RU2648284C2 - Method of measuring radial gap between the ends of impeller blades and gas-turbine engine stator - Google Patents
Method of measuring radial gap between the ends of impeller blades and gas-turbine engine stator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648284C2 RU2648284C2 RU2016132350A RU2016132350A RU2648284C2 RU 2648284 C2 RU2648284 C2 RU 2648284C2 RU 2016132350 A RU2016132350 A RU 2016132350A RU 2016132350 A RU2016132350 A RU 2016132350A RU 2648284 C2 RU2648284 C2 RU 2648284C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- turbine engine
- stator
- measuring circuit
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиального зазора (РЗ) между торцами лопаток рабочего колеса (РК) и статорной оболочкой газотурбинного двигателя (ГТД) преимущественно при доводочных испытаниях в условиях высокой температуры среды в проточной части в процессе вращения РК на тех ступенях, где отсутствует осевое смещение РК или его влияние пренебрежимо мало.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the radial clearance (RP) between the ends of the blades of the impeller (RC) and the stator shell of a gas turbine engine (GTE) mainly during lapping tests under conditions of high ambient temperature in the flow part during rotation of the RC on those steps where there is no axial displacement of the RC or its influence is negligible.
Известна система измерения РЗ в компрессоре ГТД, в которой для уменьшения влияния изменений температуры окружающей среды в зоне размещения датчика реализован способ, предусматривающий размещение в каждой точке измерения двух одновитковых вихретоковых датчиков (ОВТД) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде отрезка проводника, включенных в дифференциальную измерительную цепь. Один из датчиков является рабочим и по изменению его информативного параметра в момент прохождения торца лопатки с номером k зоны чувствительности датчика определяется РЗ. Второй датчик является компенсационным и смещен на минимальное расстояние относительно рабочего датчика в направлении вращения лопаточного колеса так, чтобы в момент нахождения торца одной из лопаток под центром ЧЭ рабочего датчика центр ЧЭ компенсационного датчика находился в центре межлопаточного промежутка. Компенсационный и рабочий датчики имеют одинаковое конструктивное исполнение, что позволяет в дифференциальной измерительной цепи получить снижение воздействия температуры на датчики и в конечном итоге на результат измерения. (Методы и средства измерения многомерных перемещений элементов конструкций силовых установок / Под ред. Секисова Ю.Н., Скобелева О.П. - Самара, Самарский научный центр РАН, 2001, 188 с., стр. 127-130 и 65-72.)There is a known system for measuring the RE in a gas turbine compressor, in which to reduce the influence of changes in the ambient temperature in the sensor location zone, a method is implemented that provides for the placement at each measurement point of two single-turn eddy current sensors (OTD) with sensitive elements (SE) in the form of a conductor section included in differential measuring circuit. One of the sensors is operational and, based on a change in its informative parameter at the moment of passing the end of the blade with the number k of the sensor sensitivity zone, is determined by RE. The second sensor is compensation and is offset by a minimum distance relative to the working sensor in the direction of rotation of the blade wheel so that when the end of one of the blades is under the center of the working sensor’s center, the center of the compensation sensor’s center is in the center of the interscapular gap. Compensation and working sensors have the same design, which allows the differential measuring circuit to reduce the effect of temperature on the sensors and, ultimately, on the measurement result. (Methods and means of measuring multidimensional displacements of structural elements of power plants / Ed. By Sekisov Yu.N., Skobelev O.P. - Samara, Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2001, 188 pp., Pp. 127-130 and 65-72. )
Рассмотренный способ используется и в более современных средствах измерения РЗ. В них измерительная цепь и аналого-цифровой преобразователь объединены в один блок и размещены на предельно малом расстоянии от датчиков (С.Ю. Боровик, М.М. Кутейникова, Б.К. Райков, Ю.Н. Секисов, О.П. Скобелев. Измерение радиальных зазоров между статором турбины и торцами лопаток сложной формы с помощью одновитковых вихретоковых датчиков // Мехатроника, автоматизация, управление, 2013, - №10, с. 38-46).The considered method is also used in more modern means of measuring RE. In them, the measuring circuit and the analog-to-digital converter are combined into one unit and placed at an extremely small distance from the sensors (S.Yu. Borovik, M.M. Kuteinikova, B.K. Raikov, Yu.N. Sekisov, O.P. Skobelev, Measurement of radial clearances between the turbine stator and the ends of complex-shaped blades using single-turn eddy current sensors // Mechatronics, Automation, Control, 2013, No. 10, pp. 38-46).
Недостатками способа являются необходимость установки в каждой точке контроля для измерения радиального зазора двух корпусов датчиков - рабочего и компенсационного, и, как следствие, ослабление прочности статорной оболочки ГТД в точке контроля за счет двух установочных отверстий. В ГТД, предназначенных для авиации, статорная оболочка в связи с необходимостью минимизации веса имеет предельно малую толщину, следовательно, не предусмотренные при проектировании и необходимые лишь при доводочных испытаниях дополнительные отверстия для установки датчиков РЗ ослабляют расчетную прочность статорной оболочки.The disadvantages of the method are the need to install at each control point for measuring the radial clearance of two sensor housings - working and compensation, and, as a result, weakening the strength of the stator shell of the gas turbine engine at the control point due to two mounting holes. In gas turbine engines designed for aviation, the stator shell has an extremely small thickness due to the need to minimize weight, therefore, additional holes for installing RP sensors that are not provided for during design and are only necessary for final testing weaken the design strength of the stator shell.
Целью изобретения является измерение радиальных зазоров в двух точках контроля при сохранении снижения воздействия температуры одновитковых вихретоковых датчиков на результат преобразования, а также сокращение числа датчиков и установочных отверстий в каждой точке контроля.The aim of the invention is the measurement of radial clearances at two control points while maintaining a decrease in the temperature effect of single-coil eddy current sensors on the conversion result, as well as reducing the number of sensors and mounting holes at each control point.
Указанная цель достигается новым размещением ОВТД на статоре ГТД и дополнительными операциями обработки сигналов с измерительной цепи.This goal is achieved by the new placement of the OVTD on the stator of the gas turbine engine and additional processing operations of the signals from the measuring circuit.
Для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса и статором газотурбинного двигателя, первый и второй одновитковые вихретоковые датчики, включенные в дифференциальную измерительную цепь, размещают раздельно в двух точках контроля над лопаточным венцом рабочего колеса на статорной оболочке газотурбинного двигателя со сдвигом в угловом направлении, благодаря чему датчики выполняют рабочие и компенсационные функции поочередно; фиксируют экстремальные значения выходного напряжения измерительной цепи при прохождении центров чувствительных элементов первого и второго датчиков торцом контролируемой лопатки; радиальный зазор между статором и торцом контролируемой лопатки вычисляют в точках контроля по зафиксированным экстремальным значениям напряжения измерительной цепи и заранее снятым градировочным характеристикам.To measure the radial clearances between the ends of the impeller blades and the stator of a gas turbine engine, the first and second single-turn eddy current sensors included in the differential measuring circuit are placed separately at two points of control over the impeller blade on the stator shell of the gas turbine engine with a shift in the angular direction, thanks to why the sensors perform work and compensation functions in turn; they fix extreme values of the output voltage of the measuring circuit when passing through the centers of the sensitive elements of the first and second sensors with the end face of the controlled blade; the radial clearance between the stator and the end face of the controlled blade is calculated at the control points according to the fixed extreme values of the voltage of the measuring circuit and the previously taken calibration characteristics.
Измерение радиальных зазоров проводится в двух точках контроля с минимальным числом датчиков и установочных отверстий в статоре двигателя при сохранении снижения влияния температуры на процесс преобразования, свойственного дифференциальной измерительной цепи, а по результатам измерения судят об изменении положения статорной оболочки относительно рабочего колеса.Radial clearances are measured at two monitoring points with a minimum number of sensors and mounting holes in the motor stator, while maintaining a decrease in the temperature effect on the conversion process inherent to the differential measuring circuit, and the change in the position of the stator shell relative to the impeller is judged by the measurement results.
Для измерения используют два одновитковых вихретоковых датчика с чувствительными элементами в виде отрезка проводника Д1 и Д2, включенные в дифференциальную измерительную цепь, которые размещают раздельно в двух точках контроля над лопаточным венцом контролируемого рабочего колеса. Угловое положение по окружности статора β1 первого датчика Д1 принимается за начальное (β1 равно 0).For measurement, two single-turn eddy current sensors with sensitive elements in the form of a conductor section D 1 and D 2 are used , which are included in the differential measuring circuit, which are placed separately at two points of control over the blade rim of the controlled impeller. The angular position around the circumference of the stator β 1 of the first sensor D 1 is taken as the initial (β 1 is 0).
Второй датчик Д2 устанавливают относительно первого Д1 со смещением в направлении вращения лопаточного колеса на заданный угол β (фиг. 1), отвечающий условиюThe second sensor D 2 is installed relative to the first D 1 with an offset in the direction of rotation of the blade wheel by a given angle β (Fig. 1), which meets the condition
β=Δβ(Р+0,5),β = Δβ (P + 0.5),
где Δβ - угловой шаг лопаток на контролируемом колесе;where Δβ is the angular pitch of the blades on the controlled wheel;
Р - заданное число шагов, на которое смещается Д2 относительно Д1.P is the given number of steps by which D 2 is shifted relative to D 1 .
Процесс преобразования выполняется во время перемещения лопаток Л относительно одновитковых вихретоковых датчиков при вращении колеса и включает подачу последовательности одиночных импульсов питания амплитудой Е (фиг. 2 эпюры 1, 2, 3) на измерительную цепь, формирование выходного сигнала U измерительной цепи в ответ на каждый импульс питанияThe conversion process is performed during the movement of the blades L relative to the single-turn eddy current sensors during rotation of the wheel and includes the supply of a sequence of single power pulses of amplitude E (Fig. 2 diagrams 1, 2, 3) to the measuring circuit, generating an output signal U of the measuring circuit in response to each pulse power supply
где L1 - величина индуктивности первого датчика;where L 1 is the inductance of the first sensor;
L2 - величина индуктивности второго датчика.L 2 is the inductance of the second sensor.
В общем случае индуктивность любого из датчиков определится выражениемIn the general case, the inductance of any of the sensors is determined by the expression
L=L0-ΔLk+ΔLT,L = L 0 -ΔL k + ΔL T ,
где L0 - индуктивность датчика при отсутствии лопатки под датчиком (ЧЭ находится в межлопаточном промежутке);where L 0 is the inductance of the sensor in the absence of a blade under the sensor (SE is in the interscapular gap);
ΔLk - величина изменения индуктивности датчика от влияния зазора между торцом контролируемой лопатки Лk с номером k и чувствительным элементом;ΔL k is the magnitude of the change in the inductance of the sensor from the influence of the gap between the end face of the controlled blade L k with number k and the sensitive element;
ΔLT - величина изменения индуктивности датчика от изменения температуры.ΔL T is the magnitude of the change in the inductance of the sensor from temperature changes.
Индуктивность одновиткового вихретокового датчика уменьшается по мере прохождения торцом лопатки зоны его чувствительности и в момент нахождения торца лопатки под центром ЧЭ зависимость L(t) имеет экстремум, при этом изменение индуктивности датчика от взаимодействия с лопаткой достигает наибольшей величины ΔLk max.The inductance of a single-turn eddy current sensor decreases as the sensitivity of the blade end passes and, at the moment the blade end is under the center of the SE, the dependence L (t) has an extremum, while the change in the sensor inductance from interaction with the blade reaches the maximum value ΔL k max .
С учетом принятого размещения датчиков, если Лk находится в зоне чувствительности Д1, то ЧЭ датчика Д2 находится между лопатками ЛK-(k+P+1) и ЛK-(k+P) (К - количество лопаток, установленных на рабочем колесе) и, следовательно, Д1 выполняет роль рабочего, а Д2 - компенсационного датчиков. Через половину шага лопатка ЛK-(k+P) войдет в зону чувствительности Д2, а Д1 будет находиться между Лk и Лk+1, при этом Д2 будет выполнять роль рабочего, а Д1 - компенсационного датчиков.Given the accepted placement of the sensors, if L k is in the sensitivity zone D 1 , then the SE of the sensor D 2 is between the blades L K- (k + P + 1) and L K- (k + P) (K is the number of blades installed on the impeller) and, therefore, D 1 plays the role of the worker, and D 2 - compensation sensors. After half a step, the blade L K- (k + P) will enter the sensitivity zone D 2 , and D 1 will be between L k and L k + 1 , while D 2 will act as a working one, and D 1 will act as a compensation sensor.
Последовательность значений выходных сигналов U1 в ответ на импульсы питания Е при прохождении лопаток Лk и Лk+1, показанных на фиг. 2, эпюра 4, находится в положительной области. Выходные сигналы U2, соответствующие прохождению лопаток ЛK-(k+P+1) и ЛK-(k+Р) под датчиком Д2, сдвинуты относительно сигналов U1 на половину шага лопаток и находятся в отрицательной области.The sequence of values of the output signals U 1 in response to the power pulses E during the passage of the blades L k and L k + 1 shown in FIG. 2,
В качестве информационных сигналов с измерительной цепи используются экстремальные значения Uэ(t). В момент прохождения торцом контролируемой лопатки Лk с номером k под центром чувствительного элемента первого датчика индуктивности датчиков будет иметь следующие значения:As information signals from the measuring circuit, extreme values of Ue (t) are used. At the moment of passing the end face of the controlled blade L k with number k under the center of the sensing element of the first sensor inductance sensor, it will have the following values:
где ΔL1kmax - величина изменения индуктивности датчика от влияния зазора между торцом контролируемой лопатки Лk и чувствительным элементом;where ΔL 1kmax is the magnitude of the change in the inductance of the sensor from the influence of the gap between the end face of the controlled blade L k and the sensitive element;
ΔL1T - величина изменения индуктивности первого датчика от изменения температуры;ΔL 1T is the magnitude of the change in the inductance of the first sensor from temperature changes;
ΔL2T - величина изменения индуктивности второго датчика от изменения температуры.ΔL 2T is the magnitude of the change in the inductance of the second sensor from temperature changes.
В момент прохождения торцом контролируемой лопатки Лk под центром ЧЭ второго датчика индуктивности датчиков будет иметь следующие значения:At the moment the end of the controlled blade L k passes under the center of the second probe of the sensor inductance, it will have the following values:
В связи с идентичностью ОВТД, а также одинаковой температурой в зоне лопаточного венца при вращении колеса, можно принятьIn connection with the identity of the OVTD, as well as the same temperature in the area of the blade of the crown during rotation of the wheel, we can accept
В результате экстремальные значения сигналов с измерительной цепи при прохождении лопатки с номером k центров чувствительных элементов Д1 и Д2 определятся следующими выражениями:As a result, the extreme values of the signals from the measuring circuit during the passage of the blade with the number k of the centers of the sensitive elements D 1 and D 2 are determined by the following expressions:
По величине Uэ1k, Uэ2k и имеющемуся заранее снятому семейству градуировочных характеристик как функции двух переменныхBy the value of Ue 1k , Ue 2k and the previously available family of calibration characteristics as a function of two variables
y1=ƒ1(UЭ1k, UЭ2k)y 1 = ƒ 1 (U Э1k , U Э2k )
y2=ƒ2(UЭ1k, UЭ2k)y 2 = ƒ 2 (U Э1k , U Э2k )
вычисляются радиальные зазоры y1 и y2 между внутренней поверхностью статора и торцом контролируемой лопатки k в точках установки датчиков Д1 и Д2.the radial gaps y 1 and y 2 between the inner surface of the stator and the end face of the controlled blade k are calculated at the points of installation of the sensors D 1 and D 2 .
Таким образом, достигнуто измерение зазоров в двух точках контроля с минимальным числом одновитковых вихретоковых датчиков и, соответственно, установочных отверстий в статоре ГТД при сохранении снижения влияния температуры, свойственного дифференциальной измерительной цепи. Так как ΔLT много меньше L0, то оставшаяся в знаменателе составляющая ΔLT оказывает незначительное влияние на выходной сигнал, которое устраняется градуировкой датчиков с учетом температуры.Thus, the measurement of gaps at two control points with a minimum number of single-turn eddy current sensors and, correspondingly, mounting holes in the gas turbine stator was achieved while maintaining a decrease in the temperature effect inherent in the differential measuring circuit. Since ΔL T is much less than L 0 , the component ΔL T remaining in the denominator has a negligible effect on the output signal, which is eliminated by calibrating the sensors taking into account the temperature.
Кроме того, возможность измерять РЗ в двух точках без увеличения технических средств прототипа позволяет расширить число контролируемых параметров при испытаниях ГТД. В частности, при установке датчиков по двум координатным осям (β приблизительно равен 90 градусов), по величине радиальных зазоров y1k и y2k для лопатки с номером k на различных режимах работы двигателя можно оценить не совпадение осей ротора и статора, прецессию ротора, определить вектор биения ротора и др.In addition, the ability to measure RE at two points without increasing the technical means of the prototype allows you to expand the number of controlled parameters during testing of gas turbine engines. In particular, when installing sensors along two coordinate axes (β is approximately equal to 90 degrees), from the value of the radial clearances y 1k and y 2k for a blade with number k at different engine operating modes, it is possible to evaluate the discrepancy between the rotor and stator axes, the rotor precession, determine rotor runout vector, etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016132350A RU2648284C2 (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Method of measuring radial gap between the ends of impeller blades and gas-turbine engine stator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016132350A RU2648284C2 (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Method of measuring radial gap between the ends of impeller blades and gas-turbine engine stator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016132350A RU2016132350A (en) | 2018-02-08 |
RU2648284C2 true RU2648284C2 (en) | 2018-03-23 |
Family
ID=61174208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016132350A RU2648284C2 (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Method of measuring radial gap between the ends of impeller blades and gas-turbine engine stator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2648284C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113566666B (en) * | 2020-04-28 | 2023-01-24 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | Low-pressure turbine rotation and stator axial distance measuring method |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4518917A (en) * | 1982-08-31 | 1985-05-21 | Westinghouse Electric Corp. | Plural sensor apparatus for monitoring turbine blading with undesired component elimination |
SU1663404A1 (en) * | 1989-04-25 | 1991-07-15 | Предприятие П/Я Р-6639 | Method of controlling radial clearences when assembling turbines |
SU1779908A1 (en) * | 1990-01-30 | 1992-12-07 | Samarskij Motornyj Z | Method for measuring radial clearances in turbine-driven machines |
RU2166100C2 (en) * | 1996-01-15 | 2001-04-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Device for check of radial clearance of turbine |
RU2231750C2 (en) * | 2001-10-18 | 2004-06-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Method of and device for measuring parameters of movement of turbomachinerotor blade and faces |
RU2390723C1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-05-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Procedure for measurement of coordinate constituents of offset of ends of turbo-machines rotor blades |
-
2016
- 2016-08-04 RU RU2016132350A patent/RU2648284C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4518917A (en) * | 1982-08-31 | 1985-05-21 | Westinghouse Electric Corp. | Plural sensor apparatus for monitoring turbine blading with undesired component elimination |
SU1663404A1 (en) * | 1989-04-25 | 1991-07-15 | Предприятие П/Я Р-6639 | Method of controlling radial clearences when assembling turbines |
SU1779908A1 (en) * | 1990-01-30 | 1992-12-07 | Samarskij Motornyj Z | Method for measuring radial clearances in turbine-driven machines |
RU2166100C2 (en) * | 1996-01-15 | 2001-04-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Device for check of radial clearance of turbine |
RU2231750C2 (en) * | 2001-10-18 | 2004-06-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Method of and device for measuring parameters of movement of turbomachinerotor blade and faces |
RU2390723C1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-05-27 | Институт проблем управления сложными системами РАН | Procedure for measurement of coordinate constituents of offset of ends of turbo-machines rotor blades |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016132350A (en) | 2018-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8225671B2 (en) | Apparatus and method for non-contacting blade oscillation measurement | |
US7722310B2 (en) | System and method for measuring clearance between two objects | |
US7215129B1 (en) | Multi tip clearance measurement system and method of operation | |
KR101766919B1 (en) | Lateral, angular and torsional vibration monitoring of rotordynamic systems | |
US8606541B2 (en) | Combined amplitude and frequency measurements for non-contacting turbomachinery blade vibration | |
US4518917A (en) | Plural sensor apparatus for monitoring turbine blading with undesired component elimination | |
JP5293406B2 (en) | Noncontact blade vibration measurement method for rotor blades | |
US4644270A (en) | Apparatus for monitoring housed turbine blading to obtain blading-to-housing distance | |
US7392713B2 (en) | Monitoring system for turbomachinery | |
Russhard | Blade tip timing (BTT) uncertainties | |
JPH04232823A (en) | Method and apparatus for measuring shaft output torque | |
CN107076640B (en) | Method and device for monitoring an aircraft engine impeller by means of a measurement of the equilibrium position | |
US20070063697A1 (en) | System and method for temperature independent measurement of standoff distance using an eddy current sensor | |
Joung et al. | Analysis of vibration of the turbine blades using non-intrusive stress measurement system | |
RU2648284C2 (en) | Method of measuring radial gap between the ends of impeller blades and gas-turbine engine stator | |
JP6728232B2 (en) | Deformation measurement torque meter | |
WO2019175771A1 (en) | Measurement of axial displacement of a rotating shaft | |
RU2587644C1 (en) | Method of measuring radial clearances between ends of impeller blades and stator shell of turbo-machine | |
JP7269770B2 (en) | Vibration measuring device for rotating machine and vibration measuring method | |
Heath | A new technique for identifying synchronous resonances using tip-timing | |
KR20120084747A (en) | Method for determining bearing play of exhaust-gas-turbocharger friction bearings | |
Ainsworth et al. | The use of semi-conductor sensors for blade surface pressure measurement in a model turbine stage | |
Chana et al. | The development of a hot section eddy current sensor for turbine tip clearance measurement | |
Storm et al. | Analysis of cylinder pressure measurement accuracy for internal combustion engine control | |
Tamura et al. | Non-contact vibration measurement of the rotor blades that play a pivotal role in the reliability of gas turbines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200805 |