專利名稱：用于測定由對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片的共振頻率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片勵磁的裝置和方法，更具體講，是涉及一種將少量磁感應(yīng)材料附著在這種渦輪葉片上的系統(tǒng)。
獨(dú)立式渦輪葉片正在取代用于蒸汽發(fā)電機(jī)渦輪的榫接式葉片。榫接式葉片具有鉚接在圓環(huán)弓形部分上的端部，并且把幾個(gè)這樣的弓形部分焊接在一起形成一個(gè)連續(xù)的圓環(huán)。獨(dú)立式渦輪葉片不需要焊接和鉚接，而且使每一個(gè)葉片更簡單、安裝成本也更低。然而，獨(dú)立式葉片很象一個(gè)復(fù)雜的轉(zhuǎn)動的音叉，具有多種共振。當(dāng)渦輪達(dá)到速度時(shí)，它將經(jīng)過若干個(gè)頻率，這些頻率將在渦輪的共振頻率上激勵每一個(gè)葉片在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生共振。如果渦輪轉(zhuǎn)速保持在一個(gè)激勵頻率上，或者，如果一個(gè)葉片在正常的或者接近正常的工作轉(zhuǎn)速上具有一個(gè)共振頻率，葉片很可能會疲勞和斷裂，使渦輪受到嚴(yán)重破壞。結(jié)果，對單個(gè)葉片進(jìn)行試驗(yàn)以保證它們的共振頻率落在允許的設(shè)計(jì)限度內(nèi)，這便成為必不可少的。靜態(tài)共振頻率的測量已經(jīng)成為一種非常重要的測量。使用一種加速度表和激勵葉片的機(jī)械裝置可以很方便地測量靜態(tài)共振頻率。由于存在調(diào)節(jié)問題，機(jī)械激勵器使用困難并且不能始終如一地得出可重復(fù)的結(jié)果。
近來，為了獲得更準(zhǔn)確的靜態(tài)頻率檢測結(jié)果、為了改善檢測方法的效率，已經(jīng)制成一種裝備有電子計(jì)算機(jī)的檢測裝置，裝備有電子計(jì)算機(jī)的頻率檢測裝置把使用勵磁葉片的非接觸式電磁裝置和非接觸式諧振傳感器結(jié)合在一起。這種非接觸式勵磁和傳感系統(tǒng)改善了檢測的重復(fù)性和效率。
這種電子計(jì)算機(jī)化的已有技術(shù)系統(tǒng)正好適用于對磁場產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片，而對于用對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料，例如鈦，制造的渦輪葉片就不能工作。因?yàn)楠?dú)立式渦輪葉片越來越多地使用對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造，所以，對于一種可以測量由對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的葉片的共振頻率而不使用機(jī)械激勵器的系統(tǒng)的需求增加了。
本發(fā)明主要目的是提供一種裝置，它可以幫助測定渦輪的共振頻率而無須接觸，這種裝置將會適用于由對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的葉片。
為了實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)，本發(fā)明提供了一種檢測由對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片的裝置，這種裝置包括產(chǎn)生磁場的勵磁組件;非接觸式測定葉片運(yùn)動的組件，該組件的特點(diǎn)就在于它是以可拆卸的方式附著在葉片上，所述組件可以用所述磁場勵磁以使葉片受磁場的感應(yīng)而產(chǎn)生振動。
通過閱讀下面對附圖僅作為例子示出的一個(gè)最佳實(shí)施例的說明，就會更容易地理解本發(fā)明，其中

圖1圖示了一種根據(jù)本發(fā)明的帶有附著其上的勵磁薄片(12)的渦輪葉片(10)。
圖2是圖1中的渦輪葉片(10)的橫斷面圖，該圖更詳細(xì)地圖示本發(fā)明的薄片(12)。
圖3圖示了一種通過薄片(12)對渦輪葉片勵磁并測量共振頻率的裝置。
本發(fā)明適用于由如鈦這樣對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片(10)通過附著其上的勵磁薄片(12)進(jìn)行勵磁，如圖1所圖示的那樣。薄片(12)最好是一塊寬12.7mm、長76mm、厚0.051mm的鋼制薄板材料。勵磁薄片(12)用大約厚0.025mm的雙面膠帶粘附在葉片上，距出氣邊1.52mm處。薄片(12)最好大致位于距葉片根部支架2/3葉片長度的地方，如圖1所圖示的那樣，對于大多數(shù)西層公司制造的葉片來說，這一長度是25cm。薄片(12)僅使渦輪葉片增加0.5g的質(zhì)量，大約引起葉片(10)共振頻率發(fā)生0.1Hz的變化。
圖2是帶有附著其上的薄片(12)的葉片(10)的橫斷面，如在圖2中可以看到的那樣。薄片(12)包括鋼片材料(14)和雙面膠帶(16)，例如，3MSCOTCH商標(biāo)雙面膠帶型芯系列2-0300。
在葉片(10)被固定在緊固夾具上后將薄片附著其上，在測試期間夾具固定著葉片(10)。在葉片試驗(yàn)期間，頻率控制單元(20)可以控制試驗(yàn)頻率在從35Hz到1200Hz的范圍內(nèi)掃頻。在進(jìn)行大量葉片測試之前，設(shè)計(jì)工程師大致確定了葉片的共振頻率并且設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)脈沖，所述激勵頻率在觸發(fā)脈沖將被掃描。每個(gè)觸發(fā)脈沖可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)寬度，然而，為了實(shí)現(xiàn)對每一個(gè)葉片的快速測試，最好是30Hz的觸發(fā)脈沖。單元(20)控制由驅(qū)動和測量單元(22)產(chǎn)生的頻率，單元(22)最好是西屋公司出品的Model RESFRQ型共振頻率測試電路板。驅(qū)動和測量單元(22)發(fā)出一頻率測試信號到激勵單元(24)，這個(gè)單元包括一個(gè)常規(guī)的音頻功率放大器和一個(gè)非接觸式磁激勵器，這可以從Electro Corporation買到，比如Model No 3010 AN。激勵器固定在一個(gè)可調(diào)節(jié)的支架上，距葉片(10)凸側(cè)的出汽邊緣大約9.5mm。在激勵器和薄片(12)之間具有0.51mm的間隙。激勵器單元(24)通過由單元(22)所產(chǎn)生的振蕩磁場和薄片(12)引起葉片(10)振動。非接觸近程傳感器，可以由KamanMea-suringSystems獲得，例如ModelKD2400，它們被固定在一個(gè)可調(diào)節(jié)的支架上，每一個(gè)傳感器是傳感單元(26)的一部分，該單元包括每一個(gè)傳感器的音頻頻帶前置放大器。一個(gè)傳感器位于距離葉片(10)凸起側(cè)的進(jìn)汽邊緣9.5mm和葉片(10)末梢以下9.5mm處。第二個(gè)傳感器位于距葉片(10)凸起側(cè)出汽邊緣9.5mm和葉片(10)末梢以下9.5mm處。由于使用了這兩個(gè)傳感器，結(jié)果就可以檢測葉片(10)的扭曲以及進(jìn)汽邊緣和出氣邊緣的共振。一個(gè)相位檢測器(沒有畫出)可以加到每一個(gè)傳感單元的前置放大器上，用于檢測葉片在第六或第七諧波是否正在被激勵。將被放大的響應(yīng)信號輸入驅(qū)動和檢測單元(22)，該單元輸出測試頻率和每一個(gè)響應(yīng)信號的振幅遞入顯示單元(28)，例如DigitalEquipmentMicropop11/73電子計(jì)算機(jī)中的顯示CRT。圖3中單元(20)、(22)和(28)和相位檢測器一起，可以作為一套完整的測試裝置，從西屋公司可買到，例如ModelFREME-Ⅲ。
圖3中的裝置被用于檢測葉片的共振頻率，在那里共振頻率被定義為被加到激勵單元(24)上的驅(qū)動(激勵)信號的頻率，該單元在穩(wěn)定狀態(tài)條件下產(chǎn)生最大振動振幅。由于動態(tài)延遲，這導(dǎo)致測量的表觀共振頻率高于或低于真實(shí)共振頻率，如前所定義的那樣，這取決于測試驅(qū)動頻率是向上或向下掃描通過測量觸發(fā)脈沖，這里使用的是一種雙向頻率掃描技術(shù)。這種方法是一種測定在這些觸發(fā)脈沖的一個(gè)脈沖內(nèi)的共振頻的多步程序，通過每一個(gè)觸發(fā)脈沖的第一次掃描是迅速的(大約為13Hz/秒)，并且從低于該觸發(fā)脈沖5Hz開始到高于該觸發(fā)脈沖5Hz結(jié)束。在這次掃描過程中所發(fā)現(xiàn)的臨界值以上的所有極大值的表觀的共振頻率和相應(yīng)振動振幅暫時(shí)被儲存起來。然后，頻率又躍回具有最高振幅的表觀共振頻率。這一表觀共振頻率高于真實(shí)的共振頻率，所以，測試驅(qū)動頻率就向下緩慢地掃描(大約為1.4Hz/秒)一個(gè)12.5Hz的頻率間隔，并且測定第二個(gè)表觀共振頻率和它的相應(yīng)振幅。第二個(gè)表觀共振頻率將低于真實(shí)共振頻率。從這一頻率的低端開始掃描，該系統(tǒng)通過一個(gè)12.5Hz的頻率間隔以1.4Hz/秒緩慢地向上掃描，并且測量第三個(gè)表觀頻率以及相應(yīng)振幅。計(jì)算第二個(gè)和第三個(gè)表觀共振頻率和它們的相應(yīng)振幅的平均值，并把這平均值看作是這個(gè)觸發(fā)脈沖的真實(shí)的共振頻率和相應(yīng)振幅。如果計(jì)算出的共振頻率在這個(gè)觸發(fā)脈沖之外，那么下一個(gè)較低振幅的表觀共振頻率就被用作真實(shí)共振頻率的重復(fù)測量的起點(diǎn)。對于一個(gè)觸發(fā)脈沖來說，一個(gè)有效的共振頻率一經(jīng)測定，就開始掃描下一個(gè)觸發(fā)脈沖。當(dāng)掃描每一個(gè)觸發(fā)脈沖和測定有效共振頻率和相應(yīng)振幅時(shí)，測試結(jié)果就顯示在電子計(jì)算機(jī)的CRT上。
從以上詳細(xì)說明中，本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)是明顯的，因此，附加權(quán)利要求的目的在于復(fù)蓋所有在本發(fā)明實(shí)際的構(gòu)思和范圍之內(nèi)的所有特征和優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)而，對于該領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員來說，大量的改進(jìn)和變換是顯而易見的，無須將本發(fā)明限制在以上所描述的實(shí)際結(jié)構(gòu)和方法之中，因此，所有適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)方案和可以采用的同等物，都落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
附圖3中所使用的編號說明如下(20)為頻率控制單元;
(22)為驅(qū)動和測量單元;
(24)為激勵單元;
(26)為傳感單元;
(28)為顯示單元。
權(quán)利要求
1.一種用于測試對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片(10)的裝置，所述裝置包括產(chǎn)生磁場的激勵單元(24)；測定葉片(10)的運(yùn)動的非接觸式單元(26)，其特征是組件(12)是以可拆卸方式附著于葉片(10)之上的，所述組件可以為所述磁場所激勵，以使葉片(10)對應(yīng)于磁場的變化而振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述可激勵的組件(12)由一鋼質(zhì)薄片(14)構(gòu)成，該薄片用位于薄片(14)與葉片(10)之間的雙面膠帶粘附在葉片(10)之上。
3.一種用于測試對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的渦輪葉片(10)的方法，所述方法的特征在于以下步驟(a)將用磁性材料(12)制成的薄片用雙面膠帶粘附在葉片上;(b)用一頻率變化的磁場激勵材料(12)以及(c)測定葉片(10)的運(yùn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述材料(12)是鋼質(zhì)薄片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用如鈦這樣的對磁場不產(chǎn)生感應(yīng)的材料制造的獨(dú)立式渦輪葉片的共振頻率的測試方法和裝置。將用磁感應(yīng)材料，例如鋼制造的重量很小，大約為0.5克的薄片(12)附著于葉片(10)的凸側(cè)。薄片(12)為振蕩磁場所激勵，并使葉片(10)作相應(yīng)的運(yùn)動。當(dāng)通過觸發(fā)脈沖對磁場的激勵頻率進(jìn)行掃描時(shí)，記錄葉片(10)運(yùn)動的最大振幅并用確定共振頻率。薄片(12)的重量很小，實(shí)質(zhì)上不會改變?nèi)~片(10)的共振頻率。
文檔編號F01D5/16GK1032455SQ8810756
公開日1989年4月19日 申請日期1988年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月23日
發(fā)明者唐納德·瓦納·穆爾 申請人:西屋電氣公司