[發(fā)明專利]一種非接觸式透平機(jī)械葉片振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110241366.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN113340244B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳康;王維民;張旭龍;張羽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B21/02
• 分類號(hào): G01B21/02
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種非接觸式透平機(jī)械葉片振動(dòng)位移測(cè)量計(jì)算方法及裝置，本發(fā)明通過(guò)獲取葉片到達(dá)目標(biāo)位置的第一到達(dá)時(shí)刻，分別計(jì)算得到葉片的轉(zhuǎn)速及理論到達(dá)時(shí)間，計(jì)算得到葉片的振動(dòng)位移，通過(guò)以上步驟能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的葉片振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)，大幅減小因轉(zhuǎn)速波動(dòng)或轉(zhuǎn)速快變引起的測(cè)量誤差，更符合工程實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及透平機(jī)械葉片振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種非接觸式透平機(jī)械葉片振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)

透平機(jī)械是國(guó)防和工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，而葉片是透平機(jī)械的核心部件，其健康狀況對(duì)于透平機(jī)械的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行具有重大意義。渦輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中葉片承受復(fù)雜的沖擊載荷，容易產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)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)葉片進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)是很有必要的，通過(guò)跟蹤葉片振動(dòng)幅值以及頻率等振動(dòng)參數(shù)的變化，可以達(dá)到故障預(yù)警的目的。

對(duì)于透平機(jī)械葉片的振動(dòng)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，而目前常規(guī)使用的非接觸式測(cè)量方式大多采用葉尖定時(shí)(Blade?Tip?Timing)方法，通過(guò)采集葉片的到達(dá)時(shí)間計(jì)算葉片的振動(dòng)幅值，并使用相關(guān)方法進(jìn)行振動(dòng)參數(shù)辨識(shí)。

CN201910108130.X提供了一種透平機(jī)械葉片振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)方法及裝置，獲取每個(gè)葉片經(jīng)過(guò)每個(gè)目標(biāo)位置的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻，并根據(jù)葉片的實(shí)際到達(dá)時(shí)刻、理想均布安裝角度得到葉片的理論到達(dá)時(shí)刻和實(shí)際安裝角度與理想均布安裝角度之間的誤差對(duì)應(yīng)的誤差弧長(zhǎng)，可以進(jìn)一步得到透平機(jī)械葉片中參考葉片的振動(dòng)位移，并進(jìn)一步結(jié)合參考葉片的振動(dòng)位移實(shí)現(xiàn)每個(gè)葉片的目標(biāo)振動(dòng)位移的計(jì)算和修正，方便對(duì)透平機(jī)械葉片的振動(dòng)位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)葉片的振動(dòng)位移情況監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)單高效，準(zhǔn)確率高。

但是包括上述方法在內(nèi)的現(xiàn)有的葉尖定時(shí)法測(cè)量葉尖振動(dòng)的方法通常假定在任意旋轉(zhuǎn)圈內(nèi)是恒定的，不考慮轉(zhuǎn)速波動(dòng)以及轉(zhuǎn)速波動(dòng)給葉片到達(dá)時(shí)間帶來(lái)的影響，在轉(zhuǎn)速波動(dòng)劇烈的情況下會(huì)出現(xiàn)明顯的誤差，而且轉(zhuǎn)速波動(dòng)越明顯，誤差越大，且不容易通過(guò)后處理進(jìn)行修正，使得振動(dòng)位移計(jì)算結(jié)果不可靠，影響后續(xù)的參數(shù)辨識(shí)及應(yīng)力反演工作。

參考文獻(xiàn)[1]為了解決轉(zhuǎn)速波動(dòng)下葉尖定時(shí)法的誤差問(wèn)題，引進(jìn)了多鍵相編碼器，并結(jié)合卡爾曼濾波器進(jìn)行葉片數(shù)據(jù)處理，但是并沒有很好地解決問(wèn)題，僅僅減小了誤差的平均值而沒有減小誤差的標(biāo)準(zhǔn)差。

參考文獻(xiàn)：

[1]D.H.Diamond,P.S.Heyns,A.J.Oberholster,Improved?Blade?Tip?Timingmeasurements?during?transient?conditions?using?a?State?Space?Model,Mech.Syst.Signal?Process.122(2019)555–579.https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.12.033.

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種非接觸式透平機(jī)械葉片振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)方法及裝置，將葉片到達(dá)傳感器時(shí)的轉(zhuǎn)速與理論到達(dá)時(shí)刻分開計(jì)算，在不需要使用鍵相傳感器的同時(shí)，能夠計(jì)算得到每一個(gè)葉片每次經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，同時(shí)使用本發(fā)明計(jì)算得到理論到達(dá)時(shí)刻具有極高的準(zhǔn)確性，方便了對(duì)透平機(jī)械葉片的振動(dòng)位移進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，同時(shí)大大減小了轉(zhuǎn)速波動(dòng)帶來(lái)的誤差，通過(guò)某實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，振動(dòng)位移誤差小于10微米。

本發(fā)明提供了一種非接觸式透平機(jī)械葉片振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括：

在透平機(jī)械選定的一級(jí)渦輪葉片頂部非接觸式地設(shè)置數(shù)個(gè)目標(biāo)位置，每一個(gè)目標(biāo)位置均可以作為計(jì)算目標(biāo)位置；獲取透平機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中的每一個(gè)渦輪葉片經(jīng)過(guò)計(jì)算目標(biāo)位置時(shí)的第一達(dá)到時(shí)刻，獲取目標(biāo)位置數(shù)量，葉片數(shù)量，葉頂?shù)捷S線的距離；