Page 221 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 杨斯骞，等：基于叶尖定时的低转速动叶片裂纹在线识别方法 2679

的试验工况开展系统性试验。通过可替换式叶片组 4.2 测试结果分析
件构建 3 种裂纹位置、3 种裂纹长度及 5 个转速参数
本研究通过试验获取了转速在 500~3000 r/min 区
（均低于 1 阶共振频率）的多维试验矩阵，实现 45 组
间内，60 s 内 8 个健康叶片的偏移量均值，如图 11 所示。
不同工况的测试。通过同步采集获取不同裂纹参数
与转速耦合作用下的叶尖振动位移数据。

表 5 试验工况设置 800
Tab. 5 Settings of test conditions
600
参数 参数设置
叶片类型 直/斜叶片 400 叶尖偏移量 / μm
裂纹位置 叶根、叶中、叶尖
200
裂纹长度/mm 3、4.5、6 3000
−1
转速/(r·min ) 500、1000、1500、2000、3000 2500 0
2000 7 8
采样频率/kHz 100 1500 5 6
转速 / (r·min −1 ) 1000 3 4 叶片编号
500 1 2
为了提升叶尖定时精度，本文基于三次样条插

值算法对原始信号进行 10 倍插值处理，等效采样率 图 11 健康叶尖偏移量均值
提升至 1 MHz，时间分辨率提升至 1 μs，确保叶尖位 Fig. 11 Mean offset of healthy blade tip
移偏移量的测量误差小于±1 μm。 由图 11 可以看出，健康状态下，叶尖偏移量随
在提高叶尖定时精度的基础上，本文采用极值 转速升高呈非线性增长。500~1500 r/min 区间内，增
点检测算法提取叶片尖端扫过传感器的时间戳；通 长速率相对平缓；2000~3000 r/min 区间内，增长斜率
过阈值检测法识别键相信号上升沿以确定旋转周期 陡升。且同一转速下，8 个叶片的位移存在差异（如
起始时间，结合传感器角度和叶片分布计算理论到 2000 r/min 时，最大差值达 28.1 μm），这是由于叶片加
达时间，将实测与理论时间进行比对，得到时间偏 工时存在制造公差。
差，并转换为叶尖偏移量；为精准捕捉叶尖偏移量最 为了减小个体差异对叶尖偏移量的影响，本文
大值并抑制背景噪声干扰，在相同转速工况下，对各 采用 60 s 内 8 只叶尖偏移量的均值代替瞬时叶尖偏
叶片分别采集 500 组振动位移数据，以其平均值作 移 量， 不 同 转 速 下 ， 含 裂 纹 叶 片 的 叶 尖 偏 移 量 如
为叶尖偏移量最大值。 图 12 所示。

29.59 142.77 289.52
27.63 115.40 255.77
28.77 6 mm 119.48 6 mm 238.81 6 mm
4.5 mm 4.5 mm 103.26 4.5 mm 213.52
3 mm 24.50 3 mm 3 mm
3 mm 3 mm 3 mm
ွᇏԩ ွᇏԩ ွᇏԩ
34.06 ွࡕԩ 138.36 ွࡕԩ 276.81 ွࡕԩ
4.5 mm 4.5 mm 4.5 mm
6 mm 6 mm 6 mm
37.75 ွ۴ԩ 162.33 ွ۴ԩ 348.54 ွ۴ԩ
3 mm 6 mm 3 mm 6 mm 3 mm 6 mm
4.5 mm 4.5 mm 4.5 mm
29.44 142.11 278.39
44.00 177.13 393.94
38.85 158.21 317.27
(a) 500 r/min (b) 1000 r/min (c) 1500 r/min
498.36 740.88 1160.11
435.97 662.30 989.59
427.61 6 mm 672.05 6 mm 905.96 6 mm
4.5 mm 392.88 4.5 mm 601.46 4.5 mm
3 mm 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm 881.77
ွᇏԩ ွᇏԩ ွᇏԩ
506.59 ွࡕԩ 748.47 ွࡕԩ 1144.23 ွࡕԩ
4.5 mm 4.5 mm 4.5 mm
6 mm 6 mm 6 mm
577.94 ွ۴ԩ 866.46 ွ۴ԩ 1270.39 ွ۴ԩ
3 mm 6 mm 3 mm 6 mm 3 mm 6 mm
4.5 mm 4.5 mm 4.5 mm
477.23 693.86 1088.87
547.11 668.98 852.28 1000.07 1295.20 1523.37
(d) 2000 r/min (e) 2500 r/min (f) 3000 r/min

图 12 不同转速下含裂纹叶片的叶尖偏移量（单位：μm）
Fig. 12 Tip offset of blades with cracks under different rotational speeds (Unit：μm)