一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，包括数据采集处理系统、光纤阵列、光纤探头组，所述光纤探头组包括至少两个光纤探头，所述光纤探头沿弦向安装在机匣上，每一个所述光纤探头相对于转轴的轴向位置各不相同，所述光纤阵列具有与所述光纤探头数量相匹配的光纤，所述光纤探头通过所述光纤阵列的光纤连接至所述数据采集处理系统，所述数据采集处理系统采集和处理所述光纤探头组采集的数据，所述数据采集处理系统被配置为计算所述叶片的稳态变形。本发明专利技术还公开了测量机匣内部旋转叶片稳态变形的方法。本发明专利技术可同时得到周向平移、轴向平移和反扭角度三个参数，计算精度高。算精度高。算精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置及方法


[0001]本专利技术涉及旋转叶片测量
，尤其涉及一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置及方法。

技术介绍

[0002]叶片是叶轮机械最重要的工作部件之一，在叶轮机械运行过程中，叶片的静态变形是叶片的关键运行参数，该参数可分为轴向移动、平移和扭转，如果没有可靠的测量方法，研发人员往往难以准确测量叶片静态变形。现有的测量位于机匣内部、处于旋转状态的叶片稳态变形量的装置和方法有以下几种。
[0003]三坐标测量仪法，是叶片质检时检测外形的先进手段，依靠灵敏的接触式探针和高精度的位移机构测量叶片外形，精度高。然而，三坐标测量仪设备体积与机床相当，无法应用于机匣内部旋转叶片的测量。
[0004]三维扫描仪法，使用结构光扫描法快速测量叶片外形，比三坐标测量仪法效率高，但精度略低。然而，在测量处于机匣内部的叶片时，其光路受到遮挡，无法开展测量。
[0005]光学消转仪与高速摄影仪法，直接拍摄叶片外形，原理简单。但当叶片处于机匣内部时，照明和拍摄光路受到遮挡，无法开展测量。此外，当转速较高时，测量精度也较差。
[0006]基于叶尖定时的非接触式测量技术有以下几种。
[0007]弦线拟合法，将叶片考虑为一维模型，视为叶片的稳态变形仅包含垂直于弦向的平移，利用一个叶尖传感器和预设的叶片安装角计算得到平移的距离。但实际上，真实的发动机叶片具有三维的造型，发生的变形也具有三维特征。这种方法不能实现对轴向平移、周向平移和扭转同时精确测量，不具有实用性，不能提供设计人员所需的参数。尤其是，趋势项法会错误地将扭转和轴向平移引起的变化归结于垂直于弦向的平移，从而导致极大误差。
[0008]前向拟合法，考虑了叶片压力面的叶型，和五种类型的叶顶运动形式，通过指定运动形式，拟合出叶片在这种运动形式下移动的距离。这种方法没有考虑叶片不同运动形式之间的耦合，导致计算结果准确度很低。
[0009]除此之外，弦线拟合法和前向拟合法仅使用了叶片到达时间进行计算，实际使用过程中叶片沿弦向的变形分辨力很低。
[0010]因此，本领域的技术人员致力于提供一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置及方法，解决现有测量装置旋转叶片稳态变形测量方法不完善，仅能测量叶片平移这一单一静态变形参数的问题，实现对静态变形的轴向移动和扭转的精确测量，提高静态变形测量的能力。

技术实现思路

[0011]有鉴于现有技术上的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种能够对叶片静态变形的周向、轴向和扭转进行精确测量的测量装置及测量方法。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供了一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，用于叶片的稳态变形测量，所述叶片安装在转轴上，所述叶片和所述转轴位于机匣内，包括数据采集处理系统、光纤阵列、光纤探头组，所述光纤探头组包括至少两个光纤探头，所述光纤探头沿弦向安装在所述机匣上，每一个所述光纤探头相对于所述转轴的轴向位置各不相同，所述光纤阵列具有与所述光纤探头数量相匹配的光纤，所述光纤探头通过所述光纤阵列的光纤连接至所述数据采集处理系统，所述数据采集处理系统采集和处理所述光纤探头组采集的数据，所述数据采集处理系统被配置为计算所述叶片的稳态变形。
[0013]进一步地，所述光纤探头采集所述叶片的到达和离开时间。
[0014]进一步地，所述叶片的稳态变形包括叶顶前缘点的位移d、叶顶投影曲线前缘点的反扭角度ψ。
[0015]进一步地，所述叶顶前缘点的位移d包括周向位移Δζ和轴向位移Δη。
[0016]优选地，所述光纤探头组用电容传感器或电涡流传感器代替。
[0017]本专利技术还提供了一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置的测量方法，包括以下步骤：
[0018]步骤1、将所述光纤探头组安装在机匣上，记录所述光纤探头的安装角和
[0019]步骤2、启动叶轮机，由数据采集处理系统采集叶片到达与离开的数据，计算周向位置偏移量ζ
offset
和轴向位置偏移量η
offset
；
[0020]步骤3、在相同光纤探头配置下运行叶轮机，由数据采集处理系统采集叶片到达与离开的数据，计算ψ，Δζ，Δη。
[0021]进一步地，步骤2具体包括：
[0022]启动叶轮机，使叶片工作于低转速低气动力下；
[0023]由数据采集处理系统采集叶片到达与离开的数据，直至叶片旋转n
rev
圈；
[0024]计算压力面的初始参数；
[0025]建立目标函数，求解最优化问题，得到ζ
offset
和η
offset
。
[0026]进一步地，压力面的初始参数为：
[0027][0028][0029][0030]建立的目标函数为：
[0031][0032]最优化求解方式为：
[0033]min e
pre∩suc
[0034][0035]进一步地，步骤3具体包括：
[0036]在与步骤2相同的光纤探头配置方案下，启动叶轮机，运行在稳定工况下；
[0037]由数据采集处理系统采集叶片到达与离开的数据；
[0038]计算参数点的初始坐标；
[0039]建立目标函数，求解最优化问题，得到ψ，Δζ，Δη。
[0040]进一步地，参数点的初始坐标为：
[0041][0042]目标函数为：
[0043][0044]最优化求解方式为：
[0045]min e
pre∩suc
[0046]ψ
min
＜ψ＜ψ
max
,
[0047]s.t.Δζ
min
＜Δζ＜Δζ
max
,
[0048]Δη
min
＜Δη＜Δη
max
.。
[0049]本专利技术至少具有如下有益技术效果：
[0050]1、本专利技术实现了通过非接触方式获取运转于机匣内部叶片的稳态变形的功能，可同时计算周向平移、轴向平移和反扭角度三个参数，技术难度低，易于维护。
[0051]2、本专利技术可融合叶片到达时间和叶片离开时间两个特征，提高了计算精度，尤其提高了叶片沿弦向的变形大小的计算精度；本专利技术的计算方法能够融合超过2支传感器的数据，进一步提高了计算精度。
[0052]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0053]图1是本专利技术实施例的测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置示意图；
[0054]图2是本专利技术实施例的测量原理示意图；
[0055]图3是本专利技术实施例的计算原理示意图；
[0056]图4是本专利技术实施例的标定结果示意图；
[0057]图5是本专利技术实施例的测量结果示意图。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，用于叶片的稳态变形测量，所述叶片安装在转轴上，所述叶片和所述转轴位于机匣内，其特征在于，包括数据采集处理系统、光纤阵列、光纤探头组，所述光纤探头组包括至少两个光纤探头，所述光纤探头沿弦向安装在所述机匣上，每一个所述光纤探头相对于所述转轴的轴向位置各不相同，所述光纤阵列具有与所述光纤探头数量相匹配的光纤，所述光纤探头通过所述光纤阵列的光纤连接至所述数据采集处理系统，所述数据采集处理系统采集和处理所述光纤探头组采集的数据，所述数据采集处理系统被配置为计算所述叶片的稳态变形。2.如权利要求1所述的测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，其特征在于，所述光纤探头采集所述叶片的到达和离开时间。3.如权利要求1所述的测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，其特征在于，所述叶片的稳态变形包括叶顶前缘点的位移d、叶顶投影曲线前缘点的反扭角度ψ。4.如权利要求3所述的测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，其特征在于，所述叶顶前缘点的位移d包括周向位移Δζ和轴向位移Δη。5.如权利要求1所述的测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置，其特征在于，所述光纤探头组用电容传感器或电涡流传感器代替。6.如权利要求1
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5任一项所述的测量机匣内部旋转叶片稳态变形的装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将所述光纤探头组安装在机匣上，记录所述光纤探头的安装角和步骤2、启动叶轮机，由数据采集处理系统采集叶片到达与离开的数据，计算周向位置偏移量ζ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖志成，蒙一鸣，李健萍，柴鹏飞，王博，王尚，沈昕，田杰，欧阳华，
申请(专利权)人：上海智能制造功能平台有限公司，
类型：发明
国别省市：