[發明專利]基于孔探孔的旋轉機械轉速信號同步檢測系統

有效

• 申請號: 201710801390.6
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107402134B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 夏愛國;陳志強;梁峰;王永生;謝之峰;周明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M15/02
• 分類號: G01M15/02
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

提供一種基于孔探孔的旋轉機械轉速信號同步檢測系統，其包括：反光特征，其用于設置于旋轉機械的旋轉構件；光纖?孔探孔耦合調焦系統，其包括孔探孔配裝結構件(500)、光纖?孔探孔耦合機構(600)和物鏡(800)，物鏡安裝在孔探孔配裝結構件內或安裝于光纖?孔探孔耦合機構，孔探孔配裝結構件能夠配裝于孔探孔內，光纖?孔探孔耦合機構將光纖耦合到物鏡；傳輸光纖組件(400)；光纖激光器(310)；以及光纖信號處理系統(320)。光纖激光器輸出的激光經傳輸光纖組件入射到物鏡，經物鏡聚焦到反光特征上，反光特征反射的反射激光經傳輸光纖組件收集到光纖信號處理系統，光纖信號處理系統通過處理反射激光而獲得旋轉構件的轉動信息。

技術領域

本發明涉及旋轉機械檢測領域，更為具體地，涉及旋轉機械轉速信號的同步檢測系統。

背景技術

旋轉機械，尤其是燃氣渦輪發動機長時間工作在高轉速、高速氣流沖擊的惡劣環境條件下，葉片等旋轉部件在長期的交變載荷、高溫氧化以及高速氣流沖擊等多種作用下，易產生高應力而導致疲勞損傷。

近年來，發展出了基于葉尖定時原理的非接觸式燃氣渦輪發動機葉片測振方法，這種檢測方法需要外部提供一個同步的基準轉軸信號。目前的同步基準轉軸信號檢測方法大多是需要在發動機機匣打孔或內部改裝，改裝工作復雜，改裝部件在發動機流道內也存在脫落風險，容易打壞發動機，檢測風險高。

因而，需要發展一種可以簡便、可靠地用于同步基準轉軸信號檢測的方法。另外燃氣渦輪發動機的在線平衡等其他工作場合也需要有簡便、可靠的同步轉速信號檢測。

由于旋轉機械的旋轉部件易于發生故障，一般在燃氣渦輪發動機等旋轉機械機匣上會設置用于停機維護時使用的維護檢查孔(即孔探孔)，發動機工作過程中用孔探孔堵頭封堵上。為了減少維護時間，孔探孔堵頭與孔探孔之間為自鎖連接，可快速拆裝。

發明內容

針對燃氣渦輪發動機等旋轉機械葉片葉尖定時測振以及其他對旋轉機械轉速同步信號檢測的需要，本發明利用旋轉機械的孔探孔，提出一種適用于旋轉機械孔探孔的轉速信號同步檢測系統，耦合了孔探孔結構與激光輸入、光學調焦、光學信號接收，用于實時探測旋轉機械的同步轉速信號，為旋轉機械葉片葉尖定時測振等提供簡便、可靠的同步轉速信號。

提供一種基于孔探孔的旋轉機械轉速信號同步檢測系統，其包括：

反光特征，其用于設置于所述旋轉機械的旋轉構件；

光纖-孔探孔耦合調焦系統，其包括孔探孔配裝結構件、光纖-孔探孔耦合機構和物鏡，所述物鏡安裝在所述孔探孔配裝結構件內或安裝于所述光纖-孔探孔耦合機構，所述孔探孔配裝結構件能夠配裝于所述孔探孔內，所述光纖-孔探孔耦合機構將光纖耦合到所述物鏡；

傳輸光纖組件；

光纖激光器；以及

光纖信號處理系統，

所述光纖激光器輸出的激光經所述傳輸光纖組件入射到所述物鏡，經所述物鏡聚焦到所述反光特征上，所述反光特征反射所述激光而形成的反射激光經所述傳輸光纖組件收集到所述光纖信號處理系統，所述光纖信號處理系統通過處理所述反射激光而獲得所述旋轉構件的轉動信息。

在至少一個實施方式中，所述反光特征為反光標志物，所述反光標志物設置于作為所述旋轉構件的旋轉軸使得：所述旋轉軸每轉一周所述反光標志物將反射一次入射激光，從而引起進入所述光纖信號處理系統的光強度變化。

在至少一個實施方式中，所述反光特征為安裝于所述旋轉構件的轉子葉片，所述轉子葉片與所述旋轉構件的反光度不同，通過所述轉子葉片和所述旋轉構件在所述旋轉構件的旋轉中反射入射激光而引起進入所述光纖信號處理系統的光強度變化。