用于测量旋转叶片所承受的振动的涡轮发动机组件制造技术

本发明专利技术涉及一种涡轮发动机组件，包括外壳和能够在外壳之内旋转的带有叶片的轮。带有叶片的轮包括至少一个具有与外壳相对的头部的叶片。组件的特征在于，头部包括磁体，并且外壳包括第一电导体和第二电导体。每个电导体适于在其末端之间产生电压，该电压由与外壳相对的头部的磁体感生并且代表了带有叶片的轮旋转时由叶片的头部承受的振动。第一电导体包括第一中央部分，该第一中央部分围绕带有叶片的轮的旋转轴线延伸并且包括两个相互面对的端部，第二电导体包括第二中央部分，该第二中央部分穿过第一中央部分在其两个端部之间留出的空间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可旋转运动的叶片领域。本专利技术更具体地涉及对这种叶片旋转时所承受的振动进行表征的领域。
技术介绍
叶轮是包括多个叶片或轮叶的毂部。在涡轮发动机的设计与论证期间，有必要验证这种在壳体中可旋转运动的叶轮是否具有适合的频率，该频率可能在这种涡轮发动机的马达的工作区域中被引发。还有必要针对在该工作区域中识别的适合的模式量化相关的振动限制的程度。用于表征在运行中由叶片所承受的振动的第一已知技术由使用粘贴到叶轮的变形测量仪器构成。其能够在频域中表征叶片，并通过测量材料的表面处的微小变形来计算材料内的限制。然而，该第一技术包括许多缺陷。第一，粘贴到轮叶的测量仪器承受巨大的离心力(100,000g的量级)，该离心力潜在地与极高的温度相联系，这在检测仪器被置于高压涡轮机上时尤为突出。测量仪器的使用寿命因此受到限制。第二，放置测量仪器需要大量的技巧、细节和时间(尤其是其中设置测量仪器的粘接剂的烧制)。第三，有必要将来自嵌入在可动叶轮中的测量仪器的信号传输到固定的信坐标系。为此，马达轴上的连接缆线必须引导至转动收集器。除了缆线的长度和产生噪音测量值的收集器的转动连接之外，将转动的收集器集成在马达上的初步研究是长时间的和代价高昂的。提出了基于使用光学探头的第二技术来消除这些缺陷，该探头面对旋转轮叶布置并且因此在固定的坐标系中。该第二技术针对轮叶的两种振动状态(存在振动或者不存在振动)测量在光学探头前方经过的时间。这种被称为“叶尖定时”的测量方法重新计算轮叶尖端处的交替位移的幅值。振型(mode shapes)的知识使得轮叶尖端处的位移的程度与轮叶中的限制程度相关联。然而该第二技术不产生关于所测量的振动的频率信息。事实上仅仅在轮叶尖端处的位移的总体程度可被该第二技术识别，而不知道哪种轮叶模式被激励。出于振动监控的目的，这种限制可能在很大范围内是不利的。而且，“叶尖定时”过程有时具有模糊性，使得不能识别引发所记录的位移程度的激励的量级。
技术实现思路
因此本专利技术目的在于使得在使轮叶旋转时能够表征由轮叶承受的振动，尤其是对轮叶承受的振动速度进行量化。为此并且根据第一方面，提出了一种用于涡轮发动机的组件，组件包括壳体和能够在壳体中可旋转地运动的叶轮，叶轮包括至少一个具有面对壳体的尖端的轮叶，组件的特征在于，尖端包括磁体，并且壳体包括第一电导体和第二电导体，每个电导体均适于在其末端之间产生电压，该电压由面对尖端的磁体所感生并且代表当使叶轮旋转时由轮叶的尖端所承受的振动，第一电导体包括第一中央部分，该第一中央部分围绕叶轮的旋转轴线延伸并且包括两个面对的端部，第二电导体包括第二中央部分，该第二中央部分穿过由第一中央部分留出在该第一中央部分的两个端部之间的空间。根据第二方面，根据第一方面提出了测量用于涡轮发动机的组件的轮叶的振动的方法，方法包括以下步骤：-使叶轮在壳体中旋转，-在每个电导体的末端处测量由包含在面对壳体的轮叶的尖端中的磁体所感生的各自的电压，-确定磁体的速度，-基于两个测量的电压和确定的磁体速度计算轮叶的尖端所承受的轴向振动速度。磁体产生磁场。当使能够可旋转地运动的叶轮相对于壳体旋转时，该磁场在壳体中的面对带有磁体的轮叶的尖端的每个电导体中感生出电流。每个电流传播到对应的电导体的末端，致使在这些末端处产生电压。在每个电导体的末端处的电压使得能够表征由轮叶所承受的振动。此外，所提出的用于涡轮发动机的组件中的两个电导体的交互布置使得能够得到两个电压，根据这两个电压可确定在轮叶的尖端处的轴向振动速度。因此，所提出的用于涡轮发动机的组件使得能够克服了在叶轮上直接测量的限制，并且避免了在与轮叶相联系的可动坐标系中的繁重的仪器检测，并能够表征该轮叶的振动。在可动坐标系中(仅将一个磁体集成到轮叶中)使仪器为最少量的，并且在与壳体相联系的固定坐标系中(将两个电导体嵌在壳体上或嵌在壳体中)也使仪器为最少量的，并量化仪器测量的轮叶的轴向振动。可通过以下特征来补充根据第一方面的组件，该特征被单独采用或者以其任一种可能的技术组合来采用。第一中央部分可围绕叶轮的旋转轴线在磁体的路径平面上延伸，第二中央部分能以正交于路径平面的方式延伸。在这样的实施例中，在第一电导体的末端处测得的电压代表磁体的在该路径平面外部造成的振动，并且该电压独立于轮叶围绕其旋转轴线进行的旋转运动(所以，在理想的情况下轮叶将不承受任何振动，当磁体面对中央部分的一部分时在电导体的末端处的电压将被最小化)。此外第一中央部分可形成以叶轮的旋转轴线的点为中心的圆的一部分，第二中央部分在所述圆的一个点处穿过路径平面。这样的实施例在壳体所具有的面对叶轮的内表面为圆筒形的情况下易于实施；此外，在该实施例中，由磁体产生的磁场于是对电导体的中央部分的具有相同长度的相应部分产生感应。另外，磁体可适于沿着相对于叶轮的旋转轴线的径向轴线发射磁场，所产生的磁场围绕径向轴线是各向同性的。使用磁场的这种布置，轮叶的轴向振动速度变为与在两个电导体的各自的末端处测量的电压的比值成比例。在两个电导体的末端处的电压通常较低。而且，可将电压放大器连接到电导体的末端，在该放大器的输出端处进行测量。两个电导体还可至少部分地嵌入在可磨损的沉积层中，该沉积层位于壳体的面对叶轮的内表面上，可磨损的沉积层由顺磁性的或反磁性的材料制成。以该方式，磁体的磁流量几乎不改变，并且可在所进行的测量中利用由磁体产生的整个磁流量。附图说明本专利技术的其它特征、目的和优点将通过下述说明来呈现，下述说明是纯说明性和非限制性的，并且必须关于附图考虑，在附图中：图1是根据本专利技术的实施例的用于涡轮发动机的组件的局部截面的视图；图2a为图1的组件的示意性透视图；图2b详细示出了图2a中示出的组件的一部分；图3为根据本专利技术的实施例的测量轮叶承受的振动的方法的步骤的流程图；图4示出了与图1和图2中示出的用于涡轮发动机的组件的不同元件相关联的坐标系；图5示意性地示出了图1和图2中示出的用于涡轮发动机的组件的元件之间的电磁相互作用；在所有附图中，相似的元件具有相同的附图标记。具体实施方式参照图1，用于涡轮发动机的组件E包括壳体1和叶轮2，该叶轮能够相对于壳体1可旋转地运动。壳体1具有内表面10，该内表面限定出容纳叶轮2的空间。该内表面10例如是圆筒形的。叶轮2安装在马达轴24上，该马达轴沿旋转轴线延伸(该旋转轴线垂直于图1的平面)。叶轮2包括围绕轴24的盘22和多个轮叶。每个轮叶从盘22基本径向地延伸，直至终止于各自的尖端。以该方式，无论可相对于壳体1运动的叶轮2占据的角位置如何，每个轮叶的尖端都面对壳体1的表面部分。叶轮的至少一个被标记为20的轮叶在其尖端21处包括磁体3。磁体3与轮叶20成一体，进而与盘22成一体；下文中将呈现的是，磁体3的运动代表了轮叶20的尖端21的运动。由磁体3产生的磁场的拓扑结构(topology)与具有数匝的螺线管的拓扑结构相似：其形成了包围磁体3并且定向为从该磁体的北极到南极的环面。磁体3适于产生相对于叶轮2的旋转轴线径向定向的磁场。参照图2a，壳体1包括第一电导体4和第二电导体7。每个电导体4、7的末端连接到相同的或者不同的电压放大器5的输入端。组件E在电压放大器5的输出端处还包括测量装置6。该装置6包括用于执行关于该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于涡轮发动机的组件(E)，所述组件(E)包括壳体(1)和能够在所述壳体(1)中可旋转地运动的叶轮(2)，所述叶轮(2)包括至少一个轮叶(20)，所述轮叶具有面对所述壳体(1)的尖端(21)，所述组件(E)的特征在于，所述尖端(21)包括磁体(3)，并且所述壳体(1)包括第一电导体和第二电导体(4，7)，每个电导体均适于在其末端之间产生电压，所述电压由面对所述尖端(21)的所述磁体(3)感生并且代表当使所述叶轮(2)旋转时由所述轮叶(20)的尖端(21)所承受的振动，所述第一电导体(4)包括第一中央部分(40)，所述第一中央部分围绕所述叶轮(2)的旋转轴线(z)延伸并且包括两个面对的端部(42，42')，并且所述第二电导体(7)包括第二中央部分(70)，所述第二中央部分穿过由所述第一中央部分(40)留出在所述第一中央部分的两个端部(42，42')之间的空间(46)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 FR 13634701.一种用于涡轮发动机的组件(E)，所述组件(E)包括壳体(1)和能够在所述壳体(1)中可旋转地运动的叶轮(2)，所述叶轮(2)包括至少一个轮叶(20)，所述轮叶具有面对所述壳体(1)的尖端(21)，所述组件(E)的特征在于，所述尖端(21)包括磁体(3)，并且所述壳体(1)包括第一电导体和第二电导体(4，7)，每个电导体均适于在其末端之间产生电压，所述电压由面对所述尖端(21)的所述磁体(3)感生并且代表当使所述叶轮(2)旋转时由所述轮叶(20)的尖端(21)所承受的振动，所述第一电导体(4)包括第一中央部分(40)，所述第一中央部分围绕所述叶轮(2)的旋转轴线(z)延伸并且包括两个面对的端部(42，42')，并且所述第二电导体(7)包括第二中央部分(70)，所述第二中央部分穿过由所述第一中央部分(40)留出在所述第一中央部分的两个端部(42，42')之间的空间(46)。2.根据权利要求1所述的组件(E)，其中，所述第一中央部分(40)围绕所述叶轮(2)的旋转轴线(z)在所述磁体(3)的路径平面中延伸，并且所述第二中央部分(70)以正交于所述路径平面的方式延伸。3.根据权利要求2所述的组件(E)，其中，所述第一中央部分(40)形成以所述叶轮(2)的旋转轴线(z)的点为中心的圆的一部分，所述第二中央部分(70)在所述圆的一个点处穿过所述路径平面。4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件(E)，其中，所述磁体(3)适于沿着相对于所述叶轮(2)的旋转轴线(z)的径向轴线发射磁场，所产生的磁场围绕所述径向轴线是各向同性的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件(E)，进一步包括连接到每个电...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺·塔隆，让伊夫·卡佐克斯，纪尧姆·肖万，朱利恩·加尼尔，
申请(专利权)人：涡轮梅坎公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR