[發明專利]低壓渦輪帶冠葉片篦齒的徑向和軸向間隙測量系統及方法

有效

• 申請號: 202210238665.0
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114608435B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 段發階;李發富;牛廣越;蔣佳佳;傅驍;劉昊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14;H03H21/00
• 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

1.一種低壓渦輪帶冠葉片篦齒的徑向間隙和軸向間隙測量方法，基于徑向間隙和軸向間隙測量系統，包括篦齒、V型芯極電容傳感器、調幅式電容調理模塊、高速采集處理模塊和上位機，所述V型芯極電容傳感器由V型芯極、外墊環和外殼體構成，外墊環嵌入外殼體內，外墊環端面設有與V型芯極的芯極端面形狀契合的通孔，V型芯極的芯極端面從所述通孔穿出；V型芯極電容傳感器放置于篦齒的一側且V型芯極的端面與篦齒的半徑方向垂直，V型芯極的對稱軸與篦齒轉軸平行；所述V型芯極電容傳感器通過連接線依次與調幅式電容調理模塊、高速采集處理模塊和上位機連接；測量時，篦齒端面與V型芯極電容傳感器的V型芯極構成雙平行極板電容器；徑向間隙和軸向間隙參數信息包含在V型芯極電容傳感器的電容信號中；調幅式電容調理模塊將電容信號以確定的放大系數轉換為電壓信號；接著高速采集處理模塊將該電壓信號采樣為數字信號并送入上位機進行算法處理，最終得到徑向間隙和軸向間隙參數，其特征在于，包括以下步驟：

(1)通過多目標最優化模型確定V型芯極電容傳感器的結構參數；

(2)啟動測量系統，隨著篦齒轉動，徑向間隙和軸向間隙參數信息被采集到V型芯極電容傳感器的電容信號中；調幅式電容調理模塊將電容信號以放大系數β轉換為模擬電壓信號；高速采集處理模塊將該模擬電壓信號采樣為數字電壓信號并送入上位機進行算法處理；

(3)通過上位機對數字電壓信號進行平滑濾波得到U(i)；

(4)估計篦齒的轉速和信號特征頻率f₀；

(5)通過信號特征頻率f₀對U(i)進行自適應頻域濾波；

(6)提取自適應頻域濾波后的U(i)的整周期信號U_T；

(7)通過尺度調整算法將整周期信號U_T轉換為U_T1；

(8)提取U_T1的幅度譜信息；基于步驟(2)和步驟(3)，U_T1的每根譜線的幅度都是徑向間隙和軸向間隙的函數，最終得到徑向間隙值和軸向間隙值。

2.根據權利要求1所述低壓渦輪帶冠葉片篦齒的徑向間隙和軸向間隙測量方法，其特征在于，步驟(1)中V型芯極電容傳感器的多目標最優化模型為

max(V_R,V_s,V_p)＝f(θ,p,h)??????????????(1)

式中，θ為V型芯極傾角，p為芯極上邊界所在直線與橫軸交點，h為V型芯極縱軸厚度，上邊界與限定圓的交點分別是A和B，目標函數V_R為軸向間隙測量量程，V_s為測量靈敏度，V_p為傳感器響應幅度，簡化表達成V_R＝X_b-X_a，X_a、X_b分別是交點A，B的橫坐標，V_s＝tanθ，V_p＝h。

3.根據權利要求1所述低壓渦輪帶冠葉片篦齒的徑向間隙和軸向間隙測量方法，其特征在于，步驟(3)中對平滑濾波的表達式為：

其中，U(i)代表滑動均值濾波后的信號，N₀表示奇數窗長，η為在窗長內的索引。

4.根據權利要求1所述低壓渦輪帶冠葉片篦齒的徑向間隙和軸向間隙測量方法，其特征在于，步驟(4)中具體如下：

以篦齒每轉一圈對應的U(i)的峰峰值從上往下80％處的電壓值作為自適應轉速提取基線，基線與U(i)每(4m+1)個交點的點數差即對應了篦齒轉一圈所用的時間，其中基線落在采樣點之間時采用基線左右兩個最近采樣點的線性擬合以求取交點精確值，篦齒轉速由下式估計得到：

rpm＝60×f_s/N_circle??????????(3)

式中，rpm指轉速，單位為轉每分鐘，f_s指高速采集處理模塊的采樣率，N_circle指篦齒轉一圈的采樣點數；則“W”型凹槽個數決定的信號特征頻率f₀估計為：

式中，m為“W”型凹槽個數。