葉輪多參數的單類傳感器同步測量方法研究.pdf

1、大型旋轉設備廣泛應用于電力、航空、石化、冶金等工業(yè)系統(tǒng)中，其葉輪健康狀態(tài)及運行參數關系到生產運行安全，若發(fā)生故障將導致嚴重后果。實現對旋轉設備葉輪的在線實時健康監(jiān)測、故障預測和智能控制是旋轉設備的重要發(fā)展方向。目前關于智能健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究主要集中于葉尖間隙、葉片彎曲振動參數測量和信號辨識等方面，缺少對葉片扭轉振動、葉片軸向偏擺等重要參數的影響研究，檢測技術也僅限于采用多種類傳感器實現對被測各參數的各自獨立的、分離的單一參數測量。同時，

2、由于受實際系統(tǒng)空間結構及惡劣工作環(huán)境的限制，往往要求采用盡可能少的測量傳感器種類與數量進行最佳組合，實現多個參數的同步測量。因此，本論文采用單類傳感器實現對葉輪多參數同步測量的方法展開研究，所取的研究成果具有極其重要的學術研究意義與實際應用參考價值。
　　本論文致力于葉輪葉尖間隙、葉片振動、振動模態(tài)等參數的單類傳感器同步測量與辨識方法研究，主要研究工作內容包括:
　　1.基于葉片的力學振動特性，建立葉輪多參數數學模型，著重研

3、究了葉片彎曲振動、扭轉振動、葉輪偏心振動、溫度、轉速等對葉尖到達時間、葉尖間隙參數影響。以四葉片為例分析了葉輪到達時間、葉尖間隙特性，并分析了在偏心振動測量中傳感器位置對信號的影響。
　　2.采用葉片三維數學模型，研究了傳感器的空間濾波特性，提出最小采樣判據;分析葉片到達信號特點，并根據信號特點，提出了數字濾波器理論設計依據，設計了相關濾波器。
　　3.根據葉尖間隙特點，研究了最小值法、最小二乘擬合法和高斯擬合法三種葉尖間隙

4、的測量方法;根據振動信號特點，研究了閾值法、中值法、邊沿斜率交叉法、高斯法四種葉尖到達時間的測量方法，并對葉尖等間隙變化的轉速測量方法的進行研究。
　　4.分析現有葉輪振動信號辨識算法特點，研究周期非均勻采樣信號對葉片振動信號頻譜的影響，研究雙素數周期采樣傅里葉變換法對應的振動倍頻辨識范圍和優(yōu)化方法。
　　5.搭建實驗裝置，驗證葉尖間隙、到達時間、轉速測量方法的可行性，并建立LABVIEW監(jiān)測系統(tǒng)，實現轉速、葉尖間隙、到達時

5、間差測量和振動信號處理。
　　本論文主要創(chuàng)新點如下:
　　1.提出了雙傳感器測量葉尖到達時間差辨識葉片扭轉振動的方法，及雙傳感器校正葉尖偏擺引起的葉尖到達時間、轉速偏差的方法，解決了用單類傳感器進行葉輪轉速、葉尖間隙變化、葉片扭轉振動、葉片彎曲振動、葉片軸向偏擺等多參數的同步測量技術難題，提高了測量可靠性，為實時在線智能健康監(jiān)測技術研究提供了重要理論依據。
　　2.建立完整的葉輪多參量耦合模型，包含了葉片彎曲振動、扭轉

6、振動、轉速、葉輪偏心、軸向偏擺、溫度、傳感器位置等與間隙測量值、到達時間關系，為葉輪多參量同步測量提供理論基礎。
　　3.提出了單個傳感器的葉輪轉速、葉尖到達時間測量方法;基于葉尖間隙采樣特性，提出了葉尖間隙最小采樣判據和最小間隙識別算法;實驗驗證了葉輪轉速、葉尖到達時間、葉尖間隙變化測量方法的可行性，解決了軸上無安裝傳感器進行葉尖振動測量、葉尖間隙識別的難題。
　　4.基于葉輪多參數測量傳感器布置特性，分析了非周期測量的頻