[发明专利]一种涡轮凹腔叶片叶尖间隙测量方法

说明书

技术领域

本发明属于叶片间隙测量技术，具体涉及一种涡轮凹腔叶片叶尖间隙测量方法，应用于涡轮凹腔叶片的叶尖间隙测量。

背景技术

叶尖间隙是指发动机各级转子叶片与机匣涂层之间的距离，它是发动机设计中一个非常关键的参数，对流场结构、能量传递、旋转失速先兆及损失的生成有着决定性影响，对效率、耗油率和可靠性有很大影响。研究表明，叶尖间隙减小0.0254mm，效率能够提高1％。这就要求叶尖间隙设计得尽可能小，但要保证在发动机全包线内转子叶尖与机匣不发生碰磨，以免危及发动机的安全。

英﹑美﹑俄等航空技术发达国家对航空发动机间隙测试技术十分重视，国家和各大航空企业投入了大量的人力物力用于开发和完善间隙测试新技术新仪器，并有充足的发动机资源可供试验验证。这些国家多年来相继开发和完善了放电探针法、电涡流法、高能X射线照相法、超声波测量方法、微波测量方法、电容法、光学法(光学内窥原理法和光学三角法)等发动机叶尖间隙测试方法，测试人员可以根据不同情况选择适合的测试手段对压气机﹑涡轮叶尖间隙实施准确测量，在发动机研制试验过程中得到广泛应用并发挥重要作用。

我国开展航空发动机转子叶尖间隙测试技术研究较晚，投入有限，叶尖间隙测试技术水平较低，没有自主研发的先进叶尖间隙测试装置。从国外引进的先进设备，对风扇、压气机试验件开展过叶尖间隙测量，但在涡轮叶尖间隙测量方面，尤其是目前处于主流设计的涡 轮凹腔叶片叶尖间隙测量方面处于空白，难以满足发动机的研制需求。

发明内容

本发明的目的是：为了解决涡轮凹腔叶片的叶尖间隙测量问题，本发明根据涡轮凹腔叶片特点，利用整周期采样技术，设计叶片采集和叶尖信号提取算法，提供一种能够成功测量涡轮凹腔叶片的叶尖间隙的方法。

本发明的技术方案是：

一种涡轮凹腔叶片叶尖间隙测量方法，其特征在于，先采集原始叶尖间隙信号，该原始叶尖间隙信号由周期排列的叶片叶尖信号组成，其中，每个叶片叶尖信号还具有凹腔波谷，然后根据凹腔叶片形状，设置高低门限电平，使得高电平在原始叶尖间隙信号的两个波峰与凹腔波谷之间，低电平在叶片间波谷信号与凹腔波谷信号之间，根据低电平区分不同叶片，根据高电平识别叶片叶尖凹腔和两个波峰，提取叶尖波峰和叶片间波谷的差值电压，再根据间隙与电压的拟合关系确定叶尖间隙值。

所述的涡轮凹腔叶片的叶尖间隙测量方法，其包括如下步骤：

步骤1：采集原始叶尖间隙信号

以整周期采样的方式采集涡轮凹腔叶片间隙信号，该信号为周期排列的叶片叶尖间隙信号组成，其中，每个叶片叶尖间隙信号中间具有凹陷，该凹陷为叶尖凹腔波谷信号；

步骤2：高低电平设置

首先对采集的原始叶尖间隙信号进行滤波和平滑处理，并进行数据对齐，使每一个叶片叶尖的数据都位于截取出的叶片数据的中部；然后统计信号幅值，分成代表叶尖波峰的高电压信号、代表叶尖凹腔 的中电压信号，代表叶片间的低电压信号，再设置高电平和低电平，使得高电平在叶尖信号的波峰与凹腔波谷之间，低电平在叶片间波谷信号与凹腔波谷信号之间；

步骤3：叶尖信号提取

先根据低电平，分割叶尖信号，从而提取单个叶片叶尖信号；然后根据高电平信号，将单个叶片叶尖信号的两个波峰信号分割开，并提取两个波峰和一个波谷的信号，实现叶尖波峰信号和叶尖凹腔波谷信号的提取；

步骤4：间隙计算

叶尖波峰信号与叶片间的波谷信号差值与叶尖间隙成函数关系，提取叶尖波峰信号和叶片间波谷信号并计算得到电压差值后，代入高次多项式拟合公式(1)和(2)计算得到叶尖间隙值。

其中，D₁、D₂分别为叶背和叶盆间隙测量值，V₁、V₂分别为叶背和叶盆电压值，α₀～α₇为叶背校准系数，β₀～β₇为叶盆校准系数。

步骤1原始叶尖间隙信号采集时，设定满足分析需要的理论整周期采样点数，将实际采样点数与整周期采样点数相除获得重采样的采样间隔，每次实际采样点数多于理论的整周期采样点数，通过对采样后的数据进行叶尖信号分离，只提取与叶片数相同个数的叶尖信号，舍去多余的信号。