Кластерные методы и системы измерения деформаций статора и координат смещений торцов лопаток и лопастей в газотурбинных двигателях

• Автор: Боровик, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 306 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

1.1 Г азотурбинные двигатели как объекты измерений

1.2 Конструктивные разновидности одновитковых вихретоковых датчиков

1.3 Систематизация и классификация кластерных методов измерения координат смещений торцов лопаток и лопастей

1.4 Особенности применения кластерных методов

Выводы по разделу

2 КЛАСТЕРНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ СТАТОРА ВИНТОВЕНТИЛЯТОРА, КОМПРЕССОРА И ТУРБИНЫ

2.1 Обобщенная концептуальная модель

2.2 Методы измерения на основе обобщенной концептуальной модели

2.2.1 Метод измерения деформаций статора винтовентилятора, радиальных зазоров, смещений геометрического центра статора и оси винта
2.2.2 Метод измерения деформаций статора компрессора и турбины, радиальных зазоров, смещений геометрического центра статора
и биений лопаточного колеса
Выводы по разделу
3 МОДЕРНИЗИРОВАННЫЕ КЛАСТЕРНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ СМЕЩЕНИЙ ТОРЦОВ ЛОПАТОК И ЛОПАСТЕЙ
3.1 Методы измерения неполным кластером с моделированием неизмеряемых координат
3.2 Методы измерения с разновременным преобразованием выходных параметров датчиков
3.3 Методы измерения с распределенным по статору кластером датчиков
Выводы по разделу
4 ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
4.1 Модель электромагнитного взаимодействия чувствительных элементов
и лопаток (лопастей)
4.2 Результаты моделирования семейств функций преобразования
4.2.1 Сосредоточенный и распределенный кластеры из двух датчиков
(чувствительных элементов)
4.2.2 Кластерные датчики с двумя и тремя чувствительными элементами.. 102 Выводы по разделу
5 ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ
5.1 Структурные варианты измерительных цепей
5.1.1 Индивидуальные измерительные цепи
5.1.2 Групповые измерительные цепи
5.2 Модели измерительных цепей
5.2.1 Эквивалентные схемы и модели групповых измерительных цепей
5.2.2 Результаты моделирования
Выводы по разделу
6 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ
6.1 Обобщенная структурно-функциональная схема систем
6.2 Алгоритмы функционирования
6.2.1 Алгоритмы управления
6.2.2 Алгоритмы вычисления координат смещений торцов лопаток
и лопастей
6.2.3 Алгоритмы моделирования
6.2.4 Алгоритмы вычисления деформаций статора, смещений его геометрического центра, оси винта и биений лопаточного колеса
Выводы по разделу
7 ОЦЕНКА ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ
7.1 Инструментальные погрешности
7.1.1 Семейства функций преобразования измерительного канала
системы с распределенным кластером датчиков. Оценка систематической составляющей основной погрешности
7.1.2 Погрешность, связанная с температурным воздействием газовоздушной среды в месте установки ОВТД
7.1.3 Оценка влияния линий связи
7.1.4 Оценка влияния остаточных параметров ключей
и несинхронности их срабатывания

7.1.5 Погрешность, связанная с ненулевыми начальными условиями
в измерительной цепи
7.2 Методические погрешности
7.2.1 Погрешности, связанные со смещениями во времени синхросигнала и неравномерным шагом торцов лопаток
7.2.2 Погрешность, связанная с изменением скорости вращения лопаточного колеса
7.2.3 Погрешность, связанная с изменяющимся во времени температурным воздействием газовоздушной среды
Выводы по разделу
8 ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
8.1 Система измерения радиальных зазоров и деформаций статора винтовентилятора
8.1.1 Технические средства системы СИ-ЬС-
8.1.2 Программное обеспечение системы СИ-LC-
8.1.3 Метрологические исследования системы
8.1.4 Результаты применения системы в стендовых условиях
8.2 Системы измерения радиальных и осевых смещений торцов лопаток
и лопастей
8.2.1 Имитатор объекта
8.2.2 Технические средства систем
8.2.3 Программное обеспечение систем
8.2.4 Результаты экспериментальных исследований
Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

стий, а, следовательно, и датчиков стремятся минимизировать, несмотря на ожидаемые потери в достоверности получаемых результатов.
Следует также отметить, что при использовании в составе СК наиболее апробированных высокотемпературных ОВТД их удлиненные тоководы, имеющие цилиндрическую форму (таблица 1.2), не позволяют разместить центры ЧЭ датчиков на расстоянии меньшем, чем диаметр тоководов. Более того, это расстояние дополнительно возрастает за счет СТ, объемного витка, образующего верхнюю часть корпуса датчика (определяющих габаритные границы корпусов датчиков), а потому не исключены специальные доработки существующих конструкций для использования в составе СК (в разделе 8 приводится описание СК, в котором используются ОВТД со сточенными тоководами).
Уменьшение длины ЧЭ (от нее зависят и габариты корпуса ОВТД) приводит к снижению чувствительности датчика. В то же время возрастают трудности изготовления и многократно увеличивается стоимость работ для выполнения которых даже в существующих ОВТД используются дорогостоящие современные технологии (механическая обработка жаропрочных сплавов, лазерная сварка, плазменное напыление и т.д.)
Применение ОВТД с плоскими гибкими тоководами и согласующими трансформаторами с магнитопроводами эллипсовидной формы позволяет в значительной степени избавиться от перечисленных ограничений. Однако, ряд нерешенных технологических задач, прежде всего, связанных с изготовлением тоководов, сдерживает построение СК на основе этой разновидности ОВТД.
Использование ОВТД с укороченными тоководами, ориентированных на применение в экспериментальных исследованиях ТВВД [12] в составе СК для многокоординатных смещений торцов лопастей, также требует выполнения установочных отверстий по числу искомых координат, что вызывает аналогичную реакцию разработчиков двигателей в отношении минимизации их числа.
Между тем, число установочных отверстий может быть сведено к одному, если использовать единую и функционально завершенную конфигурацию, объединяющую несколько ОВТД с укороченными тоководами в одном корпусе - КОВТД [15]. Наиболее предпочтительными из них представляются конструкции КОВТД, выполненные из одинаковых модулей, изготовленных по единой технологии [90]. Каждый