СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля радиальных зазоров между торцами лопастей и оболочкой винтовентилятора, а также углового положения лопастей в процессе работы винтовентилятора при испытаниях и эксплуатации.

Известен способ измерения зазоров между статором и торцами лопаток ротора, основанный на возбуждении переменным магнитным полем вихретокового преобразователя (ВТП) в зоне измерения зазора и фиксации максимальных значений измеряемых сигналов в момент прохождения лопатками центра ВТП, реализованный в устройстве [авт. св. СССР N 1201672, МПК G 01 В 7/08,1984].

Недостатком известного способа является низкая информативность вследствие невозможности определения угловых положений лопаток.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения угловых положений лопаток с помощью трех датчиков (двух периферийных датчиков и корневого датчика) /Заблоцкий И.Е., Коростелев Ю.А., Шипов Р. А. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин. М.: Машиностроение, 1977.-160с., стр.41/. В известном способе одновременно измеряют временные интервалы между парами импульсов, полученных от корневого датчика и первого периферийного датчика и от корневого и второго периферийного датчика, по которым определяют перемещения у₁ передней и у₂ задней кромок лопаток, угол установки ϕ определяют из чертежа, а угол поворота профиля χ определяют из выражения

а положение узла деформации g относительно датчика

где h - осевое расстояние между датчиками.

Недостатком известного способа является необходимость использования большого количества датчиков и необходимость в информации об угле установки профиля лопатки.

Поставлена задача уменьшения количества датчиков, необходимых для определения угловых положений лопаток турбомашин.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения угловых положений лопаток турбомашин, заключающемся в том, что согласно изобретению предварительно определяют зависимость длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, от углового положения α лопатки, по полученной зависимости строят обратную зависимость α=f(S), в процессе работы турбомашины возбуждают переменным магнитным полем ВТП в зоне измерения зазора и фиксируют значения измеряемых сигналов при прохождении лопатками чувствительной зоны ВТП, измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, и линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки, вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем умножения длительности t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, на линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки, по которой используя, полученную ранее зависимость α = f(S), определяют угловое положение лопатки.

Для лопатки с прямоугольным профилем периферийного сечения в качестве зависимости углового положения лопатки α от длины пути S, при котором лопатка (ее периферийное сечение) взаимодействует с ВТП, можно использовать выражение:

Угловые положения лопаток можно определять также с помощью одного периферийного датчика (ВТП), на основе измерения скважности импульсов с ВТП без измерения линейной скорости V движения периферийного сечения лопатки. Для этого в процессе работы турбомашины измеряют период Т следования импульсов, измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП. Вычисляют скважность как отношение периода Т следования импульсов к длительности t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП. Вычисляют длину пути S, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем деления величины шага между лопатками на скважность импульсов Q. Подставляют полученное значение длины пути S, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, в полученную ранее зависимость α = f(S) и определяют угловое положение лопатки.

Для уменьшения погрешности определения углового положения лопаток при стационарном режиме работы турбомашины предлагается скважность вычислять как отношение среднеарифметической величины периодов Т следования импульсов к среднеарифметической величине длительности t_и импульсов, в течение которых лопатка взаимодействует с ВТП, получаемых за несколько предыдущих временных интервалов прохождения лопаток перед ВТП или оборотов ротора турбомашины.

Сущность изобретения поясняется схемой, представленной на чертеже, поясняющем сущность способа определения углового положения лопаток, имеющих прямоугольную форму периферийного сечения, где обозначены: 1 - лопатка с угловым положением α в момент начала взаимодействия с ВТП, 2 - лопатка с угловым положением α в момент окончания взаимодействия с ВТП, 3 - чувствительный элемент (ЧЭ) ВТП, V - вектор линейной скорости движения периферийного сечения лопатки, S - длина пути прохождения периферийного сечения лопатки, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, С - ширина следа периферийного сечения лопатки.

Измерение углового положения лопаток предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Получают зависимость S(α) длины S пути взаимодействия периферийного сечения лопатки с ВТП от ее углового положения α. Эту зависимость получают или теоретически или экспериментально. Например, для лопатки с прямоугольным профилем периферийного сечения зависимость длины S пути взаимодействия периферийного сечения от ее углового положения в первом приближении можно определить из выражения:
S(α) = (d+h)•secα, (1)
где d - диаметр ВТП, h - толщина лопатки.

По полученной зависимости S(α) строят обратную ей зависимость α(S). Например, для лопатки с прямоугольным профилем периферийного сечения из зависимости (1) получают зависимость:

Экспериментально зависимость α(S) можно получить следующим образом: устанавливают лопатку под заданным углом к направлению перемещения, перемещают лопатку, наблюдают за сигналами взаимодействия лопатки с ВТП, отмечают положение лопатки, при котором она начинает взаимодействовать с ВТП, отмечают положение лопатки, при котором ее взаимодействие с ВТП прекращается, измеряют расстояние L между положениями начала и окончания взаимодействия лопатки с ВТП, вычисляют длину S пути прохождения периферийного сечения лопатки между положениями начала и окончания ее взаимодействия с ВТП с учетом траектории ее движения (например, при движении периферийного сечения лопатки в лопаточном венце по окружности длину S пути вычисляют по формуле:

где R - радиальное расстояние периферийного сечения лопатки от оси вращения ротора), совокупность других пар значений углового положения α лопатки и длины S пути взаимодействия с ВТП определяют аналогичным образом, задаваясь другими возможными значениями углового положения лопатки, по полученным данным строят зависимость α(S).

Устанавливают ВТП на корпусе турбомашины. В процессе работы турбомашины в зоне измерения зазора возбуждают переменным магнитным полем ВТП и фиксируют значения измеряемых сигналов с ВТП при прохождении лопатками чувствительной зоны ВТП. При прохождении лопатки чувствительной зоны ВТП измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП. Измеряют линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки. Измерение линейной скорости движения периферийного сечения лопатки может быть выполнено различными способами, например, с помощью тахогенератора измеряют частоту вращения ω ротора и по известной величине радиального расстояния R периферийного сечения от оси вращения ротора определяют линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки как произведение частоты вращения ω ротора на радиальное расстояние R. Вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем умножения длительности импульса t_и на линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки. Подставляют полученное значение длины S пути, при котором периферийное сечение лопатки взаимодействует с ВТП, в полученную ранее зависимость α = f(S) и определяют угловое положение лопатки. Например, для лопатки с прямоугольным профилем периферийного сечения подставляют полученное значение длины S пути взаимодействия периферийного сечения лопатки с ВТП в зависимость (2).

Диапазон измеряемых углов зависит от положения ВТП относительно центра вращения периферийного сечения лопатки и определяется условием прохождения следа периферийного сечения лопатки в зоне чувствительности ВТП.

Угловые положения лопаток можно определять также с помощью одного периферийного датчика (ВТП) на основе измерения скважности импульсов с ВТП без измерения линейной скорости V движения периферийного сечения лопатки. Для этого в процессе работы турбомашины измеряют период Т следования импульсов, измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП. Вычисляют скважность как отношение периода Т следования импульсов к длительности t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП.

Длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, можно определить с помощью пропорции: длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, так относится к периоду Т следования импульсов, как длина S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, относится к величине шага между лопатками. Отсюда следует, что длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, можно определить как произведение длительности t_и импульса на величину шага между лопатками, деленное на период Т следования импульсов, т.е. равно отношению величины шага между лопатками к скважности Q импульсов.

Вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем деления величины шага между лопатками на скважность Q импульсов. Подставляют полученное значение длины S пути, при котором периферийное сечение лопатки взаимодействует с ВТП, в полученную ранее зависимость α = f(S), и определяют угловое положение лопатки.

Этот способ позволяет определять угловое положение лопаток, что и представленный выше, но не требует измерения линейной скорости движения периферийного сечения лопатки.

Точность определения углового положения лопаток зависит от точности измерения периода Т следования импульсов и длительности t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, на которые оказывают влияние колебания лопаток турбомашины. Для уменьшения этого влияния при стационарном режиме работы турбомашины предлагается скважность вычислять как отношение среднеарифметической величины периодов Т следования импульсов к среднеарифметической величине длительности t_и импульсов, в течение которых лопатка взаимодействует с ВТП, получаемых за несколько предыдущих временных интервалов прохождения лопаток перед ВТП или оборотов ротора турбомашины.

В предлагаемых способах в качестве источников первичной информации вместо ВТП можно применять и другие типы датчиков, например, оптические, выходной сигнал которых зависит от расстояния его чувствительной зоны до периферийного сечения лопатки.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый способ позволяет получать информацию об угловом положении лопаток, используя только один периферийный датчик и не используя информацию об угле установки.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля радиальных зазоров между торцами лопаток и оболочкой винтовентилятора, а также углового положения лопаток в процессе работы винтовентилятора при испытаниях и эксплуатации. Сущность изобретения: согласно первому варианту предварительно определяют зависимость длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с вихретоковым преобразователем (ВТП), от углового положения α лопатки. По полученной зависимости строят обратную зависимость α = f(S), устанавливают ВТП на корпусе турбомашины. В процессе работы турбомашины в зоне измерения зазора возбуждают переменным магнитным полем ВТП и фиксируют значения измеряемых сигналов при прохождении лопатками чувствительной зоны ВТП. Измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, измеряют линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки. Вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем умножения длительности t_и импульса на линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки, по которой, используя полученную ранее зависимость α = f(S), определяют угловое положение лопатки. Согласно второму варианту предварительно определяют зависимость длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, от углового положения α лопатки. По полученной зависимости строят обратную зависимость α = f(S). В процессе работы турбомашины измеряют период Т следования импульсов, измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП. Вычисляют скважность как отношение периода Т следования импульсов к длительности t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП. Вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем деления величины шага между лопатками на скважность Q импульсов и, подставляя полученное значение длины S пути в полученную ранее зависимость α = f(S), определяют угловое положение лопатки. Технический результат: уменьшение количества датчиков, необходимых для определения угловых положений лопаток. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения угловых положений лопаток турбомашин и/или лопастей винтовентилятора, заключающийся в том, что возбуждают переменным магнитным полем вихретоковый преобразователь (ВТП) в зоне измерения зазора и фиксируют значения измеряемых сигналов при прохождении лопатками чувствительной зоны ВТП, отличающийся тем, что предварительно определяют зависимость длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, от углового положения α лопатки, по полученной зависимости строят обратную зависимость α = f(S), в процессе работы турбомашины измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, и линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки, вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем умножения длительности t_и импульса на линейную скорость V движения периферийного сечения лопатки, по которой, используя полученную ранее зависимость α = f(S), определяют угловое положение лопатки. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для лопаток толщиной h с прямоугольной формой периферийного сечения зависимость углового положения лопатки от длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, имеет вид

где d - диаметр чувствительной зоны ВТП. 3. Способ определения параметров движения лопаток турбомашин и/или лопастей винтовентилятора, заключающийся в том, что возбуждают переменным магнитным полем ВТП в зоне измерения зазора и фиксируют значения измеряемых сигналов при прохождении лопатками чувствительной зоны ВТП, отличающийся тем, что предварительно определяют зависимость длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, от углового положения α лопатки, по полученной зависимости строят обратную зависимость α = f(S), в процессе работы турбомашины измеряют длительность t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, измеряют период T следования импульсов, вычисляют скважность как отношение периода T следования импульсов к длительности t_и импульса, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, вычисляют длину S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, путем деления величины шага между лопатками на скважность Q импульсов и, подставляя полученное значение длины S пути, при котором лопатка взаимодействует с ВТП, в полученную ранее зависимость α = f(S), определяют угловое положение лопатки. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что скважность импульсов определяют как отношение среднеарифметической величины периода T следования импульсов к среднеарифметической величине длительности t_и импульсов, в течение которого лопатка взаимодействует с ВТП, получаемых за несколько предыдущих временных интервалов прохождения лопаток перед ВТП (датчиком) или оборотов ротора турбомашины.