叶尖定时振动测量系统MIC1200

一、系统简介

MIC-1200叶片振动测量系统基于非接触离散相位法（叶尖计时），可用于旋转叶片（压气机/涡轮叶片）同步、异步振动非接触监测，也可用于外物侵入撞击、叶片疲劳断裂、失速喘振颤振等安全监测。系统已广泛应用于燃气轮机、航空发动机、压缩机、汽轮机、通风机、涡轮增压器等旋转机械试验安全监测、生产测试、在线健康监测、故障诊断和智能运维。                                              

                                图1、叶片非接触振动测量

二、系统组成

MIC1200系统主要由3部分组成：

1）传感器探头（电容式、电涡流式）

2）信号采集与数据处理系统（信号调理模块、高频信号采集、嵌入式处理器）

3）数据分析及显示终端（实时数据采集、振动分析、坎贝尔图）

图2、MIC-1200系统组成

图3、传感器探头

图4、信号调理电路

三、性能参数

四、系统功能

MIC1200系统可以获得坎贝尔图，同时能够与数值模拟结果、遥测接触式应变测量结果进行对比分析，并可开展失速、喘振监测与寿命评估等研究。

图5、3D频谱图与坎贝尔图

使用本系统可以获得所有压气机/涡轮级叶片在工作条件下的频率特性，图6中显示了级上所有8个叶片之间第一阶模态的频率分布。

图6、压气机/涡轮级坎贝尔图

叶片振动模态对应不同的叶片最大应力与相应的叶尖振幅关系，根据校准转换系数可以最终得到叶片中的动应力值。图7中显示了一个叶片振动总振幅（绿线）和应力（蓝线）测量结果的曲线。

图7、振幅、应力测量曲线

通过激励叶片-叶盘的盘状模态，叶尖定时方法可以得到叶片之间的相移值，以及节点直径的数量，以确认数值仿真计算获得的SAFE图的准确性。

图8、SAFE图

根据叶片应力的静态和动态测量与分析结果，可以确定极限应力图，如图9所示，并判断叶片的损伤情况。

图9、极限应力图

五、应用案例

在 "俄罗斯天然气工业股份公司"（PJSC "Gazprom"）的设备中，使用的是燃气轮机的压缩机组，功率为25MW。该燃机的特点是低压压缩机（LPC）第3级和第4级叶片的设计存在一定缺陷，安装不完善，导致发动机过早退出运行，增加了维修成本。通过定制生产本测量系统设备，用于研究该燃机LPC第3级和第4级转子叶片在试验台条件下的振动特性。获得了LPC 第3级和第4级叶片变形状态参数的非接触式测量结果：叶片的静态位置；叶片的弯曲振幅；叶片尖端与外壳内表面之间的间隙；叶片的扭转振幅；叶片扭转角的变化等。

图10、测试现场照片

图11、所有叶片叶尖中间部分的振幅

图12、LPC第3级1号、5号、7号和16号叶片的振幅

图13、LPC第3级 1号、5号、7号和 16号叶片后缘的振幅

图14、LPC第3级7号叶片叶尖各部分（中间和后缘）的振幅随转速的变化

图15、LPC第4级 1号、5号和17号三个叶片的振幅

图16、燃机紧急停机时LPC第4级5号、6号、16号和17号叶片振幅的变化过程