一體化電渦流傳感器供應(yīng)商
聯(lián)系人：劉昊【經(jīng)理】
聯(lián)系電話：13691101597 13791132789
公司電話：010-57478017
咨詢(xún)QQ：756607932
被測(cè)體對(duì)電渦流傳感器特性的影響
傳感器特性與被測(cè)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ有關(guān)，當(dāng)被測(cè)體為導(dǎo)磁材料（如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等）時(shí)，由于渦流效應(yīng)和磁效應(yīng)同時(shí)存在，磁效應(yīng)反作用于渦流效應(yīng)，使得渦流效應(yīng)減弱，即傳感器的靈敏度降低。而當(dāng)被測(cè)體為弱導(dǎo)磁材料（如銅，鋁，合金鋼等）時(shí)，由于磁效應(yīng)弱，相對(duì)來(lái)說(shuō)渦流效應(yīng)要強(qiáng)，因此傳感器感應(yīng)靈敏度要高。左圖列出了同一套φ8探頭傳感器測(cè)量幾種典型材料時(shí)的輸出特性曲線，圖中各曲線所對(duì)應(yīng)的平均靈敏度為：
AISI4140(42CrMoA)鋼 7.87(8.0)mV/um 45號(hào)鋼： 7.64(7.77)mV/um
不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）： 10.41mV/um 鋁： 14.1mV/um 銅： 15.0mV/um
定貨注意事項(xiàng)
用戶(hù)必須指明被測(cè)體材料、形面、尺寸等。如用戶(hù)沒(méi)特別指明，出廠校驗(yàn)時(shí)均以AISI4140(42CrMoA)鋼作為被測(cè)體材料標(biāo)定，校準(zhǔn)時(shí)，被測(cè)平面直徑大于等于3倍探頭直徑。
對(duì)AISI4140(42CrMOA)鋼（標(biāo)準(zhǔn)出廠校準(zhǔn)材料）以外的被測(cè)體材料的附加誤差
對(duì)于下列材料，附加靈敏度誤差在±5%之內(nèi)：
A3鋼 35號(hào)鋼 30CrNi3 40CrNiMoA 45號(hào)鋼 20CrNiMo Cr17Ni4Nb
對(duì)于下列材料，附加靈敏度誤差在±7.5%之內(nèi)：
30CrMo 40CrNi 12CrNi 70號(hào)鋼 65號(hào)鋼 40號(hào)鋼 30號(hào)鋼 20號(hào)鋼 15CrMo 0Cr17Ni7AI 0Cr17Ni4Cu4Nb
對(duì)于下列材料，附加靈敏度誤差在±20%之內(nèi)： 1Cr12 2Cr13 SIS2324 對(duì)于下列材料，附加靈敏度誤差在±50%之內(nèi)：
0Cr18Ni9 GH4169N GH901 GH625
被測(cè)體表面平整度對(duì)傳感器的影響
不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際的測(cè)量帶來(lái)附加誤差，因此對(duì)被測(cè)體表面應(yīng)該平整光滑，不應(yīng)存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。一般要求，對(duì)于振動(dòng)測(cè)量的被測(cè)表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之間;對(duì)于位移測(cè)量被測(cè)表面粗糙度要求在0.4um～1.6um之間。
被測(cè)體表面磁效應(yīng)對(duì)傳感器的影響
電渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面,如果由于加工過(guò)程中形成殘磁效應(yīng),以及淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器特性，API670標(biāo)準(zhǔn)推薦被測(cè)體表面殘磁不超過(guò)0.5微特斯拉。在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘磁效應(yīng)過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量波形發(fā)生畸變。
被測(cè)體表面鍍層對(duì)傳感器的影響
被測(cè)體表面的鍍層對(duì)傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測(cè)體材料，視其鍍層的材質(zhì)、厚薄，傳感器的靈敏度會(huì)略有變化。
被測(cè)體表面尺寸對(duì)傳感器的影響
由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍是一定的，而被測(cè)體表面形成的渦流場(chǎng)也是一定的。這樣就對(duì)被測(cè)體表面大小有一定要求。通常，當(dāng)被測(cè)體表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的1.5倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，一般要求被測(cè)軸直徑為探頭頭部直徑的3倍以上，否則傳感器的靈敏度會(huì)下降，被測(cè)體表面越小，靈敏度下降越多。實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)被測(cè)體表面大小與探頭頭部直徑相同，其靈敏度會(huì)下降到72%左右。被測(cè)體的厚度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。被測(cè)體中電渦流場(chǎng)作用的深度由頻率、材料導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率決定。因此如果被測(cè)體太薄，將會(huì)造成電渦流作用不夠，使傳感器靈敏度下降，一般要求厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料及厚度大于0.05mm以上的銅、鋁等弱導(dǎo)磁材料，則靈敏度不會(huì)受其厚度的影響。
渦輪工作葉片的振動(dòng)特性分析
渦輪工作葉片是燃?xì)廨啓C(jī)中最重要的零部件之一，在高溫高壓下，承受離心力和氣動(dòng)力，以及振動(dòng)、腐蝕、氧化等作用，工作環(huán)境十分惡劣，因此葉片故障時(shí)有發(fā)生，約占燃?xì)廨啓C(jī)事故的40％以上，造成的損失也往往占燃?xì)廨啓C(jī)事故損失的一半左右。從這個(gè)意義上說(shuō)，一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)性能的好壞取決于葉片設(shè)計(jì)的合理與否。目前，通過(guò)加長(zhǎng)葉片(增大流通面積)，和提高機(jī)組轉(zhuǎn)速(增大葉片承受能力)來(lái)滿足發(fā)電及各種動(dòng)力裝置容量的急速擴(kuò)大，是可行且普遍的方法。這不僅導(dǎo)致葉片的工作應(yīng)力增大，更為重要的是，還會(huì)導(dǎo)致葉片在其工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)發(fā)生共振從而產(chǎn)生故障，高周疲勞的可靠性也因而降低。因此，對(duì)葉片的振動(dòng)特性進(jìn)行分析研究，以確保其在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不發(fā)生共振并提高其高周疲勞的可靠性是非常重要的。研究葉片固有振動(dòng)特性以排除葉片故障，提高可靠性，一直是燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中十分關(guān)注的問(wèn)題。
本例以分析渦輪葉片的固有振動(dòng)特性為主，忽略阻尼的作用，故為對(duì)無(wú)阻尼自由振動(dòng)系統(tǒng)的分析研究。
建模與分網(wǎng)
本例的建模、計(jì)算、后處理工作均是在軟件ANSYS完成的。由于QQ109型地面燃?xì)廨啓C(jī)共有兩級(jí)動(dòng)力渦輪，它們從外形到工作環(huán)境均類(lèi)似，分析方法也相同，故本文以第一級(jí)葉片進(jìn)行分析為例。
渦輪葉片實(shí)體模型如圖1，葉片網(wǎng)格如圖2。
固有振動(dòng)特性分析
本例列舉了不同的溫度場(chǎng)條件(常溫和100轉(zhuǎn)速下的溫度分布)、邊界條件(簡(jiǎn)單邊界條件：第一道榫齒工作面全約束；復(fù)雜邊界條件：第一道榫齒工作面全約束及葉冠周向兩側(cè)工作面法向位移協(xié)調(diào))和轉(zhuǎn)速條件(六種工作轉(zhuǎn)速，即0，75，85，95，100，105的工作轉(zhuǎn)速)，對(duì)葉片固有振動(dòng)特性結(jié)果作對(duì)比分析。
葉片的固有振動(dòng)頻率值是取決于其幾何形狀和材料的，隨同葉片溫度分布、約束形式、和旋轉(zhuǎn)速度的不同，葉片的固有振動(dòng)頻率將有所改變：
*溫度場(chǎng)條件對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響
圖2-1是渦輪葉片100轉(zhuǎn)速下常溫和有溫度場(chǎng)條件的固有頻率的圖形化描述，分析可得：
溫度升高，葉片材料的彈性模量E下降，導(dǎo)致剛性下降，故其固有振動(dòng)頻率也會(huì)下降。
常溫下的各階固有頻率均大于相應(yīng)的帶有100轉(zhuǎn)速下溫度場(chǎng)的固有頻率，且階次越高，它們的差值越大。
*邊界條件對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響
圖2-2是渦輪葉片100轉(zhuǎn)速下邊界條件不同時(shí)固有振動(dòng)頻率的圖形化描述，分析可得：
第一道榫齒工作面全約束及葉冠周向兩側(cè)工作面法向位移協(xié)調(diào)時(shí)其固有振動(dòng)頻率因結(jié)構(gòu)剛性比單純第一道榫齒工作面全約束有所增加，故頻率有所提高。
*轉(zhuǎn)速條件對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響
為分析轉(zhuǎn)速條件對(duì)葉片固有振動(dòng)的影響，它的圖形可由Campbell共振圖(圖3)來(lái)描述。分析可得：
旋轉(zhuǎn)態(tài)下的葉片固有振動(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速的增高而增大，且對(duì)低階頻率的影響較大，而對(duì)高階頻率的影響較小。
*溫度與轉(zhuǎn)速共同作用對(duì)固有振動(dòng)頻率的影響
渦輪葉片在實(shí)際工作中，同時(shí)受溫度和轉(zhuǎn)速兩種效應(yīng)的影響，兩者對(duì)葉片固有頻率的影響起相反作用。那種效應(yīng)影響大，便決定葉片固有頻率是增還是減。由本文計(jì)算的渦輪葉片固有振動(dòng)頻率的結(jié)果可知，兩種效應(yīng)對(duì)渦輪葉片的影響相差不多，但溫度的影響稍大，使葉片的固有頻率稍有降低。
共振分析
*激振源分析
根據(jù)第一、二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片數(shù)目分別為66片和72片；后機(jī)匣支板數(shù)目為18個(gè)以及由試驗(yàn)確定該型燃?xì)廨啓C(jī)可能出現(xiàn)6或8個(gè)失速團(tuán)，所以燃?xì)廨啓C(jī)在工作時(shí)，可能會(huì)存在由第一、二級(jí)渦輪導(dǎo)向器葉片及后機(jī)匣支板形成的尾流激振力和結(jié)構(gòu)系數(shù)為6或8的氣體激振力。
Campbell圖即共振圖，是比較常用的一種判斷葉片工作時(shí)是否存在共振和共振轉(zhuǎn)速位置的工程圖解法。利用共振圖還可以找出共振時(shí)，葉片的固有振動(dòng)頻率和激振頻率值，作為以后排故的依據(jù)。
依照隨轉(zhuǎn)速變化的各階頻率值，可作出渦輪葉片在復(fù)雜邊界條件下的Campbell共振圖分析，如圖3。
*共振轉(zhuǎn)速與共振裕度分析
根據(jù)地面燃?xì)廨啓C(jī)的工作特點(diǎn)，燃?xì)廨啓C(jī)從啟動(dòng)開(kāi)始，轉(zhuǎn)速很快由零過(guò)渡到工作轉(zhuǎn)速，故在所有的共振轉(zhuǎn)速中只有在工作轉(zhuǎn)速附近的共振轉(zhuǎn)速才是危險(xiǎn)的。本例的共振裕度分析就是針對(duì)共振轉(zhuǎn)速而言的。其他的危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速為距共振轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速。從圖3中可得到渦輪葉片在復(fù)雜邊界條件下的共振分析。
結(jié)論
本文對(duì)QQ109地面燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪工作葉片的固有振動(dòng)特性及共振特性作了數(shù)值分析。文中所應(yīng)用的基本理論及有限元分析方法均是很成熟、可信的且曾用一些結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析計(jì)算結(jié)果與可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比過(guò)，其誤差均在3左右。運(yùn)用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件作了合理的造型、元素選定及離散分網(wǎng)。使用上述計(jì)算分析方法所得的結(jié)果是具有一定準(zhǔn)確性及參考價(jià)值的。
