[發明專利]一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202010220109.1
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111288884A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 李楊宗;段發階;葉德超;李芳怡
• 申請（專利權）人: 善測（天津）科技有限公司
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14;G08C17/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置，用于嵌套安裝在需要檢測的轉子葉片上，轉子葉片位于機匣內，其特征在于，葉尖間隙測量裝置包括電容傳感器、檢測電路單元、無線傳輸模塊、供電電池和緊固裝置，所述電容傳感器設置于葉尖間隙測量裝置的頂部，通過調節緊固裝置調整葉尖間隙測量裝置的徑向位置，使電容傳感器的極板與轉子葉片的頂端平行；所述電容傳感器、檢測電路單元和無線傳輸模塊依次連接，所述供電電池用于提供葉尖間隙測量裝置所需的電能。

2.根據權利要求1所述一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置，其特征在于，所述檢測電路單元包括信調模塊和主控芯片。

3.一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

(301)電容傳感器將轉子葉片頂端到機匣內壁的位移信號轉換為電容值的變化，通過傳感器線纜傳輸給檢測電路單元；

(302)檢測電路單元包括信調模塊和主控芯片，信調模塊接收電容傳感器線纜所傳輸的電容信號，去噪后將電容信號轉化為電信號，并將電信號傳輸給主控芯片；主控芯片根據接收到電信號進行相應計算，將電信號反算得出葉尖間隙值，將所得葉尖間隙值傳輸給無線傳輸模塊；

(303)無線傳輸模塊接收葉尖間隙值，并將葉尖間隙值數據經無線傳輸發送到系統上位機；

(304)上位機接收葉尖間隙值并顯示在上位機軟件中。

4.根據權利要求3所述一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量方法，其特征在于，主控芯片包括ARM和FPGA。

5.一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(501)為保障轉子葉片的氣體流通能力，葉尖間隙測量裝置的外殼高度H應當小于轉子葉片半徑R的一半，即

H＜0.5R

(502)當同一級轉子上有若干個葉片有葉尖間隙的測量需求時，需在不同葉片上安裝葉尖間隙測量裝置；為了使相鄰轉子葉片均能安裝葉尖間隙測量裝置，葉尖間隙測量裝置外殼的寬度W應當滿足

其中，N為轉子葉片的個數，r為轉子輪轂半徑，R為轉子葉片的半徑；

(503)電容傳感器的電容信號存在誤差：

其中，ε為介電常數，d為葉尖間隙值，a為電容傳感器極板的特征長度，θ為極板傾角；當電容傳感器信號誤差小于ΔC₀時，其誤差能夠忽略不計或通過電路補償消除，進而得到當傾角小于θ₀時，極板傾角變化所引入的誤差能夠忽略不計或通過電路補償消除，其中，ΔC₀和θ₀均為常數，由技術水平和測量精度要求決定；

(504)電容傳感器選取電容極板型或柔性傳感裝置；

(505)每個葉尖間隙測量裝置能夠安裝至少兩個電容傳感器，用于對同一個轉子葉片的不同位置進行測量。

6.根據權利要求5所述一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置的設計方法，其特征在于，旋轉機械的單級轉子能夠安裝若干葉尖間隙測量裝置，每個旋轉機械含多級轉子，通過組網能夠實現多級轉子若干測量葉片數據的融合，從而獲得旋轉機械的整體運行狀態。

7.一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置的應用，其特征在于，適用于旋轉機械在密閉環境下的轉子葉片葉尖間隙實時測量。

8.根據權利要求7所述基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置的應用，其特征在于，所述旋轉機械包括航空發動機、燃氣輪機和汽輪機。