專利名稱：用于監(jiān)測渦輪機徑向間隙的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測渦輪機徑向間隙的裝置，渦輪機具有一根渦輪機軸和固定在渦輪機軸上并由渦輪機殼所包圍的渦輪葉片。
當渦輪機，例如汽輪機運行時，由渦輪機軸和渦輪葉片(工作葉片)所組成的轉子(主要在轉子的最大彎曲區(qū)內)由于受到運行狀況負荷的影響可能會產生徑向間隙或徑向間隙橋接，因此，特別是在高溫狀況下，通常要對間隙變化進行監(jiān)測。
為監(jiān)測渦輪機部件間的間隙，由專利文獻WO93/17296公開了一種技術方案，即借助一個穿過渦輪機殼的光波導體及安裝在渦輪機殼體和/或一個渦輪葉片中的棱鏡，利用光強度的變化來確定間隙的變化。然而其缺點是，溫度的影響以及間隙中工作介質，如蒸汽的濕度會導致棱鏡表面蒙霧及渦輪機部件起氧化皮。由于這種渦輪機部件上的氧化皮或覆層，反射光強度不隨間隙變化而變化。因而一種準確和穩(wěn)定的徑向間隙測量不能得到保證。此外在轉子邊緣區(qū)域對間隙的監(jiān)測迄今為止還未實現(xiàn)。
因此本發(fā)明的目的在于，制造一種本文開頭所述類型的裝置，使得即便在渦輪機部件產生氧化皮時也能夠進行可靠準確的徑向間隙監(jiān)測。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即提供一種用于測量一渦輪機裝置位置變化的裝置，該渦輪機裝置具有一根渦輪機軸和/或被渦輪機殼體所包圍并固定在該渦輪機軸上的渦輪葉片，以及一個穿過渦輪機殼體的玻璃纖維探測器，其特征在于至少在一個渦輪葉片表面或渦輪機軸軸表面上所設置的一個由非氧化材料制成的，用于反射來自玻璃纖維探測器的光的測量基準點，以及一個檢測反射光強度差的裝置和一個將強度差與一個事先求得的基準值進行比較的裝置，還有一個與玻璃纖維探測器相連的光波收發(fā)器。
當為了測出渦輪葉片與渦輪機殼體之間的徑向間隙，而在渦輪葉片上設置測量基準點時，為了測出渦輪機軸與渦輪機殼體之間所產生的徑向間隙，要在軸表面上設置測量基準點。
為了獲得一個在渦輪機運行中對徑向間隙進行監(jiān)測所需的盡可能恒定而可靠的測量基準點，該測量基準點的非氧化材料最好是一種抗氧化起鱗皮的材料，如鎳鉻合金，鉑或金。
在一有利的設計方案中，玻璃纖維探測器由一玻璃纖維束構成。為了能不打開渦輪機殼體就可更換玻璃纖維探測器，相宜地將玻璃纖維探測器可拆卸地插在渦輪機殼體內，例如在測量點螺紋連接地插入。
為了能夠在高溫區(qū)域，尤其是在汽輪機的高壓段也能測出徑向間隙，相宜地將玻璃纖維探測器耐高溫地插入陶瓷絕緣套管里面。
當一個渦輪機，尤其是一個雙殼渦輪機運行時，內外殼的直徑經常會發(fā)生變化。為了補償這種變化，玻璃纖維探測器通過一個彈性外罩裝在兩個渦輪機殼體部件之間的空間里。因此玻璃纖維探測器最好設計成柔韌且抗膨脹。
為了盡可能早期且精確地確定軸的位移，最好在渦輪機軸和渦輪機殼之間設置的迷宮式密封區(qū)域內的軸表面上設置至少一個由非氧化材料制成的測量基準點。在此，通過設置大量的玻璃纖維探測器以及在軸表面和/或渦輪葉片上設置相應數(shù)量的測量基準點，相宜地計算出渦輪機軸相對于渦輪機殼的相對偏移。
在另一有利的設計方案中，為了確定和表示徑向間隙變化以及軸的位移設有一分析和診斷系統(tǒng)。
本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點主要在于，通過采用非氧化的測試基準點，保證穩(wěn)定且準確地測得和/或精確把診斷徑向間隙和/或軸位移。由此可以及早確定渦輪葉片上的損壞及材料磨損。特別是可以避免回轉渦輪機部件與靜止渦輪機部件相切以及由此產生的能量損失。玻璃纖維探測器相宜地與一個光波發(fā)射器及接收器(收發(fā)器)連接起來。由此可根據(jù)測試點光照條件的變化求得徑向間隙的變化。
下面借助附圖對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明，附圖中
圖1和圖2為帶有徑向間隙監(jiān)測機構的渦輪機的局部剖視圖，圖3為以放大比例示出的圖1中帶有一個穿過內，外殼的玻璃纖維探測器的局部截面III的放大示圖。
在所有附圖中相互對應的部件采用相同的附圖標記。
圖1所示渦輪機2例如為一汽輪機。它包括一根渦輪機軸4及固定在其上的工作葉片6，該工作葉片由渦輪殼體8及固定在其上的導向葉片10所圍繞。
徑向間隙監(jiān)測機構包括一個通過渦輪機殼體8的玻璃纖維探測器12，一個位于渦輪殼體8外面的光波收發(fā)器14與該玻璃纖維探測器相連。玻璃纖維探測器12在渦輪機殼體8內穿過一個由陶瓷16構成的絕緣套管17。在這個或每個工作葉片6的自由端表面上具有一個由非氧化材料構成的測量基準點18。測量基準點18的材料例如由鎳鉻合金，鉑或金所構成。這些材料的特點是抗氧化起鱗皮。一個分析和診斷系統(tǒng)20連接在該光波收發(fā)器14上。該分析和診斷系統(tǒng)20測出測量點21處光照條件的變化并計算出在工作葉片6與渦輪機殼體8之間所出現(xiàn)的徑向間隙22。
圖2示出渦輪機2在渦輪機軸4與渦輪機殼體8之間的迷宮式密封部位24。該迷宮式密封24用來密封穿過渦輪機殼體8的軸通孔。該迷宮式密封24包括渦輪機殼體8內的密封帶26和渦輪機軸4上的槽28。為了測量渦輪機殼體8與渦輪軸4之間的徑向間隙22′，在槽28之間的渦輪軸4的軸表面上同樣安置了一個由非氧化材料所構成的測量基準點18′。這個玻璃纖維探測器12′同樣在渦輪機殼體8內穿過一個由陶瓷16′構成的絕緣套管17′。該玻璃纖維探測器12′同樣通過一光波收發(fā)器14與分析和診斷系統(tǒng)20連接。
圖3示出圖1所示渦輪機2的帶有內殼體30和外殼體32的渦輪機殼體8。在此該玻璃纖維探測器12在內殼體30和外殼體32之間的區(qū)域內穿過一個彈性外殼34，以補償因渦輪機運轉造成的膨脹。為了防高溫，該套管17不僅在內殼體30部位而且在外殼體32部位均用陶瓷16a，16b來絕緣。插在套管17內的玻璃纖維探測器12由成束的玻璃纖維36構成。為了玻璃纖維探測器12的防潮隔熱，在測量點21安裝了一石英玻璃38，例如藍寶石窗。玻璃纖維探測器12在內殼體30內通過一螺紋可拆卸地與所述插入套管17相連。由此使玻璃纖維探測器12在渦輪機的停運狀態(tài)下不打開渦輪機2就可通過外殼體32被取出。為了補償運行中產生的內殼體30與外殼體32之間的相對移動不僅在內殼體30中而且在外殼體32中都設有一在套管17縱向長度部位上的軟密封42。
由渦輪機軸4和工作葉片6所組成的轉子5因運行承受負荷導致在渦輪機殼體8與工作葉片6的末端以及渦輪軸4之間產生徑向間隙22，22′。這種形式的徑向間隙22，22′借助玻璃纖維探測器12，12′以及利用設置在工作葉片6和或渦輪軸4的軸表面上的非氧化測量基準點18，18′，通過光強度差及與參考值的比較而確定。
所述參考值或基準值通過在渦輪機2停止運行的校準過程中求得。為此可以對由光波收發(fā)器14發(fā)出的與從測量基準點18反射回來又被光波收發(fā)器14重新接收的光之間的強度進行相互比較。根據(jù)比較結果在分析診斷系統(tǒng)20中計算出徑向間隙22或22′。
在渦輪機2運行時，將實時測得的光強度差與基準測量時求得的光強度差進行比較。在所述分析診斷系統(tǒng)20中根據(jù)實時測得的光強度差與基準測量值的偏差計算出徑向間隙22，22′的變化或大小。
權利要求
1.一種用于監(jiān)測渦輪機裝置(2)中徑向間隙的裝置，該渦輪機(2)具有一根渦輪機軸(4)和固定在渦輪機軸上且被渦輪機殼體(8)所包圍的渦輪葉片(6，10)，以及一個穿過渦輪機殼體(8)的玻璃纖維探測器(12)，其特征在于至少在一個渦輪葉片(6，10)表面和/或渦輪機軸(4)軸表面上所設置的一個由非氧化材料制成的，用于反射來自玻璃纖維探測器(12)的光的測量基準點(18)，以及一種檢測反射光強度差的裝置。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，測量基準點(18)的非氧化材料是抗氧化起鱗皮的。
3.按照權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述玻璃纖維探測器(12)由玻璃纖維束(36)構成。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述玻璃纖維探測器(12)可拆卸地裝在渦輪機殼體(8)里。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述玻璃纖維探測器(12)被裝進一個由陶瓷(16)構成的絕緣套管(17)里面。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述玻璃纖維探測器(12)在兩個渦輪機殼體(30，32)之間的區(qū)域內穿過一彈性外套(34)。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，一個與玻璃纖維探測器(12)相連的光波收發(fā)器(14)。
8.按照權利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，至少有一個由非氧化材料構成的測量基準點位于渦輪機軸(4)與渦輪機殼體(8)之間的迷宮式密封(24)區(qū)域內的軸表面上。
9.按照權利要求1至8中任一項所述的裝置，其特征在于，數(shù)個玻璃纖維探測器(12)及相應數(shù)量的測量基準點(18)設置在軸表面(4)和/或渦輪葉片(6，10)上，用于測出渦輪機軸位移。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的裝置，其特征在于一個用于確定和表示徑向間隙變化及軸位移的分析和診斷系統(tǒng)(20)。
全文摘要
一種用于監(jiān)測渦輪機徑向間隙的裝置,當渦輪機(2)運行時,對出現(xiàn)在渦輪機殼體(8)與渦輪機軸(4)之間或渦輪機殼體(8)與渦輪葉片(6)之間的徑向間隙(22,22′)進行監(jiān)測。為了保證穩(wěn)定和準確地測量徑向間隙(22,22′),按照本發(fā)明,至少在一個渦輪葉片(6)表面或渦輪機軸(4)軸表面上設有一個測量基準點(18,18′),該基準點由非氧化材料制成,用于反射穿過渦輪機殼體(8)的玻璃纖維探測器(12,12′)的光。
文檔編號F01D21/00GK1206449SQ97191443
公開日1999年1月27日 申請日期1997年1月8日 優(yōu)先權日1996年1月15日
發(fā)明者沃爾特·佐爾納 申請人:西門子公司