[發(fā)明專利]基于葉尖定時和支持向量機原理的葉片裂紋在線測量方法

在審

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• 申請日: 2020-03-27
• 公開（公告）號: CN111413404A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段發(fā)階;鄧震宇;傅驍;牛廣越;程仲海;劉志博
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/12;G01N29/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于葉尖定時和支持向量機原理的葉片裂紋在線測量方法，在旋轉(zhuǎn)機械的機匣不同位置設(shè)置多支葉尖定時傳感器，在模擬工況下，通過葉尖定時傳感器測量葉片到達每支葉尖定時傳感器的到達時間，測得葉片的振動位移、振幅和振動頻率葉片振動數(shù)據(jù)，包括無裂紋葉片和有裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)，將無裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)標(biāo)記為正類樣本，有裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)標(biāo)記為負類樣本，送入支持向量機進行分類訓(xùn)練并建立分類模型，利用訓(xùn)練好的分類模型實現(xiàn)運行工況下旋轉(zhuǎn)機械葉片裂紋的在線測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，特別是基于葉尖定時和支持向量機原理的葉片裂紋在線測量方法。

技術(shù)背景

大型旋轉(zhuǎn)機械包括航空發(fā)動機和汽輪機等大型設(shè)備，是航空航天領(lǐng)域中的各類軍用、商用航空器以及工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)電機組和蒸汽機組等關(guān)鍵設(shè)備的核心部件。尤其是葉片作為旋轉(zhuǎn)機械做功的核心元件，其工作狀態(tài)直接影響這些關(guān)鍵設(shè)備的工作效率和安全穩(wěn)定運行。旋轉(zhuǎn)機械葉片的工作環(huán)境非常惡劣，長時間處于高應(yīng)力、高低溫或高沖刷等嚴(yán)酷條件。這些外界條件對大型旋轉(zhuǎn)機械的葉片會產(chǎn)生復(fù)雜的周期性或非周期變化應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過葉片材料的屈服強度極限時會導(dǎo)致葉片產(chǎn)生裂紋，進而可能發(fā)生葉片斷裂。葉片裂紋是導(dǎo)致大型旋轉(zhuǎn)機械故障的主要原因之一，因此準(zhǔn)確測量葉片的振動參數(shù)并在線測量葉片是否產(chǎn)生裂紋，可以對葉片故障進行實時預(yù)警，對航空發(fā)動機和汽輪機等重大旋轉(zhuǎn)機械的研發(fā)測試、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷等方面具有非常重要的實際意義。

基于葉尖定時原理的旋轉(zhuǎn)葉片振動測量技術(shù)^[1-3]是典型的非接觸式測量方法，基本原理是將一定數(shù)量的傳感器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機械的機匣上，測量每支葉片旋轉(zhuǎn)經(jīng)過傳感器時的到達時間，利用相關(guān)數(shù)學(xué)算法實現(xiàn)振動位移、振幅和振動頻率等葉片振動參數(shù)的在線測量。與傳統(tǒng)的離線式葉片狀態(tài)檢測方法和應(yīng)變片法、頻率調(diào)制法和聲響法等在線檢測方法相比，葉尖定時技術(shù)具有非接觸、實時在線和可測量全部葉片等優(yōu)點，具有很好的工程實用性。支持向量機是一種基于統(tǒng)計學(xué)理論的機器學(xué)習(xí)方法，可用于線性和非線性數(shù)據(jù)的分類問題。支持向量機最初即設(shè)計用于解決二分類問題，其主要思想是尋找一個最優(yōu)分類超平面，使訓(xùn)練集中的正負類樣本距離最優(yōu)分類超平面的距離最大，并利用最優(yōu)分類超平面對被測樣本進行分類。因此，通過葉尖定時方法獲得正常葉片和有裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)后，再利用支持向量機算法進行訓(xùn)練并建立分類模型，進而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械實際運行工況下葉片裂紋的在線測量。

目前，對于旋轉(zhuǎn)機械葉片的裂紋測量均依靠離線檢測技術(shù)，無法滿足大型旋轉(zhuǎn)機械在線測量葉片裂紋的實際需求。

[1]歐陽濤.基于葉尖定時的旋轉(zhuǎn)葉片振動檢測及參數(shù)辨識技術(shù)[D].天津大學(xué),2011.

[2]趙行明,滕光蓉等.葉尖定時旋轉(zhuǎn)葉片振動測量新技術(shù)[J].測控技術(shù),2006(03):17-19.

[3]王萍.葉尖定時方法在國外航空發(fā)動機葉片振動測量中的應(yīng)用綜述[J].航空科學(xué)技術(shù),2013(06):9-13.

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于葉尖定時和支持向量機原理的葉片裂紋在線測量方法，通過葉尖定時方法獲得無裂紋葉片和有裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)，利用支持向量機算法進行有、無裂紋葉片的分類訓(xùn)練并建立支持向量機分類模型，進而實現(xiàn)工作狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)機械葉片裂紋的在線測量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于葉尖定時和支持向量機原理的葉片裂紋在線測量方法，在旋轉(zhuǎn)機械的機匣不同位置設(shè)置多支葉尖定時傳感器，在模擬工況下，通過葉尖定時傳感器測量葉片到達每支葉尖定時傳感器的到達時間，測得葉片的振動位移、振幅和振動頻率葉片振動數(shù)據(jù)，包括無裂紋葉片和有裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)，將無裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)標(biāo)記為正類樣本，有裂紋葉片的振動數(shù)據(jù)標(biāo)記為負類樣本，送入支持向量機進行分類訓(xùn)練并建立分類模型，利用訓(xùn)練好的分類模型實現(xiàn)運行工況下旋轉(zhuǎn)機械葉片裂紋的在線測量。包括下列步驟：