[發明專利]一種基于壓力脈動的增壓器渦輪葉片振動監測方法

有效

• 申請號: 202110586307.4
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113358210B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王鳳利;陳化
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01D21/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明公開了一種基于壓力脈動的增壓器渦輪葉片振動監測方法，包括：采用傳感器單元檢測渦輪葉片的壓力信息、脈沖信號和轉速信息；采集常溫下葉片的最大固有頻率和最小固有頻率；獲得熱態運行條件下相應的固有頻率，預估渦輪葉片共振轉速范圍；控制渦輪在相關葉片共振模式下運行，采用遍歷渦輪共振轉速方法獲得葉片固有頻率：選取包含葉片實際共振倍頻的一段渦輪葉片共振轉速范圍，在渦輪葉片升速或降速運行條件下同步采集壓力、轉速、鑒相信號，結合鑒相傳感器所產生的脈沖信號，將濾出葉片振動固有頻率的信號按渦輪每旋轉一圈進行細分使其與渦輪葉片一一對應，從而確定葉片振動最大的渦輪葉片。

技術領域

本發明涉及廢氣渦輪增壓器渦輪葉片振動的在線檢測技術領域，尤其涉及一種基于壓力脈動的增壓器渦輪葉片振動監測方法。

背景技術

廢氣渦輪增壓器利用發動機排出的高溫、高壓和高速廢氣，驅動渦輪高速旋轉，從而帶動同軸的壓氣機葉輪吸入和壓縮大量新鮮空氣并送入發動機氣缸。廢氣渦輪增壓器不僅被用來在相同功率輸出情況下減小發動機尺寸，而且可以大大提高發動機的動力性、燃油經濟性和降低排放。

渦輪通常被設計成具有相同的葉片，在理想情況下應該是這樣。然而，在現實中，實際渦輪葉片的材料特性(主要是楊氏模量)和幾何結構各不相同，導致葉片在不同的葉片之間具有不同的固有頻率(失諧)。渦輪葉片失諧對葉片的高周疲勞壽命有很大的影響：它導致振動能量集中到一個或幾個單獨的葉片上，從而大大放大了這些葉片的振動振幅，使其遠高于理想的、調諧的狀態。因此，在評價渦輪高周疲勞壽命時，必須找出風險最大的葉片，即振動應變最大的葉片。

渦輪葉片的振動應變可以通過多種方法測量。例如應變片測量、葉尖定時法等。應變片測量是對渦輪機葉片進行應變測量，以測量渦輪機運行過程中葉片變形的一種方法。這個方法有如下缺點：因為增壓器渦輪葉片尺寸較小，葉片上貼上應變片，再加上高溫保護層，將大大增加葉片的阻尼，因此測出來的應變與真實應變有差別；尺寸小的渦輪，軸很細，所有應變片的引線難以從軸的中心孔引出，因而不能同時測量所有渦輪葉片，需要進行多次測試；使得測試既費時又費錢。航空工業所使用的葉尖定時法也開始應用到渦輪葉片振動測試上，該方法的好處是渦輪處于實際工作狀態，且能同時把所有葉片的振動大小測量出來。其缺點是測試和信號處理復雜和費時，且測試設備昂貴。由于目前還沒有一種簡單的方法來確定，在測試之前，哪種葉片由于失諧效應而產生的振動應變最大，再有針對性的應用應變片測量。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種基于壓力脈動的增壓器渦輪葉片振動監測方法，具體包括如下步驟：

采用傳感器單元檢測渦輪葉片的壓力信息、鑒相信號和轉速信息；

控制渦輪在相關葉片共振模式下運行，測量渦輪葉片壓力脈動信號；

獲得渦輪葉片在常溫下的固有頻率，記錄每個葉片的頻率，采集常溫下葉片的最大固有頻率f_max-cold和做小固有頻率f_min-cold；

考慮溫度軟化效應和離心加固效應對葉片固有頻率的影響、以及渦輪升速或降速通過葉片共振點造成的共振點頻率的偏移現象，從而獲得熱態運行條件下相應的固有頻率f_min-hot、f_max-hot；

根據實際被測旋轉機械性能預估被測葉片可能發生的同步振動倍頻N，采用坎貝爾圖查找預掃描的渦輪增壓器轉速范圍，將兩個計算頻率繪制在坎貝爾圖上，從而預估渦輪葉片共振轉速范圍；

Nmin in rpm＝60/N*f_min-hot

Nmax in rpm＝60/N*f_max-hot