CN102628718B

CN102628718B - 用于测量轴变形的设备和方法

Info

Publication number: CN102628718B
Application number: CN201210022732.1A
Authority: CN
Inventors: P·D·昂斯莱
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102628718A; JP2012159507A; DE102012001446A1; US20120194825A1; DE102012001446B4; US8610890B2; JP5683509B2

Abstract

本发明提供一种用于测量轴变形的设备和方法。用于利用装置测量轴(2)的变形的方法包括下述步骤：在施加变形之前，照亮施加于轴(2)上的图案(3)；通过检测被图案(3)反射的辐射来检测第一参考位置；在施加变形之后，照亮图案(3)；通过检测被图案(3)反射的辐射来检测第二参考位置。因此，基于第一参考位置和第二参考位置之间的距离，确定轴的周向变形和/或扭矩。

Description

用于测量轴变形的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量轴变形的设备和方法。

具体地讲，所述轴是燃气涡轮机或蒸汽涡轮机或发电机的轴。

背景技术

用于测量轴，例如，燃气涡轮机或蒸汽涡轮机或发电机的轴，变形的多种方法为人所知。

US4995257公开了：轴，其上具有纵向隔开的两个标记；光源和检测器，用于由所述标记反射的光，连接到计算角变形的电路。

US4347748公开了：轴，在隔开的位置具有第一反射表面和第二反射表面；光源和检测器，用于由所述反射表面反射的光，被设置为连接到计算扭矩的电路。

这些已知的系统试图直接测量轴变形(即，直接检测变形角度)，显然，由于变形通常非常小，因此，在某些情况下，这种测量可能不准确。

发明内容

因此，本发明的一方面包括提供一种设备和方法，通过该设备和方法，能够以非常准确的方式确定轴变形。

本发明的另一方面包括提供一种简单且可靠的设备和方法。

根据本发明，通过提供一种根据权利要求所述的设备和方法来实现技术目的连同这些和另外的方面。

附图说明

通过对在附图中以非限制性示例的方式示出的设备和方法的优选但非排他的实施例进行的描述，本发明的进一步的特点和优点将会更加清楚，在附图中：

图1至图3是本发明的实施例中的方法的不同步骤；

图4示出了图2的图案(第一步骤，实线)与图3的图案(第二步骤，虚线)交叠；

图5示出了具有辐射源和传感器的载体的示例；

图6示出了所述设备的不同的实施例；

图7示出了弯曲图案的特定的实施例。

具体实施方式

设备1包括例如燃气涡轮机或蒸汽涡轮机或发电机的轴2；显然，不管怎样，不同机器的轴也是可行的。所述设备还包括用于测量轴2的变形的装置。

该装置包括：弯曲图案3，施加于轴2上；辐射源4，用于照亮图案3；传感器5，用于检测被图案3反射的辐射。

弯曲图案3可以是利用不同技术施加于轴上的曲线；例如，弯曲图案3可从轴表面研磨而成或者可印刷在轴表面上，或者可利用任何其他技术将弯曲图案3印刷或研磨或施加于诸如补片(patch)的层压件上，然后将层压件施加于轴2上。

辐射源4优选为光源，并且辐射源4可以是定向光源或激光，但这不是强制性的。辐射源4可以以特定频率或者以给定的频率范围发射光。当然，其他类型的辐射源也是可行的。

传感器5可以是由辐射源4发射并被图案3反射的光触发的光电二极管。

轴2具有纵向轴线6，所述装置还包括载体7，载体7至少在面对所述弯曲图案的区域上沿着预定方向(prefixeddirection)8相对于轴线6可运动；例如，在图3中，面对弯曲图案3且载体7可在其上运动的该区域由标号20标示。

优选地，弯曲图案3与平行于轴线6的轴线一起限定在弯曲图案3上变化的角度。

载体7携带传感器5，并且，在示出的实施例中，载体7还携带辐射源4。

在优选实施例中，预定方向8是与轴线6基本上平行的方向(沿两个相反的指向8a、8b)。

在这方面，所述装置包括轨道9，轨道9平行于轴线6延伸，载体7在该轨道9上可滑动。

所述装置还包括控制单元10，优选地，控制单元10在载体7上；控制单元10连接到辐射源4和传感器5，优选地，控制单元10连接到诸如显示器的输出元件21。

此外，所述装置还包括轴2的轴向位置的传感器11；该传感器11也被连接到控制单元10。

有利地，控制单元10可被布置为仅在图案3面对辐射源4时才触发辐射源4；在这方面，设置角度传感器12；角度传感器12与轴2相关联，并被连接到控制单元10。

通过描述和示出的内容，所述设备的操作是清楚的，且总体上描述如下。

图1示出了第一操作步骤，在第一操作步骤中，测量载体7的第一参考位置。例如，可利用非操作轴(即，该非操作轴静止)或者利用在给定条件下旋转的轴来测量载体7的第一参考位置。

载体7沿着方向8运动，并且辐射源4被触发。

当轴旋转时，优选地，辐射源4仅在图案3面对辐射源4时才被触发；这通过以下方式实现：经由传感器11测量轴2的角位置，并将该信息发送到相应地触发辐射源4的控制单元10。

由辐射源4产生的光束15以角度a射到轴2和图案3，并在光束射到图案3的位置相对于垂直于图案3的轴线17以相同的角度a反射回(标号16指示反射光束)。

如图1中所示，如果在位置P1，图案3不与光束15基本上垂直，则反射光束16不会朝着载体7和传感器5反射，传感器5检测不到任何信号。

当载体7运动，并且光束15在图案3和光束15基本上彼此垂直的位置P2射到图案3时，反射光束16朝着传感器5基本上平行于光束15反射；因此，反射光束16可被传感器5检测到，并且传感器5(或载体7)的第一参考位置被确定。

因此，施加扭矩，并且所述轴经受需要被确定的变形。

该变形导致图案3发生变形，例如，图3示出了已经因轴变形而发生变形的图案3；显然，在该变形发生之后，位于第一参考位置的传感器5不再接收到反射光束16。

因此，利用与已经描述的用于检测第一参考位置的步骤相同的步骤，确定变形的图案3与光束15基本上垂直的位置P3，并且确定传感器5(或载体7)的第二参考位置。

轴向距离(即，第一参考位置和第二参考位置之间沿轴线6的距离)指示轴变形。

在这方面，图案3可具有使得给定的轴的变形(扭矩)与第一参考位置和第二参考位置之间的给定距离对应的形状；有利地，这还允许非常精确地确定有限的变形，这是因为为了容易检测这种间接的检测允许轴变形被放大。

在操作过程中，轴2还会经受轴向移位(axialshifting)；为此，测量轴2的轴向位置，以检测轴2可能的移位；该信息随后被发送到控制单元10，以补偿第一参考位置和第二参考位置之间的距离差值，换句话说，以补偿轴变形。

图6示出了所述设备的不同的实施例。在该图中，相同的标号指示与已经描述的元件相同或相似的元件。

如所示，该实施例中的设备也包括具有弯曲图案3的轴2，例如，弯曲图案3具有与已经参照前一实施例描述的图案相同的特征。

此外，设置包括多个辐射源4和多个传感器5的阵列22来代替安装在可在面对弯曲图案3的区域20上运动的载体7上的辐射源4和传感器5。

优选地，辐射源4和传感器5成对地布置，即，辐射源4具有对应的传感器5。

此外，优选地，阵列22在面对弯曲图案3的区域20上延伸。

所有的辐射源4和传感器5(辐射源4可具有与已经描述的第一实施例中的辐射源相同的特征，传感器5可具有与已经描述的第一实施例中的传感器相同的特征)被连接到控制单元10；控制单元10进而连接到轴2的轴向位置的传感器11和角度传感器12。

优选地，弯曲图案3与平行于轴线6的轴线一起限定在弯曲图案3上变化的角度b1、b2。

该设备的优点在于没有运动部件。

该实施例中的设备的操作与已经描述的设备的操作相似。

在施加将被测量的扭矩(或者由该扭矩引起的变形)之前，触发辐射源4(所有的辐射源4)；辐射源4产生光束15，光束15被图案3反射；特别地，如已经描述的，仅在图案3与光束15基本上垂直的情况下，反射的光束16才射到传感器5。

特别地，以相对于垂直于轴线6的轴线23的非常小的角度发射光束15；为此，如果辐射源4a发射光束15，则在与光束15基本上垂直的位置被图案3反射的相应的光束16射到与其相邻的传感器5a，并沿着光束15倾斜的方向移位。这样，可确定第一参考位置。

然后，施加将被测量的扭矩，再次执行测量并确定第二参考位置。

第一参考位置和第二参考位置之间的距离(或差异)允许确定扭矩和/或环向变形(circulardeformation)。

在不同的实施例(图7)中，弯曲图案3还可由多条离散的角度线(discreteangledline)构成，以具有数字测量而非连续模拟测量。

本发明还涉及一种用于测量轴变形的方法。

所述方法包括下述步骤：在施加变形之前，照亮图案3；通过检测被图案3反射的辐射来检测第一参考位置。

因此，施加变形，并执行照亮图案以及通过检测被图案3反射的辐射来检测第二参考位置的另外的步骤。

因此，基于第一参考位置和第二参考位置之间的距离，可确定轴的周向变形和/或扭矩。

有利地，沿着平行于轴线的方向确定第一参考位置和第二参考位置之间的距离。

当然，所描述的特征可彼此独立地被提供。

在实践中，可根据需要和技术的状态任意选择使用的材料和尺寸。

参考标号

1设备

2轴

3图案

4、4a辐射源

5、5a传感器

62的轴线

7载体

8方向

8a、8b方向8的指向

9轨道

10控制单元

112的轴向位置的传感器

122的角度的传感器

15由4产生的光束

16由3反射的光束

17垂直于3的轴线

20面对图案的区域

21显示器

22阵列

23垂直于6的轴线

a角度

P1、P2、P33上的位置

Claims

1.一种具有用于测量轴（2）变形的装置的设备（1），所述装置包括：

弯曲图案（3），施加于轴（2）上；

辐射源（4），用于照亮所述图案（3）；以及

传感器（5），用于检测被所述图案（3）反射的辐射，

其特征在于，所述装置进一步包括载体（7），载体（7）在面对所述图案（3）的区域（20）上沿着预定方向（8）相对于轴的轴线（6）可运动，其中，载体（7）携带传感器（5）和辐射源（4）。

2.一种具有用于测量轴（2）变形的装置的设备（1），所述装置包括：

弯曲图案（3），施加于轴（2）上；

辐射源（4），用于照亮所述图案（3）；以及

传感器（5），用于检测被所述图案（3）反射的辐射，

其中，设备（1）包括限定阵列（22）的多个辐射源（4）和多个传感器（5），阵列（22）在面对所述图案（3）的区域（20）上延伸，以及

弯曲图案（3）与平行于轴线（6）的轴线一起限定角度（b1，b2），其特征在于，所述角度（b1，b2）在弯曲图案（3）上变化。

3.根据权利要求1所述的设备（1），其特征在于，预定方向（8）是与轴线（6）基本上平行的方向。

4.根据权利要求1所述的设备（1），其特征在于，弯曲图案（3）与平行于轴线（6）的轴线一起限定在弯曲图案（3）上变化的角度。

5.根据权利要求1或2所述的设备（1），其特征在于，所述设备（1）还包括轴（2）的轴向位置的传感器（11）。

6.根据权利要求1或2所述的设备（1），其特征在于，所述设备（1）还包括控制单元（10），控制单元（10）被布置为仅在所述图案（3）面对辐射源（4）时才触发辐射源（4）。

7.根据权利要求6所述的设备（1），其特征在于，所述设备（1）还包括角度传感器（12），角度传感器（12）与轴（2）相关联，并被连接到控制单元（10）。

8.根据权利要求1或2所述的设备（1），其特征在于，辐射源（4）是光源。

9.根据权利要求8所述的设备（1），其特征在于，所述光源是激光。

10.根据权利要求1或2所述的设备（1），其特征在于，所述图案（3）由多条离散的角度线构成。

11.一种用于利用装置测量轴（2）变形的方法，所述装置包括：

弯曲图案（3），施加于轴（2）上；

辐射源（4），用于照亮所述图案（3）；

传感器（5），用于检测被所述图案（3）反射的辐射；

载体（7），在面对所述图案（3）的区域（20）上沿着预定方向（8）相对于轴线（6）可运动，其中，载体（7）携带传感器（5）和辐射源（4）；或者所述装置包括限定阵列（22）的多个传感器（5），阵列（22）在面对所述图案（3）的区域（20）上延伸，

所述方法包括下述步骤：

-在施加变形之前：

　-照亮所述图案（3）；

　-通过检测被所述图案（3）反射的辐射来检测第一参考位置；

-在施加变形之后：

　-照亮所述图案（3）；

　-通过检测被所述图案（3）反射的辐射来检测第二参考位置；

-基于第一参考位置和第二参考位置之间的距离，确定轴的周向变形和/或扭矩。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，沿着平行于所述轴线的方向确定第一参考位置和第二参考位置之间的距离。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，阵列（22）还包括多个辐射源（4）。