用于测量涡轮发动机中叶尖的通过时间的设备和方法技术

本发明专利技术涉及借助于安装在与涡轮发动机压缩机轮的叶片尖部（80）所跟随的路径配准的壳体上的电容传感器，测量该涡轮发动机中叶尖的通过时间。该传感器包括固定到壳体的内部面且相对于叶尖（80）倾斜定向的至少一个细长电极（70）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测量诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气式发动机之类的涡轮发动机级中叶尖的通过时间的设备和方法。
技术介绍
采用已知方式，旁路涡轮发动机包括递送气流的风机，该气流被划分为经由压缩机、燃烧室和涡轮在涡轮喷气式发动机内部流动的主气流，以及在涡轮喷气式发动机周围流动的次级气流。压缩机包括与数行定子扇叶交替布置并且由壳体环绕的若干行转子叶片。为了避免空气经过叶尖，这会降低涡轮发动机的效率，风机壳体的内部表面载有耐磨材料涂层，并且该耐磨材料涂层被布置成与风机叶片配准。在涡轮发动机运行时，重要的是知道转子叶片变形的程度。为此，已知的方式是在壳体上安装传感器，每个传感器具有与叶片配准布置的感测元件。传感器连接至数据处理器装置。每个传感器的感测元件用于检测叶尖的通过(被称为“尖部定时”)，并且这因而通过下面步骤是可能的:对叶尖的理论通过时间与所测量的通过时间进行比较来确定叶片是如何变形的，即，它是否是弯曲地变形、扭曲地变形，? ?.，并且还确定变形的幅度。然而，通过在与叶片配准的壳体中形成孔而结合了传感器，由此削弱了该壳体并且形成了与叶片径向外端部配准的空穴，由此作为叶片以高速经过的结果产生了噪声危害。另一缺点源于这样的事实:难以准确地知道传感器相对于叶尖的轴向定位。此困难来自于累积轮子的制造容差和把轮子固定在其转子上的元件的制造容差，其自身相对于承载传感器的壳体轴向地定位。在运行中的涡轮发动机的空气动力学的、热的以及机械的压力还能够影响叶尖相对于电极的轴向位置。然而，必要的是知道此信息以便能够根据叶片的通过时间推断出叶片运行中的变形。具体地，采用扭曲模式，例如，其存在于关于其纵轴变形的叶片，电极相对于叶尖的给定轴向位置可以导致当扭曲模式经过一节点(无变形)时检测到叶尖，而对于电极相对于叶片的另一轴向位置，当扭曲模式正经过反节点(ant1-node)(最大变形)时能够检测到叶尖,在第一种配置中这导致未检测到经过的叶片的变形，而在第二种配置中检测到了。然而，在先前不准确知道叶尖相对于电极的轴向位置的情况下，不可能知道该变形是否对应于在叶片轴向边缘附近的变形或者在叶片轴向边缘远处的变形，这意味着不可能知道该变形需要被视为是小的还是大的。当不知道传感器的轴向位置时，可能的是在不同的轴向位置处放置多个传感器，但是这使得涡轮发动机的设计复杂化。一些已知设备使得能够测量叶片相对于传感器的轴向定位。然而，却发现那些设备难以付诸实践，并且它们还不是非常准确的。
技术实现思路
本专利技术的特定目的是提供对那些问题的简单、便宜且有效的解决方案。为此，本专利技术提供了一种涡轮发动机级，诸如压缩级，其包括电容传感器，该电容传感器安装在与转子轮的叶片尖部所跟随的路径配准的壳体上以便测量叶尖的通过时间，所述级的特征在于所述传感器包括至少一个细长电极，所述至少一个细长电极固定在所述壳体内部面上且相对于所述叶尖的路径倾斜定向以便沿着横跨至少叶片前缘的路径或者至少叶片后缘的路径轮子的旋转轴线延伸，以及在于所述电极的下游端部在与叶片后缘相对于叶片前缘偏移的方向相同的方向上在圆周上相对于其上游端部偏移。通过使用具有为细长的电极的电容传感器以及通过横跨至少叶尖的前缘的路径或者叶尖后缘的路径来定位该细长电极，本专利技术使之成为可能:具有关于叶片的预定区域(即叶片的前缘或后缘)的通过时间的信息，以及无论叶尖相对于该传感器的轴向定位如何这都是真实的。因而，不再有必要去准确地知道传感器相对于叶尖的轴向定位。然而，应当观测到操作者把电极定位在壳体内部面上必须保证它被适当地定位成在涡轮发动机的所有操作速度的情况下横跨叶片的至少前缘或后缘的路径。依据本专利技术，在与叶片后缘相对于叶片前缘偏移的方向相同的方向上电极下游端部相对于其上游端部的圆周偏移使得下面成为可能:确保在一时间仅一个叶尖被定位成与该电极配准，即，沿着径向方向与该电极对准。因而，在传感器输出端处获得的信号仅关于一个叶尖，这使得更容易对信号进行解释。有利地，该电极以横跨叶片的前缘的路径和后缘的路径延伸的方式被定尺寸和定位，这使得可以用单个电极来测量叶片前缘和后缘的通过时间。依据本专利技术的另一特性，所述电极沿着与包含叶片的前缘和后缘的平面形成非零角度的轴线延伸。因而，当电极同时横跨叶片的前缘和后缘延伸时，该前缘第一个经过该电极，随后是叶尖的其余部分经过该电极，后缘最后被检测到。在本专利技术的特定实施例中，第二细长电极被固定到所述壳体的内部面并且以使得与第一电极形成非零角度的方式被定向。在给定叶片的前缘和后缘配准地经过第一电极的时间的帮助下，以及在此给定叶片的前缘和后缘配准地经过第二电极的时间的帮助下，与叶片的旋转速度耦合，此配置使得可以知道叶片的前缘和后缘相对于壳体的轴向位置。有利地，提供了一种用于基于来自所述传感器的输出信号和基于校准值确定叶尖和所述壳体之间的空隙的轮廓的装置。本专利技术还涉及诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气式发动机之类的涡轮发动机，其包括如上面所描述的至少一个级。有利地，(一个或多个)传感器由与叶尖配准的壳体的内部面所承载的耐磨层覆盖，因而避免了如现有技术中那样为传感器制作通孔，以及使得电容传感器能够被保护而免于潮湿。本专利技术还提供一种用于测量涡轮发动机中叶尖的通过时间的方法，所述方法的特征在于，它包括:把具有细长电极的至少一个电容传感器固定在与所述涡轮发动机压缩机轮的叶尖的路径配准的壳体的内部面上，所述电极相对于所述叶尖的路径被倾斜定向以便沿着横跨至少叶片前缘的路径或者至少叶片后缘的路径的轮子的旋转轴延伸，所述电极的下游端部在与叶片后缘相对于叶片前缘偏移的方向相同的方向上在圆周上相对于其上游端部偏移；根据所述叶尖配准地经过所述电极而得到的时间，测量所述电极的电容变化；以及根据其推断出叶片前缘和/或叶片后缘的通过时间。依据本专利技术的另一特性，该方法包括测量叶片前缘和叶片后缘之间的叶片通过时间在时间上的差异变化，以及根据其推断出关于所述叶片绕它们的纵轴扭曲的信息。因此可以推断出在扭曲中叶片振动的振幅或者叶片振动的频率在本专利技术的一个实施例中，该方法包括:把具有前面规定类型的细长电极的两个传感器固定在与所述叶片配准的壳体的内部面上，这两个电极相对于彼此形成非零角度；测量给定电极的前缘和后缘中的至少一个配准地经过这两个电极的时间差；以及根据所述时间差且根据叶片的旋转速度推断出叶片前缘和后缘中的至少一个的轴向位置。【附图说明】在参考附图阅读借助非限制性示例做出的下面描述时，本专利技术的其他优点和特性会显示出来，其中:图1是涡轮喷气式发动机风机的轴向部分的图解半视图；图2是在现有技术中，由图1风机的壳体承载的传感器的轴向部分的图解视图；图3是叶片采用关于纵轴扭曲的方式经过叶片的根部和尖部的变形的图解视图；图4是根据时间绘制对叶尖经过现有技术的传感器的检测的曲线图；图5是本专利技术的两个相继叶尖的图解平面图和细长传感器的图解平面图；图6是本专利技术的叶尖经过细长电极的移动的图解视图；图7是根据时间绘制在叶片经过图5电极的通过期间细长电极所测得的电容变化的曲线图；图8是示出在细长电极相对于叶尖的不同布置中电容的变化；图9是叶片采用关于纵轴扭曲的方式经过叶片的根部和尖部的变形的图解视图，以及本专利技术的细长电极的图解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮发动机级，诸如压缩级，其包括电容传感器，该电容传感器安装在与转子轮的叶片尖部（80）所跟随的路径配准的壳体上以便测量叶尖的通过时间，所述级的特征在于，所述传感器包括至少一个细长电极（70、90、92），所述至少一个细长电极（70、90、92）固定在所述壳体内部面上且相对于所述叶尖（80）的路径倾斜定向以便沿着横跨至少叶片前缘（66）的路径或者至少叶片后缘（68）的路径的轮子的旋转轴线（72）延伸，以及在于所述电极（70）的下游端部（74）在与叶片后缘（68）相对于叶片前缘（66）偏移的方向相同的方向上在圆周上相对于其上游端部（76）偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.01 FR 11559831.一种涡轮发动机级，诸如压缩级，其包括电容传感器，该电容传感器安装在与转子轮的叶片尖部(80)所跟随的路径配准的壳体上以便测量叶尖的通过时间，所述级的特征在于，所述传感器包括至少一个细长电极(70、90、92)，所述至少一个细长电极(70、90、92)固定在所述壳体内部面上且相对于所述叶尖(80)的路径倾斜定向以便沿着横跨至少叶片前缘(66)的路径或者至少叶片后缘(68)的路径的轮子的旋转轴线(72)延伸，以及在于所述电极(70)的下游端部(74)在与叶片后缘(68)相对于叶片前缘(66)偏移的方向相同的方向上在圆周上相对于其上游端部(76)偏移。2.依据权利要求1所述的级，其特征在于，所述电极(70)以使得横跨叶片前缘(66)的路径和叶片后缘(68)的路径延伸的方式定尺寸和定位。3.依据权利要求1或权利要求2所述的级，其特征在于，所述电极(70)沿着与包含叶片的前缘(66)和后缘(68)的平面(78)形成非零角度的轴线延伸。4.依据任何前述权利要求所述的级，其特征在于，它包括第二细长电极(86)，所述第二细长电极(86)被固定到所述壳体的内部面并且以使得与所述第一电极(84)形成非零角度的方式被定向。5.依据权利要求1至4中任何一个所述的级，其特征在于，它包括用于基于来自所述传感器的输出信号和基于校准值确定叶尖(80)和所述壳体之间的空隙的轮廓的装置。6.一种涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气式发动机，其特征在于，它包括依据任何前述权利要求所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·莱罗克斯，
申请(专利权)人：斯奈克玛，
类型：
国别省市：