基于带冠叶片耦合特征的叶尖间隙标定测量系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110285748A(43)申请公布日2019.09.27(21)申请号201910571820.9(22)申请日2019.06.28(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人段发阶周琦叶德超李杨宗蒋佳佳程仲海牛广越邢琛(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人刘子文(51)Int.Cl.G01B7/15(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称基于带冠叶片耦合特征的叶尖间隙标定测量系统及方法(57)摘要本发明公开一种基于带冠叶片耦合特征的叶尖间隙标定测量系统及方法，系统包括汽轮机及带冠叶片，还包括电涡流传感器、信号调理模块、信号调理集成主机、信号采集模块、信号采集集成主机和计算机；所述电涡流传感器通过传感器信号线与信号调理模块相连，所述信号采集模块通过连接线与信号调理模块相连，所述信号采集模块通过连接线与计算机相连，所述信号调理模块放置于信号调理集成主机中，所述信号采集模块放置于信号采集集成主机中；所述带冠叶片安装于所述三维移动台上，通过电机控制所述三维移动台的移动；用于测量时所述电涡流传感器安装于汽轮机的静止机匣上，用于标定时所述电涡流传感器固定于带冠叶片上方。CN110285748ACN110285748A权利要求书1/2页1.基于带冠叶片耦合特征的叶尖间隙标定测量系统，包括汽轮机及带冠叶片，其特征在于，还包括电涡流传感器、信号调理模块、信号调理集成主机、信号采集模块、信号采集集成主机和计算机；所述电涡流传感器通过传感器信号线与信号调理模块相连，所述信号采集模块通过连接线与信号调理模块相连，所述信号采集模块通过连接线与计算机相连，所述信号调理模块放置于信号调理集成主机中，所述信号采集模块放置于信号采集集成主机中；所述带冠叶片安装于所述三维移动台上，通过电机控制所述三维移动台的移动；用于测量时所述电涡流传感器安装于汽轮机的静止机匣上，用于标定时所述电涡流传感器固定于带冠叶片上方。2.根据权利要求1所述基于带冠叶片耦合特征的叶尖间隙标定测量系统，其特征在于，所述信号调理集成主机和信号采集集成主机中各放置有至少两个模块以实现多通道同步测量。3.基于带冠叶片耦合特征的叶尖间隙测量方法，基于权利要求1所述叶尖间隙标定测量系统，其特征在于，依据实际工作情况，安装于汽轮机静止机匣上的电涡流传感器探头线圈的阻抗Z由间隙d和带冠叶片尺寸因子K共同作用，认为其他影响因子处于固定不变的状态；则阻抗Z和间隙d、带冠叶片尺寸因子K的关系可表示为Z＝f(d,K)(1)同时，由于在旋转时，带冠叶片及带冠叶片的耦合处会交替经过电涡流传感器的探头，根据探头感受到的实际带冠叶片，令带冠叶片尺寸因子K在带冠叶片处表示为(K1+K2)，在带冠叶片耦合处表示为K1，则在经过带冠叶片时阻抗Z1可表示为Z1＝f(d,K1+K2)＝f(d,K1)+f(d,K2)(2)在经过带冠叶片耦合处时，阻抗Z2可表示为Z2＝f(d,K1)(3)因此当汽轮机工作时，每经过一带冠叶片及其耦合处，阻抗变化量ΔZ可表示为ΔZ＝Z1-Z2＝f(d,K2)(4)同时，由于尺寸因子K1和K2是固定不变的，因此基于带冠叶片的耦合特征，将阻抗变化量ΔZ转化为了与间隙d的单值函数关系，即将式(4)表示为ΔZ＝f(d)(5)即通过电涡流传感器探头线圈阻抗变化量ΔZ表征带冠叶片的叶尖间隙d；当探头与带冠叶片的间隙为d，且位于带冠叶片处时的电压为V1，位于带冠叶片耦合处时的电压为V2，此时电压变化量ΔV表示为ΔV＝V1-V2(6)将阻抗变化量ΔZ与间隙d的单值函数关系转化为电压变化量ΔV与间隙d的单值函数关系，即ΔV＝f(d)(7)通过式(7)可得到间隙d反函数d＝f(ΔV)(8)由式(8)的单值函数关系即可通过电压变化量ΔV测量出带冠叶片叶尖间隙d；具体包括以下步骤：2CN110285748A权利要求书2/2页(1)基于上述原理的带冠叶片叶尖间隙测量方法，进行前期标定，以获得不同叶尖间隙d对应的电压变化量ΔV，拟合成多项式方程，得到单值函数关系d＝f(ΔV)，用于在现场测量时进行比对最终得到间隙数据；(2)在汽轮机的静止机匣上开孔，将电涡流传感器安装于开孔内，电涡流传感器的探头端面与带冠叶片端面平行；(3)将电涡流传感器通过传感器连接线与信号调理模块连接，信号调理模块通过连接线与信号采集模块相连，信号采集模块通过连接线与计算机相连；(4)汽轮机启动工作，带冠叶片开始旋转，随着转速的逐渐增加，带冠叶片和带冠叶片耦合处每经过一次探头，即会产生一次阻抗变化ΔZ；(5)将电涡流传感器探头的阻抗Z实时信号通过电涡流传感器连接线输入到信号调理模块中进行处理