[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

本發明公開一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置及方法，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，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。

技術領域

本發明涉及葉尖間隙測量領域，尤其涉及一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量裝置及方法。

背景技術

在航空發動機、燃氣輪機、汽輪機等旋轉機械中，轉子葉片頂端與機匣內壁之間的微小距離稱為葉尖間隙，是影響旋轉機械性能的重要參數之一。減小葉尖間隙能夠降低燃油消耗率，顯著提高旋轉機械運行效率，但過小的葉尖間隙值會導致葉片與機匣的碰摩，嚴重危害旋轉機械運行安全。因此，葉尖間隙測量技術對提高旋轉機械性能、保障旋轉機械安全運行具有重要的意義。

目前，成熟的葉尖間隙測量方法有放電探針法、激光三角法、光纖束法、電渦流法、電容法和微波法，除電渦流法在機匣厚度較薄時無須開孔外，其余幾種方法均需在機匣表面開孔安裝傳感器，通過測量葉片頂端到傳感器頂端之間的距離來實現間隙值的測量。這種方法破壞了旋轉機械內部環境的密閉性，容易導致流體的泄漏，同時機匣開孔是永久傷害，且一旦更換測點就必須重新開孔，給旋轉機械造成了較大的損傷，容易導致故障發生。

為了保證旋轉機械環境的密閉性，常見的葉尖間隙測量方法有橡皮泥法。將橡皮泥均勻的涂抹到機匣內壁上，高速旋轉的葉片會將多余的橡皮泥削去，停機后測量剩余橡皮泥的高度，即為工作過程中葉尖間隙的最小值。這種方法實施較為簡單，成本較小，不會對旋轉機械造成任何破壞，但測量精度較低，只能測出一級葉片整個工作過程的間隙最小值，且只能在啟停機時測量，無法得知葉尖間隙的實時值。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中對旋轉機械密閉環境造成破壞，間隙值測量精度較低，且只能測出一級轉子葉片整個工作過程的間隙最小值，未能實現多個葉片間隙值實時顯示的缺點，提供一種適用于密閉環境，能夠實現多葉片高精度、實時的，結構簡單成本低廉的葉尖間隙測量裝置和方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

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，轉子葉片位于機匣內，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。

進一步的，所述檢測電路單元包括信調模塊和主控芯片。

本發明提供另一技術方案如下：

一種基于密閉環境下的葉尖間隙測量方法，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，主控芯片包括ARM和FPGA；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。

本發明還提供的另一技術方案如下：