仪器仪表学报

作者：李发富，段发阶，郭光辉，滕光蓉，刘美茹

单位：李发富,天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072,,段发阶,天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072,fjduan@tju.edu.cn,郭光辉,中国航发四川燃气涡轮研究院绵阳621000,,滕光蓉,中国航发四川燃气涡轮研究院绵阳621000,,刘美茹,中国航发四川燃气涡轮研究院绵阳621000,

关键词：叶顶间隙;轴向位移;带冠涡轮叶片;篦齿;电容传感器

基金：国家自然科学基金项目(U2241265, 92360306)、 国家科技重大专项(J2022-V-0005-0031)、 中国航发四川燃气涡轮研究院外委课题项目(GJCZ-0202-2024-0006)、天津市全国重点实验室重大专项(24ZXZSSS00290)资助

带冠涡轮叶片在热变形、气动载荷等作用下产生的轴向位移会导致电容传感器偏离标定位置，严重降低其篦齿叶顶间隙的测量精度。针对这一问题，提出了一种基于V型电容探头的叶顶间隙与轴向位移同步测量方法。首先，通过理论分析揭示了传统圆形芯极电容传感器因对称结构无法识别轴向位移方向的根本缺陷，并推导了轴向位移对叶顶间隙测量误差的非线性影响模型。在此基础上，设计了一种V型芯极电容探头，通过其传感信号的电压峰峰值（Vpp）与特征波形面积（Scw）参数分离轴向位移与叶顶间隙的耦合效应。其次，建立了Vpp和Scw与轴向位移、叶顶间隙的二元多项式映射模型，结合自适应滤波和三阶正弦拟合算法，实现了轴向位移和叶顶间隙的精确提取。最后，搭建了篦齿动态实验台，在轴向位移±1mm、叶顶间隙0.5~1.5mm范围完成了二维标定与验证实验。实验结果表明：叶顶间隙测量精度优于8μm，较传统电容法提升96.8%；轴向位移测量精度为21.6μm，且同步实现了位移方向辨识。此外，与传统圆形芯极探头对比实验显示，叶顶间隙测量误差由0.25mm降至8μm，验证了所提方法的有效性。该方法为轴向位移工况下的带冠叶片动态间隙监测提供了可靠解决方案，对航空发动机智能运维与主动间隙控制技术发展具有重要工程意义。

来源：2025年第7期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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