基于叶尖定时和双频激光相位测距的叶尖间隙测量技术

发布时间：2017-12-26 17:27

本文关键词：基于叶尖定时和双频激光相位测距的叶尖间隙测量技术　出处：《天津大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：叶尖间隙是航空发动机、烟气轮机、鼓风机和汽轮机等重大装备的发动机旋转叶片叶尖与发动机机匣之间的微小距离，是影响发动机健康运行、能耗效率的关键参数，因此其实时高精度检测对旋转机械的安全维护和隐患预警相当重要，而且是现阶段制约大型旋转机械叶尖间隙主动调控和发动机发展的主要瓶颈之一。在分析恶劣应用条件和叶尖间隙主动调控对间隙测量技术提出的要求的基础上，本文提出了基于叶尖定时的叶尖间隙测量方案，建立了系统测量模型。分析了各组成部分的设计要求，并详细设计了基于叶尖定时的叶尖间隙测量系统。深入分析了测量系统的误差源，提出了测量系统的优化方案，在已有实验平台上完成了测量系统联调和叶尖间隙测量实验。最后，，本文分析了双频激光相位测距的叶尖间隙测量技术的主要优缺点，并针对其同频串扰问题进行了优化设计。主要工作包括下述四点：第一，简要分析了激光三角法和光纤传感技术的原理，在此基础上，提出了叶尖定时的叶尖间隙测量技术。随后，理论推导了测量系统的测量模型，并设计了各组成部分。采用叶尖到达信号的上升沿作为定时信号，从原理上克服了激光器光源不稳、不同叶片表面散射特性不同和旋转设备内部介质变化导致的反射光强弱变化和漂移及某些电路参数变化导致的电信号幅值变化等诸多因素的对测量系统的影响，测量系统具有动态响应速度快、抗电磁干扰能力强等优点。第二，根据测量模型，系统地分析了基于叶尖定时原理的叶尖间隙测量系统的误差源；在此基础上，推导出测量系统的主要误差因素，并提出了相应的改进措施和技术方案，详细地分析了该测量系统的精度潜力。第三，在已有实验平台和叶尖定时测振系统的基础上，引入叶尖定时传感器和间隙计算软件，完成了叶尖定时叶尖间隙测量系统联调实验，进行了从低速恒速至高速恒速的叶尖间隙测量实验，初步验证了测量系统的正确性。第四，为了提高双频激光相位测距的叶尖间隙测量系统的抗同频串扰能力，对其处理电路进行了优化设计，并引入双路光纤传输。
[Abstract]:The tip clearance is small distance between aero engine and gas turbine, blower and steam turbine and other major equipment of the rotating blade tip of engine and engine casing, are key parameters affecting the healthy operation of the engine, the energy efficiency, so that the high precision detection of rotating machinery maintenance and safety hidden danger warning is very important, and is one of the main the bottleneck in restricting the large rotating machinery of tip clearance of the active control and engine development. On the basis of analyzing the requirements of bad application conditions and active control of blade tip clearance for gap measurement technology, a blade tip timing measurement scheme based on tip timing is proposed in this paper, and a system measurement model is established. The design requirements of each component are analyzed, and the tip clearance measurement system based on the tip timing is designed in detail. The error sources of the measurement system are deeply analyzed, and the optimization scheme of the measurement system is put forward. On the existing experimental platform, the measurement system's harmonic and tip clearance measurement experiments are completed. Finally, the advantages and disadvantages of the dual frequency laser ranging technology are analyzed, and the optimal design of the same frequency crosstalk is carried out. The main work includes the following four points:
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH13;TP274

【参考文献】