叶轮叶片振动的检测方法及检测装置的设计

　　0　引言

　　涡轮机是利用流体冲击叶轮转动而产生动力的发动机,按流体的不同分为汽轮机、燃气轮机和水轮机,广泛用做发电、航空、航海等的动力机。其叶轮高速转动,叶片容易因振动而损坏,据统计因叶片振动而产生的故障占涡轮机故障的70%以上[1]。为了保证涡轮机的安全运行,必须对叶轮的叶片状态进行实时在线监测。目前的监测方法分有两大类:接触式测量和非接触式测量。接触式测量大多是在叶片粘贴应变片,应变片信号通过粘贴在叶轮表面上的导线引入到一个专门的集流环中,然后再将信号进行处理分析[2]。由于安装空间尺寸等限制,这种方法不适应高速运动时测量信号的传输;非接触式测量方法很多,其中的叶端定时测量方法是将多个非接触激光传感器沿径向安装在静止的壳体上,利用传感器感受旋转叶片所产生的脉冲信号。如果叶片不振动,可根据每个叶片的角度和旋转速度计算出叶片到达传感器的时间。如果叶片振动,叶片端部到达传感器的时间与不振动的时间产生时间差,可得到叶片振动的信息[3]。这种方法必须经过一定时间间隔的某些时刻进行,测量记录不连续。而且要用多个传感器和专门软件处理数据,测量精度取决于叶片振动的形式以及传感器的安装个数和传感器之间的安装夹角。

　　作者提出一种叶轮叶片振动在线连续实时检测的方法,并设计了检测。该方法实际上是一种接触式测量法,是将电阻应变片粘贴于叶轮叶片上,用应变片感受叶片振动,再将应变片的信号引出,导入放大电路进行处理,通过电———光———电的变换,将叶片振动信号传输到旋转轴以外的电路中。这种方法可实现旋转叶片状态的连续在线检测。将检测电信号通过光传导到轴外的原理可推广到涡轮机叶片的在线检测中。

　　1　测量装置平台

　　1·1　整体设计

　　测量装置平台由电动机、传动轴、叶轮、叶片和电路等部分组成,如图1所示。通过电动机带动叶轮转动,模拟涡轮机高速运动,从而检测高速运动过程中实验叶片的振动情况。

　　电动机11的皮带轮13旋转,皮带12带动旋转轴5高速转动,因此叶轮3旋转,其中的叶片1在旋转过程中发生的形变或振动,通过粘贴在叶片上的电阻应变片2,被转换成电信号。导线穿过旋转轴的中心孔和孔6绕过支撑轴承,将信号传送到电路板7中,经过放大等初步处理,信号通过孔8和旋转轴的中心孔推动安装在发射端9处的红外发光二极管发光,接收端10的红外接收管接收到光信号,传送给检测装置。

　　1·2　旋转轴设计

　　图2为旋转轴剖面图,图中轴的中央段铣出一个30mm×15mm的平面7,并钻两个安装电路板的螺纹孔;从轴左右两端分别钻深度分别为90mm、70mm,孔径为5mm的中心孔,用于安装红外发光二极管、导线,轴上分别钻两个直径为5mm的横孔与中心孔底部相通,以便导线的经过。