CN109540482A - 一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方法及分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方法及分析装置，通过以叶片到达传感器位置所经历的总角度为变量，叶顶传感器实际采集到的一圈叶片的实际到达时间数据为因变量进行函数拟合，得到叶片理论到达时间及叶片振动响应，最终得到叶片振动信号。在此基础上，通过利用叶片同步振动在传感器上的特定响应形式与传感器安装角之间对应关系，进行传感器数据拟合及推理重构，仅需两支或两支以上传感器即可实现叶片大范围倍频精确辨识。

Description

一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方法及分析 装置

技术领域

本申请涉及旋转叶片振动监测技术领域，尤其是涉及一种旋转叶片高倍频 振动参数分析方法及分析装置。

背景技术

涡轮机是国防和工业生产的关键设备，而叶片是涡轮机核心部件，其健康状 况对于的涡轮机安全、平稳、高效运行具有重大意义。对于航空发动机及汽轮机 等高端机械而言，其静叶数高达60甚至更高，其尾迹扰流导致的高倍频振动是 造成高周疲劳的主要因素。然而，由于倍频数较高，在转速变化过程中，往往会 以极快的速度通过共振区，难以捕捉。多年来，高阶次高倍频的叶片振动监测辨 识一直是航空发动机等叶片数目众多的旋转机械叶片振动参数识别及叶片性能 测试的重点及难点。

在非接触式叶片同步振动监测识别中，往往需要一个键相传感器来实现理 论到达时间的测量及计算，但实际旋转机械由于结果限制导致无法安装键相传 感器，同时在某些时候键相传感器所得数据会因转速波动而对振动监测产生影 响。因此需要发展基于无键相的方法叶尖计时技术，目前已知的无键相叶尖计时 技术无法直接得到叶片振动值，并且在得到叶尖振动值后要实现叶片振动频率 的辨识主要需要两个参数，即振动中心频率及对应的振动倍频值，而叶片同步振 动的倍频特别是高倍频的精确辨识一直是叶片振动参数识别的难点，若要求解 高倍频则需要较小的传感器均布夹度，比如现有基于自回归法的倍频求解方法 采用4个安装夹角为6度的传感器时有效求解范围为1-30倍频。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方 法及分析装置，以方便对旋转叶片的振动情况进行监测，提高监测的准确度，降 低成本。

本发明实施例提供了一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析 方法，所述方法包括：

对所述涡轮机叶片沿叶轮旋转方向进行叶片编号及对应每个叶片间的安装 夹角即第一安装角度；

获取每一个叶片经过同一目标位置时的第一经过时刻；

基于所述第一经过时刻，结合第一安装角度计算得到的第一经过角度，计算 每一个所述叶片的第二经过时刻及第一同步振动位移；

基于所述第一同步振动位移，确定每一个叶片的振动参数。

进一步的，基于所述第一经过时刻与所述第二经过时刻的差值及计算得到 的对应的叶片尖端线速度，计算每一个叶片第一振动位移之后，所述方法还包括：

基于每一个所述第一振动位移，分别生成每一个叶片的振动位移曲线图，所 述振动位移曲线图为叶片的转速与所述第一振动位移之间的关系曲线。

对所述同步振动位移曲线图进行拟合分析，确定叶片的振动参数，从而进一 步重构得到第二同步振动位移。

进一步的，在基于每一个所述第一同步振动位移，确定每一个叶片的振动参 数之后，所述方法还包括：

获取至少两个所述第一同步振动位移，其中，至少两个所述第一同步振动位 移是所述叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的振动位移；

基于两个所述第一同步振动位移的振动参数进行信号重构得到所述第二同 步振动位移；

基于至少两个所述第二同步振动位移计算所述叶片的振动倍频值。

进一步的，所述基于所述第一经过时刻及第一经过角度，拟合得到每一个所 述叶片的第二经过时刻，包括：

基于所述第一经过时刻和所述第一经过角度，根据以下公式为目标函数进 行拟合得到每一个所述叶片的第二经过时刻：

当所述叶轮转动频率持续增长或持续降低时，拟合目标函数为：

当所述叶轮转动频率相对稳定或波动较小时，拟合目标函数为：

其中，Ψ_(n,b)为所述叶片的第一经过角度，t_t(n,b)为所述b号叶片的第二经过 时刻与在第n圈时经过所述目标位置时的第一经过角度之间的函数关系，v_0(n)为 所述1号叶片在第n圈时经过所述目标位置时的第一运转线速度，a_(n)为所述叶 片在第n圈时经过所述目标位置时的平均加速度，B_fit为修正拟合参数。

进一步的，所述基于所述第一经过时刻及第二经过时刻，计算得到每个叶片 的第一同步振动位移，包括：

基于第二经过时刻及第一经过时刻，根据以下公式分别计算每个叶片的第 一同步振动位移：

其中，x_(n,b)为所述b号叶片在第n圈的第一振动位移，t_(n,b)为所述b号叶 片在第n圈时经过所述目标位置时的第一经过时刻，t_t(n,b)为所述b号叶片在第n 圈时经过所述目标位置时的第二经过时刻，t_t(n+1,1)为所述1号叶片在第n+1圈时 经过所述目标位置时的第二经过时刻。

进一步的，基于每一个所述第一振动位移，确定每一个叶片的振动参数，包 括：

使用每一个所述第一同步振动位移，并通过以下拟合公式进行拟合计算：

式中：

基于所述拟合计算的拟合结果，确定每一个所述叶片的振动参数；

其中，x(Ω)为所述叶片的第一同步振动位移与转频值Ω之间的函数关系， A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比，为振动 初始相位，f_n为共振中心频率值，D_b为所述叶片的振动恒偏量。

进一步的，所述基于所述拟合计算的拟合结果，确定每一个叶片的振动参数 并重构得到每一个叶片的第二同步振动位移，包括：

基于所述叶片的振动参数与以下拟合公式：

式中：

计算重构所有叶片的第二同步振动位移。

其中，为所述叶片的第二同步振动位移与转频值Ω之间的函数关系， A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比，为振动 初始相位，f_n为共振中心频率值，D_b为所述叶片的振动恒偏量。

进一步的，所述基于所有叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的 第一同步振动位移的振动参数重构得到对应的第二同步振动位移计算所述全部 叶片的振动倍频值，包括：

方法一：基于以下公式进行倍频值的求解：

式中：

其中，及为所述在转动方向上间隔夹角为2Δα采集到的第一同步振动 位移辨识参数重构得到的第二同步振动位移，为重构所采用的振动初始 相位，n_EO为所求解的倍频值，为唯一的未知数。

该方法所求倍频值辨识范围的区间为[0,π/2Δα]，减少倍频辨识所需最低目 标位置(即传感器)数量到2。

方法二：通过假设可能的为一定范围内的整数代入下式中：

式中：

进行的重构，称重构的为虚拟传感器，其中为重构所采用的振动 初始相位，并代入下式进行倍频值求解：

n_EO为求解的倍频值，若接近于0，则所设为所求倍频值。

其中，及为所述在转动方向上间隔夹角为2Δα采集到的两个第一同步 振动位移辨识到的参数重构得到的两个第二同步振动位移。为重构所采 用的振动初始相位；

该方法所求倍频值辨识范围的区间为[0,π/Δα]，较方法一辨识结果 [0,π/2Δα]提高了1倍，同样减少倍频辨识所需最低目标位置(即传感器)数量 到2；

本发明实施例还提供一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析 装置，所述分析装置包括：

确定模块，用于确定叶片编号，以及对应每个叶片间的安装夹角即第一安装 角度；

第一获取模块，用于获取每一个叶片经过同一目标位置时的第一经过时刻；

第一计算模块，用于基于所述第一经过时刻，结合第一安装角度计算得到的 第一经过角度，计算每一个所述叶片的第二经过时刻及第一同步振动位移；

第二计算模块，用于基于每一个所述第一同步振动位移，确定每一个所述叶 片的振动参数，并依据振动参数重构得到对应的第二同步振动位移。

进一步的，所述分析装置还包括：

生成模块，用于基于每一个所述第一同步振动位移，分别生成每一个所述叶 片的同步振动位移曲线图，所述同步振动位移曲线图为所述涡轮机的转速与所 述第一同步振动位移之间的关系曲线；

进一步的，所述分析装置还包括：

第二获取模块，用于获取至少两个所述第一同步振动位移和所述第一同步 振动位移拟合出的参数重构得到的对应的第二同步振动位移，其中，至少两个所 述第一同步振动位移是叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的振动位 移；

第三计算模块，用于基于至少两个所述第一同步振动位移和所述第一同步 振动位移拟合出的参数重构得到的对应的第二同步振动位移计算所述叶片的振 动倍频值。

进一步的，所述第一计算模块包括基于所述第一经过时刻及第一经过角度， 根据以下公式分别计算每一个所述叶片的第二经过时刻：

当所述叶轮转动频率持续增长或持续降低时，拟合目标函数为：

当所述叶轮转动频率相对稳定或波动较小时，拟合目标函数为：

其中，Ψ_(n,b)为所述叶片的第一经过角度，t_t(n,b)为所述b号叶片的第二经过时刻与在第n圈时经过所述目标位置时的第一经过角度之间的函数关系，v_0(n)为所述1号叶片在第n圈时经过所述目标位置时的第一运转线速度，a_(n)为所述叶片在 第n圈时经过所述目标位置时的平均加速度，B_fit为修正拟合参数。

进一步的，所述第一计算模块还包括基于第二经过时刻及第一经过时刻，根 据以下公式分别计算每个叶片的第一同步振动位移：

其中，x_(n,b)为所述b号叶片在第n圈的第一振动位移，t_(n,b)为所述b号叶 片在第n圈时经过所述目标位置时的第一经过时刻，t_t(n,b)为所述b号叶片在第n 圈时经过所述目标位置时的第二经过时刻，t_t(n+1,1)为所述1号叶片在第n+1圈时 经过所述目标位置时的第二经过时刻。

进一步的，所述第二计算模块包括：

计算单元，用于使用每一个所述第一同步振动位移，并通过以下拟合公式进 行拟合计算：

使用每一个所述第一同步振动位移，并通过以下拟合公式进行拟合计算：

式中：

基于所述拟合计算的拟合结果，确定每一个叶片的振动参数；

其中，x(Ω)为所述叶片的第一同步振动位移与转频值Ω之间的函数关系， A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比，为振动 初始相位，f_n为共振中心频率值，D_b为所述叶片的振动恒偏量。

进一步的，所述基于所述拟合计算的拟合结果，确定每一个叶片的振动参数 并重构得到每一个叶片的第二同步振动位移，包括：

基于所述拟合计算的拟合结果，确定所有叶片的振动参数；

基于所述叶片的振动参数与以下拟合公式：

式中：

计算重构所有叶片的第二同步振动位移。

其中，为所述叶片的第二同步振动位移与转频值Ω之间的函数关系， A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比，为振动 初始相位，f_n为共振中心频率值，D_b为所述叶片的振动恒偏量。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存 储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器 与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行 如上述的涡轮机叶片振动参数分析方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上 存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的涡轮机叶片振 动参数辨识的步骤。

本发明实施例提供的一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方法， 对涡轮机叶片依据转子旋转方向编号；获取每一个叶片分别经过同一目标位置 时的第一经过时刻；基于所述一定数量的叶片第一经过时刻及相应的第一经过 角度，以第一经过角度为自变量，第一经过时刻为因变量，进行数据拟合得到第 二经过时刻，经过计算得到每个叶片的第一同步振动位移；基于每一个所述第一 同步振动位移，确定每一个叶片的振动参数。基于至少两个所述第一振动位移的 振动参数重构得到对应的第二同步振动位移，并使用本发明所述的倍频辨识方 法计算得到全部叶片的振动倍频值。

与现有技术中的涡轮机叶片振动参数分析方法相比，本发明通过函数拟合 得到振动位移并进行倍频识别，省去了传统叶片振动监测系统中的键相传感器 的引入，避免了因键相参考不准确而造成的测量误差，减少了安装工作量并降低 了监测成本，可以方便的对涡轮机叶片的振动情况进行监测，提高监测的准确度， 并避免了因键相传感器故障而导致整个叶片监测系统崩溃的可能性。本发明所 述的倍频辨识方法在减少传感器数量及不减小传感器安装夹角的前提下，提高 了倍频辨识的精度及辨识范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因 此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一种可能的应用场景下的系统架构图；

图2为本发明一实施例提供的涡轮机叶片无键相高倍频振动参数分析方法 流程图；

图3为第一同步振动曲线图；

图4为拟合曲线与拟合区间对比图；

图5为本发明一实施例提供的传感器安装及虚拟传感器示意图；

图6为本发明一实施例提供的涡轮机叶片无键相高倍频振动参数分析装置 结构图一；

图7为本发明一实施例提供的涡轮机叶片无键相高倍频振动参数分析装置 结构图二；

图8为本发明一实施例提供的电子设备的结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实 施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图 中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因 此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护 的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本 领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本申请保护的范围。

首先，对本申请可适用的应用场景进行介绍。本申请可以应用于国防和工业 系统中，对涡轮机叶片的振动情况进行监测，以便提前对涡轮机叶片的运行情况 进行监测，以达到故障预警的目的。请参阅图1，图1为一种在该应用场景下的 系统构图。如图1中所示，所述系统包括涡轮机叶片振动参数的分析装置、应用 服务器和多个涡轮机，分析装置与应用服务器连接，可以从应用服务器中调用各 种数据，如涡轮机的各种运行数据等，应用服务器可以收集涡轮机的各种数据， 如涡轮机的基础数据、使用数据和运行数据等，还可以对涡轮机进行调制和控制 等，涡轮机可以是各种国防和工业生产设备中的涡轮机。上述示例中，是以分析 装置与应用服务器连接，从应用服务器中调取数据，但并不局限于此，在其他示 例中，分析装置还可以是在与应用服务器连接的同时，还可以直接与各涡轮机连 接，或者与数据库等连接，以调取涡轮机的数据。

经研究发现，对于涡轮机叶片振动情况的监测，大多是通过非接触式叶片振 动监测的方式，引入一个键相值作为理论值的参考。但是，在实际的涡轮机组中， 获取键相值的键相传感器，安装困难(如航空发动机等装备无法安装键相传感器)， 并且由于环境等因素的影响会导致监测结果准确度不理想，增加额外成本。

基于此，本发明实施例提供一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数 分析方法和分析装置，可以省去传统叶片振动监测系统中键相传感器安装的繁 琐，方便对涡轮机叶片的振动情况进行监测，提高监测的准确度，降低成本。

请参阅图2，图2为本发明一实施例提供的涡轮机叶片高倍频振动参数分析 方法的流程图。如图2中所示，本发明实施例提供的涡轮机叶片高倍频振动参 数分析方法，包括：

步骤201、用于确定所述涡轮机上的叶片编号，以及对应每个叶片间的安装 夹角即第一安装角度。

该步骤中，所述分析装置可以先选取一个叶片作为起始点，即从所述涡轮机 上的所有叶片中，选取任一个叶片作为1号叶片，其余的叶片即可以此为基准 根据旋转方向依次编号。

步骤202、获取每一个叶片分别经过同一目标位置时的第一经过时刻每个第 一经过时刻相对第一个第一经过时刻的累积旋转角度即第一经过角度。

该步骤中，所述分析装置在确定了所述1号叶片后，以一号叶片经过所述 目标位置为第一个第一时刻及对应的第一经过角度为0，同时由叶片之间的安装 夹角可知之后的每一个第一经过时刻对应的第一经过夹角均比前一个第一经过 夹角要多一个安装夹角，因此每一个第一经过时刻对应的每一个第一经过夹角 是唯一确定的。

其中，所述第一经过时刻，可以是通过在所述涡轮机上，如在所述涡轮机的 壳体上与叶片的叶尖之间上设置传感器，以监测每个叶片经过时的时刻，即所述 第一经过时刻。

步骤203、基于所述第一经过时刻及相应的第一经过角度，以第一经过角度 为自变量，第一经过时刻为因变量，进行数据拟合得到第二经过时刻。

该步骤中，所述分析装置获取到所述第一经过时刻和所述第一经过角度后， 所述分析装置就可以使用所述第一经过时刻和所述第一经过角度进行函数拟合， 来计算每一个叶片的第二经过时刻。

步骤204、基于所述第一经过时刻与所述第二经过时刻的差值及计算得到的 对应的叶片尖端线速度，计算每一个所述叶片第一振动位移。

该步骤中，所述分析装置获取到所述第一经过时刻和所述第一经过角度后， 所述分析装置就可以使用所述第一经过时刻和所述第一经过角度进行函数拟合， 来计算每一个叶片的第二经过时刻。

具体的，所述分析装置可以使用所述第一经过时刻和所述第二经过时刻，搭 配以叶片的线速度，即叶片的叶尖顶部的线速度，进行计算，来得到所述第一同 步振动位移。

步骤205、基于每一个所述第一同步振动位移，确定每一个叶片的振动参数。

该步骤中，所述分析装置在通过计算得到所述第一同步振动位移后，可以进 一步进行计算，来使用所述第一同步振动位移，从而计算出叶片的振动参数。

其中，振动参数可以包括谐共振中心频率、振动幅值、品质因数等。

举例来讲，如图3为所示的第一同步振动曲线图。对各个椭圆圈所标示区 间进行进行振动参数识别，采用以下拟合公式进行拟合计算：

式中：

基于所述拟合计算的拟合结果，确定每一个叶片的振动参数；

其中，x(Ω)为叶片的第一同步振动位移与转频值Ω之间的函数关系，A₀为 共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比，为振动初始 相位，f_n为共振中心频率值，D_b为叶片的振动恒偏量。

以传感器1下的1号区间的振动位移进行拟合为例，拟合曲线与拟合区间 对比图如图4所示。拟合参数结果为：

步骤206、基于至少两个所述第一振动位移的振动参数重构得到对应的第二 同步振动位移计算全部叶片的振动倍频值。

该步骤中，所述分析装置在通过使用拟合函数不考虑恒偏量并计算重构得 到第二同步振动位移，并基于至少两个等间距的目标位置处的第二同步振动位 移采用本专利所述倍频辨识方法进行分析，确定振动倍频值。

具体的，举例来讲，本实施例中以获取四个所述第一同步振动位移计算振动 倍频值为例来进行说明，其中，四个所述第一同步振动位移是所述叶片在转动方 向上四个等间隔位置处对应的振动位移。如图5所示为传感器安装及虚拟传感 器示意图，对应前述方法1的求解矩阵为：

式中：

b₁＝cos(2n_EOΔα)

b₂＝sin(2n_EOΔα)

其中A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比， 为振动初始相位，f_n为共振中心频率值；下标R表示第R圈(转)，上(下) 标i表示第i个实际传感器即第i个所述目标位置。举例来说为图5中第i个 实际传感器的在第R圈(转)的转速Ω_R下的第二同步振动位移。

最终结合b₁＝cos(2n_EOΔα)得到辨识结果倍频值n_EO：

采用方法二所述方法，对应的方程矩阵形式表示为：

式中：

a₁＝2cos(n_EOΔα)

下标i对应图5中的虚拟传感器编号即第i个所述目标位置，下标R表示第 R圈(转)。为图5中第i个虚拟传感器的在第R圈(转)的转速Ω_R下的第 二同步振动。

当i＝1,3,5时有：

当i＝2,4,6时有：

式中：

其中，A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比， 为振动初始相位，f_n为共振中心频率值；为猜测的可能的倍频值；下标R 表示第R圈(转)，上(下)标i对应图5中第i个虚拟传感器即第i个所述目 标位置。

最终结合a₁＝2cos(n_EOΔα)得到辨识结果倍频值n_EO：

通过计算判断求解结果是否正确，若Δ_EO≈0则说明所求的倍频 值是正确的。

本发明实施例提供的涡轮机叶片振动参数分析方法，确定所述涡轮机上任 一个叶片为起始叶片，以及对应每个叶片间的安装夹角即第一安装角度；获取每 一个叶片分别经过同一目标位置时的第一经过时刻每个第一经过时刻相对第一 个第一经过时刻的累积旋转角度即第一经过角度；基于所述叶片第一经过时刻 及相应的第一经过角度，以第一经过角度为自变量，第一经过时刻为因变量，进 行数据拟合得到第二经过时刻；基于所述第一经过时刻与所述第二经过时刻的 差值及计算得到的对应的叶片尖端线速度，计算每一个叶片第一振动位移；基于 每一个所述第一同步振动位移，确定每一个叶片的振动参数；基于至少两个所述 第一振动位移的振动参数重构得到对应的第二同步振动位移计算所述全部叶片 的振动倍频值。

与现有技术中的涡轮机叶片振动参数分析方法相比，本发明通过从涡轮机 叶顶到达时刻通过函数拟合得到理论到达时刻，省去了传统叶片振动监测系统 中键相传感器等安装的繁琐，可以方便的对涡轮机叶片的振动情况进行监测，提 高监测的准确度，降低成本。同时提出的高倍频辨识方法，在减少需求的传感器 数量的同时提高了辨识范围。

请参阅图6，图6为本发明一实施例提供的涡轮机叶片高倍频振动参数分析 装置的结构图之一，图7为本发明一实施例提供的涡轮机叶片高倍频振动参数 分析装置的结构图之二，图8为图6中所示第二计算模块的结构图。如图6中 所示，所述分析装置600包括：

第一确定模块610，用于确定所述涡轮机上的叶片编号，以及对应每个叶片 间的安装夹角即第一安装角度。

第一获取模块620，用于获取每一个叶片分别经过同一目标位置时的第一经 过时刻。

第一计算模块630，用于基于所述第一经过时刻，结合第一安装角度计算得 到的第一累积角度，计算每一个叶片的第二经过时刻及第一同步振动位移。

第二计算模块640，用于基于每一个所述第一同步振动位移，确定每一个叶 片的振动参数。

可选的，如图7中所示，所述分析装置600还包括：

生成模块650，用于基于每一个所述第一同步振动位移，分别生成每一个叶 片的同步振动位移曲线图，所述同步振动位移曲线图为所述涡轮机的转速与所 述第一同步振动位移之间的关系曲线。

可选的，所述分析装置600还包括：

第二获取模块660，用于获取至少两个所述第一同步振动位移和所述第一同 步振动位移拟合出的参数重构得到的对应的第二同步振动位移，其中，至少两个 所述第一同步振动位移是叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的振动 位移；

第三计算模块670，用于基于至少两个所述第一同步振动位移和所述第一同 步振动位移拟合出的参数重构得到的对应的第二同步振动位移计算所述叶片的 振动倍频值。

本发明实施例提供的一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方法 分析装置，对所述涡轮机上叶片依据转子旋转方向编号；获取每一个叶片分别经 过同一目标位置时的第一经过时刻；基于所述一定数量的叶片第一经过时刻及 相应的第一经过角度，以第一经过角度为自变量，第一经过时刻为因变量，进行 数据拟合得到第二经过时刻，经过计算得到每个叶片的第一同步振动位移；基于 每一个所述第一同步振动位移，确定每一个叶片的振动参数。基于至少两个所述 第一振动位移的振动参数重构得到对应的第二同步振动位移，并使用本发明所 述的倍频辨识方法计算得到所述全部叶片的振动倍频值。

与现有技术中的涡轮机叶片振动参数分析方法相比，本发明通过函数拟合 得到振动位移并进行倍频识别，省去了传统叶片振动监测系统中的键相传感器 的引入，避免了因键相参考不准确而造成的测量误差，减少了安装工作量并降低 了监测成本，可以方便的对涡轮机叶片的振动情况进行监测，提高监测的准确度， 并避免了因键相传感器故障而导致整个叶片监测系统崩溃的可能性。本发明所 述的倍频辨识方法在减少传感器数量及不减小传感器安装夹角的前提下，提高 了倍频辨识的精度及辨识范围。

请参阅图8，图8为本发明一实施例提供的电子设备的结构图。如图8中所 示，所述电子设备800包括处理器810、存储器820和总线830。

所述存储器820存储有所述处理器810可执行的机器可读指令(比如，图6 中的第一确定模块610、第一获取模块620、第一计算模块630和第二计算模块 640对应的执行指令等)，当电子设备800运行时，所述处理器810与所述存储 器820之间通过总线830通信，所述机器可读指令被所述处理器810执行时， 可以执行如上述图2所示方法实施例中的涡轮机叶片振动参数分析方法的全部 方法步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上 存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图2所示方 法实施例中的涡轮机叶片振动参数分析方法的全部方法步骤，具体实现方式可 参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的 系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在 此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法， 可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所 述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式， 又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以 忽略，或不执行。另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处 理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在 一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时， 可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样 的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技 术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个 存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务 器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前 述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、 随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存 储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明 本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照 前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何 熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实 施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征 进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本 申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此， 本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析方法，其特征在于，所述振动提取采用结合理论到达角度与实际到达时间函数拟合方法：

对所述涡轮机叶片沿叶轮旋转方向进行叶片编号对应的并将对应每个叶片间的安装夹角作为第一安装角度；

获取每一个叶片分别经过同一目标位置时的第一经过时刻；

基于所述第一经过时刻，结合第一安装角度计算得到的对应第一经过角度；

基于一定数量的叶片第一经过时刻及相应的第一安装角度，以第一经过角度为自变量，第一经过时刻为因变量，进行数据拟合得到第二经过时刻，基于第二经过时刻及第一经过时刻计算得到每个叶片的第一同步振动位移。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一经过时刻与所述第二经过时刻的差值及计算得到的对应的叶片尖端线速度，计算每一个所述叶片第一振动位移之后，所述方法还包括：

基于每一个所述第一振动位移，生成每一个所述叶片的振动位移曲线图，所述振动位移曲线图为所述涡轮机的转速与所述第一振动位移之间的关系曲线。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于每一个所述第一振动位移，确定每一个叶片的振动参数之后，所述方法还包括：

获取至少两个所述第一振动位移，其中，至少两个所述第一振动位移是所述叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的振动位移；

基于至少两个所述第一振动位移的振动参数重构得到对应的第二同步振动位移用于计算叶片的振动倍频值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一经过时刻及相应的第一经过角度，以第一经过角度为自变量，第一经过时刻为因变量，进行数据拟合得到第二经过时刻，经过计算得到每个所述叶片的第一同步振动位移，包括：

基于所述第一经过时刻和所述第一经过角度，根据以下公式为目标函数进行拟合得到每一个所述叶片的第二经过时刻：

当所述叶轮转动频率持续增长或持续降低时，拟合目标函数为：

当所述叶轮转动频率相对稳定或波动较小时，拟合目标函数为：

其中，Ψ_(n,b)为所述叶片的第一经过角度，t_t(n,b)为所述b号叶片的第二经过时刻与在第n圈时经过所述目标位置时的第一经过角度之间的函数关系，v_0(n)为所述1号叶片在第n圈时经过所述目标位置时的第一运转线速度，a_(n)为所述叶片在第n圈时经过所述目标位置时的平均加速度，B_fit为修正拟合参数。

基于第二经过时刻及第一经过时刻，根据以下公式分别计算每个叶片的第一同步振动位移：

其中，x_(n,b)为所述b号叶片在第n圈的第一振动位移，t_(n,b)为所述b号叶片在第n圈时经过所述目标位置时的第一经过时刻，t_t(n,b)为所述b号叶片在第n圈时经过所述目标位置时的第二经过时刻，t_t(_n+1,1)为所述1号叶片在第n+1圈时经过所述目标位置时的第二经过时刻。

5.如权利3要求所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一同步振动拟合结果确定每一个所述叶片的振动参数并重构得到每一个所述叶片的第二同步振动位移：

基于所述拟合计算的拟合结果，确定所述所有叶片的振动参数；

基于所述叶片的振动参数与以下拟合公式：

式中：

计算重构所有叶片的第二同步振动位移。

其中，为所述叶片的第二同步振动位移与转频值Ω之间的函数关系，A₀为共振中心振幅系数，Q为品质因数，且Q＝1/(2ξ)，ξ为阻尼比，为振动初始相位，f_n为共振中心频率值，D_b为所述叶片的振动恒偏量。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处的第一同步振动位移的振动参数重构得到对应的第二同步振动位移计算所述全部叶片的振动倍频值，包括：

基于以下公式进行倍频值的求解：

式中：

其中，及为所述在转动方向上间隔夹角为2Δα采集到的两个第一同步振动位移辨识到的参数重构得到的两个第二同步振动位移，为重构所采用的振动初始相位，n_EO为所求解的倍频值，为唯一的未知数。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的第一同步振动位移的振动参数重构得到对应的第二同步振动位移计算所述全部叶片的振动倍频值，包括：

通过假设可能的为一定范围内的整数代入下式中：

式中：

进行的重构，其中为重构所采用的振动初始相位，并代入下式进行倍频值求解：

n_EO为求解的倍频值，若接近于0，则所设为所求倍频值。

其中，及为所述在转动方向上间隔夹角为2Δα采集到的两个第一同步振动位移辨识到的参数重构得到的两个第二同步振动位移。

8.一种涡轮机叶片无键相高倍频同步振动参数分析装置，其特征在于，所述分析装置包括：

确定模块，用于确定所述涡轮机上的叶片编号，以及对应每个叶片间的安装夹角即第一安装角度；

第一获取模块，用于获取每一个叶片分别经过同一目标位置时的第一经过时刻；

第一计算模块，用于基于所述第一经过时刻，计算每一个叶片的第二经过时刻及第一同步振动位移；

第二计算模块，用于基于每一个所述第一同步振动位移，确定每一个所述叶片的振动参数，并依据振动参数重构得到对应的第二同步振动位移。

9.如权利要求8所述的分析装置，其特征在于，所述分析装置还包括：

生成模块，用于基于每一个所述第一同步振动位移，分别生成每一个所述叶片的同步振动位移曲线图，所述同步振动位移曲线图为所述涡轮机的转速与所述第一同步振动位移之间的关系曲线。

10.如权利要求8所述的分析装置，其特征在于，所述分析装置还包括：

第二获取模块，用于获取至少两个所述第一同步振动位移和所述第一同步振动位移拟合出的参数重构得到的对应的第二同步振动位移，其中，至少两个所述第一同步振动位移是叶片在转动方向上至少两个等间隔位置处对应的振动位移；

第三计算模块，用于基于至少两个所述第一同步振动位移和所述第一同步振动位移拟合出的参数重构得到的对应的第二同步振动位移计算所述叶片的振动倍频值。