CN112097628B - 测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质 - Google Patents

测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质，所述方法包括：获取汽轮机的内缸与叶片顶部之间的第一距离；获取所述汽轮机的汽封齿安装长度值；计算所述第一距离与所述汽封齿安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质，可以用于汽轮机装配或者大修时检测叶顶径向间隙，保证汽轮机通流间隙在设计范围内，克服了传统贴胶布法和压铅丝法的缺陷，且可在半缸、全缸、转子盘车条件下测量叶顶径向间隙。

Description

测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质
技术领域
本发明涉及电容传感器技术领域，特别是涉及测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质。
背景技术
汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功，汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中，其中，汽封是汽轮机中的一个重要组成部件，它的作用是尽可能的密封，为避免动静部分摩擦而预留间隙，在汽轮机等旋转机械中，叶片顶部与汽封之间的间隙称为叶顶径向间隙。
一般在新机组装配和旧机组大修时，需要对叶顶径向间隙进行测量，以保证叶顶径向间隙值符合设计要求。常用测量叶顶间隙的方法有贴胶布法和压铅丝法，压医用胶布是在汽封齿尖贴上层数不等的胶布，并在对应转子叶片部位抹上红丹，将缸内各部件及上缸装复后盘转子，根据医用胶布压痕判断汽封间隙；压铅丝与压医用胶布相似，只是不能盘动转子，揭开缸后用卡尺测量被压铅丝厚度，测量数值就是汽封间隙。但这两种方法都无法准确测出上半汽封间隙，只可测出下半汽封间隙，而且在起吊过程中，转子与内缸存在摆动，时而碰到医用胶布或铅丝，也会造成测量错误，因测量数据不准确，汽封间隙经多次调整才能合格，不仅造成检修人员劳动强度增大，而且在机组启动和运行时转子易与汽封碰摩，威胁汽轮机安全运行，因此，叶顶径向间隙测量技术对提高旋转机械性能、保障旋转机械安全运行具有重要的意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质，用于解决现有技术中汽轮机叶顶径向间隙测量不准确的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种测量汽轮机叶顶径向间隙的方法，包括获取汽轮机的内缸与叶片顶部之间的第一距离；获取所述汽轮机的汽封齿安装长度值；计算所述第一距离与所述汽封齿安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。
于本发明的一实施例中，所述获取汽轮机的内缸与叶片顶部之间的第一距离的实现方式包括：接收一设于所述叶片顶部的电容传感器的测距值；其中，所述测距值为所述内缸与所述电容传感器的传感器测头之间的距离；计算所述测距值、所述电容传感器的厚度值及其与所述叶片顶部之间的距离之和，以得到所述第一距离。
于本发明的一实施例中，所述电容传感器通过一磁铁设于所述叶片顶部，所述电容传感器与所述叶片顶部之间的距离为所述磁铁的厚度。
于本发明的一实施例中，所述电容传感器为柔性电容传感器，其驱动端通过传输导线及传感器连接孔与传感器测头相连且所述柔性电容传感器向远离所述内缸的一侧弯折，所述传感器测头测距值由所述柔性电容传感器的测量值经寄生电容屏蔽处理后得到，所述屏蔽的实现方式包括：
计算
Figure BDA0002689474720000021
式中，A1，A2，A3分别为所述驱动端的第一放大器、第二放大器、第三放大器的放大倍数，其中，所述第一放大器的输入端与所述传感器测头电性连接，输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端连接于所述传感器测头及所述第一放大器的输入端之间，所述第三放大器的输入端连接于所述第一放大器的输出端及所述第二放大器的输入端之间；C1为内屏蔽层电容，Cct为传感器电容，ΔC为寄生电容，ΔN为目标精度或相对误差；在保证目标精度ΔN不变情况下，增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料来降低对A1A2的精度要求，以此屏蔽寄生电容ΔC。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器，包括：
传感器测头，供设于所述汽轮机的所述叶片顶部，用于测量与所述内缸的距离；
传感器驱动装置，连接所述传感器测头，用于接收所述传感器测头的测距值并传输给电子设备，以供所述电子设备结合所述电容传感器的厚度值及其与所述叶片顶部之间的距离计算得到所述第一距离，再计算所述第一距离与所述汽封齿安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。
于本发明一实施例中，所述电容传感器为柔性电容传感器，所述传感器驱动装置通过传输导线及传感器连接孔与所述柔性电容器的传感器测头相连且所述柔性电容传感器向远离所述内缸的一侧弯折。
于本发明一实施例中，所述传感器测头的测距值由所述柔性电容传感器的测量值经寄生电容屏蔽处理后得到，所述屏蔽的实现方式包括：
计算
Figure BDA0002689474720000031
式中，A1，A2，A3分别为所述驱动端的第一放大器、第二放大器、第三放大器的放大倍数，其中，所述第一放大器的输入端与所述传感器测头电性连接，输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端连接于所述传感器测头及所述第一放大器的输入端之间，所述第三放大器的输入端连接于所述第一放大器的输出端及所述第二放大器的输入端之间；C1为内屏蔽层电容，Cct为传感器电容，ΔC为寄生电容，ΔN为目标精度或相对误差；在保证目标精度ΔN不变情况下，增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料来降低对A1A2的精度要求，以此屏蔽寄生电容ΔC。
于本发明一实施例中，所述柔性电容传感器通过一磁铁设于所述叶片顶部，所述柔性电容传感器与所述叶片顶部之间的距离为所述磁铁的厚度。
于本发明一实施例中，所述传感器测头通过胶粘剂粘贴在所述磁铁上。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现所述的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法。
如上所述，本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质，克服了传统的贴胶布法和压铅丝法的缺陷，传感器可直接安装在叶片顶部(如围带)上，用于生成测量数据并将测量数据通过无线射频发射出来，进而可以通过计算得到在汽轮机半缸、全缸、转子盘车状态下的叶顶径向间隙值。
附图说明
图1显示为本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法于一实施例中的流程图；
图2显示为本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法于另一实施例中的流程图；
图3显示为本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器的结构示意图；
图4显示为本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器的测量原理示意图；
图5显示为本发明的屏蔽寄生电容的原理示意图；
图6显示为本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器的传感器驱动装置示意图。
元件标号说明
S11～S13 步骤
S21～S24 步骤
1 叶片顶部
2 磁铁
3 柔性电容传感器
4 传感器测头
5 传输导线
6 传感器连接孔
7 传感器驱动装置
8 内缸
9 汽封齿
10 电子设备
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明目的在于提供测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质，用于解决现有叶顶径向间隙测量技术中存在的测量误差和测量不准确的问题。以下将详细描述本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质的原理和实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法、电容传感器及存储介质。
参阅图1，于发明一实施例中，本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法由所述电子设备10负责执行，如台式机、便携式电脑、平板电脑、智能手机等，所述方法包括以下步骤：
步骤S11、获取汽轮机的内缸与叶片顶部之间的第一距离；
步骤S12、获取所述汽轮机的汽封齿安装长度值；
步骤S13、计算所述第一距离与所述汽封齿安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。
如图1和图2所示，以下对步骤S11至S13的具体实施过程进行说明。
如图2所示，于发明一实施例中，进一步地，获取所述第一距离的方法包括以下步骤：
步骤S21、接收一设于所述叶片顶部的电容传感器的测距值；
步骤S22、获得所述电容传感器的厚度值及其与所述叶片顶部之间的距离之和；
步骤S23、计算所述测距值、所述电容传感器的厚度值及其与所述叶片顶部之间的距离之和；
步骤S24、以此获得所述内缸与所述叶片顶部之间的第一距离。
具体地，可参阅图3和图4，所述电子设备10接收来自所述柔性电容传感器3的所述传感器测头4的测距值D1，并同时获得给定的所述柔性电容传感器3的厚度值及其与所述叶片顶部1之间的距离之和D3，所述柔性电容传感器3与所述叶片顶部1之间的距离为所述柔性电容传感器3的安装厚度，本发明优选地用磁铁2来固定安装所述柔性电容传感器3，所以此距离为磁铁2的厚度，安装方式包括多种，例如粘胶式、螺纹式等，在此不一一列举，所述电子设备10通过求和所述传感器测头4的测距值、所述柔性电容传感器3的厚度值及其与所述叶片顶部1之间的距离，得到所述第一距离的长度值。
进一步地，所述电子设备10根据给定的所述汽轮机汽封齿9安装长度值D2进行求差，以此获得所述第一距离与所述汽封齿9安装长度值的差值，并作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。
实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。基于这样的理解，本发明还提供一种计算机程序产品，包括一个或多个计算机指令。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(如：DVD)、或者半导体介质(如：固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
如图3和图5所示，在一实施例中，进一步地，本发明的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法，所述电容传感器为柔性电容传感器3，所述传感器驱动装置7通过所述传输导线5及所述传感器连接孔6与所述柔性电容传感器3的所述传感器测头4相连，且所述柔性电容传感器3向远离所述内缸8的一侧弯折，所述传感器测头4的测距值由所述柔性电容传感器3的测量值经寄生电容屏蔽处理后得到，所述屏蔽的实现方式包括：
计算
Figure BDA0002689474720000051
式中，A1，A2，A3分别为所述驱动端的第一放大器、第二放大器、第三放大器的放大倍数，其中，所述第一放大器的输入端与所述传感器测头电性连接，输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端连接于所述传感器测头及所述第一放大器的输入端之间，所述第三放大器的输入端连接于所述第一放大器的输出端及所述第二放大器的输入端之间；C1为内屏蔽层电容，由内屏蔽材料等条件决定，可预先测量，Cct为传感器电容，ΔC为寄生电容，ΔN为目标精度或相对误差；在保证目标精度ΔN不变情况下，增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料来降低对A1A2的精度要求，以此屏蔽寄生电容ΔC。
以下对为何进一步采用驱动屏蔽技术屏蔽寄生电容的影响做出解释说明。
对于本申请采用的柔性电容传感器3而言，所述传输导线5，从驱动端到测量端距离较长，因此其寄生电感不可忽略；
其导线电感L1可以写作：
Figure BDA0002689474720000061
式中，l为导线穿度，d为直径；
进一步地，所述柔性电容传感器3中，所使用的柔性PCB走线所产生的电感L2可以写作：
Figure BDA0002689474720000062
式中，W为走线宽度，l为走线长度；
进一步地，所述柔性电容传感器3中的过孔电感L3可以写作：
Figure BDA0002689474720000063
式中，h为过孔深度，d为过孔直径；
进一步地，所述柔性电容传感器3形状会因弯折扭曲而改变，形状改变会产生寄生电容ΔC，又因为本发明的所述电容传感器3的电容通常很小，因此该寄生电容ΔC不可忽略。
承接上述，如图5所示，利用驱动屏蔽技术屏蔽寄生电容ΔC的影响，若想寄生电容ΔC完全被屏蔽，即驱动模块输出电压Vo和传感器输出电压Vct一致，则需要满足条件：
A1A2＝1；
而实际应用中，很难精确满足上述条件，则可根据系统目标性能进行反向设计，确定A1A2的最低精度要求，从屏蔽的实现方式计算式可以看出，为获得较小的ΔC，则可以增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料，进而在保证目标精度ΔN不变的情况下，来降低对A1A2的精度要求，以此屏蔽寄生电容ΔC。
为实现上述测量汽轮机叶顶径向间隙的方法，如图3和图4所示，本实施例对应提供一种测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器，包括：
传感器测头4，供设于汽轮机的叶片顶部1，用于测量与所述内缸8的距离；
传感器驱动装置7，连接所述传感器测头4，用于接收所述传感器测头4的测距值并传输给电子设备10，以供所述电子设备10结合所述柔性电容传感器3的厚度值及其与所述叶片顶部1之间的距离计算得到所述第一距离，再计算所述第一距离与所述汽封齿9安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。
具体地，如图4所示，所述汽轮机叶顶径向间隙的值为：
叶顶径向间隙值＝D1+D3-D2；
其中，D1为所述传感器测头4的测距值，D2为所述汽封齿9安装长度值(此值为设计值，加工精度较高)，D3为所述柔性电容传感器3的厚度值及其与所述叶片顶部1之间的距离。
进一步地，所述柔性电容传感器3的传感器测头4通过胶粘剂粘贴在所述磁铁2上，所述磁铁2吸附在所述叶片顶部1上，进而将所述柔性电容传感器3固定在所述叶片顶部1上，用于测量所述传感器测头4与所述内缸8的距离，在其它实施例中，也可以将所述磁铁2吸附在所述内缸8上，测量所述传感器测头4与所述叶片顶部1的距离，将该距离再叠加所述柔性电容传感器的厚度值及所述磁铁厚度值从而得到所述第一距离，但是由于叶片是分散开安装的，会存在传感器测头4捕捉不到叶片顶部1位置的情况，进而产生测量误差。
进一步地，所述柔性电容传感器3由所述传感器测头4、所述传输导线5及所述传感器连接孔组成，所述传感器测头4与所述传输导线5固定连接，所述传输导线5远离所述传感器测头4的一端贯穿所述传感器连接孔6并向外延申，且末端与所述传感器驱动装置7相连接，并且所述柔性电容传感器3向远离所述内缸8的一侧弯折，使得所述传感器驱动装置7不碰到所述内缸8，保持所述传感器驱动装置7在一个环境较为稳定的位置。
进一步地，如图6所示，所述传感器驱动装置7内包含有：
驱动模块，结构参见图5，用于屏蔽所述寄生电容ΔC，利用驱动屏蔽技术，增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料，进而在保证目标精度ΔN不变的情况下，通过降低对A1A2的精度要求，来屏蔽寄生电容ΔC，具体原理可参见上文，于此不重复赘述；
解析模块，用于解析所述柔性电容传感器3的电容量的大小值；
计算模块，用于根据所述解析模块解析到的电容量大小值加以计算得出所述传感器测头4的测距值；
采集模块，用于接收所述传感器测头4的测距值D1；其中，所述测距值D1为所述内缸8与所述柔性电容传感器3的传感器测头4之间的距离；
传输模块，用于将所述传感器4的测距值D1传输给电子设备10，若传输方式具体采用无线传输，且传输功率不够大，可以在外设置一小型路由器与驱动装置7相连，用于将无线传输功率放大以应对信号传输功率低的问题，同时，为所述电子设备10配备协调器，用于接收传输信号，最后所述电子设备10结合所述传感器测头4的测距值D1、所述柔性电容传感器3的厚度值及其与所述叶片顶部1之间的距离D3，计算得到所述第一距离，再结合所述汽封齿9安装长度值D2计算差值，得到所述汽轮机的叶顶径向间隙的测量值。
本领域技术人员应该理解，传感器驱动装置7的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个或多个物理实体上。
综上所述，本发明针对汽轮机叶片结构、装配的特点，提供了一种可在汽轮机上正常工作的柔性电容传感器，可以用于汽轮机装配或者大修时，检测叶顶径向间隙，保证汽轮机通流间隙在范围内，克服传统贴胶布法和压铅丝法测量的缺陷，可在半缸、全缸、转子盘车条件下测量叶顶径向间隙；同时，针对柔性电容传感器的结构特点和物理特性，提供了一种与传感器驱动电路相匹配的传感器设计方法，用于克服柔性电容传感器因形状改变而产生的寄生电容的影响，所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种测量汽轮机叶顶径向间隙的方法，其特征在于，包括：
获取汽轮机的内缸与叶片顶部之间的第一距离，具体包括接收一设于所述叶片顶部的电容传感器的测距值，计算所述测距值、所述电容传感器的厚度值及其与所述叶片顶部之间的距离之和，以得到所述第一距离，其中，所述测距值为所述内缸与所述电容传感器的传感器测头之间的距离，其中，所述传感器测头的测距值由所述电容传感器的测量值经寄生电容屏蔽处理后得到；其中，所述电容传感器为柔性电容传感器，其驱动端通过传输导线及传感器连接孔与传感器测头相连，且所述柔性电容传感器向远离所述内缸的一侧弯折，所述屏蔽的实现方式包括：
计算
Figure FDA0003775993960000011
式中，A1，A2，A3分别为所述驱动端的第一放大器、第二放大器、第三放大器的放大倍数，其中，所述第一放大器的输入端与所述传感器测头电性连接，输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端连接于所述传感器测头及所述第一放大器的输入端之间，所述第三放大器的输入端连接于所述第一放大器的输出端及所述第二放大器的输入端之间；C1为内屏蔽层电容，Cct为传感器电容，ΔC为寄生电容，ΔN为目标精度或相对误差；
在保证目标精度ΔN不变情况下，增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料，由此来降低对A1A2的精度要求，以此屏蔽寄生电容ΔC；获取所述汽轮机的汽封齿安装长度值；
计算所述第一距离与所述汽封齿安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值。
2.根据权利要求1所述的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法，其特征在于，所述电容传感器通过一磁铁设于所述叶片顶部，所述电容传感器与所述叶片顶部之间的距离为所述磁铁的厚度。
3.一种测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器，其特征在于，包括：
传感器测头，供设于所述汽轮机的叶片顶部，用于测量与内缸的距离；
传感器驱动装置，连接所述传感器测头，用于接收所述传感器测头的测距值并传输给电子设备，以供所述电子设备结合所述电容传感器的厚度值及其与所述叶片顶部之间的距离计算得到第一距离，再计算所述第一距离与汽封齿安装长度值的差值，作为所述汽轮机叶顶径向间隙的测量值；
所述电容传感器为柔性电容传感器，所述传感器驱动装置通过传输导线及传感器连接孔与所述柔性电容传感器的传感器测头相连且所述柔性电容传感器向远离所述内缸的一侧弯折，其中，所述传感器测头的测距值由所述柔性电容传感器的测量值经寄生电容屏蔽处理后得到，所述屏蔽的实现方式包括：
计算
Figure FDA0003775993960000021
式中，A1，A2，A3分别为驱动端的第一放大器、第二放大器、第三放大器的放大倍数，其中，所述第一放大器的输入端与所述传感器测头电性连接，输出端与所述第二放大器的输入端连接，所述第二放大器的输出端连接于所述传感器测头及所述第一放大器的输入端之间，所述第三放大器的输入端连接于所述第一放大器的输出端及所述第二放大器的输入端之间；C1为内屏蔽层电容，Cct为传感器电容，ΔC为寄生电容，ΔN为目标精度或相对误差；
在保证目标精度ΔN不变情况下，增大A3的值和选用C1小的内屏蔽材料，由此来降低对A1A2的精度要求，以此屏蔽寄生电容ΔC。
4.根据权利要求3所述的测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器，其特征在于，所述柔性电容传感器通过一磁铁设于所述叶片顶部，所述柔性电容传感器与所述叶片顶部之间的距离为所述磁铁的厚度。
5.根据权利要求4所述的测量汽轮机叶顶径向间隙的电容传感器，其特征在于，所述柔性电容传感器测头通过胶粘剂粘贴在所述磁铁上。
6.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现如权利要求1或2所述的测量汽轮机叶顶径向间隙的方法。
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