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燃气轮机叶尖间隙监测技术研究

李永继  
【摘要】:近年来随着燃气轮机相关技术不断发展,燃气轮机已经广泛应用于电力工业、航空航天、舰船等各个领域。叶尖间隙的大小直接影响燃气轮机工作效率与运行安全,是评价燃气轮机性能的一个重要参数,叶尖间隙监测技术逐渐成为了国内外研究的一个热点。通过对国内外各种叶尖间隙测量方法进行分析与对比,本文选用基于电容法的监测技术进行相关研究。这种方法可以适应燃气轮机高温高压的工作环境并且具有较高的抗污染能力,可以实现叶尖间隙的连续测量。电容式叶尖间隙监测系统由电容传感器、电容信号处理模块、数据采集模块、信号处理软件平台、监视器等构成。电容传感器将叶尖间隙值的变化转化为电容的变化,再经过电容信号处理电路之后变为可以测量电压信号,最终经信号采集和处理,实现叶尖间隙的测量并通过PC进行显示。本文的研究工作主要包括以下几个方面(1)完成了耐高温电容传感器和电缆的设计。针对燃气轮机复杂工作环境中杂散电容干扰问题,设计了基于载频跟踪原理的信号处理方案,并通过理论分析验证了其可行性。(2)设计了基于触摸屏和PLC控制的伺服调速动态试验平台,通过SolidWorks设计了模拟叶片,为叶尖间隙的实时测量和相关研究提供了基础。(3)完成了对测量系统硬件输出电压信号的高速采集、数据处理和相关算法设计,通过LabVIEW软件编写出一个实时的叶尖间隙测量软件系统。(4)在动态模拟叶片试验平台上对叶尖间隙测量精度的影响因素进行了研究。针对叶片厚度误差带来的测量误差,设计了激光测距传感器与电容式叶尖间隙测量系统配合使用的可识别叶片厚度的叶尖间隙测量方案。通过大量试验和相关研究,本文所设计的叶尖间隙监测软件系统测量精度高、叶片分割准确、具有较强的稳定性和可靠性。结合前端电容传感器和电容信号处理模块,在动态试验平台上实现了对模拟叶片叶尖间隙的实时测量。


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