用于測量旋轉(zhuǎn)葉片所承受的振動的渦輪發(fā)動機(jī)組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動機(jī)組件，包括外殼和能夠在外殼之內(nèi)旋轉(zhuǎn)的帶有葉片的輪。帶有葉片的輪包括至少一個具有與外殼相對的頭部的葉片。組件的特征在于，頭部包括磁體，并且外殼包括第一電導(dǎo)體和第二電導(dǎo)體。每個電導(dǎo)體適于在其末端之間產(chǎn)生電壓，該電壓由與外殼相對的頭部的磁體感生并且代表了帶有葉片的輪旋轉(zhuǎn)時由葉片的頭部承受的振動。第一電導(dǎo)體包括第一中央部分，該第一中央部分圍繞帶有葉片的輪的旋轉(zhuǎn)軸線延伸并且包括兩個相互面對的端部，第二電導(dǎo)體包括第二中央部分，該第二中央部分穿過第一中央部分在其兩個端部之間留出的空間。
【專利說明】
用于測量旋轉(zhuǎn)葉片所承受的振動的渦輪發(fā)動機(jī)組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的葉片領(lǐng)域。
[0002] 本發(fā)明更具體地涉及對這種葉片旋轉(zhuǎn)時所承受的振動進(jìn)行表征的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 葉輪是包括多個葉片或輪葉的轂部。在渦輪發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)與論證期間，有必要驗(yàn) 證這種在殼體中可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的葉輪是否具有適合的頻率，該頻率可能在這種渦輪發(fā)動機(jī)的 馬達(dá)的工作區(qū)域中被引發(fā)。
[0004] 還有必要針對在該工作區(qū)域中識別的適合的模式量化相關(guān)的振動限制的程度。
[0005] 用于表征在運(yùn)行中由葉片所承受的振動的第一已知技術(shù)由使用粘貼到葉輪的變 形測量儀器構(gòu)成。其能夠在頻域中表征葉片，并通過測量材料的表面處的微小變形來計(jì)算 材料內(nèi)的限制。
[0006] 然而，該第一技術(shù)包括許多缺陷。
[0007] 第一，粘貼到輪葉的測量儀器承受巨大的離心力（100,000g的量級），該離心力潛 在地與極高的溫度相聯(lián)系，這在檢測儀器被置于高壓渦輪機(jī)上時尤為突出。測量儀器的使 用壽命因此受到限制。
[0008] 第二，放置測量儀器需要大量的技巧、細(xì)節(jié)和時間(尤其是其中設(shè)置測量儀器的粘 接劑的燒制）。
[0009] 第三，有必要將來自嵌入在可動葉輪中的測量儀器的信號傳輸?shù)焦潭ǖ男抛鴺?biāo) 系。為此，馬達(dá)軸上的連接纜線必須引導(dǎo)至轉(zhuǎn)動收集器。除了纜線的長度和產(chǎn)生噪音測量值 的收集器的轉(zhuǎn)動連接之外，將轉(zhuǎn)動的收集器集成在馬達(dá)上的初步研究是長時間的和代價高 昂的。
[0010] 提出了基于使用光學(xué)探頭的第二技術(shù)來消除這些缺陷，該探頭面對旋轉(zhuǎn)輪葉布置 并且因此在固定的坐標(biāo)系中。
[0011] 該第二技術(shù)針對輪葉的兩種振動狀態(tài)(存在振動或者不存在振動）測量在光學(xué)探 頭前方經(jīng)過的時間。這種被稱為"葉尖定時"的測量方法重新計(jì)算輪葉尖端處的交替位移的 幅值。振型(mode shapes)的知識使得輪葉尖端處的位移的程度與輪葉中的限制程度相關(guān) 聯(lián)。
[0012] 然而該第二技術(shù)不產(chǎn)生關(guān)于所測量的振動的頻率信息。事實(shí)上僅僅在輪葉尖端處 的位移的總體程度可被該第二技術(shù)識別，而不知道哪種輪葉模式被激勵。出于振動監(jiān)控的 目的，這種限制可能在很大范圍內(nèi)是不利的。
[0013] 而且，"葉尖定時"過程有時具有模糊性，使得不能識別引發(fā)所記錄的位移程度的 激勵的量級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 因此本發(fā)明目的在于使得在使輪葉旋轉(zhuǎn)時能夠表征由輪葉承受的振動，尤其是對 輪葉承受的振動速度進(jìn)行量化。
[0015] 為此并且根據(jù)第一方面，提出了一種用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件，組件包括殼體和能 夠在殼體中可旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動的葉輪，葉輪包括至少一個具有面對殼體的尖端的輪葉，組件的 特征在于，尖端包括磁體，并且殼體包括第一電導(dǎo)體和第二電導(dǎo)體，每個電導(dǎo)體均適于在其 末端之間產(chǎn)生電壓，該電壓由面對尖端的磁體所感生并且代表當(dāng)使葉輪旋轉(zhuǎn)時由輪葉的尖 端所承受的振動，第一電導(dǎo)體包括第一中央部分，該第一中央部分圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線延 伸并且包括兩個面對的端部，第二電導(dǎo)體包括第二中央部分，該第二中央部分穿過由第一 中央部分留出在該第一中央部分的兩個端部之間的空間。
[0016] 根據(jù)第二方面，根據(jù)第一方面提出了測量用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件的輪葉的振動的 方法，方法包括以下步驟：
[0017]-使葉輪在殼體中旋轉(zhuǎn)，
[0018] -在每個電導(dǎo)體的末端處測量由包含在面對殼體的輪葉的尖端中的磁體所感生的 各自的電壓，
[0019] -確定磁體的速度，
[0020] -基于兩個測量的電壓和確定的磁體速度計(jì)算輪葉的尖端所承受的軸向振動速 度。
[0021 ]磁體產(chǎn)生磁場。當(dāng)使能夠可旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動的葉輪相對于殼體旋轉(zhuǎn)時，該磁場在殼體 中的面對帶有磁體的輪葉的尖端的每個電導(dǎo)體中感生出電流。每個電流傳播到對應(yīng)的電導(dǎo) 體的末端，致使在這些末端處產(chǎn)生電壓。在每個電導(dǎo)體的末端處的電壓使得能夠表征由輪 葉所承受的振動。此外，所提出的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件中的兩個電導(dǎo)體的交互布置使得 能夠得到兩個電壓，根據(jù)這兩個電壓可確定在輪葉的尖端處的軸向振動速度。
[0022] 因此，所提出的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件使得能夠克服了在葉輪上直接測量的限 制，并且避免了在與輪葉相聯(lián)系的可動坐標(biāo)系中的繁重的儀器檢測，并能夠表征該輪葉的 振動。在可動坐標(biāo)系中（僅將一個磁體集成到輪葉中）使儀器為最少量的，并且在與殼體相 聯(lián)系的固定坐標(biāo)系中（將兩個電導(dǎo)體嵌在殼體上或嵌在殼體中）也使儀器為最少量的，并量 化儀器測量的輪葉的軸向振動。
[0023] 可通過以下特征來補(bǔ)充根據(jù)第一方面的組件，該特征被單獨(dú)采用或者以其任一種 可能的技術(shù)組合來采用。
[0024]第一中央部分可圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線在磁體的路徑平面上延伸，第二中央部分能 以正交于路徑平面的方式延伸。在這樣的實(shí)施例中，在第一電導(dǎo)體的末端處測得的電壓代 表磁體的在該路徑平面外部造成的振動，并且該電壓獨(dú)立于輪葉圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(所以，在理想的情況下輪葉將不承受任何振動，當(dāng)磁體面對中央部分的一部分時在 電導(dǎo)體的末端處的電壓將被最小化）。
[0025] 此外第一中央部分可形成以葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的點(diǎn)為中心的圓的一部分，第二中央 部分在所述圓的一個點(diǎn)處穿過路徑平面。這樣的實(shí)施例在殼體所具有的面對葉輪的內(nèi)表面 為圓筒形的情況下易于實(shí)施;此外，在該實(shí)施例中，由磁體產(chǎn)生的磁場于是對電導(dǎo)體的中央 部分的具有相同長度的相應(yīng)部分產(chǎn)生感應(yīng)。
[0026] 另外，磁體可適于沿著相對于葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的徑向軸線發(fā)射磁場，所產(chǎn)生的磁 場圍繞徑向軸線是各向同性的。使用磁場的這種布置，輪葉的軸向振動速度變?yōu)榕c在兩個 電導(dǎo)體的各自的末端處測量的電壓的比值成比例。
[0027] 在兩個電導(dǎo)體的末端處的電壓通常較低。而且，可將電壓放大器連接到電導(dǎo)體的 末端，在該放大器的輸出端處進(jìn)行測量。
[0028] 兩個電導(dǎo)體還可至少部分地嵌入在可磨損的沉積層中，該沉積層位于殼體的面對 葉輪的內(nèi)表面上，可磨損的沉積層由順磁性的或反磁性的材料制成。以該方式，磁體的磁流 量幾乎不改變，并且可在所進(jìn)行的測量中利用由磁體產(chǎn)生的整個磁流量。
【附圖說明】
[0029] 本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將通過下述說明來呈現(xiàn)，下述說明是純說明性和 非限制性的，并且必須關(guān)于附圖考慮，在附圖中：
[0030] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件的局部截面的視圖；
[0031] 圖2a為圖1的組件的示意性透視圖；
[0032]圖2b詳細(xì)示出了圖2a中示出的組件的一部分；
[0033] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量輪葉承受的振動的方法的步驟的流程圖；
[0034] 圖4示出了與圖1和圖2中示出的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件的不同元件相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo) 系；
[0035] 圖5示意性地示出了圖1和圖2中示出的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件的元件之間的電磁 相互作用；
[0036] 在所有附圖中，相似的元件具有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 參照圖1，用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件E包括殼體1和葉輪2,該葉輪能夠相對于殼體1可 旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動。
[0038] 殼體1具有內(nèi)表面10,該內(nèi)表面限定出容納葉輪2的空間。該內(nèi)表面10例如是圓筒 形的。
[0039]葉輪2安裝在馬達(dá)軸24上，該馬達(dá)軸沿旋轉(zhuǎn)軸線延伸（該旋轉(zhuǎn)軸線垂直于圖1的平 面）。葉輪2包括圍繞軸24的盤22和多個輪葉。每個輪葉從盤22基本徑向地延伸，直至終止于 各自的尖端。以該方式，無論可相對于殼體1運(yùn)動的葉輪2占據(jù)的角位置如何，每個輪葉的尖 端都面對殼體1的表面部分。
[0040]葉輪的至少一個被標(biāo)記為20的輪葉在其尖端21處包括磁體3。
[0041 ] 磁體3與輪葉20成一體，進(jìn)而與盤22成一體;下文中將呈現(xiàn)的是，磁體3的運(yùn)動代表 了輪葉20的尖端21的運(yùn)動。
[0042]由磁體3產(chǎn)生的磁場的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（topology)與具有數(shù)匝的螺線管的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相 似:其形成了包圍磁體3并且定向?yàn)閺脑摯朋w的北極到南極的環(huán)面。磁體3適于產(chǎn)生相對于 葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線徑向定向的磁場。
[0043] 參照圖2a，殼體1包括第一電導(dǎo)體4和第二電導(dǎo)體7。
[0044] 每個電導(dǎo)體4、7的末端連接到相同的或者不同的電壓放大器5的輸入端。
[0045] 組件E在電壓放大器5的輸出端處還包括測量裝置6。該裝置6包括用于執(zhí)行關(guān)于該 裝置6測得的電壓值的計(jì)算的器件。
[0046]參照圖2b，第一電導(dǎo)體4包括所謂的"中央"部分，該中央部分構(gòu)成了圍繞葉輪2的 旋轉(zhuǎn)軸線的環(huán)圈（turn)或該環(huán)圈的一部分。該中央部分40例如固定到殼體1的面對葉輪2的 內(nèi)表面10。
[0047]中央部分40包括兩個端部42、42'，這兩個端部圍繞葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線位于不同角 位置處。
[0048]電導(dǎo)體4還包括兩個分支44、44'，每個分支對中央部分40的各自的端部加以延長。
[0049] 優(yōu)選地，中央部分40不延伸經(jīng)過圍繞葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線的殼體1的整個圓周，而是 形成圓弧，該圓弧由圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的小于360度的角度區(qū)段構(gòu)成。兩個端部42、42'界 定了殼體1的圓周的未被中央部分40覆蓋的部分;該未被覆蓋的部分在下文被描述為"環(huán)圈 開口"，標(biāo)記為46。
[0050] 分支44、44 '能夠相對于殼體1中的葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線沿基本為徑向的方向延伸到 外部。在所述分支所延長的端部42(分別地，42'）處，每個分支44(分別地，44'）例如與中央 部分40形成介于80度到100度之間的角度，該角度優(yōu)選地為90度。
[00511在輪葉20圍繞葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)期間，中央部分40和對該中央部分40加以的 分支44、44'在與磁體3的路徑平面重合的平面(圖2a和圖2b的平面）中延伸。
[0052]當(dāng)葉輪2占據(jù)一角位置以使得磁體3面對中央部分40的點(diǎn)時，磁體3產(chǎn)生的磁場在 輪葉20振動時相對于中央部分40的相對運(yùn)動在分支44和44'中感生出電流。
[0053]第二電導(dǎo)體7包括也被稱為"中央"的部分70,該部分穿過第一電導(dǎo)體4的端部42、 42'之間留出的環(huán)圈開口 46。
[0054]該中央部分70與第一導(dǎo)體4沒有電接觸，并且還可被附接到殼體1的面對葉輪2的 內(nèi)表面10。
[0055] 第二電導(dǎo)體4尤其穿過磁體3的路徑平面的點(diǎn)P，該點(diǎn)P位于彼此面對的兩個端部 42、42 '之間，例如在這些端部42之間的中間。點(diǎn)P位于與導(dǎo)體4的中央部分40相同的半徑距 離處。
[0056] 第二電導(dǎo)體7的中央部分70在其兩個端部處被兩個形成了第二電導(dǎo)體7的末端的、 連接到放大器5的分支延長。
[0057] 當(dāng)葉輪2占據(jù)一角位置以使得磁體3被設(shè)置成面對中央部分70的點(diǎn)P時，磁體3產(chǎn)生 的磁場在中央部分70的位于該點(diǎn)附近的一部分中感生出電流。
[0058]優(yōu)選地，第二導(dǎo)體7的中央部分70在該點(diǎn)P附近是呈直線狀的，并且定向成:與第一 電導(dǎo)體4在其中延伸的平面正交；中央部分70于是平行于葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線z。
[0059] 在圖2a和圖2b示出的實(shí)施例中，點(diǎn)P和第一電導(dǎo)體4的中央部分40限定了同一圓的 多個部分；以這種方式，磁體3與中央部分40的任何點(diǎn)之間的空隙和磁體3與點(diǎn)P之間的空隙 具有相同的長度:于是，磁體3產(chǎn)生的磁場B對電導(dǎo)體4、7的中央部分40、70的相應(yīng)的部分具 有類似的或相同的影響。
[0000]測量輪葉振動的方法的普遍原理
[0061] 圖3示出了測量包括磁體3的輪葉20所承受的振動的方法的步驟。
[0062] 在初始步驟101中，使葉輪2圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)可能使輪葉20產(chǎn)生振 動。
[0063] 圍繞葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線的輪葉20的一個轉(zhuǎn)動周期包括兩個不同的階段，每個階段 對應(yīng)于可相對于殼體1移動的葉輪2的角位置的相應(yīng)的范圍：在其期間磁體3面對中央部分 40的一部分的階段，以及在其期間磁體3面對留存在其兩個端部42、42'之間的環(huán)圈開口 46 的階段。
[0064]當(dāng)磁體3面對第一電導(dǎo)體4的中央部分40的一部分時，相對于磁體3產(chǎn)生的磁場B的 相對于中央部分40的振動運(yùn)動導(dǎo)致了中央部分40中的第一電流，該電流傳播到由分支44、 44 '構(gòu)成的末端。在第一電導(dǎo)體4的兩個末端之間產(chǎn)生電壓U1。
[0065] 相似地，當(dāng)磁體3面對環(huán)圈開口 46并因此面對第二電導(dǎo)體7的中央部分70時，磁體3 產(chǎn)生的磁場B相對于中央部分70的相對振動運(yùn)動在中央部分70中感生出第二電流，該第二 電流傳播到第二電導(dǎo)體7的末端。于是在第二電導(dǎo)體7的兩個末端之間產(chǎn)生電壓U2。
[0066]在步驟102期間，通常非常低的電壓U1和U2被放大器5放大。
[0067]在步驟103中，測量裝置6獲取被放大器5放大的電壓U1和U2。
[0068] 在步驟104中，測量裝置6基于一個和/或另一個測得的電壓來確定輪葉20的旋轉(zhuǎn) 速度。如將在后文詳細(xì)說明的，根據(jù)磁體圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時間來推導(dǎo)出輪葉20 的旋轉(zhuǎn)速度，該持續(xù)時間由測得的電壓的變化來表明。
[0069] 在步驟104中，裝置6基于兩個測得的所述電壓來計(jì)算由輪葉尖端承受的軸向振動 速度。
[0070] 現(xiàn)將更詳盡地描述在兩個前述的階段期間磁體3的電磁作用。
[0071 ]當(dāng)磁體3面對中央部分40時該磁體的電磁作用
[0072] 參照圖4，固定坐標(biāo)系(frame )R與殼體1相關(guān)聯(lián)，可動坐標(biāo)系R '與磁體3相關(guān)聯(lián)。
[0073] 固定坐標(biāo)系R由中心0、被標(biāo)記為z的葉輪2旋轉(zhuǎn)軸線以及X軸和y軸所限定，該X軸與 y軸限定了垂直于馬達(dá)軸線并且包含磁體3的運(yùn)動的平面。
[0074]可動坐標(biāo)系R'由代表磁體3的位置的中心0'、平行于軸線z的軸線z'、由直線00'支 持的軸線X'和使坐標(biāo)系R'為直接三面形(direct trihedral)的軸線所限定?？蓜幼鴺?biāo)系R' 相對于固定坐標(biāo)系R成角度Θ。
[0075]總體來說，坐標(biāo)系R'中的點(diǎn)Μ的從R到R'的坐標(biāo)系變換的定律利用以下關(guān)系式：
[0077 ]參照圖5，第一電導(dǎo)體4的中央部分40的一個點(diǎn)被視為點(diǎn)Μ。這可被表不為：
[0079]該關(guān)系式等效地示出了，輪葉20的尖端處的磁體3相對于固定在固定坐標(biāo)系中的 中央部分40移動，或者示出了中央部分40相對于固定在可動坐標(biāo)系中的磁體3移動。
[0080] 考慮到屬于中央部分40的電子在固定坐標(biāo)系R中靜止不動，該電子在轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系 R'中表現(xiàn)速度(apparent speed)將是向量14卩R,、即，轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系的點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中在距 離r+e處將具有的速度，其中e指代磁體3與中央部分40之間的空隙，r指代距離00'。
[0081] 考慮到該點(diǎn)Μ完全位于磁體3的軸線O'x'上，所產(chǎn)生的將被施加到電子的洛倫茲力 FL將如在圖5中所示那樣定向。
[0082] 可考慮在平面O'x'z中的裝置，并且場B的分量可僅考慮分量X'和z?？紤]到葉片的 半徑r以及磁體3與點(diǎn)Μ在轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)之間的空隙e，電子在轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系中的前進(jìn) 速度是轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系中的固定的點(diǎn)在距離r + e處將具有的速度?？扇缦卤硎倦妶?(electromotor field)：
[0084]當(dāng)磁體3承受輪葉20的振動時，以這種方式由輪葉20的振動運(yùn)動產(chǎn)生的電場變?yōu)椋?br>[0086]其中：
[0088]當(dāng)電場將按照分量y定向時，即沿導(dǎo)體的軸線時，中央部分40中感生出的電流是可 測量的。因此可測量的分量將是：
[0090]此外，如果假設(shè)磁體3被包含在中央部分40的平面中，該分量被改寫為：
[0092]因此，在磁體3位于中央部分40的平面中的情況下，僅沿著軸線z(旋轉(zhuǎn)軸線）的振 動行為將引起可測量的感應(yīng)電流。當(dāng)沒有振動動作時，因此將不會有可測量的信號。
[0093]當(dāng)線段AB存在于磁體3的感應(yīng)場中時，在電導(dǎo)體4的末端處測得的瞬時電壓U1以下 述形式表示：
[0095]其中Ιαβ指代承受磁體3的感應(yīng)的線段AB的長度，Bx，是由磁體3產(chǎn)生的磁場的徑向 分量，Vvibz '是磁體3的沿著軸線z '的振動速度分量。
[0096]當(dāng)磁體3面對環(huán)圈開口時該磁體的電磁作用
[0097]當(dāng)磁體3面對環(huán)圈開口 46時，電導(dǎo)體4脫離磁體3的磁場B的感應(yīng);然而，第二電導(dǎo)體 7的中央部分70進(jìn)入到該磁場B中并且產(chǎn)生電壓U2,該電壓根據(jù)以下公式表示：
[0099]其中Icd表示中央部分70的承受磁體感應(yīng)的區(qū)段的長度，Bx'表示磁體3產(chǎn)生的磁場 的徑向分量，以及Vrot是磁體3的旋轉(zhuǎn)速度。
[0100]確定輪葉的旋轉(zhuǎn)速度
[0101] 使得在對應(yīng)的電導(dǎo)體7中產(chǎn)生電壓U2的運(yùn)動是葉輪2的圍繞其軸線的旋轉(zhuǎn)。
[0102] 在步驟104期間，可通過測量裝置6按照以下方式確定與輪葉20的尖端21成一體的 磁體3的旋轉(zhuǎn)速度Vrcit:在預(yù)先確定的周期期間，對第二導(dǎo)體的末端處的電壓時間信號U2連 續(xù)地進(jìn)行獲取，所述信號包括多個電壓峰值，每個電壓峰值對應(yīng)于磁體在輪葉相應(yīng)的旋轉(zhuǎn) 期間面對環(huán)圈開口 46的行進(jìn)。
[0103 ]在獲取兩個相繼的峰值的時刻之間所經(jīng)過的持續(xù)時間因此代表了輪葉的旋轉(zhuǎn)的 持續(xù)時間；則可基于兩個峰值之間所經(jīng)過的持續(xù)時間（或該持續(xù)時間的平均值），以及基于 磁體3圍繞葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線的徑向位置00'（在圖4中示出）來通過裝置6計(jì)算磁體3的旋轉(zhuǎn)速 度。
[0104] 計(jì)算輪葉的軸向振動速度
[0105] 通過將之前定義的用于電壓U1和U2的關(guān)系式進(jìn)行結(jié)合，得到了以下關(guān)系式：
[0107]如果磁體產(chǎn)生的磁場關(guān)于其軸線是各向同性的，則環(huán)圈的處于磁體的感應(yīng)下的長 度是相等的（1ab= Icd)。則得到以下關(guān)系式：
[0109]在步驟104期間，按照結(jié)合了定義電壓U1和U2的關(guān)系式的下述公式來計(jì)算由磁體3 (以及輪葉20)承受的振動速度的軸向分量：
[0111] 有利地，該等式無需對電導(dǎo)體4和7中的一個或者另一個中的磁場進(jìn)行任何測量 (這些量在上面的等式中被消去了）。
[0112] 此外，該附加的方法使得能夠得到關(guān)于輪葉的振動的量化的信息、以及不僅是量 化的信息。
[0113] 更準(zhǔn)確地，于是能夠?qū)⒄駝铀俣鹊乃脚c根據(jù)坎貝爾圖揭示的諧振頻率相關(guān)聯(lián)， 而不必測量環(huán)圈處的磁場的幅值，該坎貝爾圖是根據(jù)在第一電導(dǎo)體的末端處測得的電壓信 號求得的。
[0114] 當(dāng)輪葉被發(fā)動機(jī)級激勵時(nX旋轉(zhuǎn)速度，其中η為整數(shù)），電壓U1增加。所提出的組 件使得能夠在輪葉被激勵時將電壓信息轉(zhuǎn)換為振動速度。
[0115] 材料
[0116] 電導(dǎo)體的各中央部分40，70可被直接置于殼體1的內(nèi)表面10上，面對葉輪2。
[0117] 在變型中，導(dǎo)體的各中央部分40,70可被置于殼體1內(nèi)部，但應(yīng)確保殼體1的材料的 任何位于各中央部分40，70與磁體3之間的部分促進(jìn)將磁體3產(chǎn)生的磁場良好地傳輸?shù)街醒?部分40，70?？纱_定的是，材料的所述部分由順磁性的或反磁性的材料制成，因?yàn)檫@些材料 事實(shí)上具有接近于1的磁導(dǎo)率值。所以磁體3的磁流量將輕微地改變，因此可在所進(jìn)行的測 量中利用磁體3產(chǎn)生的整個磁流量。
[0118] 各電導(dǎo)體4,7例如全部或部分地嵌入在可磨損的沉積層(deposit)中，該沉積層位 于殼體1的面對葉輪2的內(nèi)表面10上，可磨損的沉積層由這種順磁性的或反磁性的材料制 成。
[0119] 磁體3可進(jìn)一步包括具有介于800 °C到850 °C之間的居里點(diǎn)的鋁-鎳-鈷(AlNiCo) (居里點(diǎn)是材料失去其自發(fā)磁化時的溫度）。
[0120] 放大器5可以是恒定電流類型的放大器，有利地，應(yīng)用高達(dá)3000的增益。能夠?qū)﹄?導(dǎo)體4的末端處的電壓進(jìn)行升壓，以產(chǎn)生在毫伏量級的可測量電壓。
[0121] 所描述的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件E可應(yīng)用到任何類型的能夠在類似于殼體的固定 結(jié)構(gòu)中可旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動的葉片:軸向輪、離心葉輪、高壓渦輪、自由渦輪等等。
[0122] 也可將包括這種組件E的渦輪發(fā)動機(jī)嵌入在任何類型的交通工具中，尤其是嵌入 在航空器中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件(E)，所述組件(E)包括殼體（1)和能夠在所述殼體（1)中 可旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動的葉輪(2)，所述葉輪(2)包括至少一個輪葉（20)，所述輪葉具有面對所述殼 體(1)的尖端(21)，所述組件(E)的特征在于，所述尖端(21)包括磁體(3)，并且所述殼體(1) 包括第一電導(dǎo)體和第二電導(dǎo)體(4,7)，每個電導(dǎo)體均適于在其末端之間產(chǎn)生電壓，所述電壓 由面對所述尖端（21)的所述磁體（3)感生并且代表當(dāng)使所述葉輪（2)旋轉(zhuǎn)時由所述輪葉 (20)的尖端(21)所承受的振動，所述第一電導(dǎo)體(4)包括第一中央部分(40)，所述第一中央 部分圍繞所述葉輪(2)的旋轉(zhuǎn)軸線(z)延伸并且包括兩個面對的端部(42,42'），并且所述第 二電導(dǎo)體(7)包括第二中央部分(70)，所述第二中央部分穿過由所述第一中央部分(40)留 出在所述第一中央部分的兩個端部(42,42'）之間的空間(46)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件(E)，其中，所述第一中央部分(40)圍繞所述葉輪(2)的旋 轉(zhuǎn)軸線(z)在所述磁體(3)的路徑平面中延伸，并且所述第二中央部分(70)以正交于所述路 徑平面的方式延伸。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的組件(E)，其中，所述第一中央部分(40)形成以所述葉輪(2)的 旋轉(zhuǎn)軸線(z)的點(diǎn)為中心的圓的一部分，所述第二中央部分(70)在所述圓的一個點(diǎn)處穿過 所述路徑平面。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組件(E)，其中，所述磁體(3)適于沿著相對于所 述葉輪(2)的旋轉(zhuǎn)軸線(z)的徑向軸線發(fā)射磁場，所產(chǎn)生的磁場圍繞所述徑向軸線是各向同 性的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的組件(E)，進(jìn)一步包括連接到每個電導(dǎo)體的末端 的電壓放大器(5)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的組件(E)，其中，所述兩個電導(dǎo)體(4,7)至少部分 地嵌入在可磨損的沉積層中，該沉積層位于所述殼體(1)的面對所述葉輪(2)的內(nèi)表面(10) 上，所述可磨損的沉積層由順磁性的或反磁性的材料制成。7. -種用于測量根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用于渦輪發(fā)動機(jī)的組件(E)的輪葉 (20) 的振動的方法，包括以下步驟： -使所述葉輪(2)在所述殼體(1)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)（101)， -在每個電導(dǎo)體(4,7)的末端處測量（103)由包含在面對所述殼體（1)的所述輪葉（20) 的尖端(21)中的所述磁體(3)所感生的相應(yīng)的電壓， -確定（104)所述磁體(3)的速度， -基于兩個測得的電壓和所確定的所述磁體(3)的速度計(jì)算（105)所述輪葉（20)的尖端 (21) 承受的軸向振動速度。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于測量的方法，其中，確定（104)所述磁體(3)的速度包括以 下子步驟： -獲取所述第二電導(dǎo)體(7)的末端處的電壓時間信號，所述信號具有至少兩個相繼的峰 值，每個峰值代表所述磁體(3)在所述尖端(21)圍繞所述葉輪(2)的旋轉(zhuǎn)軸線（z)進(jìn)行相應(yīng) 的旋轉(zhuǎn)期間面對所述第二電導(dǎo)體(7)行進(jìn)，以及 -基于所述磁體(3)相對于所述葉輪(2)的旋轉(zhuǎn)軸線（z)的徑向位置和峰值之間所經(jīng)過 的持續(xù)時間，計(jì)算所述磁體(3)的速度。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于測量的方法，其中，通過將所確定的所述磁體(3)的速 度乘以所述第一電導(dǎo)體(4)的末端處測得的電壓與所述第二電導(dǎo)體(7)的末端處測得的電 壓的比值來計(jì)算（105)振動速度。10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的用于測量的方法，其中，進(jìn)一步包括在測量步驟 之前執(zhí)行的放大(102)所感生的電壓中的一個和/或另一個的步驟。
【文檔編號】G01P3/44GK106030261SQ201480075786
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月22日
【發(fā)明人】阿諾·塔隆, 讓-伊夫·卡佐克斯, 紀(jì)堯姆·肖萬, 朱利恩·加尼爾
【申請人】渦輪梅坎公司