CN1206449A - 用于监测涡轮机径向间隙的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测涡轮机径向间隙的装置,当涡轮机(2)运行时,对出现在涡轮机壳体(8)与涡轮机轴(4)之间或涡轮机壳体(8)与涡轮叶片(6)之间的径向间隙(22,22′)进行监测。为了保证稳定和准确地测量径向间隙(22,22′),按照本发明,至少在一个涡轮叶片(6)表面或涡轮机轴(4)轴表面上设有一个测量基准点(18,18′),该基准点由非氧化材料制成,用于反射穿过涡轮机壳体(8)的玻璃纤维探测器(12,12′)的光。

Description

用于监测涡轮机径向 间隙的装置
本发明涉及一种监测涡轮机径向间隙的装置，涡轮机具有一根涡轮机轴和固定在涡轮机轴上并由涡轮机壳所包围的涡轮叶片。
当涡轮机，例如汽轮机运行时，由涡轮机轴和涡轮叶片(工作叶片)所组成的转子(主要在转子的最大弯曲区内)由于受到运行状况负荷的影响可能会产生径向间隙或径向间隙桥接，因此，特别是在高温状况下，通常要对间隙变化进行监测。
为监测涡轮机部件间的间隙，由专利文献WO93/17296公开了一种技术方案，即借助一个穿过涡轮机壳的光波导体及安装在涡轮机壳体和/或一个涡轮叶片中的棱镜，利用光强度的变化来确定间隙的变化。然而其缺点是，温度的影响以及间隙中工作介质，如蒸汽的湿度会导致棱镜表面蒙雾及涡轮机部件起氧化皮。由于这种涡轮机部件上的氧化皮或覆层，反射光强度不随间隙变化而变化。因而一种准确和稳定的径向间隙测量不能得到保证。此外在转子边缘区域对间隙的监测迄今为止还未实现。
因此本发明的目的在于，制造一种本文开头所述类型的装置，使得即便在涡轮机部件产生氧化皮时也能够进行可靠准确的径向间隙监测。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种用于测量一涡轮机装置位置变化的装置，该涡轮机装置具有一根涡轮机轴和/或被涡轮机壳体所包围并固定在该涡轮机轴上的涡轮叶片，以及一个穿过涡轮机壳体的玻璃纤维探测器，其特征在于至少在一个涡轮叶片表面或涡轮机轴轴表面上所设置的一个由非氧化材料制成的，用于反射来自玻璃纤维探测器的光的测量基准点，以及一个检测反射光强度差的装置和一个将强度差与一个事先求得的基准值进行比较的装置，还有一个与玻璃纤维探测器相连的光波收发器。
当为了测出涡轮叶片与涡轮机壳体之间的径向间隙，而在涡轮叶片上设置测量基准点时，为了测出涡轮机轴与涡轮机壳体之间所产生的径向间隙，要在轴表面上设置测量基准点。
为了获得一个在涡轮机运行中对径向间隙进行监测所需的尽可能恒定而可靠的测量基准点，该测量基准点的非氧化材料最好是一种抗氧化起鳞皮的材料，如镍铬合金，铂或金。
在一有利的设计方案中，玻璃纤维探测器由一玻璃纤维束构成。为了能不打开涡轮机壳体就可更换玻璃纤维探测器，相宜地将玻璃纤维探测器可拆卸地插在涡轮机壳体内，例如在测量点螺纹连接地插入。
为了能够在高温区域，尤其是在汽轮机的高压段也能测出径向间隙，相宜地将玻璃纤维探测器耐高温地插入陶瓷绝缘套管里面。
当一个涡轮机，尤其是一个双壳涡轮机运行时，内外壳的直径经常会发生变化。为了补偿这种变化，玻璃纤维探测器通过一个弹性外罩装在两个涡轮机壳体部件之间的空间里。因此玻璃纤维探测器最好设计成柔韧且抗膨胀。
为了尽可能早期且精确地确定轴的位移，最好在涡轮机轴和涡轮机壳之间设置的迷宫式密封区域内的轴表面上设置至少一个由非氧化材料制成的测量基准点。在此，通过设置大量的玻璃纤维探测器以及在轴表面和/或涡轮叶片上设置相应数量的测量基准点，相宜地计算出涡轮机轴相对于涡轮机壳的相对偏移。
在另一有利的设计方案中，为了确定和表示径向间隙变化以及轴的位移设有一分析和诊断系统。
本发明实现的优点主要在于，通过采用非氧化的测试基准点，保证稳定且准确地测得和/或精确把诊断径向间隙和/或轴位移。由此可以及早确定涡轮叶片上的损坏及材料磨损。特别是可以避免回转涡轮机部件与静止涡轮机部件相切以及由此产生的能量损失。玻璃纤维探测器相宜地与一个光波发射器及接收器(收发器)连接起来。由此可根据测试点光照条件的变化求得径向间隙的变化。
下面借助附图对本发明实施例作进一步的详细说明，附图中：
图1和图2为带有径向间隙监测机构的涡轮机的局部剖视图，
图3为以放大比例示出的图1中带有一个穿过内，外壳的玻璃纤维探测器的局部截面III的放大示图。
在所有附图中相互对应的部件采用相同的附图标记。
图1所示涡轮机2例如为一汽轮机。它包括一根涡轮机轴4及固定在其上的工作叶片6，该工作叶片由涡轮壳体8及固定在其上的导向叶片10所围绕。
径向间隙监测机构包括一个通过涡轮机壳体8的玻璃纤维探测器12，一个位于涡轮壳体8外面的光波收发器14与该玻璃纤维探测器相连。玻璃纤维探测器12在涡轮机壳体8内穿过一个由陶瓷16构成的绝缘套管17。在这个或每个工作叶片6的自由端表面上具有一个由非氧化材料构成的测量基准点18。测量基准点18的材料例如由镍铬合金，铂或金所构成。这些材料的特点是抗氧化起鳞皮。一个分析和诊断系统20连接在该光波收发器14上。该分析和诊断系统20测出测量点21处光照条件的变化并计算出在工作叶片6与涡轮机壳体8之间所出现的径向间隙22。
图2示出涡轮机2在涡轮机轴4与涡轮机壳体8之间的迷宫式密封部位24。该迷宫式密封24用来密封穿过涡轮机壳体8的轴通孔。该迷宫式密封24包括涡轮机壳体8内的密封带26和涡轮机轴4上的槽28。为了测量涡轮机壳体8与涡轮轴4之间的径向间隙22′，在槽28之间的涡轮轴4的轴表面上同样安置了一个由非氧化材料所构成的测量基准点18′。这个玻璃纤维探测器12′同样在涡轮机壳体8内穿过一个由陶瓷16′构成的绝缘套管17′。该玻璃纤维探测器12′同样通过一光波收发器14与分析和诊断系统20连接。
图3示出图1所示涡轮机2的带有内壳体30和外壳体32的涡轮机壳体8。在此该玻璃纤维探测器12在内壳体30和外壳体32之间的区域内穿过一个弹性外壳34，以补偿因涡轮机运转造成的膨胀。为了防高温，该套管17不仅在内壳体30部位而且在外壳体32部位均用陶瓷16a，16b来绝缘。插在套管17内的玻璃纤维探测器12由成束的玻璃纤维36构成。为了玻璃纤维探测器12的防潮隔热，在测量点21安装了一石英玻璃38，例如蓝宝石窗。玻璃纤维探测器12在内壳体30内通过一螺纹可拆卸地与所述插入套管17相连。由此使玻璃纤维探测器12在涡轮机的停运状态下不打开涡轮机2就可通过外壳体32被取出。为了补偿运行中产生的内壳体30与外壳体32之间的相对移动不仅在内壳体30中而且在外壳体32中都设有一在套管17纵向长度部位上的软密封42。
由涡轮机轴4和工作叶片6所组成的转子5因运行承受负荷导致在涡轮机壳体8与工作叶片6的末端以及涡轮轴4之间产生径向间隙22，22′。这种形式的径向间隙22，22′借助玻璃纤维探测器12，12′以及利用设置在工作叶片6和或涡轮轴4的轴表面上的非氧化测量基准点18，18′，通过光强度差及与参考值的比较而确定。
所述参考值或基准值通过在涡轮机2停止运行的校准过程中求得。为此可以对由光波收发器14发出的与从测量基准点18反射回来又被光波收发器14重新接收的光之间的强度进行相互比较。根据比较结果在分析诊断系统20中计算出径向间隙22或22′。
在涡轮机2运行时，将实时测得的光强度差与基准测量时求得的光强度差进行比较。在所述分析诊断系统20中根据实时测得的光强度差与基准测量值的偏差计算出径向间隙22，22′的变化或大小。

Claims (10)

1.一种用于监测涡轮机装置(2)中径向间隙的装置，该涡轮机(2)具有一根涡轮机轴(4)和固定在涡轮机轴上且被涡轮机壳体(8)所包围的涡轮叶片(6，10)，以及一个穿过涡轮机壳体(8)的玻璃纤维探测器(12)，
其特征在于至少在一个涡轮叶片(6，10)表面和/或涡轮机轴(4)轴表面上所设置的一个由非氧化材料制成的，用于反射来自玻璃纤维探测器(12)的光的测量基准点(18)，以及一种检测反射光强度差的装置。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，测量基准点(18)的非氧化材料是抗氧化起鳞皮的。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述玻璃纤维探测器(12)由玻璃纤维束(36)构成。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述玻璃纤维探测器(12)可拆卸地装在涡轮机壳体(8)里。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述玻璃纤维探测器(12)被装进一个由陶瓷(16)构成的绝缘套管(17)里面。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述玻璃纤维探测器(12)在两个涡轮机壳体(30，32)之间的区域内穿过一弹性外套(34)。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，一个与玻璃纤维探测器(12)相连的光波收发器(14)。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，至少有一个由非氧化材料构成的测量基准点位于涡轮机轴(4)与涡轮机壳体(8)之间的迷宫式密封(24)区域内的轴表面上。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，数个玻璃纤维探测器(12)及相应数量的测量基准点(18)设置在轴表面(4)和/或涡轮叶片(6，10)上，用于测出涡轮机轴位移。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于一个用于确定和表示径向间隙变化及轴位移的分析和诊断系统(20)。
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Granted publication date: 20020403

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