一種葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙是指轉(zhuǎn)子葉片葉尖與機(jī)匣內(nèi)壁或涂層內(nèi)表面之間的徑向距 離。葉尖間隙的最佳設(shè)計(jì)對壓氣機(jī)和渦輪的工作效率和結(jié)構(gòu)安全性影響很大，尤其是高壓 壓氣機(jī)后幾級和高壓渦輪。目前隨著壓氣機(jī)和渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)的日趨成熟，最佳葉尖間隙的 設(shè)計(jì)、主動(dòng)間隙控制和葉片健康狀況監(jiān)測成為了國內(nèi)外研究人員的工作重點(diǎn)，而上述研究 過程中都離不開轉(zhuǎn)子葉片葉尖間隙動(dòng)態(tài)測試技術(shù)。
[0003] 針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙動(dòng)態(tài)測試方法，自20世紀(jì)80年代以來國內(nèi)外工程師提出 了多種解決方案。德國Davi dson等人發(fā)明的放電探針法，又稱火花放電法，依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)探 針沿徑向移動(dòng)，探針外加直流電壓，當(dāng)探針移近葉尖并發(fā)生放電現(xiàn)象后迅速退回，探針的行 程與初始安裝間隙(靜態(tài)時(shí)探針到機(jī)匣內(nèi)表面的距離)之差即葉尖間隙值。該種接觸式測試 方法局限性大，只適用于溫度600°C以下、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在6000r/min以上的環(huán)境。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī) 的反應(yīng)速度低，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載突變，探針來不及退回，極易發(fā)生撞針等嚴(yán)重事故。國內(nèi)張 娜等人在《航空制造技術(shù)》上發(fā)表題為《航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙測量技術(shù)》的論文中介紹了一 種利用光學(xué)三角測量法測試葉尖間隙；國外J.P.Barromger等人使用激光三角測試法進(jìn)行 了試驗(yàn)并取得了較為滿意的結(jié)果。雖然光學(xué)測試為非接觸式，但是由于光學(xué)傳感器極容易 受油污、灰塵干擾，葉片燒灼后反射率下降，系統(tǒng)使用壽命低等影響因素，光學(xué)測量方法在 實(shí)際使用中受到了極大限制。
[0004] 以上航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙測試方法的共性不足為:測試方法不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)惡劣 的工況，耐溫或抗異物干擾能力差;再者測試裝置可靠性低，例如:探針法容易發(fā)生撞針事 故;葉片表面反射參數(shù)發(fā)生變化后，光學(xué)測量的精度就會(huì)下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，以解決【背景技術(shù)】中所存在的至 少一處的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，用于在線檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 子葉尖間隙的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)匣上安裝完成后，葉片的葉尖與所述機(jī)匣的內(nèi)表 面之間形成被測葉尖間隙，所述葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)包含電容式傳感器及電容式傳感器 信號處理結(jié)構(gòu)，其中，所述電容式傳感器安裝在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣上，所述電容式傳感器的 感應(yīng)端低于所述機(jī)匣的內(nèi)表面，所述機(jī)匣的內(nèi)表面與所述葉片的葉尖之間形成被測葉尖間 隙，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行中，所述被測葉尖間隙是動(dòng)態(tài)變化的;所述電容式傳感器將感應(yīng)到 的信號傳輸?shù)诫娙菔絺鞲衅餍盘柼幚斫Y(jié)構(gòu)，所述電容式傳感器信號處理結(jié)構(gòu)用于處理所述 電容式傳感器傳輸?shù)男盘枴?br>[0007]優(yōu)選地，所述電容式傳感器信號處理結(jié)構(gòu)包含信號處理模塊、采集卡及計(jì)算機(jī)控 制軟件，其中，所述信號處理模塊的輸入端連接所述電容式傳感器，用于處理所述電容式傳 感器傳輸?shù)男盘?所述采集卡的輸入端與所述信號處理模塊的輸出端連接，所述采集卡安 裝在計(jì)算機(jī)相應(yīng)插槽內(nèi)，所述采集卡采集所述信號處理模塊輸出的模擬電壓信號，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號;所述計(jì)算機(jī)控制軟件用于控制所述采集卡并分析處理所述采 集卡采集到的信號，并進(jìn)行儲(chǔ)存和顯示。
[0008] 優(yōu)選地，所述電容式傳感器感應(yīng)到的信號為變化的電容值。
[0009] 優(yōu)選地，所述信號處理模塊用于將所述電容值轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐怠?br>[0010] 優(yōu)選地，所述葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)進(jìn)一步包含前調(diào)整墊片，所述前調(diào)整墊片用 于調(diào)整電容式傳感器的感應(yīng)端低于機(jī)匣內(nèi)表面的回縮量C值。
[0011] 優(yōu)選地，所述葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)進(jìn)一步包含后調(diào)整墊片及壓蓋，所述后調(diào)整 墊片用于配合所述壓蓋固定所述電容式傳感器。
[0012] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)包含電容式傳感器及電容式 傳感器信號處理結(jié)構(gòu)，其中，電容式傳感器為非接觸式傳感器，可減少了對發(fā)動(dòng)機(jī)流場的干 擾，且抗干擾能力較強(qiáng)，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖間隙在線動(dòng)態(tài)測量;電容式傳感器信號處理結(jié) 構(gòu)包含信號處理模塊、采集卡及計(jì)算機(jī)控制軟件，整體結(jié)構(gòu)緊湊，集成程度高，非常適用發(fā) 動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)工作環(huán)境；電容式傳感器的安裝采用前調(diào)整墊片、后調(diào)整墊片和壓蓋結(jié)構(gòu)，裝 配和更換非常方便，可提高試驗(yàn)效率。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的電容式傳感器的安裝示意圖；
[0014] 圖2是圖1所示實(shí)施例的電容式傳感器處理結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0015] 圖3是按照本實(shí)施例得到的某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙動(dòng)態(tài)測試數(shù)據(jù)圖。
[0016] 其中：1-前調(diào)整墊片，2-后調(diào)整墊片，3-電容式傳感器，4-螺釘，5-壓板，6-機(jī)匣，7-葉片，9-信號處理模塊，10-采集卡，11-計(jì)算機(jī)控制軟件。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中 的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類 似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用 于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下 面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護(hù) 范圍的限制。
[0019] 如圖1至圖3所示，一種葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，包含前調(diào)整墊片1、后調(diào)整墊片2、 電容式傳感器3、螺釘4、壓板5、機(jī)匣6、葉片7、信號處理模塊9、采集卡10及計(jì)算機(jī)控制軟件 11。其中，圖1是本實(shí)施例的電容式傳感器的安裝示意圖；圖2是圖1所示實(shí)施例的電容式傳 感器處理信號結(jié)構(gòu)圖；圖3是按照本實(shí)施例得到的某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙動(dòng)態(tài)測試數(shù)據(jù) 圖。
[0020] 本發(fā)明的葉尖間隙動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，用于在線檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉尖間隙的動(dòng)態(tài)變 化，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)匣6上安裝完成后，葉片7的葉尖與所述機(jī)匣6的內(nèi)表面之間形成被測葉 尖間隙。
[0021] 電容式傳感器3是依據(jù)變極距型平板電容器原理工作的，即電容式傳感器3的感應(yīng) 端與發(fā)動(dòng)機(jī)金屬轉(zhuǎn)子葉片7的葉尖形成平板電容器。安裝在機(jī)匣6上的電容式傳感器3的感 應(yīng)端可認(rèn)為是平行板電容器的一個(gè)極板，而轉(zhuǎn)子葉片7的葉尖是電容器的另一個(gè)極板，轉(zhuǎn)子 葉片7和電容式傳感器3的外殼分別接地。忽略邊緣效應(yīng)影響，電容式傳感器3的感應(yīng)端與發(fā) 動(dòng)機(jī)金屬轉(zhuǎn)子葉片7的葉尖之間的電容值是兩極板幾何尺寸、距離、介質(zhì)(材料）的函數(shù)，如 公式(1)所示：
[0023]式（1)中：
[0024] C一一兩極板間的電容值；
[0025] ε〇--真空介電常數(shù)；
[0026] εΓ一一極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù)；
[0027] S一一兩極板的重疊面積；
[0028] d一一兩極板的間隙；
[0029] 在測試過程中，eojjPS保持不變，則兩極板之間的間隙值和電容值成反比關(guān)系。
[0030] 電容式傳感器3連接到信號處理模塊9，調(diào)理電路將電容變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，則 公式（1)也可表達(dá)為：<