CN115081271B - 基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法及校核系统 - Google Patents

Abstract

公开了基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法与校核系统，建立转子叶片有限元模型，设置不同运行转速，通过循环对称分析确定转子叶片模态参数和节径信息；基于上述叶片模态参数和节径信息确定叶端定时传感器数目和安装角度；假设叶片在不考虑振动状态下，以转速传感器测量时间为基准计算转子叶片到传感器的理想到达时间序列；叶片受到周期变化的激振力作用，计算转子叶片振动幅值；基于叶片振动幅值反演计算叶片振动引起的叶片到达传感器的时间差序列；基于时间差和理想到达时间模拟叶片实际到达时间序列；波形重构将叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，导入叶端定时校核系统获得叶片振动参数，通过与有限元仿真结果对比完成校核。

Description

基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法及校核系统

技术领域

本发明涉及旋转机械转子叶片非接触式动应变测量技术领域，尤其涉及一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法及校核系统。

背景技术

转子叶片作为航空发动机、汽轮机等旋转机械重要的组成部分，高速旋转叶片完整性直接影响旋转机械整体结构的安全运行，对于服役中的转子叶片进行健康监测，评估其运行状态，保障旋转机械运行安全是十分重要。长期以来，通过在旋转叶片粘贴应变片的方式实现叶片振动测量，应变片测量布线工艺和旋转信号传输均有比较高要求，需要安装昂贵的装置或者滑环引电器，仅能测量少量叶片有限位置动应变。目前，非接触式测量叶端定时技术在旋转叶片的健康监测上有着重要作用，其通过在机匣上安装传感器，检测叶片到达传感器的时间，从而计算出叶片顶端振动位移的大小并从中提取出叶片振动的各项参数。但是，由于应变片测量和叶端定时测量均存在误差，把实际中叶片真实振动无法获取，所以难以对非接触式测量叶端定时系统进行校核，依然存在许多不确定性因素导致测量结果不准确，另外，叶端定时测量系统针对不同机组叶片的通用性也比较差，因此，本发明提供一种针对转子叶片叶端定时测量系统的校核方法及校核系统，以提高测量结果的准确性和系统的通用性。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种针对转子叶片叶端定时测量系统的校核方法及校核系统，解决了当前难以对叶端定时系统进行校核，存在的不确定性造成测量数据不准确，同时还可以适用不同机组叶片提高系统的通用性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法包括：

第一步骤中，建立转子叶片有限元模型，设置不同运行转速，基于所述转子叶片有限元模型通过循环对称分析确定转子叶片的模态参数和节径信息；

第二步骤中，基于所述模态参数和节径信息确定叶端定时传感器数目和安装角度；

第三步骤中，在叶片不考虑振动状态下，以转速传感器测量时间为基准计算转子叶片到转速传感器的理想到达时间序列；

第四步骤中，基于转子转速产生的叶片周期性激振力计算其引起转子叶片端点的振动幅值；

第五步骤中，基于所述振动幅值反演计算转子叶片振动引起的转子叶片到达转速传感器的时间差序列；

第六步骤中，基于所述时间差序列和理想到达时间序列模拟转子叶片实际到达时间序列；

第七步骤中，波形重构以使得将叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，导入叶端定时校核系统获得叶片振动参数，通过与有限元仿真结果对比，从而完成系统校核。

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第一步骤中，根据转子叶片的尺寸参数建立单个转子叶片三维几何模型，基于所述三维几何模型有限元划分网格建立转子叶片的有限元模型，模态参数包括叶片模态频率f，节径信息包括节径数ND。

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第二步骤中，基于转子叶片的转速频率f_r与叶片模态频率f确定叶片激励阶次EO和叶端定时传感器数目，其中叶片激励阶次且EO＝i*N_b±ND，N_b表示转子叶片数，i为整数，0，1，2…；转子叶片在机匣周向安装的叶端定时传感器数目N_s与转子叶片模态振动的模态数目N_m的关系为：N_s≥2N_m+1。

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第二步骤中，基于叶端定时传感器的安装角度和所述激励阶次EO构建叶片振动模型的设计矩阵，以设计矩阵的条件数作为目标函数，利用优化算法使设计矩阵条件数达到最小值确定叶端定时传感器的安装角度，其中，

设计矩阵EO_i表示第i个振动阶次，θ_j表示第j个叶端定时传感器在机匣的安装角度，叶端定时传感器的安装角度θ_s＝[θ₁，θ₂，…，θ_j]。

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第三步骤中，对转子叶片编号No：1，2，…N_b并计算每个编号的转子叶片与转速传感器之间的角度根据转子转速计算转子叶片到转速传感器的理想到达时间序列理想到达时间序列根据转速计算，由于没考虑叶片振动变形，其结果只和叶片转速有关。

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第四步骤中，大多数与转子转速频率密切相关，则转子转速产生的叶片周期性激振力F＝F_A sin(2πEO_i f(t)·t+φ)，其中，F_A是激振力幅值大小，t是激振力对应的时间，φ为激励阶次EO_i对应的初始相位，f(t)为叶片周期性激振力频率，有限元仿真计算叶片周期性激振力引起转子叶片端点的振动幅值d_i，转子叶片的振动幅值为

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第五步骤中，转子叶片绕转轴旋转，所述转轴半径为R，基于所述振动幅值反演计算转子叶片振动引起的转子叶片到达转速传感器的时间差整个转子叶片到达转速传感器的时间差序列为/>

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第六步骤中，基于所述时间差序列和理想到达时间序列模拟转子叶片实际到达时间序列t_act＝t_exp+Δt。

所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法中，第七步骤中，基于转子叶片厚度w计算脉冲宽度

一种实施所述的基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法的校核系统包括，

有限元分析模块，其配置成构建转子叶片有限元模型和基于所述转子叶片有限元模型有限元仿真计算得到转子叶片的模态参数和节径信息；

时间计算模块，其配置成基于所述模态参数和节径信息计算叶片理想到达时间序列转子叶片振动引起的时间差序列和转子叶片模拟实际到达时间序列表示第N_b号转子叶片实际到达时间序列，所述时间计算模块交互连接所述有限元分析模块；

波形重构模块，其配置成将叶端定时测量叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，所述波形重构模块连接所述时间计算模块；

信号接收模块，其连接所述波形重构模块以将数字脉冲波导入叶端定时校核系统；

系统计算模块，其配置通过信号接收模块收集仿真的波形信号且计算得到叶片振动参数；

系统校核模块，通过对比所述有限元仿真结果与所述叶片振动参数完成校核。

在上述技术方案中，本发明提供的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法及电卡材料，具有以下有益效果：本发明根据不同机组叶片特性建立转子叶片有限元模型，设定不同转速下，对所述有限元模型采用循环对称分析确定叶片的模态参数和节径信息，通过有限元法仿真不同机组叶片在不同转速下振动特性，反演计算转子叶片振动引起的时间差序列，结合无振动理想到达时间获得转子叶片模拟实际到达时间序列，最后通过波形重构将实际到达时间转换成叶片到达传感器的数字脉冲波并导入叶端定时测量校核系统计算叶片振幅，通过对比叶片仿真结果与校核系统计算结果，优化系统软硬件算法参数，使相对误差达到规定指标，保证软硬件测试系统的准确性，完成系统校核，提高了叶端定时测量的准确性和系统的通用性，对于非接触测量系统应用具有重要意义。本发明提供的系统校核方法思路新颖，能够有效校核叶端定时测量系统，提高测量准确性和通用性。以及本发明提供的转子叶片叶端定时测量校核系统过程简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种转子叶片叶端定时测量校核方法的流程示意图；

图2(a)至图2(b)是一种转子叶片叶端定时测量校核系统的结构示意图，其中，图2(a)为转子叶片非接触测量校核系统组成；图2(b)为叶端定时测量时间计算模块，其包括叶片无振动理想到达时间、叶片振动施加到达时间、叶片振动引起的时间差；

图3(a)至图3(b)是一个实施例中建立的转子叶片模型，其中，图3(a)为转子叶片三维几何模型；图3(b)为有限元网格划分模型；

图4是一个实施例中转子叶片在不同节径下的SAFE平面图；

图5(a)至图5(b)是转子叶片不同节径下的模态振型图，其中，图5(a)为第3节径一阶位移模态振型，图5(b)为第4节径一阶应变模态振型；

图6是一个实施例中转子叶片叶端定时测量叶片到传感器理想数字脉冲波；

图7是一个实施例中转子叶片叶端定时测量叶片到传感器的实际数字脉冲波；

图8是一个实施例中利用数字模拟器生成的时间序列信号计算的叶片频率。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进-步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施方式中，如图1至图8所示，校核方法包括，

第一步骤S1中，建立转子叶片有限元模型，设置不同运行转速，通过循环对称分析确定转子叶片模态参数和节径信息；

第二步骤S2中，基于上述叶片模态参数和节径信息确定叶端定时传感器数目和安装角度；

第三步骤S3中，假设叶片在不考虑振动状态下，以转速传感器测量时间为基准计算转子叶片到传感器的理想到达时间序列；

第四步骤S4中，考虑转子转速产生的叶片周期性激振力，计算激励引起叶片端点振动幅值；

第五步骤S5中，基于叶片振动幅值反演计算叶片振动引起的叶片到达传感器的时间差序列；

第六步骤S6中，基于上述振动幅值引起的时间差和无振动理想到达时间模拟叶片实际到达时间序列；

第七步骤S7中，波形重构以使得将叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，导入叶端定时校核系统获得叶片振动参数，通过与有限元仿真结果对比，从而完成系统校核。

所述的方法中，第一步骤中，根据转子叶片的尺寸参数建立单个转子叶片三维几何模型，有限元划分网格建立转子叶片的有限元模型，设定不同转速下，对所述有限元模型采用循环对称分析确定叶片的模态参数和节径信息，其包括叶片模态频率f以及对应的节径数ND。

所述的方法中，第二步骤中，根据所述有限元模型的片的模态参数和节径信息，基于叶片的转速频率(f_r)与振动频率确定叶片激励阶次EO和叶端定时测量传感器数目，其中叶片激励阶次且EO＝i*N_b±ND，N_b表示转子叶片数，i为整数，0，1，2…；叶片在机匣周向安装叶端定时测量传感器数目N_s与叶片关注的模态振动的模态数目N_m的关系为：N_s≥2N_m+1。

所述的方法中，第二步骤中，基于叶端定时测量传感器安装角度和所述激励阶次构建叶片振动模型的设计矩阵，以设计矩阵的条件数作为目标函数，利用优化算法使设计矩阵条件数达到最小值确定叶端定时传感器的安装角度，其中设计矩阵EO_i表示第i个振动阶次，θ_j表示第j个叶端定时传感器在机匣的安装角度，确定叶端定时传感器的安装角度θ_s＝[θ₁，θ₂，…，θ_j]。

所述的方法中，第三步骤中，假设叶片在不考虑振动状态下，选取转子叶片转速传感器安装位置为参考，对叶片编号No：1，2，…N_b并计算叶片与传感器之间的角度根据上述转速信息计算转子叶片到传感器的理想到达时间序列理想到达时间序列根据转速计算，由于没考虑叶片振动变形，其结果只和叶片转速有关。

所述的方法中，第四步骤中，叶片振动激振力频率f(t)大多数与转子转速频率密切相关，则转子转速产生的叶片周期性激振力F＝F_A sin(2πEO_i f(t)·t+φ)，其中，F_A是激振力幅值大小，t是激振力对应的时间，φ为激励阶次EO_i对应的初始相位。有限元仿真计算激励引起叶片端点振动幅值d_i，则整个转子叶片的振动幅值为

所述的方法中，第五步骤中，转子叶片绕轴旋转，其中转轴半径为R，结合转速信息反演计算计算转子叶片振动引起的时间差则整个转子叶片时间差序列为/>

所述的方法中，第六步骤中，考虑叶片振动变形，利用上述理想时间与时间差计算转子叶片模拟实际到达时间t_act＝t_exp+Δt。

所述的方法中，第七步骤中，波形重构将叶端定时测量叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，其中，基于叶片厚度w计算脉冲宽度最后将数字脉冲波导入叶端定时测量校核系统计算叶片振幅，通过与仿真结果对比完成系统校核。

所述的方法中，第一步骤中，根据转子叶片的尺寸参数建立单个转子叶片三维几何模型，有限元划分网格建立转子叶片的有限元模型，设定不同转速下，对所述有限元模型采用循环对称分析确定叶片的模态参数和节径信息，其包括叶片模态频率f_i以及对应的节径数ND_i。

所述的方法中，第二步骤中，根据所述有限元模型的片的模态参数和节径信息，基于叶片的转速频率(f_r)与振动频率确定叶片激励阶次EO和叶端定时传感器数目，其中叶片激励阶次且EO＝i*N_b±ND，N_b表示转子叶片数，i为整数，0，1，2…；叶片在机匣周向安装叶端定时测量传感器数目N_s与叶片关注的模态振动的模态数目N_m的关系为：N_s≥2N_m+1。

所述的方法中，第二步骤中，基于叶端定时传感器安装角度和所述激励阶次构建叶片振动模型的设计矩阵，以设计矩阵的条件数作为目标函数，利用优化算法使设计矩阵条件数达到最小值确定叶端定时传感器的安装角度，其中设计矩阵EO_i表示第i个振动阶次，θ_j表示第j个叶端定时传感器在机匣的安装角度，确定叶端定时传感器的安装角度θ_s＝[θ₁，θ₂，…，θ_j]。

所述的方法中，第三步骤中，假设叶片在不考虑振动状态下，选取转子叶片转速传感器安装位置为参考，对叶片编号No：1…N_b并计算叶片与传感器之间的角度根据上述转速信息计算转子叶片到传感器的理想到达时间序列/>理想到达时间序列根据转速计算，由于没考虑叶片振动变形，其结果只和叶片转速有关。

所述的方法中，第四步骤中，叶片振动激振力频率f(t)大多数与转子转速频率密切相关，则转子转速产生的叶片周期性激振力F＝F_A sin(2πEO_i f(t)·t+φ)，其中，F_A是激振力幅值大小，t是激振力对应的时间，φ为激励阶次EO_i对应的初始相位。有限元仿真计算激励引起叶片端点振动幅值d_i，则整个转子叶片的振动幅值为

所述的方法中，第五步骤中，转子叶片绕轴旋转，其中转轴半径为R，结合转速信息反演计算计算转子叶片振动引起的时间差则整个转子叶片时间差序列为/>

所述的方法中，第六步骤中，考虑叶片振动变形，利用上述理想时间与时间差计算转子叶片模拟实际到达时间t_act＝t_exp+Δt。

所述的方法中，第七步骤中，波形重构将叶端定时测量叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，其中，基于叶片厚度w计算脉冲宽度最后将数字脉冲波导入叶端定时校核系统计算叶片振幅，通过与仿真结果对比完成系统校核。

图1是本发明一种转子叶片叶端定时测量系统校核方法的流程图，该方法通过有限元方法计算不同机组在不同转速下的振动特性以及其引起的时间差，结合理想到达时间获得实际到达时间，通过波形重构将实际到达时间转换成叶片到达传感器的数字脉冲波，导入叶端定时测量校核系统获得叶片振幅，通过与仿真结果对比完成系统校核，提高叶端定时测量系统的准确性和通用性。图2(a)至图2(b)是一种转子叶片叶端定时测量校核系统的结构示意图，其中，图2(a)为转子叶片非接触测量校核系统组成；图2(b)为叶端定时测量时间计算模块，其包括叶片无振动理想到达时间、叶片振动施加到达时间、叶片振动引起的时间差。方法具体步骤如下：

1)建立转子叶片三位集合模型导入有限元软件划分网格，建立转子叶片有限元模型。参见图3(a)，根据转子叶片几何尺寸参数利用三维建模软件生成CAD模型，其中，由120个带冠预扭长叶片构成成圈叶片，叶根枞树形叶根安装，其中为降低叶片振动，安装1条拉筋。由于模拟转子具有循环对称结构，故可取1/120扇区进行分析，然后将CAD模型导入ANSYS有限元分析软件建立转子叶片的三维有限元模型，如图3(b)，其中，有限元单元类型选择SOLID186实体单元，网格划分后共有13378个单元和28812个节点数。转子叶片旋转半径R＝980mm，其采用的材料为17-4ph不锈钢，密度7780kg/m3，泊松比0.27，弹性模量2.13GPa。

2)根据转子叶片实际工况设定不同转速，通过循环对称分析确定叶片的模态参数和节径信息。本实例转子叶片为电厂汽轮机工作的额定转速转速大约为3000RPM。通过采用循环对称分析绘制转子叶片在不同节径下的SAFE平面图，如图4所示，整圈转子叶片之间耦合效应，在离心力作用下相互压紧形成成圈结构，成圈后其固有振动表现为节圆振动和节径振动，叶片在转速3000RPM下，转子叶片可能发生3节径一阶共振和4节径一阶共振，其中模态频率为f_1-3＝148.7Hz，f_1-4＝150.2Hz，对应的叶片激励阶次另外，对应的模态应变振型如图5(a)至图5(b)所示，图5(a)为3节径一阶模态振型，图5(b)为4节径一阶模态振型。

3)根据上述模态分析结果，叶片在机匣周向安装叶端定时传感器数目N_s与叶片关注的模态振动的模态数目N_m的关系为：N_s≥2N_m+1，则选取非接触测量传感器数量为N_s＝4；基于叶端定时测量传感器安装角度和所述激励阶次构建叶片振动模型的设计矩阵，叶端定时测量传感器的安装角度θ_s＝[0，35°，135°，265°]。

4)假设叶片在不考虑振动状态下，选取转子叶片转速传感器安装位置为参考，本案例转子叶片由120个叶片组成，由于计算原理相似为方便表达将其简化8个叶片并对其编号No：1…8，在转速3000RPM计算转子叶片旋转一圈各个叶片的理想到达时间将上述单圈时间扩展50圈，即仿真时间到达1s，如图6所示叶片到传感器的理想数字脉冲波。

5)根据转速信息在转子叶片施加激励力，利用有限元法计算叶振动幅值；叶片振动激振力频率f(t)大多数与转子转速频率密切相关，其中在转速3000RPM下对应转频为f(t)＝f_r＝50Hz，则转子转速产生的叶片周期性激振力F＝F_A sin(2π·3·f(t)·t)，有限元仿真计算激励引起叶片端点振动幅值其中，Ab为转子叶片振动幅值，/>为第i号叶片与节径数ND相关振动幅值相位，/>转子叶片旋转一圈对应时刻的振动幅值/>

6)转子叶片绕轴旋转，其中转轴半径为R＝980mm，结合转速信息反演计算计算转子叶片振动引起的时间差则整个转子叶片时间差序列为

7)波形重构将叶端定时测量叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，其中，基于叶片厚度w＝20mm计算脉冲宽度将上述单圈时间扩展50圈，即仿真时间到达1s，如图7所示叶片到传感器的实际数字脉冲波。

8)最后将数字脉冲波导入叶端定时测量校核系统计算叶片频率，通过与仿真结果对比完成系统校核，如图8所示数字模拟器的叶片辨识频率。

叶端定时校核系统包括，

有限元分析模块：其配置根据不同机组叶片特性建立转子叶片有限元模型，设定不同转速下，对所述有限元模型采用循环对称分析确定叶片的模态参数和节径信息，其包括叶片模态频率f以及对应的节径数ND；考虑转子转速产生的叶片周期性激振力，基于有限元的方法有限元仿真计算激励引起叶片端点振动幅值d_i，则整个转子叶片的振动幅值为

时间计算模块：其配置根据叶片数目、转速、振动幅值、传感器数目和安装角度计算叶片理想到达时间序列转子叶片振动引起的时间差序列/>转子叶片模拟实际到达时间序列

波形重构模块：其配置基于叶片厚度w计算脉冲宽度将叶端定时测量叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波。

信号接受模块：其搭建硬件信号接受器，将数字脉冲波导入叶端定时测量校核系统。

系统计算模块：其配置通过接受器收集仿真的波形信号，利用该系统软硬件算法计算叶片振动幅值。

系统校核模块：通过对比叶片仿真结果与校核系统计算结果，优化系统软硬件算法参数，使相对误差达到规定指标，保证软硬件测试系统的准确性，完成系统校核。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请-部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，其包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，建立转子叶片有限元模型，设置不同运行转速，基于所述转子叶片有限元模型通过循环对称分析确定转子叶片的模态参数和节径信息；

第二步骤(S2)中，基于所述模态参数和节径信息确定叶端定时传感器数目和安装角度；

第三步骤(S3)中，在叶片不考虑振动状态下，以转速传感器测量时间为基准计算转子叶片到转速传感器的理想到达时间序列；

第四步骤(S4)中，基于转子转速产生的叶片周期性激振力计算其引起转子叶片端点的振动幅值；

第五步骤(S5)中，基于所述振动幅值反演计算转子叶片振动引起的转子叶片到达转速传感器的时间差序列；

第六步骤(S6)中，基于所述时间差序列和理想到达时间序列模拟转子叶片实际到达时间序列；

第七步骤(S7)中，波形重构以使得将叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，导入叶端定时校核系统获得叶片振动参数，通过与有限元仿真结果对比，从而完成系统校核。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，优选的，第一步骤(S1)中，根据转子叶片的尺寸参数建立单个转子叶片三维几何模型，基于所述三维几何模型有限元划分网格建立转子叶片的有限元模型，模态参数包括叶片模态频率f，节径信息包括节径数ND。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第二步骤(S2)中，基于转子叶片的转速频率f_r与叶片模态频率f确定叶片激励阶次EO和叶端定时传感器数目，其中叶片激励阶次且EO＝i*N_b±ND，N_b表示转子叶片数，i为整数，0，1，2…；转子叶片在机匣周向安装的叶端定时传感器数目N_s与转子叶片模态振动的模态数目N_m的关系为：N_s≥2N_m+1。

4.根据权利要求3所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第二步骤(S2)中，基于叶端定时传感器的安装角度和所述激励阶次EO构建叶片振动模型的设计矩阵，以设计矩阵的条件数作为目标函数，利用优化算法使设计矩阵条件数达到最小值确定叶端定时传感器的安装角度，其中，

设计矩阵

EO_i表示第i个振动阶次，θ_j表示第j个叶端定时传感器在机匣的安装角度，叶端定时传感器的安装角度θ_s＝[θ₁，θ₂，…，θ_j]。

5.根据权利要求4所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第三步骤(S3)中，对转子叶片编号No：1，2，…N_b并计算每个编号的转子叶片与转速传感器之间的角度根据转子转速计算转子叶片到转速传感器的理想到达时间序列/>理想到达时间序列根据转速计算，由于没考虑叶片振动变形，其结果只和叶片转速有关。

6.根据权利要求5所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第四步骤(S4)中，则转子转速产生的叶片周期性激振力F＝F_Asin(2πEO_if(t)·t+φ)，其中，F_A是激振力幅值大小，t是激振力对应的时间，φ为激励阶次EO_i对应的初始相位，f(t)为叶片周期性激振力频率，有限元仿真计算叶片周期性激振力引起转子叶片端点的振动幅值d_i，转子叶片的振动幅值为

7.根据权利要求6所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第五步骤(S5)中，转子叶片绕转轴旋转，所述转轴半径为R，基于所述振动幅值反演计算转子叶片振动引起的转子叶片到达转速传感器的时间差整个转子叶片到达转速传感器的时间差序列为/>

8.根据权利要求7所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第六步骤(S6)中，基于所述时间差序列和理想到达时间序列模拟转子叶片实际到达时间序列t_act＝t_exp+Δt。

9.根据权利要求8所述的一种基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法，其特征在于，第七步骤(S7)中，基于转子叶片厚度w计算脉冲宽度

10.一种实施权利要求1-9中任一项所述的基于数字模拟器的叶端定时系统校核方法的校核系统，其特征在于，其包括，

有限元分析模块，其配置成构建转子叶片有限元模型和基于所述转子叶片有限元模型有限元仿真计算得到转子叶片的模态参数和节径信息；

时间计算模块，其配置成基于所述模态参数和节径信息计算叶片理想到达时间序列转子叶片振动引起的时间差序列和转子叶片模拟实际到达时间序列 表示第N_b号转子叶片实际到达时间序列，所述时间计算模块交互连接所述有限元分析模块；

波形重构模块，其配置成将叶端定时测量叶片到达传感器的实际到达时间转换成数字脉冲波，所述波形重构模块连接所述时间计算模块；

信号接收模块，其连接所述波形重构模块以导入数字脉冲波形成仿真的波形信号；

系统计算模块，其配置通过信号接收模块收集仿真的波形信号计算得到叶片振动参数；

系统校核模块，通过对比所述有限元仿真结果与所述叶片振动参数完成校核。