CN105092255B - 涡扇发动机风扇整机配平方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡扇发动机风扇整机配平方法及系统，方法包括：在涡扇发动机运行到配平转速时，通过低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号；根据低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位；根据振动幅度和振动相位以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置；在涡扇发动机停车时根据配平量和配平位置对风扇采取配平措施。本发明可以尽量消除由风扇不平衡所导致的振动超标问题，并且实施过程简单易实现，计算量、时间和资金成本耗费少，有利于提高发动机的安全性和经济性。

Description

涡扇发动机风扇整机配平方法及系统

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种涡扇发动机风扇整机配平方法及系统。

背景技术

航空发动机在研制及运营过程中都会遇到因风扇不平衡引起的振动问题，不平衡量的大小直接影响风扇的振动水平，如果振动超标则会影响发动机安全及乘客舒适度等，因此需要对风扇进行配平以降低发动机振动水平。

对于涡扇发动机来说，尤其是大涵道比涡扇发动机，风扇直径较大，一般的动平衡机不能满足其尺寸、功率等要求，且风扇不平衡量引起的振动与风扇转子转速、安装运行环境有密切关联，因此目前已有人提出了不需要专用平衡机，将发动机装在台架或飞机上即可完成的整机动平衡方法，但目前尚缺乏可实施的配平方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种涡扇发动机风扇整机配平方法及系统，能够尽量消除由风扇不平衡导致的振动超标问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种涡扇发动机风扇整机配平方法，包括：

在涡扇发动机运行到配平转速时，通过安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号；

根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位；

根据所述振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置；

在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施。

进一步的，所述低压转子转速传感器的音轮上设有相位齿，且所述相位齿与所述涡扇发动机的各个风扇叶片均具有相对固定的周向角度关系；所述根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作具体包括：

根据所述低压转子转速信号计算所述相位齿先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度θ；

采用快速傅立叶变换频谱分析方法确定1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F和不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度

根据所述频率分量F确定对应于配平转速的频率分量的振动幅度A；

根据角度θ和角度以及所述1号轴承振动传感器的安装位置先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度λ，计算出所述配平转速下1号轴承振动信号的频率分量的振动相位δ。

进一步的，已知先于所述相位齿角度δ₀的不平衡量n将引起的1号轴承振动测点的振动响应为所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A₂和振动相位δ₂；所述根据振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置的操作具体包括：

根据所述不平衡量n和振动幅度A₂确定风扇不平衡量与1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度的正比例关系；

根据计算出的振动幅度A以及确定的正比例关系，计算出对应的风扇的配平量；

根据计算出的振动相位δ以及已知先于所述相位齿角度δ₀和振动相位δ₂计算风扇配平位置相对于所述相位齿的角度。

进一步的，在根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前，还包括：

判断所述配平转速下1号轴承振动信号的配平转速同频率分量的振动幅度是否超出预设标准，如果超出标准，则继续执行根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作，否则取消配平操作。

进一步的，在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施的操作之后，还包括验证配平效果的操作，具体包括：

在所述涡扇发动机开车时，通过判断所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度是否超出预设标准来验证配平效果；

如果超出标准，则重复所述风扇的配平量和配平位置的计算及配平措施，直至满足标准。

进一步的，所述验证配平效果的操作中所用的预设标准与计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前的超标判断所用的预设标准一致，或者高于计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前的超标判断所用的预设标准。

进一步的，所述1号轴承振动信号的采集频率不小于所述配平转速的5倍。

进一步的，所述根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施的操作具体为：

根据确定的所述风扇的配平量和配平位置，通过在风扇叶片上安装不同规格的平衡螺钉来进行风扇配平。

为实现上述目的，本发明提供了一种涡扇发动机风扇整机配平系统，包括：

信号采集单元，用于在涡扇发动机运行到配平转速时，通过安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号；

振动幅度及相位计算单元，用于根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位；

配平量及位置确定单元，用于根据所述振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置；

配平实施单元，用于在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施。

进一步的，所述低压转子转速传感器的音轮上设有相位齿，且所述相位齿与所述涡扇发动机的各个风扇叶片均具有相对固定的周向角度关系；所述振动幅度及相位计算单元具体包括：

相位齿角度计算模块，用于根据所述低压转子转速信号计算所述相位齿先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度θ；

快速傅立叶变换模块，用于采用快速傅立叶变换频谱分析方法确定1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F和不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度

振动幅度确定模块，用于根据所述频率分量F确定对应于配平转速的频率分量的振动幅度A；

振动相位计算模块，用于根据角度θ和角度以及所述1号轴承振动传感器的安装位置先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度λ，计算出所述配平转速下1号轴承振动信号的频率分量的振动相位δ。

进一步的，已知先于所述相位齿角度δ₀的不平衡量n将引起的1号轴承振动测点的振动响应为所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A₂和振动相位δ₂；所述配平量及位置确定单元具体包括：

比例关系确定模块，用于根据所述不平衡量n和振动幅度A₂确定风扇不平衡量与1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度的正比例关系；

配平量计算模块，用于根据计算出的振动幅度A以及确定的正比例关系，计算出对应的风扇的配平量；

配平位置计算模块，用于根据计算出的振动相位δ以及已知先于所述相位齿角度δ₀和振动相位δ₂计算风扇配平位置相对于所述相位齿的角度。

进一步的，还包括：

超标判断单元，用于判断所述配平转速下1号轴承振动信号的配平转速同频率分量的振动幅度是否超出预设标准，如果超出标准，则继续执行根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作，否则取消配平操作。

进一步的，还包括：

配平验证单元，用于在所述涡扇发动机开车时，通过判断所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度是否超出预设标准来验证配平效果，如果超出标准，则重复所述风扇的配平量和配平位置的计算及配平措施，直至满足标准。

进一步的，所述配平验证单元中所用的预设标准与所述超标判断单元所用的预设标准一致，或者高于所述超标判断单元所用的预设标准。

进一步的，所述信号采集单元中对所述1号轴承振动信号的采集频率不小于所述配平转速的5倍。

进一步的，所述配平实施单元具体用于在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置，通过在风扇叶片上安装不同规格的平衡螺钉来进行风扇配平。

基于上述技术方案，本发明提供了涡扇发动机风扇的整机动平衡的解决方案，利用采集的低压转子转速信号和1号轴承振动信号来计算出风扇的配平量和配平位置，基于计算结果对风扇进行配平可以尽量消除由风扇不平衡所导致的振动超标问题，同时整个实施过程比较简单易于实现，且不需要耗费大量的计算量、时间和资金成本，有利于提高发动机的安全性和经济性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涡扇发动机风扇整机配平方法的一实施例的流程示意图。

图2为本发明涡扇发动机风扇整机配平方法实施例中各传感器、相位齿和不平衡量相对于风扇轴心的角度对应关系示意图。

图3为本发明涡扇发动机风扇整机配平方法的另一实施例的流程示意图。

图4为本发明涡扇发动机风扇整机配平系统的一实施例的结构示意图。

图5为本发明涡扇发动机风扇整机配平系统的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

考虑到风扇上的不平衡量所引起的振动与低压转子转速密切相关，本发明所采用的整机动平衡技术往往不能使全转速范围内的振动水平均降低，因此选定最希望的低压转子转速点(后文简称配平转速)，来通过配平降低该配平转速下的振动水平。

配平转速的选择可根据实际需要进行选择，例如基于乘客舒适度、发动机安全或者全转速范围振动最小化等因素。在选定配平转速后，可以采用如图1所示的涡扇发动机风扇整机配平方法的实施例对涡扇发动机的风扇进行配平，在图1实施例中，具体步骤包括：

步骤100、在涡扇发动机运行到配平转速时，通过安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号；

步骤200、根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位；

步骤300、根据所述振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置；

步骤400、在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施。

在本实施例中，需要利用安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器来进行信号采集。这里的1号轴承是涡扇发动机中连接风扇转子的轴承的通用叫法，其采集的1号轴承振动信号即振动位移信号。通常要求1号轴承振动信号的采集频率不小于配平转速的5倍。低压转子转速传感器可采用带有音轮的结构，在测量转速时，音轮套在转动的轴上，随被测轴一起转动。转速传感器的受感部能够采集到类正弦信号，通过计算类正弦信号的间隔时间和齿数可以推算出被测轴的转速。

在获得了低压转子转速信号和1号轴承振动信号后，就可以进一步计算1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位，以便确定出配平转速下当前风扇上的不平衡量所带来的振动响应。这样就能够基于已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，推算出当前风扇上产生的振动响应是由风扇上的什么位置上的多少不平衡量所导致的，进而确定风扇的配平量和配平位置。

在确定了风扇在配平转速下的配平量和配平位置后，可在所述涡扇发动机停车时根据确定的风扇的配平量和配平位置，通过在风扇叶片上安装不同规格的平衡螺钉进行风扇配平，除此之外，也可以采用其他常规方式来对风扇采取配平措施，例如在风扇叶片上安装配重块等。

在本实施例的1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的计算中，振动相位的计算以及后续配平位置的确定均需要有合适的参照物。该参照物的选择可采用各种现有的方式，在此本发明实施例提供了一种可行的具体实现方案，即在低压转子转速传感器的音轮上设置相位齿(也称音轮特殊齿，在高度或宽度上区别于音轮上的其他齿)，以相位齿作为标记相位信息的重要参照物。

相位齿可以与涡扇发动机的各个风扇叶片均具有相对固定的周向角度关系，因此不平衡量的相位计算就等价为不平衡量先于相位齿的角度，这样就能够准确的确定出哪个风扇叶片存在不平衡量来进行配平。假设风扇共有10个叶片，这10个叶片有固定的编号和安装顺序，例如按顺时针或逆时针顺序安装1号叶片到10号叶片，而音轮安装到风扇轴上后，相位齿与风扇叶片的角度关系就固定下来，例如相位齿与1号叶片对准，或相差5度等。如果计算出了不平衡量沿旋转方向先于相位齿的角度，则可以根据相位齿的位置和该角度来确定出不平衡量位于几号叶片。

在此基础上，步骤200可以具体包括：

根据所述低压转子转速信号计算所述相位齿先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度θ；

采用快速傅立叶变换频谱分析方法确定1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F和不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度

根据所述频率分量F确定对应于配平转速的频率分量的振动幅度A；

根据角度θ和角度以及所述1号轴承振动传感器的安装位置先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度λ，计算出所述配平转速下1号轴承振动信号的频率分量的振动相位δ。

上述角度θ、λ和δ的相对关系可参考图2所示，图2中示出了风扇轴1上的不平衡量5和相位齿4，以及低压转子转速传感器2的安装位置和1号轴承振动传感器3的安装位置，虽然随着风扇轴1的转动，不平衡量5和相位齿4相对于低压转子转速传感器2的安装位置和1号轴承振动传感器3的安装位置会发生变化，但它们之间的角度关系是确定的，即而希望确定的不平衡量5相对于相位齿4的角度

这里的角度θ表示按照风扇轴旋转方向，相位齿先于低压转子转速传感器的安装位置的角度，可利用某时刻与该时刻之前最接近的相位齿的时间间隔和相应低压转子转速进行计算，例如：

其中，t为某时刻与该时刻之前最接近的相位齿的时间间隔，单位为秒(s)，该时刻低压转子转速为配平转速n_L，单位为rpm。

角度表示不平衡量振动波峰先于1号轴承振动传感器的安装位置的角度，可利用采集到的1号轴承振动信号使用快速傅立叶变换(FFT)频谱分析方法计算得出。角度λ表示1号轴承振动传感器的安装位置先于低压转子转速传感器的安装位置的角度，该角度值在传感器安装后即确定。

本发明可采用各种现有的FFT频谱分析方法来计算1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位，例如王兆华等人披露的全相位FFT频谱分析方法或全相位FFT相位测量法等。

假设发动机工作在配平转速n_L时，振动信号采集频率为f_s，采集的振动位移信号为x₁,x₂,…,x_2N-1，使该序列乘以三角窗函数，得到序列y₁,y₂,…,y_2N-1。再以y_N为中心，进行平移相加，可以得到序列z₁,z₂,…,z_N。其中，

z₁＝y_N

z₂＝y₁+y_N+1

…

z_N＝y_N－1+y_2N－1

对序列z₁,z₂,…,z_N进行标准FFT，得到频域复数序列F₁,F₂,…,F_N。通过频谱搜索，确定出1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F，再对配平转速所对应的频率分量取模，得到振动幅度A，通过反正切获得角度，进一步计算出角度δ。

由于风扇不平衡量大小与1号轴承振动测点处频率分量的振动幅度存在正比例关系，风扇不平衡位置先于相位齿的角度与1号轴承振动相位(振动波峰先于相位齿的角度)有固定关系。因此如果事先已知先于所述相位齿角度δ₀的不平衡量n(g.cm)将引起的1号轴承振动测点的振动响应为所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A₂和振动相位δ₂，则可以先根据所述不平衡量n和振动幅度A₂确定风扇不平衡量与1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度的正比例关系；再根据步骤200计算出的振动幅度A以及确定的正比例关系，计算出对应的风扇的配平量M，M＝(A/A₂)*n。根据计算出的振动相位δ以及已知先于所述相位齿角度δ₀和振动相位δ₂计算出风扇配平位置为先于相位齿的角度δ-(δ₂-δ₀)+180°。

下面通过一个例子来说明上述计算过程，假设配平转速为4200rpm，发动机工作在配平转速时1号轴承振动信号的采集频率为1000Hz，采样数N＝1024，采集的振动信号为x₁,x₂,…,x₂₀₄₇，单位为mm。计算出的x₁₀₂₄点采集时刻对应的振动信号在时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A为10mm，不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度为183°。

若x₁₀₂₄采集时刻与该时刻之前最接近的相位齿的时间间隔t为0.01s，通过公式可以计算出假设λ在发动机设计完成时已经确定为60°。代入公式计算可得δ＝183°+60°-252°＝-9°，即低压转子转速频率分量振动波峰先于相位齿的角度δ为-9°。

已知在先于相位齿0°的叶片处加不平衡量1g.cm后，在1号轴承振动测点处对应于配平转速的频率分量的振动幅度和相位分别为5mm和35°，则通过公式M＝(A/A₂)*n，计算出配平量大小约为(10mm/5mm)*1g.cm＝2g.cm，根据公式δ-(δ₂-δ₀)+180°计算出配平位置应在先于相位齿(-9°-(35°-0°))+180°＝136°处。

通过上述实施例的说明，可以理解本发明利用采集的低压转子转速信号、相位齿的信号以及1号轴承振动信号所实现的配平过程是简单并易于实现的，不仅能够实现涡扇发动机风扇的整机配平工作，而且计算量小、耗费的时间和资金成本也比较低，有利于提高发动机的安全性和经济性。

如图3所示，为本发明涡扇发动机风扇整机配平方法的另一实施例的流程示意图。与上一实施例相比，本实施例在步骤200之前还包括：

步骤110、判断所述配平转速下1号轴承振动信号的配平转速同频率分量的振动幅度是否超出预设标准，如果超出标准，则继续执行步骤200，否则取消配平操作。

在步骤400之后，还包括验证配平效果的操作，具体包括：

步骤500、使涡扇发动机开车，然后返回步骤100采集信号，并到步骤110判断所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度是否超出预设标准来验证配平效果；如果超出标准，则继续执行步骤200，重复所述风扇的配平量和配平位置的计算及配平措施，直至满足标准；否则取消配平操作。验证配平效果的操作可以采用步骤110的超标判断过程，也可以是与步骤110独立的操作，重复计算配平和验证可以规定预设的次数，例如3次或5次，在规定次数之内如果无法使配平效果达标的话，操作员可以查找风扇不平衡之外的原因。

在上述过程中，验证配平效果的操作中所用的预设标准与计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前的超标判断所用的预设标准一致，或者高于计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前的超标判断所用的预设标准，以实现精细配平。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

如图4所示，为本发明涡扇发动机风扇整机配平系统的一实施例的结构示意图。在本实施例中，涡扇发动机风扇整机配平系统包括：信号采集单元10、振动幅度及相位计算单元20、配平量及位置确定单元30和配平实施单元40。其中信号采集单元10用于在涡扇发动机运行到配平转速时，通过安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号。信号采集单元中对所述1号轴承振动信号的采集频率优选不小于所述配平转速的5倍。振动幅度及相位计算单元20用于根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位。配平量及位置确定单元30用于根据所述振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置。配平实施单元40用于在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施，具体来说，可以在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置，通过在风扇叶片上安装不同规格的平衡螺钉来进行风扇配平，也可以采用其他常规方式来对风扇采取配平措施，例如在风扇叶片上安装配重块等。

在另一实施例中，低压转子转速传感器的音轮上设有相位齿，且所述相位齿与所述涡扇发动机的各个风扇叶片均具有相对固定的周向角度关系；振动幅度及相位计算单元20可以具体包括：

相位齿角度计算模块，用于根据所述低压转子转速信号计算所述相位齿先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度θ；

快速傅立叶变换模块，用于采用快速傅立叶变换频谱分析方法确定1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F和不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度

振动幅度确定模块，用于根据所述频率分量F确定对应于配平转速的频率分量的振动幅度A；

振动相位计算模块，用于根据角度θ和角度以及所述1号轴承振动传感器的安装位置先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度λ，计算出所述配平转速下1号轴承振动信号的频率分量的振动相位δ。

如果已知先于所述相位齿角度δ₀的不平衡量n将引起的1号轴承振动测点的振动响应为所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A₂和振动相位δ₂；则所述配平量及位置确定单元30可以具体包括：

比例关系确定模块，用于根据所述不平衡量n和振动幅度A₂确定风扇不平衡量与1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度的正比例关系；

配平量计算模块，用于根据计算出的振动幅度A以及确定的正比例关系，计算出对应的风扇的配平量；

配平位置计算模块，用于根据计算出的振动相位δ以及已知先于所述相位齿角度δ₀和振动相位δ₂计算风扇配平位置相对于所述相位齿的角度。

如图5所示，为本发明涡扇发动机风扇整机配平系统的又一实施例的结构示意图。与前述实施例相比，本实施例还包括超标判断单元50，用于判断所述配平转速下1号轴承振动信号的配平转速同频率分量的振动幅度是否超出预设标准，如果超出标准，则继续执行根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作，否则取消配平操作。

进一步的，在系统中还可以包括：配平验证单元60，用于在所述涡扇发动机开车时，通过判断所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度是否超出预设标准来验证配平效果，如果超出标准，则重复所述风扇的配平量和配平位置的计算及配平措施，直至满足标准。其中，配平验证单元60中所用的预设标准与所述超标判断单元50所用的预设标准一致，或者高于所述超标判断单元50所用的预设标准，以实现精细配平。

以上仅简明描述了本发明涡扇发动机风扇整机配平系统的多个实施例，其各部分的技术效果均可参考前述涡扇发动机风扇整机配平方法实施例，这里不再赘述。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种涡扇发动机风扇整机配平方法，包括：

在涡扇发动机运行到配平转速时，通过安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号，所述低压转子转速传感器的音轮上设有相位齿，且所述相位齿与所述涡扇发动机的各个风扇叶片均具有相对固定的周向角度关系；

根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位；

根据所述振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置；

在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施；

其中，所述根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作具体包括：

根据所述低压转子转速信号计算所述相位齿先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度θ；

采用快速傅立叶变换频谱分析方法确定1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F和不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度

根据所述频率分量F确定对应于配平转速的频率分量的振动幅度A；

根据角度θ和角度以及所述1号轴承振动传感器的安装位置先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度λ，计算出所述配平转速下1号轴承振动信号的频率分量的振动相位δ。

2.根据权利要求1所述的涡扇发动机风扇整机配平方法，其中，已知先于所述相位齿角度δ₀的不平衡量n将引起的1号轴承振动测点的振动响应为所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A₂和振动相位δ₂；所述根据振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置的操作具体包括：

根据所述不平衡量n和振动幅度A₂确定风扇不平衡量与1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度的正比例关系；

根据计算出的振动幅度A以及确定的正比例关系，计算出对应的风扇的配平量；

根据计算出的振动相位δ以及已知先于所述相位齿角度δ₀和振动相位δ₂计算风扇配平位置相对于所述相位齿的角度。

3.根据权利要求1或2所述的涡扇发动机风扇整机配平方法，其中，在根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前，还包括：

判断所述配平转速下1号轴承振动信号的配平转速同频率分量的振动幅度是否超出预设标准，如果超出标准，则继续执行根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作，否则取消配平操作。

4.根据权利要求3所述的涡扇发动机风扇整机配平方法，其中，在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施的操作之后，还包括验证配平效果的操作，具体包括：

在所述涡扇发动机开车时，通过判断所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度是否超出预设标准来验证配平效果；

如果超出标准，则重复所述风扇的配平量和配平位置的计算及配平措施，直至满足标准。

5.根据权利要求4所述的涡扇发动机风扇整机配平方法，其中，所述验证配平效果的操作中所用的预设标准与计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前的超标判断所用的预设标准一致，或者高于计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作之前的超标判断所用的预设标准。

6.根据权利要求1所述的涡扇发动机风扇整机配平方法，其中，所述1号轴承振动信号的采集频率不小于所述配平转速的5倍。

7.根据权利要求1所述的涡扇发动机风扇整机配平方法，其中，所述根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施的操作具体为：

根据确定的所述风扇的配平量和配平位置，通过在风扇叶片上安装不同规格的平衡螺钉来进行风扇配平。

8.一种涡扇发动机风扇整机配平系统，包括：

信号采集单元，用于在涡扇发动机运行到配平转速时，通过安装在涡扇发动机上的低压转子转速传感器和1号轴承振动传感器分别采集低压转子转速信号和1号轴承振动信号；

振动幅度及相位计算单元，用于根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位；

配平量及位置确定单元，用于根据所述振动幅度和振动相位，以及已知的风扇不平衡量在1号轴承振动测点的振动响应，确定风扇的配平量和配平位置；

配平实施单元，用于在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置对所述风扇采取配平措施；

其中，所述低压转子转速传感器的音轮上设有相位齿，且所述相位齿与所述涡扇发动机的各个风扇叶片均具有相对固定的周向角度关系；所述振动幅度及相位计算单元具体包括：

相位齿角度计算模块，用于根据所述低压转子转速信号计算所述相位齿先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度θ；

快速傅立叶变换模块，用于采用快速傅立叶变换频谱分析方法确定1号轴承振动信号时频转换后的频率分量F和不平衡量振动波峰先于所述1号轴承振动传感器的安装位置的角度

振动幅度确定模块，用于根据所述频率分量F确定对应于配平转速的频率分量的振动幅度A；

振动相位计算模块，用于根据角度θ和角度以及所述1号轴承振动传感器的安装位置先于所述低压转子转速传感器的安装位置的角度λ，计算出所述配平转速下1号轴承振动信号的频率分量的振动相位δ。

9.根据权利要求8所述的涡扇发动机风扇整机配平系统，其中，已知先于所述相位齿角度δ₀的不平衡量n将引起的1号轴承振动测点的振动响应为所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度A₂和振动相位δ₂；所述配平量及位置确定单元具体包括：

比例关系确定模块，用于根据所述不平衡量n和振动幅度A₂确定风扇不平衡量与1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度的正比例关系；

配平量计算模块，用于根据计算出的振动幅度A以及确定的正比例关系，计算出对应的风扇的配平量；

配平位置计算模块，用于根据计算出的振动相位δ以及已知先于所述相位齿角度δ₀和振动相位δ₂计算风扇配平位置相对于所述相位齿的角度。

10.根据权利要求8或9所述的涡扇发动机风扇整机配平系统，其中，还包括：

超标判断单元，用于判断所述配平转速下1号轴承振动信号的配平转速同频率分量的振动幅度是否超出预设标准，如果超出标准，则继续执行根据所述低压转子转速信号和1号轴承振动信号计算所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度和振动相位的操作，否则取消配平操作。

11.根据权利要求10所述的涡扇发动机风扇整机配平系统，其中，还包括：

配平验证单元，用于在所述涡扇发动机开车时，通过判断所述1号轴承振动信号时频转换后对应于配平转速的频率分量的振动幅度是否超出预设标准来验证配平效果，如果超出标准，则重复所述风扇的配平量和配平位置的计算及配平措施，直至满足标准。

12.根据权利要求11所述的涡扇发动机风扇整机配平系统，其中，所述配平验证单元中所用的预设标准与所述超标判断单元所用的预设标准一致，或者高于所述超标判断单元所用的预设标准。

13.根据权利要求8所述的涡扇发动机风扇整机配平系统，其中，所述信号采集单元中对所述1号轴承振动信号的采集频率不小于所述配平转速的5倍。

14.根据权利要求8所述的涡扇发动机风扇整机配平系统，其中，所述配平实施单元具体用于在所述涡扇发动机停车时根据确定的所述风扇的配平量和配平位置，通过在风扇叶片上安装不同规格的平衡螺钉来进行风扇配平。