涡轮机械在国防和工业生产中作为动力设备,发挥着极其重要的作用。叶片在涡轮机械中又是核心部件,常用于能量转换。对旋转叶片进行运行状态监测是为了保障旋转设备能够安全稳定的运转。叶尖定时测量方法是非接触式叶片振动监测方法中一种重要方法。本文主要内容如下:1.研究了转速波动对叶尖定时测量精度的影响及解决方法,以叶尖定时测振法为基础,引入键相插值法解决转速波动对单键相涡轮机叶片振动测量误差较大的问题,同时对恒速运转下也可自适应测量。通过建立仿真模型比较在不同波动频率下键相插值法与单键相法的结果,结果表明在波动周期较大或波动的转速幅值较大等情况下,使用键相插值法可提高计算结果的精确度。最后在扭转叶片实验台进行了实验验证,结果表明键相插值法可减小转速波动对叶片振动测量精度的影响。2.详细讨论了涡轮机械中易发生的轴向位移和径向振动对叶尖定时法下的叶片振动测量的影响。针对工程应用中常见的扭转叶片,提出了轴向位移对叶尖到达传感器的时间的修正方法,以减小轴向位移带来的影响。通过监测转子的轴心轨迹,对转子涡动进行分解获得转子的正反进动,进一步分析转子涡动对叶顶线速度的影响,给出了具体的推导公式。通过扭转叶片实验台验证了轴向位移修正方法的准确性。转子涡动对叶片线速度的影响可以忽略,但在叶顶到达传感器的时间上仍需讨论。3.基于叶尖定时测振法,提出一种需要较少传感器又能提高测量精度的叶片同步振动参数辨识方法。通过低转速到高转速运行过程,测量出叶片振动位移随转频之间的关系,根据拟合算法可以获得叶片各谐共振点对应的部分振动参数,但无法获得叶片振动倍频值。在谐共振点附近处进行恒速运转,不同位置处的传感器获得的振动位移可以通过辅助参数自回归法来获得各叶片在谐共振点处对应的倍频值,以辨识出叶片同步振动参数。基于新的辨识方法,确定了叶顶传感器的布置方案,并对实际测量中可能存在的干扰因素进行了详细的仿真分析,验证了方法的可行性。4.建立了高速直叶片实验台。在实验研究过程中,完成了叶片同步振动的参数辨识,绘制出安装6个磁铁激励下的叶片振动坎贝尔图。同时对不同激励个数时叶片谐振动做了实验研究和分析。通过应变片测量法验证了新辨识法的准确性。该方法可为叶片故障预警、动应力非接触测量提供技术途径。