用于燃气轮机动态间隙检测的光纤测量系统(Ⅱ):实验与应用研究

　　1　引　　言

　　随着现代科学技术的迅猛发展,对机械制造业和相关行业提出了越来越高的要求。燃气轮机动态间隙的检测是该行业现有检测技术中的一个难点,本课题提出并研制了一种非接触检测的方法和手段,研制中通过对各种可能方案的实验、分析、比较和选择,最后　确定了反射式光强调制型光纤传感器的方案[1～3]。方案充分发挥了光纤器件的优点,并且考虑了应用现场的条件,主要有下述优点:

　　·光纤外型小、轻便,适合空间狭小的场合,这符合燃气轮机动态间隙测量对传感器的要求。

　　·光纤本身是非导电体,无电磁干扰问题,适合工况复杂、电磁干扰严重的工作条件。

　　·石英光纤耐高温性能好,可以在燃气轮机内部的高温条件下工作。

　　光纤传感器在旋转机械振动测量中的应用是一个新的研究方向,具有很高的实用价值。实现本文光纤测量系统的一些关键技术及理论分析已经另文发表[4],这里对其实验系统的构成及实验结果作研究和分析,以便能更好地将本系统应用于实际工程之中。

　　2　实验系统的构成

　　2.1　高速实验台动态间隙测量装置原理

　　测试工作在高速旋转实验台上进行,实验台的转速为0～10000转/min可调。测试以8叶片转动轮为工件,试验装置的布局如图1所示。与转动轮同轴安装编码盘,通过微机对叶片识别和编码。具体测试过程如下:光纤传感器的测头安装在燃气轮机机匣上,测头的端面与转子叶片端面的距离为工作距离x(间隙≥5mm)。由半导体激光器(LD)提供照明光源,光束经光纤照射到工件表面,反射光由接收光纤接收,经过光电转换(PIN FET)、前置放大和滤波后由AD卡(LINK—8112)送到计算机进行数据处理,给出测量结果。接收光纤由两路组成,两路接收信号通过采保(HY—822同步信号采样保持卡)后,通过信号的比对消除干扰因素。其中,LD、LD驱动电路板、PIN FET、同步采保板、多档滤波电路板及电源等均放置在电箱内。

　　2.2　编码器技术

　　燃气轮机转子是多叶片结构,实际测量时为了实时检测各叶片间隙,避免突发事故,测量系统必须具有识别各叶片间隙的功能,即编码器技术。编码的基本原理如下(以8叶片转子为例):编码盘与转动轮同轴安装,编码盘上外圈的8个孔与转动轮上的8个叶片相对应(其中内圈的孔用来识别第一叶片),光发射器(LED)和光电接收器(PIN)分别安装在编码盘的两侧,叶片转动时,通过判断编码盘上和各叶片相对应的孔是否有光区别不同叶片的间隙,在中断程序中判断有光或无光。每次有光时采集叶片间隙,并记录状态标志为真,直到无光时取消记录,而进行下一次采集。编码盘结构如图2所示。