CN113624329A - 非接触式叶片振动测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了非接触式叶片振动测量装置与方法，涉及检测领域，包括驱动装置、基座、叶顶信息采集装置、调整组件以及叶根信息采集装置；驱动装置用于驱动叶片在基座上实现转动；叶顶信息采集装置用于采集叶片的叶顶的到达信号，并传输至后台电脑记录下来；调整组件用于调整叶顶信息采集装置的位置；叶根信息采集装置用于采集叶根的到达信号，并传输至后台电脑记录下来；将固定叶顶传感器的防护罩设计成可以旋转调节的结构，每测量一组数据之后，即可对叶顶传感器的位置进行调节，之后再进行测量，多次测量，可以全面掌握各个位置的叶片振动情况，弥补了传统测量过程中，测量数据较少，不利于叶片振动试验的精确开展。
Description
技术领域
本发明涉及测试领域，具体涉及非接触式叶片振动测量装置和方法。
背景技术
涡轮发动机的叶片在生产出来之后需要进行叶片运转过程中的振动进行测量，以保证叶片能够正常工作。
传统的测量过程中的传感器的位置大多是固定的，由于重力的存在，使得叶片运转时在不同位置的振动幅度不同，由于在实际应用中对传感器的数量及分布有一定的限制，所以通常会选取几个位置安装传感器，一种是运用3-5个传感器等间隔测量，即每隔120°或72°安装一支传感器；第二种是4支传感器以较小角度等间隔安装，最后一种是5+2法，7支传感器按顺时针夹角分别为48°、 72°、72°、48°、24°、72°、24°安装。这些安装方法只是选取几个典型的位置点进行检测，由于安装的传感器数量较少，使得测试后获得的数据也较少，很难全面的测试以及分析到各个位置的叶片振动情况，而一般的传感器安装很难同时满足多种安装方式的要求。
如果单纯的用增加传感器的数量，来获取更多位置的采集数据，必然会提高测量的难度，并且若个别传感器出现失效的情况，那么也会对监测的准确性造成严重影响。
发明内容
发明的目的在于提供一种非接触式叶片振动测量装置和方法，以解决现有技术中出现的上述问题。
非接触式叶片振动测量装置，包括驱动装置、基座、叶顶信息采集装置、调整组件以及叶根信息采集装置；
驱动装置用于驱动叶片在基座上实现转动；
叶顶信息采集装置用于采集叶片的叶顶的到达信号，并传输至后台电脑记录下来；
调整组件用于调整叶顶信息采集装置的位置，以采集不同位置的叶片振动数据；
叶根信息采集装置用于采集叶根的到达信号，并传输至后台电脑记录下来；
优选的，驱动装置包括驱动电机以及转轴，驱动电机通过联轴器与转轴连接，转轴通过轴承与基座转动连接，叶片与转轴固定连接。
优选的，叶顶信息采集装置包括防护罩以及叶顶传感器，防护罩设于叶片的外侧，且与转轴同轴设置，防护罩通过轴承与基座转动连接，防护罩上等距设有四个安装孔，安装孔内固定连接有叶顶传感器，叶顶传感器用于采集叶顶到达传感器下方的时间点数据，并传输至后台电脑。
优选的，调整组件包括调整电机、蜗杆以及蜗轮，蜗轮与防护罩固定连接，蜗杆与蜗轮啮合，且转动连接在基座的前壁上，蜗杆的一端固定连接有从动锥齿轮，电机与基座固定连接，且其输出轴固定连接有与从动锥齿轮啮合的主动锥齿轮。
优选的，叶根信息采集装置包括信号轮以及叶根传感器，信号轮与转轴固定连接，信号轮上等距设有若干信号齿，信号齿的个数与叶片的个数相同，且信号齿的位置与叶片的叶根位置相对应，所述叶根传感器位于信号轮上方，且与基座固定连接，所述叶根传感器用于采集信号齿到达其下方的时间点数据，并传输至后台电脑。
优选的，叶顶传感器与叶根传感器均可采用霍尔传感器。
优选的，的非接触式叶片振动测量装置进行叶片振动测量的方法，具体方法如下：
起初调整组件保持不动，防护罩位于初始位置，即叶顶传感器位于初始位置，驱动装置带动叶片在基座上旋转，当叶片不发生振动时，叶顶传感器检测到叶顶的时刻与叶根传感器检测到的相同叶片的叶根所对应的信号齿的时刻是相同的，当叶片发生振动时，叶片变形弯曲，此时叶顶传感器检测到叶顶的时刻与叶根传感器检测到叶根的时刻之间有一个时间差Δt，同时叶根传感器也可以获取到转轴转动一圈所需的时间T，则转轴的角速度速为360°/T，此处的角速度单位为度每秒，即每秒转动的角度，那么叶片振动后的位置相对于叶片不振动的位置有一个夹角Δt*360°/T，已知圆的周长为2πr，r为叶片长度，由此可算出振动状态与非振动状态的叶片相距的弧长为2πr*Δt*360°/(T*360°)，换算后弧长就为2πr*Δt/T，此处的弧长即为叶片的振幅，转轴每转动一圈即可采集所有叶片的振动信息，四个叶顶传感器可同时采集四个位置的叶片振动信息，由于重力因素，四个位置的叶片振动幅度会有所不同；
为了获得更多不同采集点的叶片振动数据，采集过一个完整圈数的叶片振动信号后，调整组件驱动防护罩旋转一个固定角度，使得四个叶顶传感器的位置发生变化，从而可以检测其他位置下的叶片振动信息，多次旋转防护罩可以获得更多的采集数据，为叶片振动测试提供更多的数据。
本发明的优点在于：
在防护罩上设置四个叶顶传感器可以同时对四个位置的叶片振动情况进行采集；
将固定叶顶传感器的防护罩设计成可以旋转调节的结构，每测量一组数据之后，即可对叶顶传感器的位置进行调节，之后再进行测量，多次测量，可以全面掌握各个位置的叶片振动情况，弥补了传统测量过程中，测量数据较少，不利于叶片振动试验的精确开展；
调整组件采用蜗轮蜗杆传动，可以对防护罩旋转后的位置进行自锁，避免防护罩本身偏移影响试验数据；
信号轮的信号齿数量以及位置与叶片保持一致，一个叶根检测信号对应一个叶顶检测信号，使得后台电脑能够更精确测量的获得获取叶片变形后叶片振动情况，提高测试的可靠性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明部分结构剖视图。
图3为本发明部分结构俯视图。
图4为叶顶信息采集装置的正视图。
图中：1-驱动装置，11-驱动电机，12-转轴，13-联轴器，14-轴承，2-基座；
3-叶顶信息采集装置，31-防护罩，32-叶顶传感器，311-安装孔；
5-叶根信息采集装置，51-信号轮，52-叶根传感器；
4-调整组件，41-调整电机，42-蜗杆，43-蜗轮，44-从动锥齿轮，45-主动锥齿轮，6-叶片。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
非接触式叶片振动测量装置，包括驱动装置1、基座2、叶顶信息采集装置 3、调整组件4以及叶根信息采集装置5；
驱动装置1用于驱动叶片6在基座2上实现转动；
叶顶信息采集装置3用于采集叶片6的叶顶的到达信号，并将传输至后台电脑记录下来；
调整组件4用于调整叶顶信息采集装置3的位置，以采集不同位置的叶片6 振动数据；
叶根信息采集装置5用于采集叶根的到达信号，并传输至后台电脑记录下来；
在本实施例中，驱动装置1包括驱动电机11以及转轴12，驱动电机11通过联轴器13与转轴12连接，转轴12通过轴承14与基座2转动连接，叶片6 与转轴12固定连接。
在本实施例中，叶顶信息采集装置3包括防护罩31以及叶顶传感器32，防护罩31设于叶片6的外侧，且与转轴12同轴设置，防护罩31通过轴承14与基座2转动连接，防护罩31上等距设有四个安装孔311，安装孔311内固定连接有叶顶传感器32，叶顶传感器32用于采集叶顶到达传感器下方的时间点数据，并传输至后台电脑。
在本实施例中，调整组件4包括调整电机41、蜗杆42以及蜗轮43，蜗轮 43与防护罩31固定连接，蜗杆42与蜗轮43啮合，且转动连接在基座2的前壁上，蜗杆42的一端固定连接有从动锥齿轮44，电机与基座2固定连接，且其输出轴固定连接有与从动锥齿轮44啮合的主动锥齿轮45。蜗杆42与蜗轮43传动可以对防护罩31进行自锁，避免防护罩31偏转影响试验数据。
在本实施例中，叶根信息采集装置5包括信号轮51以及叶根传感器52，信号轮51与转轴12固定连接，信号轮51上等距设有若干信号齿，信号齿的个数与叶片6的个数相同，且信号齿的位置与叶片6的叶根位置相对应，所述叶根传感器52位于信号轮51上方，且与基座2固定连接，所述叶根传感器52用于采集信号齿到达其下方的时间点数据，并传输至后台电脑。
在本实施例中，叶顶传感器32与叶根传感器52均可采用霍尔传感器。
工作过程及其原理：
在初次测量时，旋转电机保持不动，由于蜗轮43蜗杆42传动的自锁性，防护罩31会在初始位置保持不动，此时的叶顶传感器32位置也保持不动。
测量开始，驱动电机11通过联轴器13驱动转轴12在基座2上旋转，转轴 12末端的叶片6也跟着旋转启动，模拟叶片6运行时的速度，当叶片6运行缓慢，不发生振动时，叶顶传感器32检测到叶顶的时刻与叶根传感器52检测到的相同叶片6的叶根所对应的信号齿的时刻是相同的，当叶片6运行速度加快，与周围空气发生碰撞产生振动时，叶片6会变形弯曲。
原本叶根与叶顶会同时到达其所对应传感器，但是在叶片6振动发生变形的情况下，叶顶传感器32检测到叶顶的时刻与叶根传感器52检测到叶根的时刻之间有一个时间差Δt，同时叶根传感器52也可以获取到转轴12转动一圈所需的时间T，则转轴12的角速度速为360°/T，此处的角速度单位为度每秒，即每秒转动的角度，那么叶片6的叶顶部分振动发生弯曲的位置相对于叶片6不振动的位置有一个夹角Δt*360°/T，已知圆的周长为2πr，r为叶片6长度，由此可算出振动状态与非振动状态的叶片6相距的弧长为2πr*Δt*360°/(T*360°)，换算后弧长就为2πr*Δt/T，此处的弧长即为叶片6的振幅，转轴12每转动一圈即可采集所有叶片6的振动信息，四个叶顶传感器32可同时采集四个位置的叶片6振动信息，由于重力因素，四个位置的叶片6振动幅度会有所不同。
测试时需要记录叶片6启动时的加速旋转、中途的稳定运行以及降速停止旋转三个过程中叶片6的振动情况，以获取更全面的叶片6振动数据。
为了获得更多不同采集点的叶片6振动数据，采集过一个完整圈数的叶片6 振动信号后，调整电机41通过蜗轮43蜗杆42传动，驱动防护罩31旋转一个固定角度，使得四个叶顶传感器32的位置重新发生变化，从而可以检测其他位置下的叶片6振动信息，多次旋转防护罩31可以获得更多的采集数据，为叶片6 振动测试提供更为全面的试验的数据，这样总体上来看传感器的数量本身并没有发生变化，但是却可以采集到更多的数据，避免了采集数据少影响试验分析的可靠性，同时也避免了直接增加传感器数量，导致若其中一个传感器失效，而无法精确找到失效传感器，影响试验数据的情况。
基于上述：四个叶顶传感器32可以同时对四个位置的叶片6振动情况进行采集；
将固定叶顶传感器32的防护罩31设计成可以旋转调节的结构，每测量一组数据之后，即可对叶顶传感器32的位置进行调节，之后再进行测量，多次测量，可以全面掌握各个位置的叶片6振动情况，弥补了传统测量过程中，测量数据较少，不利于叶片6振动试验的精确开展；
调整组件4采用蜗轮43蜗杆42传动，可以对防护罩31旋转后的位置进行自锁，避免防护罩31本身偏移影响试验数据；
信号轮51的信号齿数量以及位置与叶片6保持一致，一个叶根检测信号对应一个叶顶检测信号，使得后台电脑能够更精确测量的获得获取叶片6变形后叶片6振动情况，提高测试的可靠性。
Claims (7)
1.非接触式叶片振动测量装置，其特征在于，包括驱动装置(1)、基座(2)、叶顶信息采集装置(3)、调整组件(4)以及叶根信息采集装置(5)；
所述驱动装置(1)用于驱动叶片(6)在基座(2)上实现转动；
所述叶顶信息采集装置(3)用于采集叶片(6)的叶顶的到达信号，并传输至后台电脑记录下来；
所述调整组件(4)用于调整叶顶信息采集装置(3)的位置，以采集不同位置的叶片(6)振动数据；
叶根信息采集装置(5)用于采集叶根的到达信号，并传输至后台电脑记录下来。
2.根据权利要求1所述的非接触式叶片振动测量装置，其特征在于，所述驱动装置(1)包括驱动电机(11)以及转轴(12)，所述驱动电机(11)通过联轴器(13)与转轴(12)连接，所述转轴(12)通过轴承(14)与基座(2)转动连接，所述叶片(6)与转轴(12)固定连接。
3.根据权利要求1所述的非接触式叶片振动测量装置，其特征在于，所述叶顶信息采集装置(3)包括防护罩(31)以及叶顶传感器(32)，所述防护罩(31)设于叶片(6)的外侧，且与转轴(12)同轴设置，所述防护罩(31)通过轴承(14)与基座(2)转动连接，所述防护罩(31)上等距设有四个安装孔(311)，所述安装孔(311)内固定连接有叶顶传感器(32)，所述叶顶传感器(32)用于采集叶顶到达传感器下方的时间点数据，并传输至后台电脑。
4.根据权利要求1所述的非接触式叶片振动测量装置，其特征在于，所述调整组件(4)包括调整电机(41)、蜗杆(42)以及蜗轮(43)，所述蜗轮(43)与防护罩(31)固定连接，所述蜗杆(42)与蜗轮(43)啮合，且转动连接在基座(2)的前壁上，所述蜗杆(42)的一端固定连接有从动锥齿轮(44)，所述电机与基座(2)固定连接，且其输出轴固定连接有与从动锥齿轮(44)啮合的主动锥齿轮(45)。
5.根据权利要求3所述的非接触式叶片振动测量装置，其特征在于，叶根信息采集装置(5)包括信号轮(51)以及叶根传感器(52)，所述信号轮(51)与转轴(12)固定连接，所述信号轮(51)上等距设有若干信号齿，所述信号齿的个数与叶片(6)的个数相同，且信号齿的位置与叶片(6)的叶根位置相对应，所述叶根传感器(52)位于信号轮(51)上方，且与基座(2)固定连接，所述叶根传感器(52)用于采集信号齿到达其下方的时间点数据，并传输至后台电脑。
6.根据权利要求1所述的非接触式叶片振动测量装置，其特征在于，所述叶顶传感器(32)与叶根传感器(52)均可采用霍尔传感器。
7.采用权利要求5所述的非接触式叶片振动测量装置进行叶片振动测量的方法，其特征在于，具体方法如下：
起初调整组件(4)保持不动，防护罩(31)位于初始位置，即叶顶传感器(32)位于初始位置，驱动装置(1)带动叶片(6)在基座(2)上旋转，当叶片(6)不发生振动时，叶顶传感器(32)检测到叶顶的时刻与叶根传感器(52)检测到的相同叶片(6)的叶根所对应的信号齿的时刻是相同的，当叶片(6)发生振动时，叶片(6)变形弯曲，此时叶顶传感器(32)检测到叶顶的时刻与叶根传感器(52)检测到叶根的时刻之间有一个时间差△t，同时叶根传感器(52)也可以获取到转轴(12)转动一圈所需的时间T，则转轴(12)的角速度速为360°/T，此处的角速度单位为度每秒，即每秒转动的角度，那么叶片(6)振动后的位置相对于叶片(6)不振动的位置有一个夹角Δt*360°/T，已知圆的周长为2πr，r为叶片(6)长度，由此可算出振动状态与非振动状态的叶片(6)相距的弧长为2πr*Δt*360°/(T*360°)，换算后弧长就为2πr*Δt/T，此处的弧长即为叶片(6)的振幅，转轴(12)每转动一圈即可采集所有叶片(6)的振动信息，四个叶顶传感器(32)可同时采集四个位置的叶片(6)振动信息，由于重力因素，四个位置的叶片(6)振动幅度会有所不同；
为了获得更多不同采集点的叶片(6)振动数据，采集过一个完整圈数的叶片(6)振动信号后，调整组件(4)驱动防护罩(31)旋转一个固定角度，使得四个叶顶传感器(32)的位置发生变化，从而可以检测其他位置下的叶片(6)振动信息，多次旋转防护罩(31)可以获得更多的采集数据，为叶片(6)振动测试提供更多的数据。
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