[发明专利]一种监测涡轮叶尖间隙的装置及方法

权利要求书

1.一种监测涡轮叶尖间隙的装置，其特征在于，包括：壳体、支架、涡流传感器探头、光纤传感器探头、电缆、接头、涡流线圈，其中，

涡流传感器探头安装在壳体上，并开设有对称的中空通孔；

涡流传感器探头的上部开设有容置涡流线圈的凹槽；

壳体固定在支架上；

电缆包括光纤电缆和涡流电缆，一端延伸入通孔内，另一端固定在接头上，接头与外部的信号采集设备相连接；

延伸入通孔内的电缆中的涡流电缆通过涡流线圈与通孔之间的斜通孔连接至涡流线圈；

光纤传感器探头固定在通孔的前部，延伸入阶梯通孔内的电缆中的光纤电缆连接至光纤传感器探头，涡流传感器采集叶片形成涡流电压信号，光纤传感器采集叶片形成脉冲信号，其中，光纤传感器的频率响应大于涡流传感器的频率响应。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述电缆引出的所述涡流电缆缠绕在所述涡流传感器探头上部的凹槽内，形成所述涡流线圈。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涡流线圈、涡流传感器探头、壳体以及支架组成涡流传感器，光纤传感器探头以及光纤电缆组成光纤传感器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述涡流传感器探头与光纤传感器探头平齐，且中心线同线。

5.一种监测涡轮叶尖间隙的方法，其特征在于，应用于监测涡轮叶尖间隙的装置，包括：

在对涡轮进行监测的过程中，分别获取涡流传感器采集的涡流电压信号以及光纤传感器采集的脉冲信号，所述光纤传感器的频率响应大于所述涡流传感器的频率响应；

获取光纤传感器采集的待分析脉冲信号的脉冲信号采集时刻，从所述涡流电压信号中，获取对应该脉冲信号采集时刻的涡流电压信号对应的涡流电压信号采样时刻；

计算所述涡流电压信号采样时刻与所述脉冲信号采集时刻的时间差值；

基于所述时间差值以及所述涡轮的转动周期，获取涡轮叶尖相对所述涡流传感器的转动角度；

依据所述转动角度以及所述涡流电压信号采样时刻对应的涡流电压，查询预先构建的涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，得到涡轮叶尖间隙；

监测涡轮叶尖间隙的装置，壳体、支架、涡流传感器探头、光纤传感器探头、电缆、接头、涡流线圈，其中，

涡流传感器探头安装在壳体上，并开设有对称的中空通孔；

涡流传感器探头的上部开设有容置涡流线圈的凹槽；

壳体固定在支架上；

电缆包括光纤电缆和涡流电缆，一端延伸入通孔内，另一端固定在接头上，接头与外部的信号采集设备相连接；

延伸入通孔内的电缆中的涡流电缆通过涡流线圈与通孔之间的斜通孔连接至涡流线圈；

光纤传感器探头固定在通孔的前部，延伸入阶梯通孔内的电缆中的光纤电缆连接至光纤传感器探头。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，构建所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，包括：

保持涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度不变，改变涡轮叶尖间隙，获取各涡轮叶尖间隙下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述涡轮叶尖间隙为自变量，所述电压值为因变量的第一映射关系；

保持涡轮叶尖间隙不变，改变涡流传感器与涡轮叶尖的转动角度，获取各转动角度下，涡流传感器采集的涡流电压信号的电压值，构建以所述转动角度为自变量，所述电压值为因变量的第二映射关系；

拟合所述第一映射关系和所述第二映射关系，得到所述涡流电压、转动角度以及涡轮叶尖间隙的映射关系，其中，所述涡轮叶尖间隙和转动角度为自变量，所述涡流电压为因变量。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用下式计算所述转动角度：

其中，

式中，

α为转动角度；

n为涡轮上的叶片数；

t为时间差值；

T为单个叶片转过(2π/n)角度的用时；

T′为涡轮的转动周期；

r为叶片半径；

v为叶片转动的线速度。