一种叶尖定时振幅测量系统动态校准方法和装置与流程

本发明属于航空发动机测量装置技术领域，涉及一种用于被测件是旋转式的测量设备的校准装置，具体涉及一种叶尖定时振幅测量系统动态校准方法和装置。

背景技术：

在发动机研制中，转子部件作为发动机的核心部份，其安全、稳定运行是保障发动机安全运行的关键，目前叶尖定时作为一种旋转叶片组件的振动测量技术，其安装简单、测量方便高效等特点，开始广泛应用于发动机转子部件的研制验证试验和安全运行监测中。叶尖定时振幅测量系统是一种间接式测量系统，其工作原理为安装在机匣的传感器测量旋转叶片叶尖到达时间与稳定的转速信号进行比较，叶片振动导致叶片通过时间相对预期的标称叶片通过时间出现延迟或提前，根据延迟或提前的时间可以判断叶尖的偏转，即叶尖振动幅值。目前该系统常用检测方法为对输出信号质量的检查，即进行到达时间脉冲信号质量的检查，而对振幅测量结果的准确性检测目前无相应的计量手段，如何衡量该系统测量的准确性尤为重要。

cn201621053005.1叶片振动模拟装置及具有其的测试系统，该装置和系统仅涉及激励及叶片振幅测量，不能测试振幅准确度；

cn201210097118.1一种基于无转速定位的非接触式旋转叶片振动测试方法，该方法是改进成了无转速定位的叶片振动测试方法，但不能对叶尖振动幅值的准确性进行量化评估。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种叶尖定时振幅测量系统动态校准方法和装置，在旋转状态下可发生振动模态。

本发明的技术方案如下：

一种叶尖定时振幅测量系统动态校准方法，包括以下步骤：

步骤一、将叶尖定时振幅测量系统的光纤探头安装在机匣上，应变计安装在叶轮上，机匣侧面连接有激励装置；

步骤二、启动动力装置，动力装置带动轴和叶轮旋转；

步骤三、开启激励装置对叶轮进行激励；

步骤四、调整激励装置的激励频率使之与叶轮叶片频率相等，叶轮叶片发生振动，叶尖出现偏转；

步骤五、应变计测量叶片发生振动的变形量，形成标准振动信号；光纤探头测量叶片发生振动的变形量，形成测量振动信号；

步骤六、将标准振动信号和测量振动信号进行对比，从而计算叶尖定时振幅测量系统的测量误差。

进一步的，步骤五中，应变计测量叶片发生振动的变形量，根据有限元分析推断得到叶片的尖部振幅，形成标准振动信号。

进一步的，激励装置是压缩空气气源连接设在机匣壁上的激励气源接口，步骤三中，开启压缩空气气源，压缩空气通过激励气源接口对叶轮进行激励。

一种叶尖定时振幅测量系统动态校准装置，用于上述的叶尖定时振幅测量系统动态校准方法，包括机匣安装法兰、机匣、光纤安装座、叶轮、轴、激励气源接口和应变计，机匣安装法兰设在机匣上，机匣内设有连接动力装置的轴，轴上安装有叶轮，机匣侧面设有激励气源接口，激励气源接口连接压缩空气气源，叶尖定时振幅测量系统的光纤探头安装在光纤安装座上，叶轮上安装有应变计。

进一步的，光纤安装座设在机匣上方，叶轮纵向设在机匣内相对于光纤安装座的下方。

进一步的，轴上设有轴承，轴承安装在轴承座上。

进一步的，轴承座上连接有轴承润滑接头，轴承润滑接头连接油雾装置。

进一步的，还设有上位机，上位机与应变计无线通讯连接，上位机与叶尖定时振幅测量系统连接，上位机连接并压缩空气气源和动力装置，上位机内设有振动强度调节软件，上位机内设有标准振动信号和测量振动信号对比校准软件。

本发明的优点是：成功实现了动态校准。本发明可在旋转的状态下输出标准振动信号，振动信号的频率可通过气源数和转子转速进行优化匹配调节，振动强度可通过气源流量大小进行调节。该装置结构简单、制造成本低、安装维护方便，适合于在实验室中进行叶尖定时振幅测量系统动态校准。

附图说明

图1为本发明叶尖定时振幅测量系统校准装置的轴向剖视图；

图2为本发明叶尖定时振幅测量系统校准装置的局部周向剖视图；

其中，1—轴承润滑进气板，2—轴承润滑接头，3—轴承座，4—轴承，5—机匣安装法兰，6—机匣，7—光纤安装座，8—叶轮，9—轴，10—激励气源接口，11—应变计。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

一种叶尖定时振幅测量系统动态校准方法，包括以下步骤：

步骤一、将叶尖定时振幅测量系统的光纤探头安装在机匣上，应变计安装在叶轮上，机匣侧面连接有激励装置；

步骤二、启动动力装置，动力装置带动轴和叶轮旋转；

步骤三、开启激励装置对叶轮进行激励；

步骤四、调整激励装置的激励频率使之与叶轮叶片频率相等，叶轮叶片发生振动，叶尖出现偏转；

步骤五、应变计测量叶片发生振动的变形量，形成标准振动信号；光纤探头测量叶片发生振动的变形量，形成测量振动信号；

步骤六、将标准振动信号和测量振动信号进行对比，从而计算叶尖定时振幅测量系统的测量误差。

步骤五中，应变计测量叶片发生振动的变形量，根据有限元分析推断得到叶片的尖部振幅，形成标准振动信号。

激励装置是压缩空气气源连接设在机匣壁上的激励气源接口，步骤三中，开启压缩空气气源，压缩空气通过激励气源接口对叶轮进行激励。

一种叶尖定时振幅测量系统动态校准装置，用于上述的叶尖定时振幅测量系统动态校准方法，包括机匣安装法兰5、机匣6、光纤安装座7、叶轮8、轴9、激励气源接口10和应变计11，机匣安装法兰5设在机匣6上，机匣6内设有连接动力装置的轴9，轴9上安装有叶轮8，机匣6侧面设有激励气源接口10，激励气源接口10连接压缩空气气源，叶尖定时振幅测量系统的光纤探头安装在光纤安装座7上，叶轮8上安装有应变计11。光纤安装座7设在机匣6上方，叶轮8纵向设在机匣6内相对于光纤安装座7的下方。轴9上设有轴承4，轴承4安装在轴承座3上。轴承座3上连接有轴承润滑接头2，轴承润滑接头2连接油雾装置。还设有上位机，上位机与应变计无线通讯连接，上位机与叶尖定时振幅测量系统连接，上位机连接并压缩空气气源和动力装置，上位机内设有振动强度调节软件，上位机内设有标准振动信号和测量振动信号对比校准软件。

下面结合附图说明本发明另一个实施例。

如图1和图2所示，本发明的叶尖定时振幅测量系统校准装置主要由轴承润滑进气板1、轴承润滑接头2、轴承座3、轴承4、机匣安装法兰5、机匣6、光纤安装座7、叶轮8、轴9、激励气源接口10和应变计11组成。

叶轮8安装到轴9上，应变计11安装到叶轮8上，安装上叶轮的轴9通过轴承4安装到轴承座3上构成转动部件；转动部件与动力装置连接。

机匣5通过机匣安装法兰6安装到轴承座3上，激励气源接口10和光纤安装座7安装到机匣6上。气源通过管路连接连接到激励气源接口10上；叶尖定时振幅测量系统的光纤探头通过光纤安装座7安装到机匣上。

轴承润滑进气板1安装到轴承座上，轴承润滑接头2安装到轴承润滑进气板1上，油雾通过轴承润滑接头2对轴承4进行润滑冷却。

运行油雾装置，对轴承4进行润滑冷却；启动动力装置带动轴9和叶轮8旋转，气源对叶轮的叶片进行激励，当激励气源数与轴转速频率的乘积等于叶轮叶片的某阶模态频率时，叶片发生振动，应变计11测量叶片振动的变形量输出到相应的采集系统进行应变量采集，光纤探头感应叶轮叶片叶尖的到达时间，将该到达时间脉冲信号输入至叶尖定时振幅测量系统进行采集分析，从而得出叶尖振动幅值；在激励时改变气源流量大小，实现不同量值的响应测量。

根据叶轮叶片的有限元分析模型，通过应变测量结果得出某阶振动模态下叶片尖部振动幅值，将该值与叶尖定时振幅测量系统测量的振幅值进行对比，从而实现叶尖定时振幅测量系统校准。

下面是本发明再一个实施例。

本发明的叶尖定时振幅测量系统校准装置主要由轴、叶轮、机匣、机匣安装法兰、激励气源接口、光纤安装座、轴承座、轴承、轴承润滑进气板、轴承润滑接头、应变计等组成。

本发明装置的工作原理是：叶尖定时振幅测量系统的光纤探头通过光纤安装座安装在机匣上，动力装置带动轴和叶轮旋转，压缩空气通过激励气源接口对叶轮进行激励，当激励源频率与叶轮叶片频率相等时，叶轮叶片发生振动，叶尖出现偏转。

同时应变计测量叶片发生振动时的变形量，根据有限元分析可从应变计测量结果推断出叶片的尖部振幅，从而标准振动信号形成。

测量信号由安装在机匣上的光纤探头测量到，并传输给叶尖定时振幅测量系统。

将标准信号与测量信号进行对比，从而计量叶尖定时振幅测量系统的测量误差。

用压缩空气的话流量可调，可以改变激励源的个数实现高阶模态激励，相对于电磁源来说易操作，并且电磁源对弱电信号有干扰无法实现振幅与应力的对比测量，因此无法评价振幅的准确性。