航空发动机叶尖间隙测量技术

《航空发动机叶尖间隙测量技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、叫。。Mea。。。。。。t未来测量航空发动机叶尖问隙测量技术MeasuringTechnologyofBIadeTipClearanceofAeroengine张娜工程师，现从事航空发动机情报和翻译工作，研究方向为国外发动机预研．试验与制造技术跟踪研究。中国燃气涡轮研究院张娜黄春峰现代航空发动机的发展已达到很高的技术水平，先进的气动设计与试验方法使发动机的压气机和涡轮效率达到90％以上，要想进一步提高压气机和涡轮效率，除注重气流参数选择外，还应精心设计低损失叶片和减少流道中的端壁损失。实践证明，叶尖间隙(TipClearanc

2、e，TC)损失是通道端璧损失和压气机喘振裕度损失的重要组成部分。这种损失是由动叶和机匣问的间隙造成的。虽然可用计算机模型来预测压气机和涡轮的叶尖间隙，但这种预测必须由试验数据来验证和细调。所以，在虽然可用计算机模型来预测压气机和涡轮的叶尖间隙，但这种预测必须由试验数据来验证和细调。所以。在一台航空发动机的研制过程中，叶尖间隙是一个基本的测量参数，同时也是发动机在运转过程中主动叶尖间隙控制、健康管理和故障诊断的一个重要组成部分。一台航空发动机的研制过程中，叶尖间隙是一个基本的测量参数，同时也是发动机在运转过程中主动叶尖间隙控制、

3、健康管理和故障诊断的一个重要组成部分。在现代航空燃气涡轮发动机中，叶尖间隙对压气机与涡轮效率有很大影响，尤其对高压压气机的后几级和高压涡轮的影响更为显著。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％。据GE公司对CF5—50发动机的分析，叶尖间隙对耗油率的影响约占叶型与间隙密封总损失的67％，因此，在设计中应尽量减小叶尖间隙。但叶尖间隙也不能过小，因为过小的间隙，有可能危及发动机的安全。因此，必须严格而精确地控制叶尖间隙和测量叶尖间隙，使发动机

4、处于最佳运行状态。目前，航空发动机叶尖间隙测量技术主要有放电探针(火花放电)法、涡电流法、激光光学法、电容法、X一射线法、微波法以及超声波法等方法。放电探针叶尖间隙测量放电探针法也叫火花放电法，是基于火花放电原理的叶尖间隙测鼍系统。英国ROTADATA公司制造的Rotatip叶尖间隙测量系统主要由探针、传感器、传动装置、探针器和计算机等部件组成。其主要技术参数为：测量分辨率0．01mm，可重复性±0．05mm，最大工作转速50()0r／min。其间隙测量系统在探针上施加高压，在执行机构的驱动下，以连续的步进逐渐伸向被测物体，当

5、探针距被测物体只有微米量级时，发生电弧放电，控制器感受到放电后，在探针与叶尖物理接触之前，停止探针步进，并将其缩回到安全位置，同时显示叶2010年第13期·航空制造技术4l尖间隙测量结果。它只适用于温度600℃以下、转速在6000r／min以上的情况，而且探针容易受到异物及油的污染而受到阻塞。由于它是接触式测量，一旦发动机紧急停车，探针缩回不到安全位置，就容易发生故障。放电探针法的特点是原理比较简单，只要叶片是导电材料，无论叶尖端面形状如何都可以用探针法测量叶尖间隙，并且在高温高压环境下测量稳定、可靠，测量精度高，不需重复校正

6、，可用于校准其他测量法的基准数据，是目前国外测量叶尖间隙最成熟的方法之一。但该方法只能测量转子的最小叶尖间隙，由于电压波动，工作流体的温度和压力变化，探针和叶尖端面的污损，都会改变放电的起始距离，因而会产生测量误差。探针进退的机械执行机构比较复杂，装置的操纵也必须熟练。探针法不适于作为同定设备装在定型的发动机上，适用于试验研究，可以测量各稳态状态下最长叶片与机匣的间隙值，也可用作校准其他测量方法的基准。美国在一项以高压燃烧室和高压涡轮为试验目的的高温涡轮发展装置(HighTemperatureTurbineDeveloping

7、unit，H1TrDu)试验中，采用放电探针法。在试验中，涡轮进口温度最高达到1400℃，试验结果令人满意。据Shear报道，这种方法的总测量精度可达±0．025mm。涡电流叶尖间隙测量美国、英国和俄罗斯科学家都在致力于涡电流叶尖间隙测量研究，这是一种很有发展前途的测量方法。涡电流法是采用金属切割磁力线产生磁场变化的方法，涡电流测鼍叶尖间隙测量装置主要由探头和检测电路两部分构成，检测电路由振荡器、检波器及放大器等组成。在测量装置上的金属板(相当于转子叶片叶尖)上隔一定距离设置线圈，接通交42航空翻造技术·2010年第13期流电

8、时，线圈产生磁束，金属板受此磁束感应产生环形电流。此电流在线罔上产生反方向磁束，最后使线圈的电抗变化。此变化量由电桥电路检出，经放大和整流后输出。这种传感器的特点为体积小，重量轻，结构简单，不必做复杂的调整；频率响应范隔宽，灵敏度高，测量范围大，抗干扰能力强。此方法受叶片材料