一种叶片运行参数测量装置及测量方法制造方法及图纸

本申请提供了一种叶片运行参数测量装置，包括脉冲触发装置。脉冲触发装置对准转动的叶轮上的叶片。脉冲触发装置形成光锥，在叶片经过光锥时，引起的反射触发脉冲信号。脉冲触发装置记录脉冲信号开始和结束时间，并结合系统标定常数，可计算得到叶尖间隙和叶尖速度。本申请还提供了基于该测量装置的测量方法。在进行测量时，不需要高精度的转速传感器或角度传感器做辅助，结构简单，操作方便。光线垂直入射叶尖，出射光路倾斜角度小，反射光信号较大，因此测量精度很高。即便在工质密度不稳定或者叶片表面受到污损，影响了叶片的反射性能的情况下，仍然能够通过测量过程中的自动校准，获得很高的测量精度。很高的测量精度。很高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种叶片运行参数测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于叶轮机械领域，尤其涉及一种叶片运行参数测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]叶片是叶轮机械最重要的工作零件之一。在研发和运行的过程中，需要有可靠的方法测量叶片的关键运行参数，如振动、叶尖间隙、叶尖速度等。如果没有可靠的测量方法，研发人员往往难以准确定位发生故障的原因。
[0003]现有技术中存在多种测量叶片运行参数的装置和测量方法，但是各自具有一定的缺陷，导致无法在一个集成的系统中同步测量这些参数。例如：
[0004]电涡流法或电感法：这是本领域中最常见的测量方式。将电涡流或电感传感器安装在机匣上，一方面实现叶尖间隙测量，另一方面获得叶尖定时信号，实现叶片振动测量。电涡流传感器和电感传感器虽然在测量叶尖间隙上具有分辨率高的优点，但这类传感器的带宽较低，一般难以准确测量高速旋转的叶片，而特别定制的电涡流传感器价格昂贵。同时，这些传感器对叶片通过时间的判定分辨率低，导致其不易测准叶片振动。最后，它们不能用于测量叶尖速度。
[0005]倾斜光纤束法：将光纤传感器安装在机匣上。当叶片通过传感器时将产生一个脉冲信号，测出脉冲产生的时间。一方面，通过测量叶片到达两束倾斜光纤的时间差，根据几何关系计算出叶尖间隙，另一方面可以计算出叶尖的振动位移。但是，这种方法需要超高精度的转速传感器或角位移传感器或角度传感器作辅助才能计算叶尖间隙，一般很难实现。一般的转速传感器只能实现低精度的测量。只能测量叶尖间隙和叶片振动，不能测量叶尖速度。
[0006]三光束法：这种方法设计了一种高精度光纤探头，头部可以发射三束激光。与倾斜光纤束法的主要区别在于增加了一个平行出射的光路。这种方法可以获得叶片的瞬时转速。但是，这种方法采用了一支特别设计的探头，加工难度较大，成本较高。此外，这种方法仅在少数实验室场景下得到过应用，可靠性没有保证。由于出射光路倾斜角度大，反射光信号较小，叶片到达时间的测量精度可能不高。
[0007]反射光强度法：将光纤传感器安装在机匣上。通过对反射光强度大小的分析获得叶尖间隙的大小。为了消除诸如光路损耗和尖端反射率变化等系统误差的影响，需要使用两个光电探头测量电压的商。但是，这种方式完全依赖叶尖的反射进行测量，需要精细的标定，很难实现。一旦工质密度不稳定或者叶片表面受到污损，影响了叶片的反射性能，测量值就将失真，测量可靠性差。同时也不能测量叶尖速度。
[0008]激光多普勒法：在机匣上打开一个光学观察窗口。将激光多普勒测速仪安装在窗口外，直接测量内部叶片的运动速度。但是，这种方式只能用于测量叶尖速度。设备昂贵、体积较大且安装复杂，需要在机匣上设置一个可以透光的窗口，只能用于科学研究无法实现工业应用。
[0009]可以看出，现有技术中存在的测量方法，无法同时测量叶尖间隙和叶尖速度的间
隙；或者依赖于高精度的部件，很难实现；又或者在叶尖受到污损，反光性质发生变化时，精度降低，无法胜任测量工作。
[0010]因此，本领域技术人员期望研发一种叶片运行参数测量装置及其相应的测量方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

[0011]本申请的一个目的是提供一种叶片运行参数测量装置，包括脉冲触发装置，其中，包括两个所述脉冲触发装置，两个所述脉冲触发装置被可分离地平行设置。
[0012]优选地，所述脉冲触发装置被配置为采集脉冲信号产生时间和脉冲信号消失时间。
[0013]优选地，所述脉冲触发装置包括光源部件和探头，所述光源部件发出的光经过所述探头，形成光锥。
[0014]优选地，所述光锥从所述探头出射，垂直入射叶尖，经过所述叶尖反射回到所述探头中。
[0015]优选地，所述探头通过集束光纤与所述光源部件连接，所述光源部件包括激光器，所述集束光纤包括入射端，所述激光器发射的激光通过所述入射端到达所述探头。
[0016]优选地，所述集束光纤包括接收端，所述光锥经过所述叶尖的反射，通过所述探头到达所述接收端。
[0017]优选地，所述探头包括聚光部件，所述光源部件发出的光经过所述聚光部件，形成所述光锥。
[0018]优选地，所述脉冲触发装置包括定时装置，所述定时装置与所述光源部件连接，所述定时装置被配置为记录光发出和到达的时间。
[0019]优选地，还包括数据处理装置，所述数据处理装置与所述定时装置电性连接，所述数据处理装置被配置为处理和显示数据。
[0020]优选地，还包括键相传感器，所述键相传感器与所述定时装置电性连接。
[0021]本申请的另一个目的是提供一种叶片运行参数测量方法，采用上述的叶片运行参数测量装置，具体包括以下步骤：
[0022]步骤一、将第一脉冲触发装置、第二脉冲触发装置平行设置，并对准转动的叶轮上的叶片；
[0023]步骤二、当所述叶片经过所述第一脉冲触发装置时，记录第一脉冲产生时间t
arrv,1
、第一脉冲消失时间t
leav，1
，计算得到第一叶片触发周期t
trig，1
＝t
leav，1
‑
t
arrv，1
；
[0024]步骤三、当所述叶片经过所述第二脉冲触发装置时，记录第二脉冲产生时间t
arrv，2
、第二脉冲消失时间t
leav，2
，计算得到第二叶片触发周期t
trig，2
＝t
arrv，2
‑
tl
eav，2
；
[0025]步骤四、采用所述第一叶片触发周期t
trig，1
、所述第二叶片触发周期t
trig，2
，并结合系统标定常数，计算得到叶尖间隙c；
[0026]步骤五、采用所述第一叶片触发周期t
trig，1
、所述第二叶片触发周期t
trig，2
，并结合系统标定常数，计算得到叶尖速度v。
[0027]优选地，步骤四中的所述叶尖间隙c与步骤五中的所述叶尖速度v符合以下关系式：
[0028]c＝k1vt
trig，1
+b1＝k2vt
trig，2
+b2[0029]其中，k1，k2，b1和b2均为所述系统标定常数，通过标定获得。
[0030]优选地，步骤四中所述叶尖间隙c计算步骤包括：
[0031]令κ＝k1/k2，τ＝t
trig，2
/t
trig，1
，Δb＝b1‑
b2；
[0032]解得：
[0033]优选地，步骤五中所述叶尖速度v计算步骤包括：
[0034]令κ＝k1/k2，τ＝t
trig，2
/t
trig，1
，Δb＝b1‑
b2；
[0035]解得：
[0036]本申请的另一个目的是提供一种叶片运行参数测量方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片运行参数测量装置，包括脉冲触发装置，其中，包括两个所述脉冲触发装置，两个所述脉冲触发装置被可分离地平行设置。2.如权利要求1所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述脉冲触发装置被配置为采集脉冲信号产生时间和脉冲信号消失时间。3.如权利要求2所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述脉冲触发装置包括光源部件和探头，所述光源部件发出的光经过所述探头，形成光锥。4.如权利要求3所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述光锥从所述探头出射，垂直入射叶尖，经过所述叶尖反射回到所述探头中。5.如权利要求4所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述探头通过集束光纤与所述光源部件连接，所述光源部件包括激光器，所述集束光纤包括入射端，所述激光器发射的激光通过所述入射端到达所述探头。6.如权利要求5所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述集束光纤包括接收端，所述光锥经过所述叶尖的反射，通过所述探头到达所述接收端。7.如权利要求3所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述探头包括聚光部件，所述光源部件发出的光经过所述聚光部件，形成所述光锥。8.如权利要求3所述的叶片运行参数测量装置，其中，所述脉冲触发装置包括定时装置，所述定时装置与所述光源部件连接，所述定时装置被配置为记录光发出和到达的时间。9.如权利要求8所述的叶片运行参数测量装置，其中，还包括数据处理装置，所述数据处理装置与所述定时装置电性连接，所述数据处理装置被配置为处理和显示数据。10.如权利要求9所述的叶片运行参数测量装置，其中，还包括键相传感器，所述键相传感器与所述定时装置电性连接。11.一种叶片运行参数测量方法，采用如权利要求1所述的叶片运行参数测量装置，具体包括以下步骤：步骤一、将第一脉冲触发装置、第二脉冲触发装置平行设置，并对准转动的叶轮上的叶片；步骤二、当所述叶片经过所述第一脉冲触发装置时，记录第一脉冲产生时间t
arrv，1
、第一脉冲消失时间t
leav，1
，计算得到第一叶片触发周期t
trig，1
＝t
leav，1
‑
t
arrv，1
；步骤三、当所述叶片经过所述第二脉冲触发装置时，记录第二脉冲产生时间t
arrv，2
、第二脉冲消失时间t
leav，2
，计算得到第二叶片触发周期t
trig，2
＝t
arrv，2
‑
t
leav，2
；步骤四、采用所述第一叶片触发周期t
trig，1
、所述第二叶片触发周期t
trig，2
，并结合系统标定常数，计算得到叶尖间隙c；步骤五、采用所述第一叶片触发周期t
trig，1
、所述第二叶片触发周期t
trig，2
，并结合系统标定常数，计算得到叶尖速度v。12.如权利要求11所述的叶片运行参数测量方法，其中，步骤四中的所述叶尖间隙c与步骤五中的所述叶尖速度v符合以下关系式：c＝k1vt
trig，1
+b1＝k2vt
trig，2
+b2其中，k1，k2，b1和b2均为所述系统标定常数，通过标定获得。13.如权利要求12所述的叶片运行参数测量方法，其中，步骤四中所述叶尖间隙c计算步骤包括：
令K＝k1/k2，τ＝t<...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖志成，蒙一鸣，李健萍，张智伟，欧阳华，陈勇，吴亚东，虞培祥，田杰，
申请(专利权)人：上海交大航空发动机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：