CN105026906A - 功率确定方法和涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定涡轮机(2)的功率(25)的方法(20)，所述涡轮机在其内部空间中具有相对于转矩(23)被支撑的涡轮壳体(3)。在根据本发明的方法中，首先确定涡轮壳体(3)的当前的支承力(8)并且随后形成与所存储的持久的支承力(26)的差。然后作为该差的总和来确定(22)转矩(23)并且从中确定(24)涡轮机(2)的功率(25)。

Description

功率确定方法和涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于确定涡轮机功率的方法以及一种涡轮机。
背景技术
涡轮组中的尤其是低压涡轮的功率根据现有技术不能够直接测量，尤其是当其设置在具有另外的涡轮的轴系中时不能够直接测量。因此，功率确定必须经由涡轮组的其他部件的功率平衡来进行。由此，已知的功率确定受制于一定的不精确性。
从GB 2 107 887 A中得知一种用于测量部件的转矩的转矩测量器。转矩测量器包括一对第一连接杆，所述第一连接杆通过一端可枢转地与固定结构连接并且通过另一端与负载测量变换器连接。一对第二连接杆通过一端可枢转地与部件连接并且通过另一端在第一连接杆的端部之间的部位处以将转矩传递到变换器上的方式可枢转地与第一连接杆连接。连接杆构成为相对于共同的平面对称的装置。
DE 198 29 178 A1示出用于在设施中、尤其在单轴构造方式的组合式燃气涡轮设施和蒸汽涡轮设施中用于功率确定以及用于功率调节的方法和设备。在此，通过确定驱动器内部的运行变量的方式，分别执行驱动器内部的功率确定。通过确定驱动器内部的运行变量的方式，执行从动器内部的功率确定。为了检测因扭转引起的拉伸应变，沿着将驱动器与从动器连接的轴系设置测量传感器。所述测量传感器的测量信号以与转速和在内部获得的运行变量组合的方式用于整个设施的实际功率的功率确定。将所述设施的被确定的实际功率与功率理论值进行比较并且根据理论/实际比较控制驱动器以进行有针对性的功率改变。
US 4 313 341 A公开一种用于内燃机的转矩检测系统。在此，压强检测设备设置在马达缸体和马达托架之间以检测在马达缸体和马达承载件之间产生的压强。电路作为对由压强检测装置产生的检测信号的反应产生转矩检测信号。
发明内容
本发明基于如下目的：提供一种用于涡轮机的功率确定的改进的方法以及一种涡轮机。
该目的通过根据权利要求1所述的功率确定方法以及根据权利要求5所述的涡轮机来实现。本发明的有利的改进形式在从属权利要求中提出并且在说明书中描述。
在根据本发明的用于确定涡轮机功率的方法中，其中所述涡轮机在其内部空间中包括相对于转矩被支撑的涡轮壳体，首先确定涡轮壳体的当前的支承力并且随后形成与所存储的永久的支承力的差。然后，作为该差的总和来确定转矩并且从中确定涡轮机的功率。
由此提供一种方法，所述方法能够简单地应用并且提供涡轮机功率的相对精确的数值。
在根据本发明的方法的一个有利的实施方案中，确定涡轮壳体的承载元件的弹性变形。随后，根据承载元件的这种变形分别确定当前的支承力。
由此尤其能够使用具有壳体承载臂的低压涡轮的构造原理。根据本发明，为此尤其使用应变仪。
在根据本发明的方法的另一个有利的实施方案中，承载元件的变形和当前的支承力之间的比例通过施加预先限定的力来确定。
承载元件的弹性变形相对于所施加的附加力表现为是线性的。由此可行的是：执行传感器的校准并且改进测量结果。
在根据本发明的方法的另一个有利的实施方案中，预先限定的力通过在涡轮机的内部空间中施加已知的负压与相对于周围环境密封内部空间相组合的方式来产生。由此作用在大小已知的面上的环境压强作为附加的力作用到涡轮壳体上。环境压强作用于其上的面对应于涡轮壳体的入流管的横截面。
由此能够使用如抽真空装置的设备以施加附加的力，所述设备已经为了其他的目的而存在于多种涡轮机、尤其是蒸汽轮机上。校准的应用由此被极度简化。
根据本发明的涡轮机具有内部空间和设置在内部空间中的涡轮壳体，其中涡轮壳体具有中轴线和多个与中轴线间隔开设置的承载元件，借助于所述承载元件，涡轮壳体相对于沿着中轴线作用的转矩被支撑。根据本发明，给每个承载元件配设用于确定作用在承载元件上的当前的支承力的传感器。传感器与评估单元连接。评估单元构成用于实施根据本发明的方法。
由此，提供用于实施根据本发明的方法的涡轮机，所述涡轮机的功率可容易地确定。
在根据本发明的涡轮机的一个有利的设计方案中，传感器分别是设置在承载元件的支承位置处的测力传感器。
由此，可直接测量支承力。不需要从其他变量进行换算。
在根据本发明的涡轮机的一个替选的设计方案中，传感器分别是定位在承载元件上的应变仪。
应变仪也能够容易地后续安置并且是相对廉价的。由此，涡轮机以简单且成本适宜的方式制备用于根据本发明的方法。
在根据本发明的涡轮机的另一个有利的设计方案中，涡轮机包括用于在内部空间中产生负压的抽真空装置和用于相对于周围环境密封内部空间的入流补偿器。
这种入流补偿器和抽真空机在不同的涡轮机配置中已经设置用于其他的目的。抽真空装置尤其在蒸汽轮机中广泛使用。涡轮机因此不需要设有附加的部件，以便能够执行根据本发明的功率确定。
附图说明
根据附图和下面的描述详细阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示出具有根据本发明的涡轮机的涡轮组，
图2示出根据本发明的涡轮机的涡轮壳体，
图3示出根据本发明的涡轮机的涡轮壳体的承载元件，以及
图4示出根据本发明的功率确定方法。
具体实施方式
在图1中示例地简略示出涡轮组1。所示出的涡轮组1包括根据本发明的涡轮机2和借助于轴13与涡轮机2连接的发电机4。轴13安装在多个轴承16中。涡轮机2和发电机4设置在基座6上。涡轮机2尤其是蒸汽轮机2，其排汽由冷凝器5吸收。
根据本发明的涡轮机2具有内部空间。在内部空间中设置有涡轮壳体3。此外，涡轮机2具有进入口，在涡轮机2运行时蒸汽能够穿过所述进入口到达涡轮壳体3中。
涡轮壳体3在图2中示例地简略示出。涡轮壳体3围绕中轴线12设置。如果涡轮机2如在示例性的实施方案中那样为蒸汽轮机2，那么涡轮壳体3在上部区域中具有入流管。入流补偿器11以如下方式将涡轮壳体3的入流管与涡轮机2的进入口连接：涡轮机2的内部空间在该部位处朝向周围环境被密封。同时，入流补偿器11确保涡轮壳体3在涡轮机2之内的可移动性。入流补偿器11是涡轮壳体3和涡轮机2之间的柔性的连接件。
涡轮壳体3尤其容纳导向叶片并且围绕在此未详细示出的装配有转子叶片的转子设置。转子在涡轮机2运行时在中轴线12上转动并且驱动轴13，所述轴将转矩23传递到发电机4上。
涡轮壳体3根据本发明具有多个承载元件7。涡轮壳体3借助承载元件7安装。承载元件7与中轴线12间隔开地设置。由此，涡轮壳体3也相对于在涡轮机2运行时沿着中轴线作用的转矩被支撑。在图2中示例地示出四个承载元件71、72、73、74，所述承载元件成形为承载臂。承载元件7在图2中示例性地在端侧设置。承载元件7也能够侧向地定位或在端侧且侧向地定位。承载元件7的安装在此处未详细示出的支架处进行，所述支架相应地成形和确定尺寸。
根据本发明，承载元件71、72、73、74中的每个都具有传感器91、92、93、94。借助于传感器91、92、93、94可在全部承载元件71、72、73、74处确定在该时间点作用到承载元件71、72、73、74上的当前的支承力81、82、83、84。当前的支承力分别作用在每个承载元件7上。传感器9与未示出的评估单元连接。
当借助于在此未详细示出的抽真空单元在涡轮壳体3中产生相对于周围环境更低的压强时，当前的支承力8提高。因此，在对应于入流补偿器11的横截面的面上，除了涡轮壳体3的重力之外还有环境压强14作用为超压。该情况用在根据本发明的方法20中。
在图3中示例地简略示出在当前的支承力8影响下的承载元件7中一个。在此，承载元件7弹性变形。所示出的变形强烈放大地示出。
在图3中示例地示出可能的传感器位置10。传感器9能够在涡轮机2的根据本发明的第一变型形式中直接确定相应的承载元件7上的当前的支承力8。为此，传感器9分别直接设置在承载元件7的支承位置103处。传感器9在此例如是压电元件、测力计或还可以是薄膜传感器。此外，在根据本发明的涡轮机2的第二变型形式中也能够经由确定承载元件7的变形来实现当前的支承力8。为此，传感器9因此分别在拉伸应变位置102处或也在压缩应变位置101处设置在承载元件7上。传感器9在此尤其是应变仪。这两个变型形式也能够同时使用。
各承载元件7当前的支承力8在涡轮机2运行时与在涡轮机2静止状态下各承载元件7持久的支承力26相比具有不同的数值。在根据本发明的方法20中，根据各个承载元件7上的当前的支承力8和持久的支承力26之间的这种差确定涡轮机2的当前的功率。根据本发明的功率确定方法20在图4中示例地在图表中示出。
在根据本发明的方法20中，首先在支承力确定21时确定作用在每个承载元件7上的当前的支承力8。在此，对当前的支承力8的确定能够通过借助于设置在支承位置103中的测力传感器9直接测量当前的支承力8或通过借助于变形传感器9的间接确定来实现，所述变形传感器设置在压缩应变位置101和/或拉伸应变位置102中。
在转矩确定22时随后确定轴13的转矩23。为此，首先对于每个承载元件7形成当前的支承力8和持久的支承力26的差。对每一个承载元件7分别产生差分支承力作为中间值。该差分支承力与距中轴线12已知的距离分别产生单独转矩。单个元件的总和产生轴13的转矩23，因为轴的转矩23的值等于导向叶片的转矩的值，并且导向叶片的转矩的值等于涡轮壳体3的转矩的值。
在功率确定24时，随后确定涡轮机2的功率25。涡轮机2的功率对应于轴13的功率。轴13的功率根据轴13的转矩23和轴的当前的角速度的乘积确定。
尤其当借助于监控承载元件7的变形进行支承力确定21时，根据本发明可行的是：在支承力确定21之前确定在承载元件7的变形和附加地施加的力之间的比例，以便执行对传感器9的校准19。为此，尤其使用在涡轮壳体3中施加负压。通过降低涡轮壳体3中的压强，环境压强14作为超压作用到涡轮壳体3上。在此，环境压强作用于入流补偿器11的横截面的面。因为已知环境压强14和涡轮壳体压强之间的所引起的压强差以及入流补偿器11的横截面，所以也已知附加地作用到涡轮壳体上的力。附加的力和承载元件7的弹性变形彼此表现为是线性的。校准19的这种可行性根据结构类型尤其在蒸汽轮机2中给出，为了蒸汽轮机的实际运行，所述蒸汽轮机已经配设有抽真空装置。
尽管在细节上通过优选的实施例详细地阐述和描述本发明，但是本发明不受到所公开的实例的限制，并且本领域技术人员能够从中推导出其他的变型形式，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于确定涡轮机(2)的功率(25)的方法(20)，所述涡轮机在其内部空间中具有相对于转矩(23)被支撑的涡轮壳体(3)，
其特征在于，
确定(21)所述涡轮壳体(3)的当前的支承力(8)，形成与所存储的持久的支承力(26)的差，并且作为所述差的总和来确定(22)所述转矩(23)，并且从中确定(24)所述涡轮机(2)的功率(25)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中确定所述涡轮壳体(3)的承载元件(7)的弹性变形，并且根据所述承载元件(7)的变形分别确定所述当前的支承力(8)。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中通过施加预先限定的力确定在所述承载元件(7)的所述变形和所述当前的支承力(8)之间的比例。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中通过在所述涡轮机(2)的内部空间中施加已知的负压与相对于周围环境密封所述内部空间相组合的方式产生所述预先限定的力。
5.一种涡轮机(2)，所述涡轮机具有设置在所述涡轮机(2)的内部空间中的涡轮壳体(3)，其中所述涡轮壳体(3)具有中轴线(12)和多个与所述中轴线(12)间隔开设置的承载元件(7)，借助所述承载元件，所述涡轮壳体(2)相对于沿着所述中轴线(12)作用的转矩被支撑，
其特征在于，
每个承载元件(7)配设有用于确定作用在所述承载元件(7)上的当前的支承力(8)的传感器(9)，并且所述传感器(8)与评估单元连接，所述评估单元构成用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法(20)。
6.根据权利要求5所述的涡轮机(2)，
其中所述传感器(9)分别是设置在所述承载元件(7)的支承位置(103)处的测力传感器(9)。
7.根据权利要求5所述的涡轮机(2)，
其中所述传感器(9)分别是定位在所述承载元件(7)上的应变仪。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的涡轮机(2)，
其中所述涡轮机(2)包括用于在所述内部空间中产生负压的抽真空装置和用于相对于周围环境密封所述内部空间的入流补偿器(11)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的涡轮机(2)，
其中所述涡轮机是蒸汽轮机(2)。
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