叶片罩振动监测器的制作方法

文档序号:6143008阅读:272来源:国知局
专利名称:叶片罩振动监测器的制作方法
技术领域
本发明涉及监测转动的叶片排的振动特性,尤其是涉及一种分析整 合的整体叶片结构的振动特性的方法,该叶片结构包括转动的叶片排和 连接叶片的周向罩。
背景技术
高速涡轮机器,例如蒸汽或燃气涡轮,通常包括多个轴向定向的成 排布置的叶片,叶片排响应轴向流过机器的高压流体产生的力而转动。 由于它们复杂的设计,叶片的固有机械共振频率可能与一定的叶片转动 速度和其转动谐波相符合,或者是被该转动速度和转动谐波所激励。每 个固有频率与一个特定的模式相关,每个模式是振动偏差的不同组合, 例如,沿着涡轮转动轴线的振动偏差,垂直于涡轮转动轴线的转动偏差, 等等。为了防止叶片在其正常位置附近的过度振动,保守的设计方案要 求叶片被构造成使得最低模式的频率落入涡轮的工作频率的谐波之间。 但是,叶片可能会被非同步的力所激励,例如,气动抖振或颤振。这即
发生。当振幅超过一定水平时,叶片中会出现不希望的应力。如果这种 情况没有被检测并修正,叶片最终会断裂,导致巨大的损害,机器将停 止运行并且需要昂贵的维修费用。为了避免上述问题,在机器运行前进 行详细的测试,以保证叶片不会在正常的运行时发生共振。
为了识别在涡轮投入使用后产生的振动问题,还期望监测运行中的 转动叶片。这种在线评价是必要的,部分地是因为在实际使用前进行的 评价不能将叶片置于与相邻的通风道和叶片相关的相同的温度、压力、 流体流动和转动条件下以及在正常运行时所承受的其他条件下。为了检 测信号结构发生变化的新振动,叶片振动的连续监测也是重要的。如果 这些振动中的任何一个没有被检测到,逐步发生的断裂会导致重大损害 和很长的停机维修时间。例如,已知的是使用非接触式接近传感器或探 针来检测叶片振动。探针检测每个叶片经过每个探针的实际到达时间。 每个叶片的实际到达时间和借助于使用跟踪涡轮叶轮转动的附加探针确定的期望到达时间之间的差值产生了包含叶片振动信息的信号。对该 信号进行傅立叶分析,以提取出叶片的振动频率和振幅。
为了限制叶片中的振动应力,可以为叶片设置各种结构以在叶片之 间形成配合的结构,该结构用来阻尼振动,以及以其它方式使得叶片结 构对于转子转动中产生的可能激励叶片的流动激励不产生响应。例如, 在一种已知的蒸汽涡轮叶片结构中,每一个涡轮叶片可在叶片外部边缘 设置外罩部,并具有前后罩接触面。在转子静止时,相邻叶片的前后罩 接触面通常由一小间隙分隔开,当转子开始转动时,它们运动成彼此相 接触,由此形成基本连续的周向罩结构。该周向罩结构基本上提高了所 有振动模式的固有频率,因此,减少了能够与转子转动速度的低频谐波 以及流动引起的非同步叶片激励产生的谐波相互作用的振动模式的数 量。而且,该周向罩结构倾向于基本上以每个振动模式的单一振动频率
进行响应,即与叶片排中的节径模式(nodal diameter pattern )相关联 的频率,其中,节径的数量等于振动发生时运行速度的谐波数量。
考虑通常由气动弹性(流动)效应引起的非同步振动,即不是转 轴频率的倍数,为叶片设置罩和在沿着每个叶片长度的多个接触点处放 置接触点(例如减振器)严格地限制了叶片接收引起叶片振动的流动激 励力的能量的情况。也就是说,不仅仅是气动弹性激励力必须具有正确 的频率,它们还必须具有正确的受限的一系列节点模式。对于独立式叶 片来说,只有激励力的频率需要匹配。因此,带罩叶片排通常在大多数 流动激励下并不产生响应,甚至当流动能量中的频率含量与叶片的共振 频率匹配时也是如此。而且,由于所连接的带軍叶片增加了系统的刚性,
每个节点模式使得独立叶片的基本频率从独立叶片通常不增加刚性时 的情况偏移。
在已知的监测和分析带罩叶片结构中的振动的系统中(其中罩与叶 片一体成型),可以在罩中设置目标体,其中通常为与叶片相关联的每 个軍部设置一个目标体,这样,每个目标体与一个叶片相对应。在大部 分现场测试和在线应用中,可以设置单个传感器以在目标体经过传感器 时检测每个目标体的到达。基于用每个目标体(即每个叶片)识别的数 据进行数据分析,这样,每个目标体位置的振动特性基于叶片排的多圈 转动被独立地分析,以表征连接的罩结构的振动特性。

发明内容
根据本发明的一个方面,提供一种监测具有振动监测器的转动连接
叶片排(rotating coupled blade row )的方法,该转动连接叶片湘,包括 多个被支撑成在转子上转动的叶片,和连接叶片并限定叶片排的外部圆 周的罩结构。振动监测器包括设置在軍结构上的固定传感器,以及多个 位于罩结构上周向隔开位置处的传感器目标体,传感器响应每个传感器
目标体的经过来提供时间相关的输出信号。所述方法包括以下步骤基 于传感器提供的传感器输出信号确定每个传感器目标体的实际到达时 间,并且振动监测器存储相对于罩结构的周期性转动随时间而变的多个 传感器输出信号;针对每个传感器输出信号计算每个传感器目标体的实 际到达时间和预定的期望到达时间之间的偏移,以确定随时间而变的罩 结构上的多个不同周向位置的偏移;以及,基于罩结构上的周向位置的 偏移得到罩结构的振动模式的信号特性。
根据本发明的另外一个方面,提供一种预测叶片结构内的叶片结构 失效的方法,该叶片结构包括多个被支撑成在转子上转动的叶片和连接 所述叶片的罩结构。所述方法包括以下步骤确定在叶片排转动期间罩 结构上的多个预定的周向位置的偏移,其中,所述偏移在转子转动整数 周的时间间隔内相对于罩结构的周期性转动随时间而变;以及,基于罩 结构上的周向位置的偏移得到罩结构的振动模式的信号特性。


尽管本申请以特别地说明了本发明并清楚地表明了请求保护本发 明的权利要求结束,但是本发明将通过以下的说明结合相应的附图得到 更好的理解,其中相同的附图标记代表相同的元件,在附图中
附图1是包括具有传感器目标体的革部的涡轮转子组件的一部分 的透视附图2是显示了实现本发明的叶片軍振动监测系统的示意图; 附图3是次谐波与节径之间的关系附图4是产生軍目标体的振动偏移的情况的第一个例子的图表; 附图5是对于附图4中所示情况的目标体偏移采用叶片振动监测器 进行分析的图表;
附图6是对于附图4中所示情况的目标体偏 采用叶片罩振动监测
7器进行分析的图表,其中只显示了 928个产生的次谐波中的前126个次 谐波;
附图7是对于响应第二个例子的情况而产生的目标体偏移采用叶 片振动监测器进行分析的图表;以及
附图8是对于响应第二种情况而产生的目标体偏移采用叶片罩振 动监测器进行分析的图表,其中只显示了 928个产生的次谐波中的254 个次谐波。
具体实施例方式
在以下详细描述的优选实施例中,参考作为本发明一部分的附图, 附图用来说明实现本发明的优选的实施例,并不作为对本发明的限制。 应当明了的是,还可以采用其他的实施方式,并且在不超出本发明的思 想和范围的前提下,可以做出改变。
附图1和2显示了带罩涡轮转子组件的一部分,包括涡轮叶片排 10,其包括安装于转子13的各个叶片12,每个叶片具有前缘14,后缘 16,中心段18,和外边缘20。每个叶片12的中心段18可以分别包括 前后跨中减振元件22, 24,其中,这里的"前"和"后"相对于涡轮 的转动方向而言。跨中减振元件22, 24设置成当叶片排IO静止时在跨 中减振元件22, 24之间形成小间隙30。
每个叶片12的外边缘20包括罩部32,每个罩部32包括前端或前 接触面34和相对的后端或后接触面36。相邻的罩部32的前接触面和 后接触面34、 36限定出互锁的Z形罩区域38,区域38包括位于接触 面34和36之间的小间隙。在转子转动期间,相邻跨中减振元件22, 24运动成彼此相接合,相邻罩部32的相邻前接触面和后接触面34、 36 运动成彼此相接合,罩部32形成非常紧密的锁合,由此限定出基本上 整体的或者整合的周向外罩40。应当了解的是,尽管附图1和2中只 显示了几个叶片12,但是转子13可以支撑叶片12的多个排,每排包 括围绕转子13周向设置的多个叶片12。
在涡轮的运行过程中,叶片12和外罩40倾向于以与整合的结构 40相关联的固有频率振动。参考附图2,其中显示了叶片罩振动监测 (BSVM)系统44。 BSVM系统44包括用于将产生近似于正弦波形的 信号48的罩目标体传感器46,如果采用磁传感器,则每隔一个的过零信号或其他指定的信号值对应于多个传感器目标体50中的每一个的经 过。需要注意的是,如果采用激光传感器,产生的信号可以可选地包括 短脉沖信号。
在所示的实施例中,目标体50位于每个罩部32的大致中心的位置, 这样,目标体50与每个叶片12相关联。但是,需要注意的是,本发明 并不要求目标体50的数目对应于叶片12或罩部32的任何特定的数目, 目标体50的数目可以少于或多于这里描述的数目。传感器46可以包括, 例如,涡流传感器,磁阻传感器,激光传感器,红外传感器或微波传感 器。目标体50可以包括任何能够被上述传感器感测的触发元件,例如, 在罩部32中切割的槽,等离子沉积带,或者嵌入軍部32中的铁或钢目 标体,其中罩部32通常由钛合金制成。
由目标体50的经过产生的信号表示了每个目标体50到达传感器 46的实际到达时间。此外,如涡轮领域所公知的那样,参考传感器52 与转子13上的标记物54协同工作,以提供输出信号56,转子每转动 一周,该信号具有一个过零点,以用来分析由軍目标体传感器46接收 到的信号48。来自罩目标体传感器46的信号48和来自参考传感器52 的信号56被输入叶片罩振动处理器58中。叶片罩振动处理器58处理 输出信号48、 56中的每一个,确定并存储每个目标体50经过传感器 46的到达时间,以及转子标记物54经过参考传感器52的到达时间, 从而提供转轴相量输出。存储在处理器58中的到达时间数据作为输入 量进入信号分析器60。需要注意的是,对于每一个目标体50,在目标 体50每一次经过传感器46时,只存储单个时钟读数或者到达时间。到 达时间存储为32位的字,其中8位用于每个传感器(包括参考传感器 52)的标签号码,24位用于时钟读数。可以使用通常包括96MHz振荡 器的时钟(每秒钟被分成96,000,000份)以非常高的分辨率进行每个目 标体50到达传感器46的精确时间的存储。BSVM系统44可以监测多 个叶片排。因此,对于58个叶片的叶片排,即58个目标体,对于转子 13的每一周转动,BSVM系统44只获取58个到达时间数据点,加上 一个参考传感器52的相量到达时间数据点(每周一次)。需要注意的 是,本发明的传感元件和数据采集元件,包括信号48、 56,振动处理 器58,和信号分析器60,可以设置成用来感测目标体的实际到达时间 与根据现有的用于确定各个叶片的偏转或偏移的叶片振动监测器(BVM)系统(例如美国专利No.4,887,468中公开的BVM系统,该专 利通过引用的方式包含在本申请中)所应用的原理得到的预定的预期或 期望到达时间之间的偏移值,但是存在以下例外情况,即本发明通过使 用单个罩目标体传感器46获取足够的数据,而不是专利No.4,887,468 的装置中公开的两个传感器。但是,本发明并不局限于任何特定数目的 罩目标体传感器46,任何数目的罩目标体传感器46或者其他的变形方 式均包含在本发明的目的中。
在现有的BVM系统中,根据预定的转子转动周数(例如,通常为 32周)采集包括所有叶片到达时间的数据流,数据被存储以建立每个 独立叶片的到达时间。从计算得到的每周的到达时间减去测量的每个独 立叶片的到达时间。由叶片振动导致的到达时间的计算偏差提供了每个 叶片的振动波,采用傅立叶变换可以从中提取振动频率,例如参见附图 5和7。
一般地,如果环绕转动的叶片排设置有ys个叶片或者目标体传感 器,采样频率将等于转动频率乘以传感器数目ys,对于高于折叠频率 (fold-over frequency) ff的振动频率,叶片的振动会欠采样,其中,折 叠频率由Nyquist定理定义为f产采样频率/2。即,根据Nyquist定理, 高于ff的振动频率被折叠回到0到ff (采样频率/2)的频谱中。例如下
面的特定的例子,假设单个传感器振动监测系统在转子每转动一周期间 检测每个叶片或目标体一次,转子的转动速度为3600rpm,相当于 60Hz,即采样频率为60Hz。根据Nyquist定理的教导,这意味着小于 30Hz (60Hz除以2)的振动频率能够被明确地识别。这个0到30 Hz 的频率区间(不包括30Hz)被称作"第一谐波采样区间"。30Hz的 界限被称作"第一采样谐波",其也是单传感器系统的"第一运转速度 谐波"(60Hz)的一半。在通常的实践中,该频率区间和频率界限都 同样被称作"谐波"。高于第一采样谐波的频率被向下折叠到第一采样 谐波中。这样,例如,第二采样谐波中的52 Hz的激励将表现为 30 Hz-(52Hz-30Hz)-8Hz的谱线。术语"折叠"被用来描述该关于第 一采样谐波的明显的反射。需要注意的是,在大多数的应用中,使用截 止滤波器来去除所有大于ff的频率,以便保证所遇到的任何激励都将被 标识为独特的频率。
作为与现有BVM系统相关的局限性的另外一个例子,考虑第四采样谐波中的一个激励,其需要折叠三次,即先关于第三采样谐波反射, 然后关于第二采样谐波反射,然后关于第一采样谐波反射。例如,第四
采样谐波中的109Hz的激励以下面的方式关于第三釆样谐波(90Hz) 折叠(反射)
90Hz —(109 Hz-90 Hz)=71 Hz。
然后,该71 Hz的频率以下面的方式关于第二采样谐波(60Hz) 折叠(反射)
60Hz —(71 Hz-60 Hz)=49 Hz。
最后,49 Hz的频率以下面的方式关于第一采样谐波(30Hz)折叠 (反射)
30 Hz —(49 Hz 30 Hz)=ll Hz。
因此,由于欠采样,在第四采样谐波中的109 Hz频率处产生的激 励将表现为11 Hz的语线。
频率测量的分辨率取决于数据序列的长度(转轴转动的整数周次 数)。如果在转子每转动一周中,对于一个部件记录一个数据点,并且 采用傅立叶变换分析n周的振动数据,那么第一采样谐波区间,即0 到30Hz,被分成转子转动整数周的份数,包括i个次谐波或者频率点, 其中i=n/2。例如,在上面描述的现有的BVM系统的例子中,假设针 对单传感器系统,采用傅立叶变换分析每个叶片的32周的振动数据, 即每个叶片每周对应一个数据点,第一采样谐波区间被分成32x(l/2)份 或者16个频率点。在3,600 rpm的例子中,对于对应于转子的转动周 数n的每个频率点,第i个次谐波或频率点表示成inx(第一谐波/i),或 者inx(30/16)= inxl.875 Hz,
在现有的BVM分析中,要求知道叶片模式频率(blade mode frequency),以允许识别在第 一采样谐波区间观察到的叶片振动激励。 例如,考虑这样一种模式,其中激励振动产生在172 Hz频率。该叶片 激励频率位于第六采样谐波中,即大于150Hz,但是小于180Hz,其 在第六采样谐波中的位置为172-150=22 Hz,其最接近于22/1.875=12 次谐波。将该频率相对于各个谐波折叠和反射到第一采样谐波中,结果 得到的位置是第一采样谐波中的8 Hz处,使得实际模式位于第一采样 谐波区间中靠近笫四次谐波(8 Hz/1.875 Hz)处。因此,BVM分析要 求附加的信息,例如由连接于叶片的应变仪提供的信息,以识别叶片的实际频率。但是,在运转的机器中,应变仪通常很快失效。或者,该附 加信息可以通过数学建模确定。
本发明的叶片罩振动监测(BSVM)系统44提供了一种分析由叶 片罩40采集到的数据的方法,在转子开始转动后,该数据可被表征成 为作为单个整合的部件对于激励力的响应。即,尽管在上迷的BVM分 析中,每个独立的叶片12作为从叶片排的其他叶片12中分离出来的独 立部件来分析,但本发明的BSVM分析可采用从BVM系统中采集的同 样的基础数据并进行分析,而不对叶片进行区分或者识别数据和特定的 独立叶片12之间的对应关系。
BS VM分析包括从围绕罩40设置的多个周向布置的点或目标体50 采集数据或传感器输出信号48,其中采样频率fs可以以下面的方式描 述
fs=frxysxyt (方程1) 其中-.
1V-转子的转动频率; y^传感器数目;和 y产传感器目标体数目。
目标体50的数目可以对应于叶片排上的叶片12的数目,但这不是 必需的。例如,在包括58个叶片12且在每个相关罩部32上设置有目 标体50的叶片排上,BSVM系统44针对转子13的每一周获得每个传 感器的58个数据点。使用上面描述的例子,其中采集转子13转动32 周的数据,并且使用一个传感器。本发明的系统将得到具有32x58=1856 个数据点的数据序列。此外,与BVM系统的相对低的折叠频率30Hz 相比较,折叠频率将被显著的增加到(60Hz/2)x58-1740 Hz。由于高折 叠频率,因此很少需要折叠用于低压蒸汽涡轮和最后级的燃气涡轮叶片 的振动模式响应,由此,振动模式响应的识别得到显著的改善。需要注 意的是,涡轮中的较小叶片通常不带軍。如果是这样,模式频率将高于 这里描述的频率,在这种情况下,可以使用两个或三个传感器以将折叠 频率提高相应倍数(两倍或三倍)。
而且,与每个叶片产生16个次谐波频谱的BVM系统相比,BSVM 系统为軍40提供单独的928 (即,32x58/2)的频谱。在转子转动整数 周的时间间隔内,目标体50的偏移相对于罩40的周期性转动随时间而变。这对于消除同步BSVM次谐波(nx32, n=l,2,3,4,...29,即对于58 个目标体)频谱泄漏到残余的非同步BSVM次谐波中是必要的。假设 同步BSVM次谐波只反映结构目标体的位置误差,因此在本发明的分 析方法中被忽略。
因此,尽管BVM系统中的噪音落入与感兴趣的信号同样的语线的 可能性很高,但BSVM系统提供了足够多的谱线,使得噪音和其他寄 生信号通常落入其本身的镨线,并且感兴趣的信号落入其自身的分离i普 线中。即,BSVM系统中的噪音通常是随机的,并分布于所有的928 个次谐波。而在BVM系统中,同样的噪音分布于16个次谐波。因此, 与BVM系统比较,BSVM系统在任何一个BSVM次谐波处将背景噪音 降低了 928/16=58倍。此外,对于非随机噪音,即干扰信号,与BVM 系统相比,该干扰信号折叠到感兴趣的BSVM次谐波的可能性被降低 了 58倍。
除了与整合的罩结构40上的任何点或目标体相关的固有频率之 夕卜,通常还存在罩振动模式节径 (shroud vibration mode nodal diameter),其代表绕罩40移动的该基本频率的相。节径提供了对罩 40上目标体位置之间的相对运动的指示,表示叶片排中的附加应力。 BSVM系统提供对罩振动频率fy的测量,振动频率包括罩结构40由軍 振动模式节径而上移或下移的基本频率ff,其中,如果节径相与转动方 向相反地运动,那么BSVM响应将上移,如果节径相与转动方向相同 地运动,那么BSVM响应将下移,如下式所示
fv=ff±(frxND)(方程2)
其中
f产罩结构的基本频率;
ff转子的转动频率;和 ND-罩节径。
需要注意的是,罩节径也会引起基本频率的微小移动,因为每个节 点频率倾向于使得该结构刚度更高。每个节径通常使得基本频率移动1 到2 Hz,
节径描述了当軍40振动时,在罩目标体50之间发生的相移,由此, 多个整数个的目标体到目标体的相移围绕軍40在360度内发生。每个
整^谐波,或者60Hz。例如,如果节径为7,那么将产生频率为7x60Hz的 目标体到目标体的移动,以及围绕罩的7x360度的净相移。这样,在该 节径为7的例子中,BSVM将把罩振动记录为罩基本频率加上或减去 420Hz(即,土60Hzx7),其中,应当注意,基本频率也向上移动大约 2x7-14Hz。需要注意的是,在当前描述的实施例中,提供罩振动频率 而不分别识别軍基本频率和罩振动中的节径成分。
附图3显示出与节径关联的次谐波通常是线性相关的、由转子转动 整数周分隔开,其中节径在不同的时间依据由特定涡轮运行条件产生的 气动弹性激励的性质而被激励。在附图3所示的情况中,标示在纵轴上 的次谐波对于32周的采样具有基本上等于NDx32的间隔,并且,对于 60Hz的转动频率,可通过将次谐波值乘以1.875 Hz来确定频率。
实施例1
参见附图4-6,显示了在第一种情况下由BSVM系统提供的分析与 BVM系统提供的对相同数据的分析的第一对比。该数据基于在带罩蒸 汽涡轮叶片排上进行的试验。钢质目标体50被楔入对应于58个等距隔 开的叶片12的58个钛罩部32的外表面中,使用单个磁阻探针提供对 应于目标体50的实际到达时间的信号。叶片排以3600 rpm的速度转动, 对应于60 Hz的转动频率。
附图4示出基于测量的第六BVM次谐波而定的BVM测量的58个 目标体(叶片)中的每一个的振幅。附图5所示为16线BVM频谱(所 有叶片的平均值),对于第一种情况,分辨率为1.875 Hz,其中,第六 和第十一次谐波明显的产生响应,即,表示出峰值罩振动波。BVM系 统的频谱在30 Hz处折叠,意味着所有大于30 Hz的激励频率将被折叠 到0到30 Hz的频谱区间中。
附图6所示为928 BSVM频谱的一部分(只显示了 128根谱线), 对于同一种情况,分辨率为1.875 Hz。从中可以看出,BSVM系统的第 43和第58次谐波产生响应,分别对应于BVM频谱的第11和第6次谐 波。这说明了由BSVM系统可以直接得到实际频率响应,而BVM系统 的相应输出提供的是欠采样响应。需要注意的是,在BSVM系统中, 不能使用截止滤波器来除去小于折叠频率的所有频率,由此,无法验证 被观察的信号是没有被折叠过的。但是,由于在本例中所示的相对高的 折叠频率,通常假设被观察的信号产生在笫一采样谐波中。实施例2
参见附图7-8,显示了在第二种情况下由BSVM系统提供的分析与 BVM系统提供的对相同数据的分析的对比,其釆用与实施例1中相同 的设置。
附图7所示为16线BVM频谱,对于第二种情况,分辨率为1.875 Hz,其中,第六次谐波清楚地产生响应。但是,在对于相同数据的BSVM 分析中,如附图8所示,从中可以看出,第58和第134次谐波都产生 了响应,而在BVM分析中,所述次谐波被折叠到0到30Hz的频谱区 间,合并成第6次谐波的向量和的形式。此外,附图8所示的BSVM 分析进一步显示了位于次谐波43Hz, 73Hz, 77Hz, 103 Hz, 179 Hz, 和223 Hz处的镨线,同时还标注出了由独立进行的叶片振动分析得到 的相应的折叠后的BVM次谐波。
从以上的描述可知,BSVM系统44对于整合的罩结构40的分析提 供了显著高于现有技术分析得到的折叠频率,由此,基本上所有的感兴 趣的振动频率都可以在笫一采样谐波中找到。而且,与BSVM系统44 关联的增加的谱线数目显著提高了分析整合的罩结构40的结果的分辨 率。本发明振动分析方法的另外一个优点是,能够检测对应于节径的复 发振动相,所述振动相由通常位于可在现有BVM系统中具体确定的频 率区间(即第一采样谐波区间)之外的频率所识别。
应当了解的是,尽管在描述本发明的BSVM系统44时,目标体50 的数目对应于叶片12的数目,但是也可以使用少于或多于该数目的目 标体50,并且,BSVM分析的结果不依赖于目标体50的数目和叶片12 的数目之间的对应关系。例如,可在围绕罩40的周边的预定位置设置 较少的目标体50,例如29个目标体50,以提供满意的结果。优选的, 目标体50围绕着罩40等距隔开设置,并且位于罩部32上的相同位置。
虽然以上显示和描述了本发明的特殊的实施例,但本领域技术人员 应当了解,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,可以做出其他的各 种变形方式和修改。因此,在所附权利要求中概括了属于本发明的范围 的所有这些变形方式和修改。
权利要求
1.一种监测具有振动监测器的转动连接叶片排的方法,所述转动连接叶片排包括多个被支撑成在转子上转动的叶片,和连接所述叶片并限定所述叶片排的外部圆周的罩结构,所述振动监测器包括定位于所述罩结构的固定传感器,以及多个位于所述罩结构上周向隔开位置的传感器目标体,所述传感器响应每个所述传感器目标体的经过来提供时间相关的输出信号,所述方法包括以下步骤基于所述传感器提供的传感器输出信号确定每个所述传感器目标体的实际到达时间,并且所述振动监测器存储相对于所述罩结构的周期性转动随时间而变的多个传感器输出信号;针对每个所述传感器输出信号计算每个传感器目标体的所述实际到达时间和预定的期望到达时间之间的偏移,以确定随时间而变的所述罩结构上的多个不同周向位置的偏移;以及基于所述罩结构上的所述周向位置的所述偏移得到所述罩结构的振动模式的信号特性。
2. 如权利要求l所述的方法,其中所述振动模式的信号特性包括 复发振动相。
3. 如权利要求2所述的方法,其中所述复发振动相随罩基本频率 和罩节径而变。
4. 如权利要求3所述的方法,其中所述复发振动相包括罩振动频率fv:fv=ff±(frxND)其中,f产軍结构的基本频率;ff转子的转动频率;和 ND-罩节径。
5. 如权利要求2所述的方法,其中所述得到所述罩结构的振动模 式的信号特性的步骤包括确定在转子转动整数周的时间段期间的峰值 罩振动波。
6. 如权利要求l所述的方法,其中所述传感器目标体的数目基本 上与所述叶片排中的所述叶片的数目相对应。
7. 如权利要求l所述的方法,其中所述得到所述罩结构的振动模式的信号特性的步骤基于釆样频率i;进行 fs=frxysxyt 其中f^转子的转动频率; y^传感器的数目;和 y,-传感器目标体的数目。
8. 如权利要求7所迷的方法,其中传感器目标体的数目》等于所 迷叶片排中所述叶片的数目。
9. 如权利要求l所迷的方法,其中每个所述叶片具有軍部,罩部迷罩部以下列方式布置,在转子转动期间,相邻两个叶片的罩部在相邻 的前后接触表面处彼此接触。
10. —种预测叶片结构中的叶片结构失效的方法,叶片结构包括多 个被支撑成在转子上转动的叶片和连接所述叶片的罩结构,所述方法包 括以下步骤确定在所述叶片排转动期间所述罩结构上的多个预定的周向位置 的偏移,其中所述偏移在转子转动整数周的时间间隔内相对于所述罩结 构的周期性转动随时间而变;以及基于所述罩结构上的所述周向位置的所述偏移得到所述罩结构的振动模式的信号特性。
11. 如权利要求10所述的方法,其中所述罩结构包括多个传感器 目标体,限定所述罩结构上的所述预定的周向位置,并且包括至少一个 固定传感器,传感器定位于所述罩结构上且响应每个所述传感器目标体 的经过而提供时间相关的输出信号。
12. 如权利要求11所述的方法,其中所述得到所述罩结构的振动模式的信号特性的步骤基于采样频率fs进行 fs=frxysxyt其中fr-转子的转动频率;y^传感器的数目;和 y产传感器目标体的数目。
13. 如权利要求12所述的方法,其中传感器目标体的数目yt等于所述叶片排中所述叶片的数目。
14. 如权利要求12所述的方法,其中传感器目标体的数目yt少于 所述叶片排中所述叶片的数目。
15. 如权利要求10所述的方法,其中所述振动模式的信号特性包 括复发振动相。
16. 如权利要求15所述的方法,其中所述复发振动相随軍基本频 率和軍节径而变。
17. 如权利要求16所述的方法,其中所述复发振动相包括罩振动 频率fv:fv=ff±(frxND) 其中,f产罩结构的基本频率;f,转子的转动频率;和ND-罩节径。
18. 如权利要求17所述的方法,其中所述基本频率ff包括向上移 动了大约为1到2Hz乘以节径的所述軍结构的基本频率。
19. 如权利要求10所述的方法,其中所述得到所述罩结构的振动 模式的信号特性的步骤包括确定发生在转子转动整数周的时间段内的 峰值罩振动波。
20. 如权利要求10所述的方法,其中所述多个周向位置的数目基 本上与所述叶片排中的所述叶片的数目相对应。
全文摘要
一种预测连接的叶片结构中叶片结构失效的方法,该结构包括多个被支撑成在转子(13)上转动的叶片(12),以及连接所述叶片(12)的罩结构(40)。所述方法包括以下步骤确定在叶片排转动期间罩结构(40)上的多个预定的周向位置(50)的偏移,其中,所述偏移在转子转动整数周的时间间隔内相对于罩结构(40)的周期性转动随时间而变。基于罩结构(40)上的周向位置(50)的偏移得到关于振动模式和罩结构(40)的节径的信号特性。
文档编号G01H1/00GK101622516SQ200880006190
公开日2010年1月6日 申请日期2008年1月3日 优先权日2007年2月27日
发明者M·特威尔多奇利布 申请人:西门子能源公司
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