叶尖间隙测量方法及装置
技术领域
本发明涉及航空发动机和/或燃气轮机技术领域，具体涉及一种叶尖间隙测量方法及装置。
背景技术
现代航空发动机和燃气轮机要想进一步提高压气机和涡轮的效率，除注重气流参数选择外，还需精心设计低损失叶片以及减少流道中的端壁损失。
实践证明，叶尖间隙损失是通道端壁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间的间隙造成的。所以，在一台航空发动机或燃气轮机的研制过程中，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。
目前，叶尖间隙测量系统根据传感器的工作原理可分为光纤式、电容式和微波式。其中，光纤式测量系统的光学镜头易受污染，测量寿命较短。电容式测量系统的电容传感器在高温环境下容易击穿，同时其测量精度易受燃气和流体介电常数的影响。微波式测量系统的测量距离短、发射信号易泄露、且信号泄露对测量影响较大。
相较而言，电涡流式传感器具有体积小、重量轻、结构简单、调试简单、频率响应范围宽、灵敏度高、测量范围大、不受油污影响、抗干扰能力强、在传感器与叶尖之间有障碍和无障碍时都可以使用等特点。
因此，如何提出一种方法，可应用电涡流式传感器对叶尖间隙进行测量，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明实施例提供一种叶尖间隙测量方法及装置，用以解决现有技术中的上述缺陷中的至少一种。
本发明实施例提供一种叶尖间隙测量方法，包括：
获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
根据所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与所述多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
根据所述坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到所述机闸内壁的间隙。
根据本发明一个实施例的叶尖间隙测量方法，所述获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离包括：
根据所述多个电涡流式位移传感器到标准圆盘的距离、所述标准圆盘的半径以及机闸内半径，获取所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
其中，所述多个电涡流式位移传感器位于机闸壁内；所述标准圆盘与位于机闸横截面中心的旋转轴同心固定。
根据本发明一个实施例的叶尖间隙测量方法，所述根据所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与所述多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值包括：
根据所述机闸内半径、所述多个电涡流式位移传感器到叶尖的距离、以及所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取所述转子旋转时与所述多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
其中，所述转子在获取所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离后替换所述标准圆盘，且所述坐标值基于以所述机闸横截面中心为原点的坐标系。
根据本发明一个实施例的叶尖间隙测量方法，所述多个电涡流式位移传感器的数量为8个，且以所述机闸横截面中心为原点，彼此间隔45度角地位于所述机闸壁内。
根据本发明一个实施例的叶尖间隙测量方法，所述获取所述转子旋转时与所述多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值包括：
其中，dn为与第n个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；R1为所述机闸内半径；xn为第n个电涡流式位移传感器到叶尖的距离；ln为第n个电涡流式位移传感器到所述机闸内壁的距离；n为1至8之间的整数。
根据本发明一个实施例的叶尖间隙测量方法，所述根据所述坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到所述机闸内壁的间隙包括：
根据所述坐标值拟合得到所述叶尖轮廓曲线；
获取所述机闸内壁的内壁轮廓曲线；
根据所述叶尖轮廓曲线与所述内壁轮廓曲线，确定所述叶尖到所述机闸内壁的间隙。
本发明实施例还提供一种叶尖间隙测量装置，包括：
获取模块，用于获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
坐标模块，用于根据所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与所述多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
确定模块，用于根据所述坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到所述机闸内壁的间隙。
根据本发明一个实施例的叶尖间隙测量装置，所述确定模块具体用于：
根据所述坐标值拟合得到所述叶尖轮廓曲线；
获取所述机闸内壁的内壁轮廓曲线；
根据所述叶尖轮廓曲线与所述内壁轮廓曲线，确定所述叶尖到所述机闸内壁的间隙。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的叶尖间隙测量方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的叶尖间隙测量方法的步骤。
本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法及装置，由于采用了电涡流式位移传感器测量叶尖间隙，因此具有体积小、重量轻、结构简单、调试简单、频率响应范围宽、灵敏度高、测量范围大、不受油污影响、抗干扰能力强等优点。另外，由于通过测量多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖坐标值从而获取叶尖轮廓，因此能够真实反映出旋转状态下当转子偏心变形时机匣与转子之间的叶尖间隙。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的电涡流式位移传感器的安装示意图；
图3和4为根据本发明实施例的叶尖间隙测量方法中的参数标注示意图；
图5为根据本发明实施例的叶尖间隙测量方法中叶尖坐标值的示意图；
图6为本发明实施例提供的叶尖间隙测量装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图7描述本发明实施例的叶尖间隙测量方法及装置。
图1为本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法的流程示意图，参照图1，该方法包括如下步骤：
S110、获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
S120、根据多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
S130、根据坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到机闸内壁的间隙。
本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法，由于采用了电涡流式位移传感器测量叶尖间隙，因此具有体积小、重量轻、结构简单、调试简单、频率响应范围宽、灵敏度高、测量范围大、不受油污影响、抗干扰能力强等优点。另外，由于通过测量多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖坐标值从而获取叶尖轮廓，因此能够真实反映出旋转状态下当转子偏心变形时机匣与转子之间的叶尖间隙。
需要说明的是，本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法的执行主体可以是计算机，例如单片机、嵌入式计算机、微型机、MCU等。
在一个实施例中，步骤S110可以包括：
根据多个电涡流式位移传感器到标准圆盘的距离、标准圆盘的半径以及机闸内半径，获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
其中，多个电涡流式位移传感器位于机闸壁内；标准圆盘与位于机闸横截面中心的旋转轴同心固定。
具体地，如图2所示，在该实施例中，多个电涡流式位移传感器21n的数量为8个(n＝1,2,3,4,5,6,7,8)，即电涡流式位移传感器211、212、213、214、215、216、217、218，且该8个电涡流式位移传感器以机闸横截面中心O1为原点，彼此间隔45度角地位于机闸壁220内。
需要说明的是，标准圆盘230为半径R0已知，且经过校准的圆盘。在将标准圆盘230与位于机闸横截面中心R0的旋转轴(图中未示出)同心固定后，即可获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离。
如图3和4所示，设mn为第n个电涡流式位移传感器到标准圆盘230的距离、ln为第n个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，则
ln＝(mn+R0)–R1
其中，R1为机闸内半径。
可以理解的是，多个电涡流式位移传感器的具体数量还可以根据实际需要进行调整，本发明实施例对此不做限定。
通过测量各个电涡流式位移传感器到标准圆盘的距离，来获取各个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，可确保电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离误差保持在极小的范围内，从而为后续确定叶尖间隙提供支持。
进一步地，在一个实施例中，步骤S120可以包括：
根据机闸内半径R1、多个电涡流式位移传感器到叶尖的距离、以及多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离ln，获取转子旋转时与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
其中，转子在获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离后替换标准圆盘，且坐标值基于以机闸横截面中心O1为原点的坐标系。
可以理解的是，在通过设置标准圆盘230获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离后，即可换上待测量的转子，从而获取待测量转子的叶尖轮廓曲线。
具体地，仍以上述8个电涡流式位移传感器以机闸横截面中心O1为原点，彼此间隔45度角地位于机闸壁220内的设置为例，设dn为与第n个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值，xn为第n个电涡流式位移传感器到叶尖的距离，则
式中，dn为与第n个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；R1为机闸内半径；xn为第n个电涡流式位移传感器到叶尖的距离；ln为第n个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；n为1至8之间的整数。
通过上述公式，即可计算出多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值，如图5所示。
由以上可以看出，在本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法中，叶尖的坐标值的计算相对容易，因此能显著提高最终获取叶尖轮廓曲线从而确定叶尖间隙的效率。
在获取到叶尖的坐标值之后，步骤S130可以包括：
根据坐标值拟合得到叶尖轮廓曲线；
获取机闸内壁的内壁轮廓曲线；
根据叶尖轮廓曲线与内壁轮廓曲线，确定叶尖到机闸内壁的间隙。
如图5所示，在获取到与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值d1至d8后，即可拟合得出叶尖轮廓曲线L。
进一步地，在获取到机闸内壁的内壁轮廓曲线N后，即可求得叶尖轮廓曲线L与内壁轮廓曲线N之间的间隙。而叶尖轮廓曲线L与内壁轮廓曲线N之间的最小间隙，即为转子与机闸之间的最小叶尖间隙。
从以上还可以看出，本发明实施例提供的叶尖间隙测量方法，通过测量多个位置的叶尖坐标以拟合出转子叶尖轮廓，不仅能够真实反映出旋转状态下当转子偏心变形时机匣与转子之间的间隙，还便于计算出机匣与转子之间的最小间隙，具有十分广阔的应用前景。
图6为本发明实施例提供的叶尖间隙测量装置的结构示意图。参照图6，本发明实施例还提供一种叶尖间隙测量装置，包括：获取模块610、坐标模块620以及确定模块630。
获取模块610用于获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
坐标模块620用于根据所述多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与所述多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
确定模块630用于根据所述坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到所述机闸内壁的间隙。
本发明实施例提供的叶尖间隙测量装置，由于采用了电涡流式位移传感器测量叶尖间隙，因此具有体积小、重量轻、结构简单、调试简单、频率响应范围宽、灵敏度高、测量范围大、不受油污影响、抗干扰能力强等优点。另外，由于通过测量多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖坐标值从而获取叶尖轮廓，因此能够真实反映出旋转状态下当转子偏心变形时机匣与转子之间的叶尖间隙。
在一个实施例中，获取模块610可以具体用于：
根据多个电涡流式位移传感器到标准圆盘的距离、标准圆盘的半径以及机闸内半径，获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
其中，多个电涡流式位移传感器位于机闸壁内；标准圆盘与位于机闸横截面中心的旋转轴同心固定。
具体地，如图2所示，在该实施例中，多个电涡流式位移传感器21n的数量为8个(n＝1,2,3,4,5,6,7,8)，即电涡流式位移传感器211、212、213、214、215、216、217、218，且该8个电涡流式位移传感器以机闸横截面中心O1为原点，彼此间隔45度角地位于机闸壁220内。
需要说明的是，标准圆盘230为半径R0已知，且经过校准的圆盘。在将标准圆盘230与位于机闸横截面中心R0的旋转轴(图中未示出)同心固定后，即可获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离。
如图3和4所示，设mn为第n个电涡流式位移传感器到标准圆盘230的距离、ln为第n个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，则
ln＝(mn+R0)–R1
其中，R1为机闸内半径。
可以理解的是，多个电涡流式位移传感器的具体数量还可以根据实际需要进行调整，本发明实施例对此不做限定。
通过测量各个电涡流式位移传感器到标准圆盘的距离，来获取各个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，可确保电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离误差保持在极小的范围内，从而为后续确定叶尖间隙提供支持。
进一步地，在一个实施例中，坐标模块可以具体用于：
根据机闸内半径R1、多个电涡流式位移传感器到叶尖的距离、以及多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离ln，获取转子旋转时与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
其中，转子在获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离后替换标准圆盘，且坐标值基于以机闸横截面中心O1为原点的坐标系。
可以理解的是，在通过设置标准圆盘230获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离后，即可换上待测量的转子，从而获取待测量转子的叶尖轮廓曲线。
具体地，仍以上述8个电涡流式位移传感器以机闸横截面中心O1为原点，彼此间隔45度角地位于机闸壁220内的设置为例，设dn为与第n个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值，xn为第n个电涡流式位移传感器到叶尖的距离，则
式中，dn为与第n个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；R1为机闸内半径；xn为第n个电涡流式位移传感器到叶尖的距离；ln为第n个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；n为1至8之间的整数。
通过上述公式，即可计算出多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值，如图5所示。
由以上可以看出，在本发明实施例提供的叶尖间隙测量装置中，叶尖的坐标值的计算相对容易，因此能显著提高最终获取叶尖轮廓曲线从而确定叶尖间隙的效率。
在获取到叶尖的坐标值之后，确定模块630可以具体用于：
根据坐标值拟合得到叶尖轮廓曲线；
获取机闸内壁的内壁轮廓曲线；
根据叶尖轮廓曲线与内壁轮廓曲线，确定叶尖到机闸内壁的间隙。
如图5所示，确定模块630在获取到与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值d1至d8后，即可拟合得出叶尖轮廓曲线L。
进一步地，确定模块630在获取到机闸内壁的内壁轮廓曲线N后，即可求得叶尖轮廓曲线L与内壁轮廓曲线N之间的间隙。而叶尖轮廓曲线L与内壁轮廓曲线N之间的最小间隙，即为转子与机闸之间的最小叶尖间隙。
从以上还可以看出，本发明实施例提供的叶尖间隙测量装置，通过测量多个位置的叶尖坐标以拟合出转子叶尖轮廓，不仅能够真实反映出旋转状态下当转子偏心变形时机匣与转子之间的间隙，还便于计算出机匣与转子之间的最小间隙，具有十分广阔的应用前景。。
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communication interface)720、存储器(memory)730和通信总线(bus)740，其中，处理器710、通信接口720、存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行叶尖间隙测量方法，该方法包括：
获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
根据多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
根据坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到机闸内壁的间隙。
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-onlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的叶尖间隙测量方法，该方法包括：
获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
根据多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
根据坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到机闸内壁的间隙。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的叶尖间隙测量方法，该方法包括：
获取多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离；
根据多个电涡流式位移传感器到机闸内壁的距离，获取转子旋转时与多个电涡流式位移传感器的位置对应的叶尖的坐标值；
根据坐标值获取叶尖轮廓曲线，以确定叶尖到机闸内壁的间隙。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
