CN105466329A - 一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，属于燃机技术领域。测量前校准传感器和千分尺，并在计算机中输入拟定校准时的曲线；把传感器固定在高压涡轮转子任一叶片上，使传感器感应端与叶尖齐平，与高压涡轮机匣内环面间形成待测空间H；将连接传感器的同轴电缆均匀固定在涡轮转子上，沿发动机旋转方向缠绕至少1圈；将角度旋转编码器固定在发动机装配台的手动转轴上，记录角度位置为起点位置，并调整测量初始点；设定旋转编码器与发动机转台间的角度比i,通过计算机采集的信号及手动转轴旋转发动机转子，观察并记录当前角度位置的叶尖间隙值，直至传感器旋转至初始位置，完成一次机匣内环面全周测量。本发明可以实现全机匣内360度的间隙测量。
Description
技术领域
本发明属于燃机技术领域，特别是涉及一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法。
背景技术
航空发动机压气机及涡轮部件效率、转子部件振动特性、转子部件与机匣涂层材料之间的间隙控制得是否合理将直接关系到整机性能水平。如何在发动机部件装配及整机运行过程中，在1-2mm测量范围内测量并监控转子叶尖间隙是国内外航空发动机装配制造机构投入大量精力研究的技术难题。
航空发动机高压涡轮转子与主燃烧室联合单元体上的高压涡轮外环块间隙的合理控制，是减少振动的一项重要措施。随着发动机使用时间的增加，长期工作造成的部件变形与磨损使得高压涡轮外环的内径偏离设计尺寸现象比较明显，需要在大修过程中对高压涡轮外环块进行车偏心处理，而在装配过程中高压涡轮外环的测量过程中也需要对这个偏心值进行合理控制。
目前，在发动机装配过程中需要测量高压涡轮转子与主燃烧室联合单元体上的高压涡轮外环块间隙，此间隙值需要在发动机周向至少四点位置进行测量。采用测量机匣直径的方法无法准确确定涡轮转子此处的偏心量，且平均测量结果与单件测量值偏差较大，影响了发动机装配精度和进度。
目前，针对航空发动机转子叶尖间隙测量的研究主要集中在整机运行中。通过机匣开孔的方式置入光学、电涡流或电容传感器进行叶尖间隙测量。在发动机转子系统静态装配过程中受到空间及材料等测量环境的限制，光学及电涡流传感器的安装方式和测量精度无法保证，而静电容传感器因其尺寸小、抗干扰性强、测量精度高等特点适用于发动机静态装配过程的微小结构间隙测量。
发明内容
针对上述存在的技术问题，涡轮转子叶尖间隙测量手段精度低、可操作性差、且无法实现全圆周测量的缺点，本发明提供一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，解决了狭小空间内的传感器及导线安装、信号调理及传输、转子角度同步测量等技术难点，为提升航空发动机转子系统装配精度提供了新型技术手段。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，包括如下步骤：
(1)测量前校准传感器和千分尺，并在计算机中输入拟定校准时的曲线；
(2)安装传感器：将安装完高压涡轮机匣的发动机置于垂直状态，先把传感器按照安装面所限定位置固定在高压涡轮转子任一叶片上，保证传感器感应端与叶尖齐平，使得传感器感应端面与高压涡轮机匣内环面间形成待测空间H；再将连接传感器的同轴电缆均匀固定在涡轮转子上；将同轴电缆沿发动机旋转方向缠绕至少1圈；
(3)将角度旋转编码器固定在发动机装配台的手动转轴上，以此信号记录角度位置为起点位置；
(4)设定旋转编码器与发动机转台间的角度比i,通过计算机采集的信号及手动转轴旋转发动机转子，观察并记录当前角度位置的叶尖间隙值，直至传感器旋转至初始位置，完成一次机匣内环面全周测量。
进一步地，所述测量前校准传感器和千分尺：是将非接触式静电容传感器与信号调理模块通过同轴电缆连接，信号调理模块将电容信号转换为电压信号；将传感器测头前端与校准千分尺测量端面接触，计录千分尺零点位置及输出电压值作为基准点。
进一步地，所述拟定校准时曲线：调整传感器前端与千分尺端面之间的距离，从0mm逐步增加到3mm；以基准点数据为基础建立距离与输出电压之间的拟合函数对应关系，将该函数对应关系作为数据处理依据输入数据采集计算机。
进一步地，所述传感器通过PVC基材丙烯酸双面胶固定在叶片上。
进一步地，所述同轴电缆通过丙烯酸双面胶固定在涡轮转子上。
进一步地，所述待测空间H的范围为：0＜H≤3mm。
本发明的有益效果为：
1.本发明可以实现全机匣内360度的间隙测量，对于进一步了解高压涡轮叶尖间隙分布、调整高压涡轮外环块位置加工精度、掌握整机同轴度变化及保证整机装配质量均具有重要意义。
2.本发明可以广泛推广到燃气轮机轴承及齿轮箱等小尺寸结构测量应用中。装配流程是关系到发动机性能的关键步骤，装配质量对发动机试车合格率及可靠性起到决定性影响。本发明通过直接测量高压涡轮全圆周的叶尖与机匣内表面涂层间距离值可靠掌握高压涡轮单元体装配质量，并可以确定高压涡轮外环块偏心量。因此，掌握以涡轮转子叶尖间隙测量为代表的非接触、小尺寸结构测量对我公司装配及检测技术水平的提高至关重要。
附图说明
图1为本发明的传感器安装平面示意图。
图2为本发明的传感器安装立体示意图。
图3为本发明实施例中测量结果示意图。
图中：1.叶片，2.传感器，3.同轴电缆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例：高压涡轮叶尖径向间隙测量系统以静电容非接触传感器为技术基础。为保证发动机零件表面完整性及传感器安装可靠性，采用对金属材料无损伤的PVC基材丙烯酸双面胶将传感器固定在涡轮叶片上，通过在传感器头部侧面增加定位面来保证其前端与叶片端面齐平。高压涡轮机匣内环面和传感器测头前端构成电容的两个极板。该电容值是两个极板几何形状、板间距离以及板间介质的相对介电常数的函数。如不考虑边缘影响，电容值与两极板之间的距离关系可如下表示：
C＝εε0A/d，其中：
C：电容值；
ε：极板间介质相对介电常数；
ε0：真空介电常数；
A：极板面积；
d：极板间隔。
测量过程中，极板面积和相对介电常数为常量，由此可以确定电容值C与极板间隔d的函数关系。
如图1、图2所示，本发明一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，包括如下步骤：
(1)测量前校准传感器2和千分尺，并在计算机中输入拟定校准时的曲线；
(2)安装传感器2：将安装完高压涡轮机匣的发动机置于垂直状态，先把传感器2按照安装面所限定位置通过PVC基材丙烯酸双面胶固定在高压涡轮转子任一叶片1上，保证传感器2感应端与叶尖齐平，使得传感器2感应端面与高压涡轮机匣内环面间形成待测空间H；再将连接传感器的同轴电缆3用丙烯酸双面胶沿圆周位置均匀固定在涡轮转子上；将同轴电缆沿发动机旋转方向缠绕至少1圈；
(3)将角度旋转编码器固定在发动机装配台的手动转轴上，以此信号记录角度位置为起点位置；
(4)设定旋转编码器与发动机转台间的角度比i,通过计算机采集的信号及手动转轴旋转发动机转子，观察并记录当前角度位置的叶尖间隙值，直至传感器2旋转至初始位置，完成一次机匣内环面全周测量。叶尖间隙测量参数通过数据采集系统存入计算机，以便于数据显示及分析。图3所示为涡轮内环面叶尖间隙测量结果示意图。
所述测量前校准传感器2和千分尺：是将非接触式静电容传感器2与信号调理模块通过同轴电缆3连接，信号调理模块将电容信号转换为电压信号；将传感器2测头前端与校准千分尺测量端面接触，计录千分尺零点位置及输出电压值作为基准点。
所述拟定校准时曲线：调整传感器2前端与千分尺端面之间的距离，从0mm逐步增加到3mm；以基准点数据为基础建立距离与输出电压之间的拟合函数对应关系，将该函数对应关系作为数据处理依据输入数据采集计算机；如图3所示。
所述传感器2通过PVC基材丙烯酸双面胶固定在叶片1上。
所述同轴电缆3通过丙烯酸双面胶固定在涡轮转子上。
所述待测空间H的范围为：0＜H≤3mm。
Claims (6)
1.一种非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)测量前校准传感器和千分尺，并在计算机中输入拟定校准时的曲线；
(2)安装传感器：将安装完高压涡轮机匣的发动机置于垂直状态，先把传感器按照安装面所限定位置固定在高压涡轮转子任一叶片上，保证传感器感应端与叶尖齐平，使得传感器感应端面与高压涡轮机匣内环面间形成待测空间H；再将连接传感器的同轴电缆均匀固定在涡轮转子上；将同轴电缆沿发动机旋转方向缠绕至少1圈；
(3)将角度旋转编码器固定在发动机装配台的手动转轴上，以此信号记录角度位置为起点位置；
(4)设定旋转编码器与发动机转台间的角度比i,通过计算机采集的信号及手动转轴旋转发动机转子，观察并记录当前角度位置的叶尖间隙值，直至传感器旋转至初始位置，完成一次机匣内环面全周测量。
2.根据权利要求1所述非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，其特征在于：所述测量前校准传感器和千分尺：是将非接触式静电容传感器与信号调理模块通过同轴电缆连接，信号调理模块将电容信号转换为电压信号；将传感器测头前端与校准千分尺测量端面接触，计录千分尺零点位置及输出电压值作为基准点。
3.根据权利要求1所述非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，其特征在于：所述拟定校准时曲线：调整传感器前端与千分尺端面之间的距离，从0mm逐步增加到3mm；以基准点数据为基础建立距离与输出电压之间的拟合函数对应关系，将该函数对应关系作为数据处理依据输入数据采集计算机。
4.根据权利要求1所述非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，其特征在于：所述传感器通过PVC基材丙烯酸双面胶固定在叶片上。
5.根据权利要求1所述非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，其特征在于：所述同轴电缆通过丙烯酸双面胶固定在涡轮转子上。
6.根据权利要求1所述非接触式发动机涡轮叶尖径向间隙测量方法，其特征在于：所述待测空间H的范围为：0＜H≤3mm。
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