RU2375675C1 - Device for measuring radial clearance between rotating rotor blade tips and stator of turbine machine - Google Patents
Device for measuring radial clearance between rotating rotor blade tips and stator of turbine machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375675C1 RU2375675C1 RU2008117348/28A RU2008117348A RU2375675C1 RU 2375675 C1 RU2375675 C1 RU 2375675C1 RU 2008117348/28 A RU2008117348/28 A RU 2008117348/28A RU 2008117348 A RU2008117348 A RU 2008117348A RU 2375675 C1 RU2375675 C1 RU 2375675C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- endoscope
- radial clearance
- rotating rotor
- probe
- Prior art date
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, для измерения радиальных зазоров между торцами лопаток вращающегося ротора и статором турбомашины.The invention relates to measuring equipment and can be used, for example, for measuring radial clearances between the ends of the blades of a rotating rotor and the stator of a turbomachine.
Известные устройства для измерения радиального зазора используют эндоскоп бокового зрения, который через отверстие в статоре вводится в проточную часть турбомашины и формирует изображение зазора между статором и концами рабочих лопаток измеряемой ступени. При этом область зазора освещается через собственный канал подсветки эндоскопа, плоскость фокусировки эндоскопа совпадает с ближними к нему (передними или задними) кромками рабочих лопаток, а изображение зазора регистрируется фотоаппаратом, установленным на окулярной части эндоскопа /см., например, журнал «Авиационная промышленность», №9,1978 г., с.23, «Фотографирование радиального зазора между рабочими лопатками и корпусом турбины ГТД»/.Known devices for measuring the radial clearance use a side view endoscope, which is inserted through the opening in the stator into the flow part of the turbomachine and forms an image of the gap between the stator and the ends of the blades of the measured stage. In this case, the gap area is illuminated through the endoscope’s own illumination channel, the focus plane of the endoscope coincides with the edges of the working blades closest to it (front or rear), and the image of the gap is recorded with a camera mounted on the eyepiece of the endoscope / see, for example, Aviation Industry magazine , No. 9.1978, p.23, "Photographing the radial clearance between the blades and the casing of the turbine engine" /.
Однако под влиянием ряда факторов, при вращении, ротор турбомашины смещается относительно статора в осевом направлении. Осевое смещение ротора приводит к изменению расстояния между эндоскопом и рабочими лопатками, что вызывает изменение масштаба изображения. Это вносит дополнительную погрешность при измерении зазора.However, under the influence of a number of factors, during rotation, the rotor of the turbomachine is displaced relative to the stator in the axial direction. The axial displacement of the rotor leads to a change in the distance between the endoscope and the working blades, which causes a change in the image scale. This introduces an additional error in the measurement of the gap.
Для снижения данной погрешности при измерении зазора с помощью эндоскопа известно также устройство измерения радиального зазора между торцами лопаток вращающегося ротора и корпусом турбомашины /см., например, а.с. №1311359, от 30.08.85 г., опубл. 10.06.2000 г./, в котором применено стробирование рабочей лопатки импульсной подсветкой. При этом определяются размеры изображения зазора возле ее дальней и ближней от эндоскопа кромок. Осевое смещение ротора вызывает различное изменение масштаба в указанных зонах. После обработки размеров изображения по приведенным алгоритмам вычисляется величина радиального зазора с учетом осевого смещения ротора.To reduce this error when measuring the gap using an endoscope, there is also known a device for measuring the radial clearance between the ends of the blades of a rotating rotor and the casing of a turbomachine / see, for example, a.s. No. 1311359, from 08.30.85, publ. 06/10/2000 g /, in which the strobing of the working blades by pulse illumination is applied. In this case, the dimensions of the image of the gap are determined near its farthest and nearest edges from the endoscope. The axial displacement of the rotor causes a different change in scale in these zones. After processing the image size according to the above algorithms, the radial clearance value is calculated taking into account the axial displacement of the rotor.
Недостатком данного устройства является малая величина масштаба изображения, что не позволяет рационально использовать большую часть формата фоточувствительного элемента фотоаппарата. Поэтому линейное разрешение при измерении зазора данным устройством сравнительно невысокое. Это обусловлено необходимостью обеспечить значительную глубину резко изображаемого пространства, в которое должны попадать как ближняя, так и дальняя кромки рабочей лопатки. Расстояние между ними вдоль оси турбомашины составляет примерно 10-20 мм. Таким образом учет погрешности, возникающей вследствие осевого смещения ротора, сопровождается снижением точности измерений вследствие малой величины масштаба изображения зазора. Кроме того, деформация лопатки (ее кручение и изгиб) под воздействием аэродинамических факторов различным образом изменяет зазор возле ее передней и задней кромок. Вследствие этого при использовании данного устройства появляется новая погрешность измерения.The disadvantage of this device is the small size of the image scale, which does not allow the rational use of most of the format of the photosensitive element of the camera. Therefore, the linear resolution when measuring the gap with this device is relatively low. This is due to the need to provide a significant depth of sharply depicted space into which both the near and far edges of the working blade should fall. The distance between them along the axis of the turbomachine is approximately 10-20 mm. Thus, taking into account the error arising due to the axial displacement of the rotor is accompanied by a decrease in the measurement accuracy due to the small size of the gap image. In addition, the deformation of the blade (its torsion and bending) under the influence of aerodynamic factors in various ways changes the gap near its front and rear edges. As a result, when using this device, a new measurement error appears.
Как отмечено в описании измерения зазора из первого аналога, для повышения точности измерения радиального зазора желательно получить максимально возможное увеличение его изображения. Однако другое устройство (прототип) не позволяет осуществить это требование из-за необходимости иметь значительную глубину резко изображаемого пространства.As noted in the description of the measurement of the gap from the first analogue, to improve the accuracy of measuring the radial gap, it is desirable to obtain the maximum possible increase in its image. However, another device (prototype) does not allow to fulfill this requirement because of the need to have a significant depth of sharply depicted space.
Целью изобретения является повышение точности измерения радиального зазора и исключение погрешности осевого смещения зазора ротора.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the radial clearance and the elimination of errors of axial displacement of the rotor gap.
Поставленная цель достигается тем, что оно дополнительно содержит зонд с источником света, установленный в отверстие статора над концами лопаток для их освещения узким световым пучком, ось которого расположена в плоскости фокусировки эндоскопа и направлена в торцы рабочих лопаток.This goal is achieved in that it further comprises a probe with a light source mounted in the stator hole above the ends of the blades for their illumination by a narrow light beam, the axis of which is located in the focus plane of the endoscope and is directed at the ends of the working blades.
На фиг.1 представлена схема заявленного устройства для измерения радиального зазора, на фиг.2 представлено изображение, зарегистрированное фотоаппаратом.Figure 1 presents a diagram of the claimed device for measuring radial clearance, figure 2 presents the image registered by the camera.
Устройство содержит дополнительный зонд 1 с источником света 2, который установлен в дополнительном отверстии в статоре 3, не выступая в проточную часть над рабочими лопатками 4, и освещает их концы тонким световым пучком 5, ось которого находится в плоскости фокусировки эндоскопа 6.The device contains an additional probe 1 with a light source 2, which is installed in an additional hole in the stator 3, without protruding into the flow part above the working blades 4, and illuminates their ends with a thin light beam 5, whose axis is in the focus plane of the endoscope 6.
Свет, выходя из дополнительного зонда через отверстие в торце, рассеивается на его краях и, попадая во входной зрачок 7 эндоскопа, формирует в фотоаппарате 8 изображение этого отверстия в виде эллипса, т.к. указанное отверстие располагается под острым углом к линии визирования эндоскопа. Основная часть света проходит через отверстие без помех и попадает в проточную часть турбомашины. При вращающемся роторе рабочие лопатки пересекают световой пучок. В моменты пересечения пучка на их боковой поверхности и фасках, прилегающих к торцевой поверхности, происходит зеркально-диффузное отражение света. Некоторая его часть попадает во входной зрачок эндоскопа и формирует в фотоаппарате 8 изображение узкой освещенной зоны на рабочих лопатках. Расстояние от центра эллипса до края освещенной зоны на рабочих лопатках «В» является размером изображения зазора между их концами и торцом дополнительного зонда. Если последний установлен заподлицо с внутренней поверхностью статора, то указанное расстояние будет размером изображения радиального зазора.The light coming out of the additional probe through the hole in the end, is scattered at its edges and, falling into the entrance pupil 7 of the endoscope, forms in the camera 8 an image of this hole in the form of an ellipse, because the specified hole is located at an acute angle to the line of sight of the endoscope. The main part of the light passes through the hole without interference and enters the flow part of the turbomachine. When the rotor rotates, the blades cross the light beam. At the moments of the intersection of the beam on their side surface and chamfers adjacent to the end surface, a mirror-diffuse reflection of light occurs. Some part of it falls into the entrance pupil of the endoscope and forms in the camera 8 an image of a narrow illuminated area on the working blades. The distance from the center of the ellipse to the edge of the illuminated area on the working blades "B" is the size of the image of the gap between their ends and the end of the additional probe. If the latter is flush with the inner surface of the stator, then the indicated distance will be the size of the radial clearance image.
Иногда на внутреннюю поверхность статора, обращенную к рабочим лопаткам, наносят покрытие из легко истираемого материала, что позволяет допустить возможность касания их торцов о статор. В этом случае торец дополнительного зонда подсветки должен быть утоплен в тело статора на величину (порядка 0,4-0,6 мм), гарантирующую отсутствие касания концов лопаток о зонд (даже если они касаются статора). Смещение торца дополнительного зонда подсветки «b0» относительно внутренней поверхности статора предварительно должно быть точно измерено. При определении радиального зазора величина «b0» вычитается из измеренной величины зазора между концами рабочих лопаток и дополнительным зондом подсветки.Sometimes on the inner surface of the stator, facing the working blades, a coating of easily abradable material is applied, which allows the possibility of touching their ends against the stator. In this case, the end face of the additional illumination probe should be recessed into the stator body by an amount (of the order of 0.4-0.6 mm), guaranteeing that the ends of the blades do not touch the probe (even if they touch the stator). The offset of the end of the additional probe backlight "b 0 " relative to the inner surface of the stator must first be accurately measured. When determining the radial clearance, the value of "b 0 " is subtracted from the measured gap between the ends of the blades and the additional probe backlight.
Процедура измерения радиального зазора с помощью заявляемого устройства следующая. На этапе сборки турбомашины на статоре устанавливается дополнительный зонд подсветки. Индикатором либо другим точным инструментом измеряется смещение торца зонда относительно статора «b0». Затем определяется масштабный коэффициент увеличения эндоскопа «Км». Для этого эндоскоп с фотоаппаратом устанавливается на таком же расстоянии «С» от эталонной шкалы, на котором будет удалена от него ось дополнительного зонда подсветки при проведении измерений зазора в турбомашине. При этом эталонная шкала располагается параллельно эндоскопу и находится в его плоскости фокусировки. После регистрации изображения эталонной шкалы фотоаппаратом производится его измерение и вычисление «Км». Км=Х/χ, где «χ» - размер эталонной шкалы, «Х» - размер ее изображения. Далее можно проводить измерения. Эндоскоп с фотоаппаратом устанавливают на статоре турбомашины и регистрируют изображение зазора между торцом дополнительного зонда подсветки и концами рабочих лопаток при вращающемся роторе. Затем измеряют величину этого изображения «В». Величина радиального зазора «b» определяется по формуле b=B/KМ-b0.The procedure for measuring radial clearance using the inventive device is as follows. At the stage of assembly of the turbomachine, an additional backlight probe is installed on the stator. An indicator or other precision tool measures the displacement of the end face of the probe relative to the stator "b 0 ". Then the scale factor of the endoscope magnification “K m ” is determined. For this, an endoscope with a camera is installed at the same distance "C" from the reference scale, on which the axis of the additional backlight probe will be removed from it when measuring the clearance in the turbomachine. In this case, the reference scale is parallel to the endoscope and is in its focus plane. After registering the image of the reference scale with the camera, it is measured and calculated “K m ”. K m = X / χ, where "χ" is the size of the reference scale, "X" is the size of its image. Then you can take measurements. An endoscope with a camera is installed on the stator of the turbomachine and the image of the gap between the end face of the additional backlight probe and the ends of the working blades with a rotating rotor is recorded. Then measure the value of this image "B". The value of the radial clearance "b" is determined by the formula b = B / K M -b 0 .
Введение в состав измерительного устройства дополнительного зонда для подсветки радиального зазора решает обе поставленные задачи. Во-первых, при осевом смещении ротора «d» масштаб изображения радиального зазора не изменяется, т.к. расстояние между эндоскопом и наблюдаемой через него освещенной областью радиального зазора - т.е. расстояние между эндоскопом и узким световым пучком от дополнительного зонда - является постоянной величиной. Во-вторых, существенно (более чем в 10 раз) уменьшается необходимая глубина резко изображаемого пространства, которая теперь определяется диаметром светового пучка от дополнительного зонда и диаметром отверстия в его торце (и то и другое не более чем ⌀1 мм). Это дает возможность использовать не менее 50% формата фоточувствительного элемента фотоаппарата (в прежнем методе, прототип, не более 10%). Таким образом, разрешающая способность при измерении радиального зазора увеличивается не менее чем в 5 раз.The introduction of an additional probe into the composition of the measuring device to illuminate the radial clearance solves both of these problems. Firstly, with the axial displacement of the rotor "d" the image scale of the radial clearance does not change, because the distance between the endoscope and the illuminated region of the radial clearance observed through it - i.e. the distance between the endoscope and the narrow light beam from the additional probe is a constant. Secondly, the required depth of the sharply depicted space is significantly (more than 10 times) reduced, which is now determined by the diameter of the light beam from the additional probe and the diameter of the hole in its end (both of which are no more than ⌀1 mm). This makes it possible to use at least 50% of the format of the photosensitive element of the camera (in the previous method, the prototype, not more than 10%). Thus, the resolution when measuring the radial clearance increases by at least 5 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117348/28A RU2375675C1 (en) | 2008-05-06 | 2008-05-06 | Device for measuring radial clearance between rotating rotor blade tips and stator of turbine machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117348/28A RU2375675C1 (en) | 2008-05-06 | 2008-05-06 | Device for measuring radial clearance between rotating rotor blade tips and stator of turbine machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2375675C1 true RU2375675C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008117348/28A RU2375675C1 (en) | 2008-05-06 | 2008-05-06 | Device for measuring radial clearance between rotating rotor blade tips and stator of turbine machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2375675C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569784C2 (en) * | 2010-06-14 | 2015-11-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Adjustment of radial clearances between working blade tops and channel walls |
| CN112284276A (en) * | 2020-11-15 | 2021-01-29 | 北京航空航天大学 | Endoscope and line structured light-based blade tip clearance measuring device, system and method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4326804A (en) * | 1980-02-11 | 1982-04-27 | General Electric Company | Apparatus and method for optical clearance determination |
| US4813273A (en) * | 1987-05-14 | 1989-03-21 | Rolls-Royce Plc | Turbomachine tip clearance sensor |
| US5497101A (en) * | 1993-11-17 | 1996-03-05 | Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "Snecma" | Device for effecting dynamic measurement of the distance between the facing faces of the rotor and the stator of a rotary machine |
| SU1311359A1 (en) * | 1985-08-30 | 2000-06-10 | А.В. Андреев | METHOD FOR DETERMINING A RADIAL CLEARANCE BETWEEN ROTATED ROTOR BLADES ENDS AND A TURBO-MASK HOUSE |
| SU1529877A1 (en) * | 1988-04-07 | 2004-08-20 | А.Н. Колесов | METHOD OF MEASURING RADIAL GAP |
| SU1363954A1 (en) * | 1985-09-11 | 2006-01-27 | В.Н. Нестеров | Method for measuring radial clearances of a turbomachine |
| RU2318185C1 (en) * | 2006-07-03 | 2008-02-27 | Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук | Method for measuring radial gaps between the ends of screw blades and the internal surface of stator cover of nose-over screw ventilator plant |
-
2008
- 2008-05-06 RU RU2008117348/28A patent/RU2375675C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4326804A (en) * | 1980-02-11 | 1982-04-27 | General Electric Company | Apparatus and method for optical clearance determination |
| SU1311359A1 (en) * | 1985-08-30 | 2000-06-10 | А.В. Андреев | METHOD FOR DETERMINING A RADIAL CLEARANCE BETWEEN ROTATED ROTOR BLADES ENDS AND A TURBO-MASK HOUSE |
| SU1363954A1 (en) * | 1985-09-11 | 2006-01-27 | В.Н. Нестеров | Method for measuring radial clearances of a turbomachine |
| US4813273A (en) * | 1987-05-14 | 1989-03-21 | Rolls-Royce Plc | Turbomachine tip clearance sensor |
| SU1529877A1 (en) * | 1988-04-07 | 2004-08-20 | А.Н. Колесов | METHOD OF MEASURING RADIAL GAP |
| US5497101A (en) * | 1993-11-17 | 1996-03-05 | Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "Snecma" | Device for effecting dynamic measurement of the distance between the facing faces of the rotor and the stator of a rotary machine |
| RU2318185C1 (en) * | 2006-07-03 | 2008-02-27 | Институт проблем управления сложными системами Российской академии наук | Method for measuring radial gaps between the ends of screw blades and the internal surface of stator cover of nose-over screw ventilator plant |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569784C2 (en) * | 2010-06-14 | 2015-11-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Adjustment of radial clearances between working blade tops and channel walls |
| US9200529B2 (en) | 2010-06-14 | 2015-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for adjusting the radial gaps which exist between blade airfoil tips or rotor blades and a passage wall |
| CN112284276A (en) * | 2020-11-15 | 2021-01-29 | 北京航空航天大学 | Endoscope and line structured light-based blade tip clearance measuring device, system and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9752873B2 (en) | Tool for measuring geometrical parameters of a blade or vane in a turbomachine | |
| US8699037B2 (en) | Hole inspection | |
| CN103608641B (en) | For measuring the method and apparatus of parts in turbogenerator | |
| US8624604B2 (en) | Clearance and wear determination apparatus | |
| CN103644855A (en) | A method for measuring geometry deformations of a turbine component | |
| US20120296593A1 (en) | System and method for determining position of rotating blades having variable thickness | |
| CN108981593B (en) | Laser triangulation lens center thickness measuring device and measuring method | |
| RU2375675C1 (en) | Device for measuring radial clearance between rotating rotor blade tips and stator of turbine machine | |
| CN102062581A (en) | Measuring device based on radial runout of pyramid prism axis system | |
| KR910006698A (en) | Scattered light measuring method and its measuring device | |
| JPS59142408A (en) | Blade tip clearance measuring device | |
| JP5595091B2 (en) | Crack gauge | |
| JP6959027B2 (en) | Clearance measuring device, clearance measuring sensor and clearance measuring method | |
| CN112284276A (en) | Endoscope and line structured light-based blade tip clearance measuring device, system and method | |
| JP2013088138A (en) | Refraction factor measuring device, concentration measuring device and method thereof | |
| CN214372279U (en) | Thickness measuring device for corroded metal components | |
| JP2005227081A (en) | Flatness measuring apparatus | |
| CN115717866A (en) | Device and method for measuring steady-state deformation of rotating blade in casing | |
| RU133284U1 (en) | HIGH-TEMPERATURE DEVICE FOR MEASURING A RADIAL GAP BETWEEN THE ROTOR OF THE ROTOR OF THE ROTOR BLADES AND THE GAS TURBINE ENGINE TURBINE HOUSING | |
| CN206945263U (en) | Digital precision collimator with variable imaging simulation distance | |
| Fernández et al. | Performance comparison among three optical fibre-based displacement sensors for Blade Tip Clearance measurements | |
| CN223307464U (en) | Three-dimensional endoscope detection device | |
| RU2749180C1 (en) | Optical device for determining the displacement relative to each other of holes of adjacent surfaces | |
| JP2009250676A (en) | Distance measuring apparatus | |
| CN115060153B (en) | Dynamic radius measuring method and device for precision centrifuge based on strain gauge |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170507 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181126 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200507 |