旋转叶片振动测量新的技术方案研究

　　1　引言

　　机器的振动总是伴随着机器的运转而存在。机械设备由于振动所引起的故障率占总的机械故障率的60%~70%[1]。对于航空发动机、电站涡轮机及各种轴流式压气机旋转叶片振动所引起的故障是安全监测与故障诊断的主要内容。随着压气机的压力负荷和转速的提高,不时会发生叶片的振动及失速颤振。叶片的振动及失速颤振可能会导致叶片的折断。在高速运转过程中的一个叶片的折断会造成整台压气机的完全损坏。因此有必要对最危险的第一级叶片振动进行监测。但由于现代压气机工作轮是高速旋转着的,因此叶片振动的测量问题成为相当复杂的技术问题。长期以来对叶片振动等参数测量一直采用接触式的应变片法。方法是在叶片上粘贴电阻应变片,从应变片引出的导线沿着叶片、叶根、叶轮和轴敷设,最后接入到一个专门的集流器装置中。从旋转着的电阻应变片采集到的信号经过集流器装置后,由电子放大器放大,然后送到记录装置。这种方法最主要的缺点是在同一时间内只能测量有限个叶片。由于集流器的通道数目有限,加上试验准备工作的复杂性,因此用电阻应变片法同时观察同一级上的所有叶片是不可能的。

　　由于这种方法只能在某几个叶片上测量出叶片的动应力,而在多数情况下,整圈叶片上动应力的分散度可达6倍[2],因此这样确定出来的最大的动应力可靠性就受到影响。除此之外,采用电阻应变片测量时,试验准备的工作量很大,传感器、导线、集流器的可靠性低(高转速下工作的集流器,最好的情况下使用寿命是10~12 h);另外对批量生产的每台压气机都用应变片法测量也是不可能的。因此研究非接触测量叶片振动的方法一直是国内外研究的热点专题之一。

　　非接触式测量旋转叶片振动的方法有很多种,其中最有应用前景的是叶端定时测量法。它的测量原理实质上是对叶片的端部相对位移进行间断测量,根据所测量到的断续的数值“还原”为叶片的原始振动过程,并且对叶片整个振动过程的参数进行分析。在60年代初期国外最早提出的非接触式测量方法,是采用在叶片端部截面上压入一个磁铁,在叶片上方的壳体上安装一个锯齿形的导体,当叶片通过导体时,在其上感应出正弦形状的电动势,其频率由转子的旋转速度确定。叶片端部振动时,线圈中的信号按一定的频率被调制,所调制频率的偏差依赖于叶片的振动振幅和其频率的乘积,然后用无线电技术中已知的方法解调出信号,就能够确定出叶片的振动强度。但这种方法需要在壳体上布置与测量的叶片同数量的线圈导体,试验准备复杂,并且检测的叶片数目很少,因此在实践中没有得到推广。