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高速旋轉(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)、航空、航運(yùn)業(yè)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(guó)外一直在致力研究一種非接觸式旋轉(zhuǎn)葉片振動(dòng)測(cè)量新技術(shù)—葉端定時(shí)測(cè)量技術(shù)。
即葉端定時(shí)傳感器、高速脈沖信號(hào)采集及預(yù)處理、葉端定時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析處理。這些方法雖有明顯的減振作用,但效果有限,且其結(jié)構(gòu)固定,無(wú)法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了適應(yīng)高速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求的全光纖葉端定時(shí)傳感器,所研制的葉端定時(shí)傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、頻寬優(yōu)于100MHz,測(cè)量距離達(dá)到0.5mm 的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)了基于固定頻率脈沖填充法計(jì)數(shù)的高速脈沖信號(hào)采集及預(yù)處理電路,實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間測(cè)量。
葉片是葉輪機(jī)械的關(guān)鍵零部件,其工作環(huán)境惡劣,同時(shí)受高離心力、穩(wěn)定氣流力和交變氣流激振力的作用,是故障多發(fā)件。葉片靜頻及應(yīng)力分布測(cè)量對(duì)轉(zhuǎn)子葉片先進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn),分別測(cè)定了葉片前十階模態(tài)的頻率及振型,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)激起同樣的葉尖振幅時(shí),有幾種振型所需的激振力小,對(duì)這些振型重點(diǎn)測(cè)量。葉片失效原因主要有機(jī)械損傷、高溫?fù)p傷、高溫暴露、蠕變失效、疲勞失效和腐蝕。其中疲勞失效是重要的一個(gè)原因,它往往導(dǎo)致葉片斷裂。研究葉片的減振方法有較大的工程意義。目前已有一些較成熟的減振技術(shù),如干摩擦阻尼和蜂窩密封減振,前者通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到減振的目的,后者則能加劇氣流擾動(dòng),提高氣流的能量耗散,減小氣流激振。這些方法雖有明顯的減振作用,但效果有限,且其結(jié)構(gòu)固定,無(wú)法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整。另外,有學(xué)者研究應(yīng)用反旋流措施來(lái)提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性,通過(guò)向密封間隙噴入逆向氣流來(lái)減小密封間隙內(nèi)的旋流。反旋流只有在合適的流速和流量下才能起到抑振的作用,否則就會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)失穩(wěn),且反旋流結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算困難,因此其工程應(yīng)用并不多。本文研究的吸氣方法從新的角度來(lái)改善葉頂間隙的氣流特性,較反旋流技術(shù)有較大的優(yōu)勢(shì)。
在風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,其相關(guān)振動(dòng)信號(hào)能夠有效反映設(shè)備部件運(yùn)行狀況, 并承載著設(shè)備故障信息。設(shè)計(jì)了基于固定頻率脈沖填充法計(jì)數(shù)的高速脈沖信號(hào)采集及預(yù)處理電路,實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間測(cè)量。為此,利用相應(yīng)技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效檢測(cè)和分析, 將其數(shù)據(jù)作為設(shè)備健康狀況的判斷依據(jù),就能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片故障的有效預(yù)測(cè)。風(fēng)機(jī)葉片工作中的振動(dòng)頻率一般在0.2Hz 以上,對(duì)比位移、速度和加速度,其中加速度信號(hào)幅值較大,表明可以充分利用加速度信號(hào)作為測(cè)量和處理對(duì)象。
利用加速度傳感器對(duì)風(fēng)機(jī)葉片加速度值進(jìn)行測(cè)量,可有效掌握風(fēng)機(jī)葉片的振動(dòng)程度。LMSSCADSⅢ316每通道有獨(dú)立的16bitA/D,有DSP功能,采樣頻率為200Ks/s,通過(guò)SCSI接口直接傳送到硬盤(pán)。其原理如下:首先,對(duì)加速度進(jìn)行積分處理,獲得速度信號(hào)v,從而掌握風(fēng)機(jī)葉片振動(dòng)頻率;其次,對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行再積分,掌握風(fēng)機(jī)葉片的振動(dòng)位移s, 進(jìn)而對(duì)風(fēng)機(jī)葉片振動(dòng)幅度進(jìn)行有效掌握;獲取三軸的加速度情況,并對(duì)振動(dòng)位移分量進(jìn)行合成以獲取加速度矢量,通過(guò)已有信息得出葉片振動(dòng)大小和方向,進(jìn)而判斷風(fēng)機(jī)是否存在故障。