[發明專利]一種用于渦輪葉片葉尖間隙檢測的裝置

有效

• 申請號: 201911408098.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111043949B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 姜晶;鐘業奎;邱安美;喻培豐;張澤展;段英;茍學科;王超
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

本發明公開了一種用于渦輪葉片葉尖間隙檢測的裝置，屬于發動機在線檢測技術領域，應用于渦輪發動機葉片形變的測量。該系統采用的是一種基于電容技術原理的檢測技術，主要用于測量渦輪發動機渦輪轉子葉尖與發動機機匣之間的間距，主要包括用于葉片間隙測量的電容傳感器上極板、下極板、用于數據采集的AD采集模塊、用于數據分析的數據處理系統和用于顯示葉尖情況的顯示模塊，結合葉片經過相關位置傳感器時刻，電容的變化值判斷葉片葉尖與機匣之間的距離，實現對葉尖間隙的實時監測，進而保證發動機的正常工作狀態。

技術領域

該發明屬于電磁檢測領域,特別是距離間隙的測量。

背景技術

在傳統的渦輪燃氣機中，轉子葉片葉尖距離發動機機匣的距離對于發動機的效率具有重要的影響，這是因為葉尖與機匣間隙過大會降低發動機效率，而葉尖與機匣接觸則會對發動機造成損傷。研究表明，若葉尖間隙每增加1％，發動機的效率會相應降低3％，同時發動機的燃油消耗會增大10％，因此將葉尖間隙維持在一個較小的最佳狀態對于提高發動機的工作效率具有重要的作用。現有技術已存在多種維護燃氣輪機葉尖間隙的解決方案。其中一種解決方案是采用機械系統來調整轉子葉片周圍機匣的徑向位置，以提高發動機效率。另一種解決方案是相對于發動機機匣移動轉子盤的機械系統，如美國的專利公司就曾公布了一種用于控制葉尖間隙的主動控制系統，通過控制執行器保證葉片尖端與發動機機匣之間的最小設計間隙，然而以上解決葉尖間隙方法良好使用的前提是實現對葉尖間隙的精確測量，研制一種可以實現對葉尖間隙精確測量的技術也是提高發動機效率的關鍵所在。

渦輪葉片作為航空發動機內部的重要熱端部件，保證葉尖間隙始終處于最佳設計狀態具有重要的實際意義。由于發動機轉子葉片一般工作在高溫、高壓、高負荷、高轉速的環境下，同時測量環境現場還存在如重油污染、異物干擾等復雜情況，復雜的干擾因素對葉尖間隙的準確檢測存在較大的挑戰。目前主要的葉尖間隙測量方法可以分為兩大類：一種是接觸式測量方法，另一種是非接觸式測量方法。接觸式測量技術發展較為成熟，放電探針測量葉尖間距技術作為一種常用的接觸式測量技術得到廣泛的應用。放電探針測量技術一般用于測量金屬葉片的檢測，通過利用電火花放電原理，但外界環境的影響，諸如電壓波動、探針與葉尖端面因污染磨損造成的形變和阻塞等因素，會改變放電的起始距離，從而導致產生測量誤差，采用該方法只能測量葉尖間隙的最小值，不能實時監測每一片葉片對應的葉尖間隙。同時若發生發動機的緊急制動，探針不能及時縮回安全位置，較容易導致發生故障，甚至出現測量事故，導致葉片磨損與損壞。

而非接觸式測量技術，擁有眾多接觸式測量技術所不具有的優點：不與被測物體直接接觸，不會對被測物體表面的造成干擾，避免了葉片與探測器直接接觸，進一步保證了測量安全，同時非接觸式測量技術還具有測量靈敏度高，響應速度較快的特點。激光三角測量技術作為一種常用的非接觸式測量技術，通過光路的變化實現間隙的測量，采用激光照射到葉片頂部，當葉尖間隙大小發生變化時，反射光的路徑以及路徑的長短會發生對應的變化，通過采集檢測位置上的反射光點以及相應的光路計算，既可以得到葉尖間隙值的大小。但是基于光學測量技術的檢測方法，結構相對較復雜，要求對應的光學傳感器長時間工作在高溫、振動的惡劣環境，故必須對對應的系統進行保護；同時由于葉片表面經過高溫燒蝕，反射系數會發生不同程度的降低，炭黑、油污、灰塵等會嚴重污染光學鏡頭及葉尖反射面，最終會導致測量精度下降，測量壽命縮短。因此綜合國內外技術發展情況，非接觸式測量技術具有較高的應用前景，探究一種性能更高的非接觸式測量技術，是未來技術的必然方向。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的不足與缺陷，通過對現有技術的改進，提供一種結構簡單、體積小、分辨率高、非接觸式的測量方法，提高在高溫、高壓、輻射度強、強振動環境下對航空發動機渦輪葉片葉尖間隙的測量精度，提高航空發動機的工作效率。