航空发动机风扇叶片外物撞击识别方法研究

通过风扇叶片外物撞击试验平台来模拟真实发动机叶片受外物撞击的过程,使用基于叶尖定时原理的非接触式叶尖振动测量方法获取叶片叶尖振动信号。采用基于短时能量的方法对原始振动信号进行处理,获取风扇不同稳定转速状态所对应的叶尖振动参考短时能量值,经过反复试验及数据统计分析给定门限系数,依据在线检测原理获取外物撞击风扇叶片的检测门限值。对不同尺寸、质量外物撞击给定风扇转速的叶片振动数据进行分析,获取其对应的短时能量分布,进而准确判断出叶片发生外物撞击的时刻、次数。     

旋转叶片异步振动参数辨识方法及试验验证

基于叶尖定时原理和单自由度振动理论,利用全相位FFT(apFFT)和最小二乘法建立了叶片异步振动参数辨识算法,通过数值仿真验证了参数辨识算法的正确性,给出了传感器布置合理性的检验参数及经验值.采用高压氮气冲击叶片使叶片产生某一单频绝对占有的振动,在风扇转子试验器上开展了1 971 r/min、2 326 r/min两个...     

旋转叶片振动参数检测方法

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.     

基于空域变换的叶尖定时信号预处理方法

叶片振动参数的实时监测是保障航空发动机健康运行的关键。 传统的叶尖定时传感信号预处理方法会因转子转速变 化范围较宽(20~ 20 000 r/ min),产生较大的定时误差,影响叶片振动参数的辨识精度。 通过分析采样率转换模型,提出了一种 基于空域变换的叶尖定时信号预处理方法,将叶尖信号的等时间采样转换为等角度空间采样,实现高精度叶尖定时信号的获 取;使用基于三阶拉格朗日插值的 Farrow 结构并通过流水线优化技巧,在现场可编程逻辑门阵列上实现了逻辑资源占用与数 据处理速率的均衡设计。 实验验证表明,该方法可以有效完成等空间角度采样,降低了转速变化的影响,在实时转速为 1 000 ~ 8 000 rpm,基准转速为 3 000 rpm 时,无论采用前沿时刻鉴别还是采用双边沿时刻鉴别,本文采用的方法振动位移测量误差均在 20. 19 μm 内,远低于传统位移测量方法的测量误差,提高了叶片到达时刻及叶片振动位移的测量精度。     

基于叶尖定时的旋转机械叶片振动信号重建

基于叶尖定时原理采集的旋转机械叶片振动信号是离散的欠采样信号,利用插值法对其重建的时域信号能反映叶片振动峰值等参数特征,为故障诊断提供依据.通过分析简谐振动的数学模型和信号采样及重构定理,提出在匀转速下利用若干均匀安装在机匣上的叶尖定时传感器采集叶片振动信息进行振动位移信号重建的新方法.利用高阶B样条函数构建的插值核函数具有快速收敛的特点,在减小信号截断误差的同时降低了算法复杂度,利于工程应用.介绍信号重建误差的来源,其测量精度对转速稳定性有较高要求,通过计算机仿真和模拟振动平台气激试验分析该方法性能,验证其在实践中的有效性.     

叶尖定时信号趋势项自适应拟合

叶尖定时测量是航空发动机叶片振动监测关键技术,趋势项拟合作为定时信号预处理中的重要研究内容,是高精度叶片振动参数辨识的基础与前提。在航空发动机连续变工况运行条件下,当前趋势项拟合方法无法自适应调整拟合窗宽度,导致消除趋势项效果差,严重影响后续叶片振动分析。针对变工况条件下定时信号趋势项拟合难题,以相关系数作为趋势项拟合效果评价指标,提出趋势项自适应调节窗宽度拟合方法。采用航空发动机高压压气机叶尖定时试验数据进行验证,结果表明,所提方法由于能够自适应调节拟合窗宽度,可保证趋势项拟合效果最优,在满足有效去除趋势项的前提下能够完全保留原始振动信息,对实现高精度叶片振动参数辨识具有重要意义。     

转子对高压涡轮叶尖间隙变化规律的影响

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,初步分析了涡轮叶尖间隙的变化机理,建立了机匣、叶片和转子的简化模型。在此基础上,分别仿真计算转速变化和发动机起动过程瞬态温度下转子的径向变化,讨论了转子在飞行器机动飞行情况下的振动幅值对叶尖间隙的影响。结果表明,转子振动幅值和径向位移对叶尖间隙变化有重要作用。     

基于键相插值法的叶片振动测量研究

研究了转速波动对叶尖定时测量精度的影响及解决方法,以非接触式叶尖定时测振法为基础,引入键相插值法解决如升(降)速、转速波动等情况下的单键相涡轮机叶片振动测量误差较大的问题,同时对恒速运转下也可自适应测量。首先通过建立仿真模型比较在不同波动频率下键相插值法与单键相法的结果,结果表明在波动周期较大或波动的转速幅值较大等情况下,使用键相插值法计算的结果,其精确度明显提高。最后分别通过模拟叶轮实验台和真实叶轮实验台进行了实验验证。结果表明,笔者所提出的键相插值法可以有效地提高转速波动过程中的叶片振动位移测量,对解决工程实际问题具有较大的参考价值。     

基于虚拟传感器内插法的叶片高倍频振动辨识方法

叶片的振动及其导致的高周疲劳断裂问题是当前高性能透平机械研发与运行中面临的主要问题,高负荷叶片的流动参数在尾迹的干扰下发生周期性脉动造成高倍频振动是造成高周疲劳的主要因素,因此叶片高倍频振动的监测对高周疲劳的诊断预警具有重要意义。提出了基于虚拟传感器内插法的旋转态叶片高倍频信号重构及辨识方法,可实现高倍频的求解。在传感器安装夹角为6°的情况下可实现高达60倍频以内的振动辨识,理论上只需2支传感器即可进行倍频的识别,实际应用中采用4支传感器即可保证辨识精度,且只需一次启车或停车就可实现叶片振动频率的识别,简化了测试步骤。所提出的辨识方法可应用于航空发动机等静叶片数量较多、振动形式为高阶次高倍频的高端旋转机械的振动监测识别,模拟仿真和试验结果验证了该方法的有效性及准确性。     

透平机械叶片动应变非接触测量研究

叶尖定时(Blade Tip Timing)方法作为一种非接触式测量方法,用来测量叶片振动位移,越来越广泛地应用于叶片振动监测中.通过叶尖定时法获取叶尖振动,再通过叶尖振动值同特征部位的应变值的对应关系获得叶片的应变值,是一种可行的叶片动应变非接触测量方法.本文基于模态计算提出一种透平机械叶片动应变测量方法,并基于有限...     

叶片裂纹故障早期监测预警方法研究

振动问题一直是限制风机向大型化高参数化方向发展的主要障碍,而叶片振动导致的疲劳断裂故障和事故尤为突出。对风机叶片同步共振进行了研究,提出基于非线性最小二乘拟合和GARIV方法相结合的叶片同步振动的振动参数精确辨识方法,准确捕捉叶片的动态固有频率。基于激光传感器的叶尖定时方法,通过捕捉叶片裂纹早期固有频率的微小变化,实现叶片裂纹故障的早期预警。仿真结果表明,所提出的方法可以达到万分之七的测量精度,实验研究结果表明,本文所提出的方法可以进行叶片裂纹的早期识别。     

基于叶尖定时的风机叶片裂纹故障识别研究

风机叶片作为风电机组的关键部件,其裂纹故障尤为常见。 裂纹的存在会导致叶片或机组出现损坏。 为此,基于叶尖 定时原理和分析方法,提出一种风机叶片裂纹故障的识别方法。 首先,依据叶尖定时原理,分析叶片在载荷作用下裂纹对叶尖 偏移的影响,建立叶尖偏移与叶尖偏移时间之间的数学模型。 其次,通过仿真分析叶片在不同状态下叶尖偏移程度,结合不同 工况参数与叶尖偏移时间之间的数学模型,识别裂纹特征信号。 最后,利用风机模拟试验台实测叶尖信号,结果表明本文所提 的识别方法对裂纹的特征信号的成功提取达到了 92% 以上,并且能够实时完成裂纹信号的提取和分析,说明此方法能够实现 裂纹故障实时识别。     

叶尖碰摩诱发的转子系统振动响应数值分析与试验研究

针对透平机械中叶尖碰摩诱发的转子系统振动问题,基于转子-叶片-定子耦合系统模型,通过对叶尖碰摩过程的数学表征,采用谐波平衡法和Newmark-β法,分别对转定子的稳态响应和瞬态响应进行数值计算,并分析了不同参数对系统振动响应的影响。通过分析发现,叶尖碰摩下的转定子稳态响应会呈现出“硬式”非线性特征;偏移量增加会导致峰值偏移提前,非线性特征更明显;接触刚度增加使得系统的振动加剧,并且离散性增加;叶片数增加后,“削峰”现象更加明显。由于定子的约束,系统的瞬态响应峰值明显被限制了,同时,在过临界转速后,系统会出现一个不稳定运动,使得系统振动出现瞬时增加。除了仿真分析,还基于转子-叶片碰摩试验台,对叶尖单侧碰摩下的转子和定子振动位移进行了测试。从测试结果可知,转轴的振动响应也会体现叶片的振动特征,而从定子的振动响应中可以看出由于转子涡动导致的频率调制现象。     

振动轴转速对双卧轴振动搅拌流场的影响

为研究双卧轴振动搅拌机搅拌筒内流场振动搅拌过程中固液混合流体瞬态流动情况,基于计算流体力学(CFD)提供的计算方法,结合动网格技术、欧拉多相流模型、Realizable k-ε湍流模型及离散相模型,采用C语言编写用户自定义程序(UDF),并将其动态链接到CFD中,在非稳态条件下数值模拟双卧轴振动搅拌机搅拌质量受振动轴转速、固相颗粒体积分数的影响规律,并在此基础上,进行了振动搅拌试验研究。结果表明:当搅拌轴转速为35 r/min、混合料颗粒体积分数为20%、颗粒直径分别为10 mm、20 mm和30 mm时,振动轴转速分别为960 r/min、1 460 r/min和1 800 r/min时其搅拌质量最佳;数值分析结果与试验结论基本一致,说明了数值计算结果的准确性和计算方法的可行性。     

基于叶尖定时的非接触式旋转叶片异步振动分析

基于叶尖定时原理设计一套旋转叶片振动实时检测系统,该系统主要由光纤传感、数据采集、振动分析三个部分组成。光纤传感的核心是叶尖定时传感器和光电转换模块的设计,数据采集实现对转换后的脉冲数据进行高速采集、预处理和与计算机之间的高速通信,振动分析则由计算机软件进行实时处理并显示分析结果。整套系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,同时在高速模拟转子上通过了实时性验证,异步振动分析结果与应变片监测的数据完全吻合,保证了整套系统最终应用于压气机叶片振动的在线实时监测。     

压气机中叶片与叶盘耦合系统振动特性研究

基于有限元方法建立某型航空发动机压气机叶片模型,通过模态仿真获得了该叶片在榫头固支约束下的动力学特性,研究了离心力对叶片振动的影响,并通过模态试验对计算模型和仿真数据进行验证;利用循环对称法对建立的叶片轮盘有限元模型进行振动分析,获得叶轮耦合系统在不同工作转速下的振型和频率,并与单个固支叶片进行比较,结果表明,相同阶次下叶片耦合系统的自振频率较低;通过Campbell图分析得出了叶片耦合系统可能发生共振的频率及相应的转子转速,为其故障诊断、可靠性分析以及寿命估算提供了参考依据。     

日照电厂锅炉给水泵振动故障诊断和处理

山东日照电厂1B汽动锅炉给水泵非驱动端垂直方向轴承座振动在3980r/min转速附近存在显著振动峰值,且超过停机值。利用相关试验,分析出振动原因是结构共振,通过检修提高其固有频率从而消除了振动。     

基于触发脉冲的涡轮机械叶尖间隙监测方法

针对电涡流传感器在进行叶尖监测时因带宽不足导致的欠采样问题,提出了一种基于触发脉冲的叶片健康监测方法。通过对传感器在不同叶尖相对位置的灵敏度进行标定,获得传感器灵敏度与传感器探头到叶尖的距离及与叶尖重合度的函数表达式。在监测过程中,将叶尖间隙与叶尖计时数据相融合,通过叶尖计时的方法得到在各个数据点的采集时刻,计算传感器探头与叶片的重合度,结合标定得到的函数表达式,可分析得出各个数据点对应的叶尖间隙值,并通过搭建的叶尖间隙监测实验台进行了实验验证。结果表明,较于峰值定位法,所提出的触发脉冲法有效地解决了因电涡流传感器带宽限制引起的欠采样问题,改善了高线速度下叶尖间隙的测量准确性,为基于电涡流传感器的叶尖间隙主动控制及叶片振动监测提供基础。     

基于LabVIEW的叶尖定时采集系统的信号处理方法研究

旋转叶片振动的非接触测量是叶片振动测量技术中的一种。研究了基于LabVIEW的叶尖定时采集分析系统的信号处理方法,并进行了改进,使得系统计算出的叶片振动位移更加精确,同时能够快速地处理采集卡所采集到的数据,在实验室将该方法应用于叶片转子试验台,得到叶片振动位移数据进行参数识别,证明改进后的信号处理方法具有更好的可靠性。     

高速电主轴的工作模态试验分析

高速电主轴在工作状态下产生的振动对高精度加工影响较大,通过对最高转速为60000r/min的磨削型高速电主轴进行不同转速下的工作模态试验,并运用随机子空间法(SST)对其进行模态参数的识别,得到了电主轴工作状态下多个重要部位的频谱图,分析了多个重要测点的加速度,且与出厂理论值进行比较,以验证其是否符合高精度加工生产的要求和所采用试验方法的正确性,同时说明电主轴产生振动的主要原因,排除了试验用电主轴在共振区工作的可能性.