一种转子叶片阻尼比计算方法

本公开属于转子叶片在线监测和动力学参数识别领域，具体涉及一种转子叶片阻尼比计算方法。

背景技术：

1、涡轮机械广泛应用于工业领域，尤其是航空、航海和电力能源领域。叶片是涡轮机械保证性能和运行安全的重要部件，但由于其长期受到高温高压和交变载荷以及外物冲击，使得叶片的寿命受到影响，进而威胁到整机的运行安全，因此，叶片的振动状态检测至关重要。

2、传统的接触式测量方法，如应变片测量，系统复杂度高且效率低，很难应用到实际的工业环境下，叶端定时(blade tip timing,btt)是一种非接触式方法，它使用安装在机匣中的探头(电容式、光纤式、电涡流式等)记录叶片的达到时间脉冲，将不考虑叶片振动情况下的理论达到角度和实际达到角度之差转换成叶端位移，由此得到叶尖的振动位移，根据振动位移分析叶片的健康情况。传统的转子叶片阻尼比估计只能通过应变片测量，但是叶端定时信号的欠采样特性导致该方法很难采集到叶片共振的最大位移，从而导致其幅值响应曲线拟合结果出现较大的误差。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种转子叶片阻尼比计算方法，该方法能够从严重欠采样的叶端定时数据中获取固有频率和阻尼比，以实现叶片的健康监测。

2、为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

3、一种转子叶片阻尼比计算方法，包括如下步骤：

4、步骤1：利用两支叶端定时传感器采集转子叶片的时间脉冲信号，根据时间脉冲信号获得转子叶片的实际到达时间利用一支opr传感器采集转子叶片的转速基准脉冲信号，根据转速基准脉冲信号获得转子叶片的旋转周期topr；

5、步骤2：基于转子叶片的实际到达时间和旋转周期topr计算转子叶片的实际到达角度

6、步骤3：根据转子叶片的半径r以及转子叶片的实际到达角度与理论到达角度的角度差计算叶尖的位移数据

7、步骤4：基于叶尖的位移数据提取两支叶端定时传感器的位移趋势曲线，计算两条位移趋势曲线的一阶导数的标准差，取最大标准差对应的时间作为转子叶片的共振中心时间tm；

8、步骤5：基于转速基准脉冲信号的时间-转频曲线查找转子叶片的共振中心时间tm对应的共振转频fr，并结合已知的转子叶片一阶模态频率fn计算转子叶片的共振频率f；

9、步骤6：对转子叶片的时间脉冲信号进行时频分析，以获得时频图；

10、步骤7：提取时频图中的共振峰脊线以获得转子叶片的频率响应曲线，基于步骤5中的转子叶片的共振频率f并通过非线性最小二乘对频率响应曲线进行拟合，以获得转子叶片的阻尼比ζ。

11、优选的，步骤1中，两支双传感器的安装角度满足以下公式：

12、

13、其中，k为使得满足的正整数集合，eop为测试中关注的共振阶次。

14、优选的，步骤2中，所述转子叶片的实际到达角度通过下式计算：

15、

16、其中，表示转子叶片的实际到达时间，topr表示转子叶片的旋转周期。

17、优选的，步骤3中，所述转子叶片的理论到达角度通过下式计算：

18、

19、其中，下标i表示转子叶片的编号，下标j表示传感器的编号，n表示转子叶片的旋转圈数，m表示转子叶片旋转了m圈。

20、优选的，步骤3中，所述转子叶片的位移数据通过下式计算：

21、

22、其中，r表示转子叶片的半径，π表示圆周率，表示转子叶片的实际到达角度与理论到达角度的角度差，

23、优选的，步骤4中，所述位移趋势曲线的一阶导数的标准差通过下式计算：

24、

25、

26、其中，表示第j号传感器测得第i号叶片在第n圈时的信号的一阶导数，表示第i号叶片在第n圈时的两传感器信号导数的标准差，表示两支传感器趋势信号一阶导数的均值。

27、优选的，步骤5中，所述转子叶片的共振频率fi通过下式计算：

28、fi＝frieo

29、

30、其中，fn表示转子叶片的一阶模态频率，fri表示转子叶片在ti时刻对应的转频，eo表示转子叶片共振频率的阶次，[·]表示·的四舍五入的取整值。

31、优选的，步骤7中，所述转子叶片的阻尼比ζ通过下式计算：

32、

33、

34、其中，m表示转子叶片的质量，c表示转子叶片的阻尼，k表示转子叶片的刚度，ωn表示转子叶片的固有频率。

35、本公开还提供一种电子设备，其特征在于，包括：

36、存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，

37、所述处理器执行所述程序时实现如前任一所述的方法。

38、本公开还提供一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如前任一所述的方法。

39、与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：本公开不需要粘贴应变片和复杂的引电滑环系统，仅需要两支叶端定时传感器可实现叶片共振频率和阻尼比的提取。

技术特征：

1.一种转子叶片阻尼比计算方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤1中，两支双传感器的安装角度满足以下公式：

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2中，所述转子叶片的实际到达角度通过下式计算：

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3中，所述转子叶片的理论到达角度通过下式计算：

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3中，所述转子叶片的位移数据通过下式计算：

6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤4中，所述位移趋势曲线的一阶导数的标准差通过下式计算：

7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤5中，所述转子叶片的共振频率fi通过下式计算：

8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤7中，所述转子叶片的阻尼比ζ通过下式计算：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至8任一所述的方法。

技术总结
本公开揭示了一种转子叶片阻尼比计算方法，包括：利用两支叶端定时传感器采集叶尖的时间脉冲信号，一支OPR传感器采集叶片的转速基准脉冲信号，根据转速信号获得转子叶片的旋转周期T<subgt;OPR</subgt;；基于叶片的实际到达时间和旋转周期T<subgt;OPR</subgt;计算转子叶片叶尖的位移数据基于叶尖的位移数据提取两支传感器的位移趋势曲线，计算两条位移趋势曲线的一阶导数的标准差，并查找叶片共振中心时间t<subgt;m</subgt;；结合已知的转子叶片一阶模态频率f<subgt;n</subgt;计算叶片的共振频率F；对转子叶片的时间脉冲信号进行时频分析，以获得转子叶片的频率响应曲线；基于共振频率F并通过非线性最小二乘对频率响应曲线进行拟合，以获得转子叶片的阻尼比ζ。

技术研发人员：杨志勃,李浩琪,胡华辉,陈雪峰,田绍华,张兴武,曹佳辉
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16