CN102985641A - 用于调整存在于转子叶片的叶身顶端和通道壁之间的径向间隙的方法以及用于测量轴流式涡轮机构的径向间隙的装置 - Google Patents

Abstract

用于调整存在于转子叶片的叶身顶端和通道壁之间的径向间隙的方法以及用于测量轴流式涡轮机构的径向间隙的装置。本发明涉及一种用于检测的装置和一种用于在装配涡轮机构（10，30）时调整涡轮机构（10，30）的存在于转子叶片（12）的叶身顶端（14）和通道壁（16）之间的径向间隙（R）的方法，其中在涡轮机构（10，30）启动之前检测径向间隙（R）并且将形成径向间隙（R）的构件彼此固定地设置，使得调整为预设的允许的径向间隙。

Description

用于调整存在于转子叶片的叶身顶端和通道壁之间的径向间隙的方法以及用于测量轴流式涡轮机构的径向间隙的装置

技术领域

本发明涉及一种用于调整轴流式涡轮机构的存在于转子叶片的叶身顶端和通道壁之间的径向间隙的方法，其中根据存在的间隙中的一个的至少一个由至少一个传感器测量的间隙量进行径向间隙的调整。本发明还涉及一种用于测量轴流式涡轮机构的至少一个径向间隙的装置，所述装置包括具有设置在转子上的转子叶片的涡轮机构，所述转子叶片的叶身顶端分别对置于在径向外部界定涡轮机构的环形的流动路径的通道壁且与通道壁形成径向间隙，其中设有至少一个传感器，其用于检测径向间隙中的至少一个。

背景技术

这种方法和这种装置例如从US 4,804,905中已知。为此，在涡轮机的界定流动路径的壳体中设置有电容性的传感器，所述传感器在燃气轮机的工作中能够对每个从旁经过的转子叶片检测距叶身顶端的距离。只要检测到过大的径向间隙，就借助于液压执行器轴向移动锥形壳体以使所述径向间隙变小。然而缺点是，每个传感器仅能够检测在壳体环周上的一个测量点，使得每级需要至少四个传感器。那么，即使在使用四个传感器的情况下也仅能够做出关于在环周上的间隙分布的粗略的预测。因此，例如仅能够对在测量点之间的间隙进行插值或者估计。该解决方案的另一缺点是，由于可靠地固定传感器而使得构造相对耗费和昂贵，因为径向间隙的检测在燃气轮机工作期间进行并且需要对传感器进行冷却，以便所述构造能持久地经受在此期间出现的温度。

此外，从EP 0 806 680 A2和GB 2460248 A中已知：不在涡轮机构工作期间而是在这之前或者之后执行该测量。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种方法并且提供一种装置，借助所述方法和装置用极其少量的构件实现在壳体的整个环周上的径向间隙测量，使得能够实现在转子叶片的叶身顶端和对置于所述叶身顶端的通道壁之间的相对小的径向间隙以用于实现涡轮机构的改进的效率。本发明的其他目的在于，提出一种用于在装配涡轮机构时或者在维护涡轮机构时调整径向间隙的有效的省时的方法，以便提高涡轮机构的可用性。

针对该方法的目的通过下述方式来实现：至少一个传感器相对于在机器工作中在传感器的区域中出现的工作温度是非热稳定的并且在测量结束之后，运行具有设置在其中的传感器的机器。在此，该方法对于测量和调整在装配涡轮机构时所需要的间隙是极其有利的，其中需要在完全组装的状态下进行间隙测量，并且不存在从外部的入口或者用于持续调整径向间隙的装置。

本发明的特别的优点是，所应用的传感器能够简单并且低成本地构造，因为所述传感器仅在通常的环境温度下工作，即直到最差的情况80℃。因此，所述传感器的最大允许的工作温度远远低于在机器工作中在所述传感器所安放的部位上出现的温度。在测量间隙量和调整期望的间隙量之后，暂且将传感器保留在机器中。对此，尽管装入非热稳定的传感器，但常规地运行机器。在此，传感器被破坏，进而以非常规方式被从机器中移除。节约了传感器的时间耗费的拆卸，这显著地提高了可用性。

该方法实现，涡轮机构以尽可能精确预设的径向间隙来装配，否则所述径向间隙由于制造所决定的公差而实际上表现为更大。优选地，用于测量径向间隙的方法也应用于构成为涡轮机、燃气轮机或者压缩机的涡轮机构。

在此，涡轮机构工作理解为，所述涡轮机构在此期间被常规地使用。当在燃气轮机或者涡轮机构不工作时执行径向间隙的测量时，具体来说，即当涡轮机构例如构成为涡轮机或者燃气轮机时，没有热的做功介质流动过其流动路径。对于压缩机这表示，远远低于工作中出现的温度。通常，在室温下进行需要的间隙测量，使得所应用的传感器不必具有对于温度（直至80℃的温度）的特殊的抗性。

例如，设有设计用于产生流的燃气轮机的额定转速为3000min^-1（在50Hz的电网频率中）或者为3600min^-1（在60Hz的电网频率中）。按照根据本发明的方法提出，转子旋转速度（转子转速）显著小于涡轮机构的额定转速。优选地，转速能够选择成超过所谓的叶片挡板转速（Schaufel-Klapperdrehzahl），使得叶片在测量时达到其工作位置。由此，在测量间隙时（例如在低转速中安置得相当松的转子叶片的挡板）能够避免功能上的干扰参数，使得能够测取实际上的功能间隙。转速可以是120min^-1或甚至更小。但是不排除大于120min^-1的更高的转速。

这实现具有相对小的时间分辨率的、尤其低成本的传感器的使用。

针对装置的目的借助根据权利要求5的特征构成的一种这样的装置来实现。根据本发明提出，相对于在涡轮机构的工作中在传感器的区域中出现的工作温度，至少一个传感器是非热稳定的。换而言之：涡轮机构的工作温度处于传感器的最大允许的工作温度之上。

本发明基于下述知识，不需要传感器的热稳定性，因为涡轮机构的径向间隙不是在线式地，即在涡轮机构工作期间持续地测量并调整，而是仅分别一次性地在装配涡轮机构时，例如在重新组装或者修复之后来进行。为了在装配时一次性地调整径向间隙，能够将涡轮机构的流动路径的通道壁或者说壳体和转子叶片的叶身的顶端相互设置在不同的位置中，其中例如借助于不同厚度的附件或者可相应调整的引导系统进行定位。因为仅在首次装配时或者在每次执行涡轮机构的维护之后必须重新调整涡轮机构的径向间隙，针对该目的使用的传感器仅仅具有对于室温的稳定性就是足够的，但是不具有相对于在涡轮机构的工作中在测量部位上出现的温度的稳定性。

本发明的特别的优点在于，这种传感器在此期间也能够以制成形状来提供，在超过边界温度时，所述传感器的材料分解成主要为灰尘大小的颗粒。因此，在测量径向间隙之后，所应用的传感器能够保留在涡轮机构内，并且不必由装配工人移除。这节约了装配成本并且降低了涡轮机构的制造时间或者停机时间。那么，分解成灰尘大小的颗粒例如在第一次启动涡轮机构时出现，因为在该情况下，然后出现的力和温度远远高于传感器的使用条件和温度，并且由此以分解的方式破坏所述传感器。因此，颗粒被来自涡轮机构的介质携带。

另一重要的优点是，传感器不必嵌入到例如转子叶片的部件中。相反地，传感器能够与其大小无关地安装并固定在转子叶片表面上，因为在所述传感器的使用期间，涡轮机构非常规地运行。

提出的方法和提出的装置尤其对于下述叶片环是有利的，在所述叶片环中，由于涡轮机构的轴向构造方式而使装配工人不能够接近或者极其难于接近。因此，涡轮机构的每个叶片环的至少一个叶片能够配设有一个传感器，由此，对于每个叶片环而言能够测取整个环周（360°）的径向间隙的间隙量。不必减少到少量的测量点。

本发明的另一优点在于，传感器不必是抗磨损的。原则上足够的是，传感器仅能够以转很少的圈数来确定间隙量并且因此能够可靠地调整期望的间隙调整。

整体上，传感器一定程度上用作为一次性传感器，所述一次性传感器按照规定在机器工作之前仅使用一次并且随后通过热破坏从机器中移除。取消传感器的拆卸提高了机器的可用性。此外，精确调整的间隙量在机器工作中限制不可避免的流动损失。

优选地，传感器设置在转子叶片上。由此，能够针对整个环周检测所涉及的径向间隙，由此准确地提供在壳体之内的转子位置是可能的。换而言之：能够针对（在环周上的）传感器的每个角位置检测径向间隙的间隙量。

优选地，传感器构成为RFID（射频识别）传感器，由此能够将燃气轮机的所检测的径向间隙或者代表径向间隙的测量值无线地无线电传输到静态的评估单元。

显然，根据本发明的思想也能够使用在涡轮机构的领域之外，例如使用在发电机中，其在定子和转子之间的径向间隙同样应尽可能地小。与此无关也能够考虑，将方法或者装置用于确定轴向间隙。

总体上，本发明提供一种用于检测的装置和一种用于在装配涡轮机构时调整涡轮机构的存在于转子叶片的叶身顶端和通道壁之间的径向间隙的方法，其中在涡轮机构启动之前，检测径向间隙并且将形成径向间隙的构件相互固定地设置成，使得在装配中调整预设的允许的径向间隙。没有提出在涡轮机构工作期间持续地进行调整方面的在线式径向间隙最小化。

附图说明

根据下面的附图详细地阐明本发明。其示出：

图1、图2示出横贯压缩机的流动路径的纵截面和横截面；并且

图3、图4示出横贯涡轮机的流动路径的纵截面和横截面。

具体实施方式

图1示出横贯压缩机10的断面的纵截面。压缩机10属于轴流式涡轮机构并且具有在没有进一步示出的转子上朝轮圈呈放射状设置的转子叶片12。转子叶片12的叶身顶端14构造为无遮盖的，所述叶身顶端对置于通道壁16且与通道壁具有径向间隙。通道壁16与机器轴线18同心地构成并且在径向外部界定压缩机10的流动路径20，要压缩的介质通过压缩机10运送到所述流动路径中。在此，通道壁16构成为基本上会聚的。在转子叶片12的叶身上在顶端侧设有传感器22。

在此，传感器22包括例如设置在薄膜26上的发射和接收单元24。此外，在薄膜26上还施加有与发射/接收单元24电连接的导电的带状导线28。在此，传感器22突出于转子叶片12的顶端14，并且在此靠置于通道壁16。如在根据图2的横截面中示出，传感器22并且尤其传感器的电导体28在切线方向上弯曲，其中导体28的弯曲与叶片顶端14和通道壁16之间的间距相关。电导体28的弯曲度引起其电特性的变化。所述电特性或者与其相关的数值由发射和接收单元24来检测。因此，所述数值的大小用作为径向间隙R的量。因此，将电导体28的由传感器22检测到的弯曲转换成电的参量，传感器22借助于发射/接收单元24将所述电的参量传递到没有示出的、静态设置的评估和接收单元。在此，传感器22的能量供应也能够经由发射/接收单元24来进行，如在RFID传感器中是普遍的。那么，借助于如此检测到的间隙量，能够借助所提及的附件或者调整系统来调整通道壁相对于转子叶片叶身顶端的相对位置，使得能够调整在整个环周（360°）上的期望的间隙分布。在间隙测量和将间隙调整到期望的间隙量结束之后，设置有传感器22的压缩机10工作。在此，在传感器的区域中出现远高于传感器22的最大允许工作温度的工作温度。由于传感器22的非热稳定性而使所述传感器被破坏。所述传感器分解成小的颗粒，并且因此容易操作地从机器中移除，而装配工不必为此耗费工作时间。

本发明的一个替选的设计方案在图3和4中示出，其中图3示出横贯构成为涡轮机30的涡轮机构的纵截面并且图4示出其相应的横截面。在此，压缩机10和涡轮机30的彼此相应的构件设有相同的附图标记。根据在图1和图2中描述的第一设计方案，根据第二设计方案的、在图3和图4中示出的传感器22具有蒸镀在塑料薄膜上的带状导线28。然而根据第二设计方案，塑料薄膜也构成为圈38，其中蒸镀在其上的带状导线28的电阻由于所述带状导线的扭曲/弯曲而变化。因此，电阻的变化重新为在叶身顶端14和与其相对置的通道壁16之间的间距R的量。由传感器22检测到的间隙或者代表间隙量的电压值能够借助于集成在传感器22中的天线24发射到没有示出的、外部的、静态设置的接收装置、评估装置和显示装置上。

在此，传感器22的能量供应能够经由装入的微电池或者通过传感器22自身的变形而产生。在该设计方案中还可以使用从RFID技术中已知的电能馈送方法。

传感器22的天线24粘贴在转子叶片12的吸气侧上，或者粘贴在转子叶片12的压力侧上，以便确保天线24的尽可能良好的直接辐射。

借助两个前述的设计方案可以连续地检测并且传输测量结果，这就是说，将代表径向间隙R的间隙量的物理参量传输给外部的评估和显示装置。因此可能的是，在涡轮机构10、30的装配或者终检期间——即仅在冷的状态下并且在极其小的离心力作用下——借助于提出的原位传感器22检测在转子叶片12的顶端14和流动路径的外壁16之间的径向间隙R的间隙量。因为涡轮机构10、30总归不具有用于持续地调整径向间隙的装置，所以应用的传感器22相应地不必能够经受在涡轮机构10、30的工作中通常出现在安装有传感器的相应位置上的温度。

Claims (8)

1.用于测量和调整在机器的定子和转子之间的间隙的方法，其中根据存在的所述间隙（R）中的一个的至少一个由至少一个传感器（22）测量的间隙量进行所述间隙（R）的调整，

其中在所述机器（10，30）不工作时以低于额定转速的转速驱动所述转子，并且在此期间进行测量，

其特征在于，

至少一个所述传感器（22）相对于在所述机器（10，30）工作时在所述传感器（22）的区域中出现的工作温度是非热稳定的，并且在测量结束之后，运行所述机器，所述机器具有设置在其中的至少一个所述传感器（22）。

2.根据权利要求1所述的方法，用于测量在涡轮机（30）中和/或在压缩机（10）中的至少一个径向间隙（R）的所述间隙量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，在首次启动涡轮机构（10，30）之前和/或在维护之后第一次启动所述涡轮机构（10，30）之前执行所述方法。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中转子转速通常小于120min^-1。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中所述机器构成为轴流式涡轮机构（10，30），并且在转子和定子之间的所述间隙存在于转子叶片（12）和通道壁（16）之间。

6.用于测量轴流式涡轮机构（10，30）的至少一个径向间隙的装置，所述装置包括具有设置在转子上的转子叶片（12）的轴流式涡轮机构（10，30），所述转子叶片的顶端（14）分别对置于在径向外部界定所述涡轮机构（10，30）的环形流动路径（20）的通道壁（16）且与所述通道壁形成径向间隙，

其中设有至少一个用于检测所述径向间隙（R）中的至少一个的传感器（22），

其特征在于，

至少一个所述传感器（22）相对于在所述机器（10，30）工作时在所述传感器（22）的区域中出现的工作温度是非热稳定的。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述传感器（22）构成为RFID传感器。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述传感器（22）设置在所述转子叶片（12）处。

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