[发明专利]一种基于压力脉动的增压器涡轮叶片振动监测方法

说明书

本发明公开了一种基于压力脉动的增压器涡轮叶片振动监测方法，包括：采用传感器单元检测涡轮叶片的压力信息、脉冲信号和转速信息；采集常温下叶片的最大固有频率和最小固有频率；获得热态运行条件下相应的固有频率，预估涡轮叶片共振转速范围；控制涡轮在相关叶片共振模式下运行，采用遍历涡轮共振转速方法获得叶片固有频率：选取包含叶片实际共振倍频的一段涡轮叶片共振转速范围，在涡轮叶片升速或降速运行条件下同步采集压力、转速、鉴相信号，结合鉴相传感器所产生的脉冲信号，将滤出叶片振动固有频率的信号按涡轮每旋转一圈进行细分使其与涡轮叶片一一对应，从而确定叶片振动最大的涡轮叶片。

技术领域

本发明涉及废气涡轮增压器涡轮叶片振动的在线检测技术领域，尤其涉及一种基于压力脉动的增压器涡轮叶片振动监测方法。

背景技术

废气涡轮增压器利用发动机排出的高温、高压和高速废气，驱动涡轮高速旋转，从而带动同轴的压气机叶轮吸入和压缩大量新鲜空气并送入发动机气缸。废气涡轮增压器不仅被用来在相同功率输出情况下减小发动机尺寸，而且可以大大提高发动机的动力性、燃油经济性和降低排放。

涡轮通常被设计成具有相同的叶片，在理想情况下应该是这样。然而，在现实中，实际涡轮叶片的材料特性(主要是杨氏模量)和几何结构各不相同，导致叶片在不同的叶片之间具有不同的固有频率(失谐)。涡轮叶片失谐对叶片的高周疲劳寿命有很大的影响：它导致振动能量集中到一个或几个单独的叶片上，从而大大放大了这些叶片的振动振幅，使其远高于理想的、调谐的状态。因此，在评价涡轮高周疲劳寿命时，必须找出风险最大的叶片，即振动应变最大的叶片。

涡轮叶片的振动应变可以通过多种方法测量。例如应变片测量、叶尖定时法等。应变片测量是对涡轮机叶片进行应变测量，以测量涡轮机运行过程中叶片变形的一种方法。这个方法有如下缺点：因为增压器涡轮叶片尺寸较小，叶片上贴上应变片，再加上高温保护层，将大大增加叶片的阻尼，因此测出来的应变与真实应变有差别；尺寸小的涡轮，轴很细，所有应变片的引线难以从轴的中心孔引出，因而不能同时测量所有涡轮叶片，需要进行多次测试；使得测试既费时又费钱。航空工业所使用的叶尖定时法也开始应用到涡轮叶片振动测试上，该方法的好处是涡轮处于实际工作状态，且能同时把所有叶片的振动大小测量出来。其缺点是测试和信号处理复杂和费时，且测试设备昂贵。由于目前还没有一种简单的方法来确定，在测试之前，哪种叶片由于失谐效应而产生的振动应变最大，再有针对性的应用应变片测量。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于压力脉动的增压器涡轮叶片振动监测方法，具体包括如下步骤：

采用传感器单元检测涡轮叶片的压力信息、鉴相信号和转速信息；

控制涡轮在相关叶片共振模式下运行，测量涡轮叶片压力脉动信号；

获得涡轮叶片在常温下的固有频率，记录每个叶片的频率，采集常温下叶片的最大固有频率f_max-cold和做小固有频率f_min-cold；

考虑温度软化效应和离心加固效应对叶片固有频率的影响、以及涡轮升速或降速通过叶片共振点造成的共振点频率的偏移现象，从而获得热态运行条件下相应的固有频率f_min-hot、f_max-hot；

根据实际被测旋转机械性能预估被测叶片可能发生的同步振动倍频N，采用坎贝尔图查找预扫描的涡轮增压器转速范围，将两个计算频率绘制在坎贝尔图上，从而预估涡轮叶片共振转速范围；

Nmin in rpm＝60/N*f_min-hot

Nmax in rpm＝60/N*f_max-hot