一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置和标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置，应用于离心式压气机，所述标定装置包括安装有叶尖间隙传感器的压气机机闸、安装于中心轴一端的转子、固定于中心轴另一端的控制模块、以及固定台架，所述压气机机闸安装在所述固定台架，所述控制模块控制所述中心轴旋转以及沿径向(X向)、轴向(Z向)移动。本发明专利技术还提出了采用上述标定装置的电容式叶尖间隙测量系统的动态标定方法。与现有静态标定相比，采用本发明专利技术基于真实叶轮转子的动态标定，既能减小误差提高标定精度，也能减小加工设计成本，缩减标定时间。缩减标定时间。缩减标定时间。

【技术实现步骤摘要】
一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置和标定方法


[0001]本专利技术属于离心式压气机领域，特别涉及一种应用于离心式压气机的电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置和标定方法。

技术介绍

[0002]电容式叶尖间隙测试技术是通过测量叶尖和传感器之间的电容量的大小而间接测出叶尖和机匣之间的间隙，具有灵敏度高、固有频率高、频带宽、功率小、阻抗高、动态响应性能好、能在数兆赫的频率下正常工作等特点，因而广泛应用于燃气涡轮发动机叶尖间隙的测量。
[0003]当发动机叶尖间隙发生改变时，传感器感受到的电容量随之改变。通过电容测量模块将电容信号转化为电压量，再通过A/D模块采集并传输至叶尖间隙测试软件进行运算、存储、显示等处理。由于发动机叶尖的形状、大小等因素对电容值有一定影响，想要准确的进行叶尖间隙测试，就必须对叶尖间隙进行标定，给出电容模块输出电压与叶尖间隙之间的对应关系。
[0004]目前在航空发动机离心式压气机上通常采用模拟叶片静态标定方式，即采用一个与标定叶片一样的模拟叶片，通过标定台改变模拟叶片叶尖与安装传感器的模拟机匣之间的距离来获得标准间隙值。尽管该标定方法简单、操作方便，但是存在以下问题：无法消除模拟机匣与传感器形成的旁路电容对测量的影响，导致传感器安装与传感器实际安装环境不相符；标定之后需要拆卸传感器并安装于发动机，重新安装不可避免的带来了误差，降低测量精度；每标定一只传感器，需要重新调整机匣与叶片的安装位置，大多数情况下，压气机分布有多个甚至数十个测点，标定的时间成本大大增加，此外，需要重新设计加工用于标定的发动机模拟叶片与传感器安装工装，成本与标定时间大大增加。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提出一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置和标定方法，有效解决了现有技术中静态标定存在误差大、精度低、时间成本和经济成本高的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置，所述标定装置应用于离心式压气机，所述标定装置包括安装有叶尖间隙传感器的压气机机闸、安装于中心轴一端的转子、固定于中心轴另一端的控制模块、以及固定台架，
[0008]其中，所述压气机机闸安装在所述固定台架，所述控制模块控制所述中心轴旋转以及沿径向(X向)、轴向(Z向)移动。
[0009]进一步地，所述传感器用作靠近压气机出口和中间截面的测点。
[0010]进一步地，所述测点在靠近压气机出口和中间截面周向各均匀布置3个。
[0011]一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定方法，所述方法采用上述任一项所述的
标定装置，所述方法主要包括以下步骤：
[0012]S0)布置电容测量模块、测试软件；
[0013]S1)在固定台架上安装压气机机闸和传感器；
[0014]S2)安装真实叶轮转子；
[0015]S3)调节叶轮与机闸的位置
[0016]S4)找出零间隙位置；
[0017]S5)将电容测量模块设置于测量模式；
[0018]S6)将叶轮旋转至标定转速；
[0019]S7)沿Z轴移动叶轮改变间隙；
[0020]S8)记录测量模块输出的电压；
[0021]S9)判断测量点是否满足要求：如果否，则返回到步骤S7；如果是，则进入到步骤S10；
[0022]S10)利用测量点计算得到不同Z轴位移z与对应的输出电压值V的标定方程及相应的标定系数；
[0023]S11)将标定系数输入测试软件；
[0024]S12)对标定系数进行修正，得到修正后的标定曲线。
[0025]进一步地，步骤S6)中标定转速为500rpm。
[0026]进一步地，步骤S9)中所述要求包括测量点数量至少包括11点。
[0027]进一步地，步骤S9)中所述要求包括整个标定时间少于3分钟。
[0028]进一步地，通过将不同Z轴位移z与对应的输出电压值V进行最小二乘拟合得到六阶多项式，即为步骤S10)中所述标定方程，所述六阶多项式中各项的系数即为S10)中相应的标定系数。
[0029]进一步地，步骤S12)中将传感器与叶尖之间的间隙d与Z轴位移z之间的关系表达式d＝k*z+b代入步骤S10)中的所述标定方程，进而换算得到间隙d与电压值V的六阶多项式即为修正后的标定曲线，
[0030]其中，d是叶尖间隙，单位为μ
m
；V是电容测量模块输出电压值，单位为V；a
i
为修正后的标定系数，无量纲，其中i＝1，2，3，4，5，6；系数k取值范围在0
‑
1之间，用来反应传感器所在位置相对于Z轴的夹角大小，所述夹角越大则k越小；数值b，与机闸曲线弧度有关，弧度越大则b越大。
[0031]本专利技术的电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置和标定方法，相比现有技术具有如下有益效果：针对真实的叶轮和机闸进行标定，避免了传统静态标定中模拟机闸、叶片的几何参数与真实机闸、叶片有差异导致的误差，而且消除了机闸与传感器形成的旁路电容，能够在标定完成后不需拆卸传感器即可直接进行发动机装配，极大消除了误差。由于不需设计加工模拟叶片与传感器安装支架，减小了加工设计成本。由于采用叶片旋转的动态标定，能够同时标定出口与中间截面的传感器，大大缩减了标定时间，提高了标定效率。
[0032]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1示出了现有技术中电容式叶尖间隙测试原理；
[0035]图2示出了现有技术中电容式叶尖间隙测试系统原理框图；
[0036]图3示出了常见的离心式压气机传感器布局；
[0037]图4示出了现有技术中模拟叶片和模拟机闸的静态标定台示意图；
[0038]图5示出了现有技术中静态标定流程图；
[0039]图6示出了本专利技术中真实叶片和真实机闸的动态标定装置示意图；
[0040]图7示出了本专利技术中动态标定流程图；
[0041]图8示出了本专利技术中叶间间隙与Z轴位移的相对关系示意图。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定装置，所述标定装置应用于离心式压气机，其特征在于，所述标定装置包括安装有叶尖间隙传感器的压气机机闸、安装于中心轴一端的转子、固定于中心轴另一端的控制模块、以及固定台架，其中，所述压气机机闸安装在所述固定台架，所述控制模块控制所述中心轴旋转以及沿径向(X向)、轴向(Z向)移动。2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于：所述传感器用作靠近压气机出口和中间截面的测点。3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于：所述测点在靠近压气机出口和中间截面周向各均匀布置3个。4.一种电容式叶尖间隙测量系统的动态标定方法，所述方法采用权利要求1
‑
3中任一项所述的标定装置，所述方法主要包括以下步骤：S0)布置电容测量模块、测试软件；S1)在固定台架上安装压气机机闸和传感器；S2)安装真实叶轮转子；S3)调节叶轮与机闸的位置；S4)找出零间隙位置；S5)将电容测量模块设置于测量模式；S6)将叶轮旋转至标定转速；S7)沿Z轴移动叶轮改变间隙；S8)记录测量模块输出的电压；S9)判断测量点是否满足要求：如果否，则返回到步骤S7；如果是，则进入到步骤S10；S10)利用测量点计算得到不同Z轴位移z与对应的输出电压值V的标定方程及相应的标定系数；S11)将标定系数输入测试软件；S12)对标定系数进行修正，得到修正后的标定曲线。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，刘松青，肖剑松，龚键，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：