專利名稱:控制燃?xì)廨啓C(jī)用的光學(xué)高溫計(jì)的窺視管組件的制作方法
本發(fā)明的主題是一種同傳感儀表相結(jié)合，用來連續(xù)監(jiān)控燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)中葉片溫度的光學(xué)高溫計(jì)窺視管組件。本發(fā)明還涉及到采用上述光學(xué)高溫計(jì)的一種燃?xì)廨啓C(jī)，以及用來傳感此種燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)中葉片狀態(tài)的手段。此外，本發(fā)明還包括了監(jiān)控和傳感這些旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉之狀態(tài)的方法。
在公用事業(yè)和其他一些工業(yè)中，常采用大型的固定式的燃?xì)廨啓C(jī)來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、泵或其他機(jī)械。其中發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)段上，有若干排稱作汽輪機(jī)汽葉的杯形葉片，它們裝設(shè)在一葉輪的軸上。將加熱到極高溫度(通常高于980℃)的一種氣體導(dǎo)向汽輪機(jī)的汽葉，就會(huì)驅(qū)使汽葉轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)葉輪的軸。在每一排轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)汽葉的前方有一排固定的導(dǎo)向葉片，它們是此汽輪機(jī)段結(jié)構(gòu)中的一部分。當(dāng)熱的氣體通過汽輪機(jī)段，每一排導(dǎo)向葉片就引導(dǎo)此氣流，使之以恰當(dāng)?shù)慕嵌葲_擊下一排中轉(zhuǎn)動(dòng)的汽葉。
燃?xì)廨啓C(jī)的功率輸出與燃料(熱)效率隨著燃燒溫度的升高而增加。燃?xì)廨啓C(jī)部件(汽輪機(jī)汽葉與導(dǎo)向葉片)的使用壽命則隨著溫度的提高而縮短。這樣，就存在在一個(gè)最佳燃燒溫度問題，在這一溫度下能產(chǎn)生最大的功率，能使燃料消耗(每單位功率耗用的燃料)最小，同時(shí)能使燃?xì)廨啓C(jī)部件在其整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)保持完善。
第一排導(dǎo)向葉片與第一排汽輪機(jī)汽葉運(yùn)行時(shí)的溫度，高于繼后各排的導(dǎo)向葉片與汽輪機(jī)汽葉的運(yùn)行溫度。(熱氣隨著它本身從汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓態(tài)膨脹到汽輪機(jī)的排氣管中接近大氣壓力的過程而冷卻)。在大型的工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)中，當(dāng)前并無可靠的方法來直接監(jiān)控它的第一排導(dǎo)向葉片和第一排汽輪機(jī)汽葉二者的溫度。在那樣高的溫度下，熱電偶的壽命是很短的。此外，熱電偶也難以用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉的溫度，這種汽葉在歷史上已知是這樣的部件，它們?cè)跍囟冗^高而發(fā)生破壞時(shí)，將使燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p毀。為此，迫切要求能對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中之第一排汽輪機(jī)汽葉的金屬材料溫度實(shí)行直接監(jiān)控。
在現(xiàn)階段，燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)中的平均燃燒溫度常由一控制處理機(jī)進(jìn)行計(jì)算，處理機(jī)將汽輪機(jī)的平均的排氣溫度與燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)出口壓力作為輸入數(shù)據(jù)接收。此控制處理機(jī)調(diào)制供給到燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒室(或一組燃燒室)的燃料，借此控制此發(fā)動(dòng)機(jī)的汽輪機(jī)段入口處的氣體溫度。
光學(xué)高溫計(jì)當(dāng)前已用于許多軍用飛機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中。這類光學(xué)高溫計(jì)通常采用一種端接于發(fā)動(dòng)機(jī)的光纖光導(dǎo)管，通過發(fā)動(dòng)機(jī)之汽輪機(jī)段的部件，為汽葉提供一照準(zhǔn)線。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的光學(xué)高溫計(jì)系統(tǒng)的部件進(jìn)行維修。
可用于測(cè)量汽葉溫度與控制燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的一種較好的既有光學(xué)高溫計(jì)系統(tǒng)，已由蘭德(Land)汽輪機(jī)傳感器公司試制成功。現(xiàn)在，這種蘭德光學(xué)高溫計(jì)系統(tǒng)與光纖光學(xué)儀器相結(jié)合，主要用于監(jiān)控噴氣式飛機(jī)飛行中的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、獲取噴氣式飛機(jī)的汽葉溫度分布以及其他裝設(shè)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的燃汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)的汽葉溫度分布。還有若干種市售的其他類型的高溫計(jì)系統(tǒng)可以用來測(cè)量汽輪機(jī)汽葉的溫度，但且前還沒有可簡(jiǎn)捷用于工業(yè)規(guī)模燃?xì)廨啓C(jī)的任何這類系統(tǒng)。
下面將討論舊有的光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)的某些不足之處。現(xiàn)以蘭德光學(xué)高溫計(jì)系統(tǒng)作為這方面的一個(gè)有代表性的例子，這種高溫計(jì)的傳感器包括一纖維感光頭、一可彎曲的光導(dǎo)元件以及一探測(cè)器-放大器組件。此系統(tǒng)的窺視管部件安裝在燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)上，使其下端通過此發(fā)動(dòng)機(jī)外殼內(nèi)的汽輪機(jī)段，且固定在第一排固定式導(dǎo)向葉片段的兩葉片之間的一個(gè)開口內(nèi)。纖維感光頭則連接到窺視管的上端，而此感光頭的探針則向下伸入窺視管。探針的下端是個(gè)觀察物鏡，它位于通過導(dǎo)向葉片段之窺視管開口后的不遠(yuǎn)處。這就能使此類高溫計(jì)得以觀察第一排旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉。
窺視管在離其上端很近的地方有一個(gè)空氣清洗用入口。用來冷卻探針和清洗鏡頭的空氣被直接引向以上入口，經(jīng)由此入口朝下通過一介于探針和窺視管內(nèi)側(cè)之間的狹小環(huán)形空間?？蓮澢墓鈱W(xué)纖維光導(dǎo)元件則一端連接到感光頭而另一端連接到探測(cè)器-放大器組件，此組件封閉在一罩子內(nèi)并安裝在很遠(yuǎn)的一個(gè)場(chǎng)所。
蘭得高溫計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，它的某些傳感部件不得不工作在燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)的苛刻的環(huán)境內(nèi)，經(jīng)受到高溫、高壓、激烈的震動(dòng)和污染。由于這些部件是處在這種發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部環(huán)境中，檢修或更換此類部件時(shí)，就必須周期性地停止發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。在大型的工業(yè)用汽輪機(jī)中，由于它們的結(jié)構(gòu)不同于飛機(jī)用的燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)，尤其不希望將窺視管的下端穿過第一排固定的導(dǎo)向葉片段。
蘭德高溫計(jì)系統(tǒng)的另一不足之處在于，從感光頭至第一排汽輪機(jī)汽葉的照準(zhǔn)線其大小和位置都受到限制。除此，探針在窺視管內(nèi)的密配合無法把照準(zhǔn)線調(diào)整到能使靶點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)的汽葉表面上移向不同的位置。由于“固定”的靶點(diǎn)未必是汽輪機(jī)汽葉的最熱部分，因而是不希望受到上述限制的。舉例來說，汽輪機(jī)汽葉上積聚的鱗狀物就能影響獲得正確的溫度讀數(shù)。因此，要是靶點(diǎn)落到汽葉上起鱗的部分，溫度讀數(shù)就可能不準(zhǔn)。
本發(fā)明的光學(xué)高溫計(jì)與窺視管組件，在測(cè)量汽輪機(jī)汽葉溫度方面，有著一些明顯優(yōu)于其他系統(tǒng)的特點(diǎn)。例如，本發(fā)明的高溫計(jì)與探測(cè)器部件是固定在窺視管上，完全在此汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫與高壓環(huán)境之外的某個(gè)位置。窺視管在汽輪機(jī)中的裝設(shè)位置，可使高溫計(jì)部件有一照準(zhǔn)線指向第一排汽葉。同時(shí)，此照準(zhǔn)線能在窺視管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使高溫計(jì)可掃描汽葉的表面，從而發(fā)現(xiàn)最熱或最冷的點(diǎn)。本發(fā)明還包括有使高溫計(jì)部件與發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境隔立開來的裝置，以便進(jìn)行維修工作或在卸下高溫計(jì)時(shí)毋須關(guān)停汽輪機(jī)本身。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，此種窺視管的結(jié)構(gòu)有助于極清晰地觀察旋轉(zhuǎn)的汽葉，而不用穿透過汽輪機(jī)段結(jié)構(gòu)中固定式導(dǎo)向葉片或其他部件。
本發(fā)明的較獨(dú)特之處還表現(xiàn)在，其中的燃?xì)廨啓C(jī)包括一列裝在軸上的可以活動(dòng)的葉片;至少有一根導(dǎo)管構(gòu)成熱氣的通路;將熱氣導(dǎo)向可動(dòng)葉片的裝置，此種裝置中有一列固定的氣體導(dǎo)向葉片和這些導(dǎo)向葉片的支撐件;以及燃?xì)廨啓C(jī)用的外罩，其特征是，窺視管組件(A)所在位置是沿著一條基本上是直的通道，伸過外罩(16)經(jīng)熱氣導(dǎo)管而進(jìn)入熱氣通路，上述的直通道提供了一條照準(zhǔn)線路向指向可動(dòng)汽葉的固定導(dǎo)向葉片之間伸展，同時(shí)也提供了傳感可動(dòng)汽葉狀態(tài)的手段。
本發(fā)明還提供了一種監(jiān)控裝設(shè)在燃?xì)廨啓C(jī)軸上之可動(dòng)葉片的方法，而此種汽輪機(jī)至少有一根構(gòu)成熱氣通路的導(dǎo)管;同時(shí)有將熱氣引向可動(dòng)葉片的裝置，此中裝置包括有一列固定的氣體導(dǎo)向葉片和這些導(dǎo)向葉片的支撐件;以及燃?xì)廨啓C(jī)用的外罩，其特征表現(xiàn)在，傳感可動(dòng)葉片狀態(tài)步驟是通過安放在照準(zhǔn)線上的傳感裝置來完成的，后者經(jīng)由一窺視管組件與可動(dòng)葉片連通，此窺視管組件沿著一條基本上是直的通道延伸，穿過汽輪機(jī)的外罩并經(jīng)熱氣導(dǎo)管而進(jìn)入熱氣通路，其中，照準(zhǔn)線在固定的葉片間延伸并指向可動(dòng)葉片，而這里的傳感裝置是與上述通道成直線且指向可動(dòng)葉片。
本發(fā)明還包括燃?xì)廨啓C(jī)用的窺視管組件，其中包括外罩部件，至少一根熱氣導(dǎo)管、若干排固定的導(dǎo)向葉片、若干排可旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉，以及用于傳感這些固定導(dǎo)向葉片之狀態(tài)的裝置，其特征為，此窺視管有一外端和一內(nèi)端，此外端伸過外罩部件并由觀察窗玻璃封閉，而內(nèi)端則位于此汽輪機(jī)內(nèi)并居于固定的導(dǎo)向葉片前方，此窺視管還提供了一條直接通路，用于在一排固定的導(dǎo)向葉片上觀察所選擇的區(qū)域;所說的傳感裝置與該窺視管通道成一直線，以直接觀察該排固定導(dǎo)向葉片上所選定的區(qū)域。
本發(fā)明除此還包括有用于控制燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒溫度的窺視管組件與光學(xué)傳感裝置，而這種燃?xì)廨啓C(jī)的汽輪機(jī)部分則有若干排固定式導(dǎo)向葉片和若干排轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)汽葉，其特征在于此光學(xué)傳感裝置(10)包括有確定一帶開口端的連結(jié)頸部(11)之第一管狀件;
一個(gè)第二管狀件(14)，它的第一端伸過汽輪機(jī)的外罩部分(16)，而第二端固定在上述聯(lián)結(jié)頸的開口端;
位于此第二個(gè)管狀件(14)內(nèi)的窺視管(15)，此窺視管的第一端位于連結(jié)頸部(11)的開口端和管狀件的第二端(14a)之間，而窺視管的第二端則伸延過汽輪機(jī)上的一根熱氣導(dǎo)管件(18)，此窺視管的外徑小于上述第二管狀件的內(nèi)徑，從而在窺視管與第二管狀件之間界定出一環(huán)形空間;
在連結(jié)頸部與窺視管的第一端之間有一透明;
該窺視管的第二端是位于前述第一排固定導(dǎo)向葉片前方，而此第一排固定的導(dǎo)向葉片則位于第一排旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉的前方;
窺視管組件裝設(shè)的位置使照準(zhǔn)給從傳感裝置出發(fā)，經(jīng)觀察窗玻璃片和窺視管，在一對(duì)固定的導(dǎo)向葉片之間，最后到達(dá)旋轉(zhuǎn)汽輪機(jī)汽葉上的某個(gè)選定區(qū)域;在這里可由傳感裝置獲得旋轉(zhuǎn)的汽葉的圖象，從而使得此傳感裝置得以連續(xù)地監(jiān)控轉(zhuǎn)動(dòng)中葉片的溫度，借以控制汽輪機(jī)段的燃燒溫度。
為了得到合乎本發(fā)明要求的一個(gè)或多個(gè)合適的通道，不妨采用以下程序。開始時(shí)先使可動(dòng)葉片安裝就位，在第一排中選定一對(duì)相鄰的氣體導(dǎo)向件，使一條照準(zhǔn)線從第一排可動(dòng)汽葉通過這對(duì)氣體導(dǎo)向件之間。這樣就產(chǎn)生了一組照準(zhǔn)線，這組照準(zhǔn)線都從第一排的可動(dòng)汽葉起始，然后通過所選定的一對(duì)相鄰的氣體導(dǎo)向件之間，最后終止于汽輪機(jī)的外罩。這樣就確定了一組通道，它們從以上罩子的外表面出發(fā)，通過導(dǎo)管的壁，進(jìn)入熱氣的通路。這些通道都是指向可動(dòng)葉片的。
至此再行確定每條通道將在合處與燃?xì)廨啓C(jī)的各個(gè)部件相交。這時(shí)要對(duì)與燃?xì)廨啓C(jī)各個(gè)部件相交的每條通道之貫穿效應(yīng)作出評(píng)價(jià)。以這樣的評(píng)價(jià)為據(jù)，在這些可能的通道之中選擇一條作為所用的通道。若對(duì)至少另一相鄰的氣體導(dǎo)向件重復(fù)以上程序，再評(píng)價(jià)每一通道，就能使通道的選擇最優(yōu)化，由此能選定所求得的最佳通道。
這里所謂的“通道”是指這樣的一種通道，它基本上取直線形式，它能把反映可動(dòng)汽葉狀態(tài)的信號(hào)傳至對(duì)此葉片狀態(tài)敏感的裝置。按此定義，這種通道可以是一種開式的通道，一種不受阻的通道，一種這樣的光學(xué)通道，它包括有能透過用于在葉片與傳感器之間建立聯(lián)系之一定波長(zhǎng)的光之元件或構(gòu)件，一種能透過聲波的通道，以及一種帶有探頭的通道，例如纖維光學(xué)探頭。這樣的通道本身可以包含控制裝置，例如閥門或活栓等，當(dāng)關(guān)閉閥門或插上活栓時(shí)，可使通道暫時(shí)不能傳輸信號(hào);而當(dāng)打開閥門或撤下活塞時(shí)，又可使通道能傳輸信號(hào)。
上述通道最好設(shè)置于窺視管內(nèi)。窺視管的外端用一種起到觀察窗玻璃片作用的透明件封閉，而窺視管的另一端則至少要伸到導(dǎo)管壁的附近，為的是能大大限制氣流從導(dǎo)管與外罩兩者的壁部之間進(jìn)入通道。實(shí)際上常采用緊鄰配合、滑配合、膨脹接頭、疊套段或有關(guān)工藝中已知的其他手段，來從實(shí)質(zhì)上限制窺視管周圍的氣體進(jìn)入通道。
窺視管采用滑配合或膨脹接頭的目的，在于能讓汽輪機(jī)的各導(dǎo)管與窺視管部件自由獨(dú)立的膨脹，同時(shí)繼續(xù)保持對(duì)氣流進(jìn)入通道的限制。要是并無或并不要求這些部件是自由和獨(dú)立的膨脹，則可以將它們彼此相互固定。通道的管線經(jīng)過第一排導(dǎo)引氣體進(jìn)入的導(dǎo)向葉片之一對(duì)相鄰的葉片間。此通道同上面裝設(shè)有可動(dòng)汽葉的軸優(yōu)選的是構(gòu)成一個(gè)約20至80度的角，而以構(gòu)成40至60度的角更好。通道的管線并不經(jīng)過導(dǎo)引氣體進(jìn)入的導(dǎo)向葉片之支撐件。
可用來傳感汽葉參數(shù)的裝置，舉例來說，有光學(xué)高溫計(jì)、分光光度計(jì)以及測(cè)振儀等。能夠傳感的參數(shù)包括汽葉溫度、汽葉表面鱗狀物堆積的程度，汽葉的振動(dòng)幅度以及汽葉表面的化學(xué)組成。汽葉的溫度例如可用光學(xué)高溫計(jì)傳感，而其表面上堆積的鱗狀物之化學(xué)組成例如可用分光光度計(jì)傳感。用于傳感振動(dòng)幅度的手段可包括頻閃觀測(cè)儀以及一光束，該光束可為激光光束。傳感器件要與通道對(duì)準(zhǔn)并指向可動(dòng)汽葉。
本發(fā)明還提供了連續(xù)監(jiān)控葉片溫度的光學(xué)高溫計(jì)與窺視管組件，同時(shí)能利用所得數(shù)據(jù)控制燃?xì)廨喼械娜紵郎囟?。在一個(gè)從優(yōu)選擇的實(shí)施例中，這類光學(xué)高溫計(jì)裝置上有一個(gè)從它本身延伸出去的管狀件，由此定出一個(gè)帶開口端的連結(jié)頸部。本發(fā)明包括一個(gè)具有開閉位置的閥門，閥門的一端與高溫計(jì)連結(jié)頸部相連通。用作觀察窗玻璃片的透明件位于高溫計(jì)連結(jié)頸部與此閥門之間。另有一管狀件界定出一個(gè)固定在汽輪機(jī)外罩上的排氣管。此排氣管的另一端有一聯(lián)接管與上述閥門連通。
窺視管位于該聯(lián)接管內(nèi)，而窺視管的帶凸緣之端部則夾定在聯(lián)接管與閥門之間。窺視管的另一端延伸經(jīng)過汽輪機(jī)的熱氣導(dǎo)件。窺視管的外徑小于聯(lián)接管的內(nèi)徑，從而在這兩個(gè)管子之間限定出一個(gè)環(huán)形空間。燃?xì)廨啓C(jī)中包括有一個(gè)汽輪機(jī)段，其中有若干排固定的導(dǎo)向葉片和若干排旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉，它們位于各排導(dǎo)向葉片之后。終結(jié)于熱氣導(dǎo)管的窺視管端部，位于第一排固定的導(dǎo)向葉片之前方，而這一排導(dǎo)向葉片則又處在第一排旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉之前方。
窺視管處在汽輪機(jī)段的位置，要使得照準(zhǔn)線能從高溫計(jì)裝置直接通過觀察窗玻璃片、窺視管、第一排固定葉片，然后落到第一排旋轉(zhuǎn)的汽葉上某個(gè)選擇好的部位。毋須對(duì)汽輪機(jī)段進(jìn)行有形的穿透。為了觀察汽葉，只須穿過一根熱氣導(dǎo)管。使閥門居于其開啟位置，高溫計(jì)裝置就能連續(xù)監(jiān)控旋轉(zhuǎn)汽葉的溫度，而所得的數(shù)據(jù)即可用于控制汽輪機(jī)的燃燒溫度。將閥門移向關(guān)閉位置，使觀察窗玻璃片與高溫計(jì)裝置同汽輪機(jī)段的環(huán)境隔離開來，便可在汽輪機(jī)繼續(xù)運(yùn)行的同時(shí)，對(duì)高溫計(jì)裝置或觀察窗玻璃片進(jìn)行快速的維修或更換。
圖1是一臺(tái)汽輪機(jī)的部分等角圖，示意地表明了光學(xué)高溫計(jì)連接到窺視管組件的情形。圖中的高溫計(jì)與窺視管是裝設(shè)在一燃?xì)廨啓C(jī)上的一個(gè)典型的作業(yè)位置處。
圖2是圖1示意的光學(xué)高溫計(jì)與窺視管組件的一個(gè)部分的輔助性正視圖。
圖3是沿圖2中3-3線的剖面圖，其中圖示出了經(jīng)窺視管觀察到的汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)汽葉。
圖4是圖2所示窺視管組件的一個(gè)放大的局部圖。本圖專用于說明窺視管與聯(lián)接管之間的一個(gè)環(huán)形空間以及此窺視管中的這樣一些開口，這些開口可用于從窺視管中清除有害的蒸汽相物質(zhì)和粒狀材料。
現(xiàn)在細(xì)致的參看圖1與圖2，字母A統(tǒng)一地代表本發(fā)明中的一種光學(xué)高溫計(jì)和窺視管組件的一個(gè)實(shí)施例。數(shù)字10指上述光學(xué)高溫計(jì)，從此高溫計(jì)伸延出的一個(gè)管狀件確定一連接頸部11。此連接頸部11的凸緣端連接到閥門12的一個(gè)凸緣端上。觀察窗玻璃片(壓力封接式)13即夾定在連接頸部11與閥門12的凸緣端之間。
將閥門12關(guān)閉，即可使高溫計(jì)裝置10與觀察窗玻璃片13同汽輪機(jī)的入口段19a的周圍環(huán)境分隔開。閥門12可用人工或自動(dòng)操作，后者可采用電動(dòng)的或氣動(dòng)的控制系統(tǒng)。適用于上述目的之閥門可為這樣的形式，即當(dāng)此閥門處于開啟位置時(shí)，閥門中有一條通過閥門孔的清楚的照準(zhǔn)線。這類閥門的例子有閘閥、球閥和旋塞閥。
窺視管組件主要由窺視管15和一管形件14構(gòu)成。管形件14的前端有一個(gè)裝設(shè)在閥門12凸緣端的凸緣14a，此閥門12與連接頸部11的位置相對(duì)。管形件14的相反一端(無凸緣的一端)固定在汽輪機(jī)的外罩16上。窺視管15裝配在管形件14之內(nèi)。窺視管15前端上的凸緣15a夾定在管形件14的凸緣端14a與閥門12的凸緣之間。窺視管的外徑略小于管形件14的內(nèi)徑，得以如圖4中所清楚示明的那樣，在窺視管15與管形件14之間界定一個(gè)環(huán)形空間17。
窺視管15的下端通到一熱氣導(dǎo)管件18內(nèi)，防止壓氣機(jī)排出的空氣過多地泄漏到汽輪機(jī)的入口段19a內(nèi)。圖2中非常清楚地表明，窺視管的下端最好同導(dǎo)管件18的內(nèi)表面18a平接無縫。在表面18a之外就是汽輪機(jī)的入口段19a，這一帶的氣體溫度是極其之高的。實(shí)施本發(fā)明時(shí)，之所以不讓窺視管15伸入上述熱氣導(dǎo)管，其原因在于減少高溫環(huán)境會(huì)使此窺視管的端部熱裂解成為碎片與破裂的可能性。從圖4中可以看到，窺視管15在臨近管形件的凸緣14a處有若干個(gè)小的開口20。
汽輪式壓氣機(jī)21的壓氣機(jī)排氣段是一個(gè)位于外罩16與熱氣導(dǎo)管18(或若干熱氣導(dǎo)管)之間的區(qū)域，一般以數(shù)字21a表示。在汽輪機(jī)段19的內(nèi)部有若干排固定的導(dǎo)向葉片22以及若干排轉(zhuǎn)動(dòng)的汽葉23。圖1中極清楚的表明，每一排汽輪機(jī)汽葉都是安裝在葉輪的轉(zhuǎn)軸24上，而每一排固定的導(dǎo)向葉片則裝設(shè)在汽輪機(jī)段之內(nèi)，且在每排汽輪機(jī)汽葉23之前有一排導(dǎo)向葉片22。
在一種典型的作業(yè)中，此高溫計(jì)裝置連續(xù)地監(jiān)控第一排旋轉(zhuǎn)中的汽輪機(jī)汽葉23的溫度，并利用此種數(shù)據(jù)自動(dòng)地控制著汽輪機(jī)的燃燒溫度。有若干種市售的光學(xué)高溫計(jì)系統(tǒng)可用于實(shí)施本發(fā)明。這類系統(tǒng)中之一的一種雙色高溫計(jì)最好用作為本發(fā)明基本的溫度監(jiān)控系統(tǒng)。此種雙色高溫計(jì)的探測(cè)器能對(duì)兩個(gè)輻射波段作出反應(yīng)，其中的溫度數(shù)據(jù)乃是以這兩個(gè)波段的比值計(jì)算出來的。
這種雙色高溫計(jì)的一個(gè)獨(dú)特之優(yōu)點(diǎn)在于它能補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)中汽葉輻射率的變化。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能補(bǔ)償輻射透過觀察窗玻璃片時(shí)的變化，這種變化會(huì)因有可能妨礙透過窗玻璃片進(jìn)行觀察的薄膜或其他材料而引起。由于它的探測(cè)器的反應(yīng)速率慢，就無法獲得各個(gè)汽葉的溫度分布，不過，它卻能讀出平均溫度值。
另一類傳統(tǒng)的光學(xué)高溫計(jì)系統(tǒng)利用一個(gè)單一的波段來探測(cè)輻射熱。這些系統(tǒng)中的某些具有一種特殊的優(yōu)點(diǎn)，即它們的探測(cè)器對(duì)輻射熱有很高的反應(yīng)速度。這樣就能使相應(yīng)的高溫計(jì)“讀出”各個(gè)汽葉的溫度，由此而發(fā)現(xiàn)出汽輪機(jī)段的最熱汽葉。此種探測(cè)器的缺點(diǎn)之一是輻射率的變化，而輻射率則是探測(cè)器功能的一個(gè)整體部分。這樣的變化，使得此裝置本身經(jīng)一段長(zhǎng)時(shí)間而求得平均汽葉溫度讀數(shù)的可靠性降低。
另一類稱之為光譜分析儀的市售光學(xué)系統(tǒng)，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可用于監(jiān)控燃?xì)廨啓C(jī)中旋轉(zhuǎn)汽葉的溫度。這種光譜儀既可用來代替上述高溫計(jì)系統(tǒng)，也可用作一種輔助儀表去補(bǔ)充修正由前面兩種儀器之一所獲得的溫度數(shù)據(jù)。光譜分析儀的一個(gè)獨(dú)到優(yōu)點(diǎn)是，其探測(cè)器能反應(yīng)從紅外到紫外整個(gè)光譜區(qū)的輻射能波長(zhǎng)。由于它的反應(yīng)速度慢，故在要求各片汽葉的溫度數(shù)據(jù)時(shí)，最好與一臺(tái)蘭德光學(xué)高溫計(jì)相結(jié)合使用。
為了對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)汽葉進(jìn)行溫度監(jiān)控，按以上所述，將光學(xué)高溫計(jì)裝置10與窺視管組件依圖1和圖2所示位置安裝就位。安裝完畢后，起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，將閥門12打開。然后調(diào)節(jié)高溫計(jì)裝置10。使能直接和清楚地觀察第一排旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉23上所選擇的靶點(diǎn)。圖3中的一個(gè)典型的靶點(diǎn)用一個(gè)小的“S”示意，它出現(xiàn)在通過現(xiàn)場(chǎng)的一片汽輪機(jī)汽葉上。
如圖所示，以參考數(shù)字26指出的照準(zhǔn)線，沿著從高溫計(jì)裝置10出發(fā)的一條直接路線，經(jīng)閥門12、窺視管15，從而通過第一排葉片中的兩個(gè)固定導(dǎo)向葉片22之間的開口。前面談到過，第一排固定的導(dǎo)向葉片22是位于第一排汽輪機(jī)汽葉23之前方。
窺視管15在汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的實(shí)際定位標(biāo)準(zhǔn)，要能使高溫計(jì)裝置10沿一條直接的照準(zhǔn)線觀察到旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉23。如圖所示光學(xué)高溫計(jì)10得以沿著直接的照準(zhǔn)線，不通過汽輪機(jī)段的任何部件就能觀察汽輪機(jī)汽葉23的本領(lǐng)，據(jù)認(rèn)為在光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量汽輪機(jī)汽葉的溫度方面，是一項(xiàng)較任何已有技術(shù)都是一項(xiàng)獨(dú)特的改進(jìn)技術(shù)。
前面談到過，光學(xué)高溫計(jì)裝置10的功能在于連續(xù)的監(jiān)控和傳感汽輪機(jī)汽葉23的溫度。這一溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭浑娮涌刂齐娐?圖中未示明)，此電路控制汽輪機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如進(jìn)口的氣體溫度、出口的氣體溫度、燃料輸入量，等等。這樣便可使控制電路自動(dòng)地調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的燃料供應(yīng)，據(jù)此而將燃燒溫度保持到所要求的水平。
在汽輪機(jī)運(yùn)行中，它內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的水蒸汽能通過窺視管15和閥門12向上移動(dòng)，而冷凝在觀察窗玻璃片13上。這樣的在此觀察窗玻璃片上冷凝成的薄膜足以妨礙照準(zhǔn)線并使之產(chǎn)生不正確的溫度讀數(shù)。從壓氣機(jī)排出段輸出加壓空氣來清潔此窺視管15，就可解決上述問題。例如，壓氣機(jī)排出段的空氣壓強(qiáng)約為150磅/平方英寸，它與汽輪機(jī)入口段19a的氣體入口壓力相比，約高出5磅/平方英寸。這一壓差得以使壓氣機(jī)排出段21a中的空氣反流通過管形件14和窺視管15之間的環(huán)形空間17。環(huán)形空間17中的空氣通過開口20經(jīng)窺視15而流至汽輪機(jī)段。隨著此空氣通過窺視管15，也就帶走了任何可能存在的水蒸汽。
窺視用玻璃件13對(duì)于高溫計(jì)裝置10起著觀察窗的作用。由于這樣的窗玻璃片13是一個(gè)無開口的固體材料片，它當(dāng)閥門12處于開啟位置時(shí)，就在汽輪機(jī)與高溫計(jì)裝置10之間當(dāng)作一個(gè)臨界的壓力密封件。
在此處所述并加以闡明的，本發(fā)明之優(yōu)選的實(shí)施例中，閥門12提供了一種手段，使觀察窗玻璃片13與高溫計(jì)裝置10同汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境隔離開來。正如前面已指出的，這是本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)，因?yàn)檫@就有可能在汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)中，卸下和更換高溫計(jì)裝置10或觀察窗玻璃片13，或者檢修高溫計(jì)。本發(fā)明的范圍還包括有第二實(shí)施例，其中，從這里所談到的結(jié)構(gòu)內(nèi)省去了閥門12。在這個(gè)實(shí)施例中，高溫計(jì)裝置10的連接頸部11直接連通到管形件14與窺視管15的凸緣14a與15a上，且使觀察窗玻璃片13位于連接頸部11的凸緣與窺視管15的凸緣15a之間。
前面述及，此窺視管在汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的實(shí)際所處位置，應(yīng)使此高溫計(jì)裝置能夠沿著一條直接的照準(zhǔn)線來觀察旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉。本發(fā)明在具體實(shí)施過程中還包括這樣一項(xiàng)內(nèi)容，即可以將窺視管裝設(shè)到這樣一個(gè)位置、其中允許高溫計(jì)或另一類傳感儀表去觀察汽輪機(jī)內(nèi)的其他部件，例如固定的導(dǎo)向葉片、熱氣導(dǎo)管、燃燒室或另外的器件等。
另一種可用于本發(fā)明的高溫計(jì)，是一種已轉(zhuǎn)向于以熱氣導(dǎo)管中存在的氣體之發(fā)射波長(zhǎng)為對(duì)象的高溫計(jì)。這樣一種高溫計(jì)可與窺視管聯(lián)合使用并依本發(fā)明所述的方式安裝，而此窺視管可由某種適當(dāng)?shù)臍怏w清潔，這種氣體則能自由地傳輸熱氣導(dǎo)管中氣體發(fā)出的輻射熱。這樣就能使此光學(xué)高溫計(jì)連續(xù)地監(jiān)控?zé)釟鈱?dǎo)管中的氣體溫度。
為簡(jiǎn)單起見，所披露的本項(xiàng)發(fā)明參照附圖作為一種采用了單一熱氣導(dǎo)管的燃?xì)廨啓C(jī)的情形進(jìn)行了說明。本發(fā)明依照以上文字的描述，可以用于包括有一列熱氣導(dǎo)管的燃?xì)廨啓C(jī)。事實(shí)上，本發(fā)明最初是被用在多導(dǎo)管的汽輪機(jī)之中的。熱氣導(dǎo)管的數(shù)目多寡原本是燃?xì)廨啓C(jī)本身的設(shè)計(jì)問題，而與本發(fā)明的主題無關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)，其中包括多個(gè)裝設(shè)在一根軸上的可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片；至少有一根形成熱氣通路的導(dǎo)管；將此熱氣導(dǎo)向可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的裝置，此種裝置包括多個(gè)固定的氣體導(dǎo)向葉片以及這些導(dǎo)向元件的支撐裝置；以及該燃?xì)廨啓C(jī)的外罩，其特征在于，有一個(gè)窺視管組件(A)沿著一條基本上是直的通道放置并延伸過外罩(16)，經(jīng)熱氣導(dǎo)管后進(jìn)入熱氣通路，此通路提供了一條照準(zhǔn)線，該照準(zhǔn)線穿越這些固定的氣體導(dǎo)向葉片之間而指向可轉(zhuǎn)動(dòng)的汽葉，以及傳感這些可轉(zhuǎn)動(dòng)汽葉之狀態(tài)的裝置。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中，窺視管的外端由一觀察窗玻璃片封閉，此窺視管的另一端至少延伸到前述導(dǎo)管的管壁附近，從而能大大地限制氣體流入以上熱氣通路。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1或者2所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中，傳感那些可轉(zhuǎn)動(dòng)汽葉狀態(tài)的裝置與前述通道對(duì)準(zhǔn)，并且與可轉(zhuǎn)動(dòng)的汽葉在一條直線上。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1、2或者3所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中的傳感裝置是光學(xué)高溫計(jì)。
5.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中通道以及上面裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的軸之間界定了一個(gè)20～80的角度。
6.根據(jù)上述權(quán)項(xiàng)中任何一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中，窺視管與燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)排出段之間存在有流體通道，而此窺視管至少包括有一個(gè)用以清洗其本身的開口。
7.用于控制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒溫度的窺視管組件和光學(xué)傳感裝置，這里的燃?xì)廨啓C(jī)包括汽輪機(jī)段，其中有若干排固定的導(dǎo)向葉片和若干排轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)汽葉，其特征在于光學(xué)傳感裝置(10)包括有第一種管形件，后者界定一個(gè)有開口端的連接頸部(11);第二種管形件(14)，它的第一端延伸過汽輪機(jī)的外罩段(16)，第二端固定到連接頸部的開口端;位于第二種管形件(14)內(nèi)部的窺視(15)，此窺視管的第一端位于連接頸部(11)的開口端與該管形件的第二端(14a)之間，窺視管的第二端延伸越過汽輪機(jī)的一根熱氣導(dǎo)管件(18)，窺視管的外徑小于第二種管形件的內(nèi)徑，從而得以在窺視管與第二種管形件之間界定出一個(gè)環(huán)形空間;在連接頸部與窺視管的第一端之間設(shè)置有一透明件;且窺視管的第二端放置在第一排前述的固定導(dǎo)向葉片前方，而此第一排固定導(dǎo)向葉片則設(shè)定于汽輪機(jī)之旋轉(zhuǎn)汽葉的前面;窺視管組件轉(zhuǎn)設(shè)在這樣一個(gè)位置，使得有一條照準(zhǔn)線從傳感裝置起，經(jīng)觀察窗玻璃片、窺視管并從一對(duì)固定的導(dǎo)向葉片之間直至旋轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)汽葉的某個(gè)選定的區(qū)域上;其中，由傳感裝置獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)汽葉之圖象，得以使此傳感裝置能連續(xù)地監(jiān)控轉(zhuǎn)動(dòng)汽葉的溫度，從而控制此汽輪機(jī)段的燃燒溫度。
8.根據(jù)權(quán)項(xiàng)7所述的組件，其特征在于，環(huán)繞于窺視管(15)的環(huán)形空間(17)與燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)排出段之間有流體通道;上述窺視管上至少有一個(gè)與該窺視管第一端相鄰近的開口與該環(huán)形空間有流體通道。
9.根據(jù)權(quán)項(xiàng)7或者8所述的組件，其中，包括一個(gè)閥門，它的一端連通到連接頸部與觀察窗玻璃片之間，而另一端連通到管形件與窺視管之間。
10.監(jiān)控裝設(shè)在燃?xì)廨啓C(jī)軸上之可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的方法，此燃?xì)廨啓C(jī)至少包括有一根形成熱氣通路的導(dǎo)管、將熱氣導(dǎo)向可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的裝置，這一裝置中包括有多個(gè)固定的氣體導(dǎo)向葉片和這些葉片的支撐裝置;以及燃?xì)廨啓C(jī)用的外罩，其特征在于，傳感此可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片之狀態(tài)的步驟是通過一種傳感裝置來完成的，后者位于這樣的一條與可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片相通的照準(zhǔn)線上，此照準(zhǔn)線經(jīng)由沿著一條基本上是直的通道通過汽輪機(jī)外罩的窺視管，再經(jīng)熱氣導(dǎo)管進(jìn)入熱氣通路，其中，此照準(zhǔn)線再穿越兩個(gè)固定葉片之間而指向上述的可轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，而且，位于此照準(zhǔn)線上的傳感裝置與上述的基本上是呈直線的通道對(duì)準(zhǔn)，并指向那些可動(dòng)的汽葉。
11.根據(jù)權(quán)項(xiàng)10所述的方法，其中，所述的傳感裝置是一種傳感可轉(zhuǎn)動(dòng)汽葉溫度的光學(xué)高溫計(jì)。
12.一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的窺視管組件，其中包括一外罩部分，至少一根熱氣導(dǎo)管元件、若干排固定的導(dǎo)向葉片、若干排轉(zhuǎn)動(dòng)的汽輪機(jī)汽葉，以及傳感這些固定導(dǎo)向葉片狀態(tài)的裝置，其特征在于，該窺視管一個(gè)外端和一個(gè)內(nèi)端，此外端延伸越過上述的外罩部分并由一觀察窗玻璃片密封，它的內(nèi)端則位于汽輪機(jī)的內(nèi)部并處在那些固定的導(dǎo)向葉片之前，這種窺視管提供了一個(gè)直接的通道，用來觀察一排固定的導(dǎo)向葉片上之某個(gè)所選定的區(qū)域;上述的傳感器件與此窺視管的通道對(duì)準(zhǔn)，從而對(duì)此固定的一排導(dǎo)向葉片上所選定的區(qū)域進(jìn)行直接觀察。
13.根據(jù)權(quán)項(xiàng)12中所述的組件，其中，傳感器件是光學(xué)高溫計(jì)。
14.根據(jù)權(quán)項(xiàng)12或者13中所述的組件，其中，窺視管提供了一條直接通道用于觀察一熱氣導(dǎo)管元件上的某個(gè)選定的區(qū)域，同時(shí)，其中所說的傳感熱氣導(dǎo)管狀態(tài)的裝置同用來直接觀察熱氣導(dǎo)管元件上之選定區(qū)域的窺視管通道對(duì)準(zhǔn)。
15.根據(jù)權(quán)項(xiàng)12或者13所述的組件，其中窺視管提供了一條與熱氣導(dǎo)管件內(nèi)存在之氣體相連的直接通道，而用于傳感此熱氣的溫度之裝置則與監(jiān)控該氣體溫度的窺視管通道對(duì)準(zhǔn)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種與光學(xué)高溫計(jì)之類的傳感儀表相組合的窺視管組件，用于連續(xù)監(jiān)控大型燃?xì)廨啓C(jī)特別是工業(yè)用的那類燃?xì)廨啓C(jī)中第一排旋轉(zhuǎn)的汽葉之溫度。由這臺(tái)高溫計(jì)裝置接收到的溫度數(shù)據(jù)被饋送到一控制電路，此電路調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料輸入量，由此控制燃燒溫度。實(shí)施本發(fā)明時(shí)獲取可靠的汽葉溫度數(shù)據(jù)之關(guān)鍵在于窺視管設(shè)于燃?xì)廨啓C(jī)中的位置，此位置能使上述高溫計(jì)沿著一條直接的照準(zhǔn)線“觀察”旋轉(zhuǎn)中的汽葉，這條照準(zhǔn)線穿過熱氣導(dǎo)管，而不通過此燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)的汽輪機(jī)部分。
文檔編號(hào)G01J5/04GK85105166SQ85105166
公開日1986年12月3日 申請(qǐng)日期1985年7月6日
發(fā)明者理查德·E·扎卡里 申請(qǐng)人:陶氏化學(xué)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan