叶片的故障诊断和模态分析.ppt

叶片的故障诊断和模态分析 合作者：徐运坤　郭祚刚 　　　　臧博　　孙啸帆 叶片结构简述 汽轮机叶片是汽轮机的关键部件，它的加工量占总加工量的３５％，典型的叶片结构和在叶轮上的安装位置： 叶片损坏形式 损坏（报废）: 折断（Break)、裂纹（Crack) 扭曲（Distortion）、二次损坏（Secondary Damage） 损伤（轻度受损） 擦伤（Rubbing）、叶片锈蚀（Corrosion）、 开焊（Unweld） 叶片的损坏部位 统计表明，末级叶片的损伤占70%，中压缸的叶片损伤占30%。同时，与腐蚀有关的失效约占叶片失效的33%，由于纯疲劳引起的失效占12%，其他因素引起的失效占55%。 叶片损坏原因分析 设计制造原因： 包括叶片设计和结构方面的欠缺，材料缺陷和制造工艺方面的问题。 机组运行原因： 包括叶根松动、叶片裂纹、水击、水蚀、电 网频率变化、动静部分摩擦、维修不当等等。 外来原因： 地震、火灾、雷击等造成机组振动而损坏叶片。 模态分析基本理论 模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。  模态分析基本理论 模态分析是机械结构振动特性分析的有效手段，它通过分析结构的动特性建立结构在已知激励条件下的响应预测模型，进而预测结构在实际工作状态下的动力学特性。通常的做法就是通过试验方法得到机械结构在冲击h(t)下的响应H(ω)，构造出机械结构动特性的频响函数矩阵，然后通过曲线拟合手段识别结构的模态参数：模态频率、模态阻尼及模态振型。 叶片模态分析基本理论 叶片模态分析基本理论 模态分析基本步骤 一、传递函数测量：人为的对结构物施加一定动态激励，采集各点的振动响应信号和力信号，不断移动激励点位置或响应点位置的方法取得振型数据。 二、建立结构数学模型：建立一种描述结构状态及特性的模型。 三、参数识别：参数识别的结果是结构的模态参数，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。 四、振动动画：采用活动振动的方法，将各测点的振动叠加到原始的几何形状上去，形成一组直观的振动图形。 叶片模态分析实例 一、叶片的离散化：采用长为252MM的弯扭叶片。将其离散分为4*16个网格，网格上的点即为测量点（共85个）。红点为加速度传感器的固定位置处即点32和点33之间。 叶片模态分析实例 二、测试设备：由于叶片质量相对较小叶跟的固定对叶片的固有特性影响很大，因此将叶片固定在旋转式台虎钳上，台虎钳固定在大型铁板平台上。如图： 叶片模态分析实例 三、激励与响应：采用脉冲力锤激励，用带有力传感器的锤子敲击叶片各测点，施加力脉冲。由于选用的加速度传感器体积小、重量只有2．6g，其附加质量对叶片振动参数影响很小，频响特性好。 叶片模态分析实例 四、模态分析：设置模态测量的参数，通过双通道数据采集器采集到脉冲信号。经CRAS(振动及动态信号采集分析系统软件)中 的MACRAS(模态分析软件)分析得到拟合曲线，得出各阶的频率与对应的振型。 叶片模态分析实例 五、试验结果分析 六、结论：利用CRAS系统获得叶片各阶复杂振动的活化振型，较容易找到叶片振动疲劳位置，这有助于分析得出叶片断裂的原因，是一种较精确、可靠和方便的应用于叶片振动特性的研究分析方法。 谢谢大家！ * * 15% 26% 26% 33% 损坏百分比 叶根 叶型 拉筋 围带 部位 *