CC BY
5ВЕСТН. САМАР. ГОС. ТЕХН. УН-ТА. СЕР. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 3 (59)
УДК 681.518
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА КОНТРОЛИРУЕМУЮ И СОСЕДНИЕ ЛОПАТКИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА КОМПРЕССОРА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ С САМОКОМПЕНСАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ДАТЧИК
П.Е. Подлипнов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук
Россия, 443020, г. Самара, ул. Садовая, 61
Аннотация. Приводится краткое описание метода измерения радиальных зазоров между торцами лопаток и статорной оболочкой компрессора с использованием одновиткового вихретокового датчика и самокомпенсации температурных воздействий на него. На качественном уровне анализируются влияния на результаты измерения радиальных зазоров соседних лопаток, а также температуры как на контролируемую, так и на соседние лопатки при фиксированном радиальном зазоре. Приводятся результаты вычислительных экспериментов, для проведения которых использована существующая модель электромагнитного взаимодействия чувствительного элемента датчика и лопатки. Полученные результаты содержат количественные оценки влияния соседних лопаток и температуры как на контролируемую, так и на соседние лопатки в функциональной зависимости от радиальных зазоров.
Ключевые слова: измерение радиальных зазоров, одновитковый вихретоковый датчик, самокомпенсация температурных воздействий, влияние соседних лопаток, влияние температуры лопаток.
Введение
Известно, что от радиальных зазоров (РЗ) между торцами лопаток и статорной оболочкой в компрессорах и турбинах газотурбинных двигателей (ГТД) зависят основные показатели надежности и эффективности ГТД. Поэтому проблема измерения РЗ в тяжелых и даже экстремальных условиях (высокие температуры в газовоздушном тракте и скорость газового потока, близкая к скорости звука, повышенный уровень вибраций и другие факторы) остается актуальной и в настоящее время.
Известны также методы и средства измерения РЗ, в которых используются одновитковые вихретоковые датчики (ОВТД) с чувствительным элементом (ЧЭ) в виде отрезка проводника [1, 2]. ЧЭ (как и остальные элементы конструкции ОВТД) выполнен из тех же жаропрочных сталей, что и лопатки, и через установочное отверстие в статорной оболочке вводится в газовоздушный тракт, где осуществляется его электромагнитное взаимодействие с торцами лопаток. При этом для коррекции температурных воздействий на ЧЭ и остальные элементы конструкции ОВТД используется дополнительный ОВТД, который через дополнительное установочное отверстие также вводится в газовоздушный тракт. Такой способ коррекции широко используется в экспериментальных исследованиях ГТД в стендовых условиях, но из-за дополнительных установочных отверстий в статорной оболочке нежелателен в эксплуатации ГТД для использования в процессе управления и диагностики. Кроме того, для эффективной термокор-
Петр Евгеньевич Подлипнов, научный сотрудник.
рекции необходима идентичность характеристик и параметров обоих ОВТД, что затруднительно при существующей технологии их изготовления.
В работах [3, 4] предложен метод измерения РЗ, в котором реализована идея самокомпенсации температурных воздействий на ЧЭ и другие элементы конструкции ОВТД, что является важным аргументом для применения метода в системах управления и диагностики ГТД, поскольку отпадает необходимость в дополнительном ОВТД при термокоррекции и соответствующем установочном отверстии в статорной оболочке для его размещения.
Следует отметить, что для практического применения рассматриваемого метода очень важными представляются всесторонние исследования метода, и в частности влияния различных мешающих факторов. Исследованию влияния одного из них (осевых смещений рабочего колеса) посвящена работа [5]. Настоящая статья является продолжением работ в том же направлении и посвящена исследованию влияния температуры на контролируемую и соседние лопатки.
В статье приводится краткое описание метода измерения РЗ с самокомпенсацией температурных воздействий на ОВТД. Анализируется на качественном уровне влияние соседних лопаток, а также температуры на контролируемую и соседние лопатки при фиксированном РЗ.
Приводятся результаты вычислительных экспериментов, для проведения которых использована существующая модель электромагнитного взаимодействия ЧЭ и лопатки (модель адаптирована к форме и размерам лопаток, применяемых в компрессоре). Полученные результаты содержат количественные оценки влияния соседних лопаток и температуры как на контролируемую, так и на соседние лопатки в виде функциональных зависимостей от РЗ при различных значениях шага установки лопаток на рабочем колесе.
Метод измерения РЗ
На рис. 1 изображены два положения рабочего колеса (РК) компрессора (РК1 и РКП) с лопатками 1, 2, ..., п. Там же показана система отсчета OXYZ. Начало отсчета (точка О) находится на внутренней поверхности статора и в положении РК1 начало отсчета совпадает с геометрическими центрами лопатки 1 и ЧЭ ОВТД. Ось X совпадает с направлением оси РК, ось Y - с направлением его радиуса, а ось Z - с направлением вращения РК (величина РЗ определяется координатой y).
Положение РК1 Положение PKII
Рис. 1. Размещение ЧЭ ОВТД и система отсчета 0XYZ
Если предположить, что вращение РК происходит в нормальных температурных условиях, то при отсутствии влияния соседних лопаток (1 и 2) эквивалентная индуктивность ЧЭ, а следовательно, и эквивалентная индуктивность первичной обмотки согласующего трансформатора (СТ) датчика будут иметь максимально возможное значение (L0) при совпадении центра ЧЭ (точки O) и центра межлопаточного промежутка. Вместе с тем при совпадении центра ЧЭ (и точки O) с центром лопатки (положение РК1) согласно [1, 2, 4] индуктивность уменьшается и становится равной L0 - ALy, где ALy - изменение эквивалентной индуктивности, связанное с изменением координаты y (РЗ).
При воздействии температуры на элементы конструкции ОВТД (и датчик в целом), как показали исследования, эквивалентная индуктивность СТ возрастает на величину ALe независимо от положения лопатки относительно ЧЭ ОВТД.
В итоге для первого (РК1) из двух (РК1 и PKII) рассмотренных положений колеса относительно ЧЭ ОВТД (когда торец контролируемой лопатки находится в зоне чувствительности датчика) эквивалентную индуктивность первичной обмотки СТ можно представить в виде
Tct(i) = To + ATe — ATy (1)
Для второго положения (PKII) (когда в зоне чувствительности датчика торец контролируемой лопатки отсутствует) выражение (1) примет вид
tct(ii) = to + ATe (2)
где 4t(i) и ¿ЭСТ(11) - экстремальные значения эквивалентной индуктивности первичной обмотки СТ.
Предлагаемый в [4] метод измерения РЗ с самокомпенсацией температурных воздействий на ОВТД предусматривает фиксацию Т^т в положениях PKI, PKII и получение разности
AL3 - L — Тэ -AT
ATCT — TCT(II) tCT(I) — ATy
(3)
которая не зависит от температурных воздействий на ОВТД (ALe) и определяется только искомыми изменениями индуктивности первичной обмотки СТ ALy, связанными с РЗ(у).
С учетом влияния соседних лопаток выражения (1), (2) и (3) примут вид
Tct(i) — To + ATe - ATy - ATcn(i) (4)
tct(Ii) — to +ATe — ^слсщ (5)
ATCT — TCT(II) — TCT(I) — ATy + ATCЛ(I) — ATCЛ(II) (6)
где ATŒ(I) и ATCfflII) - изменения эквивалентной индуктивности первичной обмотки СТ, связанные с влиянием соседних лопаток 2 и пл (положение PKI), а также 1 и 2 (положение PKII) соответственно (рис. 1) При этом для оценки влияния соседних лопаток можно использовать формулу
8АСЛ .100%
^ушах , (7)
где ААушах - максимально возможное изменение АЬУ, а величина ААСЛ(11) намного больше ААСЛ(1), поскольку ЧЭ ОВТД расположен на расстоянии 1ш / 2 от соседних лопаток в положении РК11 по сравнению с положением РК1.
Результаты исследований температурных воздействий на лопатки, применяемые в турбинах ГТД, показали увеличение эквивалентной индуктивности ЧЭ ОВТД (а следовательно, и первичной обмотки СТ) с увеличением температуры, что связано с увеличением удельного сопротивления материала лопатки, преобладающим над соответствующими изменениями геометрических параметров [6, 7]. Так как в компрессорных лопатках используются те же материалы, то аналогичные результаты можно ожидать и в отношении лопаток, применяемых в компрессорах.
С учетом этого выражения (4), (5) и (6) примут вид:
Ал-® = Ао + А^е " ААу ~ А^сл(1) + А^'КЛв + А^елв(1) (8)
Аггсц) = Ао + аае _ аасл(11) + ААсле(II) (9)
ААСТ = АСТ(П) _ АСТ(1) = ААу + ААСЛ(1) _ ААСЛ(П) _ ААКЛв + ААСЛв(11) _ ААСЛв(1) (10)
где А^ле, ААСЛ0(1) и ААСЛ0(П) - изменения эквивалентной индуктивности первичной
обмотки СТ, связанные с температурными воздействиями на контролируемую лопатку (КЛ) (положение РК I), а также на соседние лопатки (в положениях РК1 и РК11 соответственно). При этом оценить влияние температурных воздействий на контролируемую и соседние лопатки можно по формуле
5-_ААКЛв + ААСЛв(11) _ ААСЛв(1) шпп/ 6АКСлв =-77--100%
а/.
ушах (11)
где вклад А^ле существенно больше ААСЛ0(П) и тем более ААСЛ0(1).
Следует отметить, что выражения (4-11) дают наглядное, качественное представление о влиянии соседних лопаток и температуры на контролируемую и соседние лопатки. При этом предполагается, что преобразуемый параметр РЗ (У) имеет фиксированное значение. Однако эквивалентные индуктивности первичной обмотки СТ в положениях РК1 и РКП, равно как и их разность, являются функциями РЗ (у) - Ат® (у) , Аст(ц) (У) и (у). Функциями РЗ (у) являются также выражения (7, 11) - 8АСЛ (у) и §АКСЛ0 (у) . Но первое из перечисленных семейств функций - это фактически функции преобразования (ФП) ОВТД, а второе семейство - функции влияния (ФВ) мешающих факторов (соседних лопаток и температурных воздействий на контролируемую и соседние лопатки).
Количественные оценки влияния соседних лопаток
Искомые оценки получены с помощью известной модели электромагнитного взаимодействия (ЭМВ) ЧЭ с торцевой частью турбинной лопатки. Ее описание приведено в работе [8], а исходные данные для моделирования (размеры лопатки и ЧЭ, а также другие параметры) - в работе [9]. Несмотря на принципиальные отличительные особенности лопаток, применяемых в турбине и компрессоре, та же модель может использоваться и для компрессорной лопатки упрощенной формы, близкой к прямоугольной с малой кривизной поверхности пера и отсутствием выступов. В исходные данные были внесены изменения размеров торца лопатки (в соответствии с реальными размерами компрессорной лопатки), а также степени ее кривизны и выступов (уменьшены практически до нуля). При этом все остальные исходные данные оставались неизменными1.
В результате моделирования (в предположении нормальных температурных условий 9 = 20 °С) получена ФП ЧЭ в виде зависимости эквивалентной индуктивности ЧЭ ((у)) в диапазоне изменения РЗ (у) от 0,5 до 2,5 мм. Показано,
что функция Ьэчэ (у) монотонно возрастает и при у^<х>, т. е. при отсутствии лопатки в зоне чувствительности, ДЭоо = 3,657 • 10-9 Гн.
Рис. 2. Семейство ФП ^ (у,9) (а) и п (9) (б) (без учета соседних лопаток -сплошные линии и с их учетом - пунктир), разность ФП АЬЭСТ (у) (в) (без учета соседних лопаток - сплошные линии и с их учетом - пунктир)
Далее полученные результаты пересчитываются в первичную обмотку СТ в соответствии с рекомендациями, приведенными в [10], с учетом дополнительных предложений по их совершенствованию. При этом для расчета пСТх используется формула= П(кп^), где пт = 30 - коэффициент трансформации СТ, к - коэффициент, зависящий от индуктивности тоководов (ТВ) ОВТД. Что же касается пересчета результатов моделирования при наличии лопатки в зоне чувствительности ОВТД (в частности функции дэ (у)) в первичную обмотку СТ, то предлагается использовать выражение (у) = ^ -аьу , где а^ = п2 (к' • щэ),
1 Для компрессорной лопатки длина хорды, спинки и корыта составила 29 мм; ширина выходной и входной кромок 2,0 мм; выступов в торцевой части лопатки нет (в модели равны нулю); степень кривизны лопатки определяется изгибом ее спинки и корыта
относительно центра хорды и составляет 0,1 мм.
110
а а—э = Аэ» --Аэ (у), к* - коэффициент, который, как и коэффициент к, зависит от соотношения индуктивностей ТВ и ЧЭ, хотя и может отличаться от него по величине. Для ОВТД из групп одного типоразмера оба коэффициента выбраны равными (к=к=3) и, что особенно важно, обеспечивают хорошее совпадение приведенных значений АЬу ( а— /), полученных путем моделирования и экспериментально (именно приведенные значения АЬу оказывают определяющее влияния на ФП измерительной цепи с включенным в нее ОВТД).
На рис. 2 результаты моделирования (после пересчета) представлены как графики —т© в зависимости от координаты у (РЗ) при температуре 20 °С (а).
С увеличением у —т возрастает и при у^<х> могло бы достигнуть предельного значения А^т» = 9,87 • 10-6 Гн, которое обозначено на оси ординат (причем -ст» = А в ранее приведенных выкладках). Но именно это значение соответствует эквивалентной индуктивности ¿эСТ(п) в межлопаточных промежутках при отсутствии влияния контролируемой и соседних лопаток. Поэтому на рис. 2, б график ¿ЭСТ(11) от у - это прямая, параллельная оси У.
Определение —т (у) при номинальной температуре (600...650 °С в компрессоре) осуществлялось с использованием экспериментальных данных, полученных в специальной термокамере для группы ОВТД одного типоразмера. Было показано, что при изменении температуры на 600 °С от нормальной (20 °С) изменения эквивалентной индуктивности СТ составляют 3 % с небольшим отклонением (А— /Х0 = 0,03). Поэтому каждая ордината функции —т© (у) при температуре 20 °С увеличивалась на величину АА0 = 0,03—0. Аналогичные действия необходимы и в отношении ¿ст(щ (у) при нормальной температуре.
Итоги этих операций представлены на рис. 2 а, б как полное семейство ФП ОВТД - —та) (у, в) и 4т(п) (в) при нормальной и номинальной температурах (причем все графики ФП выполнены сплошными линиями).
Разность —тещ (у)--ст© (у) = А-ЭСТ (у) , вычисленная согласно рассматриваемому методу измерения РЗ (у) с самокомпенсацией температурных воздействий на ОВТД (А£в), представлена на рис. 2, в и, действительно, не зависит от температурных воздействий на ОВТД, оставаясь неизменной при вычислении А—т как при нормальной, так и при номинальной температуре (график А—т (у) также выполнен сплошной линией).
В работах [11, 12] приведены описания модели ЭМВ взаимодействия ЧЭ ОВТД не только с контролируемой, но и с соседними лопатками сложной формы, применяемыми в турбинах. Представляется очевидной возможность применения этой модели для исследования влияния соседних лопаток в компрессоре после замены турбинных лопаток теми, что применяются в компрессоре с заменой соответствующих исходных данных (такие данные были приведены выше).
Результаты вычислительных экспериментов с учетом влияния соседних лопаток показали незначительное отклонение функции —т© при выбранном шаге установки лопаток (гш=24 мм). В масштабной сетке рис. 2, а они практически незаметны. Поэтому в более крупном масштабе функция ¿^т© (у) (с учетом со-
седних лопаток в окрестности y=0.5 мм) вынесена на «аппликацию», где показана пунктиром.
Как и ожидалось, соседние лопатки вызывают уменьшение индуктивности L3CT(I) ( Л£СЛ(1) - величина отрицательная). Такой же характер влияния наблюдается
и в отношении L3CT(II), однако ее изменения ( Д£сл(11) возрастают в несколько раз по величине и, что особенно важно, ¿Ст(п) теряет независимость от y, монотонно возрастая с увеличением y (рис. 2, б).
Влияние соседних лопаток на функцию AL3CT (y) в основном определяет составляющая Д£сл(11), которая уменьшает все ее значения (на рис. 2, в сто пунктирная линия).
Полученные ФП с учетом и без учета влияния соседних лопаток (при заданном шаге установки лопаток на РК (zm)) позволяют дать количественную оценку ФВ:
( y Мет Çy) ~ALCT сл (y) ,100%
al
ymax , (12)
где ALCT (y) и ALCTCJ1(y) - разностные значения L3CT(l^ (y) и LCT(I) (y) без учета и с учетом влияния соседних лопаток соответственно, а AL ^ - максимально возможное значение ALCT ( y) (без учета соседних лопаток). При этом необходимо отметить, что выражение (12) отражает суммарное влияние соседних лопаток в обоих положениях РК1 и PKII.
На рис. 3, а представлено семейство ФВ 8LCJI (y) при трех значениях шага zm = 18, 24 и 30 мм и с учетом суммарного влияния соседних лопаток в обоих положениях РК. При zm = 24 мм максимальное значение 5LCJI составляет около 5,5 %. Оно возрастает до 7,1 % при zm = 18 мм и снижается до 3,8 % при zm = 30 мм.
Рис. 3. ФВ соседних лопаток (СЛ) при zm=18, 24, 30 мм: 8LCJI (y) - суммарное влияние СЛ в положениях РК1 и PKII (а); 8LCTI ( y) - влияние СЛ в положении РК1 (б); 8LCJ[n (y) - влияние СЛ в положении РК11 (в)
На рис. 3, б, в представлены ФВ при тех же значениях шага zm, но вычисленные по отдельности - только для соседних лопаток в положении PKI ( бТсл(1) ( y ) )
и только для соседних лопаток в положении PKII ( бТсл(п) (y) ). Показано, что влияние соседних лопаток в положении PKII многократно превышает его влияние в положении PKI, причем перепад усиливается с увеличением zm.
Количественная оценка влияния температурных воздействий
на контролируемую и соседние лопатки
На качественном уровне представление о влияниях температуры на контролируемую и соседние лопатки дает выражение (11) (разумеется, при фиксированном значении РЗ (y)). Получение же функциональной зависимости 8^сле(y)
возможно на той же модели ЭМВ ЧЭ с контролируемой и соседними лопатками, если учтены температурные воздействия на те же лопатки. При этом предполагается, что температурные воздействия вызывают изменения удельного сопротивления материала лопаток и их геометрических параметров. Однако результаты исследований, приведенные в работах [6, 7], показали доминирующее влияние температуры на удельное сопротивление, а потому изменения, связанные с геометрическими параметрами лопаток, можно не учитывать.
Методика проведения вычислительных экспериментов аналогична той, что использовалась ранее - моделируются ФП РЗ (y) с учетом влияния соседних лопаток, а затем ФП с учетом не только соседних лопаток, но и температурных воздействий на контролируемую и соседние лопатки, как в положении РК1, так и в положении РКП. Далее определяются разностные значения ФП и определяются ФВ:
бТксле (у ) —
^стсл ( У) — AT С
э( У)
aT,,
•100%
(13)
где АПСТСЛ (у) и АЬст КСЛ9 (у) разностные значения ¿СТСЛ(П) (у) и ПСТСЛ(Г> (у) без учета и с учетом температурных воздействий на контролируемую и соседние лопат-
2
ки .
На рис. 4, а представлены ФВ температурных воздействий на контролируемые и соседние лопатки в виде 8^сле (у) в предположении, что шаг установки лопаток на рабочем колесе составляет 18; 24 и 30 мм.
бТКСЛ
ST»,
- ¿ш=30 мм - 24 мм
18 мм y, мм
y, мм
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
SL %
Zm=18 мм
24 мм
30 мм
y, мм
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
а
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 б
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 в
Рис. 4. ФВ температуры на контролируемую и соседние лопатки
при Zm = I8, 24, 30 мм: 5ТКсле(У) (а) 5Тке(У) (б) ST^, (У) (в)
Количественные оценки ATCTCJI(y) осуществлялись ранее в предыдущей серии вычислитель-
ных экспериментов, и их результаты можно использовать в настоящей серии.
%
5
15
0
10
5
5
0
0
Как следует из графиков, изменение шага установки соседних лопаток оказывает несущественное влияние - отклонения не превышают единиц процентов. Можно предположить, что причина тому - доминирующее влияние температурных воздействий на контролируемую лопатку по сравнению с соседними. Для подтверждения этого предположения были проведены вычислительные эксперименты, в ходе которых определялась ФВ температурных воздействий только на контролируемую лопатку без учета соседних:
_ ( ч л£ст (y) -aLCT KS(y)
5LKe( y )=-—--100%, (14)
y max
где ALCT (y) и ALCTK0(y) - разностные значения ¿СТ(и) (у) и ¿л-® (y) - без учета
и с учетом температурных воздействий только на контролируемую лопатку (при отсутствии соседних лопаток) в положениях PKI и PKII.
На рис. 4, б представлена функция 8LKe(y) , максимальное значение которой
достигает примерно 15 %, что действительно полностью подтверждает предположение о доминирующем влиянии температурных воздействий на контролируемую лопатку по сравнению с теми же воздействиями на соседние лопатки.
Вместе с тем данные на рис. 4, а и б позволяют определить ФВ, связанные с суммарным действием температуры на соседние лопатки в положениях PKI и PKII. Результаты расчета в виде функции 8!сле (y) представлены на рис. 4, в
(при шаге,равном 18, 24 и 30 мм). Даже при минимальном значении zm (18 мм) не превышает 2 %. При этом необходимо особо отметить, что данные на рис. 4, в в основном определяются влиянием соседних лопаток в положении PKII, а влияние соседних лопаток в положении PKI пренебрежимо мало3.
В работах [11, 12] дано описание возможных способов уменьшения влияния соседних лопаток и температурных воздействий на контролируемую и соседние лопатки. Практически эти способы аналогичны тому, что рекомендовано в работе [1], где предусматривается экспериментальное получение градуировочных характеристик перед началом работы системы измерения. Используемые в системе датчики устанавливаются в специальной термокамере с градуировочным устройством и прибором контроля РЗ. Модернизация устройства заключается в установке не одной, а нескольких лопаток, аналогичных тем, что применяются в компрессоре. Разумеется, и с аналогичным шагом. В рассматриваемом случае можно ограничиться тремя лопатками. Полученные таким образом семейства ГХ при номинальной температуре (они должны соответствовать семействам ФП в положениях PKI и PKII) используются при обработке данных, полученных в процессе эксплуатации системы измерения РЗ.
Заключение
На качественном уровне осуществлен анализ влияния на результат измерения РЗ соседних лопаток, а также температурных воздействий как на контролируемую, так и на соседние лопатки.
Приведены результаты вычислительных экспериментов, для проведения которых использовалась существующая модель электромагнитного взаимодействия
3 Дополнительные исследования, проведенные для zm = 24 мм (такой шаг используется в реально существующих компрессорах), показали, что в положении РК1 максимальные значения SLCT0 составляют менее 0,1 %, и сто более чем на порядок меньше, чем в положении РКП. 114
ЧЭ ОВТД и лопатки (модель предварительно адаптирована к форме и размерам лопаток, применяемых в компрессоре ГТД). Полученные результаты содержат количественные оценки влияния соседних лопаток и температуры как на контролируемую, так и на соседние лопатки в виде функциональной зависимости от РЗ при различных значениях шага установки лопаток на рабочем колесе. Показано, что максимальное значение (7,1 %) влияние соседних лопаток достигает при РЗ
0.5.мм и шаге установки лопаток 18 мм (при этом вклад соседних лопаток в положении РК11 многократно превышает вклад соседних лопаток в положении РК1).
Показано также, что максимально возможное влияние температуры имеет место при РЗ 0,5 мм (15 %), причем оно определяется в основном температурными воздействиями на контролируемую лопатку (влияние соседних лопаток не превышает 2 % при шаге 18 мм).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Методы и средства измерения многомерных перемещений элементов конструкций силовых установок / Под ред. Ю.Н. Секисова, О.П. Скобелева. - Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2001. -188 с.
2. Кластерные методы и средства измерения деформаций статора и координат смещений торцов лопаток и лопастей в газотурбинных двигателях / Под общ. ред. О.П. Скобелева. -М.: Машиностроение, 2011. - 298 с.
3. Патент РФ № 2639996 RU, МПК G01B 7/14. Способ измерения радиальных зазоров и скорости вращения ротора в турбомашинах / Белопухов В.Н., Подлипнов П.Е., Секисов Ю.Н. -Опубл. 26.09.17, Бюл. № 27.
4. Белопухов В.Н., Боровик С.Ю., Кутейникова М.М. [и др.] Способ измерения радиальных зазоров в газотурбинном двигателе с самокомпенсацией температурных воздействий на датчик // Датчики и системы. - 2018. - № 4. - С. 53-59.
5. Кутейникова М.М., Подлипнов П.Е. Влияние осевых смещений рабочего колеса турбомаши-ны на результаты измерения радиальных зазоров при использовании самокомпенсации температурных воздействий на датчик // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2017. - Вып. 4 (56). - С. 76-83.
6. Боровик С.Ю., Кутейникова М.М., Секисов Ю.Н. [и др.] Анализ влияния температуры на информативные параметры одновитковых вихретоковых датчиков // Автометрия. - 2017. -№ 4 (53). - С. 104-111.
7. Кутейникова М.М. Кластерные методы и средства измерения радиальных и осевых смещений торцов лопаток в турбине на основе одновитковых вихретоковых датчиков: Дисс. ... канд. техн. наук: 05.11.16. - Самара, 2016. -176 с.
8. Кутейникова М.М., Секисов Ю.Н., Скобелев О.П. Модель электромагнитного взаимодействия чувствительного элемента одновиткового вихретокового датчика с торцом лопатки сложной формы // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: Труды XV Международной конференции. - Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2013. - С. 627-635.
9. Кутейникова М.М., Секисов Ю.Н., Скобелев О.П. Результаты моделирования электромагнитного взаимодействия чувствительных элементов одновитковых вихретоковых датчиков в составе кластера с торцом лопатки сложной формы // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: Труды XV Международной конференции. - Самара: Изд-во СамНЦ РАН, 2013. - С. 636-641.
10. Боровик С.Ю., Кутейникова М.М., Подлипнов П.Е. [и др.]. Эквивалентные параметры одно-виткового вихретокового датчика в измерительной цепи с импульсным питанием // Датчики и системы. - 2016. - № 2. - С. 27-35.
11. Боровик С.Ю., Кутейникова М.М., Райков Б.К. [и др.]. Влияние соседних лопаток на измерение радиальных зазоров в турбине // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2015. -№ 5. - С. 327-336.
12. Боровик С.Ю., Кутейникова М.М., Подлипнов П.Е. [и др.] Моделирование процесса измерения радиальных и осевых смещений торцов рабочих лопаток сложной формы // Автометрия. -2015. - № 5 (51). - С. 101-112.
Статья поступила в редакцию 17 июня 2018 г.
TEMPERATURE IMPACT ON THE CONTROLLED AND NEIGHBORING BLADES OF THE COMPRESSOR WHEEL DURING MEASURING OF RADIAL CLEARANCES WITH SELF-COMPENSATION OF TEMPERATURE EFFECT ON THE SENSOR
P.E. Podlipnov
Institute for the Control of Complex Systems of Russian Academy of Sciences 61, Sadovaya str., Samara, 443020, Russian Federation
Abstract. The brief description of the method for measuring of radial clearances between the blade tips and stator of the compressor, using the single-coil eddy-current sensor with self-compensation of temperature effect on the sensor is given. The quality of neighboring blades effect on the results of radial clearances measuring is presented as well as the effect of temperature influence on controlled and neighboring blades with a fixed radial clearance. The results of computing experiments obtained on the base of existing models of electro-magnetic interaction between a sensitive element and the blade are considered. These results contain quantitative estimates of the neighboring blades effect and temperature effect on the controlled and neighboring blades as a function of radial clearances.
Keywords: measuring of radial clearances, single-coil eddy-current sensor, self-correction of temperature impacts, neighboring blades effect, blades' temperature effect.
REFERENCES
1. Methods and tools of measuring of multidimensional displacements of power plants' constructive elements / Ed. Sekisov Yu.N., Skobelev O.P. - Samara: Samara Scientific Center of RAS, 2001. - 188 pp.
2. Cluster methods and tools of measuring of deformation and coordinates of displacements of blade tips in gas-turbine engines / Ed. Skobelev O.P. - Moscow: Mashinostroenie, 2011. -298 pp.
3. Pat. 2639996 RU. Method for measuring radial clearances and rotor speed in turbo-machines / Belopukhov V.N., Podlypnov P.E., Sekisov Yu.N. // Bull. No. 27. - 2017.
4. Belopukhov V.N., Borovik S.Yu., Kuteynikova M.M. et al. The method for measuring of radial clearances in gas-turbine engine with self-compensation of temperature effect on single-coil eddy-current sensor // Sensors & Systems. - No. 4. - 2018. - 53-59 pp.
5. Kuteynikova M.M., Podlypnov P.E. Influence of axial displacements of turbomachine impeller on the results of measurement of radial clearances with the self-compensation of temperature impact on the sensor // Vestnik SamGTU. Series «Technical Science». - No 4 (56). - 2017. -76-83 pp.
6. Borovik S.Y., Kuteynikova M.M., Sekisov Y.N. et al. Optoelectron. Instrument. Proc. (2017) 53: 395. https://doi.org/10.3103/S8756699017040124.
7. Kuteynikova M.M. Cluster methods and tools of measuring of radial and axial displacements of blade tips in turbine on the base of single-coil eddy-current sensors: PhD Thesis. -Samara, 2016. 182 pp.
8. Kuteynikova M.M., Sekisov Yu.N., Skobelev O.P. The model of electromagnetic interaction between sensitive element of single-coil eddy-current sensor and the end of a blade of complex shape // Complex Systems: Control and Modeling Problems: Proc. of XV international conference (Samara, June, 25-28, 2013)). - pp. 627-635.
9. Kuteynikova M.M., Sekisov Yu.N., Skobelev O.P. The results of simulation of electromagnetic interaction between sensitive elements of single-coil eddy-current sensor (as a part of a cluster) and the end of a blade of complex shape // Complex Systems: Control and Modeling Problems: Proc. of XV international conference (Samara, June, 25-28, 2013)). - pp. 636-641.
Petr E. Podlipnov, Scientist.
10. Borovik S.Yu., Kuteynikova M.M., Podlipnov P.E. et al. Equivalent parameters of single-coil eddy-current sensor in measuring circuit with pulse supply // Sensors & Systems. - No 2. -2016. -pp. 27-35.
11. Borovik S.Yu., Kuteynikova M.M., Raykov B.V. et al. Adjacent blades effect on tip clearance measuring in turbine // Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie. - No 5. - 2013. - pp. 327336.
12. Borovik S.Y., Kuteynikova M.M., Podlipnov P.E. et al. Optoelectron. Instrument. Proc. (2015) 51: 512. https://doi.org/10.3103/S8756699015050118
