一种高温叶尖间隙传感器转让专利
申请号 : CN202010406742.X
文献号 : CN111426262B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 肖剑松 , 张俊
申请人 : 中国航发湖南动力机械研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种高温叶尖间隙传感器,其特征在于,包括:一壳体(6),呈空心圆筒状;
一受感头(1),嵌入固定在所述壳体(6)前端的内孔中,用于采集与机匣内叶尖之间的电容值;
一插座(11),固定连接在所述壳体(6)的后端,由外至内包括相互绝缘设置的外壳、中间层和内芯,外壳与所述壳体(6)导电性固定连接;
一连接段(3),呈空心圆筒状,相隔一定径向间隙地同轴设置在所述壳体(6)的内孔中且与壳体(6)相互绝缘,其前端与受感头(1)相抵接并相互绝缘,后端与所述插座(11)的中间层导电性固定连接;
一锥极延长杆(4),相隔一定径向间隙地同轴设置在所述连接段(3)的内孔中且与所述连接段(3)相互绝缘,其前端与所述受感头(1)导电性固定连接,后端与所述插座(11)的内芯导电性固定连接;
所述受感头(1)由外至内依次包括同轴设置的圆筒状外环(101)、定心环(102)、锥极(103),所述外环(101)与所述壳体(6)导电性固定连接,所述锥极(103)的前端设置有锥形部,后端延伸至连接段(3)的内孔中与锥极延长杆(4)导电性固定连接。
2.根据权利要求1所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述定心环(102)的材料为高温陶瓷,所述定心环(102)、锥极(103)的材料为高温金属或合金。
3.根据权利要求2所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述高温陶瓷为氧化铝陶瓷,所述定心环(102)、锥极(103)的材料为金属铂。
4.根据权利要求2所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述连接段(3)前端的内周壁与所述锥极(103)之间固定设置有绝缘性的前端固定环(2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述连接段(3)后端的外周壁与壳体(6)的内周壁之间固定设置有绝缘性的后端固定环(8)。
6.根据权利要求5所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述壳体(6)和连接段(3)之间的空隙中、所述连接段(3)与锥极延长杆(4)之间的空隙中均填充设置有绝缘性耐高温填料(7)。
7.根据权利要求6所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述绝缘性耐高温填料(7)的材料为耐热水泥。
8.根据权利要求1所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,还包括插座转接装置,所述插座转接装置的一端与所述壳体(6)的后端导电性固定连接,另一端与所述插座(11)的外壳导电性固定连接;
或者,
所述插座转接装置包括导电性固定连接为一体的尾部环(9)和转接座(10),所述尾部环(9)的另一端与所述壳体(6)的后端导电性固定连接,所述转接座(10)的内孔与所述插座(11)的外壳导电性固定连接。
9.根据权利要求1所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述导电性固定连接均采用激光焊接固定,所述壳体(6)、连接段(3)和锥极延长杆(4)的材料为GH3128。
10.根据权利要求1所述的高温叶尖间隙传感器,其特征在于,所述壳体(6)包括一圆筒状主外壳(61)、一体式设置在主外壳(61)外周壁上的连接部(62),所述主外壳(61)上还活动套设有与所述连接部(62)相配合将整个壳体(6)固定在叶轮外罩上的垫片(5)。
说明书 :
一种高温叶尖间隙传感器
技术领域
背景技术
的工作环境使用的是自行研制生产的电容式传感器,超过500℃则需要从国外定制的专用
电容式传感器以满足试验需要。
动机研制与试验过程中,由于型号众多,对于叶尖间隙测量各有其不同的测试技术要求,通
过国外定制传感器供货周期长且涉及保密工作,只能暂时应急,并不能满足研究与试验需
求。其次,现有的电容式叶尖间隙传感器结构较复杂,某些零部件之间的装配和焊接难度较
大,容易导致绝缘性、牢固性等重要性能不达标,并且由于传感器本体存在较长的电缆,因
此在测量端会携带较大的寄生电容,对测量结果产生干扰,影响检测精度。
发明内容
定连接;
连接。
内孔中与锥极延长杆导电性固定连接,所述定心环的材料为高温陶瓷,所述定心环、锥极的
材料为高温金属或合金。
定连接。
片。
善了测量结果,缩短了传感器的尺寸,优化了结构、加工和装配方便;同时利用金属连接段
进行传感器内部的多层感应设计,提高传感器本体的结构强度的同时,还作为信号增强器
件,显著增强信号电容的采集量,满足发动机高温部件试验对于叶尖间隙测量的需求;结构
简单紧凑、维修方便,一体式封装还满足了涉及军工科研生产的保密要求。
附图说明
10、转接座;11、插座;12、叶尖;13、传感器与叶尖之间的遮盖处;B、C、D、E、F、H、G为焊接点。
具体实施方式
电性固定连接;
性固定连接。
离(叶尖间隙)成反比,通过测量传感器与叶尖之间的电容即可测量出叶尖间隙。本实施例
中,所述插座11为三同轴电连接器,其外壳,中间层和内芯相互绝缘,所述插座11的外壳与
壳体6电路连接,形成电容信号的负极板端。所述插座11的内芯通过锥极延长杆4与受感头1
电路相联,形成电容信号的正极板端。所述插座11的中间层与连接段3电路相联,为电容信
号增强端,可增强信号电容的采集量。本实施例通过将插座11(也即三同轴电连接器)与壳
体6进行刚性连接,完成信号输出接口与传感器本体的一体化设计,增加传感器结构强度的
同时,还减小了传输线路的寄生电容。
减小了线路上的寄生电容,改善了测量结果,缩短了传感器的尺寸、结构简单紧凑、加工和
装配更方便;同时传感器内部采用包含连接段3的多层感应设计,既提高了传感器本体的结
构强度,还可作为信号增强器件,显著增强信号电容的采集量,连接段3的设置相当于在两
个电容极板之间又增加了一个极板(连接段),根据电容工作原理,连接段3可感应受感头1
得到的电容信号,为电容信号增强端(此为电容传感器的多层感应设计),从而满足发动机
高温部件试验对于叶尖间隙测量的需求。
极103的前设置有锥形部,后端延伸至连接段3的内孔中与锥极延长杆4导电性固定连接,所
述定心环102的材料为高温陶瓷,所述高温陶选用99.9%氧化铝陶瓷,所述定心环102、锥极
103的材料为高温金属或合金,如金属铂。
高温下仍然有良好的强度和导电性,同时加工性能良好,因此该受感头1能耐1100℃以内的
高温,增强了受感头1的高温耐受能力并且为整个传感器的装配提供便利,满足发动机高温
部件试验对于叶尖间隙测量的需求,本实施例的高温叶尖间隙传感器安装于叶轮外罩,能
测量2mm以内的叶尖间隙。
保证绝缘,由于靠近热端,所述前端固定环2由耐高温的绝缘材料制成,如高温陶瓷,能够很
好的限制所述连接段3与所述锥极103之间的相对位置,确保传感器内部各结构相对位置的
稳定性可靠性,有利于显著增强信号电容的采集量,以提升传感器的性能,本实施例中,所
述前端固定环2的内外径之差为2mm。
缘,所述后端固定环8由耐高温的绝缘材料制成,材料同样选用高温陶瓷,能够很好的限制
所述连接段3与所述壳体6之间的相对位置,确保传感器内部各结构的相对位置的稳定性可
靠性,有利于显著增强信号电容的采集量,以提升传感器的性能,所述后端固定环8的内外
径之差为1‑2mm。
温填料7的材料选用绝缘值不小于10MΩ的耐热水泥,既能够增加传感器的整体结构强度,
同时能够承受上千度的高温,满足发动机高温环境下的叶尖间隙测量的需求。
性固定连接。本实施例中,所述插座11的外壳通过插座转接装置与所述壳体6相联,形成电
容信号的负极板端,所述插座转接装置一方面起到连接作用,同时对插座11起到一定的保
护作用。
的内孔与所述插座11的外壳导电性固定连接。本实施中,所述插座转接装置包括可分别加
工的尾部环9和转接座10,尾部环9和转接座10在分别加工后可以通过焊接的方式连为一
体,形成插座转接装置,从而降低加工难度。
103和锥极延长杆4之间的激光焊接处,D处为连接段3与插座11的中间层之间的激光焊接
处,E处为壳体6和尾部环9之间的激光焊接处,F处为尾部环9和转接座10之间的激光焊接
处,H为锥极延长杆4与插座11的内芯之间的激光焊接处,G为插座11的外壳与转接座10之间
的激光焊接处,激光焊接实施方便,有效保障传感器的结构强度。
体6固定在叶轮外罩上的垫片5,垫片5为安装辅助件,与所述连接部62相配合,保证传感器
与叶轮外罩的安装牢固、平整。
尖12必须通过轴承、密封装置、齿轮系统与试验件壳体接地。其工作原理是基于传感器和叶
片顶端间的电容,通过预先校准,建立电容与间隙之间的关系,测量的电容是一个与电极几
何形状、电极距离以及极间介质的函数,传感器与叶尖12之间形成电容,测量原理示意图如
4所示;该电容值与传感器与叶尖12之间的距离(叶尖间隙)成反比,通过测量传感器与叶尖
12之间的电容即可测量出叶尖间隙,其表达式如公式(1)所示:
接相联的一体化结构设计等,使传感器更加紧凑可靠,由于金属铂的高温性能良好,因此该
传感器的受感头1能耐1100℃以内的高温,满足发动机高温部件试验对于叶尖间隙测量的
需求。另一方面,本发明利用金属的连接段3进行传感器内部的多层感应设计,增强了信号
电容,同时通过锥极延长杆4直接连接受感头1和插座11,消除了寄生电容对于测量的干扰,
提高检测精度,缩短了传感器的尺寸,结构简单紧凑、加工和装配方便。由于本发明所提供
的高温叶尖间隙传感器可在本单位加工生产,因此供货周期短,维修方便。
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。