葉輪多參數(shù)的單類傳感器同步測量方法研究.pdf

1、大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備廣泛應(yīng)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(shù)關(guān)系到生產(chǎn)運行安全，若發(fā)生故障將導致嚴重后果。實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備葉輪的在線實時健康監(jiān)測、故障預(yù)測和智能控制是旋轉(zhuǎn)設(shè)備的重要發(fā)展方向。目前關(guān)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(shù)測量和信號辨識等方面，缺少對葉片扭轉(zhuǎn)振動、葉片軸向偏擺等重要參數(shù)的影響研究，檢測技術(shù)也僅限于采用多種類傳感器實現(xiàn)對被測各參數(shù)的各自獨立的、分離的單一參數(shù)測量。同時，

2、由于受實際系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)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(shù)量進行最佳組合，實現(xiàn)多個參數(shù)的同步測量。因此，本論文采用單類傳感器實現(xiàn)對葉輪多參數(shù)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(shù)研究意義與實際應(yīng)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(shù)的單類傳感器同步測量與辨識方法研究，主要研究工作內(nèi)容包括:
　　1.基于葉片的力學振動特性，建立葉輪多參數(shù)數(shù)學模型，著重研

3、究了葉片彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動、葉輪偏心振動、溫度、轉(zhuǎn)速等對葉尖到達時間、葉尖間隙參數(shù)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(shù)學模型，研究了傳感器的空間濾波特性，提出最小采樣判據(jù);分析葉片到達信號特點，并根據(jù)信號特點，提出了數(shù)字濾波器理論設(shè)計依據(jù)，設(shè)計了相關(guān)濾波器。
　　3.根據(jù)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(jù)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(zhuǎn)速測量方法的進行研究。
　　4.分析現(xiàn)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(shù)周期采樣傅里葉變換法對應(yīng)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(zhuǎn)速測量方法的可行性，并建立LABVIEW監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速偏差的方法，解決了用單類傳感器進行葉輪轉(zhuǎn)速、葉尖間隙變化、葉片扭轉(zhuǎn)振動、葉片彎曲振動、葉片軸向偏擺等多參數(shù)的同步測量技術(shù)難題，提高了測量可靠性，為實時在線智能健康監(jiān)測技術(shù)研究提供了重要理論依據(jù)。
　　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(zhuǎn)

6、振動、轉(zhuǎn)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(guān)系，為葉輪多參量同步測量提供理論基礎(chǔ)。
　　3.提出了單個傳感器的葉輪轉(zhuǎn)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(jù)和最小間隙識別算法;實驗驗證了葉輪轉(zhuǎn)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(shù)測量傳感器布置特性，分析了非周期測量的頻