Способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса и статорной оболочкой турбомашины
Владельцы патента RU 2651622:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук (ИПУСС РАН) (RU)
Использование: для измерения радиальных зазоров в компрессорах газотурбинных установок. Сущность изобретения заключается в том, что фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки; вычисляется радиальный зазор для контролируемой лопатки, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения регистрируют массив цифровых кодов измерительного преобразователя за полный оборот колеса и одновременно, в процессе регистрации, находят минимальное значение кода; формируют массив статистического распределения зарегистрированных кодов, где индекс массива - величина кода, значение элемента массива - частота появления кода в зарегистрированном массиве; выделяют в массиве статистического распределения коридор индексов, соответствующий размаху кодов при прохождении центра зоны чувствительности датчика центрами межлопаточных промежутков, фиксируют начало коридора по минимальному значению кода, конец коридора определяют по величине размаха; вычисляют выборочное среднее значение кодов для элементов массива, попавших в выделенный коридор, которое принимают за единое экстремальное значение кода для всех межлопаточных промежутков; вычисляют радиальный зазор для контролируемой лопатки по разности зафиксированного экстремального значения кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки и единого экстремального значения кода для всех межлопаточных промежутков. Технический результат: повышение точности измерения радиальных зазоров. 3 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров в компрессорах газотурбинных установок.
Известен способ измерения радиальных зазоров, заключающийся в том, что на рабочем режиме фиксируется случайная выборка из результатов измерения сигнала с измерительной цепи за несколько оборотов контролируемого колеса, в данной выборке находится максимальное значение, по которому вычисляется минимальный измеренный зазор, соответствующий минимальному зазору одной из лопаток колеса, а радиальные зазоры для каждой лопатки контролируемого колеса на рабочем режиме вычисляются по величине установочных зазоров и отношению минимального измеренного зазора к минимальному установочному зазору [А.с. №1766147. Способ измерения радиальных зазоров, МПК G01B 7/14, 1992].
Недостатком способа является низкая точность в случае воздействия помех на измерительную цепь, а также низкое быстродействие в связи с необходимостью выполнения цикла измерения за несколько оборотов лопаточного колеса.
Наиболее близким по технической сущности является способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса в процессе его вращения и статорной оболочкой турбомашины с помощью одновиткового вихретокового датчика с чувствительным элементов в виде отрезка проводника, включенного в измерительный преобразователь индуктивности в цифровой код, при котором, с целью компенсации влияния температуры на результат измерения, фиксируют экстремальное значение кода C1 с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки, фиксируют экстремальное значение кода С2 при прохождении центра зоны чувствительности датчика центром межлопаточного промежутка, следующего за контролируемой лопаткой и вычисляют радиальный зазор для контролируемой лопатки по разности двух зафиксированных экстремальных значений кодов (С1-С2) [Патент РФ №2587644, МПК G01B 7/14, 2016].
Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная тем, что каждый из зафиксированных кодов С1 и С2 содержит случайные составляющие погрешности измерений со среднеквадратическими отклонениями (СКО) σ1 и σ2. При этом результат операции вычитания (С1-С2) будет содержать увеличенную случайную погрешность с СКО .
Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения СКО σ2 случайной составляющей погрешности, присутствующей в коде С2 при прохождении межлопаточного промежутка.
Указанная цель достигается тем, что в способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса в процессе его вращения и статорной оболочкой турбомашины с помощью одновиткового вихретокового датчика с чувствительным элементов в виде отрезка проводника, включенного в измерительный преобразователь индуктивности в цифровой код, заключающийся в том, что фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки, вычисляется радиальный зазор для контролируемой лопатки, добавлены дополнительные операции, обеспечивающие статистическую обработку цифровых кодов при прохождении датчиком межлопаточных промежутков.
Ниже показаны дополнительные операции, проводимые на неработающей турбомашине и являющиеся подготовительными для использования способа, и, затем, операции для реализации способа в процессе работы турбомашины.
На неработающей турбомашине определяют оценку размаха случайной шумовой составляющей кодов при отсутствии лопатки в зоне чувствительности датчика. Для этого при помощи ручного привода устанавливают центр межлопаточного промежутка в положение центра зоны чувствительности датчика, регистрируют массив М0 с заданным количеством кодов измерительного преобразователя, из которого определяют размах шумовой составляющей кодов Δ=В0-А0, где А0 и В0 - минимальный и максимальный коды в массиве М0.
В процессе работы турбомашины регистрируют массив М цифровых кодов измерительного преобразователя за полный оборот колеса и одновременно, в процессе регистрации, фиксируют минимальное значение кода А, которое, в общем случае, не равно значению А0, а зависит от температуры вихретокового датчика.
Формируют массив n[с] статистического распределения зарегистрированных кодов, где индекс с - величина кода, значение элемента n[с] - частота появления этого кода в массиве М. Размер массива равен диапазону выходных кодов измерительного преобразователя.
Затем выделяют в массиве n[с] коридор индексов, соответствующий размаху кодов А при прохождении центра зоны чувствительности датчика центрами межлопаточных промежутков. Начало коридора фиксируют по коду A, конец коридора определяют по величине размаха B=A+Δ.
Вычисляют выборочное среднее значение кодов для элементов массива n[с], попавших в выделенный коридор, которое принимают за единое экстремальное значение кода для всех межлопаточных промежутков, по формуле 
, где N - суммарное число кодов, попавшее в выделенный коридор 
Вычисляют радиальный зазор для контролируемой лопатки по разности (С1-С0) зафиксированного экстремального значения кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки и единого экстремального значения кода для всех межлопаточных промежутков.
Пример применения способа приведен на фиг. 1, 2 и 3.
На фиг. 1 приведен график фрагмента массива кодов для реального колеса компрессора турбомашины. Полный массив за оборот колеса содержит 8192 цифровых отсчетов.
На фиг. 2 показана полная картина статистического распределения кодов n[с], содержащих ненулевые элементы.
На фиг. 3 показан участок данного распределения входящий в коридор. Минимальный код А=18, размах случайной погрешности Δ=8. Элементы массива n[18], …, n[25], входящие в коридор, выделены жирными линиями. Суммарное число кодов, попавшее в коридор, N=3147. После вычисления выборочного среднего получили единое экстремальное значение кода для всех межлопаточных промежутков С0=21,9, которое имеет СКО величиной 
.
Таким образом, получили значительное снижение СКО кодов в зоне межлопаточных промежутков, которым можно пренебречь, и СКО разности кодов (С1-С0) приближенно можно считать равным σ1.
Необходимо заметить, что подобную статистическую обработку нельзя применить к экстремальным кодам измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцами контролируемых лопаток, поскольку код С1, кроме случайной погрешности, содержит полезную информацию о величине радиального зазора для конкретной лопатки колеса.
Способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток рабочего колеса в процессе его вращения и статорной оболочкой турбомашины с помощью одновиткового вихретокового датчика с чувствительным элементов в виде отрезка проводника, включенного в измерительный преобразователь индуктивности в цифровой код, заключающийся в том, что фиксируется экстремальное значение кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки; вычисляется радиальный зазор для контролируемой лопатки, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения регистрируют массив цифровых кодов измерительного преобразователя за полный оборот колеса и одновременно, в процессе регистрации, находят минимальное значение кода; формируют массив статистического распределения зарегистрированных кодов, где индекс массива - величина кода, значение элемента массива - частота появления кода в зарегистрированном массиве; выделяют в массиве статистического распределения коридор индексов, соответствующий размаху кодов при прохождении центра зоны чувствительности датчика центрами межлопаточных промежутков, фиксируют начало коридора по минимальному значению кода, конец коридора определяют по величине размаха; вычисляют выборочное среднее значение кодов для элементов массива, попавших в выделенный коридор, которое принимают за единое экстремальное значение кода для всех межлопаточных промежутков; вычисляют радиальный зазор для контролируемой лопатки по разности зафиксированного экстремального значения кода с измерительного преобразователя при прохождении центра зоны чувствительности датчика торцом контролируемой лопатки и единого экстремального значения кода для всех межлопаточных промежутков.
