[发明专利]一种非接触式透平机械叶片振动位移监测方法及装置

权利要求书

1.一种非接触式透平机械叶片振动位移测量计算方法，其特征在于，所述方法包括：

在透平机械选定的一级涡轮叶片顶部非接触式地设置数个目标位置，每一个目标位置均作为计算目标位置；获取透平机械运行过程中的每一个涡轮叶片经过计算目标位置时的第一达到时刻，获取目标位置数量，叶片数量，叶顶到轴线的距离；

确定第一序列长度；根据第一序列长度确定第一输出位置及第二序列长度；根据第二序列长度确定第二输出位置；根据第一序列长度，叶片数量确定第三序列长度及第四序列长度；根据第一序列长度确定第一原始矩阵及第二原始矩阵；根据第一原始矩阵确定第一计算矩阵及第二计算矩阵；根据第二原始矩阵确定第三计算矩阵；

建立序列长度为第三序列长度的由第一到达时刻组成的第一预处理时刻序列；依次从第一预处理时刻序列中截取长度为第二序列长度的第一到达时刻序列，根据第一计算矩阵，第一输出位置，第一到达时刻序列计算得到第二到达时刻；根据计算得到的第二到达时刻形成长度为第四序列长度的第二到达时刻序列；

建立序列长度为第三序列长度的由第一到达时刻组成的第二预处理时刻序列；依次从第二预处理时刻序列中截取长度为第二序列长度的第三到达时刻序列，根据第三计算矩阵，第一输出位置，第三到达时刻序列计算得到第三到达时刻；根据计算得到的第三到达时刻形成长度为第四序列长度的第四到达时刻序列；

根据叶片编号确定从第三到达时刻序列截取长度为第二序列长度的第五到达时刻序列，结合第二计算矩阵计算得到第一计算参数；

根据叶片编号确定从第四到达时刻序列截取长度为第二序列长度的第六到达时刻序列，结合第二输出位置，第三计算矩阵计算得到第四到达时刻；

根据第一到达时刻，第四到达时刻，第一计算参数，叶片数量，叶顶到轴线距离计算得到叶片经过计算目标位置的振动位移，完成透平机械叶片振动位移测量计算；

根据叶片数量使用以下公式确定第一序列长度：

根据第一序列长度使用以下公式确定第一输出位置及第二序列长度：

L₂＝2L₁+1

S_out1＝L₁+1

根据第二序列长度使用以下公式确定第二输出位置：

S_out2＝L₂+1

根据第一序列长度，叶片数量使用以下公式确定第三序列长度及第四序列长度：

L₃＝n_b+4L₁

L₄＝n_b+2L₁

根据第一序列长度使用以下公式确定第一原始矩阵及第二原始矩阵：

根据第一原始矩阵确定第一计算矩阵及第二计算矩阵：

根据第二原始矩阵确定第三计算矩阵：

其中，n_b表示叶片的数量，floor(*)为向下取整函数，*表示任意数值，L₁为第一序列长度，L₂为第二序列长度，L₃为第三序列长度，L₄为第四序列长度，S_out1为第一输出位置，S_out2为第二输出位置，X¹为第一原始矩阵，X²为第二原始矩阵，下标*×*表示矩阵的形状，L₂×2表示该矩阵有L₂行，2列，B¹为第一计算矩阵，C为第二计算矩阵，B²为第三计算矩阵；上标T表示矩阵的转置，上标-1表示矩阵的逆；

使用如下公式建立序列长度为第三序列长度的由第一到达时刻组成的第一预处理时刻序列：

使用如下公式依次从第一预处理时刻序列中截取长度为第二序列长度的第一到达时刻序列，根据第一计算矩阵，第一输出位置，第一到达时刻序列计算得到第二到达时刻：

i＝-L₁+1,-L₁+2,…,n_b+L₁

i＝-L₁+1,-L₁+2,…,n_b+L₁

根据计算得到的第二到达时刻形成长度为第四序列长度的第二到达时刻序列：

式中，M¹为第一预处理时刻序列，T¹为第一到达时刻序列，T²为第二到达时刻序列，下标*×*表示矩阵的形状，t¹为第一到达时刻，t²为第二到达时刻，到达时刻下标的表示该到达时刻在全体到达时刻序列中的位置，Β¹为第一计算矩阵，S_out1为第一输出位置，n_b为叶片数量，n为所在的旋转圈数，L₁为第一序列长度，L₂为第二序列长度，L₃为第三序列长度，L₄为第四序列长度，上标T表示矩阵的转置；

使用如下公式建立序列长度为第三序列长度的由第一到达时刻组成的第二预处理时刻序列；

依次从第二预处理时刻序列中截取长度为第二序列长度的第三到达时刻序列，根据第三计算矩阵，第一输出位置，第三到达时刻序列计算得到第三到达时刻：

i＝-S_out2+2,-S_out2+3,…,n_b+2L₁-S_out2+1

i＝-L₁+1,-L₁+2,…,n_b+2L₁-S_out2+1

根据计算得到的第三到达时刻形成长度为第四序列长度的第四到达时刻序列：

式中，M²为第二预处理时刻序列，T³为第三到达时刻序列，T⁴为第四到达时刻序列，下标*×*表示矩阵的形状，t¹为第一到达时刻，t³为第三到达时刻，到达时刻下标的表示该到达时刻在全体到达时刻序列中的位置，Β²为第三计算矩阵，S_out1为第一输出位置，S_out2为第二输出位置，n_b为叶片数量，n为所在的旋转圈数，L₁为第一序列长度，L₂为第二序列长度，L₃为第三序列长度，L₄为第四序列长度，上标T表示矩阵的转置；

使用如下公式根据叶片编号确定从第二到达时刻序列截取长度为第二序列长度的第五到达时刻序列，结合第二计算矩阵计算得到第一计算参数；

b＝1,2,…,n_b

a₁^(n,b)＝C[2,:]·T⁵

其中，T⁵为第五到达时刻序列，t²为计算得到的第二到达时刻，t²的下标表示在全部第二到达时刻组成的序列中所处的位置序号，L₁为第一序列长度，L₂为第二序列长度，nb为叶片的数量，b＝1,2,…,n_b为叶片编号，a₁^(n,b)为第n圈时b号叶片的第一计算参数，C为第二计算矩阵，C[2,:]表示第二计算矩阵的第2行；

使用如下公式根据叶片编号确定从第四到达时刻序列截取长度为第二序列长度的第六到达时刻序列，结合第二输出位置，第三计算矩阵计算得到第四到达时刻；

b＝1,2,…,n_b

t⁴_(n,b)＝B²[S_out2,:]·T⁶

其中，T⁶为第六到达时刻序列，t³为计算得到的第三到达时刻，t³的下标表示在全部第三到达时刻组成的序列中所处的位置序号，L₁为第一序列长度，L₂为第二序列长度，n_b为叶片的数量，b＝1,2,…,n_b为叶片编号，S_out2为第二输出位置，B²为第三计算矩阵，B²[S_out2,:]表示第三计算矩阵的第S_out2行，t⁴_(n,b)为第n圈第b号叶片的第四到达时刻；

使用如下公式根据第一到达时刻，第四到达时刻，第一计算参数，叶片数量，叶顶到轴线距离计算得到叶片经过计算目标位置的振动位移；

其中，下标或上标(n，b)表示第n圈时b号叶片，x_(n,b)为其经过计算目标位置的振动位移，t¹_(n,b)为第一到达时刻，t⁴_(n,b)为第四到达时刻，R为叶片半径，a₁^(n,b)为叶片的第一计算参数，n_b为叶片的数量。

2.一种实现如权利要求1所述方法的非接触式透平机械叶片振动位移监测装置，其特征在于，包括：

获取模块，获取透平机械运行过程中的每一个涡轮叶片经过计算目标位置时的第一达到时刻，获取目标位置数量，叶片数量，叶顶到轴线的距离；

第一确定模块，用于确定第一序列长度；根据第一序列长度确定第一输出位置及第二序列长度；根据第二序列长度确定第二输出位置；根据第一序列长度，叶片数量确定第三序列长度及第四序列长度；根据第一序列长度确定第一原始矩阵及第二原始矩阵；根据第一原始矩阵确定第一计算矩阵及第二计算矩阵；根据第二原始矩阵确定第三计算矩阵；

第二确定模块，用于建立序列长度为第三序列长度的由第一到达时刻组成的第一到达时刻序列；多次从第一到达时刻序列中截取长度为第二序列长度的第二到达时刻序列，根据第二计算矩阵，第一输出位置，第二到达时刻序列计算得到第二到达时刻；根据计算得到的第二到达时刻形成长度为第四序列长度的第三到达时刻序列；

第三确定模块，用于建立序列长度为第三序列长度的由第一到达时刻组成的第二预处理时刻序列；依次从第二预处理时刻序列中截取长度为第二序列长度的第三到达时刻序列，根据第三计算矩阵，第一输出位置，第三到达时刻序列计算得到第三到达时刻；根据计算得到的第三到达时刻形成长度为第四序列长度的第四到达时刻序列；

第四确定模块，用于根据叶片编号确定从第三到达时刻序列截取长度为第二序列长度的第五到达时刻序列，结合第二计算矩阵计算得到第一计算参数；

第五确定模块，用于根据叶片编号确定从第四到达时刻序列截取长度为第二序列长度的第六到达时刻序列，结合第二输出位置，第三计算矩阵计算得到第四到达时刻；

第六确定模块，用于根据第一到达时刻，第四到达时刻，第一计算参数，叶片数量，叶顶到轴线距离计算得到叶片经过计算目标位置的振动位移。