本发明专利技术属于精密测量技术领域，涉及一种汽轮机高温转子径向热变形测量装置。包括转子、计算机系统、气源、气浮导轨、位移测量系统、测量杆和测量力发生机构；其中气源为气浮导轨供气，移动部和测量杆连接在一起，且二者与转子的中心线在同一水平面上且互相垂直，位移测量系统测量移动部的位移量，计算机系统采集并处理数据；本发明专利技术首次提出将气浮导轨用于汽轮机高温转子径向热变形量的测量装置的导向机构中，并利用其自散热特性消除了由测量环境中的高温导致的导向机构的抱死现象，可实现全程测量；测量量可以精确传递，降低了测量的系统误差；消除了人工读数带来的误差。可广泛应用于汽轮机转子热稳定性测量装置中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及一种汽轮机高温转子径向热变形的测量技术，属 于精密测量
，可广泛应用于回转体轴类等零件热稳定性测量 装置中。
技术介绍
汽轮机转子是汽轮机组的核心部件，其通常工作在高温(60(TC)、 高压(25MPa)和高转速(3000r/min)的条件下，汽轮机转子的加工 质量及热稳定性直接影响汽轮机机组的运行效率、安全状况、振动特 性及使用寿命，对其安全、经济运行具有极其重要的意义。转子径向变形量的实时监测与热变形参数的测量是汽轮机转子热 稳定试验中的关键步骤和难点所在。汽轮机转子热稳定性试验时，转 子及实验环境温度高达60(TC,而且转子被封闭在实验炉内，给转子 径向变形量的实时测量带来了极大的困难。目前国内企业对汽轮机转子径向变形量的测量方法主要有两种 测量杆直接引导法和杠杆结构引导法。测量杆直接引导法原理如图1 所示，是完全参照80年代美国西屋公司的手工测量方案，试验人员利 用测量杆5将被测尺寸引到实验炉14外，再用测微表15测量，人工 记录测量结果。这种方法测量误差大，结果不可靠；如果测量杆和导 向机构配合间隙大，测量杆会产生偏摆，给测量带来误差，但是，如 果减小间距，在测量过程中测量杆和导向机构又会由于材料升温膨胀 而产生抱死现象，导致测量无法正常进行。杠杆结构引导法原理如图 2所示，该方法利用杠杆机构16将被测尺寸导引到实验炉14外用测 微表15测量，这种方法结构较直接用测量杆可靠，但不灵活，难以适 应多种转子不同直径条件下的测量，长期使用后杠杆与工件接触部位 易磨损。由于汽轮机技术专业性强，制造成本高，国内外制造汽轮机的企 业相对较少，专门研制的汽轮机转子径向变形量实时监测系统几乎没 有。测量回转类工件的径向尺寸变化的装置和方案却较为普遍，有传统的轴心基准法、V形块法和三表法，也有由这些方法发展而来的可 以实现自动测量的技术，例如气动非接触式大尺寸测量技术，测量大 型回转体类零件形状误差的激光扫描非接触测量方法，三角法光学非 接触测量技术等。轴心基准法的原理是被测件或测微器随回转轴旋转一圈，测得工 件的截面轮廓，然后以某种方法或几种方法去评定圆度误差。国内外 已研制成多种轴心法圆度仪，此类仪器使用方便，测量精度高、画出 的工件截面轮廓图形直观，但价格昂贵，使用时也有一定的局限性。 在转子热稳定性试验这种特殊的高温封闭的实验条件之下，现有的圆 度仪是无法正常工作的。V形块法的测量原理如图3所示，将待测轴17放在V形块18上转动， 用测微表15读出待测轴17的径向变化量，然后计算给出结果。这种方 法简单易行，不需要基准，因而也就没有基准所带来的误差，由于待 测轴与V形块之间属于滑动摩擦，长时间的转动测量会对二者均产生磨 损，明显不适合大重量被测件的长时间测量。三表法从V形块法演变而来，虽然不如轴心基准法那样应用广泛， 但在国内外都已应用。其特点是不存在仪器的原理误差或基准误差， 可获得较高的测量精度，但存在与V形块法相同的缺点。合肥工业大学仪器仪表学院检测技术研究所提出了气动非接触式 大尺寸测量技术，已成功应用于马鞍山钢铁股份有限公司车轮轮箍分 公司研制的火车车轮成本检测线。其测量系统结构示意图如图4所示， 气源1提供稳压气流，使气电传感器20与车轮轮箍19保持一定的距 离，车轮轮箍19半径变化时，气电传感器20与车轮轮箍19之间的距 离发生变化，计算机系统8处理气电传感器20传送的信号，计算机系 统8控制电机21驱动随动执行机构22产生相应的位移以保持气电传 感器20与车轮轮箍19之间的距离不变，位移传感器23测量随动执行 机构22产生的位移，此位移即为车轮轮箍19的半径变形量，这种方 法属于无接触测量，不会损伤车轮轮箍的表面。但是气动传感器的工 作温度有一定限制，所以这种测量方法适用于对常温工件的检测，而 对于高温测量环境，由于气体的物理性质会发生很大的变化，气动传 感器的测量精度无法保证，而且在转子热稳定性试验过程中有两段明4显升温和降温的过程，在温度变化的过程中气体性质的变化将引入很 大的误差，无法满足高精度测量的要求，因而这种方法不适合应用在 汽轮机转子热稳定性试验中。测量大型回转体类零件形状误差的激光扫描非接触测量法利用狭 缝对扫描光束的通过和遮断而产生的光强调制作用来实现测量的。其测量原理如图5所示，激光器25出射激光至转动的扫描转镜24，经 过透镜26折射后形成扫描光束28，光学窗口 27与待测轴17边缘形 成狭缝，当激光对狭缝进行高速连续扫描时，就形成一个光强调制信 号，该信号携带被测量的有关特征信息。记光学窗口常数30为A狭缝宽度29(被测量特征参数)为力，若 将工件圆周均匀分成历个分度，则对应的第i个半径为v 尸v^ j.:l， 2， 3， .........，zz 当测出m个半径R以后，可找出最大的半径i ,皿和最小的半径i ^。 这样，根据圆度定义，即可由下式给出圆度误差值— J、max min这种测量方法精度高，可实现对轴类工件圆度的有效测量，但由 于扫描光学系统对测量环境温度、振动等干扰因素非常敏感，因而该 方法不能用于车间现场测量。三角法光学非接触测量技术在小型化、高速度、高精度、非接触 等方面表现出较强的优越性，三角光测量法的基本原理如图6所示， 激光器25发出的光束经照明光学系统38照射到被测表面33上，被测 表面33的漫反射光经成像物镜36成像在光电成像器件31上，当被测 表面33接近或离开成像物镜36时，在光电成像器件31上成像光点的 位置将产生横向位移，通过检测其像点的位移变化便可求得被测表面 33位移变化。记光电成像器件31与成像物镜36的像距32为^，激 光器25发出的光束在被测表面33上的光点位移34为Ax ，测量过程中 光电成像器件31上成像光点位移35为&激光器25发出的光束与成 像物镜36的光轴方向的夹角37为A被测表面33的移动距离38为Az 。 由几何光学计算可得Az与&辦口&之间的关系为Az = Ax cot P =朋/ (《tan <9 - 5)这一关系是非线性的。在三角法测量中，可通过縮小测量范围， 最大程度地得到线性的测量结果。但是，由于汽轮机转子热稳定性试 验必须在加热炉内完成，而三角光测量系统如在炉内则不能承受600 'C的高温，放在炉外又不能满足测量范围的需要，因此也无法满足测 量的环境要求。合肥工业大学在热轧车轮检测系统和火车车轮在轨测量中引进了 机器视觉检测技术，利用线激光器投射到被测面上，由左右CCD摄像机 拍摄含有激光亮线的区域，经过图像处理、坐标变换、曲线拼接，最 终得到完整的轮廓曲线，并计算出被测面的圆度，但是，激光器和CCD 摄像机无法在60(TC的高温下正常工作，此方法不能在高温下使用。南京信息工程大学用数码相机拍摄斜光线在光纤端面形成的圆环 状输出图样，得到相应的位图格式光环，再运用数字图像处理技术取 出光环的内外边沿进行处理，计算出光纤端面圆度。其测量装置简单， 对环境的要求不高，可在生产现场进行，测量精度可达到现有方法的 水平并可在一些通行的流行软件平台上获得处理结果。在光学系统布 置合理的情况下，此法的测量精度依赖于图像象素分辨率和灰本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种汽轮机高温转子径向热变形量的测量装置，包括转子（６）、计算机系统（８），其特征在于：还包括气源（１）、气浮导轨（２）、测量力发生机构（３）、移动部（４）、测量杆（５）和位移测量系统（７）；其中气源（１）与气浮导轨（２）连接并为气浮导轨（２）供气，移动部（４）和测量杆（５）连接在一起，且二者的中心线重合；测量力发生机构（３）产生测量力使测量杆（５）与转子（６）的被测表面直接接触，测量杆（５）的中心线与转子（６）的中心线相交并垂直，位移测量系统（７）测量移动部（４）的位移量，计算机系统（８）从位移测量系统（７）采集数据并处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，刘超，邱丽荣，沙定国，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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