УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА ТУРБИНЫ Российский патент 2001 года по МПК F01D21/04 

Изобретение относится к устройству для контроля радиального зазора турбины с валом турбины и закрепленными на нем лопатками турбины, окруженными корпусом турбины.

При работе турбины, например паровой турбины, вследствие обусловленной эксплуатацией нагрузки ротора, выполненного из вала турбины и лопаток турбины (рабочих лопаток), прежде всего в области наибольшего прогиба ротора - возникают радиальные люфты или перемычки радиального зазора Эти появляющиеся, в частности, при высоких температурах изменения зазора поэтому обычно контролируют.

Для контроля зазоров между деталями турбины из документа WO 93/17296 известно определение изменений зазора за счет изменений интенсивности света посредством проходящего через корпус турбины световода, а также призмами, расположенными в корпусе турбины и/или в лопатке турбины. Недостатком при этом, однако, является то, что температурные воздействия и влажность имеющегося в зазоре рабочего средства, например пара, приводят к налету на призмах и к образованию окалины на деталях турбины. Вследствие подобного образования окалины или налетов на деталях турбины интенсивность отраженного света изменяется независимо от изменений зазора. Таким образом, точное и постоянное измерение радиального зазора не обеспечено. Кроме того, контроль зазора в краевой области ротора также до сих пор не предусмотрен.

В основе изобретения поэтому лежит задача такого выполнения устройства названного выше вида, что также при образовании окалины на деталях турбины возможен надежный и точный контроль радиального зазора.

Эта задача решается согласно изобретению за счет размещенной на поверхности по меньшей мере одной лопатки турбины и/или на поверхности вала измерительной базовой точки из неокисляющегося материала для отражения света из световолоконного зонда и за счет средств для определения разностей интенсивности в отраженном свете.

В то время как для измерения радиального зазора между лопаткой турбины и корпусом турбины измерительная базовая точка расположена на лопатке турбины, для измерения радиального зазора, появляющегося между валом турбины и корпусом турбины, измерительная базовая точка расположена на поверхности вала.

Для получения возможно постоянной и надежной измерительной базовой точки для контроля радиального зазора при работе турбины, неокисляющийся материал измерительной базовой точки состоит предпочтительно из окалиностойкого материала, например из нихрома, из платины или из золота.

В предпочтительной форме выполнения стекловолоконный зонд выполнен в виде стекловолоконного пучка. Чтобы можно было заменять стекловолоконный зонд без открывания турбины, стекловолоконный зонд вставлен в корпус турбины целесообразно с возможностью разъема, например, через резьбу на месте измерения.

Чтобы можно было определять радиальный зазор также в области высоких температур, в частности, в части высокого давления паровой турбины, стекловолоконный зонд целесообразно вставлен устойчиво к высоким температурам в изолированную керамикой трубу.

При работе турбины, в частности, двухоболочечной турбины, часто появляются изменения диаметра внутреннего и/или внешнего корпуса. Для компенсации подобных изменений стекловолоконный зонд в области между двумя частями корпуса турбины проходит через эластичную оболочку. Стекловолоконный зонд является, таким образом, предпочтительно гибким и устойчивым к растяжению.

Для возможно более раннего и точного установления смещения вала, предпочтительно по меньшей мере одна измерительная базовая точка из неокисляющегося материала расположена на поверхности вала в области лабиринтного уплотнения, предусмотренного между валом турбины и корпусом турбины. При этом относительное смещение вала турбины относительно корпуса турбины целесообразно определяют за счет того, что предусмотрено множество стекловолоконных зондов и соответствующее количество измерительных базовых точек на поверхности вала и/или на лопатках турбины.

В другой предпочтительной форме выполнения стекловолоконный зонд целесообразно соединен со световодным передатчиком и приемником (приемопередатчиком). За счет этого определяют изменения радиального зазора с помощью изменений световых соотношений на месте измерения. Для определения и представления характеристики радиального зазора, а также смещения вала предусмотрена система оценки и диагностики.

Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет использования неокисляющихся измерительных базовых точек обеспечена постоянная и точная оценка, а также точная диагностика радиальных зазоров и/или смещений вала. Таким образом могут быть заблаговременно установлены повреждения, а также материальный износ лопаток турбины. В частности, избегаются процессы задевання вращающимися деталями неподвижных деталей турбины и результирующиеся отсюда потери энергии.

Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью чертежей. При этом на фигурах показано:
Фигуры 1 и 2 - в вырезе схематически турбина с устройством для контроля радиального зазора и
Фигура 3 - вырез III из фигуры 1 в большем масштабе со стекловолоконным зондом, проведенным через внутренний корпус и внешний корпус.

Соответствующие друг другу детали снабжены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями.

Турбина 2 согласно фигуре 1 является, например, паровой турбиной. Она содержит вал турбины 4 с закрепленными на нем рабочими лопатками 6, которые окружены корпусом турбины 8 с закрепленными на нем направляющими лопатками 10.

Устройство для контроля радиального зазора содержит проходящий через корпус турбины 8 стекловолоконный зонд 12, к которому подключен предусмотренный снаружи корпуса турбины 8 световодный приемопередатчик 14. Стекловолоконный зонд 12 проходит внутри корпуса турбины 8 через изолированную керамикой 16 изолирующую трубу 17. На поверхности свободного конца рабочей лопатки или каждой рабочей лопатки 6 размещена измерительная базовая точка 18 из неокисляющегося материала. Материал измерительной базовой точки 18 состоит, например, из нихрома, платины или золота. Эти материалы характеризуются тем, что они являются окалиностойкими. К световодному приемопередатчику 14 подключена система оценки и диагностики 20. Система оценки и диагностики 20 оценивает изменения световых соотношений на месте измерения 21 и вычисляет радиальный зазор 21, появляющийся между рабочими лопатками 6 и корпусом турбины 8.

Фигура 2 показывает турбину 2 в области лабиринтного уплотнения 24, которое расположено между валом турбины 4 и корпусом турбины 8. Лабиринтное уплотнение 24 используется для уплотнения прохождения вала через корпус турбины 8. При этом лабиринтное уплотнение 24 охватывает уплотнительные ленты 26 в корпусе турбины 8 и канавки 28 в валу турбины 4. Для измерения радиального зазора 22' между корпусом турбины 8 и валом турбины 4 в области между канавками 28 на поверхности вала турбины 4 опять-таки расположена измерительная базовая точка 18' из неокисляющегося материала. Стекловолоконный зонд 12' также проходит внутри корпуса турбины 8 через изолированную керамикой 16' изолирующую трубу 17'. Он также соединен через световодный приемопередатчик 14 с системой оценки и диагностики 20.

Фигура 3 показывает корпус 8 турбины 2 согласно фигуре 1 с внутренним корпусом 30 и внешним корпусом 32. При этом стекловолоконный зонд 12 в области между внутренним корпусом 30 и внешним корпусом 32 проходит через эластичную оболочку 34 для компенсации вызванных эксплуатацией растяжений. Для защиты от высоких температур как в области внутреннего корпуса 30, так и в области внешнего корпуса 32 труба 17 изолирована керамикой 16a, 16b. Стекловолоконный зонд 12, вставленный в трубу 17, выполнен в виде стекловолоконного пучка 36. Чтобы защитить стекловолоконный зонд 12 от влажности и жара, в месте измерения 21 расположено кварцевое стекло 38, например сапфировое окно. Стекловолоконный зонд 12 во внутреннем корпусе 30 разъемно соединен через резьбу 40 с вставленной трубой 17. Таким образом, стекловолоконный зонд 12 при остановках турбины 2 может выниматься без открывания турбины 2 через внешний корпус 32. Для компенсации обусловленных эксплуатацией относительных движений между внутренним корпусом 30 и внешним корпусом 32 как во внутреннем корпусе 30, так и во внешнем корпусе 32, на части длины трубы 17 предусмотрены мягкие уплотнения 42.

Обусловленная эксплуатацией нагрузка ротора 5, выполненного из вала турбины 4 и рабочих лопаток 6, приводит к радиальным зазорам 22, 22' между корпусом турбины 8 и свободным концом рабочих лопаток 6 или, соответственно, вала турбины 4. Подобные радиальные зазоры 22, 22' определяют посредством стекловолоконных зондов 12, 12', а также с расположенными на рабочих лопатках 6 и/или на поверхности вала турбины 4 неокисляющимися измерительными базовыми точками 18, 18' посредством разностей интенсивности света и их сравнения с опорным значением.

Опорное или базовое значение определяют посредством процесса градуировки при остановке турбины 2. Для этого сравнивают друг с другом интенсивности между переданным от световодного приемопередатчика 14 и отраженным от измерительной базовой точки 18, а также снова принятым световодным приемопередатчиком 14 светом. Из результата этого сравнения в системе оценки и диагностики 20 вычисляют радиальный зазор 22 и/или 22'.

При работе турбины 2 актуально определенные разности интенсивности сравнивают с определенными при опорном измерении разностями интенсивности. В системе оценки и диагностики 20 из отклонения разности интенсивности актуального измерения от опорного измерения вычисляют изменение и/или величину радиального зазора 22, 22'.

Устройство предназначено для контроля радиального зазора турбин. При работе турбины контролируют радиальный зазор, появляющийся между корпусом турбины и валом турбины или между корпусом турбины и лопаткой турбины. Для обеспечения постоянного и точного измерения радиального зазора согласно изобретению по меньшей мере на одной лопатке турбины и/или на поверхности вала турбины расположена измерительная базовая точка из неокисляющегося материала для отражения света, проходящего через корпус турбины световолоконного зонда. Такое выполнение устройства позволит даже при образовании окалины на деталях трубины обеспечить надежный и точный контроль радиального зазора. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для определения изменения положения на турбине (2) с валом турбины (4) и/или на закрепленных на нем лопатках турбины (6, 10), которые окружены корпусом турбины (8), с проходящим через корпус турбины (8) стекловолоконным зондом (12), отличающееся тем, что оно содержит расположенную на поверхности по меньшей мере одной лопатки турбины (6, 10) и/или на поверхности вала турбины (4) измерительную базовую точку (18) из неокисляющегося материала для отражения света из световолоконного зонда (12) и средства для определения разниц интенсивности в отраженном свете, а также средства для сравнения разницы интенсивности с определенным по времени раньше опорным значением. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неокисляющийся материал измерительной базовой точки (18) является окалиностойким. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что стекловолоконный зонд (12) выполнен в виде стекловолоконного пучка (36). 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что стекловолоконный зонд (12) является вставляемым в корпус турбины (8) с возможностью разъема. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что стекловолоконный зонд (12) вставлен в изолированную керамикой (16) трубу (17). 6. Устройство по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что стекловолоконный зонд (12) в области между двумя частями корпуса турбины (30, 32) проходит через эластичную оболочку (34). 7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что предусмотрен световодный приемопередатчик (14), соединенный со стекловолоконным зондом (12). 8. Устройство по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что по меньшей мере одна измерительная базовая точка (18) из неокисляющегося материала расположена на поверхности вала в области лабиринтного уплотнения (24), предусмотренного между валом турбины (4) и корпусом турбины. 9. Устройство по любому из пп.1 - 8, отличающееся тем, что для измерения смещения вала предусмотрено множество стекловолоконных зондов (12) и соответствующее количество измерительных базовых точек (18) на поверхности вала (4) и/или на лопатках турбины (6, 10). 10. Устройство по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что предусмотрена система оценки и диагностики для определения и представления характеристики радиального зазора, а также смещения вала.