CN115507896A - 一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置，用于如航空涡轮发动机(1)等的涡轮发动机转子(12)的叶片(121a、121b、121c、……、121n)的缺陷或者叶片(121a、121b、121c、……、121n)之间间隙等的涡流监视检测，监测装置(2)附着圆形阵列贴合设置于航空涡轮发动机(1)的机匣(11)的外围表面，通过阵列式涡流检测传感器中的各传感器获得的一片叶尖检测数据进行组合和分析比对，评估叶片存在的缺损和隐患的监视检测方法。从而提早监视检测出缺陷异常，实现提前预防航空涡轮发动机等的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及用于如航空涡轮发动机等的转子叶片及其间隙的涡流监测或者检测的方法和装置，特别是涉及一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置。
背景技术
航空发动机的研制过程和在役保养、维修，叶尖间隙测量必不可少。特别是在役使用过程中的健康管理和故障诊断，叶尖间隙和叶片损伤都是重要监视检测参数。虽然，实现叶尖间隙监测的方法有很多种，如X-射线、超声波、微波、电容法和涡流法等多种检测方法，但就工程实用角度而言，涡流检测法因其采用切割磁力线的原理，无需在发动机机匣上开孔安装（即可透过机匣），因此具备良好的应用发展前景。
本发明申请人曾申请过已授权发明专利 “CN108267504B一种铁磁性发动机壳体内叶片动态原位监测方法”，公开的技术方案为透过铁磁性机匣检测内部高速旋转之叶尖的间隙，并通过连续监测，同时获取叶片间的相对位置包括叶尖缺失造成的信号幅度减弱的故障等。
针对以上问题，本发明采用如下技术方案进一步改进。
发明内容
本发明的目的提供一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置，公开的技术方案如下：
一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，用于如航空涡轮发动机(1)等的涡轮发动机转子(12)的 叶片(121a、121b、121c、……、121n)的缺陷或者叶片(121a、121b、121c、……、121n)之间间隙等的涡流监视检测，监测装置(2)附着圆形阵列贴合设置于航空涡轮发动机(1)的机匣(11)的外围表面，通过阵列式涡流检测传感器中的各传感器获得的一片叶尖检测数据进行组合和分析比对，评估叶片存在的缺损和隐患的监视检测方法，具体步骤如下：
a.实际检测：将阵列式涡流检测传感器装置放置于被检测涡轮发动机转子叶片外壳体上，通过多通道阵列式涡流检测仪操作每个涡流传感器检测，涡流检测仪获取每个涡流检测传感器的检测信号数据；
b.数据分析：对比分析不同涡流检测传感器检测的信号值，评估判定被检测叶片的缺损和隐患状态情况。
如电压信号参数值的分析，检测信号曲线的幅度上评估不同叶片的检测信号。阵列式涡流检测传感器的各个检测传感器分布于涡轮发动机的外壳上，不同的传感器检测的为涡轮发动叶片在不同位置上的检测信号。很多情况下，金属在疲劳应力或其他方式损伤产生裂纹或者形变，并不一定在短时间内马上产生大的裂纹或直接断裂，金属的弹性形变或一些粘连性的裂纹，或者叶片安装的松动，正常情况以及静态情况下，不容易被检测发现。然而在不同位置的叶片粘连性形变裂纹或者松动，会因为重力作用而粘连性有所不同，如可能因不同方向位置的重力作用，在竖直时的裂纹加剧，或者固定松动的地方脱落得更加明显等等，因此对比不同位置上的涡流检测传感器的信号参数值，更能体现出叶片在正常情况和具有缺陷时的差别，特别是一些本来不容易被检测出来的粘连性缺陷，细微的差别可因不同位置的重力作用而放大，可实现一些单个传感器在同一位置的检测而不容易发现的缺陷隐患。
进一步的，所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为提取两个不同角度方向位置的涡轮发动机转子叶片、由阵列式涡流检测传感器的不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。可以通过阵列式涡流检测传感器覆盖的范围，选择不同角度的传感器检测的信号值进行分析评估叶片隐藏的细微缺陷。
进一步的，所述的步骤b中的对比分析的不同位置传感器检测的信号值，设置为涡轮发动机转子叶片在竖直方向上的上方位置和下方位置时，两个不同涡流检测传感器检测的信号值的对比分析。一般情况，当涡轮发动机转子叶片安装松动时，涡流叶片处于竖直方向的上方和下方时安装于涡轮轴位置承受的重力完全不同，叶片在竖直向下位置时为完全承受叶片的拉扯的重力，而竖直向上时，完全承受向下的叶片重力推力，涡轮发动机转子叶片与发动机机匣壳体之间间隙的细微差别，通过两个阵列式相同涡流检测传感器检测的数据对比分析，差别性会更加的显示，而容易在早期发现安全隐患。
进一步的，所述步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为涡轮发动机转子叶片在水平方向位置和竖直位置方向的两个检测信号值的对比分析。
一般情况，当涡轮发动机转子叶片产生的粘连性裂纹，叶片在横向和竖向位置受到的重力在方向角度上不同，形成形变裂纹受不同角度重力的拉扯，粘连度也有所不同，细微差别在两个位置上的涡流检测传感器的两种数据进行对比分析，差别性会明显增大，更有利于检测出涡轮发动机转子叶片的隐藏的细微粘连性裂纹，在叶片出现安全隐患时，尽早的排除隐患。
而竖直方向位置，可以是竖直向下亦可为竖直向上，其形成的重力角度方向均不相同，可作为细微差别的对比分析，评估判定涡轮发动机叶片隐藏的应力形变裂纹等缺陷，尽早排查航空涡轮发动机等安全隐患，以及对比分析更容易实现排查叶片形变或安装装置细微松动而造成的间隙细微差别。
进一步的，所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为提取同一叶片在不同位置时的不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。通过涡轮发动机叶片数量计数编号，以及涡轮发动机转子叶片转速等，进行计算叶片经过不同位置时对应的涡流检测传感器，阵列式涡流检测传感器针对不同通道提取同一叶片在相应位置的检测数据，进行对比分析评估细微缺陷，实现针对性的分析同一个叶片的细微缺陷。
进一步的，所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为同一涡轮发动机转子叶片在竖直方向上的上方位置和下方位置时，两个不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。通过针对性的分析同一叶片在竖直的两个方向上的两种检测信号的细微差别，更精确的评估分析同一叶片的安装松动或疲劳应力等造成的形变间隙的细小缺陷，在航空涡轮发动机等出现安全问题的早期发现，尽早做到排查安全隐患。
进一步的，所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为同一叶片在水平方向位置和竖直位置方向的两个不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。实现针对性的分析评估判定涡轮发动机同一叶片隐藏的应力形变裂纹等缺陷，尽早排查航空涡轮发动机等安全隐患。
本发明还公开一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测装置，用于如航空涡轮发动机(1)等的涡轮发动机转子 (12)的 叶片(121a、121b、121c、……、121n)的缺陷或者叶片(121a、121b、121c、……、121n)之间间隙等的涡流监视检测，监测装置(2)附着圆形阵列贴合设置于航空涡轮发动机(1)的机匣(11)的外围表面，监测装置(2)包括多通道涡流检测仪(3)、柔性膜片(22)和阵列式涡流检测传感器(21)，所述多通道涡流检测仪(3)电信号联通于阵列式涡流检测传感器(21)，所述阵列式涡流检测传感器(21)设置于柔性膜片(22)上，所述的柔性膜片(22)可半柔性材料制作而成的可磁性吸合适形于弧形面的长条形膜片结构，所述阵列式涡流检测传感器(21)的各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)均匀排列地附着设置于柔性膜片(22)上。
其中，所述多通道涡流检测仪(3)具有的不同涡流检测通道，分别提取所述阵列式涡流检测传感器(21)的各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)信号值，进行对比分析。即多通道涡流检测仪(3)的每个通道可实现单独提取阵列式检测检测传感器装置中的单个涡流检测传感器的检测信号的功能。
进一步的，所述的柔性膜片(22)为可弹性拉伸调整长度贴合于被检测对象表面的结构，且在拉伸和缩合的过程中，均匀的调节各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)之间的间距。通过调节各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)之间间距的大小，更适合于航空发动机涡轮发动机转子叶片的叶尖间隙。
进一步的，所述的柔性膜片(22)设置为多条自由连接结构。在实现各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)之间间距的同时，调节监测装置的长度，更适合于航空发动机涡轮发动机转子叶片外周表面，计算更恰当的涡轮发动机转子叶片在不同角度位置上的检测数据需求。
据以上技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置，在原有单个电磁涡流传感器的基础上进行改进，使用阵列式涡流检测传感器，利用各传感器获得的每一片叶片的检测数据进行组合和分析比对，从而能更精确地反映航空发动机叶片的间隙变化及叶尖变形，特别是当叶尖存在裂纹，且尚未有缺损时，（之前单个涡流检测传感的检测方法只能在叶尖缺损后的评估检测）），而本发明利用阵列传感器获取的各个传感器的检测数据，组合分析比较信号幅度上的细微差别，从而提前得知叶片的叶尖是否存在即将发生缺损或损伤裂纹等，或者通过叶片间隙的细微变化情况提前预知叶片的安装是否松动，从而提早监视检测出缺陷异常，实现提前预防航空涡轮发动机等安全隐患。本发明还可用于其它类似有叶片的机械装置检测。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的监测装置使用状态示意图；
图2为本发明最佳实施例的监测装置使用状态示意图；
图3为本发明最佳实施例的监测装置信号分析示意图；
图4为本发明最佳实施例的检测位置示意图；
图5为本发明最佳实施例的检测位置示意图；
图6为本发明最佳实施例的检测位置方向示意图；
图7为本发明最佳实施例的检测位置方向示意图；
图8为本发明最佳实施例的检测位置方向示意图；
图9为本发明最佳实施例的涡轮发动机转子叶片不同位置信号分析示意图；
图10为本发明最佳实施例的柔性膜片拉伸结构示意图；
图11为本发明最佳实施例的柔性膜片多条连接的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1至10所示，一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，用于如航空涡轮发动机1等的涡轮发动机转子12的 叶片121a、121b、121c、……、121n的缺陷或者叶片121a、121b、121c、……、121n之间间隙等的涡流监视检测，监测装置2附着圆形阵列贴合设置于航空涡轮发动机1的机匣11的外围表面，通过阵列式涡流检测传感器中的各传感器获得的一片叶尖检测数据进行组合和分析比对，评估叶片存在的缺损和隐患的监视检测方法，具体步骤如下：
a.实际检测：将阵列式涡流检测传感器装置放置于被检测涡轮发动机转子叶片外壳体上，通过多通道阵列式涡流检测仪操作每个涡流传感器检测，涡流检测仪获取每个涡流检测传感器的检测信号数据；
b.数据分析：对比分析不同涡流检测传感器检测的信号值，评估判定被检测叶片的缺损和隐患状态情况。
如图3所示，电压信号参数值的分析，检测信号曲线的幅度上评估不同叶片的检测信号。阵列式涡流检测传感器的各个检测传感器分布于涡轮发动机的外壳上，不同的传感器检测的为涡轮发动叶片在不同位置上的检测信号，如附图3中涡流检测传感器211a位置信号值幅度的细微差别，评估其存在缺陷。很多情况下，金属在疲劳应力或其他方式损伤产生裂纹或者形变，并不一定在短时间内马上产生大的裂纹或直接断裂，金属的弹性形变或一些粘连性的裂纹，或者叶片安装的松动，正常情况以及静态情况下，不容易被检测发现。然而在不同位置的叶片粘连性形变裂纹或者松动，会因为重力作用而粘连性有所不同，如可能因不同方向位置的重力作用，在竖直时的裂纹加剧，或者固定松动的地方脱落得更加明显等等，因此对比不同位置上的涡流检测传感器的信号参数值，更能体现出叶片在正常情况和具有缺陷时的差别，特别是一些本来不容易被检测出来的粘连性缺陷，细微的差别可因不同位置的重力作用而放大，可实现一些单个传感器在同一位置的检测而不容易发现的缺陷隐患。
如图4和图5所示，步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为提取两个不同角度方向位置的涡轮发动机转子叶片、由阵列式涡流检测传感器的不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。可以通过阵列式涡流检测传感器覆盖的范围，选择不同角度的传感器检测的信号值进行分析评估叶片隐藏的细微缺陷。
如图4所示，步骤b中的对比分析的不同位置传感器检测的信号值，设置为涡轮发动机转子叶片在竖直方向上的上方位置和下方位置时，两个不同涡流检测传感器检测的信号值的对比分析。一般情况，当涡轮发动机转子叶片安装松动时，涡流叶片处于竖直方向的上方和下方时安装于涡轮轴位置承受的重力完全不同，叶片在竖直向下位置时为完全承受叶片的拉扯的重力，而竖直向上时，完全承受向下的叶片重力推力，涡轮发动机转子叶片与发动机机匣壳体之间间隙的细微差别，通过两个阵列式相同涡流检测传感器检测的数据对比分析，差别性会更加的显示，而容易在早期发现安全隐患。
如图5所示，步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为涡轮发动机转子叶片在水平方向位置和竖直位置方向的两个检测信号值的对比分析。当涡轮发动机转子叶片产生的粘连性裂纹，叶片在横向和竖向位置受到的重力在方向角度上不同，形成形变裂纹受不同角度重力的拉扯，粘连度也有所不同，细微差别在两个位置上的涡流检测传感器的两种数据进行对比分析，差别性会明显增大，更有利于检测出涡轮发动机转子叶片的隐藏的细微粘连性裂纹，在叶片出现安全隐患时，尽早的排除隐患。而竖直方向位置。可以是竖直向下亦可为竖直向上，其形成的重力角度方向均不相同，可作为细微差别的对比分析，评估判定涡轮发动机叶片隐藏的应力形变裂纹等缺陷，尽早排查航空涡轮发动机等安全隐患，以及对比分析更容易实现排查叶片形变或安装装置细微松动而造成的间隙细微差别。
如图6、图7和图8所示，步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为提取同一叶片在不同位置时的不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。通过涡轮发动机叶片数量计数编号，以及涡轮发动机转子叶片转速等，进行计算叶片经过不同位置时对应的涡流检测传感器，阵列式涡流检测传感器针对不同通道提取同一叶片在相应位置的检测数据，进行对比分析评估细微缺陷，实现针对性的分析同一个叶片的细微缺陷。
如图6所示，步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为同一涡轮发动机转子叶片121a在竖直方向上的上方位置和下方位置时，两个不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。通过针对性的分析同一叶片121a在竖直的两个方向上的两种检测信号的细微差别，更精确的评估分析同一叶片121a的安装松动或疲劳应力等造成的形变间隙的细小缺陷，在航空涡轮发动机等出现安全问题的早期发现，尽早做到排查安全隐患。以及如图3中所示，通过同一叶片121a的细微信号差别，来评估分析判定缺陷。以及如图9所示，同一叶片121a在不同位置，在不同检测传感器211a和211n的检测信号具有差别，在检测传感器211n即叶片竖直上方位置的检测信号可能是正常的，而在检测传感器211a即叶片竖直下方位置的检测信号为具有细微差别的检测信号。
如图7和图8所示，步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为同一叶片121a在水平方向位置和竖直位置方向的两个不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。实现针对性的分析评估判定涡轮发动机同一叶片121a隐藏的应力形变裂纹等缺陷，尽早排查航空涡轮发动机等安全隐患。以及如图3中所示，通过同一叶片121a的细微信号差别，来评估分析判定缺陷。可以是竖直向下亦可为竖直向上，如图7所示为竖直向上位置与水平方向位置的检测信号对比，而如图8所示为竖直向下位置与水平方向位置的检测信号对比。同样的，如图9所示，同一叶片121a在不同位置，在不同检测传感器211a和211n的检测信号具有差别，在检测传感器211n即叶片竖直方向位置的检测信号可能是正常的，而在检测传感器211a即叶片水平横向方向位置的检测信号为具有细微差别的检测信号。通过对比分析，评估出隐藏的缺陷。
如图1、图2、图10和图11所示，本发明还公开一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测装置，用于如航空涡轮发动机1等的涡轮发动机转子 12的 叶片121a、121b、121c、……、121n的缺陷或者叶片121a、121b、121c、……、121n之间间隙等的涡流监视检测，监测装置2附着圆形阵列贴合设置于航空涡轮发动机1的机匣11的外围表面，监测装置2包括多通道涡流检测仪3、柔性膜片22和阵列式涡流检测传感器21，多通道涡流检测仪3电信号联通于阵列式涡流检测传感器21，阵列式涡流检测传感器21设置于柔性膜片22上，柔性膜片22可半柔性材料制作而成的可磁性吸合适形于弧形面的长条形膜片结构，阵列式涡流检测传感器21的各个传感器单元211a、211b、211c、……、211n均匀排列地附着设置于柔性膜片22上；多通道涡流检测仪3具有的不同涡流检测通道，分别提取阵列式涡流检测传感器21的各个传感器单元211a、211b、211c、……、211n信号值，进行对比分析。即多通道涡流检测仪3的每个通道可实现单独提取阵列式检测检测传感器装置中的单个涡流检测传感器的检测信号的功能。
如图10所示，柔性膜片22为可弹性拉伸调整长度贴合于被检测对象表面的结构，且在拉伸和缩合的过程中，均匀的调节各个传感器单元211a、211b、211c、……、211n之间的间距。通过调节各个传感器单元211a、211b、211c、……、211n之间间距的大小，更适合于航空发动机涡轮发动机转子叶片的叶尖间隙。
如图11所示，柔性膜片22设置为多条自由连接结构。在实现各个传感器单元211a、211b、211c、……、211n之间间距的同时，调节监测装置的长度，更适合于航空发动机涡轮发动机转子叶片外周表面，计算更恰当的涡轮发动机转子叶片在不同角度位置上的检测数据需求。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外，需要说明的是，凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本专利的保护范围内。
Claims (10)
1.一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于通过阵列式涡流检测传感器中的各传感器获得的一片叶尖检测数据进行组合和分析比对，评估叶片存在的缺损和隐患的监视检测方法，具体步骤如下：
a.实际检测：将阵列式涡流检测传感器装置放置于被检测涡轮发动机转子叶片外壳体上，通过多通道阵列式涡流检测仪操作每个涡流传感器检测，涡流检测仪获取每个涡流检测传感器的检测信号数据；
b.数据分析：对比分析不同涡流检测传感器检测的信号值，评估判定被检测叶片的缺损和隐患状态情况。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为提取两个不同角度方向位置的涡轮发动机转子叶片、由阵列式涡流检测传感器的不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于所述的步骤b中的对比分析的不同位置传感器检测的信号值，设置为涡轮发动机转子叶片在竖直方向上的上方位置和下方位置时，两个不同涡流检测传感器检测的信号值的对比分析。
4.根据权利要求2所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于所述步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为涡轮发动机转子叶片在水平方向位置和竖直位置方向的两个检测信号值的对比分析。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为提取同一叶片在不同位置时的不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。
6.根据权利要求5所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为同一涡轮发动机转子叶片在竖直方向上的上方位置和下方位置时，两个不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。
7.根据权利要求5所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测方法，其特征在于所述的步骤b中的对比分析的检测信号值，设置为同一叶片在水平方向位置和竖直位置方向的两个不同涡流检测传感器检测的信号值进行对比分析。
8.一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测装置，包括多通道涡流检测仪(3)、柔性膜片(22)和阵列式涡流检测传感器(21)，所述多通道涡流检测仪(3)电信号联通于阵列式涡流检测传感器(21)，所述阵列式涡流检测传感器(21)设置于柔性膜片(22)上，其特征在于所述的柔性膜片(22)可半柔性材料制作而成的可磁性吸合适形于弧形面的长条形膜片结构，所述阵列式涡流检测传感器(21)的各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)均匀排列地附着设置于柔性膜片(22)上；
其中，所述多通道涡流检测仪(3)具有的不同涡流检测通道，分别提取所述阵列式涡流检测传感器(21)的各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)信号值，进行对比分析。
9.根据权利要求8所述的一种涡轮发动机转子叶片间隙和叶尖损伤的检测装置，其特征在于所述的柔性膜片(22)为可弹性拉伸调整长度贴合于被检测对象表面的结构，且在拉伸和缩合的过程中，均匀的调节各个传感器单元(211a、211b、211c、……、211n)之间的间距。
10.根据权利要求9所述的一种密集裂纹无损检测装置，其特征在于所述的柔性膜片(22)设置为多条自由连接结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211072106.3A CN115507896A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115507896A true CN115507896A (zh) | 2022-12-23 |
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ID=84502301
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| CN202211072106.3A Pending CN115507896A (zh) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 一种涡轮发动机叶片间隙和叶尖损伤的检测方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115507896A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116609503A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-08-18 | 沂源县华阳能源设备有限公司 | 一种汽轮机叶片组表面质量测试设备 |
-
2022
- 2022-09-02 CN CN202211072106.3A patent/CN115507896A/zh active Pending
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