Волоконно-оптический датчик положения лопаток турбомашины

(51)5 6 01 Р 3/36 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе(56) И,Е.Заблоцкий, Ю,А.Коростелов,Р.А,Шипов, "Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин", ММашиностроение, 1977, с. 23-27,Испытательные приборы и стенды. Экспресс-инФормация, ВИНИТИ, 1986, %29, с.18-24.Испытательные приборы и стенды. Экспресс-инФормация, 1986, М 30, с. 19-25.(54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИКПОЛОЖЕНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИНЫ(57) Использование; измерительная техника, для измерения параметров вибрацийвращающихся лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом. Сущность: волоконно-оптический датчик положениялопаток турбомашины включает первый и Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измеения параметров вибраций вращающихся лопаток турбомашины дискретно-фазовым методом.Известны волоконно-оптические датчики положения вращающихся лопаток турбомашин, содержащие разветвленный световод, рабочий торец которого выполнен в виде круга со случайным распределением приемных и передающих волокон, и оптически связанные с ним приемник и источник излучения,А 2 1763987 А 1 второй световоды, состоящие из группы передающих и группы приемных волокон, рабочие торцы световодов имеют прямоугольное сечение, большая сторона которого ориентирована в осевом направлении турбомашины, приемные волокна световодов оптически связаны с соответствующими фотоприемниками, а передающие волокна - с источником света, вычитатель, к входам которого через соответствующие последовательно соединенные усилители и ограничители подключены выходы первого и второго фотоприемников, рабочие торцы световодов смещены друг относительно друга на величину, не превышающую окружной размер кромки лопатки турбомашины, а рабочие торцы световодов расположены от торцов лопаток турбомашины на величину 2Я/2 т 9 р где Я - расстояние между торцами световодов; р - апертурный угол волокон. 4 ил. Недостатком известных датчиков является невозможность их использования для фиксации момента прохода кромок лопаток, т.к, кромки лопаток могут значительно смещаться в осевом направлении и выходить из зоны действия датчика.ЛНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому датчику является кромочный волоконно-оптический датчик положения вращающихся лопаток турбомашины, содержащий световод с вытянутой в осевом направлении линейной диаграммой направленности рабочего торца, состоящий( Я 2 т 9 Р35 40 45 50 55 ЕЯ/(2 с 9 Р),из группы передающих и группы приемных волокон, оптически связанные с ним приемник и источник излучения, в котором за момент прохода лопатки под датчиком принимается фронт импульса прохода лопатки.Недостатком данного датчика является низкая точность фиксации момента прохода под ним вращающихся лопаток, обусловленная пологостью фронта импульса прохода лопатки и воэможностью изменения во времени крутизны этого фронта.Цель изобретения - повышение точности фиксации положения лопаток под датчиком, Указанная цель достигается тем, что в известный кромочный волоконно-оптический датчик положения вращающихся лопаток турбомашины, содержащий источник света, фотоприемник и световод, состоящий иэ группы передающих и группы приемных волокон, причем рабочий торец световода имеет прямоугольное сечение, большая сторона которого ориентирована в осевом направлении турбомашины, приемные волокна световода оптически связаны с фотоприемником, а передающие волокна - с источником света, дополнительно введены второй световод, второй фотоприемник, два усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ), два ограничителя и вычитатель, приемные волокна второго световода оптически связаны со вторым фотоприемником, а передающие волокна - с источником света, выходы фотоприемников через соответствующие последовательно соединенные усилители с АРУ и ограничители подключены к входам вычитателя, причем рабочий торец второго световода смещен относительно рабочего торца первого световода на величину, не превышающую окружной размер кромки лопатки турбомашины, а рабочие торцы световодов отстоят от торцев лопаток турбомашины на величину 2, определенную из соотношения; где Я - расстояние между торцами световодов;О - апертурный угол волокон.Блок-схема датчика, изображена на фиг.1, Фиг.2 поясняет выбор расстояния между датчиками. На фиг,З показана схема расположения датчика на турбомашине при измерении колебаний передней кромки лопатки, временные диаграммы работы датчика представлены на фиг.4. Датчик содержит первый 1 и второй 2 световоды, каждый из которых состоит из группы 3, 4 передающих волокон и группы 5, 6 приемных волокон, соответственно, источник излучения 7, два приемника 8, 9, два усилительных каскада 10, 11 с АРУ, два ограничителя 12, 13 и вычитатель 14. Источник излучения 7 оптически связан с передающими группами волокон 3, 4, а фотоприемники 8, 9 оптически связаны с группами 5, 6 приемных волокон, соответственно. Выходы фотоприемников 8, 9 связаны с входами 14 через последовательно соединенные усилительный каскад 10 (11) и ограничитель 12 (13), Выход вычитателя 14 служит выходом датчика,Рабочие торцы световодов 1, 2 со смешанными случайным образом приемными и излучающими волокнами выполнены в виде вытянутых прямоугольников с целью получения линейной диаграммы направленности. Торцы световодов располагаются в одной плоскости параллельно друг другу Расстояние Я между ними не должно превышать окружного размера кромки лопатки; это необходимо для того, чтобы часть торца лопатки некоторое время находилась в пределах апертуры обоих световодов одновременно, Рабочие торцы световодов отстоят от торцев лопаток турбомашины на величину 2, определенную из соотношения: где Я - расстояние между торцами световодов;р- апертурный угол волокон,Условие (1) вытекает из требованияотсутствия взаимного влияния световодовдруг на друга (фиг.2).Длинарабочего торца световода определяется исходя из конкретных особенностей турбомашины и должна превышатьмаксимальное смещение кромки лопатки восевом направлении.Толщина Н рабочего торца каждого световода может составлять 0,2,1 мм в зависимости от конкретных конструктивныхтребований.Датчик в корпусе турбомашины (фиг.З)устанавливается так, чтобы, во-первых, проекции 15, 16 диаграмм направленности световодов 1, 3 на плоскость торца лопатки 17,представляющие собой два отрезка, былибы параллельны оси вращения ротора турбомашины; во-вторых, передняя кромка лопатки 18 при отсутствии колебаний и осевыхсмещений проходила бы по центру проекции 15, 16 диаграмм направленности.При измерении колебаний задней кромки датчик устанавливается аналогично.Датчик работает следующим образом.Оптическое излучение от источника 7 излучения подается в рабочие эоны первого 1 и второго 2 световода, через группу передающих волокон 3, 4 соответственно.При проходе кромки лопатки 18 под первым световодом 1, часть отраженного торцем лопатки потока, через приемную группу волокон 3, попадает на фотоприемник 8, на выходе которого при этом формируется импульс прохода первого световода (фиг.4,а), Аналогично происходит формирование импульса прохода второго световода 2 (фиг,4,б) на выходе фотоприемника 9. Так как конструкция обоих световодов одинакова, то и форма этих импульсов одинакова. Усилительные каскады 10, 11 с АРУ поддерживают амплитуды импульсов прохода обоих световодов на равном и постоянном уровне при изменении коэффициента отражения торца лопатки, изменении мощности излучения источника излучения, а также при различной степени загрязненности рабочих торцев световодов. С выхода усилительных каскадов 10, 11 импульсы прохода поступают на соответствующие ограничители 12, 13. Уровень ограничения Оор (фиг.4 а,б) выбран таким образом, чтобы при появлении импульса прохода второго световода амплитуда импульса прохода первого световода уже достигла уровня ограничения. Далее ограниченные сверху импульсы прохода (фиг,4 в, г) поступают на схему вычитания 14, на выходе которой формируется разностный сигнал, представляющий собой пару равнополярных симметричных импульсов (фиг,4 д).Информационным импульсом служит первый импульс этой пары при установке датчика над передними кромками лопаток, и второй - при установке датчика над задними кромками лопаток. Середина информационного соответствует моменту прохода кромки лопатки между первым и вторым световодом. Фиксация момента прохода кромки лопатки под датчиком по середине импульса имеет явное превосходство по точности по сравнению с фиксацией момен та прохода по фронту импульса, как это сделано в прототипе.Формула изобретения Волоконно-оптический датчик положения лопаток турбомашины, включающий ис точник света, первый фотоприемник ипервый световод, состоящий из группы передающих и группы приемных волокон, причем рабочий торец световода имеет прямоугольное сечение, большая сторона 15 которого ориентирована в осевом направлении турбомашины, приемные волокна первого световода оптически связаны спервым фотоприемником, а передающее волокна- с источником света, о т л и ч а ю щ и й с я 20 тем, что, с целью повышения точности фиксации положения лопаток турбомашины, он снабжен вторым световодом, вторым фотоприемником, двумя усилителями с автоматической регулировкой усиления и 25 ограничителями и вычитателем, приемныеволокна второго световода оптически связаны с вторым фотоприемником, а передающие волокна - с источником света, выходы фотоприемников через соответствующие 30 последовательно соединенные усилители иограничители подключены к входам вычитателя, причем рабочий торец второго свето- вода смещен относительно рабочего торца первого световода на величину, не превы шающую окружной размер кромки лопаткитурбомашины, а рабочие торцы световодов расположены от торцов лопаток турбомашины на величину 2, определенную из соотношения40ЯЯ/2 т 9 гр,где Я - расстояние между торцами световодов;45 р - апертурный угол волокон,1763987 д оставитель В, Шестаковхред М.Моргентал Корр едактор Т. Куркова Л. Фил роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,Заказ 3454 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5