ES2296017T3 - Dispositivo y procedimiento para determinar los momentos de giro en un eje de turbina. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para determinar el momento de giro que está siendo aplicado en el eje (10) de una turbina; con una forma de disposición para medir -sin contacto alguno- la torsión integral del eje (10) de la turbina; dispositivo éste que está caracterizado porque este dispositivo determinador comprende una unidad para la determinación de la constante de recuperación del eje (10) de la turbina, con un aparato de medición para medir -sin contacto alguno- la frecuencia de oscilación por la torsión del eje de la turbina.

Description

Dispositivo y procedimiento para determinar los momentos de giro en un eje de turbina.

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para determinar los momentos de giro en un eje de turbina, conforme a lo indicado en los preámbulos de las reivindicaciones de patente 1) y 10), respectivamente.

Las turbinas son empleadas, por ejemplo, en los grupos motopropulsores aeronáuticos y como unas turbinas de gas en la industria. Para el empleo de las turbinas, el rendimiento de las mismas representa un parámetro importante, por lo que este rendimiento ya es determinado -con grandes esfuerzos y bajo las condiciones del trabajo- durante la fase del desarrollo de los aparatos, en los cuales ha de ser incorporada la turbina. A este efecto, en primer lugar son medidas -por la entrada a la turbina así como por la salida de la misma- tanto las presiones como las temperaturas, ponderadas en el sentido radial y por la circunferencia de la turbina.

A través de un modelo de conjunto del grupo motopropulsor ó de la turbina de gas se sacan tanto para las magnitudes antes referidas como para otras magnitudes de medición - las conclusiones sobre el rendimiento. En este caso, las faltas de homogeneidad en el campo de la temperatura y de la presión así como otros efectos -que, en parte, pueden ser difícilmente apreciados- conducen a unas inseguridades de normalmente +/- un 2% ó más La potencia, que a través del eje es pasada por la turbina es pasada al compresor y la que puede ser medida por medio del momento de giro, que está presente en el eje, esta potencia, pues representa una variable adicional, que es independiente y mediante la cual puede ser mejorada la determinación del rendimiento.

Con el fin de mejorar, de una manera importante, la determinación del rendimiento, el momento de giro tiene que ser determinado con una exactitud de +/- un 0,5%, ó incluso con menos. En la medida de lo posible, la medición no debe exigir ninguna modificación -ó, dado el caso, implica solamente unas ligeras modificaciones- en el eje y en el grupo motopropulsor ó, en su caso, en la turbina de gas, y esta medición tiene que ser efectuada, en su conjunto, en una manera rápida así como a un reducido costo.

Por regla general, para la determinación de los momentos de giro en los ejes es medido ó el ángulo de torsión por un tramo finito del eje ó bien localmente es medido el alargamiento de torsión en la superficie del eje. En ambos casos es así, que el momento de giro está relacionado con la magnitud de medición a través del módulo de empuje y por la geometría del eje.

Por consiguiente, la Patente Europea Núm. EP 1 398 608 A2 revela un dispositivo y un procedimiento para la determinación del momento de giro con una forma de disposición para medir -sin contacto alguno- la torsión integral del eje. La constante de recuperación del eje la que es asimismo necesaria para determinar el momento de giro, es obtenida por medio de un enfoque de modelo y a través de unos cálculos, efectuados en base a la geometría del propio eje.

También la Patente Núm. 4 811 238 de los Estados Unidos describe un procedimiento para la determinación -sin contacto alguno- de la torsión del eje y para el cálculo de una señal vibratoria de torsión.

Además, Zielinski y otros revelan en su publicación "Noncontact vibración measurements on compresor rotor blades" (mediciones sin contacto de la vibración en las paletas de rotor de un compresor). Revista "Measurement Science and Technology" Núm. 11 (2000), páginas 847 - 856, la forma en la que las vibraciones de paletas son medidas sin contacto alguno.

Según el estado actual de la técnica, están descritos distintos procedimientos para medir el ángulo de torsión. En el caso más sencillo es así, que por los dos extremos del eje son colocadas unas coronas dentadas que en unos sensores ópticos ó eléctricos (por ejemplo, inductivos) -que son estacionarios con respecto al eje- producen unas señales alternativas, cuya posición de fase relativa varía con la torsión del eje.

En la mayoría de los casos, los alargamientos por torsión son medidos mediante bandas extensométricas ó con unas láminas metálicas magneto-restrictivas; en este caso, éstas últimas varían sus propiedades magnéticas a causa de la dilatación, lo que desde fuera puede ser medido -sin contacto alguno- con unos sensores inductivos.

Estos tipos de medición son, sin embargo, extremadamente costosos, y con frecuencia no tienen ellos la suficiente exactitud.

Sobre todo al ser estos procedimientos aplicados bajo las condiciones del trabajo real, se han de tener en cuenta toda una serie de aspectos ó problemas. Por un lado, el módulo de empuje del eje se dispersa -de un eje al otro- hasta algunos puntos porcentuales. Además, el módulo de empuje está en función de la temperatura, y una variación en el mismo se produce normalmente ya con 0,025%/°C. Esto resulta especialmente inconveniente para los procedimientos de medición, teniendo en cuenta que el eje cambia de temperatura -por ejemplo, dentro del ámbito de trabajo de un grupo motopropulsor- por algunos cientos de grados. Tener en consideración esta variación en la temperatura es posible, pero solamente con grandes dificultades, toda vez que es muy compleja la distribución de la temperatura a lo largo del eje. Además, a unos elevados números de revoluciones se ensancha el eje a causa de las fuerzas centrífugas, por lo que el mismo se hace más rígido. Como añadidura, la torsión del eje se hace -en el punto de carga completa- relativamente pequeña y es, por lo general, de solamente unos pocos grados de ángulo. Durante el funcionamiento, el eje puede efectuar unos complejos movimientos y puede variar su posición axial en un compresor y de una turbina se doblan, bajo la carga, en el sentido axial así como en la dirección circunferencial. También la carcasa del grupo motopropulsor y la carcasa de una turbina de gas de se encuentran sometidas a unas variaciones durante el funcionamiento. Por ejemplo, la carcasa se puede deformar y torcer a causa de unas cargas, tanto térmicas como mecánicas.

Finalmente, al ser empleadas las bandas extensométricas, se presenta el inconveniente de que las mismas apenas permiten efectuar unas mediciones estáticas exactas a unas temperaturas de más de 200ºC., habida cuenta de que a esta temperatura comienzan a reblandecerse tanto las bandas extensométricas como asimismo el adhesivo.

Por consiguiente, en base a estas condiciones marginales de los grupos motopropulsores y de las turbinas de gas, resulta que unas mediciones exactas del momento de giro en el grupo motopropulsor ó en las turbinas de gas, llevadas a efecto con los procedimientos conocidos, son extremadamente difíciles y muy costosas.

Para las mediciones de la torsión local tienen que ser aplicadas varias bandas extensométicas para poder diferenciar los alargamientos por torsión de las dilataciones, que se producen por dobladura. Además, sobre el eje se necesitan unos elementos térmicos para la exacta medición de la temperatura. Para la alimentación de los sensores así como para la transmisión de señales es necesaria una telemetría. Previo a las mediciones, el conjunto de los sensores y el eje tienen que ser calibrados, es decir, sobre un dispositivo de calibrado han de ser aplicados, de una manera bien definida, los momentos de giro y las temperaturas.

Durante las mediciones del ángulo de torsión, las dificultades principales consisten en las deformaciones de la carcasa del grupo motopropulsor ó, en su caso, de la carcasa de una turbina de gas -en las cuales están los sensores definitivamente fijados- como asimismo residen estas dificultades en las distribuciones de las temperaturas por el eje, las que durante el calibrado sólo difícilmente pueden quedar establecidas con la necesaria precisión.

A la vista de esto, la presente invención tiene el objeto de proporcionar una más exacta y económica medición del momento de giro, que durante el funcionamiento se produce en el eje de turbina de los grupos motopropulsores ó de las turbinas de gas, sobre todo de turbinas de gas para la industria.

La presente invención está basada en el conocimiento de que este objeto puede ser conseguido, de forma óptima, mediante una medición separada de las magnitudes ó variables que están relacionadas con el momento de giro. Esta invención está basada, además, en el conocimiento de que las fuerzas de recuperación -que actúa durante la oscilación del eje por torsión corresponden a las fuerzas de recuperación- que actúan durante la oscilación del eje por torsión -corresponden a las fuerzas de recuperación- que actúa durante la oscilación del eje por torsión - corresponden a las fuerzas de recuperación que, durante el funcionamiento de la turbina de gas ó del grupo motopropulsor, se producen con el momento de giro aplicado.

De acuerdo con la presente invención, este objeto es conseguido por medio de un dispositivo para determinar el momento de giro, que se produce en un eje de turbina, con una forma de disposición ó aparato para medir -sin contacto alguno- la torsión integral del eje de la turbina, y con una unidad para determinar la constante de recuperación del eje de la turbina, así como con una unidad para determinar la constante de recuperación del eje de la turbina, así como con un dispositivo medidor para medir -sin contacto alguno- la frecuencia de las oscilaciones por torsión del eje de la turbina.

A través de un dispositivo de este tipo pueden ser determinadas -de forma exacta y de una manera separada- las magnitudes que son necesarias para la determinación del momento de giro. De este modo, el momento de giro - que queda definido mediante la fórmula

D = k* \varphi,

en la que

D = Momento de giro

k = Constante de recuperación

\varphi = Torsión integral

puede ser definido de una manera exacta. Este resultado puede ser empleado, por ejemplo, para poder determinar de forma exacta el rendimiento de la turbina bajo las condiciones de trabajo de un grupo motopropulsor.

La unidad para medir la constante de recuperación comprende un dispositivo medidor para medir -sin contacto alguno- la frecuencia de las oscilaciones por torsión del eje de la turbina.

Teniendo en cuenta que las fuerzas de recuperación, que actúan durante la oscilación por torsión, es decir, en la oscilación básica, corresponden a las fuerzas de recuperación al estar aplicado un momento de giro, resulta que la medición de la frecuencia de la oscilación por torsión del eje puede ser empleada para determinar la constante de recuperación para el momento de giro aplicado. La función de la frecuencia en relación con la constante de recuperación se produce de la siguiente ecuación:

f = \frac{1}{2 \pi\sqrt{\frac{k}{\theta}}},

en la que:

f = Frecuencia de torsión

k = Constante de recuperación

\theta = Momento de inercia.

Con preferencia, la forma de disposición ó el aparato de medición para determinar la torsión integral del eje de la turbina está dispuesto, por lo menos parcialmente, dentro del eje por lo cual pueden ser eliminados algunos de los inconvenientes, mencionados en relación con el estado actual de la técnica. A este efecto, el aparato de medición puede comprender por lo menos dos elementos de alineación, estando dispuesto por lo menos uno de ellos por el interior del eje. Gracias a este tipo de medición, pueden ser eliminadas algunas de las desventajas, que se presentan en los procedimientos según el estado de la técnica para la determinación del ángulo de torsión. Sobre todo es así que, con este tipo de medición, la deformación de la carcasa del grupo motopropulsor ó de la carcasa de la turbina de gas -la cual se produce durante el funcionamiento- no influye en el resultado en la medición. Por consiguiente, puede ser incrementada la exactitud del resultado de la medición.

Por elementos de alineación se entienden, en el sentido de la presente invención, unos elementos cuya alineación mutua puede ser comprobada, sobre todo puede ser registrada de forma óptica. Para esta finalidad, el eje ha de estar diseñado de tal modo, que la parte interior del eje sea accesible por fuera desde el lado frontal, al tratarse de un eje de turbina de baja presión, por ejemplo, desde el cono del saliente y hasta dentro de la zona de la turbina, por lo menos para los rayos ópticos. Por consiguiente, aparte de prever el diseño de un eje de turbina hueco, en el cono del saliente de un grupo motopropulsor, por ejemplo, ha de estar realizada una abertura.

Como elementos de alineación pueden ser empleados, por ejemplo, unos elementos ópticos como son unos discos anulares, sobre los cuales está aplicado -por lo menos parcialmente- una marca ó un dibujo, que también puede estar incorporado en los mismos.

Como tal dibujo pueden ser empleadas, por ejemplo, unas lineas ó retículas. Pueden ser empleados, además, unos elementos de alineación que como tales representan el dibujo, que es necesario a efectos de una alineación mutua. De este modo, pueden ser empleadas, por ejemplo, unas estructuras de rejilla. Existe, además, la posibilidad de emplear unos elementos de alineación de forma tubular, en este caso, los mismos están dispuestos de forma coaxial al eje y por el interior de éste. En este supuesto, los tubos son fijados, por ejemplo, por un lado del eje dentro de la zona de turbina y en la parte interior del eje; estos tubos, sin embargo no están unidos con el eje por la longitud restante del mismo. Por medio de un tubo de este tipo, la torsión dentro de la zona de la turbina puede ser pasada hasta el lado frontal, es decir, hacia dentro de la zona del cono del saliente, por ejemplo. Al llevar un elemento de alineación de forma tubular de esta clase por su cara frontal -que se encuentra alejada del lado de fijación- un dibujo, este dibujo puede ser visto desde el lado frontal del grupo motopropulsor ó desde la turbina de gas, y la posición actual del eje dentro de la zona de la turbina puede ser indicada por la parte delantera del eje.

Los elementos de alineación no tienen porque ser unas partes componentes separadas; es más, como elemento de alineación también puede ser empleada una marca, que está prevista en por lo menos un punto del eje y la que está visible desde fuera. Estas marcas pueden estar dispuestas, por ejemplo, alrededor de la abertura prevista en el cono del saliente del grupo motopropulsor, y las mismas sirven en este posicionamiento para indicar la posición de la zona de compresor del eje.

El aparato de medición puede comprender, de forma preferente, dos elementos en alineación, estando dispuestos ambos elementos de alineación en la parte interior del eje.

Por forma de disposición en la parte interior se ha de entender sobre todo la sujeción ó la fijación de por lo menos una parte de los elementos de alineación por el interior del eje. Al estar previstos los dos elementos de alineación en la parte interior del eje, dentro de la zona de la turbina debe estar asegurado que pueda ser registrado ó reconocido el segundo elemento de alineación, que por la zona del compresor está dispuesto por detrás del primer elemento de alineación. A este efecto, y al ser empleados como elementos de alineación unos discos, por ejemplo, el disco delantero, que está previsto dentro de la zona del compresor, está realizado de forma transparente y, en este caso, el mismo está provisto preferentemente de un recubrimiento antireflexión ó puede representar un disco anular. El disco posterior, que está dispuesto dentro de la zona de la turbina, está entonces realizado con preferencia de forma reflectante.

Por consiguiente, el elemento de alineación -que dentro de la zona de la turbina se encuentra situado en la parte interior del eje- está previsto preferentemente para la transmisión de un dibujo, que está aplicado sobre el mismo, hasta por lo menos dentro de la zona del compresor y hasta más allá del cono del saliente. Al ser empleados como elementos de alineación unos discos, esta transmisión es conseguida a través de la mencionada forma de realización reflectante del disco dentro de la zona de la turbina, por lo cual un rayo de luz, que incide en el disco, puede ser desviado. En el caso de la forma de realización tubular del elemento de alineación esta transmisión es llevada a efecto por la longitud del tubo.

El aparato de medición para medir la torsión integral del eje comprende, de forma preferentemente un dispositivo de toma de imágenes, que está previsto para tomar la imagen de por lo menos una parte de los elementos de alineación. La parte de los elementos de alineación, de la cual es tomada la imagen, es sobre todo el dibujo que lleva cada elemento de alineación. En aquellas formas de realización, en las cuales el dibujo está representado por los propios elementos de alineación, es tomada la imagen del elemento de alineación completo. Como dispositivo de toma de imágenes puede ser empleada, por ejemplo, una cámara que está ubicada por delante del grupo motopropulsor, es decir, por delante del cono del saliente. En esta posición, la cámara puede -a través de la abertura, prevista en el cono del saliente- enfocar y tomar la imagen de que por lo menos un elemento de alineación, dispuesto dentro del eje. Este dispositivo de toma de imágenes es sobre todo concebido de tal manera, que el mismo pueda tomar la imagen de dos elementos de alineación. De este modo, a través del posicionamiento relativo de los dibujos, que llevan los elementos de alineación, puede ser determinada la torsión relativa de las dos zonas (compresor/turbina) del eje. Con el fin de poder registrar los elementos de alineación que están previstos en distintas partes dentro del eje -por lo que los dibujos de los mismos también están situados en distintos puntos dentro del eje- resulta que como objetivo para la cámara es empleado, preferentemente un objetivo de una gran selectividad, que permita una reproducción nítida de los dibujos de los dos elementos de alineación. Como alternativa, puede ser empleado un objetivo que tenga dos distintas distancias focales. De esta manera, el objetivo puede al mismo tiempo ser enfocado a los elementos de alineación a distintas profundidades del eje, y los dibujos previstos en éstos pueden ser reproducidos con nitidez.

Con el objeto de poder obtener unas imágenes claras de los dibujos en los elementos de alineación, incluso estando en funcionamiento el grupo motopropulsor ó la turbina en gas, de forma preferente es empleada una cámara con la cual sean posibles unos tiempos de apertura extremadamente cortos.

Según la presente invención, el dispositivo de toma de imágenes está preferentemente unido con un dispositivo de iluminación, que puede estar sincronizado con el dispositivo de toma de imágenes. Gracias a ello, pueden estar aseguradas una simultánea iluminación y la toma de imagen de un dibujo de uno ó de los dos elementos de alineación.

Como dispositivo de iluminación puede ser empleada una lámpara relámpago ó flach. Con esta forma de realización y al ser empleada una cámara, con la cual son posibles unos tiempos de apertura extremadamente cortos, una nítida reproducción de los dibujos de los elementos de alineación puede ser conseguida, alternativamente, por unos cortos relámpagos y/ó por unos cortos tiempos de apertura. El dispositivo de relámpago puede estar sincronizado, de forma preferente, con el dispositivo de toma de imágenes, y el mismo puede estar enfocado sobre los elementos de alineación. De una forma preferente, es empleada una lámpara relámpago con un pequeño cabezal de iluminación; a este efecto, pueden ser empleados unos conductores de luz. A fin de una iluminación uniforme de los elementos de alineación, que se encuentran en la parte interior del eje y que se extienden, por regla general, por todo el diámetro interior del eje, el cabezal de iluminación de la lámpara relámpago puede estar previsto de forma central sobre el eje de la
cámara.

El dispositivo de toma de imágenes está unido preferentemente con una unidad de procesamiento de imágenes. Dentro de esta unidad pueden ser analizadas las imágenes tomadas de los elementos de alineación, es decir, de las marcas ó dibujos previstos sobre los elementos. A través de éste análisis puede ser determinada la torsión relativa de los dibujos entre si, al estar el grupo motopropulsor funcionando, en comparación con un grupo motopropulsor que está parado ó que es de una rotación lenta.

La unidad para la medición de la constante de recuperación puede estar realizada sobre todo a través de un sensor de reflexión, por medio del cual puede ser medida -por fuera del grupo motopropulsor y en el ventilador del grupo motopropulsor- la frecuencia de inversión de las paletas. De la modulación de la frecuencia de inversión de las paletas es obtenida la frecuencia de la oscilación por torsión. De forma alternativa a esta forma de disposición de un sensor también puede estar dispuesto un sensor dentro de la carcasa del grupo motopropulsor, por encima de un escalón de compresor ó de rotor de la turbina. También a través de esta medición puede ser medida la frecuencia de las oscilaciones por torsión del eje.

De forma preferente, la unidad para la medición de la constante de recuperación comprende una unidad para calcular el momento de inercia del eje, del compresor así como de la turbina. Como alternativa, pueden ser empleados para el momento de inercia unos valores que han sido determinados de forma empírica.

El dispositivo de la presente invención puede ser empleado, por ejemplo, para determinar el momento de giro aplicado en el eje de una turbina de baja presión de un grupo motopropulsor aeronáutico. Para ello es conveniente, que, a efectos de las mediciones ópticas por medio del dispositivo de la presente invención, el eje está bien accesible desde fuera.

Conforme a otro aspecto más de la presente invención, ésta se refiere a un procedimiento para la determinación del momento de giro que está siendo aplicado sobre un eje de turbina siendo medida, para determinar este momento de giro, la torsión integral del eje de la turbina sin establecer ningún contacto con el eje, como asimismo es medida la constante de recuperación del eje de la turbina, la cual queda determinada por el hecho de que es medida -sin ningún contacto- la frecuencia de la oscilación por torsión del eje de la turbina.

Al tratarse del eje de una turbina de baja presión de un grupo motopropulsor aeronáutico, esta determinación puede ser efectuada sobre sobre todo por medio de un sensor de reflexión, desde fuera del grupo motopropulsor y en el ventilador de éste último. Según una forma de realización del procedimiento es así, que éste comprende la fase de determinar -mediante cálculo- el momento de inercia del eje de la turbina, del compresor así como de la turbina. A este efecto, son tenidas en consideración las conocidas geometrías, las densidades de material así como las teóricas distribuciones de la temperatura por el eje. No obstante, según la presente invención existe asimismo la posibilidad de determinar los momentos de inercia de forma experimental a la temperatura ambiente, a través de una ponderación y mediante unos ensayos de péndulo. Unas informaciones suplementarias a los procedimientos para determinar los momentos de inercia pueden ser obtenidas por la medición de las amplitudes de las oscilaciones por torsión del eje, tanto en el compresor como en la turbina, ó bien por la medición de la proporción entre las dos amplitudes.

De forma preferente, el procedimiento de la presente invención es llevado a la práctica por medio del dispositivo según la presente invención. Las ventajas y características, descritas en relación con el dispositivo de la presente invención, también valen -en la medida en que las mismas puedan ser aplicadas- de forma análoga para el procedimiento de la presente invención, y vice-versa.

A continuación, la presente invención está descrita con más detalles en relación con los planos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra la vista esquematizada de sección de un eje de turbina en una forma de realización del dispositivo para determinar el momento de giro según la presente invención, mientras que

La Figura 2 indica la vista esquematizada de sección de un eje de turbina en otra forma de realización del dispositivo para determinar el momento de giro según la presente invención.

En lo sucesivo, la presente invención está descrita principalmente con referencia a un eje de turbina de baja presión de un grupo motopropulsor aeronáutico. No obstante, para una persona familiarizada con este ramo técnico, es evidente que la presente invención también pueda ser empleada para otros ejes de turbina en un grupo motopropulsor aeronáutico ó de una turbina de gas.

En las Figuras se han indicado solamente aquellas partes componentes del dispositivo de la presente invención y del grupo motopropulsor, las cuales son importantes para la compresión. Además, estas Figuras no están realizadas a una misma escala entre si.

En la Figura 1 está indicado, de forma esquematizada, un eje 10 de una turbina de baja presión, con el compresor 12 y con la turbina 14. En este caso, el compresor 12 está indicado solamente por un ventilador. Por el extremo delantero del eje 10 de la turbina de baja presión está indicado el cono del saliente 16, que sostiene las paletas del ventilador.

Del dispositivo determinador de la presente invención sólo se han meramente reflejado en la Figura 1 los elementos de alineación, 18 y 20, así como el dispositivo de toma de imágenes 22.

Según esta forma de realización, los elementos de alineación, 18 y 20, están formados por unos discos, cada uno de los cuales tiene una estructura de líneas. En este caso, el disco 18, que está ubicado dentro de la zona del compresor 12, está realizado, de forma transparente, mientras que el disco 20, dispuesto dentro de la zona de la turbina 14, es de tipo reflectante.

De la forma de realización, representada en la Figura 2, también se han reflejado meramente sólo los elementos de alineación, 24 y 26, así como el dispositivo de toma de imágenes 22.

Según esta forma de realización, el primer elemento de alineación 24 está constituido por unas marcas en el cono del saliente 16, realizadas alrededor de la abertura 28, prevista en el mismo, mientras que el segundo elemento de alineación 26 representa un tubo, que está unido con el eje 10 solamente dentro de la zona de la turbina 14 y el cual se extiende -por la parte interior del eje 10- desde la turbina 14 hasta el lado frontal del cono del saliente 16.

A continuación, el modo de funcionamiento del dispositivo determinador de la presente invención así como el procedimiento según esta invención son descritos con referencia a estas Figuras.

Por medio del dispositivo determinador de la presente invención puede ser determinado el módulo de empuje del eje 10 ó dicho de una forma más exacta, la efectiva constante de recuperación del eje 10 entre la turbina 14 y el compresor 12, bajo las condiciones de trabajo de un grupo motopropulsor y a través de la medición de las oscilaciones por torsión del eje. La frecuencia de esta oscilación está en función de la constante de recuperación buscada así como de los momentos de inercia del compresor 12, de la turbina 14 y del eje 10. Los momentos de inercia, a su vez, dependen -a través de las fuerzas centrifugas y del alargamiento térmico- del número de revoluciones así como de la distribución de la temperatura por el centro de funcionamiento del grupo motopropulsor, y los mismos pueden ser calculados exactamente en base a las conocidas geometrías, densidades del material y distribuciones teóricas de la temperatura. La frecuencia de la oscilación por torsión del eje resulta de la modulación de la frecuencia alterna de las paletas, la cual es medida mediante un sensor de reflexión -sin contacto alguno- en las paletas del ventilador del compresor 12.

Según la forma de realización indicada en la Figura 1 - en la que dentro de la zona del compresor 12 está previsto un disco transparente 18, mientras que por la zona de la turbina 14 está dispuesto un disco reflector de luz 20 - la medición de la torsión integral del eje 10 es llevada a efecto a través de esta forma de disposición. Para esta finalidad, los dos elementos de alineación, 18 y 20, son de una estructura de líneas. Por medio de la cámara 22, que está dispuesta por delante del grupo motopropulsor, son tomadas -a través de la abertura 28, prevista en el cono del saliente 16 del grupo motopropulsor- unas imágenes, que contienen simultáneamente la estructura lineal del disco delantero 18 y la estructura lineal del disco posterior 20. En este caso, la iluminación es efectuada mediante una lámpara relámpago con unos relámpagos cortos, de tal modo que estas imágenes también sean nítidas con el grupo motopropulsor en funcionamiento.

Según la forma de realización representada en la Figura 2, por la cámara 22 son tomadas unas imágenes que al mismo tiempo contienen una marca 24, por ejemplo, las líneas previstas alrededor de la abertura 28, realizada en el cono del saliente 16, así como unas marcas -sobre todo también líneas- previstas en la cara frontal del tubo 26, que sirve como otro elemento de alineación. También en este caso es así, que la iluminación es efectuada dentro de una luz estroboscópica, es decir, con unos cortos relámpagos con el fin de producir unas imágenes más nítidas.

Los dibujos ó marcas ó líneas, previstos en los dos elementos de alineación, 18 y 20 así como 24 y 26, respectivamente, son elegidos de tal manera que dentro de la imagen, tomada por la cámara 22, sean reproducidas unas estructuras que puedan ser reconocidas claramente. A título de ejemplo, es empleado un determinado número de líneas finas.

A través de una correspondiente evaluación de las imágenes puede ser determinada la torsión relativa de las dos estructuras de líneas entre si, en comparación con la torsión con el grupo motopropulsor parado ó de una rotación lenta. Por la toma de numerosas imágenes y mediante una ponderación de los resultados individuales puede ser conseguida -a pesar del movimiento del grupo motopropulsor y del eje- una elevada exactitud. El dibujo, que está previsto en los elementos de alineación, es elegido de tal modo que por el análisis de las imágenes pueda ser conseguida esta elevada exactitud, a pesar de lo efectos de inclinación y de un número finito de pixeles.

Los elementos de alineación no tienen porque estar permanente unidos con el eje. Estos elementos también pueden estar constituidos por unos cuerpos que mediante una herramienta puedan ser introducidos en el eje, por la parte delantera del mismo, para ser arriostrados en la posición correcta y - una vez efectuada la medición ser quitados otra vez. Gracias a ello, existe la posibilidad de medir la torsión integral también en las pruebas de recepción de los grupos motopropulsores de serie y de poder medir con más exactitud la constante efectiva de recuperación así como los momentos de giro y determinar, de este modo, el rendimiento de la turbina.

El procedimiento de medición de la presente invención tiene sobre todo la ventaja de que el mismo no exige ningún calibrado por separado del eje ni unos elementos sensores. En el eje han de ser adoptadas solamente unas pequeñas medidas preparatoria. En cuanto a los demás aspectos, la medición del momento de giro, que está siendo aplicado en el eje, es efectuada sin contacto alguno y con una elevada exactitud - desde fuera del grupo motopropulsor. Condición previa para ello es que el eje sea hueco y pueda ser accesible ópticamente desde la parte frontal del eje hasta la parte del eje, situada dentro de la zona de la turbina. Por consiguiente, este procedimiento es exacto, de un reducido costo así como de una aplicación rápida.

Claims (13)

1. Dispositivo para determinar el momento de giro que está siendo aplicado en el eje (10) de una turbina; con una forma de disposición para medir -sin contacto alguno- la torsión integral del eje (10) de la turbina; dispositivo éste que está caracterizado porque este dispositivo determinador comprende una unidad para la determinación de la constante de recuperación del eje (10) de la turbina, con un aparato de medición para medir -sin contacto alguno- la frecuencia de oscilación por la torsión del eje de la turbina.

2. Dispositivo conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque el aparato de medición comprende por lo menos dos elementos de alineación (18, 20, 24, 26), estando dispuesto por lo menos uno de los elementos de alineación (18, 20, 26) en la parte interior del eje (10).

3. Dispositivo conforme a las reivindicaciones 1 ó 2) y caracterizado porque el aparato de medición comprende dos elementos de alineación (18, 20) y porque ambos elementos de alineación (18, 20) están dispuestos en la parte interior del eje (10).

4. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 2) ó 3) y caracterizado porque los elementos de alineación (18, 20, 24, 26) llevan un dibujo ó tienen la forma de un dibujo.

5. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 2) hasta 4) y caracterizado porque uno de los elementos de alineación (20, 26) está dispuesto, dentro de la zona de la turbina (14), en la parte interior del eje (10), y este elemento está previsto para la transmisión de un dibujo -que está dispuesto en el mismo- por lo menos dentro de la zona del compresor (12).

6. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 2) hasta 5) y caracterizado porque los elementos de alineación (18, 20) están constituidos por unos elementos ópticos.

7. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 6) y caracterizado porque el aparato de medición para medir la torsión integral del eje (10) comprende un dispositivo de toma de imágenes (22), que está previsto para tomar la imagen de por lo menos una parte de los elementos de alineación (18, 20, 24, 26).

8. Dispositivo conforme a la reivindicación 7) y caracterizado porque el mismo comprende una unidad de procesamiento de imágenes, que se encuentra unida con el dispositivo de toma de imágenes (22).

9. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 8) y caracterizado porque la unidad de medición para medir la constante de recuperación comprende una unidad para determinar -mediante cálculo- el momento de inercia del eje (10), del compresor (12) así como de la turbina (14).

10. Procedimiento para determinar el momento de giro que está siendo aplicado en el eje (10) de una turbina; en este caso, para la determinación del momento de giro es medida -sin establecer contacto alguno- la torsión integral del eje de la turbina, como asimismo es determinada la constante de recuperación del eje de la turbina; procedimiento éste que está caracterizado porque la constante de recuperación queda determinada por el hecho de que es medida -sin contacto alguno- la frecuencia de la oscilación por torsión del eje de la turbina.

11. Procedimiento conforme a la reivindicación 10) y caracterizado porque la frecuencia de la oscilación por torsión del eje es medida por medio de un sensor de reflexión.

12. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 10 hasta 11) y caracterizado porque el mismo comprende la fase de determinar -mediante cálculo- el momento de inercia del eje (10) de la turbina, del compresor (12) así como de la turbina (14).

13. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 12) y caracterizado porque este procedimiento es llevado a la práctica mediante un dispositivo conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 9).