专利名称：发动机转子叶尖径向间隙非接触式测量方法
技术领域：
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种发动机转子叶尖径向间隙非接触式测量方法。
背景技术：
在测量发动机转子叶尖径向间隙时，通常的方法是先将上半机匣和下半机匣组装在一起，并保证二者同心，再拆下上半机匣，采用塞尺或压蜡的方式测量局部(下半机匣与上半机匣对口处)的发动机转子叶尖径向间隙。该测量方法精度低(仅能达到0. 02mm)，效率低(完成一次测量需2小时)，准确性差(重复性差仅能达到0.02mm )。因为发动机内部转子与机匣之间空间狭小，且间隙空间呈圆周环腔形状，采用塞尺或压蜡的方法其测量范围不能达到整个圆周，所以只能测量局部的发动机转子叶尖径向间隙，从而影响了发动机的装配精度和性能。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种发动机转子叶尖径向间隙非接触式测量方法，该测量方法采用电容法测量技术，将传感器粘贴在叶片上，使传感器测头前端与叶片的叶尖齐平，使机匣内表面和传感器测头前端构成电容的两个极板，再根据该两个极板间的电容值与两个极板间的距离(即叶尖径向间隙)之间的函数关系，从而得出发动机转子叶尖径向间隙。本发明的发动机转子叶尖径向间隙非接触式测量方法，按以下步骤进行 1)组装测量系统、标定传感器，并确定叶尖径向间隙与电压之间的关系；
先将测量仪与传感器通过柔性导线相连接，再将传感器测头前端与千分尺端面接触， 然后将测量仪的电压调整为0V，再按一定间隔调整传感器测头前端与千分尺端面之间的间隙(即距离)，从Omm—直调整到2mm，建立间隙与电压之间的关系为电压(U)=5*间隙(L)。2)测量前准备
在装配发动机转子时，先将发动机转子和下半机匣装配到位，再将传感器通过机匣上的孔探仪的观察孔伸进机匣内部，并用绝缘双面胶将传感器粘贴在发动机转子叶片上，并使传感器测头前端与叶片的叶尖齐平，且该传感器测头直接对着待测间隙的机匣内表面， 再在发动机转子上沿圆周均勻固定传感器的导线，将传感器导线顺时针缠绕至少1圈，然后再将上半机匣安装到位。
3)测量发动机转子叶尖径向间隙
手动轻轻缓慢逆时针转动发动机转子，边转动边向外面拉传感器导线，直至将传感器从机匣上的孔探仪的观察孔中拉出来，在向外拉动传感器的过程中，传感器随着发动机转子转动，并不断向测量仪发送传感器测头前端与其所经过的机匣内表面之间形成的电容值数据，测量仪采集该电容值，并将该电容值转换成对应的电压；之后再根据公式电压(U) =5*间隙(L)，计算出间隙值，此间隙值即为发动机转子叶尖径向间隙。
本发明的非接触式测量方法采用电容法测量技术，其工作原理如下
在测量过程中，机匣和传感器测头前端构成电容的两个极板，该两个极板间的电容值与两个极板间的距离(即发动机转子叶尖径向间隙)之间有一定的函数关系，该电容值是两极板几何形状、两极板间距离以及两极板间介质的函数，忽略边缘影响，该电容值与两极板之间的距离(即间隙)的关系可以用下式表示C =Δ Δ。A / d，其中其中C为电容值；
Δ为两电极间介质的相对介电常数；Δ^为真空中的介电常数；A为电极面积；d 为两极板间的距离；
假设Δ。= 1，则电容值C =Δ A / d，在本发明的测量过程中，A为固定不变的常数；在实际测量中，相对介电常数Δ也是一个常量，因此电容值C与d为反比例关系，是一个非线性量。在实际测量中，传感器测头前端与机匣内表面形成一个可变电容器，该可变电容器的电容值随着传感器测头前端与机匣间的距离(即间隙)的变化而变化，也就是随着发动机叶尖径向间隙的变化而变化；然后再将测得的电容值通过测量仪转化成发动机叶尖径向间隙。采用电容法测量的特点是灵敏度高，固有频率高，频带宽，动态响应性能好，能在数兆赫的频率下稳定工作；功率小，阻抗高。本发明的非接触式测量方法与传统接触式测量方法相比，采用电容法测量技术， 将测量精度从0. 02mm提高到0. 005mm，且测量过程与装配同步进行，减少了一次机匣拆装，每台发动机的测量时间由原来的2小时缩短为10分钟，降低了劳动强度，提高了生产效率，提高了测量精度，从而提高了发动机的装配质量，降低了发动机的故障率。
图1为在叶片上粘贴传感器的平面示意图； 图2为在叶片上粘贴传感器的立体示意图3为实施例的测量结果图中1、叶片 2、叶尖 3、传感器 4、导线 5、传感器测头前端 6、叶尖径向间隙上限 7、实测叶尖径向间隙 8、叶尖径向间隙下限。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述
本实施例采用的传感器3型号为9001/C-P，测量仪型号为CS-1000，传感器导线4采用柔性三同轴电缆；
1)组装测量系统、标定传感器3，并确定叶尖径向间隙与电压之间的关系； 先将测量仪与传感器3通过柔性三同轴电缆连接，再将传感器测头前端5与千分尺端面接触，然后将测量仪的电压调整为0V，再按一定距离间隔调整传感器测头前端5与千分尺端面间隙(即距离)，从Omm—直调整到2mm，建立间隙与电压之间的关系为电压(U)=5*间隙(L)。2)测量前准备在装配发动机转子时，先将发动机转子和下半机匣装配到位，再将传感器3通过机匣上的孔探仪的观察孔伸进机匣内部，并用绝缘双面胶将传感器3粘贴在发动机转子叶片1 上，并使传感器测头前端5与发动机转子叶片的叶尖2齐平，且该传感器测头直接对着待测间隙的机匣内表面，再在发动机转子上沿圆周均勻固定传感器3的导线，将传感器导线4顺时针缠绕至少一圈，然后再将上半机匣安装到位。 3)测量发动机转子叶尖径向间隙
手动轻轻缓慢逆时针转动发动机转子，边转动边向外面拉传感器导线4，直至将传感器 3从机匣上的孔探仪的观察孔中拉出来，在向外拉动传感器3的过程中，传感器3随着发动机转子转动，并不断向测量仪发送传感器测头前端5与其所经过的机匣内表面之间形成的电容值数据，测量仪采集该电容值，再根据公式电压(U)=5*间隙(L)，计算出间隙值，此间隙值即为发动机转子叶尖径向间隙。图3为实际测量结果图，图中实测叶尖径向间隙7处在叶尖径向间隙上限6与叶尖径向间隙下限8之间，因此发动机转子叶尖径向间隙7符合设计要求。本实施例的测试系统带宽从连续倒ΙΚΗζ，重复性是测量范围的0. 01%，热漂移每摄氏度小于测量范围的0.01%。本发明采用非接触式测量，并且将现有的对开机匣局部间隙测量改为整个圆周的间隙测量，提高了压机机的装配质量；而且测量方式是在发动机正常装配过程中将测试装置安装到位，测量完成后将测试装置从机匣孔探仪的孔中拉出，不必再次分解和装配机匣， 减少重复工作，提高了工作效率。
权利要求
1. 一种发动机转子叶尖径向间隙非接触式测量方法，其特征在于按以下步骤进行1)组装测量系统、标定传感器，并确定叶尖径向间隙与电压之间的关系先将测量仪与传感器通过柔性导线相连接，再将传感器测头前端与千分尺端面接触， 然后将测量仪的电压调整为0V，再按一定间隔调整传感器测头前端与千分尺端面之间的间隙(即距离)，从Omm—直调整到2mm，建立间隙与电压之间的关系为电压(U)=5*间隙(L);2)测量前准备在装配发动机转子时，先将发动机转子和下半机匣装配到位，再将传感器通过机匣上的孔探仪的观察孔伸进机匣内部，并用绝缘双面胶将传感器粘贴在发动机转子叶片上，并使传感器测头前端与叶片的叶尖齐平，且该传感器测头直接对着待测间隙的机匣，再在发动机转子上沿圆周用绝缘双面胶均勻粘贴传感器的导线，将传感器导线顺时针缠绕至少1 圈，然后再将上半机匣安装到位；3)测量发动机转子叶尖径向间隙手动轻轻缓慢逆时针转动发动机转子，边转动边向外面拉传感器导线，直至将传感器从机匣上的孔探仪的观察孔中拉出来，在向外拉动传感器的过程中，传感器随着发动机转子转动，并不断向测量仪发送传感器测头前端与其所经过的机匣内表面之间形成的电容的电容值数据，测量仪采集该电容值，并将该电容值转换成对应的电压；之后再根据公式电压(U) =5*间隙(L)，计算出间隙值，此间隙值即为发动机转子叶尖径向间隙。
全文摘要
一种发动机转子叶尖径向间隙非接触式测量方法，包括以下步骤1)组装测量系统、标定传感器，并确定叶尖径向间隙与电压之间的关系；2)测量前准备；3)测量发动机转子叶尖径向间隙；该测量方法采用电容法测量技术，测量过程与装配同步进行，减少了一次机匣拆装，缩短了测量时间，提高了生产效率，提高了测量精度，从而提高了发动机的装配质量，降低了发动机的故障率。本发明的非接触式测量方法主要应用于发动机高压压气机、低压压气机、高压涡轮和低高压涡轮等部件的转子叶尖径向间隙的测量。
文档编号G01B7/14GK102175135SQ20111002753
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者可成河, 梁霄, 贾朝波, 阴松凯, 高鸽 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司