CN109556556A - 一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其包括：在高压涡轮转子单元体状态下，旋转高压涡轮转子单元体获得叶片甩开下的叶片径向长度；根据叶片径向长度制作标准环，通过标准环代替高压涡轮转子并组装标准环和高压涡轮静子，在高压涡轮静子外侧设置长轴测量工装，在长轴测量工装上设有两个测距传感器，一个用于测量标准环的径向长度，另一个用于测量高压涡轮静子的径向长度，通过测量的标准环径向长度和高压涡轮静子径向长度获得高压涡轮转子与高压涡轮静子的叶尖间隙。本申请的方法能够真实反映了冷态装配时高压涡轮转静子叶尖间隙，测量精度和效率搞。

Description

一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法

技术领域

本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法。

背景技术

高压涡轮转静子叶尖间隙包括冷态装配和热态运行间隙两种情况，热态间隙是影响航空发动机涡轮气动性能和整机振动响应的重要因素，而冷态装配间隙则是预判性能，识别振动超限风险的重要依据。现有技术中测量叶尖间隙主要有两种方案，一种是塞尺测量方案，一种是高速叶尖磨床和三坐标测量方案。

对于塞尺测量方案来说，在高压涡轮转静子装配完成后，采用塞尺是否通过的方法分别判断水平和垂直方向两对叶片的叶尖间隙情况。这种方法的技术缺点是测量误差和测量分辨率都比较低。

对于高速叶尖磨床和三坐标测量方案来说，利用高速叶尖磨床测量转子半径，利用三坐标测量静子机匣半径，将转静子半径相减获得间隙情况。然而转子和静子外环半径的测量都是在单元体状态进行，而转静子装配到一起后的叶尖间隙并不是单纯受到转子和静子半径的影响，还受到转静子相对位置的影响，这种测量方案没有考虑到转静子相对偏心状态，测量的间隙并不是最准确的结构状态，而且这种测量方法成本也非常高、效率较低。

发明内容

本申请的目的是提供了一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，以解决上述任一问题。

本申请的技术方案是：一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其包括：在高压涡轮转子单元体状态下，旋转所述高压涡轮转子单元体获得叶片甩开下的叶片径向长度；根据叶片径向长度制作标准环，通过标准环代替高压涡轮转子并组装标准环和高压涡轮静子，在高压涡轮静子外侧设置长轴测量工装，在长轴测量工装上设有第一径向长度测距传感器和第二径向长度测距传感器，第一径向长度测距传感器用于测量标准环的径向长度，第二径向长度测距传感器用于测量高压涡轮静子的径向长度，通过测量的标准环径向长度和高压涡轮静子径向长度获得高压涡轮转子与高压涡轮静子的叶尖间隙。

在本申请中，获得叶片径向长度的方法包括：通过摄像测量系统获得旋转状态的高压涡轮转子的径向长度。

在本申请中，获得叶片径向长度的方法包括：在高压涡轮转子单元体的直径上设置对称的两个测距传感器；通过两测距传感器测量旋转状态下，传感器与叶尖的距离及两测距传感器的距离获得高压涡轮转子的径向长度。

在本申请中，获得的叶片径向长度为：

式中：L为两传感器之间的距离，x1、x2为测距传感器输出的数据，y为纵向测距传感器的输出数据。

在本申请中，获得的高压涡轮转子与高压涡轮静子的叶尖间隙为：

R(θ)＝R0-△L-△1(θ)+△2(θ)

式中：R为待测高压涡轮静子外环的半径，R0为标准圆环的半径，Δ1为第一径向测距传感器的输出，Δ2为第二径向测距传感器的输出为，ΔL为两测距传感器在径向方向上的间距，θ为角度。

相比于现有技术，本申请所提供的冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，实现了装配状态高压涡轮转静子叶尖间隙的精确测量；通过分别测量转子消除叶片活动量时的转子半径，以及转静子相对偏心状态的静子外环半径，真实反映了冷态装配时的高压涡轮转静子叶尖间隙，测量方法快捷准确，保证了测量准确性，提高测量精度和效率、降低测量成本和测量误差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请中叶尖间隙原理说明示意图。

图2为本申请中双传感器补偿法示意图。

图3为本申请中高压涡轮静子外环测量示意图。

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。

如图1所示，以O1为圆心，半径为R1的圆为转子叶片叶尖圆；以O2为圆心，半径为R2的圆为静子外环圆(假设高压涡轮外环下沉量的影响体现在静子外环半径测量数据中)，高压涡轮转静子偏心为Rθ。在不同角度下，叶尖间距不同。

为了解决现有技术中主要的两个问题：1、转子叶片径向和周向活动量如何消除；2、转静子偏心状态的确定，这两个瓶颈严重影响间隙测量方法的实现。

针对上述问题，本申请给出了一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，用以消除上述问题

对于第一个问题，转子叶片径向和周向活动量如何消除；本申请在高压涡轮转子单元体状态下，利用平衡机旋转离心力将高压涡轮叶片甩开，消除转子叶片活动量。之后，利用动态摄影测量系统或者使用双传感器补偿方法，获得测量叶片相对于旋转中心的径向长度。

如图2所示，在转子叶片的直径方向上设置两个测距传感器，转子叶片转动过程中，通过测距传感器可获得每个叶片距相应测距传感器的距离。

由此，叶片半径为

其中：L为两台测距传感器之间的距离，x1为左边测距传感器的输出数据，x2为右边测距传感器的输出数据，y为纵向测距传感器的输出数据(图中未画出，用于两测距传感器不在叶片直径的误差消除)。

对于第二个问题，转静子偏心状态的确定：本申请在机匣装配状态下，分别设计长轴结构的工装，以及固定于长轴工装上的测距传感器和标准环。其中，长轴工装两端分别与发动机的中央传动锥齿轮和后机匣轴承内环配合来确定转静子偏心位置，标准换用于建立静子初始半径，利用已知半径(与上述步骤中获得叶片半径R相同)的标准环和测距传感器对外环实时测量数据，就可以测量计算高压涡轮外环半径和外廓。

如图3所示，在气浮回转平台上，加装中介机匣、高压压气机机匣、燃烧室机匣和低压涡轮机匣，利用三、五支点夹持长轴工装(长轴工装两端的安装位置为转子的安装位置)，并在长轴上安装两套固定距离的测距传感器，其中一套用于测量已知半径的标准环，另外一套用于测量高压涡轮外环，利用已知两套测距传感器的间距修正，来得到外环的半径情况。以回转中心建立直角坐标系，根据测臂的长度和传感器的测量数据计算外廓测点的坐标。

在测量过程中，叶尖间隙R(θ)的值可以表示为：

R(θ)＝R0-△L-△1(θ)+△2(θ)

其中，R为待测高压涡轮静子外环的半径为，R0为标准圆环的半径，Δ1为位移传感器1的输出，Δ2为位移传感器2的输出，而两台传感器在径向方向上的间距为ΔL。

相比于现有技术，本申请所提供的冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，实现了装配状态高压涡轮转静子叶尖间隙的精确测量；通过分别测量转子消除叶片活动量时的转子半径，以及转静子相对偏心状态的静子外环半径，真实反映了冷态装配时的高压涡轮转静子叶尖间隙，测量方法快捷准确，保证了测量准确性，提高测量精度和效率、降低测量成本和测量误差。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其特征在于，包括

在高压涡轮转子单元体状态下，旋转所述高压涡轮转子单元体获得叶片甩开下的叶片径向长度；

根据叶片径向长度制作标准环，通过标准环代替高压涡轮转子并组装标准环和高压涡轮静子，在高压涡轮静子外侧设置长轴测量工装，在长轴测量工装上设有第一径向长度测距传感器和第二径向长度测距传感器，第一径向长度测距传感器用于测量标准环的径向长度，第二径向长度测距传感器用于测量高压涡轮静子的径向长度，通过测量的标准环径向长度和高压涡轮静子径向长度获得高压涡轮转子与高压涡轮静子的叶尖间隙。

2.如权利要求1所述的冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其特征在于，获得叶片径向长度的方法包括：通过摄像测量系统获得旋转状态的高压涡轮转子的径向长度。

3.如权利要求1所述的冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其特征在于，获得叶片径向长度的方法包括：

在高压涡轮转子单元体的直径上设置对称的两个测距传感器；

通过两测距传感器测量旋转状态下，传感器与叶尖的距离及两测距传感器的距离获得高压涡轮转子的径向长度。

4.如权利要求3所述的冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其特征在于，获得的叶片径向长度为：

式中：L为两传感器之间的距离，x1、x2为测距传感器输出的数据，y为纵向测距传感器的输出数据。

5.如权利要求1所述的冷态装配过程中的高压涡轮转静子叶尖间隙测量方法，其特征在于，获得的高压涡轮转子与高压涡轮静子的叶尖间隙为：R(θ)＝R0-△L-△1(θ)+△2(θ)

式中：R为待测高压涡轮静子外环的半径，R0为标准圆环的半径，Δ1为第一径向测距传感器的输出，Δ2为第二径向测距传感器的输出为，ΔL为两测距传感器在径向方向上的间距，θ为角度。