叶端定时测量数据分析方法研究.pdf

第 22卷第 2期 佛山科学技术学院学报 (自然科学版) Vol_22NO．2 2004年 6月 JournalofFoshanUniversity(NaturalScienceEdition) Jun．2004 文章编号：1008一O171(2004)02-O010—05 叶端定时测量数据分析方法研究 王宇华 ，傅贵武 ，段发阶 (1_佛 山科学技术学院 机 电工程系，广东佛 山 528000；2，天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072) 摘要：针对异步振动和同步振动情况分析研究了旋转 叶片振动参数测量数据处理的各种方法．尤其对传感器非 均匀安装及其数据处理进行 了探讨研究 。 关键词 ：叶端定时测量；旋转 叶片；非均匀安装；数据处理 中图分类号：0329 文献标识码 ：A 旋转叶片振动测量是任何汽轮机研究和研制项 目中的关键。目前测量系统分为接触式和非接触式 两种。为了适应高速、实时、全面监测的要求，从2O世纪7O年代开始提出研究非接触式旋转叶片振动测 量技术 。该技术的核心是靠叶片顶端经过安装在机匣上的非接触式光电传感器的时间来进行测量，所以 又称叶端定时测量 。 叶端定时测量系统 目的是要测定旋转叶片端部通过相对固定在壳体上的激光光纤传感器的时间。 叶端定时测量系统具有 3项功能，(1)通过固定在壳体上的传感器拾取叶片到达的原始时间；(2)从上面 的测量数据中求出如位移、速度和加速度 ；(3)对已得到的数据进行处理 ，以得到描述叶片振动性质的特 征参数。其中(1)，(2)两项功能研究取决于系统所用的硬件。第 (3)项功能是最重要和最关键的，它为整 个汽轮机装置的动态特性提供可靠和准确的信息。叶片定时测量系统的主要研究工作将在设计新的辨 识技术，使最终的结果更符合实际。 叶端定时数据分析是要研究从测量的原始数据中提取叶片频率 、振幅和相位的信息，从而推出叶片 的主要应力源。对叶端定时测量数据采用的分析方法将取决于叶片振动的形式。叶片振动形式主要是 同步振动和异步振动。 1 异步振动叶端定时分析方法 异步振动是指叶片振动频率是工作轮转速的非整数倍时发生的响应，所 以用安装在机匣上的一到 二个传感器能测量出所研究叶片在每转 中叶片响应周期上不同的数据点，测量原理如图1所示。即当工 作轮转速一定的情况下，转子每转一周，传感器可采集到任一叶片的端面到达传感器的实际时间，以及 通过两个传感器的时间间隔各一次。测量 ，z转后，可得到任一叶片 ，z个振动位移，它们构成叶片振动的 位移序列。设 -z为叶片某一瞬时振动位移 -z一 (f一 t。) (一 1，2，3，…，2)， ≈ (尺 )／r一 (一 1，2，3，… )， 式中 为转子第 圈时叶片顶端经过 和B两个传感器的时间间隔 为叶片顶端的平均振动速度；t 为通过传感器的实际时间；t。为理论计算时间 为转子的旋转速度；为传感器间的夹角；R为叶片顶 端半径 。 收稿 日期 ：2003—08—21 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目；广东省 自然科学基金资助项 目(034067) 作者简介 ：王宇华 (1960一)．女，上海人 ，佛山科学技术学院副教授，博士，从事光机电一体化及现代检测技术研究。 第 2期 王宇华等 ：叶端定时测量数据分析方法研究 11 图 1 叶片振 动测量 原理示 意图 转子旋转 圈，可采集到任一叶片顶部振动位移所组成的一个离散时间序列。由于叶片的振动频率 远高于转子的旋转频率 ，在机匣上安装两只传感器不满足采样定理 ，所以对叶片的振动位移序列进行 FFT变换获得的只是叶片实际振动频率的差频部分 。叶片实际振动频率的整频部分可由叶片的计算动 频 获得 ，对于异步振动有 f一 (7 ±△7) ， 式中，厂为实际振动频率 为整数 ；△ 为小于 0．5的小数； 为转子转速。 对异步振动的叶端定时测量数据还可采用修改后的Prony谱估计方法处理。Prony法的实质是用 一 组指数函数来拟合试验曲线 ，优点是可以用较少的数据量得到估计的信号