Adjacent Blades' Effect on the Tip Clearance Measurements in Turbines

The article investigates the blade pitch effect on the measurements of the blade tips radial and axial displacements in the turbines of the gas-turbine engines and gives a model description of the electromagnetic interaction between the work and compensating sensitive elements of the eddy-current single-coil sensors in the amount of the distributed cluster of sensors and inspected and adjacent blades. By means of the developed model the families of the conversion functions as dependences of the equivalent inductances of the sensitive elements from the radial and axial displacements of the irregular shaped blades are defined. These conversion functions were later used for computation of the dominant functions of the adjacent blades at various blade pitches. The authors demonstrated that the adjacent blades effect on the compensating sensitive element is far greater than on the work of the sensitive element and it increases with the blade pitch decrease. A model of differential measuring circuit with pulsed power was considered. The inputs of this model are the modeling results of the electromagnetic interactions between the sensitive elements and the rotor blades presented as the equivalent inductances changing in time. The families of the conversion functions as dependences of the digital codes from the radial and axial displacements of controlled blades were obtained. They are used, as before, for computation of the dominant functions of the adjacent blades at various blade pitches. The method is presented for obtaining of the calibration characteristics of the systems for measurement of the blade tips' radial and axial displacements. It gives an opportunity to avoid possible errors, typical for the adjacent blades effect, during the system operation.

турбина, лопатки сложной формы, радиальные и осевые смещения, одновитковый вихретоковый датчик, влияние соседних лопаток, модель электромагнитного взаимодействия, модель измерительной цепи, уменьшение влияния, методика получения градуировочных характеристик, turbine, irregular shaped blades, radial and axial displacements, eddy-current single-coil sensor, adjacent blades effect, electromagnetic interactions model, measuring circuit model, influence reduction, method for obtaining of the calibration characteristics

1. Donald L. Simon, Sanjay Garg, Gary W. Hunter, Ten-Huei Guo and Kenneth J. Semega. Sensor Needs for Control and Health Management of Intelligent Aircraft Engines // Proc. Of ASME Turbo Expo 2004: Power for Land, Sea, and Air. Vol. 2: Turbo Expo 2004 (Vienna, Austria, June 14-17, 2004). Vienna, 2004.

2. Методы и средства измерения многомерных перемещений элементов конструкций силовых установок / Под ред. Секисова Ю. Н., Скобелева О. Н. Самара: Самарский научный центр РАН, 2001. 188 с.

3. Кластерные методы и средства измерения деформаций статора и координат смещений торцов лопаток и лопастей в газотурбинных двигателях / Под общ. ред. Скобелева О. П. М.: Машиностроение, 2011. 298 с.

4. Беленький Л. Б., Кутейникова М. М., Райков Б. К., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов лопаток рабочего колеса турбины. Патент РФ 2457432. 2012. Бюл. 21.

5. Боровик С. Ю., Кутейникова М. М., Райков Б. К., Секисов О. П., Скобелев О. П. Измерение радиальных зазоров между статором турбины и торцами лопаток сложной формы с помощью одновитковых вихретоковых датчиков // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 10. С. 38-46.

6. Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Модель электромагнитного взаимодействия чувствительного элемента одновиткового вихретокового датчика с торцом лопатки сложной формы // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Тр. XV Междунар. конф. Самара, 25-28 июня 2013 г. С. 627-635.

7. Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Результаты моделирования электромагнитного взаимодействия чувствительных элементов одновитковых вихретоковых датчиков в составе кластера с торцом лопатки сложной формы // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Тр. XV Междунар. конф. Самара, 25-28 июня 2013 г. С. 636-641.

8. Боровик С. Ю., Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Модель измерительной цепи с переменными во времени эквивалентными индуктивностями одновитковых вихретоковых датчиков // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Тр. XVI Междунар. конф. Самара, 30 июня-03 июля, 2014. С. 692-696.

9. Боровик С. Ю., Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Результаты моделирования измерительных цепей с одновитковыми вихретоковыми датчиками и приближенным дифференцированием // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Тр. XVI Междунар. конф. Самара, 30 июня-03 июля, 2014 г. С. 697-703.

10. Хритин А. А. Система измерения радиальных зазоров в турбомашинах: дисс. канд. техн. наук: 05.11.16. Самара, 1993. 180 с.

11. Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н. Алгоритм вычисления радиальных и осевых смещений торцов лопаток // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Тр. XII Междунар. конф. Самара, 21-23 июня 2010 г. С. 323-327.