[发明专利]一种基于交流放电的叶尖间隙测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于叶片间隙测量领域，特别涉及一种基于交流放电的叶尖间隙测量系统及方法。

背景技术

航空发动机径向间隙测量，特别是高压涡轮间隙测量，一直以来属于世界性的测试难题。航空发动机叶尖径向间隙是指发动机各级转子叶片叶尖与发动机机匣之间的距离,是影响航空发动机性能的重要参数之一。发动机转子叶尖与机匣内壁之间的径向间隙过大时，压气机的压比下降，耗油量增加，发动机的效率也会大大降低。英国R·R公司对现代燃气涡轮发动机研究表明，叶尖间隙每增加叶片长度的1％，效率约降低1.5％；而效率每降低1％，耗油率约增加2％。然而叶尖间隙过小时，由于叶片在高温环境下受热发生膨胀，可能会导致叶尖与机匣内壁之间产生摩擦，造成零部件的损坏，影响发动机的安全。因此叶尖间隙过大或过小都会对发动机产生不利的影响，合理的设计和监测发动机的叶尖间隙，对于提高发动机性能具有重要意义。

为测量和控制航空发动机压气机叶片和涡轮叶尖与机匣内壁之间的间隙，国内外航空研究机构开发了多种间隙的测量方法，现在常使的有光纤法、探针法、电容法、电涡流法等，这些方法都有其不同的特点。为了使叶尖间隙测量技术达到实用高效的水平，本案提出一种基于交流放电的新型叶尖间隙测量方法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于交流放电的叶尖间隙测量系统及测量方法，其实用性强，安装使用方便，操作简单，调压时间短且效率高。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于交流放电的叶尖间隙测量系统，包括交流数控可调激励、放电探针、电流测量转换模块和数据处理模块，其中，放电探针的一端与机匣的内壁相平齐，而另一端露在机匣的外部，且在放电探针插入机匣的部分包裹绝缘层，将放电探针与机匣完全隔离；所述交流数控可调激励的高压端连接放电探针，交流数控可调激励的阴极通过电流测量转换模块连接转子叶片的中心，电流测量转换模块的输出端连接数据处理模块的输入端，而数据处理模块的输出端连接交流数控可调激励的控制端，用以控制交流数控可调激励的输出电压大小和有无。

上述电流测量转换模块包括检测电阻、电压传感器和模数转换器，其中，检测电阻的一端连接交流数控可调激励的阴极，检测电阻的另一端连接转子叶片的中心；电压传感器连接在检测电阻的两端，所述电压传感器的输出端经模数转换器连接数据处理模块的输入端。

上述放电探针由金属材料制成。

上述检测电阻选用50Ω电阻。

一种基于交流放电的叶尖间隙测量方法，包括如下步骤：

步骤1，准备阶段，基于已知叶尖间隙的转子叶片，得到放电起始电压与叶尖间隙的对应关系；

步骤2，实际测量阶段，测量待测转子叶片的放电起始电压，在步骤1得到的对应关系中找到对应该放电起始电压的叶尖间隙数值，即为待测转子叶片的叶尖间隙。

上述步骤1的详细内容是：

(11)以现有方法测量转子叶片的叶尖间隙，在电源频率恒定的前提下，数据处理模块调节交流数控可调激励的输出电压由零逐渐增大，直至放电产生，记录此刻的放电起始电压及对应的叶尖间隙；

(12)更换转子叶片，重复步骤(11)，记录多组放电起始电压及叶尖间隙数据，得到放电起始电压与叶尖间隙的对应关系。

上述步骤1中，将放电起始电压与叶尖间隙的对应关系采用关系曲线的形式表示。

上述步骤2的详细内容是：

(21)在电源频率恒定的前提下，通过数据处理模块调节交流数控可调激励的输出电压由零逐渐增大，直至放电探针与待测转子叶片的叶尖之间的空气被击穿，放电产生，记录此刻的放电起始电压；

(22)重复步骤(21)，共记录n组放电起始电压，对这n组数据进行处理，得到放电起始电压均值，然后在步骤1得到的对应关系中找到对应该放电起始电压均值的叶尖间隙数值，即为待测转子叶片的叶尖间隙，其中，n为自然数，且n≥2。

上述步骤(22)中，对n组数据采用中值法进行处理，得到放电起始电压均值。