[發(fā)明專利]一種使用非接觸測(cè)量的渦輪葉片動(dòng)應(yīng)力計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811221896.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN109359392A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維民;戶東方;張旭龍;李維博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;F01D21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種使用非接觸測(cè)量的渦輪葉片動(dòng)應(yīng)力計(jì)算方法。包括：1、通過葉片非接觸測(cè)量系統(tǒng)獲取旋轉(zhuǎn)態(tài)葉片的葉尖振動(dòng)信息；2、通過有限元計(jì)算方法(FEM)獲取葉片諧調(diào)葉盤模態(tài)信息；3、結(jié)合基本失諧模型(FMM)方法獲得葉盤失諧模態(tài)加權(quán)因子和失諧模態(tài)振型；4、結(jié)合葉尖振動(dòng)位移和失諧模態(tài)振型獲得葉片響應(yīng)計(jì)算模態(tài)疊加的主坐標(biāo)向量；5、結(jié)合FEM計(jì)算的諧調(diào)模態(tài)應(yīng)力和FMM計(jì)算的失諧模態(tài)振型獲得葉盤失諧模態(tài)應(yīng)力；6、根據(jù)失諧模態(tài)應(yīng)力和步驟4得到的主坐標(biāo)向量計(jì)算獲得葉片動(dòng)應(yīng)力。本方法可通過葉尖計(jì)時(shí)實(shí)驗(yàn)直接在線計(jì)算獲得葉片動(dòng)應(yīng)力。本方法減少了有限元計(jì)算時(shí)間；不需要獲取實(shí)際葉盤精確的幾何外形數(shù)據(jù)，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間。同時(shí)本文方法使用失諧模態(tài)疊加得到計(jì)算動(dòng)應(yīng)力，在原理上更加合理，不單純依賴于數(shù)據(jù)庫(kù)或者經(jīng)驗(yàn)公式。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種渦輪機(jī)葉片動(dòng)應(yīng)力非接觸測(cè)量方法。

背景技術(shù)

渦輪機(jī)是國(guó)防和工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，而葉片是渦輪機(jī)的核心部件，其健康狀況對(duì)于渦輪機(jī)的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行具有重大意義。渦輪機(jī)運(yùn)行過程中葉片承受復(fù)雜的沖擊載荷，容易產(chǎn)生振動(dòng)問題，而葉片振動(dòng)導(dǎo)致的疲勞斷裂故障和事故尤為突出。因此，對(duì)葉片動(dòng)應(yīng)力(Dynamic stress)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)是很有必要的。目前對(duì)葉片進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要有兩種方式：接觸式測(cè)量方式和非接觸式測(cè)量方式。接觸式測(cè)量方式主要使用應(yīng)變片直接粘貼于葉片表面，對(duì)旋轉(zhuǎn)態(tài)葉片進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，這種方式會(huì)對(duì)葉盤葉片運(yùn)行造成影響，同時(shí)也不能適應(yīng)高溫高速的葉盤運(yùn)行環(huán)境。而非接觸式測(cè)量方式成功避免了這一問題，葉尖計(jì)時(shí)(Blade Tip Timing)方法就是一種典型的葉片非接觸測(cè)量方式。如何通過非接觸測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的葉尖振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出葉片的動(dòng)應(yīng)力一直是一個(gè)難題。

目前，基于葉尖計(jì)時(shí)方法的渦輪機(jī)葉片動(dòng)應(yīng)力的非接觸測(cè)量方法，大多是先通過傳感器監(jiān)測(cè)葉片的葉尖振動(dòng)信息，從而根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息或者經(jīng)驗(yàn)公式推演計(jì)算出葉片的動(dòng)應(yīng)力數(shù)值。這種方式缺少必要的理論支撐，受葉片運(yùn)行條件影響而具有較大的誤差波動(dòng)。

對(duì)比文件：

[1]王琰，郭定文，王秋蓉，黃文超.一種用于獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片振動(dòng)應(yīng)力的方法[P].中國(guó)專利：CN104483119A,2015.04.01

[2]X.關(guān)，J.張，S.K.周，N.H.烏萊里希，N.E.金，N.R.特夫斯.使用非接觸測(cè)量和動(dòng)態(tài)響應(yīng)重構(gòu)技術(shù)的渦輪機(jī)葉片疲勞壽命分析[P].中國(guó)專利：CN105008887A,2015.10.28

[3]D.M.Feiner；J.H.Griffin.A Fundamental Model of Mistuning for aSingle Family of Modes[J].Journal of Turbomachinery,2002,Vol.124:597-605

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種使用非接觸測(cè)量的渦輪葉片動(dòng)應(yīng)力計(jì)算方法，以對(duì)渦輪機(jī)葉片的振動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高動(dòng)應(yīng)力的計(jì)算精度，降低成本。

本發(fā)明提出一種基于模態(tài)疊加計(jì)算理論、基本失諧模型方法(FMM)、有限元計(jì)算方法和渦輪機(jī)葉片非接觸測(cè)量方法相結(jié)合的動(dòng)應(yīng)力在線計(jì)算方法，本方法主要解決如何由葉片振動(dòng)的位移信息推演出葉片振動(dòng)動(dòng)應(yīng)力的問題。該方法主要應(yīng)用于透平機(jī)械中葉片動(dòng)應(yīng)力的在線監(jiān)測(cè)中。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本方案采用如下技術(shù)方案：

1)通過葉尖計(jì)時(shí)系統(tǒng)獲取旋轉(zhuǎn)態(tài)葉片的葉尖振動(dòng)信息；

2)通過有限元計(jì)算方法(FEM)獲取諧調(diào)葉盤葉片的模態(tài)振型、模態(tài)應(yīng)力和模態(tài)頻率，獲取單個(gè)葉片懸臂梁狀態(tài)下的模態(tài)頻率；通過葉盤葉片的模態(tài)振型、模態(tài)應(yīng)力，獲得葉片諧調(diào)模態(tài)應(yīng)力對(duì)葉片諧調(diào)模態(tài)位移的比值；

3)結(jié)合步驟2)計(jì)算得到結(jié)果和基本失諧模型(FMM)方法，獲得葉盤失諧模態(tài)加權(quán)因子和失諧模態(tài)振型；