失谐叶片振动非接触测量仿真与实验研究

发布时间：2020-10-11 14:02

　　 叶片是航空发动机、烟气轮机、汽轮机、鼓风机、燃气轮机等大型旋转设备的核心部件,是设备正常运行和安全高效工作的重要保障。旋转叶片工作在高转速、高温、高压、高负荷的恶劣工况中,同时还受到离心力、气流力、激振力、弯曲应力等多种作用力的影响。久而久之,叶片便容易产生疲劳失效,直接危害大型旋转设备的安全运行,造成巨大经济损失。因此,对旋转叶片的工作状态进行实时监测是非常有必要的。本文围绕失谐叶片振动的非接触测量问题,主要研究以下三方面内容:(1)利用ANSYS软件分别采用循环对称分析法和移动界面模态综合超单元法对谐调叶盘系统的静频、动频和各节径振型进行了仿真计算,通过对比两种方法的仿真结果验证了移动界面模态综合超单元法具有较高的分析精度,然后采用超单元法对失谐叶盘系统的各阶振型进行了仿真计算,并找出了它的振动规律。(2)利用MATLAB软件中的SIMULINK建立了叶尖定时测振系统模型框图,分别对恒转速和变速扫频两种情况下的叶片同步振动信号进行了仿真分析,然后对假设参数已知的叶片同步振动信号采用了同步振动参数辨识算法进行参数辨识,得到了辨识的振动参数,通过对比辨识参数与原已知参数验证了该辨识算法具有较高的辨识精度。(3)对失谐叶片的振动进行了实验测量。搭建实验台,采用共振法和叶尖定时法对失谐叶片振动进行了非接触测量,采用同步振动参数辨识算法对实验测得的失谐叶片振动信号进行重建,再将重建后的振动参数与ANSYS和MATLAB仿真获得的叶片振动参数进行了对比,结果表明:两种仿真软件的计算结果是准确可靠的。
【学位单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH113.1
【部分图文】：

图 1.1 某型号航空发动机实物图Fig. 1.1 The physical map of a certain type aircraft engine表 1.1 我国航空领域几起典型的转动部件失效事故Tab. 1.1 Some typical rotating components failure accidents in Chinese aviation field失效部件及失效机理 造成的后果 发生的次数一级压气机叶片，疲劳断裂+腐蚀损伤 发动机损坏 13 台 13涡轮轴，低周大应力疲劳断裂 重大事故 14 起 14涡轮一级盘，盘体外径变形伸长 大量盘件失效 多次一级涡轮盘，槽底应力腐蚀＋疲劳裂纹 大量盘件失效 多次中轴承，疲劳断裂 损害发动机 12涡轮二级叶片，高周疲劳断裂 损害发动机 404本文的主要研究对象是叶片，为避免叶片疲劳失效可以采取如下措施：

图 1.2 激光全息法光路原理图Fig. 1.2 Optical paths principle figure of laser holographic method普勒法[7-9]技术主要是利用了光的反射与干涉原理，通过捕捉照射到振率和位移信号来获得叶片的振动信息，该方法由英国学者 K体操作是利用多普勒激光振动计使激光照射到叶轮上，根据反射光与参考光的频率经过干涉后会有一个差值，两光的频的影响，即会对其进行频率调制，再对输出信号进行频率解数。精度较高，耐高温性强，并能获得叶轮上同一级中任何叶片量系统比较复杂，成本较高，被测叶片转速不能太高，且叶。多普勒法[10-12]勒法是一种利用声信号辨识叶片振动参数的方法，由美国

图 1.3 声发射叶片振动监测系统图Fig. 1.3 Acoustic emission blades vibration monitoring system figure5）叶尖定时法[13-18]非接触式旋转叶片测振技术当中，应用最普遍的便是叶尖定时测振方法。叶的测量原理（以电涡流传感器为例）是涡轮驱动叶轮旋转，将转速同步传感对叶轮轴的位置，在轴上该处圆周上某角度作标记，当转速同步传感器发射到旋转轴上的标记处时便会探测到叶轮的转速频率信号；在机匣上安装多个定时传感器，叶轮旋转时由于叶片会发生振动，因此相对于假想无振动时的叶片到达电涡流传感器的时间会超前或者滞后，这样实际测得的叶片经过电涡时间就会与无振动时的理论时间产生偏差，通过采集箱采集旋转叶片到达电时的电压—时间脉冲信号，将它们反馈到计算机中，再对其进行数据处理，转叶片的振动参数。图 1.4 为涡轮机叶尖定时测振系统的工作原理图。述各种非接触测量法的测量原理各不相同，都有其独特的优点，然而前四种方法却因为存在一定的局限性而没有得到广泛的应用。
【参考文献】

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本文编号：2836685