Page 220 - 《振动工程学报》2025年第11期

2678 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

在离线定量标定部分，通过建立含裂纹动叶片
3 低 速 条 件 下 动 叶 片 裂 纹 识 别 方 法 气动载荷-悬臂梁耦合理论模型与有限元仿真明确
裂纹尺寸、裂纹位置与叶尖偏移量间的量化关系。
在第 2 节研究的基础上，提出了一种低转速条 在线监测识别部分主要是利用叶尖定时技术获取状
件下的动叶片裂纹识别方法，其技术框架由离线定 态待测动叶片的叶尖偏移量，通过逆向求解离线标
量标定与在线监测识别两大模块构成，如图 8 所示。 定模型，实现叶片裂纹状态的在线识别。

离线定量标定 在线监测识别

不同转速下的动叶片叶尖 状态待辨识动叶片
偏移量标定
获取叶尖定时信号
理论建模分析 有限元仿真模拟

动叶片叶尖定时信号采集
气动载荷-悬臂梁耦合模型 流场作用下旋转叶片仿真
叶尖偏移量计算
明确裂纹尺寸、位置与叶尖
偏移量之间的关系 低转速动叶片裂纹识别

图 8 所提动叶片裂纹识别方法
Fig. 8 Proposed rotating blades cracks identification method

表 4 试验台基本参数
4 方 法 验 证 Tab. 4 Basic parameters of test bench

参数 参数设置

4.1 测试试验台 叶片数量 8
叶片类型 直/斜叶片
−1
为验证所提方法的有效性，设计搭建了旋转叶 最大转速/(r·min ) 5000
片叶尖定时测试试验台，如图 9 所示。其主要由驱 电机功率/kW 7.5
相邻传感器夹角/(°) 30
动系统、叶轮组件、底座、传感器和数据采集与分析
传感器间隙/mm 1.5
系统构成。为确保试验台叶片参数与有限元仿真叶

片参数一致，叶片的矩形缺口裂纹采用慢走丝线切 叶中处 叶根处
割方式引入。本次试验沿机匣上半周均布了 6 枚电
涡流传感器（型号为 HWY-DO-22XLT08），转轴处布
设一个激光键相传感器（SCZB-07），以键相传感器脉
冲信号时间戳为基准，将最近叶片命名为叶片 1，其
余 7 个叶片按叶轮旋转方向依次命名。数据采集系
统选用 HD2000，试验台基本参数如表 4 所示。
(a) 叶片裂纹位置
ָቖ ࠏ༨ ৳ᇠఖ ሇᇠ ౺׮׈ࠏ קൈԮۋఖ ွோ (a) Cracks locations of blades
斜叶片 直叶片

图 9 旋转叶片叶尖定时测试试验台
(b) 叶片类型
Fig. 9 Tip-timing test bench of rotating blades
(b) Types of blades

本文研究以最大转频低于 1 阶共振频率（59 Hz） 图 10 叶片基本参数
的低转速动叶片为研究对象，基于图 10 和表 5 设计 Fig. 10 Basic parameters of blades