CN114033732A - 一种转子叶片工作时扭转角测量系统 - Google Patents

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CN114033732A
CN114033732A CN202111325569.1A CN202111325569A CN114033732A CN 114033732 A CN114033732 A CN 114033732A CN 202111325569 A CN202111325569 A CN 202111325569A CN 114033732 A CN114033732 A CN 114033732A
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娄金伟
邱大明
秦天龙
刘海
米江
葛向东
安中彦
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AECC Shenyang Engine Research Institute
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AECC Shenyang Engine Research Institute
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring

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Abstract

本申请具体涉及一种转子叶片工作时扭转角测量系统，包括：转速传感器，用以检测转子叶片工作时的转速；前缘位置传感器，用以检测转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻；后缘位置传感器，用以检测转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻；计算机，与转速传感器、传感器、后缘位置传感器连接，基于下式对转子叶片工作时扭转角进行计算：
Figure DDA0003346969680000011
其中，θstag为转子叶片工作时扭转角；a为前缘位置传感器、后缘位置传感器间的轴向距离；b为前缘位置传感器、后缘位置传感器间的周向距离；n为转子叶片工作时的转速；D为转子叶片的径向尺寸；tL为转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻；tL为转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻。

Description

一种转子叶片工作时扭转角测量系统
技术领域
本申请属于转子叶片工作时扭转角确定技术领域，具体涉及一种转子叶片工作时扭转角测量系统。
背景技术
航空发动机中，风扇及其压气机内，转子叶片工作时，承受较大的气动载荷、离心力及其热应力，转子叶片的扭转角相对于自然状态下发生较大变化，转子叶片工作时的扭转角，对压气机的性能具有重要影响。
准确的获取转子叶片工作时的扭转角，可为转子叶片的设计提供支撑，对此，当前多是通过仿真计算的方式得出转子叶片工作时的扭转角，由于理论上的缺陷，以及缺少相应的验证手段，难以确保得到转子叶片工作时扭转角的准确性，极大限制了转子叶片的优化、改进，严重制约着发动机性能的提高。
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转子叶片工作时扭转角测量系统，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：
一种转子叶片工作时扭转角测量系统，包括：
转速传感器，用以检测转子叶片工作时的转速；
前缘位置传感器，用以检测转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻；
后缘位置传感器，用以检测转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻；
计算机，与转速传感器、传感器、后缘位置传感器连接，基于下式对转子叶片工作时扭转角进行计算：
Figure BDA0003346969660000021
其中，
θstag为转子叶片工作时扭转角；
a为前缘位置传感器、后缘位置传感器间的轴向距离；
b为前缘位置传感器、后缘位置传感器间的周向距离；
n为转子叶片工作时的转速；
D为转子叶片的径向尺寸；
tL为转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻；
tL为转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻。
根据本申请的至少一个实施例，上述的转子叶片工作状态扭转角测量系统中，
Figure BDA0003346969660000022
其中，
θstag0为转子叶片未工作时扭转角。
根据本申请的至少一个实施例，上述的转子叶片工作状态扭转角测量系统中，转速传感器用以检测转子叶片工作时转轴的转速，进而得出转子叶片工作时的转速。
根据本申请的至少一个实施例，上述的转子叶片工作状态扭转角测量系统中，前缘位置传感器、后缘位置传感器在转子叶片外机匣上设置。
根据本申请的至少一个实施例，上述的转子叶片工作状态扭转角测量系统中，前缘位置传感器、后缘位置传感器光纤传感器。
本申请至少具有以下有益技术效果：
提供一种转子叶片工作时扭转角测量系统，能够以非接触的方式测量得到转子叶片工作时的扭转角，具有较高的准确性，可为转子叶片的设计提供支撑，指导转子叶片的优化、改进，促进发动机性能的提高。
附图说明
图1是本申请实施例提供的转子叶片工作时扭转角测量系统的示意图；
图2是本申请实施例提供的前缘位置传感器、后缘位置传感器在转子叶片外机匣上设置的示意图；
图3是本申请实施例提供的检测得到转子叶片工作时转轴脉冲信号的时刻序列、各个转子叶片叶尖前缘的脉冲信号的时刻序列、叶尖后缘的脉冲信号的时刻序列示意图；
其中：
1-转速传感器；2-前缘位置传感器；3-后缘位置传感器；4-计算机。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
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在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3对本申请做进一步详细说明。
在一个实施例中，以转速传感器1对转子叶片工作时转轴的转速进行检测，可在转轴上设置键位，当键位扫过转速传感器1时检测得到一个脉冲信号，转轴每转动一周检测得到一个脉冲信号，可检测得到该脉冲信号的时刻序列{ti}，其中，小下标i代表圈数，计算机4可据此计算得到转子叶片工作时在第i圈的转速
Figure BDA0003346969660000041
以设置在转子叶片外机匣上的前缘位置传感器2，对各个转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻进行检测，各个转子叶片叶尖的前缘扫过前缘位置传感器2时，检测得到一个脉冲信号，可检测得到该脉冲信号的时刻序列{tiLJ}，其中，小下标J代表转子叶片号，可通过与转速传感器1检测转子叶片工作时转轴转速的脉冲信号对比得到；
以设置在转子叶片为机匣上的后缘位置传感器3，对各个转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻进行检测，各个转子叶片叶尖的后缘扫过后缘位置传感器3时，会检测得到一个脉冲信号，可检测得到该脉冲信号的时刻序列{tiEJ}；
检测得到转子叶片工作时转轴脉冲信号的时刻序列{ti}、各个转子叶片叶尖前缘的脉冲信号的时刻序列{tiLJ}、叶尖后缘的脉冲信号的时刻序列{tiEJ}，如图3所示；
在前缘位置传感器2、后缘位置传感器3间的轴向距离为a，前缘位置传感器2、后缘位置传感器3间的周向距离b的情形下：
第i圈时第J个转子叶片工作时扭转角可表示为：
Figure BDA0003346969660000051
其中，D为转子叶片的径向尺寸，具体可参见图2；
计算机4可通过下式可通过对第i圈时第J个转子叶片工作时扭转角进行计算：
Figure BDA0003346969660000052
在一些可选的实施例中，可设计
Figure BDA0003346969660000053
其中，θstag0为各个转子叶片未工作时扭转角，即是各个转子叶片在自然状态的扭转角，按照
Figure BDA0003346969660000054
对前缘位置传感器2、后缘位置传感器3在机匣上的位置进行布置，在该种情形下，若假设各个转子叶片工作时不发生扭转，各个转子叶片叶尖的前缘、后缘会同时到达前缘位置传感器2、后缘位置传感器3，检测得到的时刻{tiLJ}、{tiEJ}为相同的时刻序列。
此外，前缘位置传感器2、后缘位置传感器3可采用电涡流传感器、电容传感器、光纤传感器，其中，光纤传感器具有频响高、信噪比高、尺寸小等优点，在条件允许的条件下可优先采用。
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 (5)

1.一种转子叶片工作时扭转角测量系统，其特征在于，包括：
转速传感器(1)，用以检测转子叶片工作时的转速；
前缘位置传感器(2)，用以检测转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻；
后缘位置传感器(3)，用以检测转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻；
计算机(4)，与所述转速传感器(1)、所述传感器(2)、所述后缘位置传感器(3)连接，基于下式对转子叶片工作时扭转角进行计算：
Figure FDA0003346969650000011
其中，
θstag为转子叶片工作时扭转角；
a为所述前缘位置传感器(2)、所述后缘位置传感器(3)间的轴向距离；
b为所述前缘位置传感器(2)、所述后缘位置传感器(3)间的周向距离；
n为转子叶片工作时的转速；
D为转子叶片的径向尺寸；
tL为转子叶片工作时叶尖前缘的到达时刻；
tL为转子叶片工作时叶尖后缘的到达时刻。
2.根据权利要求1所述的转子叶片工作状态扭转角测量系统，其特征在于，
Figure FDA0003346969650000012
其中，
θstag0为转子叶片未工作时扭转角。
3.根据权利要求1所述的转子叶片工作状态扭转角测量系统，其特征在于，
所述转速传感器(1)用以检测转子叶片工作时转轴的转速，进而得出转子叶片工作时的转速。
4.根据权利要求1所述的转子叶片工作状态扭转角测量系统，其特征在于，
所述前缘位置传感器(2)、所述后缘位置传感器(3)在转子叶片外机匣上设置。
5.根据权利要求1所述的转子叶片工作状态扭转角测量系统，其特征在于，
所述前缘位置传感器(2)、所述后缘位置传感器(3)光纤传感器。
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