流体激振下离心式压缩机动叶片在线监测与运行可靠性评估方法研究

基本信息
批准号:51575075
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:李宏坤
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:冀春俊,包翠敏,陈星,王睿,温保岗,周帅,张晓雯,徐福健,张学峰
关键词:
在线监测运行可靠性评估流体激振动叶片微弱特征提取
结项摘要

Rotor blade fatigue failure based on flow induced vibration is a very urgent problem for large scale centrifugal compressor, which could lead to serious catastrphe. This research aims at rotor blade condition monitoring and operational reliability estimation problems to keep centrifugal compressor working in normal conditions. Blade fatigue failure behavior based on flow induced vibration, rotor blade oeprational condition monitoring, weak feature extraction, parameters charactersitics, quantitative evaluation, and operational reliability estimation are investigated in this research. Transfer behavior of flow induced vibration and action mechanism for dynamic load are determined based on blade fatigue failure as the reason of flow induced vibration together with fluid dynamics simulation analysis, structural dynamics simulation analysis, and acoustic fatigue simulation analysis. As well, experimental verification is also launched on the model stage test-rig. Blade fatigue failure behavior based on flow induced vibration characterization can be constructed. Characteritic parameters for blade working condition are investigated to determine the best monitoring position and monitoring parameters. As well, feature extraction method for blade fatigue failure is investigated in this research. Early warning method for blade crack are carried on. Quantitative evaluation based on multiple monitoring paramters fusion are investigated. Based on those results, state-space model is carried out for the operational reliability estimation based on particle filter method. Operational reliability estimation model is constructed according to blade condition monitoring information. This research will contribute to the development of blade reliability design theory and operational reliability estimation method. As well, this research will provide a reference to blade faitgue failure problem solvement, such as gas turbine, aero-engine, steam turbines, and so on.

针对流体激振下大型离心式压缩机动叶片疲劳失效亟待解决的紧迫问题,瞄准动叶片在线监测与运行可靠性评估方法问题,开展流体激振下的叶片疲劳失效规律、叶片运行过程的在线监测、微弱特征提取、参数表征与运行可靠性评估方法研究。从流体激振造成叶片疲劳失效的研究入手,结合流体动力学仿真、结构动力学分析、声疲劳仿真分析,并在压缩机模型级试验台进行验证,获取流体激振下气动载荷传递规律与叶片动载荷的作用机理,建立流体激振下叶片疲劳失效的表征方法。建立叶片运行过程中最佳的监测位置和监测参数,展开表征叶片状态的特征参数提取方法研究,研究叶片裂纹的早期预警方法;融合多个监测参数进行定量评估。在此基础上,应用粒子滤波方法进行基于状态空间预测算法实现,建立基于状态监测的叶片运行可靠性评估模型。此研究将促进动叶片在线监测与运行可靠性评估方法的发展,并可为燃气轮机、航空发动机、汽轮机等叶片安全可靠运行的问题解决提供借鉴。

项目摘要

针对流体机械运行过程中存在流体激振造成动叶片疲劳失效的实际问题,从疲劳失效特征规律入手,对动载荷的作用机理进行研究,明确叶片振动响应特征与应力强度映射的关系,揭示流体激振作用下的叶片疲劳失效特征规律。流体动力学仿真、结构动力学分析、声疲劳仿真分析等方法用于研究其作用机理。应用先进的无线传感技术,获取叶片表面动载荷的分布,进而建立流体激振下叶片疲劳失效的表征。研究叶片运行状态的表征参数,进行叶片运行过程中最佳的监测位置和监测参数的种类选取;展开表征叶片状态的特征参数提取方法研究,建立叶片裂纹的早期预警方法;融合多个监测参数建立叶片裂纹特征参数的量化表示,建立对叶片疲劳破坏的定量评估方法。并在压缩机模型级试验台进行验证,获取流体激振下气动载荷传递规律与叶片动载荷的作用机理,同时进行信号特征提取与故障诊断方法研究。基于本项目的研究,开发了叶尖定时、叶顶间隙、压力脉动、扭振监测系统,这些系统已经在大型风动压缩机组得以应用。本项目有效促进流体机械下叶片运行可靠性评估理论方法完善,指导离心式压缩机组的安全可靠运行。通过本项目的研究,将促进叶片在线监测与运行可靠性评估方法的发展,同时可以为燃气轮机、航空发动机、汽轮机等叶片的在线监测与运行可靠性评估的问题解决提供借鉴。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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