叶尖定时技术具有能同时监测整级叶片振动的优势,成为当前在线非接触式旋转叶片振动测试技术研究热点。大型旋转机械的性能也渐渐朝着大功率、高转速和高效率的方向提高。作为大型旋转机械能量转换的关键环节,叶轮机叶片的裂纹发生和扩展威胁其安全。采用叶尖定时技术可以测量所有叶片的振动,叶轮机不同运行速度下会产生气动力激励,使得叶片叶盘在不同模态频率下发生振动,并使之产生应力集中,促使裂纹发生和扩展。论文主要对高速旋转叶片叶尖定时测振系统关键技术研究,并采用叶片位置偏移度判别方法,实现叶片疲劳裂纹故障识别,最终基于虚拟仪器开发了一套高速旋转叶片叶尖定时监测与分析系统。论文的主要研究工作如下:1.基于虚拟仪器环境,搭建了一套高速旋转叶片叶尖定时测振系统。该系统囊括高速数据采集,数据预处理和数据分析等功能,界面友好,功能完整。通过仿真测试、叶片状态监测实验和系统通用性实验,证明了系统的实用性、有效性和通用性。2.针对现代大型旋转机械转速高,叶片数目多等特点,需要高速采集。采用了固定频率脉冲填充法,并提出基于动态帧值法的高速数据流管理方案和高速数据存储策略,实现了高速旋转叶片振动信号较高精度采集。开展了高速旋转叶片叶尖定时测振系统采集功能仿真测试,系统对叶片振动信号的振动位移测试精度达到0.01mm。3.考虑到实际工程应用,针对叶片跳圈、信号抖动和干扰、零漂、非叶片振动等因素所造成的噪声等实际问题,分别对跳圈处理算法、去干扰算法和去零漂算法,滑动平均算法和曲线拟合算法展开研究。通过仿真实验,完成了算法的测试。4.针对叶片疲劳裂纹故障,研究了基于位置偏移度的叶片有无裂纹判别方法。通过在叶片转子仿真试验台上植入含裂纹的叶片进行扫频实验,研究裂纹发生在叶片的不同位置(叶尖和叶根)和不同深度时叶片在气动力的激励下所产生的叶片振动信号的振动特性,结果表明,位置偏移度判别方法对叶根裂纹更为敏感,且裂纹越深,位置偏移度越大。