
的频率成分构造叶端定时传感器周向安装角度测量矩阵Θ，其中所述角度测量矩阵Θ的表达式为：
[0013][0014]其中，为第N
p
个叶端定时传感器与转速传感器间的安装角度；根据所述角度测量矩阵的条件数确定叶端定时传感器的周向布局，cond(Θ)＝||Θ||
·
||Θ
‑1||。
[0015]所述的方法中，第二步骤S2中，安装OPR转速传感器以测量时间序列τ
OPR，n
，基于时间序列τ
OPR，n
计算第n圈内的参考基准转速f
r
，其中，
[0016]所述的方法中，第二步骤S2中，根据所N
p
个叶端定时传感器测量的N
b
个叶片的实际到达时间t
i，b，n
，第n圈内的基准转速f
r
为：
[0017]所述的方法中，第三步骤S3包括，
[0018]S301、基于小于500Hz的低频的振动参数，根据实测转子叶尖旋转轴线到叶尖的旋转半径R
BTT
获得第i号叶端定时传感器第b号叶片叶尖在第n圈内的振动位移d
i，b，n
，其中，d
i，b，n
＝2πR
BTT
At
i，b，n
，其中，时间差
[0019]S302、基于振动频率在500Hz
‑
2000Hz的中频的振动参数，利用第i号和第j＝i+1号相邻近的双叶端定时传感器以及测量的实际到达时间计算出第b号叶片叶尖在第n圈内的振动速度其中，θ
i
、θ
j
分别为第i号和第j号叶端定时传感器与转速传感器间的安装角度，第i号叶端定时传感器的实际到达时间t
i，b，n
，第j号叶端定时传感器的实际到达时间t
j，b，n
；S303、基于振动频率在2000Hz
‑
5000Hz的高频的振动参数，利
用第i号，第j＝i+1号和第l＝i+2相互邻近的三个叶端定时传感器以及测量的实际到达时间计算出第b号叶片叶尖在第n圈内的振动加速度其中，其中，β代表转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转子叶片全频域振动叶端定时测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：第一步骤S1，转子叶片进行预应力模态分析并获得振动频率小于500Hz的低频的模态参数、振动频率在500Hz
‑
2000Hz的中频的模态参数、振动频率在2000Hz
‑
5000Hz的高频的模态参数和振动频率大于5000Hz的超高频的模态参数，以确定叶端定时传感器的数目和安装角度；第二步骤S2，将叶端定时传感器周向安装在转子叶片机匣上，获取转子叶片到达叶端定时传感器的时间序列，基于所述时间序列确定基准转速；第三步骤S3，基于小于500Hz的低频的振动参数，根据所述基准转速以及传感器的安装角度，获得叶片理想到达时间结合测得的转子叶片通过叶端定时传感器的实际到达时间t
i，b，n
获得时间差Δt
i，b，n
，其中，基于实测的转子叶尖旋转轴线到叶尖的旋转半径R
BTT
和时间差Δt
i，b，n
获得叶尖振动位移，基于振动频率在500Hz
‑
2000Hz的中频的振动参数，根据测得的实际叶片到达时间与安装的相邻传感器角度之间的关系获得叶尖振动速度，基于振动频率在2000Hz
‑
5000Hz的高频的振动参数，根据相邻三个叶端定时传感器安装角度以及测得的实际叶片到达时间获得叶尖振动加速度，基于振动频率大于5000Hz的超高频的振动参数，根据相邻四叶端定时传感器安装角度以及测得的实际叶片到达时间获得叶尖振动加加速度，其中，所述振动参数包括频率、幅值和相位；第四步骤S4，利用获得的不同叶尖的叶尖振动位移、叶尖振动速度、叶尖振动加速度以及叶尖振动加加速度获得转子叶片在低频、中频、高频和超高频下的振动频率、幅值和相位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，第一步骤S1中，对转子叶片开展预应力模态分析获取转子叶片在给定工况下的振动频率小于500Hz的低频模态f
L
、频率在500Hz
‑
2000Hz以内的中频模态f
M
、频率在2000Hz
‑
5000Hz以内的高频模态f
H
和频率大于5000Hz的超高频模态f
s
；根据所述低频模态f
L
、中频模态f
M
、高频模态f
H
和超高频模态f
S
的频率成分的数目m确定叶端定时传感器数目N
p
，其中，N
p
≥2m+1。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一步骤S1中，根据所述低频模态f
L
、中频模态f
M
、高频模态f
H
和超高频模态f
s
的频率成分构造叶端定时传感器周向安装角度测量矩阵Θ，其中所述角度测量矩阵Θ的表达式为：其中，为第N
p
个叶端定时传感器与转速传感器间的安装角度；根据所述角度测量矩阵的条件数确定叶端定时传感器的周向布局，cond(Θ)＝||Θ||
·
||Θ
‑1||。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤S2中，安装OPR转速传感器以测量时间序列τ
OPR，n
，基于时间序列τ
OPR，n
计算第n圈内的参考基准转速f
r
，其中，5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤S2中，根据所N

【专利技术属性】
技术研发人员：乔百杰，朱昱达，王亚南，杨志勃，曹宏瑞，陈雪峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：