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无转速同步下叶片同步振动参数辨识误差修正

传感技术学报 2024年第6期37卷 1005-1013页

作者：郭沛铉牛广越傅骁段发阶支烽耀吴靓昕蒋佳佳天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

叶片振动非接触在线测量是保障大型旋转机械健康高效运行的重要环节,振动参数的精确辨识是叶片振动高精度测量的关键。无转速同步下,传统基于叶尖定时的叶片同步振动参数辨识方法忽略了叶片振动带来的时间误差,直接影响了参数辨识精度... 详细信息

叶片振动非接触在线测量是保障大型旋转机械健康高效运行的重要环节,振动参数的精确辨识是叶片振动高精度测量的关键。无转速同步下,传统基于叶尖定时的叶片同步振动参数辨识方法忽略了叶片振动带来的时间误差,直接影响了参数辨识精度。为修正无转速同步下的叶片同步振动周向傅里叶拟合误差,提出了一种改进的叶片同步振动参数高精度辨识方法。利用叶片振动角位移,修正叶片到达时刻,优化传感器之间的振动位移差测量模型,提高了叶片振动幅值及振动倍频的辨识精度。开展了仿真和实验验证,二者结果一致性良好,在振动倍频值10、6、5处,改进方法与传统方法相比,信号恢复精度分别提高11.79μm、5.21μm、3.26μm,所提方法具有良好的误差修正效果。

关键词：叶尖定时叶片振动转速同步误差修正参数辨识

基于包络分析的汽轮机叶片振动监测信号处理方法

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汽轮机技术 2024年第2期66卷 117-119页

作者：刘志德程学亮魏红阳翟彦恺哈尔滨汽轮机厂有限责任公司哈尔滨150046

以汽轮机末级叶片为研究对象,使用末级叶片径向围带上方的传感器采集叶片振动信号,针对信号波动较大,难以确定每支叶片通过传感器位置时刻的问题,采用时域信号的处理方法来确定触发时刻。对信号使用两层Hampel滤波器来消除信号的野点;... 详细信息

以汽轮机末级叶片为研究对象,使用末级叶片径向围带上方的传感器采集叶片振动信号,针对信号波动较大,难以确定每支叶片通过传感器位置时刻的问题,采用时域信号的处理方法来确定触发时刻。对信号使用两层Hampel滤波器来消除信号的野点;对处理完的数据进行重采样,消除小范围的波动量;使用平滑滤波来处理数据,使得信号在局部具有单调性;求取信号的包络线,将包络线乘以系数作为信号的触发门限。相对于频域滤波方法,该方法较好地保持了信号的形状,能够精确地识别叶片通过传感器的时刻,对于波动大的信号尤其适用。

关键词：叶片振动时域包络滤波

基于单传感器的旋转叶片振动测量与参数辨识方法

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中国科学:技术科学 2023年第8期53卷 1323-1336页

作者：边子方胡海峰杨拥民沈国际官凤娇潘明昊国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

叶尖定时技术作为一种非接触式叶片振动测量方法,是叶片状态监测的有效手段.针对叶尖定时采样数据存在的高度欠采样特点,目前已提出多种叶片振动测量与参数辨识方法.然而,现有方法大多需要在机匣上安装多支传感器,并对传感器的位置分布... 详细信息

叶尖定时技术作为一种非接触式叶片振动测量方法,是叶片状态监测的有效手段.针对叶尖定时采样数据存在的高度欠采样特点,目前已提出多种叶片振动测量与参数辨识方法.然而,现有方法大多需要在机匣上安装多支传感器,并对传感器的位置分布具有较为严格的要求,在工程实践中可能难以实现.针对这一不足,本文提出一种基于单传感器的旋转叶片振动测量与参数辨识方法.根据叶尖振动与传感器输出脉冲信号的关系,分析了利用单传感器的叶片振动测量和叶片振动参数辨识原理,使用仿真模型对该方法进行了验证,并分析了不同噪声水平对叶片振动参数辨识结果的影响;进一步利用旋转叶片试验台开展试验研究,通过与叶片动应变测试结果对比,验证了方法的有效性.

关键词：单传感器叶尖定时叶片振动叶尖速度

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基于叶尖定时的转子叶片轴向位移辨识方法

航空学报 2024年第2期45卷 198-207页

作者：李天晴王维民张旭龙王树慧付振宇北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029 北京化工大学高端压缩机及系统技术国家重点实验室北京100029 中国船舶集团有限公司系统工程研究院北京100094

叶尖定时技术在透平机械叶片振动的监测与诊断中广泛应用,取得了较好的效果。然而叶尖定时法的测量结果为叶尖位移在旋转方向上的分量,叶片轴向位移导致的叶尖定时测点位置变化会引入旋转方向上的位移分量,需对叶尖定时测量结果进行解耦... 详细信息

叶尖定时技术在透平机械叶片振动的监测与诊断中广泛应用,取得了较好的效果。然而叶尖定时法的测量结果为叶尖位移在旋转方向上的分量,叶片轴向位移导致的叶尖定时测点位置变化会引入旋转方向上的位移分量,需对叶尖定时测量结果进行解耦,从中辨识叶片的轴向位移。依据叶尖定时测量原理,分析了测点位置变化对测量结果的影响关系,提出了基于叶尖定时的叶片轴向位移辨识方法。结合叶片型线方程,建立了融合叶片轴向位移的叶尖定时采样模型,仿真验证了所提方法的有效性。然后利用轴向位移可调式航空发动机压气机叶片实验台实测的叶尖定时信号进行验证,将转子叶片轴向位移辨识值与真实值进行对比,验证了本文所提方法的准确性。对叶片运行状态的全面准确评估以及转子-叶片轴位移故障诊断具有重要的工程应用价值。

关键词：叶尖定时叶片振动轴向位移故障诊断状态监测

低雷诺数下叶片振动对高亚声速压气机附面层流动的影响机制

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航空动力学报 2023年

作者：陈才艳张燕峰张建设张英强董旭王名杨卢新根中国科学院大学航空宇航学院华北电力大学能源动力与机械工程学院中国科学院轻型动力创新研究院中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室

为了探索低雷诺数Re下高亚声速压气机叶片振动对附面层流动状态的影响，利用数值模拟手段分析了压气机叶片在不同振动频率下叶片表面附面层分离、再附及转捩的变化规律和流动损失的变化规律。研究表明，在Re=1.5×105条件下，叶片振动... 详细信息

为了探索低雷诺数Re下高亚声速压气机叶片振动对附面层流动状态的影响，利用数值模拟手段分析了压气机叶片在不同振动频率下叶片表面附面层分离、再附及转捩的变化规律和流动损失的变化规律。研究表明，在Re=1.5×105条件下，叶片振动引起附面层垂直壁面法向的相对速度增加，使得分离后的附面层提前与主流发生掺混，促使转捩提前，此时壁面附近法向位置处的法向速度型更饱满，这提升了附面层抗分离的能力，限制了分离泡的发展。此外，叶片振动造成附面层和分离泡厚度变“薄”，这使得尾缘堆积的低能流体减少，削弱了尾缘附近流动堵塞和尾迹掺混，进而减少流动损失，改善了低Re条件下高亚声速压气机叶型的气动性能。

关键词：低Re数压气机叶片叶片振动附面层分离转捩

低雷诺数下低压涡轮叶片振动对分离及转捩的影响机制

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航空动力学报 2022年

作者：张英强张燕峰朱淼怡董旭王名扬卢新根中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室中国科学院大学华北电力大学能源动力与机械工程学院

为了探究低压涡轮叶片振动对分离转捩的影响机制，利用数值模拟手段对比分析了低雷诺数（Re=25000）下低压涡轮叶片不同频率的振动对吸力面边界层分离及转捩和流动损失的影响。研究表明，叶片因振动与流体产生的相对运动使分离流与主流... 详细信息

为了探究低压涡轮叶片振动对分离转捩的影响机制，利用数值模拟手段对比分析了低雷诺数（Re=25000）下低压涡轮叶片不同频率的振动对吸力面边界层分离及转捩和流动损失的影响。研究表明，叶片因振动与流体产生的相对运动使分离流与主流提前相遇从而引发转捩提前，限制分离泡的发展，缩减分离泡的尺寸，削弱分离泡内部回流掺混。叶片振动使边界层厚度有所减小，削弱了尾缘附近的流动阻塞与尾迹掺混，大幅度降低了分离及转捩过程中的湍流脉动水平，上述变化使总压损失得到了大幅度降低，最高可以降低23.02%，气动性能得到大大改善。

关键词：叶片振动低压涡轮叶片分离转捩气动损失

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叶片振动对转子—轴承系统动力学行为的影响

哈尔滨工程大学学报 2007年第3期28卷 320-325页

作者：王立刚曹登庆胡超黄文虎哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

依据转子动力学理论,应用Lagrange方程建立了叶片与转子—轴承系统耦合振动的非线性动力学模型.为了分析叶片的惯性影响和系统的时变性,将叶片模化为单摆模型.利用一个线性变换将叶片振动方程中与转子耦合的一节径振动方程与其他叶片振... 详细信息

依据转子动力学理论,应用Lagrange方程建立了叶片与转子—轴承系统耦合振动的非线性动力学模型.为了分析叶片的惯性影响和系统的时变性,将叶片模化为单摆模型.利用一个线性变换将叶片振动方程中与转子耦合的一节径振动方程与其他叶片振动方程解耦,再利用周期变换将叶片和转子的耦合振动方程转化为常系数方程.采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程,用分岔图、最大Lyapunov指数曲线、Poincaré映射图和频谱图等分析系统的稳定性.数值结果表明:叶片阻尼系数的变化对系统动力学行为有显著影响,在低转速时叶片振动可减小系统发生混沌的转速范围,在高转速时,叶片振动延迟概周期运动的出现.

关键词：叶片振动转子-轴承非线性振动混沌

高负荷低压涡轮叶片振动对分离及转捩的影响机制

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高负荷低压涡轮叶片振动对分离及转捩的影响机制

作者：张英强华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

低压涡轮叶片高负荷设计是提高航空发动机推重比的有效途径之一。高负荷低压涡轮势必使得叶栅通道的逆压力梯度急剧增加,在高空巡航状态低压涡轮的工作雷诺数处于很低条件下,叶片吸力面边界层等低速流体不足以抵抗逆压力梯度,极易发生分... 详细信息

低压涡轮叶片高负荷设计是提高航空发动机推重比的有效途径之一。高负荷低压涡轮势必使得叶栅通道的逆压力梯度急剧增加,在高空巡航状态低压涡轮的工作雷诺数处于很低条件下,叶片吸力面边界层等低速流体不足以抵抗逆压力梯度,极易发生分离;此外,由于低压涡轮来流温度较低、基元级做功能力有限,叶片普遍修长又薄,工作状态下叶片极易发生振动。叶片振动会影响低压涡轮流动现象,尤其是存在边界层分离的高负荷低压涡轮叶片。因此,深入理解叶片振动对高负荷低压涡轮内流动的影响具有重要意义。本文采用定常、非定常数值模拟,利用SST(shear stress transport)湍流模型耦合γ-Reθ转捩模型,以PACK-B低压涡轮叶片为研究对象,开展高负荷低压涡轮叶片振动对分离和转捩影响机制研究。首先,开展了叶片无振动时不同雷诺数下叶片流动特性研究,详细分析了雷诺数对吸力面边界层速度场及边界层参数的影响规律。进而探索了低雷诺数(Re=25000)条件下,叶片不同振动模态(平动、扭转)、频率(0～175Hz)和振幅(0～1.5%倍弦长)变化对叶片吸力面边界层特性影响,总结了叶片振动对边界层分离及转捩的影响机制,主要结论如下:1)叶片无振动时,叶片尾部出现了闭式分离泡,提高雷诺数促使转捩提前,从而显著缩减了分离泡尺寸。并且随着雷诺数的提高,叶片总压损失逐步降低。2)叶片振动时,因叶片自身振动与流体产生的相对运动以及流体惯性使分离流与主流提前掺混,边界层转捩提前,有效抑制分离泡发展,削弱分离泡内部回流掺混,使得边界层厚度减小,大幅减少了流动损失。3)提高叶片振动振幅或频率会削弱分离及转捩过程中的湍流脉动水平,从而降低了由湍流脉动产生的附加切应力造成的粘性耗散,使总压损失大幅度降低,改善叶片气动性能。叶片振动频率超过150Hz时,分离泡型线发生改变,还会伴随二次分离泡的产生,二次分离泡会增加叶型损失,应尽量避免二次分离泡的产生。振动频率超过150Hz时继续增加反而会使总压损失增加。此外,改变振动扭转分量对叶片气动性能影响较小。

关键词：叶片振动高负荷低压涡轮叶片流动分离流动转捩气动损失

小型高压比离心压气机叶片振动与动应力安全性评估

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小型高压比离心压气机叶片振动与动应力安全性评估

作者：姜晓莹沈阳工程学院

学位级别：硕士

随着微型燃气轮机技术的提高大大促进了小型高压比高转速离心压气机的发展。高速旋转的离心压气机叶片承受气动载荷、离心载荷等多方面影响,在这些载荷的共同作用下,极易发生振动,并使其形变程度和振动频率不断增大。当激振力导致振动... 详细信息

随着微型燃气轮机技术的提高大大促进了小型高压比高转速离心压气机的发展。高速旋转的离心压气机叶片承受气动载荷、离心载荷等多方面影响,在这些载荷的共同作用下,极易发生振动,并使其形变程度和振动频率不断增大。当激振力导致振动的响应频率与叶片某阶固有频率大小相等或呈倍数关系时,导致叶片共振,是造成叶片裂纹、断裂的主要原因。为了防止叶片发生安全事故,提升离心压气机压比和整体效率,针对改型的Krain离心式叶轮进行气动特性分析、叶片应力应变和模态分析并展开相关研究,主要研究内容如下:1.利用ANSYS CFX软件对小型高压比离心压气机的叶轮进行了流场的分析研究,分析了单流道小型高压比离心压气机叶轮内部流场参数分布规律,通过与实验数据对比,论证了本文研究对象与所采用数值方法的可行性和可靠性,对离心压气机进行了设计转速50000r/min下的数值计算。利用数值仿真对比三种不同分流叶片前缘安装角的叶轮性能的优劣,针对三种方案进行气动性能研究,给出最优分流叶片前缘安装角的角度以及分析叶轮改善之后流道的流动情况。2.基于ANSYS Workbench仿真平台对小型高压比离心压气机进行单向流固耦合研究,分析了在流固耦合作用下离心压气机叶片最大应力应变以及其位置,得到主叶片、分流叶片的应力应变分布云图,分别对比分析了气动力、离心力、离心力与气动力共同作用下对主叶片、分流叶片应力应变的影响。计算叶片材料的许用应力,与叶片的最大应力进行比较分析。3.最后对叶片进行模态分析,计算叶片前六阶的振动频率,研究得出离心力增强了叶片的刚化效应,使主叶片、分流叶片各阶振动频率增加,并对不同载荷条件下的主叶片与分流叶片进行共振判断。通过以上研究,了解了该离心压气机三种不同分流叶片前缘安装角的气动性能,对主叶片、分流叶片的应力应变做了安全性评估,对叶片共振进行了分析。预防在高速旋转工作时,叶片发生毁坏。

关键词：离心压气机叶片振动动应力流固耦合