基于电容测量法的叶尖间隙标定系统研制.pdf

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1、基于电容测量法的叶尖间隙标定系统研制基于电容测量法的叶尖问隙标定系统研制TipClearanceCalibrationSystemBasedonCapacitanceMeasurementMethod李翔王伟赵海军(中国航空动力机械研究所，湖南株洲412002)摘要介绍了基于电容测量法的离心压气机叶轮与叶轮外罩之间的间隙(以下简称叶尖间隙)标定系统的研制过程。该系统能根据需要精确控制叶尖I"1隙，为准确标定叶尖间隙值与电容传感器电压值之间的关系提供了可靠的保证。关键词：电容测量法，叶尖间隙，标定系统AbstractThispaperdescribesa

2、kindoftipclearancecalibrationsystembasedoncapacitancemeasurementmethodThesystemcanaccuratelycontrolthetipclearanceaccordingtothecalibrationneeds，andprovideareliableguaranteeforaccuratelycalibratingtherelationshipbetweenthetipclearancevaluesandthecapacitancesensorvoltage，Keywords

3、：capacitancemeasurementmethod，tipclearance，calibrationsystem离心压气机叶尖间隙的工程设计取值是影响离心压气机性2标定系统主要技术参数和相关要求能的重要参数之一。在离心压气机设计试验研究中，叶尖间隙值标定装置应有三个自由度控制：一个是控制叶轮沿叶轮径在实际工况中随叶轮转子与叶轮外罩安装的相对几何位置、叶向(X方向)移动，另一个是控制叶轮沿叶轮轴向(Z方向)移动，轮转速及温度场等的变化而变化。影响叶尖间隙的因素较多且第三个为叶轮旋转，旋转轴为叶轮轴线，可控制旋转角度和速比较复杂，仅靠理论计算很难准

4、确预测实际叶尖间隙值，因此对度。标定装置的主要参数参见表1的主要技术参数设计要求。叶尖间隙进行实时测量是获取叶尖间隙值的最佳途径，进而给安装位置：室内；出叶尖间隙的动态变化规律，验证理论计算的合理性，在压气机供电条件：380VAC+10％、(50+1)Hz；研制过程中对优化设计、预测可能的故障、保证试车试验安全，使用条件：温度(一10～5O)oC、湿度不高于95％RH。具有实际的工程应用价值。3标定系统的实现目前常用的叶尖间隙的测量方法有放电探针测量法和电容研制主要内容有：测量法等”]。本文所述是基于电容测量法的叶尖间隙标定系统1)标定装置要提供叶轮与

5、叶轮外罩的安装工作平台；研制。2)标定装置的叶轮安装轴要能做三个自由度的运动：叶轮1电容测量法简介IT／s。叶片相对叶轮外罩的径向移动、轴向移动和旋转运动；1．1电容式传感器原理—L—L————．_二3)完成对标定装置的各种控制。电容式传感器是将被测物理量lL——]——__J标定系统原理框图如图2所示。转换为电容量变化的传感器，其基本按系统对标定装置的要求，从功能上划分为叶轮旋转和间原理可以用平板电容器说明，公式图1平板电容结构隙调整两大系统。(1)中：C-一：(、1l)}盯盯,80-真空的介电常数，￡0=8．854x10—12F／m；'Or-极板间介

6、质的相对介电系数，空气中er=1；S一极板的遮盖面积(m)；盯一两平行极板间的距离(m)。上式表明，当被测量、8或8发生变化时，会引起电容的变化。根据电容器参数变化的特性，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种，再通过配套的转换电路，将电容的变化转换为电信号输出。1．2电容测量法在叶尖间隙[5-6~测量系统上的应用图2标定系统原理框图叶尖间隙电容测量法是根据电容式传感器原理，将安装在3．1标定系统技术参数的实现叶轮外罩上的测头中心电极构成可变电容器的一个极板，转子3．1．1机械结构说明叶尖构成可变电容器的另一个极板，可变电容器的电容值

7、随着标定系统机械部分结构见图3，主要由叶轮主旋转运动单叶尖间隙变化而变化，再通过配套的转换电路，将电容的变化转元1、叶轮轴向间隙调整运动单元2、叶轮径向间隙调整运动单换为电信号输出。元3、工作台4、叶轮外罩安装座组合单元5等部分组成。通过加《工业控制计算机}2014年第27卷第7期57工和装配工艺的控制，及调节机构的适当调整，可以满足标定系令，然后按程序控制逻辑向执行机构发出相应的控制命令。数字统机械精度的要求，实测结果参见表1。量输入模块SM321接收接近开关信号、操作台台面上的各种按钮信号及高精度位移测量系统给出的开关量信号。数字量输出模块SM32

8、2用于输出开关量信号，控制各种指示灯及中间继电器线圈的通断。台湾威纶触摸屏用于人机对话，可以显