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旋轉(zhuǎn)葉片葉尖與機(jī)匣間的間隙是影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、煙氣輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等重大裝備安全工作性能、能量轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。葉尖間隙的動(dòng)態(tài)、在線測(cè)量是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)、故障診斷、主動(dòng)間隙控制的關(guān)鍵技術(shù)和制約瓶頸之一。本文通過對(duì)苛刻工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下葉尖間隙測(cè)量的特殊應(yīng)用技術(shù)需求進(jìn)行分析,提出了一種基于大頻差雙頻激光的葉尖間隙測(cè)量新方法。
從某種程度上講,試驗(yàn)數(shù)據(jù)就是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的輸出,是試驗(yàn)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)改進(jìn)的依據(jù)。例如,航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片徑向間隙控制是改善發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)性能、提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的非常重要的環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計(jì):葉尖間隙每增加葉片長(zhǎng)度的1%,效率約降低1.5%;而效率每降低1%,耗油率約增加2%。葉尖間隙測(cè)量范圍約為0.3~3.0mm,所以毫米級(jí)的偏差極可能導(dǎo)致性能分析謬以千里。同時(shí),準(zhǔn)確可信的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也是構(gòu)建數(shù)據(jù)模型,葉尖振幅,推進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬的堅(jiān)實(shí)保障。
善測(cè)(天津)科技有限公司位于天津市西青學(xué)府工業(yè)區(qū),于 2015年 7 月份成立,公司注冊(cè)資本 500 萬,是一家集研發(fā)生產(chǎn)一體的高科技公司。公司提供旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康管理。等產(chǎn)品和服務(wù)。
葉尖定時(shí)傳感器及葉片振動(dòng)信號(hào)處理技術(shù)的研究
速旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)是電力工業(yè)、能源工業(yè)、航運(yùn)業(yè)尤其是航空 亟待解決的難題,傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法很難做到同時(shí)監(jiān)測(cè)同級(jí)的所有葉片的振 動(dòng)情況,因此國外一直在致力研究非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量新技術(shù)—葉尖定時(shí) 測(cè)量技術(shù)。依托裝備部預(yù)先研究課題“非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量技術(shù) 研究”,基于葉尖定時(shí)測(cè)量技術(shù),葉尖振幅測(cè)量系統(tǒng)價(jià)格,研制了旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),包括葉尖定時(shí)傳 感器和轉(zhuǎn)速同步傳感器,動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件和振動(dòng)分析 算法,通過動(dòng)態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該系統(tǒng)對(duì)壓氣機(jī)、渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)葉片的振 動(dòng)檢測(cè)的可行性。主要工作包括如下幾個(gè)方面:
1. 設(shè)計(jì)了光纖束式葉尖定時(shí)傳感器,經(jīng)過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的模擬實(shí)驗(yàn)分析,充分驗(yàn)證 了其作為整個(gè)系統(tǒng)的部件的實(shí)用性
2. 設(shè)計(jì)了磁電式的霍耳轉(zhuǎn)速同步傳感器,在模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中,該傳感器工 作正常,保證了轉(zhuǎn)速同步信號(hào)的有效輸出; 3. 開發(fā)了一套采集數(shù)據(jù)采集軟件,輔助采集電路的調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集;
4. 開發(fā)了一套模擬實(shí)驗(yàn)裝置,通過詳細(xì)的模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器和光電 接收電路進(jìn)行了原理性驗(yàn)證,葉尖振幅測(cè)量,并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì);
5. 研究了一套實(shí)用可行的基于葉尖定時(shí)傳感的異步振動(dòng)和同步共振分析算法,包 括異步和同步信號(hào)的分離,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中成功探測(cè)到了葉片的同步共振信號(hào), 驗(yàn)證了其可靠性,為后續(xù)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)打下了基礎(chǔ)。
圍繞葉尖間隙測(cè)量、主動(dòng)控制及阻尼識(shí)別方法等開展實(shí)驗(yàn)研究。
通過優(yōu)化靜態(tài)徑向標(biāo)定和靜態(tài)周向標(biāo)定技術(shù),本文提出一種電渦流觸發(fā)脈沖法,以獲取電渦流傳感器在葉片不同相對(duì)位置的靈敏度。電渦流觸發(fā)脈沖法將葉尖間隙測(cè)量傳感器與鍵相相融合,能夠較好地解決電渦流傳感器在高線速度下因帶寬受限引起的欠采樣問題。搭建了葉片健康監(jiān)測(cè)原理實(shí)驗(yàn)臺(tái),葉尖振幅測(cè)量系統(tǒng),并輔以的靜態(tài)標(biāo)定系統(tǒng)。在不同轉(zhuǎn)速下開展葉尖間隙測(cè)量實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明本文提出的電渦流觸發(fā)脈沖法能夠有效改善葉尖間隙的測(cè)量準(zhǔn)確性。后,從精度、穩(wěn)定性及有限元分析等三個(gè)角度證實(shí)了該方法的有效性。
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