專利名稱：具有自動測量汽輪機葉片圍帶間隙的監視器的制作方法
技術領域：
本發明涉及監視汽輪發電機運行參數的系統，更具體地說，涉及監視汽輪機中固定部件和旋轉部件之間間隙的系統。
大多數汽輪機葉柵都加有圍帶以將汽輪機各靜止部件和旋轉部件間密封。弧形結構的各圍帶扇形段串連在一起以形成用圍繞葉柵中各葉片頂部的環形圍帶。每一圍帶扇形段通常被鉚接在三個或多個葉片頂部。這樣，就需要幾個圍帶扇形段來完全包圍住一列葉片。
汽輪機靜止汽封層與圍帶扇形段之間的間隙不能很大否則會使過量的蒸汽從它們之間漏掉，這樣會降低汽輪機的效率。另一方面，由于大的向心力負荷和高溫會導致各圍帶扇形段升起或徑向位移，所以間隙也不能太小，這種圍帶的升起或徑向位移可引起各圍帶扇形段與靜止的汽封層間的摩擦，最終可能使汽封層、圍帶和葉片的損壞。因而，人們希望能監視各圍帶扇形段與靜止汽封層之間的間隙，以防止損壞汽輪機。
目前已公開了一種監視這種間隙的系統，其中，這個裝置使用一個非接觸性傳感器，以產生一個代表每一圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間距離的信號。所產生的信號可以用許多不同的方法處理。例如將每一個圍帶扇形段的平均間隙值與兩相鄰圍帶扇形段平均間隙值進行比較，將每一個圍帶扇形段平均間隙值與平均葉柵間隙值進行比較，將每一個圍帶扇形段平均間隙值與一預定監界值進行比較等。然而，該系統可能會受到溫度變化，轉子轉速變化以及在制造汽輪機旋轉部件時使用不同金屬所引起的未知效應影響，于是需要有一種不受上述各未知效應影響的圍帶間隙監視系統。
本發明涉及一種監視汽輪機靜止部件與由各環形葉片圍帶扇形段連接而形成的汽輪機葉片圍帶之間間隙的系統。本發明包括裝于汽輪機靜止部件上的一個傳感器，它響應每一個圍帶扇形段中引起的渦流，用以產生代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間距離的信號。由汽輪機葉片圍帶上帶有標記，使傳感器能產生一已知位移信號。處理機響應于輸入信號和位移信號以產生表示每一個圍帶扇形段和汽輪機靜止部件之間距離的輸出信號。輸出信號與已知位移信號之間有預定的關系。
根據本發明的一個實施方案，標記是許多在圍帶扇形段一個表面上形成緊密隔開的100密耳(2.54毫米)深的狹縫。輸出信號與由狹縫產生的位移信號以相等的單位度量。
根據本發明的另一實施方案，標記是在相鄰圍帶扇形段之間形成的一個臺階凹口。
根據本發明的另一實施方案，標記是一個填充有無磁材料的槽口。
本發明還包括監視由多個汽輪機葉片圍帶扇形段形成的汽輪機葉片圍帶與汽輪機靜止部件之間間隙的方法。該方法包括，敏感于每一個扇形段中引起的渦流以產生代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間距離輸入信號的若干步驟。汽輪機葉片圍帶上所帶的標記引起的渦流被敏感以產生一已知位移信號。輸入信號和已知位移信號經處理產生表示每個圍帶扇形段和汽輪機靜止部件之間距離的輸出信號。輸出信號與已知位移信號之間有預定關系。
本發明的監視系統稱為自動測量式系統，這是因為輸出信號用該系統產生的已知位移信號的形式表示。這種自動測量特性使本發明的系統能免受那些未知效應，如溫度變化，轉子轉速變化及在制造汽輪機旋轉部分時使用不同金屬所引起的影響。本發明的這些優點以及其它利益將在下面對優選實施方案進行的詳細說明中變得更加清楚。
為了更清楚地理解，更容易地實施本發明，將參照附圖僅以實例說明本發明的較佳實施方案。其中
圖1示出了裝有利用本發明自動測量特性的圍帶間隙監視器的汽輪發電機。
圖2示出了汽輪機葉片圍帶上帶有的一種類型的標記;
圖3A和3B分別是圖1中輸入到處理機和自處理機輸出的信號波形圖;和圖4和圖5示出了由汽輪機葉片圍帶上帶有的其它類型的標記。
圖1示出了裝有利用本發明自動測量特性的圍帶間隙監視器的汽輪發電機的一部分。圖1中，轉子10帶有一轉子葉輪12，其上連有許多葉片14。一般，三個或更多個葉片由一個圍帶扇形段相連，如圖中的扇形段1到6。各圍帶扇形逐次連接起來形成一個連續的圍帶16環繞著多個汽輪機葉片14，圍帶組成汽輪機轉動部件的一部分。
靜止的汽封層18位于汽輪機的轉動部件與汽輪機的靜止部件之間。汽輪機的轉動部件與汽封層18之間的間隙20由圍帶間隙監視器22監視。
間隙監視器22包括兩個主要部件，一個傳感器24和一個處理機26。傳感器24可以是任何已知形式的傳感器，它響應每一個扇形段中引起的渦流從而產生一輸入信號Vin，如圖3A所示。處理機26可以是任何已知形式的能接收輸入信號Vin并從中提取出有關間隙20信息的處理機。例如轉讓給本發明(W.E.案例54，160號)的同一受讓人的美國專利申請199，633號(1988年5月27日提交)公開了一種這樣的處理機。想了解關于傳感器26結構和工作細節的讀者可參閱上述專利申請，其內容被結合到本專利申請中作為參考。
本發明使用圍帶16上所帶的標記。在圖1所示實施方案中，標記可以是緊密隔開的一系列狹縫28，圖2中更詳細示出，這些狹縫是開在圍帶扇形段3的測量表面30上。狹縫28反應到渦流傳感器24相當于一個槽口，并使傳感器產生一表示已知位移的信號。該信號用于測量的目的，下面將詳細地描述。圍帶16上所開的槽口將具有同樣的功能，但狹縫阻攔在這個范圍內蒸汽的泄漏而且更容易置于圍帶扇形段中。在一種實施方案中，狹縫可是100密耳(2.54毫米)深，各狹縫中心間相隔為64密耳(1.64毫米)，鋪開的距離為1000密耳(24.4毫米)。
如上所述，傳感器24響應每一個圍帶扇形段中引起的渦流，產生一輸入信號Vin。輸入信號Vin代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間的間隙。輸入信號可以是圖3A所示的形式，其中示出傳感器24響應圍帶扇形段1中渦流產生的信號是從時間t0到時間t1，傳感器24響應圍帶扇形段2中渦流產生的信號是從時間t1到時間t2……等。這樣，隨圍帶扇形段1到6旋轉通過傳感器24所產生的信號可以分別是4伏、6伏、5.5伏、5伏、4伏、4伏。
圍帶扇形段3上具有一個附加信號，即測量信號，這是由于圍帶16上帶有標記在此例中為許多100密耳(2.54毫米)深狹縫的結果。測量信號的大小為1伏。這樣，無論圍帶扇形段3引起的信號大小，也無論測量信號的大小，這一大小將代表狹縫的深度。在此例中，1伏的測量信號等于100密耳(2.54毫米)。既然我們知道1伏等于100密耳(2.54毫米)，該圍帶扇形段及其它圍帶扇形段產生的信號就可由處理機26以圖3B所示的測量信號的形式表示。
在圖3B中，處理機可使用最小輸入信號作為參考信號。在此例中，由圍帶扇形段1，5和6引起的信號都是4伏。這樣，就可以認為這幾個圍帶扇形段具有零提升程。圍帶扇形段2引起的信號于比參考圍帶扇形段的信號大2伏。2伏是1伏測量信號的2倍，因而，圍帶扇形段2一定會有200密耳(5.08毫米)的提升程。圍帶扇形段3的信號比參考圍帶扇形段的信號大1.5伏也就是比測量信號大1.5倍，因此，圍帶扇形段3具有150密耳(3.81毫米)的提升程。同樣可看出，圍帶扇形段4具有100密耳(2.54毫米)的提升程。
通過用代表已知位移的測量信號表示每一個圍帶扇形段引起的信號，就消除了由于溫度變化，轉子轉速變化及金屬類型而產生的未知效應。本發明的自動測量特性代表了先有技術基礎上的進步，它使間隙監視器免受那些不期望的未知效應影響。
本發明的其它實施方案設想使用由圍帶16上帶有的多于一個標記如圖1中所示的標記38，位于相鄰圍帶扇形段毗連處形成的臺階狀凹口32(如圖4所示)，以及充有某種材料36的一個槽口34，這樣，在這個材料中就很難引起渦流(如圖5所示)。
本發明還包括監視由多個汽輪機葉片圍帶扇形段所形成的汽輪機葉片圍帶與汽輪機靜止部件之間間隙的方法。該方法包括敏感于每一個圍帶扇形段中引起的渦流以產生代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間距離的輸入信號的步驟。由汽輪機葉片圍帶上所帶標記所響應而引起的渦流以產生一已知位移信號。輸入信號及位移信號被處理以產生代表每一個圍帶扇形段汽輪機靜止部件之間距離的輸出信號。輸出信號與已知位移信號之間有一預定關系。
從以上的優選實施例的形式說明了本發明，可以預見，本領域的技術人員可很容易地對本發明作修改和改進。這個公開的說明書和下列權利要求將包括所有的修改和改進。
權利要求
1.一種用于監視汽輪機靜止的定子部件和由彼此相隔而環繞一周的汽輪機各葉片圍帶扇形段所形成的一個旋轉的汽輪機葉片圍帶之間間隙的系統，包括配置于所述靜止的定子部件上的裝置，用于引起各圍帶扇形段中的渦流；傳感器裝置，響應于每一個圍帶扇形段中引起的渦流，以產生代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間間隙的輸入信號；汽輪機葉片圍帶上所帶的標記裝置，用于使所述傳感器裝置產生一已知位移信號；和處理裝置，響應所述輸入信號及所述位移信號，以產生代表每一個圍帶扇形段及汽輪機靜止部件之間間隙的輸出信號，所述輸出信號與所述已知位移信號之間有一預定的關系。
2.根據權利要求1的系統，其中所述標記裝置由在某一圍帶扇形段表面上形成的多個狹縫所組成。
3.根據權利要求2的系統，其中每一個所述狹縫深度近似為100密耳(2.54毫米)，并且其中所述輸出信號的度量單位等于由所述狹縫產生的信號。
4.根據權利要求1的系統，其中所述標記裝置由一個在一圍帶扇形段表面上形成的槽口所構成，該槽口充有一種不導電材料。
5.根據權利要求1的系統，其中所述標記裝置由相鄰圍帶扇形段之間的一個臺階形凹口所構成。
6.一種汽輪機，具有一種監視由多個汽輪機葉片圍帶扇形段形成的汽輪機葉片圍帶與汽輪機靜止部件之間間隙的系統，包括有一個轉子;在所述轉子上裝有一列葉片;裝置于所述汽輪機各葉片端部上的多個汽輪機葉片圍帶扇形段，以便形成一個汽輪機葉片圍帶;圍繞所述汽輪機葉片圍帶一周的靜止汽封層，用于減少繞過上述汽輪機葉片的蒸汽量;位于所述汽封層中的傳感器裝置，所述傳感器裝置響應于每一個所述圍帶扇形段中引起的渦流，以產生代表每一個圍帶扇形段和所述靜止汽封層之間間隙的輸入信號;所述汽輪機葉片圍帶上的標記裝置，用于使所述傳感器裝置產生一已知位移信號;處理裝置，它響應于所述輸入信號和所述位移信號，而產生一代表所述每一個圍帶扇形段和所述靜止汽封層之間間隙的輸出信號，該輸出信號與所述已知位移信號之間有一預定的關系。
7.根據權利要求6的汽輪機，其中所述標記由在所述圍帶扇形段之一的表面上的多個狹縫所組成。
8.根據權利要求6的汽輪機，其中所述標記由相鄰圍帶扇形段之間的臺階形凹口所構成。
9.根據權利要求6的汽輪機，其中所述標記由在一個所述圍帶扇形段表面上的槽口所構成，該槽口充有一種不導電材料。
10.根據權利要求6的汽輪機，還包括所述圍帶上的附加標記。
11.一種監視由多個汽輪機葉片圍帶扇形段形成的汽輪機葉片圍帶與汽輪機靜止部件之間間隙的方法，包括下列步驟敏感每一個圍帶扇形段中引起的渦流，以產生代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間間隙的輸入信號;敏感汽輪機葉片圍帶上標記裝置引起的渦流以產生一已知位移信號;處理所述輸入信號和所述位移信號以產生一代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間間隙的輸出信號，該輸出信號與所述已知位移信號有一預定關系。
全文摘要
一種監視汽輪機靜止部件與環繞著的各葉片圍帶扇形段之間間隙的系統包括響應于每一個圍帶扇形段中引起的渦流以產生代表每一個圍帶扇形段與汽輪機靜止部件之間間隙的一個傳感器。汽輪機葉片圍帶上帶有標記以使傳感器產生一已知位移信號。一個處理機響應于輸入信號和位移信號，以產生代表每一個圍帶扇形段和汽輪機靜止部件之間間隙的輸出信號，這個輸出信號與已知位移信號具有一個預定的關系。
文檔編號G01B7/14GK1043186SQ8910887
公開日1990年6月20日 申請日期1989年11月29日 優先權日1988年11月30日
發明者邁克爾·特威道克里勃 申請人:西屋電氣公司