[發(fā)明專(zhuān)利]一種渦輪凹腔葉片葉尖間隙測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410357627.2
• 申請(qǐng)日: 2014-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104296714B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭光輝;韓偉;李杰;熊兵;魏之平;李楊;劉先富;殷光明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01B21/16
• 分類(lèi)號(hào): G01B21/16
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心11008
• 代理人: 張毓靈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于葉片間隙測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種渦輪凹腔葉片葉尖間隙測(cè)量方法，應(yīng)用于渦輪凹腔葉片的葉尖間隙測(cè)量。

背景技術(shù)

葉尖間隙是指發(fā)動(dòng)機(jī)各級(jí)轉(zhuǎn)子葉片與機(jī)匣涂層之間的距離，它是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、能量傳遞、旋轉(zhuǎn)失速先兆及損失的生成有著決定性影響，對(duì)效率、耗油率和可靠性有很大影響。研究表明，葉尖間隙減小0.0254mm，效率能夠提高1％。這就要求葉尖間隙設(shè)計(jì)得盡可能小，但要保證在發(fā)動(dòng)機(jī)全包線內(nèi)轉(zhuǎn)子葉尖與機(jī)匣不發(fā)生碰磨，以免危及發(fā)動(dòng)機(jī)的安全。

英﹑美﹑俄等航空技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)間隙測(cè)試技術(shù)十分重視，國(guó)家和各大航空企業(yè)投入了大量的人力物力用于開(kāi)發(fā)和完善間隙測(cè)試新技術(shù)新儀器，并有充足的發(fā)動(dòng)機(jī)資源可供試驗(yàn)驗(yàn)證。這些國(guó)家多年來(lái)相繼開(kāi)發(fā)和完善了放電探針?lè)ā㈦姕u流法、高能X射線照相法、超聲波測(cè)量方法、微波測(cè)量方法、電容法、光學(xué)法(光學(xué)內(nèi)窺原理法和光學(xué)三角法)等發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙測(cè)試方法，測(cè)試人員可以根據(jù)不同情況選擇適合的測(cè)試手段對(duì)壓氣機(jī)﹑渦輪葉尖間隙實(shí)施準(zhǔn)確測(cè)量，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制試驗(yàn)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮重要作用。

我國(guó)開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖間隙測(cè)試技術(shù)研究較晚，投入有限，葉尖間隙測(cè)試技術(shù)水平較低，沒(méi)有自主研發(fā)的先進(jìn)葉尖間隙測(cè)試裝置。從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備，對(duì)風(fēng)扇、壓氣機(jī)試驗(yàn)件開(kāi)展過(guò)葉尖間隙測(cè)量，但在渦輪葉尖間隙測(cè)量方面，尤其是目前處于主流設(shè)計(jì)的渦 輪凹腔葉片葉尖間隙測(cè)量方面處于空白，難以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了解決渦輪凹腔葉片的葉尖間隙測(cè)量問(wèn)題，本發(fā)明根據(jù)渦輪凹腔葉片特點(diǎn)，利用整周期采樣技術(shù)，設(shè)計(jì)葉片采集和葉尖信號(hào)提取算法，提供一種能夠成功測(cè)量渦輪凹腔葉片的葉尖間隙的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種渦輪凹腔葉片葉尖間隙測(cè)量方法，其特征在于，先采集原始葉尖間隙信號(hào)，該原始葉尖間隙信號(hào)由周期排列的葉片葉尖信號(hào)組成，其中，每個(gè)葉片葉尖信號(hào)還具有凹腔波谷，然后根據(jù)凹腔葉片形狀，設(shè)置高低門(mén)限電平，使得高電平在原始葉尖間隙信號(hào)的兩個(gè)波峰與凹腔波谷之間，低電平在葉片間波谷信號(hào)與凹腔波谷信號(hào)之間，根據(jù)低電平區(qū)分不同葉片，根據(jù)高電平識(shí)別葉片葉尖凹腔和兩個(gè)波峰，提取葉尖波峰和葉片間波谷的差值電壓，再根據(jù)間隙與電壓的擬合關(guān)系確定葉尖間隙值。

所述的渦輪凹腔葉片的葉尖間隙測(cè)量方法，其包括如下步驟：

步驟1：采集原始葉尖間隙信號(hào)

以整周期采樣的方式采集渦輪凹腔葉片間隙信號(hào)，該信號(hào)為周期排列的葉片葉尖間隙信號(hào)組成，其中，每個(gè)葉片葉尖間隙信號(hào)中間具有凹陷，該凹陷為葉尖凹腔波谷信號(hào)；

步驟2：高低電平設(shè)置

首先對(duì)采集的原始葉尖間隙信號(hào)進(jìn)行濾波和平滑處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊，使每一個(gè)葉片葉尖的數(shù)據(jù)都位于截取出的葉片數(shù)據(jù)的中部；然后統(tǒng)計(jì)信號(hào)幅值，分成代表葉尖波峰的高電壓信號(hào)、代表葉尖凹腔 的中電壓信號(hào)，代表葉片間的低電壓信號(hào)，再設(shè)置高電平和低電平，使得高電平在葉尖信號(hào)的波峰與凹腔波谷之間，低電平在葉片間波谷信號(hào)與凹腔波谷信號(hào)之間；

步驟3：葉尖信號(hào)提取

先根據(jù)低電平，分割葉尖信號(hào)，從而提取單個(gè)葉片葉尖信號(hào)；然后根據(jù)高電平信號(hào)，將單個(gè)葉片葉尖信號(hào)的兩個(gè)波峰信號(hào)分割開(kāi)，并提取兩個(gè)波峰和一個(gè)波谷的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)葉尖波峰信號(hào)和葉尖凹腔波谷信號(hào)的提取；

步驟4：間隙計(jì)算

葉尖波峰信號(hào)與葉片間的波谷信號(hào)差值與葉尖間隙成函數(shù)關(guān)系，提取葉尖波峰信號(hào)和葉片間波谷信號(hào)并計(jì)算得到電壓差值后，代入高次多項(xiàng)式擬合公式(1)和(2)計(jì)算得到葉尖間隙值。

其中，D₁、D₂分別為葉背和葉盆間隙測(cè)量值，V₁、V₂分別為葉背和葉盆電壓值，α₀～α₇為葉背校準(zhǔn)系數(shù)，β₀～β₇為葉盆校準(zhǔn)系數(shù)。

步驟1原始葉尖間隙信號(hào)采集時(shí)，設(shè)定滿(mǎn)足分析需要的理論整周期采樣點(diǎn)數(shù)，將實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)與整周期采樣點(diǎn)數(shù)相除獲得重采樣的采樣間隔，每次實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)多于理論的整周期采樣點(diǎn)數(shù)，通過(guò)對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行葉尖信號(hào)分離，只提取與葉片數(shù)相同個(gè)數(shù)的葉尖信號(hào)，舍去多余的信號(hào)。