旋转叶片振动参数检测方法

旋转叶片振动参数检测方法
孙宇扬　段发阶　方志强　叶声华
(天津大学精密测试技术及仪器国家级重点实验室　天津　300072)
摘要　论述了一种高精度旋转叶片振动参数叶尖定时检测方法。

设计一套叶尖定时传感系统;利用叶尖经过非接触测头的时间进行测量,与传统接触测量方法相比,具有实时性强、精度高、适用于高转速等优点。

通过多个叶尖定时传感器实现对叶片振动的实时、全面监测;利用叶根同步传感器减小了由于转速不稳定造成误差的影响。

论述了系统原理和叶尖定时信号的处理方法,并做出了讨论。

关键词　振动测量　非接触测量　叶尖定时　传感器　信号处理
M ethod of Testi ng V ibra tion Param eters of Rotor Blade
Sun Yuyang D uan Fajie Fang Zh iqiang Ye Shenghua
(S ta te K ey L abora tory of P recision T esting T echn iques and Instrum en ts ,T ianj in U n iversity ,T ianj in 300072,Ch ina )
Abstract A h igh accuracy m ethod using ti p 2ti m ing fo r testing vibrati on param eters of ro to r blade is described 1A ti p 2ti m ing senso r system is devised 1T he m ethod uses the ti m e at w h ich the blade ti p s pass the p robes to monito r the blade vibrati on 1Compared w ith the traditi onal m easuring m ethods ,the new m ethod has the advantages of re 2al 2ti m e ,h igh p recisi on and suitable fo r h igh ro to r speed 1T he real 2ti m e and comp lete detecti on to the blades is re 2alized by m eans of several ti p 2ti m ing senso rs 1T he blade bo ttom senso rs are used fo r eli m inating erro rs caused by the instability of ro to r velocity 1T he theo ry of the system and the p rocessing m ethod of ti p 2ti m ing signals
are de 2scribed ,and the discussi on is p resented 1
Key words V ibrati on m easurem ent N on 2contacting m easurem ent T i p 2ti m ing Senso r Signal p rocessing
1　引 言
旋转叶片振动测量技术可分为接触测量和非接触测量。

传统上采用接触测量方法,并且技术已很成熟,但由于接触传感器的工作寿命较短,自身荷重和体积直接影响待测件的空气动力学和机械特性,从而制约了它在很多方面的应用。

为适应高转速、实时、全面监测的要求,国外发展了非接触旋转叶片测振技术
[1][2]。

本文提出一种新型的叶尖定时非接触式旋转叶片测振方法,利用叶尖经过非接触测头的时间进行测量,系统中利用多个叶尖定时传感器,同时监测叶片振动情况;采用叶根同步传感器,减弱了因叶片转速不稳定所引起误差的影响。

文中提出固定频率脉冲算法,大大简化了传感器定时信号处理电路的复杂程度。

图1　系统原理示意图
第23卷第3期增刊 仪　器　仪　表　学　报 2002年6月
2　测量原理
测量系统如图1所示。

系统主要由传感器系统、叶尖定时信号预处理和采集电路、振动参数的实时分析与处理子系统三个部分组成。

系统采用多个叶尖定时传感器同时监测旋转叶片的振动位移。

光电接收器件将光信号转为电信号,由数据采集系统采集后进入计算机,计算机对数据进行处理后输出测量结果。

3　系统设计
本系统设计的关键在于传感器技术和传感器定时信号处理两个方面。

311　传感器技术
叶尖定时传感器是本系统的关键传感器,要求具有很高的响应速度和抗干扰能力。

系统中的叶尖定时传感器频响带宽优于200M H z,实现25Λm振幅分辨率。

考虑到传感器抗空气污染能力要求,选用基于光纤传光的光电测头。

转速同步传感器用于监测压气机的转速,同时作为其它传感器的同步信号,只要求每转发出一个脉冲,叶根同步传感器主要用作测量叶尖振动的同步信号,达到尽量减小压气机转速不均匀时而引起的测量误差。

这两种传感器均采用磁电式传感器。

312　叶尖定时脉冲信号的处理与采集
系统采用固定频率脉冲填充法,实现叶尖定时时间的测量。

该方法采用固定频率脉冲计数。

1个脉冲对应的弧长为∆=2ΠR8 f(f为时钟频率),不同转速下,脉冲当量不同,
每转一圈所对应的脉冲数为f 8。

当转速为50r s,时钟频率为200M H z时,1转所对应的脉冲数为4M,需22位二进制计数器。

本系统时钟频率为200M H z,计数器采用24位二进制计数器,适用的最小转速为f 224=1119r s= 714r m in,基本电路框图如图2所示,转速同步信号作为计数器的异步复位信号,叶根同步传感器的脉冲信
图2　传感器定时信号处理电路框图
号作用于叶根同步锁存器,叶尖定时传感器作用于相应的叶尖定时锁存器。

各锁存器的数据经采集系统采集后,由D SP和高性能计算机进行处理。

4　讨 论
本文论述的技术是涡轮机高速旋转叶片振动监测系统的核心技术。

目前我们已基本完成传感器系统和信号处理系统的设计,并进行了相关实验,实现传感器信号的数据采集和初步处理。

今后课题研究的重点集中在同步响应叶尖定时测振技术。

预计将在2003年取得成果。

参考文献
1　W1W1Rob in son,and R1S1W ashbu rn1A real ti m e non2 in terface stress m easu rem en t system fo r determ in ing aero engine b lade stresses1In strum en t Society of Am eri2 ca paper,1991,#91—1031
2　H1T Jones1D evelopm en t of a non2in terface techn ique fo r m easu ring tu rb ine engine ro to r b lade stresses1A I AA SA E A S M E A SEE21th Jo in t P ropu lsi on Conference, M on terey,1985,CA1A I AA-85-14721
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　第3期增刊旋转叶片振动参数检测方法。