专利名称：用于测定由对磁场不产生感应的材料制造的涡轮叶片的共振频率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对磁场不产生感应的材料制造的涡轮叶片励磁的装置和方法，更具体讲，是涉及一种将少量磁感应材料附着在这种涡轮叶片上的系统。
独立式涡轮叶片正在取代用于蒸汽发电机涡轮的榫接式叶片。榫接式叶片具有铆接在圆环弓形部分上的端部，并且把几个这样的弓形部分焊接在一起形成一个连续的圆环。独立式涡轮叶片不需要焊接和铆接，而且使每一个叶片更简单、安装成本也更低。然而，独立式叶片很象一个复杂的转动的音叉，具有多种共振。当涡轮达到速度时，它将经过若干个频率，这些频率将在涡轮的共振频率上激励每一个叶片在短时间内发生共振。如果涡轮转速保持在一个激励频率上，或者，如果一个叶片在正常的或者接近正常的工作转速上具有一个共振频率，叶片很可能会疲劳和断裂，使涡轮受到严重破坏。结果，对单个叶片进行试验以保证它们的共振频率落在允许的设计限度内，这便成为必不可少的。静态共振频率的测量已经成为一种非常重要的测量。使用一种加速度表和激励叶片的机械装置可以很方便地测量静态共振频率。由于存在调节问题，机械激励器使用困难并且不能始终如一地得出可重复的结果。
近来，为了获得更准确的静态频率检测结果、为了改善检测方法的效率，已经制成一种装备有电子计算机的检测装置，装备有电子计算机的频率检测装置把使用励磁叶片的非接触式电磁装置和非接触式谐振传感器结合在一起。这种非接触式励磁和传感系统改善了检测的重复性和效率。
这种电子计算机化的已有技术系统正好适用于对磁场产生感应的材料制造的涡轮叶片，而对于用对磁场不产生感应的材料，例如钛，制造的涡轮叶片就不能工作。因为独立式涡轮叶片越来越多地使用对磁场不产生感应的材料制造，所以，对于一种可以测量由对磁场不产生感应的材料制造的叶片的共振频率而不使用机械激励器的系统的需求增加了。
本发明主要目的是提供一种装置，它可以帮助测定涡轮的共振频率而无须接触，这种装置将会适用于由对磁场不产生感应的材料制造的叶片。
为了实现这一任务，本发明提供了一种检测由对磁场不产生感应的材料制造的涡轮叶片的装置，这种装置包括产生磁场的励磁组件;非接触式测定叶片运动的组件，该组件的特点就在于它是以可拆卸的方式附着在叶片上，所述组件可以用所述磁场励磁以使叶片受磁场的感应而产生振动。
通过阅读下面对附图仅作为例子示出的一个最佳实施例的说明，就会更容易地理解本发明，其中
图1图示了一种根据本发明的带有附着其上的励磁薄片(12)的涡轮叶片(10)。
图2是图1中的涡轮叶片(10)的横断面图，该图更详细地图示本发明的薄片(12)。
图3图示了一种通过薄片(12)对涡轮叶片励磁并测量共振频率的装置。
本发明适用于由如钛这样对磁场不产生感应的材料制造的涡轮叶片(10)通过附着其上的励磁薄片(12)进行励磁，如图1所图示的那样。薄片(12)最好是一块宽12.7mm、长76mm、厚0.051mm的钢制薄板材料。励磁薄片(12)用大约厚0.025mm的双面胶带粘附在叶片上，距出气边1.52mm处。薄片(12)最好大致位于距叶片根部支架2/3叶片长度的地方，如图1所图示的那样，对于大多数西层公司制造的叶片来说，这一长度是25cm。薄片(12)仅使涡轮叶片增加0.5g的质量，大约引起叶片(10)共振频率发生0.1Hz的变化。
图2是带有附着其上的薄片(12)的叶片(10)的横断面，如在图2中可以看到的那样。薄片(12)包括钢片材料(14)和双面胶带(16)，例如，3MSCOTCH商标双面胶带型芯系列2-0300。
在叶片(10)被固定在紧固夹具上后将薄片附着其上，在测试期间夹具固定着叶片(10)。在叶片试验期间，频率控制单元(20)可以控制试验频率在从35Hz到1200Hz的范围内扫频。在进行大量叶片测试之前，设计工程师大致确定了叶片的共振频率并且设计一个或多个触发脉冲，所述激励频率在触发脉冲将被扫描。每个触发脉冲可以根据需要设计宽度，然而，为了实现对每一个叶片的快速测试，最好是30Hz的触发脉冲。单元(20)控制由驱动和测量单元(22)产生的频率，单元(22)最好是西屋公司出品的Model RESFRQ型共振频率测试电路板。驱动和测量单元(22)发出一频率测试信号到激励单元(24)，这个单元包括一个常规的音频功率放大器和一个非接触式磁激励器，这可以从Electro Corporation买到，比如Model No 3010 AN。激励器固定在一个可调节的支架上，距叶片(10)凸侧的出汽边缘大约9.5mm。在激励器和薄片(12)之间具有0.51mm的间隙。激励器单元(24)通过由单元(22)所产生的振荡磁场和薄片(12)引起叶片(10)振动。非接触近程传感器，可以由KamanMea-suringSystems获得，例如ModelKD2400，它们被固定在一个可调节的支架上，每一个传感器是传感单元(26)的一部分，该单元包括每一个传感器的音频频带前置放大器。一个传感器位于距离叶片(10)凸起侧的进汽边缘9.5mm和叶片(10)末梢以下9.5mm处。第二个传感器位于距叶片(10)凸起侧出汽边缘9.5mm和叶片(10)末梢以下9.5mm处。由于使用了这两个传感器，结果就可以检测叶片(10)的扭曲以及进汽边缘和出气边缘的共振。一个相位检测器(没有画出)可以加到每一个传感单元的前置放大器上，用于检测叶片在第六或第七谐波是否正在被激励。将被放大的响应信号输入驱动和检测单元(22)，该单元输出测试频率和每一个响应信号的振幅递入显示单元(28)，例如DigitalEquipmentMicropop11/73电子计算机中的显示CRT。图3中单元(20)、(22)和(28)和相位检测器一起，可以作为一套完整的测试装置，从西屋公司可买到，例如ModelFREME-Ⅲ。
图3中的装置被用于检测叶片的共振频率，在那里共振频率被定义为被加到激励单元(24)上的驱动(激励)信号的频率，该单元在稳定状态条件下产生最大振动振幅。由于动态延迟，这导致测量的表观共振频率高于或低于真实共振频率，如前所定义的那样，这取决于测试驱动频率是向上或向下扫描通过测量触发脉冲，这里使用的是一种双向频率扫描技术。这种方法是一种测定在这些触发脉冲的一个脉冲内的共振频的多步程序，通过每一个触发脉冲的第一次扫描是迅速的(大约为13Hz/秒)，并且从低于该触发脉冲5Hz开始到高于该触发脉冲5Hz结束。在这次扫描过程中所发现的临界值以上的所有极大值的表观的共振频率和相应振动振幅暂时被储存起来。然后，频率又跃回具有最高振幅的表观共振频率。这一表观共振频率高于真实的共振频率，所以，测试驱动频率就向下缓慢地扫描(大约为1.4Hz/秒)一个12.5Hz的频率间隔，并且测定第二个表观共振频率和它的相应振幅。第二个表观共振频率将低于真实共振频率。从这一频率的低端开始扫描，该系统通过一个12.5Hz的频率间隔以1.4Hz/秒缓慢地向上扫描，并且测量第三个表观频率以及相应振幅。计算第二个和第三个表观共振频率和它们的相应振幅的平均值，并把这平均值看作是这个触发脉冲的真实的共振频率和相应振幅。如果计算出的共振频率在这个触发脉冲之外，那么下一个较低振幅的表观共振频率就被用作真实共振频率的重复测量的起点。对于一个触发脉冲来说，一个有效的共振频率一经测定，就开始扫描下一个触发脉冲。当扫描每一个触发脉冲和测定有效共振频率和相应振幅时，测试结果就显示在电子计算机的CRT上。
从以上详细说明中，本发明的许多特征和优点是明显的，因此，附加权利要求的目的在于复盖所有在本发明实际的构思和范围之内的所有特征和优点。进而，对于该领域熟练的技术人员来说，大量的改进和变换是显而易见的，无须将本发明限制在以上所描述的实际结构和方法之中，因此，所有适当的改进方案和可以采用的同等物，都落在本发明的范围之内。
附图3中所使用的编号说明如下(20)为频率控制单元;
(22)为驱动和测量单元;
(24)为激励单元;
(26)为传感单元;
(28)为显示单元。
权利要求
1.一种用于测试对磁场不产生感应的材料制造的涡轮叶片(10)的装置，所述装置包括产生磁场的激励单元(24)；测定叶片(10)的运动的非接触式单元(26)，其特征是组件(12)是以可拆卸方式附着于叶片(10)之上的，所述组件可以为所述磁场所激励，以使叶片(10)对应于磁场的变化而振动。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于所述可激励的组件(12)由一钢质薄片(14)构成，该薄片用位于薄片(14)与叶片(10)之间的双面胶带粘附在叶片(10)之上。
3.一种用于测试对磁场不产生感应的材料制造的涡轮叶片(10)的方法，所述方法的特征在于以下步骤(a)将用磁性材料(12)制成的薄片用双面胶带粘附在叶片上;(b)用一频率变化的磁场激励材料(12)以及(c)测定叶片(10)的运动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述材料(12)是钢质薄片。
全文摘要
本发明公开了一种用如钛这样的对磁场不产生感应的材料制造的独立式涡轮叶片的共振频率的测试方法和装置。将用磁感应材料，例如钢制造的重量很小，大约为0.5克的薄片(12)附着于叶片(10)的凸侧。薄片(12)为振荡磁场所激励，并使叶片(10)作相应的运动。当通过触发脉冲对磁场的激励频率进行扫描时，记录叶片(10)运动的最大振幅并用确定共振频率。薄片(12)的重量很小，实质上不会改变叶片(10)的共振频率。
文档编号F01D5/16GK1032455SQ8810756
公开日1989年4月19日 申请日期1988年9月23日 优先权日1987年9月23日
发明者唐纳德·瓦纳·穆尔 申请人:西屋电气公司