Page 216 - 《振动工程学报》2025年第11期
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2674                               振     动     工     程     学     报                     第 38 卷

              王维民等     [3]  基于叶尖定时技术，研究喘振阶段的叶                   理论和试验进行验证。DIAMOND              等  [16]  提出了一种
              片频幅特征，根据幅值有效值和报警阈值实现喘振                            状态空间模型方法，利用近距离检测信号将信号转
              实时预警。胡明辉等          [4]  建立了燃气轮机叶片激振力              换到角域，然后计算信号的瞬时相位，从而根据获得
              模型和机匣强迫振动响应模型，求解得到动叶片断                            的叶尖偏转量识别裂纹。
              裂激励下的宽频振动响应规律，形成宽频振动特征                                本文针对低转速动叶片裂纹识别难的问题，提
              驱动的叶片断裂故障辨识方法。CHUNG                   等  [5]  定义  出一种基于叶尖定时与叶尖偏移量的低转速叶片裂
              了马氏距离并将其用于具有裂纹的旋转多叶片系统                            纹识别方法。通过含裂纹动叶片气动载荷-悬臂梁
              故障诊断，通过仿真模型获取             BTT  信号，研究裂纹存           耦合模型和有限元仿真模拟，研究叶尖偏移量与裂
              在和信噪比对所提方法可靠性的影响。DU TOIT                   等  [6]  纹长度、裂纹位置间的关系。在此基础上搭建旋转
              提出一种包含随机有限元模型（FEM）的模态分析和                          叶片叶尖定时测试试验台，在线测取动叶片叶尖偏
              贝叶斯线性回归的叶尖定时技术，通过跟踪叶片固                            移量，验证低转速下动叶片裂纹识别的有效性。

              有频率的相对变化和振幅，将涡轮叶片损伤分为非
              严重、中等和严重等级。张松林等                 [7]  开展转子叶片       1    叶  尖  定  时  测  振  原  理
              疲劳试验，利用裂纹存在会导致叶片共振频率偏移
              的特性实现对裂纹的早期诊断。许敬晖等                    [8]  提出基        叶尖定时方法作为一种非接触式叶片振动测量
              于  L 0 范数的叶端定时欠采样信号稀疏重构算法，利                       技术，通过定时传感器捕捉动叶片尖端因振动产生
              用分块正交匹配追踪算法分段重构信号以监测在变                            的时序差来间接测取叶片的振动信息                   [17] ，核心原理
              转速非稳态工况下转子叶片动频的变化情况，据此                            如图   1  所示。

              判断转子叶片是否产生裂纹。WU                 等  [9]  提出通过分
                                                                                            不同通道下的叶尖脉冲信号
              析叶片共振频率、振幅变化及叶间距等参数诊断裂
                                                                            S1
              纹的方法，先通过         Lomb-Scargle 周期图判断裂纹是                  α opr,1  α 1,2 S2
                                                                                  α 2,3 S3
              否 出 现， 再 利 用 叶 片 频 率 和 间 距 定 位 裂 纹 叶 片 数           OPR    β 1
              量。XU   等  [10]  提出利用高时频分辨率的同步提取变                                                  d i , j , n =2πrf n Δt
              换，提取裂纹叶片振动信号的时频特征，能更早检测                                                        旋转叶片瞬时振动位移
              到裂纹叶片的固有频率偏移，同时结合试验与有限                                                       叶片振动量 / μm
              元分析结果定性分析裂纹长度，此外，为了监测叶片
              裂纹的扩展，提出了（Block-AOLS）的稀疏重建方法                                                        叶片编号

              重建欠采样的       BTT  信号  [11] ，以跟踪破裂叶片的固有                          图 1 叶尖定时技术原理
              频率，根据健康叶片和裂纹叶片间的固有频率偏移                                     Fig. 1 Principle of tip-timing technique

              来推断裂纹扩展过程。FAN             等  [12]  提出结合叶片振
                                                                    其中，叶尖定时传感器（如图             1  中  S1、S2、S3）布
              动位移、有效值和转速的喘振识别方法（RSSID），并
                                                                设于叶片外围的机匣上，用于测量旋转叶片经过定
              通过监测叶片的固有频率来检测裂纹叶片。敖春燕
                                                                时传感器的到达时刻；键相（once per revolution，OPR）
              等 [13]  基于叶尖定时的非接触测量方法和振动响应传
                                                                传感器可测取转轴瞬时转速，并为叶尖振幅计算提
              递比概念，采用周向傅里叶算法对叶尖定时信号进
                                                                供测量基准。
              行处理，提取不同转速下单模态共振条件下的叶尖
                                                                    在实际测试中，可以          OPR  传感器任意脉冲信号
              位移。ZHANG      等  [14]  提出基于叶尖定时技术的圆盘
                                                                为起始时刻开始采样，将首个经过                S1  传感器的叶片
              外缘裂纹表征方法，利用裂纹尖端位移、叶尖振动
                                                                定义为    1  号叶片，按照旋转方向对叶片依次进行编
              相对位置及实际测量点，表征裂纹状态参数（长度、
                                                                号 。 假 设 叶 片 总 数为     m  个 ， 叶 尖 旋 转 半 径 为  r， 第
              位置）对叶尖圆周位移信号的影响。
                                                                j 个定时传感器与        OPR  传感器的夹角为       α opr, j ，1  号叶
                  由文献调研可知，上述方法能够较好地实现叶
                                                                片与键相的夹角为          β 1 ，相邻定时传感器之间的夹角
              片过临界转频下裂纹的识别。但针对低转速条件下
                                                                分别为    α 1, 和 2  α 2,3 。则可测得第  i 个叶片在第   n  圈到
              叶片振动响应较弱的问题，现有依赖于叶片共振参
                                                                达第   j 个定时传感器的实际到达时间             t i,j,n 。若  OPR  传
              数变化的识别方法不再适用。因此，低转速下动叶
                                                                感器测得第      n  圈转子的转频为       f n ,则可以得到第    i 个
              片状态监测与裂纹识别依然是透平设备运维中亟需
                                                                叶片在第     n  圈到达第   j 个定时传感器的理论时间为：
              解决的重大技术挑战。针对上述问题，ZHANG                    等  [15]                              2π
              以低速烟气轮机为研究对象提出基于等效悬臂梁自                                       α opr,j −β 1 +2π(n−1)+  (i−1)  （1）
                                                                      ˜ t i,j,n =            m
              由端挠度变化的损伤识别方法，并通过有限元模态                                                  2πf n
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