Способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса и статорной оболочкой турбомашины

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.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров (РЗ) между торцами лопаток рабочего колеса (РК) и статорной оболочкой в условиях высокой температуры среды в проточной части турбомашины в процессе вращения РК на тех ступенях, где отсутствует осевое смещение РК или его влияние пренебрежимо мало.

Известна система измерения РЗ в компрессоре, в которой используется способ уменьшения влияния температуры среды, предусматривающий размещение в каждой точке измерения пары одновитковых вихретоковых датчиков (ОВТД) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде отрезка проводника. Один ОВТД является рабочим и фиксирует РЗ, второй предназначен для компенсации влияния температуры окружающей ЧЭ среды. Установочные отверстия для датчиков в статорной оболочке выполнены таким образом, чтобы в моменты измерения ЧЭ рабочего ОВТД находился над торцом лопатки, а компенсационного - в промежутке между двумя соседними лопатками. Датчики подключены по дифференциальной схеме к измерительному преобразователю индуктивностей ОВТД в напряжение, которое далее преобразуется в цифровой код на выходе АЦП в составе системы (Методы и средства измерения многомерных перемещений элементов конструкций силовых установок / Под ред. Секисова Ю.Н., Скобелева О.П. - Самара, Самарский научный центр РАН, 2001, 188 с., стр. 127-130 и 65-72).

Рассмотренный способ уменьшения влияния температуры используется и в наиболее современных средствах измерения РЗ, в которых преобразователь индуктивностей ОВТД включает микросхему АЦП, причем такой преобразователь обычно встроен в линию связи между датчиками и устройствами обработки цифровых данных в составе системы (С.Ю. Боровик, М.М. Кутейникова, Б.Р. Райков, Ю.Н. Секисов, О.П. Скобелев. Измерение радиальных зазоров между статором турбины и торцами лопаток сложной формы с помощью одновитковых вихретоковых датчиков // Мехатроника, автоматизация, управление, 2013, - №10, с. 38-46).

Недостатками способа являются необходимость установки в точке контроля рабочего и компенсационного датчиков, наличие двух установочных отверстий, а также температурная погрешность от неполной идентичности датчиков и разности температуры в местах установки рабочего и компенсационного датчиков.

Известны способы уменьшения указанных температурных погрешностей, которые предусматривают ввод одной или двух термопар (ТП) в существующую конструкцию ОВТД, а также использование алгоритмов вычисления РЗ по градуировочным характеристикам (ГХ), полученным экспериментально в рабочем диапазоне температур. При этом в варианте с двумя ТП предусмотрены дополнительные расчетные операции, связанные с моделированием теплообмена в датчике и с окружающей средой (Методы и средства измерения многомерных перемещений элементов конструкций силовых установок / Под ред. Секисова Ю.Н., Скобелева О.П. - Самара, Самарский научный центр РАН, 2001, 188 с., стр. 127, рис. 4.2 - вариант с одной ТП, а также Пат. РФ №2519844, Способ уменьшения температурной погрешности измерения многокоординатных смещений торцов лопаток одновитковым вихретоковым преобразователем, МПК G01B 7/14,2012, опубл. 20.06.2014, Бюл. №17 - вариант с двумя ТП).

Недостатками обоих вариантов является усложнение конструкции датчика, дополнительные каналы измерения температуры и громоздкая обработка полученных данных.

Целью изобретения является уменьшение числа датчиков и установочных отверстий в статорной оболочке, а также повышение точности измерения РЗ.

Указанная цель достигается тем, что рабочие и компенсационные функции выполняет поочередно один и тот же ОВТД.

Для получения результата измерений в процессе вращения РК из непрерывной последовательности выходного цифрового кода (С) фиксируют экстремальные значения (Сэ), соответствующие прохождению центра зоны чувствительности датчика торцами лопаток и центрами межлопаточных промежутков, причем за результаты измерений РЗ контролируемой лопатки принимают разность между соседними экстремальными значениями зафиксированных кодов. Временные диаграммы, представленные на фиг. 1, поясняют процесс измерения.

Эпюра 1 показывает прохождение лопатками с номерами 1, 2, …, i (Л1, Л2, …, Лi) и периодом Т0 ЧЭ датчика при равномерном вращении РК, а эпюра 2 - последовательность цифровых кодов на выходе измерительного преобразователя с периодом τ0. Период формирования кодов τ0 должен быть значительно меньше периода Т0.

Экстремальные значения кодов Сэ, соответствующие моментам прохождения лопатками центра зоны чувствительности датчика, а также центрами межлопаточных промежутков, представлены на эпюре 3. В частности, максимум кода С1i соответствует моменту прохождения i-й лопаткой, а минимум С2i - моменту прохождения центра между i-й лопаткой и лопаткой с номером i+1. При этом С1i и C2i можно записать в виде:

где С0 - результат преобразования, соответствующий положению, когда центр межлопаточного промежутка, следующий за контролируемой лопаткой, проходит центр зоны чувствительности датчика, а влияние температуры среды отсутствует, ΔС - полезное изменение кода, соответствующее изменениям индуктивности датчика от величины РЗ, ΔСθ - изменение кода, связанное с воздействием температуры θ в проточной части турбомашины, где размещен ЧЭ датчика.

Представляется очевидным, что разность кодов (С1i2i) определяется только полезными изменениями кода (ΔС) и не зависит от изменений кода, связанных с температурой (ΔСθ) (эпюра 4):

Величины РЗ (с) для каждой лопатки определяются на основе ГХ (зависимости с=f(ΔC), получаемой экспериментально для заданной разновидности лопаток, конкретных датчика и преобразователя. (В случае использования измерительного преобразователя с дифференциальной входной цепью в одно плечо включается датчик, а во второе - имитатор датчика. Имитатор представляет собой катушку индуктивности, RLC - параметры которой идентичны параметрам датчика при отсутствии лопаток в зоне его чувствительности, и размещается непосредственно в конструкции преобразователя.)

Способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса в процессе его вращения и статорной оболочкой турбомашины с помощью одновиткового вихретокового датчика с чувствительным элементов в виде отрезка проводника, включенного в измерительный преобразователь индуктивности в цифровой код, отличающийся тем, что с целью уменьшения числа датчиков и установочных отверстий для них в статорной оболочке, а также повышения точности измерения, 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.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактных измерений изменений зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью.

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.

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.

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.

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.

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 использовано для проверки и настройки вихретоковых дифференциальных датчиков перемещения. Технический результат: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения имитации механического смещения контролируемого объекта как поперек плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещения (зазора), так и вдоль плоскости его чувствительного элемента. Сущность: вихретоковый имитатор перемещений содержит основную обмотку индуктивности, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, и основной резистор переменного сопротивления, дополнительную обмотку индуктивности, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения и первой измерительной обмоткой вихретокового датчика, и дополнительный резистор переменного сопротивления. Основная обмотка имитатора магнитосвязана со второй измерительной обмоткой датчика. Обе обмотки имитатора выполнены идентично измерительным обмоткам датчика, соединены последовательно и шунтированы основным резистором переменного сопротивления и дополнительным резистором переменного сопротивления. Средний вывод дополнительного резистора переменного сопротивления соединен с общей точкой соединения обмоток имитатора. 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в системе управления электрогидравлических и электромеханических приводов летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных звеньев. Технический результат: снижение температурной погрешности и повышение симметричности выходной характеристики датчика. Сущность: датчик содержит: корпус, трубку, катушку на каркасе из немагнитного материала, подвижный сердечник, выполненный из магнитомягкого материала, который соединен механически с контролируемым объектом посредством немагнитного штока. Катушка содержит две ступенчатые измерительные обмотки и обмотку возбуждения, выполненную проводом по всей длине рабочего хода датчика. Шток и трубка датчика, находящиеся во внутреннем пространстве катушки датчика, выполнены из титановых сплавов ВТ3-1 или ВТ5-1. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и, может быть использовано для контроля положения движущихся металлических частей роторных машин в энергетике, турбонасосных агрегатов в нефтегазовой промышленности и других областях. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем увеличения линейного участка характеристики преобразования измерителя. Измеритель перемещений содержит вихретоковый датчик, подключенный к выходу высокочастотного генератора. Выход вихретокового датчика подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен с входом низкочастотного фильтра, выход которого соединен с входом основного усилителя и индикатор. Для достижения технического результата введены ступень с регулируемой зоной нечувствительности, вход которой подключен к выходу низкочастотного фильтра, сумматор, выход которого подключен к индикатору, дополнительный усилитель и ключ, управляющий вход которого подключен к выходу ступени с регулируемой зоной нечувствительности. Вход ключа соединен с выходом низкочастотного фильтра, а выход - к входу дополнительного усилителя. Выход основного усилителя подключен к первому входу сумматора, выход дополнительного усилителя подключен ко второму входу сумматора. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора в турбомашинах. С торцами лопаток работающей турбомашины вводят во взаимодействие вихретоковый преобразователь, возбуждаемый последовательностью импульсов питания. Обрабатывают информационный сигнал измерительной цепи с вихретоковым преобразователем ступенчатой формы фильтром нижних частот и во временной зависимости этого сигнала выделяют области нахождения первой и последующих лопаток в зоне чувствительности вихретокового преобразователя по превышению аналогового сигнала заданного порогового уровня. Последовательно выделяют экстремальные значения сигналов для первой и последующих лопаток с помощью амплитудного детектирования. Вычисляют по экстремальному значению радиальный зазор соответствующей лопатки и фиксируют радиальные зазоры в массиве результатов измерения. Определяют моменты времени достижения обратным фронтом аналогового сигнала для первой и последующих лопаток адаптивного порогового уровня, определяемого делением экстремального значения на постоянный коэффициент. Выполняют счет числа лопаток, прошедших зону чувствительности вихретокового преобразователя, и вычисляют скорость вращения ротора за оборот ротора после прохода последней лопатки колеса. Технический результат заключается в возможности совмещения измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора с помощью единого вихретокового преобразователя и выполнении цикла измерения зазоров по всем лопаткам за один оборот ротора. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиального зазора (РЗ) между торцами лопаток рабочего колеса (РК) и статорной оболочкой газотурбинного двигателя (ГТД). Предложен способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса в процессе его вращения и статорной оболочкой газотурбинного двигателя. Техническим результатом является повышение точности измерения при снижении воздействия температуры, а также сокращение числа датчиков и установочных отверстий в каждой точке контроля. Для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса и статором газотурбинного двигателя первый и второй одновитковые вихретоковые датчики, включенные в дифференциальную измерительную цепь, размещают раздельно в двух точках контроля над лопаточным венцом рабочего колеса на статорной оболочке газотурбинного двигателя со сдвигом в угловом направлении, благодаря чему датчики выполняют рабочие и компенсационные функции поочередно. Далее фиксируют экстремальные значения выходного напряжения измерительной цепи при прохождении центров чувствительных элементов первого и второго датчиков торцом контролируемой лопатки; радиальный зазор между статором и торцом контролируемой лопатки вычисляют в точках контроля по зафиксированным экстремальным значениям напряжения измерительной цепи и заранее снятым градировочным характеристикам. 2 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