Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиального зазора (РЗ) и осевого смещения (ОС) торца лопатки с большим углом изгиба профиля на рабочем колесе осевой турбины при U-образном продольном сечении пера.
Известны способы измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток турбомашин [Кластерные методы и средства измерения деформаций статора и координат смещений торцов лопаток и лопастей в газотурбинных двигателях / Л.Б. Беленький, С.Ю. Боровик, Б.К. Райков и др. / Под общ. ред. Скобелева О.П. - М.: Машиностроение, 2011. - 298 с.: ил.]. Недостатками подобных способов, как правило, являются аппаратная избыточность, ограниченное быстродействие, связанное с формированием синхросигналов, низкая чувствительность и информативность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, предложенный в патенте РФ №2457432 G01B 7/14 Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов лопаток рабочего колеса турбины.
При реализации этого способа во взаимодействие с торцами лопаток вводят распределенный кластер из двух включенных в дифференциальную измерительную цепь (ДИЦ) высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей (ОВТП) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде линейного отрезка проводника, распределенных по статорной оболочке с нормированным смещением друг относительно друга. Расстояние между центрами ЧЭ в направлении оси Х (ось вращения лопаточного колеса) выбирается равным максимальному ожидаемому осевому смещению Δх0, а в направлении вращения (ось Z) - расстоянию:
где ΨЛ - угловой шаг установки лопаток контролируемого рабочего колеса;
L - длина направляющей внутренней поверхности статора;
Δх0 - смещение между центрами преобразователей вдоль оси рабочего колеса, равное максимальному ожидаемому осевому смещению;
α - угол между лежащими в плоскости развертки статора перпендикуляром к плоскости вращения передней точки входной кромки торцевого сечения пера лопатки и касательной к средней линии проекции профиля торцевого сечения пера лопатки в точке, делящей пополам отрезок средней линии пера, заключенный между параллельными отрезками, проходящими через центры чувствительных элементов и являющимися линиями пересечения упомянутых ранее плоскостей с плоскостью развертки статора.
Дополнительно преобразователи размещают так, чтобы центр проекции ЧЭ одного из них на развертке рабочего колеса лежал на линии пересечения развертки с плоскостью вращения точки пересечения средней линии торца с профилем входной кромки лопатки, ЧЭ ориентируют почти перпендикулярно средней линии профиля в этой части торца лопатки. ОВТП возбуждают импульсами, частота следования которых гораздо выше частоты вращения рабочего колеса турбины. Из массива кодов, соответствующих контролируемой лопатке, выбирают пару результатов, состоящую из максимального и минимального значения кодов, соответствующих взаимодействиям лопатки с каждым из ОВТП, и по этим кодам с помощью семейств градуировочных характеристик ОВТП для контролируемой лопатки получают координатные составляющие смещения ее торца.
В качестве начала системы координат 0XYZ выбрана точка О, размещенная в центре ЧЭ первого преобразователя.
Недостатком известного способа является низкая чувствительность ОВТП, обусловленная тем, что площади электромагнитного взаимодействия ЧЭ с торцом лопатки минимальны в связи с ориентацией ЧЭ перпендикулярно средней линии профиля торцевой поверхности пера лопатки.
Цель изобретения - повышение чувствительности ОВТП с ЧЭ в виде линейного отрезка проводника при измерении радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля и U-образном продольном сечении ее пера.
Указанная цель достигается тем, что кластер ОВТП устанавливают по оси Х левее выходной кромки лопатки на половину длины ЧЭ (λЧЭ/2), а угловое положение ЧЭ преобразователей устанавливают параллельно касательной (линия b, Фиг.1) к средней линии профиля торца лопатки в точке пересечения ее с плоскостью вращения, проходящей через геометрический центр (г.ц.) кластера преобразователей (середина линии, соединяющей центры ЧЭ преобразователей).
При этом зависимость индуктивности ЧЭ от угла поворота рабочего колеса (перемещения по оси Z на развертке торцевой поверхности колеса) делится на две зоны, связанные с взаимодействием электромагнитного поля ЧЭ с торцевой кромкой спинки и торцевой кромкой корыта пера лопатки. В результате зависимость индуктивности ЧЭ при прохождении торца лопатки зоны чувствительности преобразователя имеет три экстремальные точки, а именно: минимум - максимум - минимум (Фиг.2, а, б). Выходной сигнал дифференциальной измерительной цепи в виде напряжения UДИЦ (Фиг.2, в) будет изменяться относительно среднего уровня, при этом при взаимодействии первого ЧЭ (ЧЭ1) с контролируемой лопаткой характер изменения UДИЦ по отношению к изменению ZЧЭ1 будет инверсным (максимум - минимум - максимум), а при взаимодействии со вторым ЧЭ (ЧЭ2) характер экстремальных значений повторится (минимум - максимум - минимум). Для последующих преобразований используются только цифровые коды Ci1Cn, Ci1K, соответствующие экстремальным значениям напряжения UДИЦ при прохождении контролируемой лопатки с номером i в зоне ЧЭ1, и коды Ci2Cn, Ci2K соответственно в зоне ЧЭ2 (Фиг.2, г).
Для регистрации однозначного результата преобразования заявляемый способ предлагает два варианта выбора экстремальных значений кодов для контролируемой лопатки, соответствующих первому и второму ЧЭ:
1) из совокупности результатов преобразования параметров первого ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта контролируемой лопатки с номером i выбирают наибольшее из экстремальных значений кодов Ci1Cn, Ci1K, а из совокупности результатов преобразования параметров второго ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта контролируемой лопатки с номером i выбирают наименьшее из экстремальных значений кодов Ci2Cn, Ci2K;
2) с целью упрощения процедуры выбора, для расчета координатных составляющих смещений берут либо первые экстремальные значения результатов преобразования Ci1Cn, Ci2K, соответствующие взаимодействию электромагнитного поля ЧЭ с торцевой кромкой спинки пера лопатки с номером i, либо вторые Ci1Cn, Ci2K, - соответствующие взаимодействию электромагнитного поля ЧЭ с торцевой кромкой корыта пера лопатки с номером i.
Те же правила соблюдаются и при снятии градуировочных характеристик.