基于叶尖定时的转子叶片轴向位移辨识方法

doi:10.7527/S1000-6893.2024.28682

固体力学与飞行器总体设计

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基于叶尖定时的转子叶片轴向位移辨识方法

李天晴¹, 王维民¹^,²(), 张旭龙³, 王树慧¹, 付振宇¹

^1.北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室，北京 100029
^2.北京化工大学高端压缩机及系统技术国家重点实验室，北京 100029
^3.中国船舶集团有限公司系统工程研究院，北京 100094

收稿日期:2023-03-10 修回日期:2023-05-08 接受日期:2023-07-25 出版日期:2024-01-25 发布日期:2023-08-15
通讯作者: 王维民 E-mail:wwmbuct@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2020YFB2010803);国家自然基金重点项目(92160203)

Identification method of rotor blade axial displacement based on blade tip timing

Tianqing LI¹, Weimin WANG¹^,²(), Xulong ZHANG³, Shuhui WANG¹, Zhenyu FU¹

^1.Beijing Key Laboratory of Health Monitoring Control and Fault Self?recovery for High?end Machinery，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.State Key Laboratory of High?End Compressor and System Technology，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^3.CSSC Systems Engineering Research Institute，Beijing 100094，China

Received:2023-03-10 Revised:2023-05-08 Accepted:2023-07-25 Online:2024-01-25 Published:2023-08-15
Contact: Weimin WANG E-mail:wwmbuct@163.com
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2020YFB2010803);Key Program of National Natural Science Foundation of China(92160203)

摘要/Abstract

摘要：

叶尖定时技术在透平机械叶片振动的监测与诊断中广泛应用，取得了较好的效果。然而叶尖定时法的测量结果为叶尖位移在旋转方向上的分量，叶片轴向位移导致的叶尖定时测点位置变化会引入旋转方向上的位移分量，需对叶尖定时测量结果进行解耦，从中辨识叶片的轴向位移。依据叶尖定时测量原理，分析了测点位置变化对测量结果的影响关系，提出了基于叶尖定时的叶片轴向位移辨识方法。结合叶片型线方程，建立了融合叶片轴向位移的叶尖定时采样模型，仿真验证了所提方法的有效性。然后利用轴向位移可调式航空发动机压气机叶片实验台实测的叶尖定时信号进行验证，将转子叶片轴向位移辨识值与真实值进行对比，验证了本文所提方法的准确性。对叶片运行状态的全面准确评估以及转子-叶片轴位移故障诊断具有重要的工程应用价值。

关键词: 叶尖定时, 叶片振动, 轴向位移, 故障诊断, 状态监测

Abstract:

Blade tip timing technology has improved in recent years and is now frequently utilized in the monitoring and diagnosis of turbomachinery blade vibration. It is necessary to decouple the measurement results of blade tip timing and determine the axial displacement of the blade， because the measurement results of the blade tip-timing method are the components of the blade tip displacement in the rotational direction， and the change in the position of the measurement points for blade tip timing caused by the axial displacement of the blade also introduces the displacement components in the rotational direction. A blade axial displacement identification method based on the principle of blade tip timing measurement is proposed after analyzing the link between the change in measurement point position and the measurement result. Integrating the blade profile equation， a sample model of blade tip timing that incorporates blade axial displacement is established， and the efficiency of the proposed method is verified by simulation. The measured blade tip timing signals from the adjustable axial displacement aero-engine compressor blade are then used for experimental verification， and the axial displacement identification values of the rotor blade are compared with the actual values， verifying the accuracy of the proposed method. It has significant engineering application value for thoroughly and accurately assessing blade operation status and diagnosing rotor-blade axial displacement faults.

Key words: blade tip timing, blade vibration, axial displacement, fault diagnosis, status monitoring

中图分类号:

李天晴, 王维民, 张旭龙, 王树慧, 付振宇. 基于叶尖定时的转子叶片轴向位移辨识方法[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 228682.

Tianqing LI, Weimin WANG, Xulong ZHANG, Shuhui WANG, Zhenyu FU. Identification method of rotor blade axial displacement based on blade tip timing[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(2): 228682.

图/表 11

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参考文献 20

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Identification method of rotor blade axial displacement based on blade tip timing

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