CN111238355A - 一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机高压涡轮转子轴向位移测量技术领域，具体涉及一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，包括：校准步骤：校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；测量步骤：确定发动机中高压涡轮转子叶尖间隙，在该高压涡轮转子叶尖间隙下，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，进而通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

Description

一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法

技术领域

本申请属于发动机高压涡轮转子轴向位移测量技术领域，具体涉及一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法。

背景技术

发动机工作过程中，高压涡轮转子不平衡、转静件碰磨、转子热弯曲、转子突加不平衡、转子裂纹、转子两向刚性差别过大、转子失稳、转子支承不同心、转子支承结构间隙松动等都会带来转子轴向位移，进而引起转子的振动，带来巨大的安全隐患，准确得到高压涡轮转子轴向位移随发动机工作状态的变化规律，可为研究高压涡轮转子性能、优化结构设计以及验证设计参数提供基础数据依据。

目前，发动机间隙测量研究都主要放在叶尖径向间隙上，对于轴向间隙测量的关注度并不高，对于转子轴向位移的测量多是在部件试验器配备轴向位移测试系统，利用电涡流传感器的工作原理，通过测量排气道轴承盘位移，间接测量试验件转子且需要专门的安装结构，不适用于高压涡轮转子轴向位移测量，此外，当前还存在一些处于理论研究阶段的关于电磁轴承转子轴向位移测量、电涡流法测量涡旋压缩机轴向位移的研究，这些研究的研究对象并不是真正的发动机，其方法亦不适用于发动机高压涡轮转子轴向位移的测量。

鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。

需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本申请的目的是提供一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。

本申请的技术方案是：

一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，包括：

校准步骤：校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；

测量步骤：确定发动机中高压涡轮转子叶尖间隙，在该高压涡轮转子叶尖间隙下，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，进而通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

根据本申请的至少一个实施例，高压涡轮转子叶尖间隙为高压涡轮转子叶尖与电容传感器电极端之间的距离。

根据本申请的至少一个实施例，高压涡轮转子叶尖形貌为高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

根据本申请的至少一个实施例，高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离由高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端产生的两个峰值电压计算得到。

根据本申请的至少一个实施例，校准步骤，具体为：

通过校准装置校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；

校准装置包括：

校准平台；

高压涡轮转子，在校准平台上设置，能够相对于校准平台沿轴向移动，且能够绕轴线转动；

电容传感器，在校准平台上设置，其电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离能够调节。

根据本申请的至少一个实施例，校准装置还包括：

信号处理系统，与电容传感器连接，基于电容传感器的峰值电压信号计算得到高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

根据本申请的至少一个实施例，校准装置还包括：

光栅尺，用以测量高压涡轮转子相对于校准平台沿轴向移动的距离。

根据本申请的至少一个实施例，测量步骤具体为：

在发动机机匣上设置电容传感器；

确定高压涡轮转子叶尖与电容传感器电极端之间的距离；

启动发动机，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

根据本申请的至少一个实施例，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，具体为：

使信号处理系统与发动机机匣上设置的电容传感器连接，信号处理系统基于该电容传感器的峰值电压信号计算得到高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

附图说明

图1是本申请实施例提供的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法流程图；

图2是本申请实施例提供的高压涡轮转子叶尖结构的示意图；

图3是本申请实施例提供的高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端时产生电压峰值的示意图；

图4是本申请实施例提供的发动机从启动、慢车到最大状态、慢车直至停车发动机转速及其高压涡轮转子轴向位移的示意图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

下面结合附图1至图4对本申请做进一步详细说明。

一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，包括：

校准步骤：校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；

测量步骤：确定发动机中高压涡轮转子叶尖间隙，在该高压涡轮转子叶尖间隙下，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，进而通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

对于上述实施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员可以理解的是，其以校准的高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系为基准，通过对发动机中高压涡轮转子叶尖形貌的测量，得出高压涡轮转子轴向位移，方便、快捷，具有较高的准确性可为研究高压涡轮转子性能、优化结构设计以及验证设计参数提供基础数据依据。

在一些可选的实施例中，高压涡轮转子叶尖间隙为高压涡轮转子叶尖与电容传感器电极端之间的距离。

对于上述实施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员可以理解的是，电容传感器电极端可构成电容的一个极，高压涡轮叶尖可构成电容的另一电极，电容传感器电极端与高压涡轮叶尖之间产生感应电容，该电容的电容值是电容传感器电极端几何形状、高压涡轮转子叶尖几何形状、电容传感器电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离、电容传感器电极端与高压涡轮转子叶尖之间介质的函数，在电容传感器电极端几何形状、高压涡轮转子叶尖几何形状、电容传感器电极端与高压涡轮转子叶尖之间介质为常数的情况下，则该电容值的大小是电容传感器电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离的函数，亦即该电容值与电容传感器电极端、高压涡轮转子叶尖之间的距离存在对应关系，亦即该电容值与高压涡轮转子叶尖间隙存在对应关系，。

在一些可选的实施例中，高压涡轮转子叶尖形貌为高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

对于上述实施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员可以理解的是，高压涡轮转子叶尖结构特殊为双侧叶尖结构，如图2所示，为三片高压涡轮转子的示意图，其中涂黑部分为叶尖，Y向为高压涡轮转子周向旋转切线方向，X为高压涡轮转子轴向方向，亦即发动机轴向方向，高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离沿轴向发生变化，以压涡轮转子两侧叶尖之间的距离作为高压涡轮转子叶尖形貌，即高压涡轮转子叶尖形貌能够沿轴向发生变化，以此可以高压涡轮转子叶尖形貌的变化表征高压涡轮转子轴向位移的大小。

在一些可选的实施例中，高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离由高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端产生的两个峰值电压计算得到。

对于上述实施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员可以理解的是，当高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端时会产生变化的电容值，变化的电容值经解调后变为电压值，由于高压涡轮转子叶尖结构特殊为双侧叶尖结构，当高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端时，会产生两个电压峰值，如图3所示，通过该两个峰值电压峰值可以计算得到实时的高压涡轮转子叶尖形貌，由于高压涡轮转子叶尖形貌能够沿轴向发生变化，当高压涡轮转子轴向位移发生变化时，由高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端产生的两个峰值电压会计算得到另一个不同的高压涡轮转子叶尖形貌，基于此，在高压涡轮转子叶尖间隙一定的情况下，可通过高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端产生的两个峰值电压计算得到的压涡轮转子叶尖形貌得出高压涡轮转子轴向位移。

在一些可选的实施例中，校准步骤，具体为：

通过校准装置校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；

校准装置包括：

校准平台；

高压涡轮转子，在校准平台上设置，能够相对于校准平台沿轴向移动，以模拟高压涡轮转子在发动机中轴向位移的变化，且能够绕轴线转动，以模拟高压涡轮转子在发动机中的转动；

电容传感器，在校准平台上设置，其电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离能够调节，以能够调节改变电容传感器电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离，即调节改变高压涡轮转子叶尖间隙。

对于上述实施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员可以理解的是，可调节改变电容传感器电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离，以及调节高压涡轮转子相对于校准平台沿轴向移动不同的距离，以能够通过电容传感器测量得到不同高压涡轮转子叶尖间隙下、不同高压涡轮转子轴向位移下的高压涡轮转子叶尖形貌，以此建立校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系，在一个具体的实施例中有以下对应关系：

在一些可选的实施例中，校准装置还包括：

信号处理系统，与电容传感器连接，基于电容传感器的峰值电压信号计算得到高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

在一些可选的实施例中，校准装置还包括：

光栅尺，用以测量高压涡轮转子相对于校准平台沿轴向移动的距离。

在一些可选的实施例中，测量步骤具体为：

在发动机机匣上设置电容传感器；

确定高压涡轮转子叶尖与电容传感器电极端之间的距离；

启动发动机，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

对于上述实施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员可以理解的是，由于电容传感器在发动机机匣上设置，其与高压涡轮转子叶尖之间的距离被固定，发动机启动，其内高压涡轮转子转动，高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端产生的峰值电压，根据产生的峰值电压可计算得到此时高压涡轮转子叶尖形貌，对照高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系即可得到高压涡轮转子轴向位移。

对于上述施例公开的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，领域内技术人员还可以理解的是，电容传感器在发动机匣上设置，位于高压涡轮转子的径向位置，利用高压涡轮转子叶尖形貌随轴向位移变化的实际，通过对高压涡轮转子叶尖形貌的测量得到高压涡轮转子轴向位移，实现于径向方向测量得到高压涡轮转子轴向位移，对该方法可在发动机整机运行条件下实施，发动机整机改装小，简单、方便，易于实施，具有较高的测量准确性，且电容传感器在发动机匣上设置为非接触式测量，测量探头尺寸小，可耐高温。

在一些可选的实施例中，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，具体为：

使信号处理系统与发动机机匣上设置的电容传感器连接，信号处理系统基于该电容传感器的峰值电压信号计算得到高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

在一个具体的实施例中，启动发动机，发动机从启动、慢车到最大状态，中间停留多个状态，最后慢车直至停车，发动机转速及其高压涡轮转子轴向位移图4示，其中，细实线表示发动机转速的变化，粗实线表示压涡轮转子轴向位移的变化，对比可知在发动机升转过程中，高压涡轮转子负载逐渐增加，高压涡轮转子轴向向后移动，位移逐渐增大；发动机降转过程中，高压涡轮转子负载逐渐减小，高压涡轮转子转子轴向向前移动，位移逐渐减小。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，包括：

校准步骤：校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；

测量步骤：确定发动机中高压涡轮转子叶尖间隙，在该高压涡轮转子叶尖间隙下，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，进而通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

2.根据权利要求1所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述高压涡轮转子叶尖间隙为高压涡轮转子叶尖与电容传感器电极端之间的距离。

3.根据权利要求2所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述高压涡轮转子叶尖形貌为高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

4.根据权利要求2所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离由高压涡轮转子叶尖转动扫过电容传感器电极端产生的两个峰值电压计算得到。

5.根据权利要求4所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述校准步骤，具体为：

通过校准装置校准高压涡轮转子叶尖形貌与高压涡轮转子叶尖间隙、高压涡轮转子轴向位移的对应关系；

所述校准装置包括：

校准平台；

高压涡轮转子，在所述校准平台上设置，能够相对于校准平台沿轴向移动，且能够绕轴线转动；

电容传感器，在校准平台上设置，其电极端与高压涡轮转子叶尖之间的距离能够调节。

6.根据权利要求5所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述校准装置还包括：

信号处理系统，与电容传感器连接，基于电容传感器的峰值电压信号计算得到高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

7.根据权利要求5所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述校准装置还包括：

光栅尺，用以测量高压涡轮转子相对于校准平台沿轴向移动的距离。

8.根据权利要求6所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述测量步骤具体为：

在发动机机匣上设置电容传感器；

确定高压涡轮转子叶尖与电容传感器电极端之间的距离；

启动发动机，测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，通过对应关系得到高压涡轮转子轴向位移。

9.根据权利要求8所述的发动机高压涡轮转子轴向位移测量方法，其特征在于，

所述测量得到高压涡轮转子叶尖形貌，具体为：

使信号处理系统与发动机机匣上设置的电容传感器连接，信号处理系统基于该电容传感器的峰值电压信号计算得到高压涡轮转子两侧叶尖之间的距离。

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