[发明专利]叶轮叶片测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械固有频率测量领域，尤其涉及一种叶轮叶片测量装置。

背景技术

叶轮叶片是叶轮机械最为关键的部件之一，振动破坏是造成叶轮叶片失效的重要原因，因此叶轮叶片固有频率及其振型的测量是叶轮叶片制造、检修过程中必须进行的重要工作。叶片(即叶轮叶片)固有频率与激振力频率相同时就会发生共振，导致叶片事故。新机组叶轮叶片安装前必须进行频率测量和调频，旧机组大修时必须进行频率测量，以判断叶根是否松动，是否存在裂纹。因此叶片固有频率的测量对于保证机组的安全具有重要的影响。传统的叶轮叶片固有频率的测量一般是使用频率发生器和示波器，人为调整频率发生器的激励频率，在示波器上观察到李萨茹波形，则认为该激振频率为被测零件的固有频率。这种测量方法非常烦琐费时，且无法获得振型，人为因素对测量结果的影响较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶轮叶片测量装置，用于测量叶轮叶片的固有频率，它能够提高叶轮叶片固有频率的测量效率和精度，并且该装置体积小，携带方便，操作流程简单。

本发明的另一个目的在于提供一种叶轮叶片测量装置，用于测量叶轮叶片的振型，并且该装置体积小，携带方便，操作流程简单。

本发明的原理基于数字信号处理中的频谱分析和频谱细化技术。根据振动原理，叶轮叶片在外部周期性激振力作用会进行受迫振动，当外部激振力消失后，变为衰减的自由振动，其自由振动频率为叶轮叶片的各阶固有频率。叶轮叶片振动，通过测量振动的位移(使用电涡流传感器)或者振动加速度(使用振动加速度传感器)，得到其时域信号，将该时域信号转换到频域进行频谱分析，就可以分析得到叶轮叶片的若干阶固有频率。

叶片固有频率的测量精度取决于采样频率和A/D变换精度，然而受到硬件成本和制造工艺的制约，因此本发明引入了频谱细化技术。频谱细化主要基于数字信号处理中的线性调频z变换(CZT)算法。该算法是比较经典的离散信号变换方法，这种变换原理可以理解为采用给定的路径对原有离散信号进行坐标变换，该变换不要求新的路径上的分点数等于原有数据点数，因此增加新的分点数，相当于提高了采样频率。基于这样的原理，在频谱信号能量极高的频率分量附近进行频谱细化，可将固有频率的分辨率提高到0.1Hz以上。

当叶轮叶片在某阶固有处振动时，叶片各个质点都做频率相同的简谐振动，只要测量得到叶片高度方向(即纵向)上各点的振动幅值和相位，即可确定该叶片的振型。振幅的测量是容易的，但相位的测量是十分困难的，且使用常规的方法测量得到的相位值精度太低，不能满足工程测量的需要。本发明通过多个振动传感器采集的振动信号，基本可以准确获得各传感器信号的相位差。这样，将叶片根部的传感器指定为基准传感器，通过其他传感器处与该基准传感器处相位相比，相位差小于180度时，振动方向相同，大于180度小于360度时振动方向相反，最终便可通过各点的振幅和振动方向描绘出振型曲线，再与标准振型曲线相比照，便可以确定叶轮叶片在该阶固有频率的振型。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

技术方案1：一种叶轮叶片测量装置，包括

振动传感器，固定于待测叶轮叶片上，用于将叶轮叶片的振动幅度转化为模拟电压信号；

数据采集器，用于采集所述振动传感器的模拟电压信号，并对所述电压信号进行滤波、模数转化，得到数字电压信号；

微型计算机，接收所述数据采集器的数字电压信号，然后进行频谱分析和频谱细化，输出待测叶轮叶片的固有频率；

所述测量装置用于测量叶轮叶片的固有频率。

技术方案2：一种叶轮叶片测量装置，包括

激振器，用于激振待测叶轮叶片产生振动；

多个振动传感器，纵向固定于待测叶轮叶片上，用于将叶轮叶片不同位置的振动信号转化为模拟电压信号；

数据采集器，用于采集所述多个振动传感器的模拟电压信号，并对所述电压信号进行滤波、模数转化，得到数字电压信号；

微型计算机，接收所述数据采集器的数字电压信号，然后进行振型分析，输出待测叶轮叶片的振型；

所述测量装置用于测量叶轮叶片的振型。

上述两个技术方案的还具有如下特点：

所述待测叶轮叶片采用金属材料，振动传感器选用电涡流传感器。

所述待测叶轮叶片采用铁基材料，振动传感器选用压电加速度传感器。

技术方案2还具有以下特点：

所述振动传感器为5-8个。

所述数据采集器具有8个通道，能够处理8路模拟电压信号。