СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ НОМЕРОВ ЛОПАТОК РАБОЧЕГО КОЛЕСА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ МЕЖДУ ТОРЦАМИ ЛОПАТОК И СТАТОРНОЙ ОБОЛОЧКОЙ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК G01B7/14 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров в турбомашинах.

Известен способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины, заключающийся в том, что производят раздельное определение смещений торцов лопаток в радиальном и осевом направлениях с помощью одновитковых вихретоковых преобразователей, используя последовательность импульсов опроса, синхронизированную с вращением ротора турбомашины по сигналу с датчика синхронизации [Патент РФ №2454626, МПК G01B 7/14, 27.06.2012, Бюл. №18].

Недостатком способа является наличие датчика синхронизации, установку которого сложно и трудоемко реализовать в составе турбомашины.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие синхронизированный с ее вращением вихретоковый преобразователь, который возбуждают последовательностями из групп импульсов, выбираемых по числу лопаток колеса, и по его выходным сигналам оценивают радиальные зазоры [А.с. №1779908, МПК G01B 7/08, 07.12.92, Бюл. №45].

Недостатком способа является аппаратурная избыточность при его реализации, обусловленная применением датчика синхронизации, одной из основных функций которого является идентификация номеров лопаток при испытаниях.

Целью изобретения является устранение аппаратурной избыточности путем удаления датчика синхронизации и замены его функций операциями обработки измерительной информации.

Указанная цель достигается тем, что в способ измерения радиальных зазоров в турбомашинах, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, добавлены дополнительные операции, обеспечивающие измерение радиальных зазоров и идентификацию номеров лопаток при испытаниях турбомашины без применения датчика синхронизации.

Ниже показаны дополнительные операции, проводимые на неработающей турбомашине и являющиеся подготовительными для использования способа, и затем операции для реализации способа в процессе работы турбомашины.

На неработающей турбомашине задают исходную нумерацию лопаток с учетом последовательности их размещения на колесе и формируют массив радиальных зазоров {Y₁, Y₂, …, Y_n}, где Y_i - величина радиального зазора, i - индекс массива, согласно принятой нумерации лопаток, n - число лопаток колеса.

Для этого поочередно, при помощи ручного привода, устанавливают лопатки в зону контроля, измеряют любым известным способом величины радиальных зазоров между их торцами и статорной оболочкой и фиксируют результаты измерений в массиве в соответствии с нумерацией лопаток.

Совокупная последовательность радиальных зазоров является уникальной информацией, поскольку фактические зазоры являются независимыми случайными величинами, распределенными в пределах допуска, и характерна лишь для конкретного колеса. Полученный массив можно считать эталонным и использовать для распознавания данной последовательности в результатах измерения зазоров.

В процессе работы турбомашины возбуждают вихретоковый преобразователь непрерывной последовательностью импульсов, не синхронизированной с вращением колеса, регистрируют измерительную выборку сигналов вихретокового преобразователя в виде цифровых кодов в объеме не менее чем за два полных оборота рабочего колеса.

Вычисляют радиальные зазоры лопаток по кодам, попавшим в измерительную выборку в порядке их поступления, и фиксируют в массиве зазоров {y₁, y₂, …, y_n, y_n+1, …, y_2n, …}, где y₁ - вычисленная величина радиального зазора начальной лопатки в измерительной выборке с произвольным номером.

Затем вычисляют массив функционалов {D₁, D₂, …, D_n}, определяемых в виде Евклидова расстояния между элементами массива зазоров и эталонного массива, последовательно перемещая начало эталонного массива по элементам массива зазоров до величины индексов, равной числу лопаток колеса, по формуле

, где индекс определяет величину смещения эталонного массива.

Далее выполняют идентификацию номеров лопаток в массиве зазоров. Для этого фиксируют начало нумерации, соответствующее их расположению в эталонном массиве по позиции минимального значения в массиве функционалов.

Таким образом, если , то положение лопатки с №1 соответствует индексу массива зазоров с номером m, положение лопатки №2 - индексу m+1 и т.д. с учетом цикличности по оборотам колеса.

Пример применения способа приведен на фиг. 1, 2, 3.

На фиг. 1 приведен дискретный график эталонного массива {Y₁, Y₂, …, Y₄₈} для лопаточного колеса, содержащего 48 лопаток. Величины зазоров распределены в диапазоне от 1,3 до 1,7 мм. На оси абсцисс - принятая нумерация лопаток.

На фиг. 2 показан дискретный график массива зазоров {y₁, y₂, …, y₉₆} за два оборота колеса, когда процесс измерения не синхронизирован с процессом вращения.

На фиг. 3 показан график поведения функционалов {D₁, D₂, …, D₄₈} при смещениях начала отсчета эталонного массива относительно элементов массива зазоров в пределах полного оборота колеса. Минимальное значение указывает на элемент m=16, который соответствует положению лопатки №1 в эталонном массиве.

Таким образом, получили виртуальный инструмент для выполнения идентификации номеров лопаток без применения датчика синхронизации, основанный на распознавании эталонной последовательности в массиве зазоров.

Необходимо заметить, что представленные численные эксперименты были проведены без учета случайных погрешностей измерений зазоров. Наличие шумов в измерительной информации окажет влияние на величину минимального значения функционалов и сделает данный глобальный экстремум менее выраженным.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении радиальных зазоров в турбомашинах. Технический результат: устранение аппаратурной избыточности за счет удаления датчика синхронизации и замены его функций операциями обработки измерительной информации. Сущность: с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь. Возбуждают вихретоковый преобразователь непрерывной последовательностью импульсов, не синхронизированной с вращением колеса. Регистрируют измерительную выборку сигналов вихретокового преобразователя в виде цифровых кодов в объеме не менее чем за два полных оборота рабочего колеса. Вычисляют радиальные зазоры лопаток по кодам, попавшим в измерительную выборку, и фиксируют в массиве зазоров, сохраняя порядок расположения лопаток в измерительной выборке. Вычисляют массив функционалов, определяемых в виде Евклидова расстояния между элементами массива зазоров и эталонного массива, последовательно перемещая начало эталонного массива по элементам массива зазоров до величины индексов, равной числу лопаток колеса. Фиксируют начало нумерации лопаток в массиве зазоров, соответствующее их расположению в эталонном массиве, по позиции минимального значения в массиве функционалов. 3 ил.

Способ идентификации номеров лопаток рабочего колеса при измерении радиальных зазоров между торцами лопаток и статорной оболочкой турбомашины, заключающийся в том, что с торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, отличающийся тем, что с целью устранения аппаратурной избыточности при его реализации возбуждают вихретоковый преобразователь непрерывной последовательностью импульсов, не синхронизированной с вращением колеса, регистрируют измерительную выборку сигналов вихретокового преобразователя в виде цифровых кодов в объеме не менее чем за два полных оборота рабочего колеса, вычисляют радиальные зазоры лопаток по кодам, попавшим в измерительную выборку, и фиксируют в массиве зазоров, сохраняя порядок расположения лопаток в измерительной выборке, вычисляют массив функционалов, определяемых в виде Евклидова расстояния между элементами массива зазоров и эталонного массива, последовательно перемещая начало эталонного массива по элементам массива зазоров до величины индексов, равной числу лопаток колеса, фиксируют начало нумерации лопаток в массиве зазоров, соответствующее их расположению в эталонном массиве, по позиции минимального значения в массиве функционалов.