一種風機葉片裂紋位置確定方法
2023-06-20 16:18:31 1
一種風機葉片裂紋位置確定方法
【專利摘要】本發明公開了一種風機葉片裂紋位置確定方法，所述方法包括以下步驟：S1、模擬葉片不同位置發生裂紋故障，並計算其前三階固有頻率；S2、以每階所述固有頻率、裂紋的相對深度、裂紋的相對徑向位置為坐標軸，繪製固有頻率解曲面圖，構造故障樣本庫；S3、葉片故障診斷時，通過計算獲得葉片的前三階固有頻率，將其反向輸入到所述故障樣本庫；S4、利用等高線法進行求解，得到裂紋所在的深度和徑向位置。本發明的方法利用等高線法求解葉片裂紋產生的位置，不僅實現了對風機葉片裂紋的及時診斷，還實現了對風機葉片裂紋位置的定量分析，診斷速度快且結果可靠，為設備維護提供了有力保障。
【專利說明】一種風機葉片裂紋位置確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及設備故障診斷【技術領域】，更具體涉及一種風機葉片裂紋位置確定方 法。
【背景技術】
[0002] 風機因其風壓穩定、風量大、效率高、噪聲小等特點，廣泛應用於工廠、礦井、隧道、 冷卻塔、船舶和建築物的通風、排塵和冷卻，為安全生產提供了基本保障。風機葉輪系統是 風機的核心部件，它擔負著把電能轉化為機械能的重要任務。葉輪在工作過程中承受著離 心力、流體動力、振動、溫差、工作介質等的綜合作用，應力狀況比較複雜。特別在實際工作 中，葉片的工作環境更加惡劣，不但要經歷啟動、停機，還經常在非設計工況下運行。這些穩 定和非穩定因素造成的複雜的氣流激勵力及變化的離心力使得葉片因自振頻率和激勵源 頻率一致而產生共振破壞，加之因製造、安裝誤差和加工應力等因素的綜合影響，降低了葉 片的抗疲勞能力，造成葉片的疲勞損壞，使之產生裂紋，並對整個機組的安全運行帶來嚴重 的威脅，甚至導致重大事故的發生。
[0003] 風機的工作環境中往往有很強的背景噪聲，利用傳感器獲取到的風機的狀態信號 常伴隨著環境噪聲的幹擾。現有的葉片裂紋診斷方法，不論是基於聲發射技術還是依靠對 獲取到的振動信號進行頻譜分析，只能診斷出葉片是否存在裂紋，而不能具體的檢測到裂 紋發生的位置，不能有效避免葉片裂紋帶來的經濟損失，同時也加大了設備維護的難度。
【發明內容】
[0004] (一）要解決的技術問題
[0005] 本發明要解決的技術問題是如何確定葉片是否發生裂紋，以及裂紋發生的位置。
[0006] (二）技術方案
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種風機葉片裂紋位置確定方法，包括以 下步驟：
[0008] S1、模擬葉片不同位置發生裂紋故障，並計算其前三階固有頻率；
[0009] S2、以每階所述固有頻率、裂紋的相對深度、裂紋的相對徑向位置為坐標軸，繪製 固有頻率解曲面圖，構造故障樣本庫；
[0010] S3、葉片故障診斷時，通過計算獲得葉片的前三階固有頻率，將其反向輸入到所述 故障樣本庫；
[0011] S4、利用等高線法進行求解，得到裂紋所在的徑向位置和深度。
[0012] 優選地，所述步驟S2中，裂紋的相對徑向位置α為裂紋的徑向位置1與葉片長 度L之比a = 1/L，其中，所述徑向位置1從靠近葉輪的葉片根部開始計算，取值範圍為 0〈1〈L。
[0013] 優選地，所述步驟S2中，裂紋的相對深度β為裂紋的深度b與葉片厚度h之比β =b/h，其中所述深度b從葉片的吸力面開始計算，取值範圍為0〈b〈h。
[0014] 優選地，所述步驟S2中，以所述裂紋相對徑向位置α為x軸，以所述裂紋相對深 度β為y軸，以葉片每階所述固有頻率ω為Ζ軸。
[0015] 優選地，所述步驟S2中，固有頻率解曲面為將第i階所述固有頻率與所述相 對徑向位置α和所述相對深度β的關係，並且以所述相對徑向位置α和所述相對深度β 為變量，擬合成的曲面。
[0016] 優選地，所述步驟S4中，等高線法求解的過程為，將每階所述固有頻率代入到所 述故障樣本庫中，繪製出對應的頻率等高線圖，然後將三幅所述頻率等高線圖繪製在同一 平面上，得到的交點坐標對應裂紋的相對徑向位置和相對深度，最後計算得到裂紋的徑向 位置和深度。
[0017](三）有益效果
[0018] 本發明提供了一種風機葉片裂紋位置確定方法，與現有技術相比，本發明利用等 高線法求解葉片裂紋產生的位置，不僅實現了對風機葉片裂紋的及時診斷，還實現了對風 機葉片裂紋位置的定量分析，診斷速度快且結果可靠，為設備維護提供了有力保障，用於風 機葉片裂紋故障的早期預警和定量檢測，減少因故障造成的非計劃性停產，從而降低經濟 損失。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1為本發明的一種風機葉片裂紋位置確定方法的流程圖；
[0021] 圖2a為風機葉片的結構示意圖；
[0022] 圖2b為圖2a中A-A剖面圖；
[0023] 圖3為本發明的一種風機葉片裂紋位置確定方法的固有頻率解曲面示意圖；
[0024] 圖4為本發明的一種風機葉片裂紋位置確定方法的等高線三維示意圖；
[0025] 圖5為本發明的一種風機葉片裂紋位置確定方法的等高線平面示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發 明，但不能用來限制本發明的範圍。
[0027] 圖1為本發明的一種風機葉片裂紋位置確定方法的流程圖；本法買那個的方法包 括以下步驟：
[0028] S1、模擬葉片不同位置發生裂紋故障，並計算其前三階固有頻率；
[0029] S2、以每階所述固有頻率、裂紋的相對深度、裂紋的相對徑向位置為坐標軸，繪製 固有頻率解曲面圖，構造故障樣本庫；
[0030] S3、葉片故障診斷時，通過計算獲得葉片的前三階固有頻率，將其反向輸入到所述 故障樣本庫；
[0031] S4、利用等高線法進行求解，得到裂紋所在的深度和徑向位置。
[0032] 本發明利用等高線法求解葉片裂紋產生的位置，不僅實現了對風機葉片裂紋的及 時診斷，還實現了對風機葉片裂紋位置的定量分析，診斷速度快且結果可靠，為設備維護提 供了有力保障。
[0033] 所述步驟S2中，裂紋的相對徑向位置α為裂紋的徑向位置1與葉片長度L之比 a = 1/L，其中，徑向位置1從靠近葉輪的葉片根部1開始計算，取值範圍為0〈1〈L，如圖2a 所示；裂紋的相對深度β為裂紋的深度b與葉片厚度h之比β =b/h，其中所述深度b從 葉片的吸力面2開始計算，取值範圍為0〈b〈h，如圖2b所示，3為壓力面；以所述裂紋相對 徑向位置α為X軸，以所述裂紋相對深度β為 y軸，以葉片每階所述固有頻率ω為z軸， 利用樣條曲面擬合技術擬合固有頻率解曲面圖；固有頻率解曲面為將第i階所述固有頻率 ?i與所述相對徑向位置α和所述相對深度β的關係，並且以所述相對徑向位置α和所 述相對深度β為變量，擬合成的曲面，如圖3所示。
[0034] 計算故障葉片固有頻率時，可將葉片簡化為矩形截面梁，則其前三階固有頻率的 理論解為：
[0035]
【權利要求】
1. 一種風機葉片裂紋位置確定方法，其特徵在於，包括以下步驟： 51、 模擬葉片不同位置發生裂紋故障，並計算其前三階固有頻率； 52、 以每階所述固有頻率、裂紋的相對深度、裂紋的相對徑向位置為坐標軸，繪製固有 頻率解曲面圖，構造故障樣本庫； 53、 葉片故障診斷時，通過計算獲得葉片的前三階固有頻率，將其反向輸入到所述故障 樣本庫； 54、 利用等高線法進行求解，得到裂紋所在的徑向位置和深度。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2中，裂紋的相對徑向位置α 為裂紋的徑向位置1與葉片長度L之比a = 1/L，其中，所述徑向位置1從靠近葉輪的葉片 根部開始計算，取值範圍為〇〈l〈L。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2中，裂紋的相對深度β為裂 紋的深度b與葉片厚度h之比β =b/h，其中所述深度b從葉片的吸力面開始計算，取值範 圍為0〈b〈h。
4. 根據權利要求1或2或3所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2中，以所述裂紋相對 徑向位置α為X軸，以所述裂紋相對深度β為7軸，以葉片每階所述固有頻率ω為z軸。
5. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2中，固有頻率解曲面為將第i 階所述固有頻率與所述相對徑向位置α和所述相對深度β的關係，並且以所述相對 徑向位置α和所述相對深度β為變量，擬合成的曲面。
6. 根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述步驟S4中，等高線法求解的過程為， 將每階所述固有頻率代入到所述故障樣本庫中，繪製出對應的頻率等高線圖，然後將三幅 所述頻率等高線圖繪製在同一平面上，得到的交點坐標對應裂紋的相對徑向位置和相對深 度，最後計算得到裂紋的徑向位置和深度。
【文檔編號】G06F19/00GK104267097SQ201410469897
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】付勝, 高銀波 申請人:北京工業大學