KR100461262B1 - 터빈하우징과날개끝사이의방사상갭을검출하기위한장치 - Google Patents

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Abstract

터빈(2)의 작동시 터빈 하우징(8)과 터빈 샤프트(4) 사이에 또는 터빈 하우징(8)과 터빈 날개(6) 사이에 생기는 방사상 갭(22, 22')이 검출된다. 방사상 갭(22, 22')의 일정하고 정확한 측정이 이루어지도록 하기 위해, 본 발명에 따라 터빈 하우징(8)을 통해 안내된 유리 섬유 프로브(12, 12')의 빛을 반사시키기 위한, 비산화 물질로 이루어진 측정 기준점(18, 18')이 적어도 하나의 터빈 날개(6)상에 및/또는 터빈 샤프트(4)의 표면상에 배치된다.

Description

터빈 하우징과 날개 끝 사이의 방사상 갭을 검출하기 위한 장치
본 발명은 터빈 하우징에 의해 둘러싸인, 터빈 샤프트 및/또는 터빈 샤프트에 고정된 터빈 날개를 포함하는 터빈의 방사상 갭을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.
터빈, 특히 증기 터빈의 작동시에는 터빈의 작동에 기인한, 터빈 샤프트 및 터빈 날개로 구성된 회전자의 부하로 인해, 주로 회전자가 가장 많이 처지는 영역에서 방사상 유격 또는 방사상 갭이 생긴다. 따라서, 특히 높은 온도에서 발생하는, 그러한 갭의 변동이 통상적으로 검출된다.
터빈 부품 사이의 갭을 검출하기 위해, 터빈 하우징을 통해 안내되는 광도파관(optical waveguide)을 이용해서 그리고 터빈 하우징 및/또는 터빈 날개 내에 배치된 프리즘으로 빛의 세기 변동을 기초로 갭의 변동을 검출하는 것이 간행물 WO 93/17296호에 공지되어 있다. 그러나, 갭 내에 존재하는 작동 매체, 예컨대 증기의 온도 및 습기는 프리즘에 김이 서리게 하고 터빈 부품을 산화시킨다. 터빈 부품에서의 이러한 산화 또는 김으로 인해, 반사되는 빛의 세기가 갭의 변동과 무관하게 변동된다. 따라서, 방사상 갭이 정확하고 일정하게 측정되지 않는다. 게다가 지금까지는, 회전자의 가장자리 영역에서는 갭의 검출이 이루어지지 않았다.
도 1 및 2는 방사상 갭을 검출하기 위한 장치를 가진 터빈의 개략도이고,
도 3은 내부 하우징 및 외부 하우징을 통해 안내된 유리 섬유 프로브를 가진 도 1의 부분Ⅲ의 확대도이다.
본 발명의 목적은 터빈 부품의 산화시에도 확실하고 정확한 방사상 갭 검출이 이루어질 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 장치가 유리 섬유 프로브로부터 빛을 반사시키기 위해 하나 이상의 터빈 날개의 표면 상에 및/또는 샤프트 표면 상에 제공된, 비산화 물질로 이루어진 측정 기준점과, 그리고 반사된 빛의 세기 차를 검출하기 위한 수단을 포함함으로써 달성된다.
터빈 날개와 터빈 하우징 사이의 방사상 갭을 측정하기 위해 측정 기준점이 터빈 날개 상에 배치되는 한편, 터빈 샤프트와 터빈 하우징 사이에 생긴 방사상 갭을 측정하기 위해 측정 기준점이 샤프트 표면 상에 제공된다.
터빈의 작동시 방사상 갭을 검출하기 위한 가급적 일정하고 확실한 측정 기준점을 얻기 위해, 측정 기준점의 비산화 물질은 바람직하게는 내산화성 재료, 예컨대 크롬니켈, 백금 또는 금으로 이루어진다.
바람직한 실시예에서 유리 섬유 프로브는 유리 섬유 다발로 구성된다. 터빈의 덮개를 벗기지 않고도 유리 섬유 프로브를 교체하기 위해, 유리 섬유 프로브는 예컨대 측정 장소에서의 나사선을 통해 터빈 하우징 내로 해제 가능하도록 삽입될 수 있다.
높은 온도 범위에서, 특히 증기 터빈의 고압 부분에서 방사상 갭을 측정하기 위해, 유리 섬유 프로브가 바람직하게는 고온을 견딜 수 있게 세라믹 절연 파이프내로 삽입된다.
터빈, 특히 2중 벽 터빈의 작동 시에, 종종 내부 하우징 및/또는 외부 하우징의 직경 변동이 나타난다. 이러한 변동을 보상하기 위해, 유리 섬유 프로브가 2개의 터빈 하우징 부품 사이의 영역에서 탄성 케이싱을 통해 안내된다.
유리 섬유 프로브는 바람직하게는 가요성 및 내팽창성을 갖도록 구현된다.
샤프트의 변위를 가급적 빨리 그리고 정확하게 검출되기 위해, 바람직하게는 비산화 재료로 이루어진 하나 이상의 측정 기준점이 터빈 샤프트와 터빈 하우징 사이에 제공되는 샤프트 표면 상의 래버린스 시일(labyrinth seal)의 영역에서 제공된다. 바람직하게는 다수의 유리 섬유 프로브 및 이에 상응하는 수의 측정 기준점이 샤프트 표면 및/또는 터빈 날개상에 제공됨으로써, 터빈 하우징에 대한 터빈 샤프트의 상대 변위가 검출된다.
다른 바람직한 실시예에서 유리 섬유 프로브는 바람직하게는 광파 전송기 및 수신기(트랜스시버)에 접속된다. 이로 인해, 측정 장소에서 빛의 세기 변동을 기초로 방사상 갭의 변동이 검출된다. 방사상 갭의 변동 및 샤프트 변위를 측정하여 나타내도록 하기 위해, 평가 및 진단 시스템이 제공된다.
본 발명에 의해 얻어지는 장점은 특히 비산화 측정 기준점의 사용에 의해 방사상 갭 및/또는 샤프트 변위에 대하여 일정하고 정확한 평가 및 정확한 진단이 이루어진다는 것이다. 따라서, 터빈 날개의 손상 및 재료 마모가 일찍 검출될 수 있다. 특히, 회전하는 터빈 부품이 정지된 터빈 부품을 스쳐지나는 과정 및 이로 인해 결과되는 에너지 손실이 피해진다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
모든 도면에서 서로 대응하는 부분은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1에 따른 터빈(2)은 예컨대 증기 터빈이다. 상기 터빈은 터빈 샤프트(4) 및 터빈 샤프트에 고정된 터빈 날개(6)를 포함한다. 터빈 날개(6)는 터빈 하우징(8) 및 터빈 하우징에 고정된 가이드 날개(10)에 의해 둘러싸인다.
방사상 갭을 검출하기 위한 장치는, 터빈 하우징(8)을 통해 안내되는 유리 섬유 프로브(12)를 포함한다. 터빈 하우징(8)의 외부에 제공된 광파 트랜스시버(14)가 상기 유리 섬유 프로브(12)에 접속된다. 유리 섬유 프로브(12)는 터빈 하우징(8)의 내부에서 세라믹(16)으로 절연된 파이프(17)를 통해 안내된다. 터빈 날개(6)의 자유 단부의 표면상에는, 비산화 재료로 이루어진 측정 기준점(18)이 제공된다. 측정 기준점(18)의 재료는 예컨대 크롬니켈, 백금 또는 금으로 이루어진다. 상기 재료는 내산화성을 갖는다. 광파 트랜스시버(14)에는 평가 및 진단 시스템(20)이 접속된다. 평가 및 진단 시스템(20)은 측정 위치(21)에서 광 세기의 변동을 평가하여, 터빈 날개(6) 및 터빈 하우징(8) 사이에 생긴 방사상 갭(22)을 계산한다.
도 2는 터빈 샤프트(4)와 터빈 하우징(8) 사이에 배치된 래버린스 시일(24)의 영역에서의 터빈(2)을 도시한다. 래버린스 시일(24)은 터빈 하우징(8)을 통한 광파 통로를 밀봉하기 위해 사용된다. 래버린스 시일(24)은 터빈 하우징(8) 내의 밀봉 스트립(26) 및 터빈 샤프트(4) 내의 홈(28)을 포함한다. 터빈 하우징(8)과 터빈 샤프트(4) 사이의 방사상 갭(22')을 측정하기 위해, 비산화 재료로 이루어진 측정 기준점(18')이 터빈 샤프트(4)의 표면 상의 홈(28) 사이 영역에 배치된다. 유리 섬유 프로브(12')는 마찬가지로 터빈 하우징(8)의 내부에서 세라믹(16')으로 절연된 파이프(17')를 통해 안내된다. 유리 섬유 프로브(12')는 광파 트랜스시버(14)를 통해 평가 및 진단 시스템(20)에 접속된다.
도 3은 내부 하우징(30) 및 외부 하우징(32)을 가진 도 1에 따른 터빈(2)의 터빈 하우징(8)을 나타낸다. 내부 하우징(30)과 외부 하우징(32) 사이의 영역에서, 유리 섬유 프로브(12)는 작동에 기인한 팽창을 보상하기 위해 탄성 케이싱(34)를 통해 안내된다. 높은 온도로부터 보호하기 위해, 파이프(17)는 내부 하우징(30)의 영역 및 외부 하우징(32)의 영역에서 세라믹(16a, 16b)으로 절연된다. 파이프(17)내에 삽입된 유리 섬유 프로브(12)는 유리 섬유 다발(36)로 구성된다. 습기 및 열로부터 유리 섬유 프로브(12)를 보호하기 위해, 측정 장소(21)에 석영 유리(38), 예컨대 사파이어 윈도우(sapphire window)가 배치된다. 유리 섬유 프로브(12)는, 내부 하우징(30) 내에서 나사선(40)을 통해 풀릴 수 있게 삽입된 파이프(17)와 결합된다. 따라서, 유리 섬유 프로브(12)는 터빈의 정지 시 터빈(2)의 덮개를 벗기지 않고서도 외부 하우징(32) 위로 빼내질 수 있다. 내부 하우징(30)과 외부 하우징(32) 사이의 작동에 기인한 상대 운동을 보상하기 위해, 내부 하우징 및 외부 하우징(32) 내에서 파이프(17) 길이의 일부에 소프트 패킹(42)이 제공된다.
터빈 샤프트(4) 및 터빈 날개(6)로 구성된 회전자(5)의 작동에 기인한 부하는 터빈 하우징(8)과 터빈 날개(6) 또는 터빈 샤프트(4)의 자유 단부 사이의 방사상 갭(22, 22')을 야기시킨다. 이러한 방사상 갭(22, 22')은 유리 섬유 프로브(12, 12')를 이용해서 그리고 터빈 날개(6) 및/또는 터빈 샤프트(4)의 표면 상에 배치된 비산화 측정 기준점(18, 18')을 이용해서 빛의 세기 차 및 그것과 기준값을 비교함으로써 측정된다.
기준값은 터빈(2)의 정지시 보정 과정 동안 결정된다. 이를 위해, 광파 트랜스시버(14)로부터 방출된 빛과, 측정 기준점(18)에 의해 반사된 빛, 및 광파 트랜스시버(14)에 의해 다시 수신된 빛의 세기가 서로 비교된다. 평가 및 진단 시스템(20)에서 이러한 비교의 결과로부터 방사상 갭(22 및/또는 22')이 계산된다.
터빈(2)의 작동시 실제로 검출된 세기 차는 기준 측정시 검출된 세기 차와 비교된다. 평가 및 진단 시스템(20)에서 실제 측정과 기준 측정의 세기 차의 편차로부터 방사상 갭(22, 22')의 변동 및/또는 크기가 계산된다.

Claims (12)

  1. 표면을 구비하는 터빈 샤프트(4), 상기 터빈 샤프트(4)에 고정되며 표면들을 구비하는 터빈 날개들(turbine blades), 및 상기 터빈 날개들을 둘러싸는 터빈 하우징을 포함하는 터빈 장치에서, 상기 터빈 장치에서의 위치 변동을 검출하기 위한 장치에 있어서:
    상기 터빈 하우징을 통해 안내되는 유리 섬유 프로브(12):
    상기 터빈 날개들의 하나 이상의 표면들에 제공되고, 상기 유리 섬유 프로브
    (12)로부터 빛을 반사시키기 위한 비산화 재료로 형성되는 측정 기준점(18);
    상기 측정 기준점(18)으로부터 반사된 빛의 세기를 기록하는 레코더; 및 상기 반사된 빛의 세기 기록을 이전 시간에 측정된 기준 세기 값과 비교하는 비교기를 포함하는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측정 기준점(18)의 비산화 재료가 내산화성을 갖는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유리 섬유 프로브(12)가 유리 섬유 다발(36)로 구성되는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유리 섬유 프로브(12)가 상기 터빈 하우징(8) 내로 해제 가능하게 삽입되는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 섬유 프로브(12)가 세라믹(16)으로 절연된 파이프(17) 내로 삽입되는, 터빈 장치에서 위치변동을 검출하기 위한 장치.
  6. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 하우징(8)은 그 사이에 영역을 형성하는 두 개의 터빈 하우징 부품(30, 32)을 구비하고, 상기 유리 섬유 프로브(12)가 2개의 상기 영역에서 탄성 케이싱(34)을 통해 안내되는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  7. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 섬유 프로브(12)에 접속된 광파 트랜스시버(14)를 포함하는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  8. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 샤프트(4)와 상기 터빈 하우징(8) 사이에 래버린스 시일(24)을 포함하고, 상기 하나 이상의 측정 기준점이 상기 래버린스 시일(24) 부근에서 상기 샤프트 표면에 적용되는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  9. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 샤프트(4)와 상기 터빈 하우징(8) 사이에 래버린스 시일(24)을 포함하고, 하나 이상의 다른 측정 기준점을 포함하며, 상기 하나 이상의 측정 기준점과 상기 하나 이상의 다른 측정 기준점이 상기 래버린스 시일(24)의 부근에서 상기 샤프트 표면에 제공되는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  10. 제 1항 내치 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 다른 유리 섬유 프로브와 하나 이상의 다른 측정 기준점을 포함하고, 샤프트 변위를 측정하기 위해 상기 다수 개의 유리 섬유 프로브 및 이에 대응하는 상기 다수 개의 측정 기준점이 상기 터빈 날개들의 하나 이상의 표면들에 배치되는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  11. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 방사상 갭 프로파일 및 샤프트 변위를 측정하여 나타내기 위한 평가 및 진단 시스템(20)을 포함하는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
  12. 표면을 구비하는 터빈 샤프트(4), 상기 터빈 샤프트(4)에 고정되며 표면들을 군비하는 터빈 날개(turbine blades), 및 상기 터빈 날개를 둘러싸는 터빈 하우징을 포함하는 터빈 장치에서, 상기 터빈 장치에서의 위치 변동을 검출하기 위한 장치에 있어서:
    상기 터빈 하우징을 통해 안내되는 유리 섬유 프로브(12);
    상기 터빈 날개의 하나 이상의 표면에 제공되고, 상기 유리 섬유 프로브(12)
    로부터 빛을 반사시키기 위한 비산화 재료로 형성되는 측정 기준점(18);
    상기 측정 기준점(18)으로부터 반사된 빛의 세기를 기록하기 위한 수단; 및
    상기 반사된 빛의 세기 기록을 이전 시간에 측정된 기준 세기 값과 비교하기 위한 수단을 포함하는, 터빈 장치에서 위치 변동을 검출하기 위한 장치.
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