CN1043187A - 透平叶片套罩温度监视器 - Google Patents

Abstract

对多个透平叶片套罩扇形体的温度进行监视系统包括由每一套罩扇形体所载有的标记，响应标记产生输入信号的传感器，温度传感器测定产生输入信号的传感器的温度，响应温度传感器的第一回路修正输入信号以补偿传感器上温度的影响，第二回路根据修正输入信号求出每一套罩扇形体的温度。

Description

本发明一般是针对用于蒸汽透平发电机运转参数的监视系统，更确切地，是关于透平内旋转另部件的温度监视系统。

大多数的透平叶栅被遮盖起来以提供在透平发电机的固定物和旋转部分之间的某些密封。套罩扇形体是串联连结的弧形结构形成在叶栅中围绕在叶片顶部的圆形的套罩，每一个套罩扇形体典型地是固定到三个或更多的叶片顶部。这样，需有几个套罩扇形体完全包围住一行叶片。

经验示出套罩可失灵而引起对其本身的损坏以及透平其他部件的损伤。一种类型的失灵模式是磨擦，通常是指许多或全部一行叶栅内的套罩，它引起在叶栅中全部套罩热起来。过量的热和向心力的负荷引起套罩扇形体径向弯曲。这种径向运动在套罩扇形体和密封之间能使接触增加而因此产生更多的热，这使所有的套罩扇形体以多少均匀的方式形成更多的径向变形。一个或更多个套罩出现运转故障而引起高温可导致附件机构的失灵。

另一个问题是由风阻热（Windage    heating）而引起的。当气体在透平中通过叶片和套罩扇形体时，由于摩擦而引起透平叶片和套罩扇形体的风阻热。透平是这样设计的，即在正常运转条件下风阻热不是问题。而且，在无负荷条件下透平的旋转部件可在超速情况下运转而使套罩扇形体（和叶片）受到过分的风阻热。人们希望知道在超速条件时由套罩扇形体所达到的温度，从而能求得应力疲劳等以予期那些部件未来的失效性。

尽管有必要监视套罩扇形体的温度，但是苛刻的透平内部的条件蒸汽透平通道的旋转部分的极端速度，透平旋转部分所带有的温度敏感器使用中固有的遥测技术问题，对于监视这些温度都给出障碍。这样，有必要有一个系统用于监视透平叶片套罩的温度。

本发明提供一个用于监视多个透平叶片套罩扇形体温度的系统。每一套罩扇形体含有这样特性的标记，即一个敏感器产生响应该标志的一些输入信号。温度敏感器测量出产生输入信号敏感器的温度。响应温度敏感器的第一回路修正输入信号以补偿在敏感器上温度效应。第二回路根据修正过的输入信号求出每一套罩扇形体的温度。

根据本发明的一个实施例，第一回路可对输入信号乘以一个修正因子。该修正因子是基于敏感器所产生的输入信号的温度而且可以由查寻表求得或由估算出的一个方程式求得，该方程式表达了修正因子作为敏感器产生的输入信号的温度的函数。

根据本发明的另一个实施例第二回路是基于修正输入信号的量值求出每一套罩扇形体的温度。查寻表可储存相应于各种修正输入信号量值的各种套罩扇形体的温度。另外，表示套罩扇形体温度作为修正输入信号量值函数的方程式也可以估算出。

本发明也提供用于监视多个透平叶片套罩扇形体的方法，其包括的步骤为：

检测在每一套罩扇形体中所发生的涡流，作为每一套罩扇形体载有的标记以产生输入信号，测定出涡流传感器的温度;基于涡流传感器的温度修正输入信号以补偿涡流传感器上温度效应，以及基于修正的输入信号求得每一套罩扇形体的温度。

本发明的方法和设备提供了带有非接触型传感器用于监视每一套罩扇形体的温度的装置。该传感器可装在透平固定部分内。本发明的这些和另一些的优点和有利点可从下面最佳实施例的详细描述中更明显。

为使本发明能清楚地被人理解和容易实现，仅通过例举的方法并用附图作参考来描述最佳实施例，其中：

图1示出了根据本发明的技术所构成的具有套罩温度监视器的蒸汽透平。

图2是说明在每一套罩扇形体中自动检测涡流所产生的输入信号图。

图3和图4是说明输入信号的两个例子的图。该信号已被修正以补偿在涡流传感器器上的温度效应。

图1是根据本发明所构成的具有套罩温度监视器的蒸汽透平发电机的一部分。在图1中，轴10上载有一旋转盘12，许多个透平叶片14结合到这个盘上。典型地，有三个或更多个透平叶片连结到一个套罩扇形体上，在图1中，6个套罩扇形体被标为扇形体1到6，套罩扇形体串联连结着形成连续的套罩16以围绕着多个透平叶片14。轴10，圆盘12，多个透平叶片14和套罩16组成透平旋转部分的一部分。固定密封18是安设在透平旋转部分和透平固定部分之间。

图1中，非接触型传感器22对在每一套罩扇形体中的涡流响应而产生输入信号Vin。传感器也对由每一套罩扇形体所载有的标志20进行响应。标志可包括多个紧密相邻间隔的缝槽或切口。湿度传感器24对传感器22和温度响应并产生一代表传感器温度的信号Vt。

信号Vin和Vt被加到传感器温度修正回路26中，其功能是修正输入信号Vin以补偿在传感器22上的温度效应。已修正过的输入信号加到套罩温度测定/报警回路28中，其功能是从那些信号中分离出套罩扇形体的温度信息。回路28也可输出套罩扇形体温度信息，存储该信息以为将来作参考，或为报警目的把设定点（Set-points）与信息相比较。回路26和28的构造和运转在下面更充分地讨论。

本发明的温度监视器可用与先前述专利申请的间隙监视相同的涡流传感器以测定在一个叶栅内的每一套罩扇形体的温度。这可利用涡流传感器的测量值和刻进每一罩套扇形体中的浅的标志20（缝槽）的依赖关系来实现。

有三个物理因素可影响输入信号Vin的量值：

因素A-传感器22和套罩16间的距离;

因素B-传感器22的温度;

因素C-每一套罩扇形体的温度。

因素A是利用先前提及的专利申请的套罩升高探测器。因此在此无必要进一步讨论。

本发明仅仅是测定了标志20的深度而不依赖于传感器22和罩套16之间的距离。响应标志20所产生的输入信号Vin的量值（magnitude）仅仅是由因素B和C来求得。而能影响输入信号Vin量值的其他因素诸如套罩的金属类型和传感器参数，它们保持常数，因此不影响本发明。

表示由套罩扇形体1到6所产生的输入信号Vin的量值作为时间的函数的图形示于图2中。在图2中，所有的套罩扇形体都是在相同温度下示出的。因素B对输入信号Vin的量值影响是通过在传感器22的线圈（未示出）上的温度的影响以及在传感器内热膨胀引起的传感器的电感和电容特性的变化。

如果从传感器的制造者那儿没有备有信息的话，可通过试验来求得传感器22的温度依赖关系。可以是温度计的温度传感器24允许回路26调整输入信号Vin以消除因素B的作用。那种调整或修正可通过将输入信号Vin乘以修正因子来实现。图3和图4示出了两个调整或修正输入信号的例子，它们的结果分别是由图2中适合于425°F（218℃）和675°F（357℃）的修正因子乘以信号值而得的。

修正因子可由查表来选取或者可推算出一个方程式来求得。该方程式表示出修正因子作为传感器22的温度的函数。那些在本技术中熟练的人领会到，回路26的功能，即选取修正因子并将输入信号Vin倍乘以修正因子，可以由已知的分离部件构成的回路或适当程序的微处理机来实现。例如或是在图3或是在图4中所示的那些修正输入信号，则是输入到回路28中的。

因素C影响传感器22的输出是通过温度对套罩扇形体电导率的影响。因为套罩扇形体电导率的温度依赖性是已知的，也就是构成套罩扇形体的金属的电导率的温度的依赖性是已知的，如果去除所有其他的因素，输入到回路28中的修正输入信号的量值就表示出每一套罩扇形体的温度。如果使用其他非接触或传感器，套罩温度信息可由修正输入信号的其他特性例如频率或类似参数来求得。

根据修正输入信号的量值，回路28确定出每一套罩扇形体的温度。通过将由标志引出的信号量值与由套罩扇形体表面引出的信号量值进行比较可决定出修正输入信号的量值。查寻表可提供出选取的适当的套罩扇形体的温度，或者估算出表达套罩扇形体温度作为修正输入信号的函数的方程式。回路28的这些功能可通过使用已知的电子回路或一适当程序的微处理机来实现。

在套罩扇形体温度求得后，它们可被显示出来，为将来使用而存储起来，或者与为报警目的的设定值进行比较。设定值可表示接近于那些温度，即在该温度下套罩16径向地产生更进一步迅速生热和套罩结合物的失效或过度地风阻热，该热可削弱套罩和叶片材料。设定值可从已知的套罩金属的机械性质，套罩扇形体的物理结构，以及在套罩扇形体中的向心力负载进行计算。当叶片和套罩出现风阻热时，最好是存储起过速条件下从套罩扇形体所达到的温度值以决定在这种条件下透平旋转部分所经受的寿命是怎样的。

本发明也提供一种监视多个透平叶片套罩扇形体温度的方法，所包含的步骤是：

检测在每一套罩扇形体中所发生的涡流作为每一套罩扇形体载有标志的结果以产生输入信号;测定出涡流传感器的温度;根据涡流传感器的温度修正输入信号以补偿温度对涡流传感器的影响;以及根据修正输入信号求得每一套罩扇形体的温度。

本发明的方法和设备提供一种连续的和非接触性的对每一套罩扇形体的温度测量。在套罩之间无相对位移处的套罩的突然失灵以及由于高的套罩温度引起的失灵可被探测出。根据套罩扇形体的温度可探测出套罩失灵的前兆。本发明可结合到套罩寿命监视器中，该监视器器的型式在先前的专利申请中已有公开。

虽然本发明是结合最佳实施例加以说明的，其中许多的修正和各种变化对于那些在本技术中熟练的人来说将是显而易见的。该公开和以下的权利要求将包括所有这样的修正和变化。

Claims (11)

1、在具有定子和转子的透平里，它具有多个透平叶片套罩扇形体，用于对上述多个透平叶片套罩扇形体的温度进行监视的系统，包括有：

由每一套罩扇形体载有的标记装置；

响应上述标志装置的用于产生输入信号的传感器装置；

用于测量上述传感器装置温度的温度传感器装置；

响应上述温度敏感器装置的第一回路装置，用于修正上述输入信号，以补偿在上述传感器装置的上的温度的影响；以及

第二回路装置，用于根据上述修正的输入信号求出每一套罩扇形体的温度。

2、根据权利要求1的系统，其中上述传感器装置包括一非接触型的传感器。

3、根据权利要求1的系统，其中上述第一回路装置包括用于把上述输入信号乘以修正因子的装置以产生上述修正输入信号，上述修正因子是基于上述传感器装置的温度。

4、根据权利要求3的系统，其中上述第一回路装置包括存储装置是用于存储含有修正因子的表以及用于根据上述传感器装置的温度从上述表中选取一修正因子的装置。

5、根据权利要求3的系统，其中上述第一回路装置包括这样的装置。即用于存储一方程式，该方程式表达修正因子作为上述传感器装置22的温度的函数以及用于估算出上述方程式的装置。

6、根据权利要求1的系统，其中上述第二回路装置是根据上述修正输入信号的量值求得套罩扇形体的温度。

7、根据权利要求6的系统，其中上述第二回路装置包括一含有套罩扇形体温度的表以及用于根据上述修正输入信号的量值选取上述套罩扇形体温度之一的装置。

8、根据权利要求6的系统，其中上述第二回路装置包括这样的装置，它是用于存储一个方程式，该方程式表达套罩扇形体温度作为上述修正输入信号量值的函数以及用于估算出上述方程式的装置。

9、一蒸汽透平具有一种系统，该系统用于监视多个透平叶片套罩扇形体的温度，包含有：

一个轴;

由上述轴所载有的一排透平叶片;

在上述透平叶片的端部载有多个透平叶片套罩扇形体;

围绕上述透平叶片套罩扇形体上的固定体密封，是用于减少通过上述透平叶片周围所通过的蒸汽量;

由每一套罩扇形体所载有的标记装置;

安设在上述密封里的传感器装置，是用于响应上述标记装置所产生的输入信号;

温度传感装置用于测定上述传感器装置的温度;

响应上述温度敏感装置的第一回路装置，用于修正上述输入信号以补偿对上述传感器装置上的温度的影响;及

第二装置用于根据上述修正输入信号求出每一套罩扇形体的温度。

10、根据权利要求9的蒸汽透平，其中上述第二回路装置包括，用于存储上述套罩扇形体温度的装置。

11、用于对多个透平叶片套罩扇形体的温度进行监视的方法，包括的步骤为：

检测在每一套罩扇形体中所产生的涡流作为标记装置的结果以产生输入信号;

测定检测涡流所用的装置的温度;

根据检测涡流所用的装置的温度修正输入信号以补偿温度影响;

以及

根据修正输入信号求得每一套罩扇形体的温度。

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