Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины



Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины
Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины
Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины

 


Владельцы патента RU 2556297:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН) (RU)

Использование: для измерения зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины. Сущность изобретения заключается в том, что во взаимодействие с торцом контролируемой лопатки вводят распределенный кластер из двух высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей (ОВТП) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде линейного отрезка проводника, устанавливаемых на статорной оболочке с нормированным смещением друг относительно друга в направлении, параллельном оси рабочего колеса (ось X), на расстояние равное ожидаемому смещению торца лопатки Δх0, причем кластер преобразователей устанавливают по оси Х левее выходной кромки лопатки на половину длины ЧЭ (λЧЭ/2), а также ЧЭ преобразователей ориентируют параллельно касательной к средней линии профиля торца лопатки в точке пересечения ее с плоскостью вращения, проходящей через геометрический центр кластера преобразователей (середина линии, соединяющей центры ЧЭ преобразователей); из совокупности результатов преобразования параметров первого ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наименьшее из экстремальных значений кодов, а из совокупности результатов преобразования параметров второго ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наибольшее из экстремальных значений кодов. Технический результат: 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. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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.

1. Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торца лопатки с большим углом изгиба профиля пера на рабочем колесе осевой турбины с U-образным продольным сечением пера, при котором во взаимодействие с торцом контролируемой лопатки вводят распределенный кластер из двух высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей (ОВТП) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде линейного отрезка проводника, устанавливаемых на статорной оболочке с нормированным смещением друг относительно друга в направлении, параллельном оси рабочего колеса (ось X), на расстояние, равное ожидаемому смещению торца лопатки Δх0, а в направлении вращения (ось Z) - на расстояние:
Δ z = ( 1,5 ψ Л L 2 π Δ x 0 t g α ) ,
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;
преобразователи включают в дифференциальную измерительную цепь (ДИЦ), возбуждаемую импульсами напряжения, частота следования которых гораздо выше частоты вращения лопаточного колеса; преобразуют выходные сигналы ДИЦ в цифровые коды; по этим кодам с помощью предварительно снятых семейств градуировочных характеристик ОВТП для контролируемой лопатки получают координатные составляющие смещений ее торца, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности ОВТП кластер преобразователей устанавливают по оси Х левее выходной кромки лопатки на половину длины ЧЭ (λЧЭ/2), а также ЧЭ преобразователей ориентируют параллельно касательной к средней линии профиля торца лопатки в точке пересечения ее с плоскостью вращения (линия b, Фиг.1), проходящей через геометрический центр (г.ц.) кластера преобразователей (середина линии, соединяющей центры ЧЭ преобразователей); из совокупности результатов преобразования параметров первого ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наименьшее из экстремальных значений кодов, а из совокупности результатов преобразования параметров второго ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наибольшее из экстремальных значений кодов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью упрощения процедуры выбора экстремальных минимального и максимального значений кодов, соответствующих наиболее интенсивному электромагнитному взаимодействию контролируемой лопатки с каждым ЧЭ ОВТП, выбирают либо первые экстремальные значения кодов, соответствующие взаимодействию ЧЭ первого и второго ОВТП с торцевой частью спинки пера контролируемой лопатки, либо вторые экстремальные значения кодов, соответствующие взаимодействию ЧЭ обоих ОВТП с торцевой частью корыта пера контролируемой лопатки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения искривлений трубчатых каналов, преимущественно в атомной энергетике. Сущность: индуктивный измеритель искривления трубчатого канала содержит индуктивные датчики зазора, соединенные с измерительной системой.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля изгиба удлиненных изделий, в частности каналов активной зоны ядерного реактора.

Использование: для уменьшения температурной погрешности при измерении перемещений электропроводящих объектов в условиях воздействия высоких температур. Сущность: в одновитковом вихретоковом преобразователе во внутреннем проводнике его коаксиального токовода, соединяющего чувствительный элемент с объемным витком согласующего трансформатора, располагают первую термопару.

Изобретение относится к индуктивному сенсору сближения, выполненному с возможностью встраивания в монтажную плату (2), выполненную из мягкой стали. Сенсор включает корпус (16) с лицевой стенкой, выполненной из синтетического материала и образующей чувствительную поверхность (4), осциллятор (10), включающий воспринимающую обмотку (7) с сердечником (9), расположенный внутри корпуса за лицевой стенкой (16) таким образом, чтобы незамкнутая часть сердечника (9) была направлена к чувствительной поверхности (4), пустотелый цилиндрический металлический элемент (3), расположенный перпендикулярно чувствительной поверхности (4) и окружающий сердечник (9), а также измерительный контур (11), приспособленный для измерения затухания колебаний осциллятора (10), возникающего из-за наличия вихревых токов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел.

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля пера.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях. Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабилизации емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, промодулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора (fс) и модулятора 4:1. Технический результат - повышение чувствительности датчика и расширение линейного интервала измерений величины зазора. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостному датчику для измерения расстояния, в частности, до мишени в литографическом устройстве. Сущность: емкостная измерительная система содержит два или более емкостных датчиков (30a, 30b), один или более источников (306a, 306b) питания переменного тока для подачи питания на емкостные датчики и схему обработки сигналов для обработки сигналов от датчиков. Датчики скомпонованы попарно. Один или более источников питания переменного тока выполнены с возможностью запитывать первый датчик из пары датчиков переменным током (307) или напряжением со сдвигом фаз 180 градусов относительно тока или напряжения для второго датчика из пары датчиков. Схема обработки сигналов выполнена с возможностью обработки принятых выходных сигналов для генерации единого измеренного значения расстояния, соответствующего среднему расстоянию между измерительным блоком и мишенью. Схема обработки сигналов выполнена с возможностью генерации результата дифференциального измерения путем суммирования выходных сигналов от измерительного блока в течение первого полупериода питающего сигнала и в течение второго полупериода питающего сигнала по отдельности и вычитания просуммированных значений. 14 з.п. ф-лы, 32 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения расстояний, в частности в качестве датчика в дефектоскопах, профилемерах, нефтяной и газовой промышленности, для измерения геометрии трубопровода и положения дефектоскопа в трубопроводе. Задача предлагаемого решения: увеличение быстродействия, уменьшение взаимного влияния датчиков друг на друга при применении в многоканальных измерительных системах. Это достигается тем, что в измерителе расстояния между датчиком и объектом из электропроводящего материала, содержащем источник питания переменного тока, присоединенный к нему измерительный канал, состоящий из индуктивного резонансного преобразователя зазора с двумя катушками, блок линеаризации выходного сигнала от перемещения, катушки выполнены с взаимно перпендикулярным расположением осей катушки генератора и катушки приемника, причем ось катушки приемника расположена перпендикулярно поверхности объекта, параллельно катушке приемника подсоединены конденсатор, резистор и соединены с генератором, усилителем, логарифмическим усилителем, детектором, аналого-цифровым преобразователем, блоком линеаризации и введен экран. Блок линеаризации выполнен в виде контроллера с алгоритмом аппроксимации нелинейной зависимости в виде полинома с коэффициентами, которые получены после калибровки в лабораторных условиях. Экран выполнен из проводящего парамагнетика, а со стороны, обращенной к объекту, со стенкой из диэлектрика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактных измерений изменений зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью. Способ измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов заключается в том, что используют бесконтактное измерительное устройство с первичным измерительным преобразователем, чувствительные элементы которого, электрически независимые друг от друга, устанавливают на одной базе со смещением в направлении объекта контроля, по показаниям измерительного устройства рассчитывают значение перемещения объекта контроля относительно измерительного устройства, согласно изобретению смещение между чувствительными элементами заменяют на эквивалентное расстояние между ними, оптимальное значение которого рассчитывают при градуировке измерительного устройства. Вычисляют i-ые приращения перемещения, а полное перемещение объекта контроля относительно измерительного устройства определяют, суммируя все i-е приращения перемещений. Технический результат заключается в повышении точности измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов с различной проводимостью и конфигурацией в труднодоступных местах при переменных внешних климатических условиях. 5 ил.

Демпфер/детектор в сборе содержит модуль (1) датчика перемещения, имеющий катушку (4) и корпус (2) катушки для помещения в него катушки (4) и/или опору (6) катушки для поддержки катушки (4) и демпфер (30) телескопического типа для бытового электроприбора, имеющий корпус (20) демпфера и поршень (22), выполненный с возможностью перемещения в нем и расположенный с ним на одной оси. Участок поршня (22) содержит материал или образован из материала, предназначенного для изменения электромагнитного поля катушки модуля датчика перемещения. Модуль датчика перемещения установлен так, что он надет поверх участка корпуса демпфера. Бытовой электроприбор, использующий демпфер/детектор, представляет собой стиральную машину или стиральную машину с функцией сушки, или сушильную машину. Облегчаются сборка и эксплуатация демпфера/детектора. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса и статорной оболочкой. Сущность изобретения заключается в том, что фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки; фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика центром межлопаточного промежутка, следующего за контролируемой лопаткой; вычисляется радиальный зазор для контролируемой лопатки по разности двух зафиксированных экстремальных значений кодов с измерительного преобразователя. Технический результат: уменьшение числа датчиков и установочных отверстий в статорной оболочке, а также повышение точности измерения радиальных зазоров. 1 ил.
Наверх