一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法技术方案

本申请属于发动机转子性能测试领域，特别涉及一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法；径向间隙测量系统包括：待测叶片；横台，设置在待测叶片的叶顶处；电容传感器，横台的顶面与其对应位置处的测试机匣内环面之间；信号处理模块，用于接收电容值，并转化为测量电压值；校准系统，用于获取径向间隙与测量电压值的关系式；处理模块，用于计算得到径向间隙。本申请的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法，采用非接触测量，安全系数高，几乎不受污染的影响；采用动态测量方式，技术指标高、耐高温、测量量程大、测量精度高以及频响范围更宽。

A Measuring System and Method for Continuous Surface Radial Clearance of High Temperature Resistant Rotor

This application belongs to the field of engine rotor performance testing, in particular relates to a measuring system and method for continuous surface radial clearance of high temperature resistant rotor; the measuring system for radial clearance includes: the blade to be measured; the transverse table, which is set at the top of the blade to be measured; the capacitance sensor, the top surface of the transverse table and the ring inside the test casing at its corresponding position; and the signal processing module, which is used to receive electricity. The capacitance is transformed into the measured voltage value; the calibration system is used to obtain the relationship between the radial clearance and the measured voltage value; and the processing module is used to calculate the radial clearance. The application system and method for measuring radial clearance of continuous surface of high temperature resistant rotor adopts non-contact measurement with high safety factor and almost free from pollution. The dynamic measurement method has high technical index, high temperature resistance, large measurement range, high measurement accuracy and wider frequency response range.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法
本申请属于发动机转子性能测试领域，特别涉及一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法。
技术介绍
发动机转子径向间隙对发动机安全和性能影响很大。为了保障发动机安全，转子结构设计时通常需要保证转子叶片和机匣间预留足够大的安全空间。然而径向间隙并不是越大越好，间隙过大的会使效率减低，涡轮前温度升高。相关研究标明，径向间隙每增加叶片高度的1.0％，效率约降低1.5％，耗油率也会相应增加。总之，间隙过大或过小对发动机都不利，需要合理设计和控制径向间隙，而设计和控制的前提是要准确测量径向间隙。发动机转子工作环境恶劣，具有高温、高压和高转速的特点，同时很多转子叶片叶顶为连续表面结构，径向间隙测量困难。目前已知的转子连续表面径向间隙测量方法有火花放电法、电涡流法和光学法。其中火花放电法要求叶片叶顶平面高度不受轴向串动影响，而大部分转子叶片叶顶并非完全平面结构，因此无法应用该方法进行测量；并且该方法安全系数低，一般只能在部件试验中应用。电涡流法频响高，尤其适用于转子连续表面的径向间隙测量，但电涡流传感器通常尺寸比较大，机匣结构紧张，传感器安装困难，同时电涡流法耐温能力为600℃以下，不适用于整机测量。光学法目前还停留在理论阶段，尚无成型的测量系统，同时该方法容易受污染影响，无冷却情况耐温能力也不高，不适用于整机测量。因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
技术实现思路
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法。第一方面，本申请公开了一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统，所述耐高温转子设置在发动机的待测机匣内，包括至少两个对称分布的待测叶片，且所述待测叶片数量为偶数个，径向间隙测量系统还包括：呈长方体形的横台，一个所述横台设置在一个所述待测叶片的叶顶处；电容传感器，所述电容传感器设置在所述测试机匣内环面上，且当所述横台跟随所述测试叶片转动至预定位置处时，所述电容传感器位于所述横台的顶面与其对应位置处的所述测试机匣内环面之间；信号处理模块，所述信号处理模块接收所述电容传感器测量的电容值，并将所述电容值转化为测量电压值；校准系统，所述校准系统用于通过实验获取径向间隙与测量电压值的关系式；处理模块，所述处理模块根据数采系统接收所述信号处理模块发送的测量电压值以及所述校准系统发送的径向间隙与测量电压值的关系式，并根据所述径向间隙与测量电压值的关系式得到径向间隙。根据本申请的至少一个实施方式，所述横台的高度大于或等于电容法测量量程；所述横台的宽度大于或等于所述电容传感器的电极直径；所述横台的长度大于或等于所述耐高温转子的轴向串动值，且小于或等于所述待测叶片上两侧蓖齿之间的距离。根据本申请的至少一个实施方式，所述横台的高度等于电容法测量量程，所述横台的长度等于所述待测叶片上两侧蓖齿之间的距离。根据本申请的至少一个实施方式，所述径向间隙与测量电压值的关系式如下：y＝ax3+b4x2-cx+d；其中，x为测量电压值；a、b、c、d为系数。根据本申请的至少一个实施方式，所述系数a、b、c、d分别为0.0243、0.0354、0.7864、1.7305。根据本申请的至少一个实施方式，所述横台的数量为两个。第二方面，本申请公开了一种耐高温转子连续表面径向间隙测量方法，包括如下步骤：在耐高温转子上的两个对称的待测叶片的叶顶处，分别设置一个呈长方体形的横台；在所述横台的顶面正对的所述测试机匣内环面上设置电容传感器，用于测量电容值；通过信号处理模块接收所述电容传感器测量的电容值，并将所述电容值转化为测量电压值；通过校准系统获取径向间隙与测量电压值的关系式；处理模块通过数采系统接收所述信号处理模块发送的测量电压值以及所述校准系统发送的径向间隙与测量电压值的关系式，并根据所述径向间隙与测量电压值的关系式得到径向间隙。根据本申请的至少一个实施方式，所述横台的高度大于或等于电容法测量量程；所述横台的宽度大于或等于所述电容传感器的电极直径；所述横台的长度大于或等于所述耐高温转子的轴向串动值，且小于或等于所述待测叶片上两侧蓖齿之间的距离。根据本申请的至少一个实施方式，所述径向间隙与测量电压值的关系式如下：y＝ax3+b4x2-cx+d；其中，x为测量电压值；a、b、c、d为系数。根据本申请的至少一个实施方式，所述系数a、b、c、d分别为0.0243、0.0354、0.7864、1.7305。本申请至少存在以下有益技术效果：本申请的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法，采用非接触测量，安全系数高，几乎不受污染的影响；另外，电容传感器尺寸相对小，涉及发动机测试改装工程量小，装配难度小；进一步，采用动态测量方式，技术指标高、耐高温、测量量程大、测量精度高以及频响范围更宽；进一步，基于成熟的电容法进行改进设计，无需研制新方法、新系统，同时无需配备冷却结构，成本低。附图说明图1是本申请耐高温转子连续表面径向间隙测量系统的框架图；图2是本申请耐高温转子连续表面径向间隙测量系统中待测叶片的设置横台的位置处的结构示意图；图3是某型发动机转子径向间隙变化曲线图。具体实施方式为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。下面结合附图1至图3对本申请耐高温转子连续表面径向间隙测量系统及方法做进一步详细说明。本申请的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统的测量方法原理如下：电容法分为静态电容法和动态电容法，其中静态电容法适用于转子连续表面径向间隙测量，但耐温能力为600℃，不适用于整机测试；动态电容法耐温能力可达1400℃，同时具有非接触、尺寸小、频响高、抗污染、灵敏度高等特点，满足整机测试的要求。动态电容法本身无法进行转子连续表面径向间隙测量，需要对测试对象进行适应性改装。本申请的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统采用三同轴电容传感器，利用电容原理，固定在发动机机匣中的探头构成电容的一个极，而待测叶片3叶尖构成电容的另一电极。该电容的电容值是电极几何形状、两极间距离及两极间介质的函数，假设电极的几何形状和介质为常数，则电容的大小只是两极间距离的函数，即电容值变化与发动机径向间隙的变化存在对应关系。需要说明的是，电容传感器4是设置在测试机匣内环面上，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统，所述耐高温转子设置在发动机的待测机匣内，包括至少两个对称分布的待测叶片(3)，且所述待测叶片(3)数量为偶数个，其特征在于，所述径向间隙测量系统还包括：呈长方体形的横台(1)，一个所述横台(1)设置在一个所述待测叶片(3)的叶顶(31)处；电容传感器(4)，所述电容传感器(4)设置在所述测试机匣内环面上，且当所述横台(1)跟随所述测试叶片(3)转动至预定位置处时，所述电容传感器(4)位于所述横台(1)的顶面与其对应位置处的所述测试机匣内环面之间；信号处理模块(5)，所述信号处理模块(5)接收所述电容传感器(4)测量的电容值，并将所述电容值转化为测量电压值；校准系统(6)，所述校准系统(6)用于通过实验获取径向间隙与测量电压值的关系式；处理模块(8)，所述处理模块(8)根据数采系统(7)接收所述信号处理模块(5)发送的测量电压值以及所述校准系统(6)发送的径向间隙与测量电压值的关系式，并根据所述径向间隙与测量电压值的关系式得到径向间隙。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温转子连续表面径向间隙测量系统，所述耐高温转子设置在发动机的待测机匣内，包括至少两个对称分布的待测叶片(3)，且所述待测叶片(3)数量为偶数个，其特征在于，所述径向间隙测量系统还包括：呈长方体形的横台(1)，一个所述横台(1)设置在一个所述待测叶片(3)的叶顶(31)处；电容传感器(4)，所述电容传感器(4)设置在所述测试机匣内环面上，且当所述横台(1)跟随所述测试叶片(3)转动至预定位置处时，所述电容传感器(4)位于所述横台(1)的顶面与其对应位置处的所述测试机匣内环面之间；信号处理模块(5)，所述信号处理模块(5)接收所述电容传感器(4)测量的电容值，并将所述电容值转化为测量电压值；校准系统(6)，所述校准系统(6)用于通过实验获取径向间隙与测量电压值的关系式；处理模块(8)，所述处理模块(8)根据数采系统(7)接收所述信号处理模块(5)发送的测量电压值以及所述校准系统(6)发送的径向间隙与测量电压值的关系式，并根据所述径向间隙与测量电压值的关系式得到径向间隙。2.根据权利要求1所述的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统，其特征在于，所述横台(1)的高度大于或等于电容法测量量程；所述横台(1)的宽度大于或等于所述电容传感器(4)的电极直径；所述横台(1)的长度大于或等于所述耐高温转子的轴向串动值，且小于或等于所述待测叶片(3)上两侧蓖齿(2)之间的距离。3.根据权利要求2所述的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统，其特征在于，所述横台(1)的高度等于电容法测量量程，所述横台(1)的长度等于所述待测叶片(3)上两侧蓖齿(2)之间的距离。4.根据权利要求1所述的耐高温转子连续表面径向间隙测量系统，其特征在于，所述径向间隙与测量电压值的关系式如下：y＝ax3+b4x2-cx+d；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，周笑阳，赵天驰，薛秀生，刘云龙，郑旭光，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21