技术领域
[0001] 本实用新型属于叶片运行监测技术领域，具体涉及一种叶片健康监测系统。
背景技术
[0002] 目前
汽轮机运行监测的主要技术方法是振动监测，振动
传感器安装在各个
支撑轴承附近，采用电
涡流位移传感器测量
转轴对轴承座的相对振动，采用振动速度传感器测量轴承座的绝对振动。通过分析提取振动
信号的时域和
频域特征，实现汽轮机运行状态的监测和故障诊断。基于振动监测的保护系统已经成为大型汽轮发
电机组的标准配置，振动信号分析诊断系统也在许多机组上实际应用，但是目前汽轮机运行的产品缺乏实时对叶片进行振动的监测。非
接触式叶片监测在
燃气轮机上研究应用很广，然因为汽轮机相对于燃机承受较高的湿度，故应用在燃机叶片上的监测传感器无法直接套用在汽机上面。传统的接触式测量叶片振动的方法只能监测少数几只叶片，且不能长期监测。
[0003] 实用新型(公开号CN201340255Y)提出了一种固定于叶片顶部上方的
光学传感器，实现叶片振动的非接触测量。但该技术在
水蒸汽环境下测量的局限性很大，对于汽轮机内部环境，不具备长期监测的能
力。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种叶片健康监测系统，采用电涡流传感器实现非接触式监测叶片的
健康状态，通过测量叶片顶部到汽缸内部的间隙以及叶片同步和异步振动情况；测量
精度高，适用于汽缸排汽端气流冲刷、蒸汽
凝结的恶劣环境，适用范围更广，能同时监测所有叶片的运行参数且能满足长期监测的要求。
[0005] 本实用新型的目的是这样实现的：一种叶片健康监测系统，包括安装于汽缸内部的传感器，所述传感器包括设置在叶片顶部上方的叶尖传感器、安装于叶片
转子轴上方用于接收键相或测速
齿轮信号的
转速传感器，叶尖传感器和转速传感器分别连接前置
电路模
块，前置电路模块连接
数据采集卡。
[0006] 进一步的，所述叶尖传感器为电涡流传感器。
[0007] 进一步的，所述叶片顶部上方安装有
温度传感器，温度传感器连接前置电路模块。
[0008] 进一步的，所述温度传感器为红外测温传感器。
[0009] 进一步的，所述电涡流传感器
螺纹连接在汽缸内的排汽导流环上；所述转速传感器位于转子轴外侧的轴套上。
[0010] 进一步的，所述汽缸的内缸外壁上分布有信号线，信号线一端伸出汽缸的外缸并连接安装在外缸上的前置电路模块，信号线另一端连接汽缸内部的传感器。
[0011] 进一步的，所述信号线分为硬缆部分和软缆部分，硬缆部分位于汽缸内部，软缆部分位于汽缸外部，硬缆部分的信号线外部包裹有圆形
钢管，软缆部分包裹有
不锈钢制成的蛇皮管。
[0012] 进一步的，所述圆形钢管和不锈钢蛇皮管通过
银铅
焊接。
[0013] 本实用新型还提供了一种采用叶片健康监测系统的监测方法，包括如下步骤，[0014] S1、叶片静态标定，通过改变电涡流传感器与叶片顶部的间隙，测试不同间隙值对应的
输出电压幅值，并制成间隙-电压幅值表；
[0015] S2、叶片顶部到汽缸内部间隙监测，电涡流传感器将叶片顶部与自身的距离转换为
电信号并输出至前置电路模块，前置电路将电信号转换成脉冲信号后传至数据采集卡，数据采集卡将脉冲信号进行数字化、去噪滤波处理后，脉冲信号进入计算机终端，计算机终端内的
软件结合静态标定时制成的间隙-电压幅值表，实现间隙数值在终端实时显示；
[0016] S3、叶片振动监测，由于叶片的振动，叶片的端部相对于转动方向将会向前或向后偏移，从而使得叶片每次到达传感器的实际时间与假设叶片无振动时到达传感器的时间不相等，即脉冲实际到达时间t会随着叶片的振动发生改变，从而产生一个时间差；电涡流传感器通过叶片到来时，对自身原有
磁场的影响，结合转速传感器，得出叶片达到的时间差，并通过计算机软件对时间差序列进行处理，得出叶片的振动信息；
[0017] S4、故障诊断和预警
[0018] 当叶顶间隙或者叶片振动幅度的增大速度超过设定值时，系统提前预警。
[0019] 进一步的，当所述叶片为带冠叶片时，电涡流传感器选取带冠叶片顶部不同的轴向测点
位置，根据顶部测点轴向位置的改变对测量结果的影响，找出最佳测点位置区域范围。
[0020] 本实用新型相比
现有技术突出且有益的技术效果是：
[0021] (1)振动监测
[0022] 虽然本系统无法抓住叶片所有的动态特性，但是作为监测系统，只要抓住几个可能带来危害的关键共振点，并实时分析这几个点的变化量，就可以进行健康诊断。
[0023] (2)安装方便
[0024] 由于采用非接触式监测，只需要在内缸上进行打孔就可以进行传感器安装；并且传感器位于汽轮机低压段，不存在安全性问题。
[0025] (3)水蒸汽环境下稳定监测
[0026] 水蒸汽是个相对恶劣的工作环境，又伴随着鼓
风工况，针对这个恶劣环境电涡流传感作为振动传感器是本系统的一大优势，且能满足长期监测的要求。
[0027] (4)带冠叶片的监测
[0028] 由于整圈自
锁叶片在汽轮机低压排气端很流行，所以本系统针对整圈自锁叶片专
门开发了监测方法。
[0029] (5)红外测温
[0030] 红外测温传感器对叶片温度进行监测，叶片金属温度数据比汽流温度更直观。
[0031] (6)故障诊断与预警
[0032] 该系统能对叶片因温度、振动和叶顶间隙等引起的叶片故障进行预警和诊断处理。
附图说明
[0033] 图1是本实用新型
实施例中监测系统的结构图；
[0034] 图2是本实用新型实施例中监测系统的
流程图；
[0035] 图3是本实用新型实施例中电涡流传感器的安装位置图；
[0036] 图4是本实用新型实施例中电涡流传感器的布局图；
[0037] 图5是本实用新型实施例中带冠叶片的顶部示意图；
[0038] 图6是本实用新型实施例中信号线的结构图；
[0039] 图7是本实用新型实施例中信号线和线夹的配合图；
[0040] 图8是本实用新型实施例中线夹的正视图；
[0041] 图9是本实用新型实施例总线夹的俯视图。
[0042] 附图标记：1、叶片；1a、带冠叶片顶部；1b、测点位置分布；2、转子轴；3、转子键相或测速齿轮；4、转速传感器；5、电涡流传感器；6、红外测温传感器；7、前置电路模块；8、数据采集卡；9、计算机；10、内缸；11、外缸；12、排汽导流环；13、信号线；13a、硬缆部分；13b、软缆部分；14、线夹；14a、卡槽；14b、安装孔；15、测头；16、圆形钢管；16a、环形凸台一；17、蛇皮管；17a、环形凸台二；18、插口。
具体实施方式
[0043] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
[0044] 一种叶片健康监测系统，如图1所示，包括电涡流传感器5、转速传感器4、红外测温传感器6、前置电路模块7和数据采集卡8；其中，电涡流传感器5用于
感知旋转叶片的振动和叶顶间隙物理量的变化，并将其转换为电信号；红外测温传感器6用于感受叶片金属温度；转速传感器4一般安装于轴套上，用于接收转子轴2上的转子键相或测速齿轮3信号。电涡流传感器5和红外测温传感器6一般安装于叶片顶部上方，如图3所示，汽缸包括内缸10和外缸
11，外缸11设置在内缸10外侧，通过在汽缸的内缸10排汽端打孔，用于固定叶片顶部上方的传感器；本实施例中通过在排汽导流环12上钻
螺纹孔，传感器通过
螺纹连接的方式固定在内缸10上，并经过密封处理。连接传感器的信号线13沿内缸10外壁通过线夹14固定，信号线
13另一端伸出汽缸外缸11并连接安装在外缸11上的前置电路模块7，前置电路模块7外部优选设置机柜。
[0045] 其中，线夹14的结构如图7-9所示，线夹14中部设置卡嵌信号线13的卡槽14a，并在卡槽14a两侧设置安装孔14b，用于将线夹14固定在缸壁上。结合图6可知，信号线13分为硬缆部分13a和软缆部分13b，硬缆部分13a位于汽轮机内部，软缆部分13b位于汽轮机外部，硬缆部分13a的信号线13外部包裹有圆形钢管16，软缆部分13b包裹有不锈钢制成的蛇皮管17。圆形钢管16两端设置环形凸台一16a，蛇皮管17两端设置环形凸台二17a，圆形钢管16和不锈钢蛇皮管17相邻的凸台部分通过银铅焊接工艺进行焊接。圆形钢管16另一端的环形凸台一16a与传感器的测头15采用银铅焊接工艺焊接，蛇皮管17另一端的环形凸台二17a与插口18通过银铅焊接工艺焊接，插口18用于插接前置电路模块7。上述方案中，信号线13防护分为硬缆部分13a和软缆部分13b，硬缆部分13a采用薄壁圆型钢管包裹信号线13，在抗机械破坏、抗
腐蚀等优势突出，故而可使其置于环境恶劣的汽缸内部。软缆部分13b采用不锈钢制成的蛇皮管17将
导线包裹起来，具有较强的防水性、抗拉性、
耐磨性，尤其较高的柔韧性便于导线引出汽缸后的路径布置。硬缆部分13a与软缆部分13b连接处采用特殊银铅焊接工艺，强度高、耐蚀性好、操作简便。
[0046] 结合图1和图2，电涡流传感器5、转速传感器4、红外测温传感器6这三类传感器与监测系统中其他元件的信号传递过程如下：三类传感器分别将所测
信号传输到前置电路模块7，前置电路模块7上对应每类传感器配置一个接收信号的前置器，前置电路模块7一方面接收到的电信号转换为脉冲信号并传输到数据采集卡8进行数字化、去噪滤波等处理，另一方面为电涡流传感器5提供高频交流电源，计算机9对接数据采集卡8，通过计算机9内的软件即可实现所测参数的直观信息，并实时显示。
[0047] 结合图4和图5，当
涡轮的叶片为带冠叶片时，电涡流传感器5在涡轮周向分布四个及以上，每个电涡流传感器5对应叶片顶部的测点轴向位置相同，以保证测量数据的可靠性。
[0048] 上述叶片健康监测系统的监测方法包括如下步骤，
[0049] S1、叶片静态标定，通过改变电涡流传感器5与叶片顶部的间隙，测试不同间隙值对应的输出电压幅值，并制成间隙-电压幅值表；
[0050] S2、叶片顶部到汽缸内部间隙监测，电涡流传感器5将叶片顶部与自身的距离转换为电信号并输出至前置电路模块7，前置电路将电信号转换成脉冲信号后传至数据采集卡8，数据采集卡8将脉冲信号进行数字化、去噪滤波处理后，脉冲信号进入计算机9终端，计算机9终端内的软件结合静态标定时制成的间隙-电压幅值表，实现间隙数值在终端实时显示；
[0051] S3、叶片振动监测，由于叶片的振动，叶片的端部相对于转动方向将会向前或向后偏移，从而使得叶片每次到达传感器的实际时间与假设叶片无振动时到达传感器的时间不相等，即脉冲实际到达时间t会随着叶片的振动发生改变，从而产生一个时间差；电涡流传感器5通过叶片到来时，对自身原有磁场的影响，结合转速传感器4，得出叶片达到的时间差，并通过计算机9软件对时间差序列进行处理，得出叶片的振动信息；
[0052] S4、故障诊断和预警
[0053] 当叶顶间隙或者叶片振动幅度的增大速度超过设定值时，系统提前预警。
[0054] 其中，当叶片为带冠叶片时，先根据带冠叶片顶部不同测点位置的比较，得出不同轴向位置的测量精度，以在带冠叶片顶部选取最佳测点区域范围。
[0055] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。
