一种汽轮机动叶片固有频率的测量装置的制作方法

本发明涉及一种汽轮机动叶片固有频率的测量装置。属于汽轮机设计领域。

背景技术：

汽轮机动叶片是汽轮机运行的关键部件，在设计动叶片时不仅要考虑动叶片的静强度，还要考虑动叶片的动强度，其中动强度考核的关键是掌握动叶片的振动特性。动叶片的振动特性在设计中主要表现为叶片的固有频率计算。在实际生产加工过程中，最终加工成型的动叶片和有限元理论建模所使用的动叶片模型始终有偏差，并且有限元理论计算是基于理想状态模拟动叶片的运行和真实的运行状态还是有较大差别的，这就导致了计算结果和实际测量结果肯定是不同的。由于动叶片在运行过程中始终处于振动状态，为了保证动叶片的长期安全运行，根据我公司动叶片调频标准，动叶片的固有频率与工作频率的整数倍在低节径下(k<12)必须有一定的避开率，这就要求精确测量动叶片的固有频率。由于汽轮机运行时是高速旋转的，所以对汽轮机动叶片进行固有频率的测量只能采用非接触测量。我公司采用非接触测量主要是采用无线电遥测技术。

技术实现要素：

本发明是为了解决因无法精确测量动叶片的固有频率，导致实际加工出的动叶片容易发生低节径共振而使叶片断裂造成汽轮机事故，无法保证汽轮机机组长期安全运行的问题。现提供一种汽轮机动叶片固有频率的测量装置。

本发明采用的技术方案是：

所述的汽轮机动叶片固有频率的测量装置包括无线电遥测系统、数据存储及显示分析系统、压缩空气激振系统和转速测量系统，无线电遥测系统用于发射无线电波，数据存储及显示分析系统用于记录并分析叶片的固有频率值，压缩空气激振系统用于激振动叶片，转速测量系统用于测量转子转速的数值，无线电遥测系统与数据存储及显示分析系统相连接。

进一步地，所述的压缩空气激振系统包括空气压缩机13、储气罐14、空气过滤器15、调压器16、气动阀12、激振喷嘴9、电源10和控制器11，空气压缩机13的出气口连接在储气罐14的进气口上，储气罐14的出气口连接在空气过滤器15的进气口上，空气过滤器15的出气口通过气体管道连接在激振喷嘴9的进气口上，在空气过滤器15与激振喷嘴9之间的管道上沿气流方向依次设置有调压器16和气动阀12，控制器11通过电源10控制气动阀12的启闭。

进一步地，所述的无线电遥测系统包括信号发射机1、天线接收装置2、应变片17和信号接收机5，应变片17粘贴在转子的动叶片上，信号发射机1固定在转子上，应变片17通过两根电线分别与信号发射机1的正端和负端连接，信号发射机1通过信号发射机1上的天线接线端子发射无线电波，天线接收装置2接收信号发射机1发射出来的无线电波，天线接收装置2通过同轴电缆连接在信号接收机5的接收端上。

进一步地，所述的数据存储及显示分析系统包括磁带记录仪6、模拟示波器7和频谱分析仪8，信号接收机5的输出端通过同轴电缆与磁带记录仪6的输入端相连接，磁带记录仪6的输出端通过同轴电缆与模拟示波器7的输入端相连接，模拟示波器7的输出端通过同轴电缆与频谱分析仪8的输入端相连接。

进一步地，所述的转速测量系统包括磁电传感器3和转速表4，转子上设置有凸起或者凹槽，磁电传感器3对准转子上的凸起或者凹槽，磁电传感器3的输出端与转速表4的输入端相连接。

进一步地，所述应变片17和信号发射机1均为四个，四个应变片17周向均匀设置在转子的动叶片上，四个信号发射机1周向均匀设置在转子上，模拟示波器7为两个。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

1、利用无线电遥测技术对动叶片的固有频率进行了精确的测量，精确度达到99.5％以上,保证动叶片不会由于发生低节径共振而使叶片断裂造成汽轮机事故，使汽轮机机组能够长期安全运行；

2、根据实际测量结果对动叶片设计工作进行反馈，为动叶片调频工作的进行提供精确的数据支持；

3、本发明采用无线电遥测技术测量汽轮机动叶片的固有频率时，由于该无线电遥测技术所使用的发射信号设备体积小，对转子的不平衡量影响很小。

附图说明

图1是汽轮机动叶片固有频率测量系统的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中，所述的汽轮机动叶片固有频率的测量装置包括无线电遥测系统、数据存储及显示分析系统、压缩空气激振系统和转速测量系统，无线电遥测系统用于发射无线电波，数据存储及显示分析系统用于记录并分析叶片的固有频率值，压缩空气激振系统用于激振动叶片，转速测量系统用于测量转子转速的数值，无线电遥测系统与数据存储及显示分析系统相连接。

本发明的主要原理为带动叶片的转子在进行转速的升降过程中，使用一定压力的气流对所需测量动叶片的顶部进行激振，如果动叶片的固有频率与激振力频率或者转速的频率的整数倍相等时动叶片就会产生共振，在示波器上就显示为振动明显的正弦波，根据共振现象发生时所得到的正弦波实时或者事后进行fft分析就可得到该转速下动叶片的固有频率值。动叶片固有频率测量主要由无线电遥测系统、数据存储及显示分析系统、转速测量系统和压缩空气激振系统四部分构成。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述的压缩空气激振系统包括空气压缩机13、储气罐14、空气过滤器15、调压器16、气动阀12、激振喷嘴9、电源10和控制器11，空气压缩机13的出气口连接在储气罐14的进气口上，储气罐14的出气口连接在空气过滤器15的进气口上，空气过滤器15的出气口通过气体管道连接在激振喷嘴9的进气口上，在空气过滤器15与激振喷嘴9之间的管道上沿气流方向依次设置有调压器16和气动阀12，，控制器11通过电源10控制气动阀12的启闭。

由空气压缩机13产生的压缩空气输送至储气罐14后，经空气过滤器15、调压器16和气动阀12输送至激振喷嘴9以供激振动叶片，储气罐14作为稳定气流压力使用，空气过滤器15可以过滤压缩空气中的杂质，比如水和灰尘等细小颗粒物，调压器16可以根据需要在一定压力范围内调整气流压力，控制器11可以通过电源10控制气动阀12的启闭来控制压缩空气是否激振动叶片。

其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述的无线电遥测系统包括信号发射机1、天线接收装置2、应变片17和信号接收机5，应变片17粘贴在转子的动叶片上，信号发射机1固定在转子上，应变片17通过两根电线分别与信号发射机1的正端和负端连接，信号发射机1通过信号发射机1上的天线接线端子发射无线电波，天线接收装置2接收信号发射机1发射出来的无线电波，天线接收装置2通过同轴电缆连接在信号接收机5的接收端上。

当随转子旋转的动叶片由于气流激振而发生共振时，粘贴在动叶片上的应变片随之产生较大的应变变形，应变导致应变片的阻值发生变化，信号发射机1将由于阻值变化而产生的交流电压信号调制后使用无线电波形式发射出去，天线接收装置2接收信号发射机1发射出来的无线电波，通过同轴电缆将此电波传输至信号接收机5，利用信号接收机5解调无线电波中的交流电压信号。

其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述的数据存储及显示分析系统包括磁带记录仪6、模拟示波器7和频谱分析仪8，信号接收机5的输出端通过同轴电缆与磁带记录仪6的输入端相连接，磁带记录仪6的输出端通过同轴电缆与模拟示波器7的输入端相连接，模拟示波器7的输出端通过同轴电缆与频谱分析仪8的输入端相连接。

信号接收机5解调出来的交流电压信号通过同轴电缆连接并存储在磁带记录仪6中，当动叶片的固有频率等于转速频率的整数倍时，交流电压信号非常明显，此时在模拟示波器7上显示为较大幅值的正弦波形式，通过频谱分析仪8可以分析当前转速下叶片的固有频率值。

其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式中，所述的转速测量系统包括磁电传感器3和转速表4，转子上设置有凸起或者凹槽，磁电传感器3对准转子上的凸起或者凹槽，磁电传感器3的输出端与转速表4的输入端相连接。当转子转动时，利用磁电传感器3和转速表4，测量转子转速的数值以供测量动叶片的固有频率时使用。

其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式中，为了保证转子的平衡与提高实验的成功率，所述应变片17和信号发射机1均为四个，四个应变片17周向均匀设置在转子的动叶片上，四个信号发射机1周向均匀设置在转子上，模拟示波器7为两个。每个应变片17连接一个信号发射机1，一个信号发射机1发射出一个波段的无线电波，四个信号发射机1发射出四个波段的无线电波，四个波段的无线电波由一个信号接收机5分别进行解调，磁带记录仪6有四个输入端和四个输出端，信号接收机5解调出来的每个交流电压信号分别通过一根同轴电缆连接并存储在磁带记录仪6中，每个模拟示波器7具有两个输入端和两个输出端，磁带记录仪6通过四根同轴电缆连接在两个模拟示波器7上，频谱分析仪8具有四个输入端，每个模拟示波器7通过两根同轴电缆连接在频谱分析仪8上，四个波段的无线电波通过频谱分析仪8分析出当前转速下叶片的固有频率值。