[发明专利]一种叶尖间隙光纤测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶尖间隙光纤测量方法。

本发明还涉及一种用于实现上述方法的测量装置。

背景技术

涡轮动叶叶尖间隙是影响地面燃气轮机或航空发动机性能的一个重要参数，间隙过大则燃气泄漏流量增加，导致燃气轮机或航空发动机效率降低，油耗增加；间隙减小则容易导致叶片与机匣接触，造成叶片磨损甚至损坏。由于叶尖间隙影响因素相当复杂，单靠计算分析很难确定，因此必须在试验中对间隙进行测量，为叶尖间隙控制提供可靠数据，也可在燃气轮机或航空发动机服役过程中，对叶尖间隙进行实时监控，对可能出现的故障进行诊断与提前预警，以免造成严重后果。

目前国内外关于叶尖间隙测量的技术主要为放电探针测量法、超声波测量法、X射线测量法、光导探针测量法、光纤测量法、电涡流测量法、电容法等，其中放电探针测量法仅能获得涡轮动叶叶尖与机匣间的最小间隙，且仅适于低温、低转速条件。

超声波测量法、X射线测量法、光导探针测量法由于结构复杂，价格昂贵，且不易用于高温环境等，限制了其发展。

常用的电容和电涡流测量法抗电磁干扰差，仅能用在金属叶片上，中间介质的介电特性对其测量结果也有一定影响。

光纤测量法结构简单，不受电磁干扰，是近几年来研究的热点。关于光纤位移测量技术，最早采用的是一路光纤发射测量激光，一路光纤接收反射光信号，该测量方法容易受发射光源波动、光纤损耗及被测面反射率的影响，因此测量精度较差。为了解决以上问题，后来发展了反射补偿型光纤位移测试技术，采用了一路信号光纤和一路参考光纤接收反射光能量，经过对比分析获得距离信息，但其对发射光束与被测面的垂直度要求较高，较小的被测面倾角也会引起较大测量误差，且目前采用的发射光波长一般在红外区，在高温环境中容易受叶尖自身辐射光谱干扰，不适用于高温环境下距离测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮动叶叶尖间隙光纤测量方法。

本发明的又一目的在于提供一种实现上述方法的测量装置。

为实现上述目的，本发明提供的叶尖间隙光纤测量方法，采用多点定位反射补偿型光纤测距，由激光器发射出工作波段激光经过光纤探头发射到被测物表面，经被测物表面反射后回到光纤探头，然后分别进入多路接收光纤，经滤光片对进入接收光纤的光进行滤光，分别获得经被测物表面反射后进入多路接收光纤的工作波段光能量，再经过光电探测后将光能量转换为弱电流信号，经信号放大滤波电路将弱电流信号放大为供采集的电流或电压信号，通过对多路输出的电流信号或电压信号采集后对比处理，获得光纤探头与被测物表面之间的距离。

所述的叶尖间隙光纤测量方法中，多路接收光纤为三路接收光纤。

所述的叶尖间隙光纤测量方法中，光电探测转换的弱电流经过信号放大滤波处理获得供采集的电流或电压信号。

本发明提供的用于实现上述方法的测量装置，其包括：

一光纤探头，包括一路发射光纤和多路接收光纤，多路接收光纤环绕于发射光纤的周围；

发射光纤连接激光器，多路接收光纤分别各自连接一光电探测器；

光纤探头固定在带冷却结构的探头安装座上，探头安装座固定在机匣上；

所述冷却结构是在第一筒壁内安装有第二筒壁，第二筒壁内安装有第三筒壁，光纤探头安装在第三筒壁内，在第一筒壁和第二筒壁之间设有第一环隙通道，在第二筒壁和第三筒壁之间设有第二环隙通道，在光纤探头和第三筒壁之间设有第三环隙通道；

第一筒壁上设有高压气体入口，第二筒壁设有低压冷气出口，第三筒壁设有低压冷气入口；

第二筒壁的顶端开设有玻璃视窗。

所述的叶尖间隙光纤测量装置中，发射光纤自带端面球透镜，以增加测距范围。

所述的叶尖间隙光纤测量装置中，多路接收光纤为等夹角的环绕于发射光纤的周围。

所述的叶尖间隙光纤测量装置中，多路接收光纤与发射光纤之间的距离分别为r1、r2、r3、…、rN，且r1≠r2≠r3…≠rN。

所述的叶尖间隙光纤测量装置中，带有冷却结构的探头安装座是通过安装法兰固定在机匣上。

所述的叶尖间隙光纤测量装置中，多路接收光纤分别各自连接的光电探测器经信号放大滤波电路后连接高频数据采集仪。

所述的叶尖间隙光纤测量装置中，高频数据采集仪通过网络连接至远端监视设备。

本发明具有以下优点：

1）本发明可以用于高温环境下的叶尖间隙测量；

2）本发明可以用于高压环境下的叶尖间隙测量；