[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)間隙測量系統(tǒng)和操作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310210173.1
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103453831A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: E.A.安達(dá)拉維斯;W.C.哈什;M.巴拉蘇布拉馬尼亞姆;D.R.埃斯勒
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

背景技術(shù)

各種類型的旋轉(zhuǎn)機械包括在由靜止構(gòu)件或外殼限定的空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件(諸如，葉片或動葉)。在這種機械中，出于各種操作原因，可感興趣的是，監(jiān)控在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與靜止構(gòu)件之間維持的間距或間隙。例如，蒸汽渦輪具有配置在托架附近的旋轉(zhuǎn)動葉。旋轉(zhuǎn)動葉與托架之間的間隙由于諸如溫度變化、動葉末端的氧化等的各種操作狀態(tài)而變化。合乎需要的是，在蒸汽渦輪操作期間維持旋轉(zhuǎn)動葉與托架之間的空隙或間隙。

典型地，渦輪機械具有在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和靜止構(gòu)件兩者上發(fā)生的熱增長。該膨脹可在軸向和徑向兩者上發(fā)生，并且典型地，期望使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與殼體(例如，外殼)之間的間隙(諸如，徑向間隙)最小化。然而，設(shè)計和操作變化可影響該間隙測量結(jié)果的確定。一種用于確定最小間隙值的方法是經(jīng)由軟摩擦銷利用在停機時段(即，離線)期間進(jìn)行的測量。這種離線測量可不適合于理解和優(yōu)化運行的渦輪系統(tǒng)中的間隙。

發(fā)明內(nèi)容

在一個實施例中，提供一種電容式間隙探頭。電容式間隙探頭包括探頭主體和配合在探頭主體內(nèi)的電極。電極包括矩形頭部，其具有選定成大于相對于電容式間隙探頭旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件的軸向移動的范圍的長度。

在又一個實施例中，提供一種徑向間隙測量系統(tǒng)。徑向間隙測量系統(tǒng)包括配置在具有另外連續(xù)表面幾何形狀的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的一個或更多個參考特征。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件遭受沿旋轉(zhuǎn)構(gòu)件繞著其旋轉(zhuǎn)的軸線的一定范圍的軸向位移。系統(tǒng)還包括配置在相對于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件保持相對靜止的殼體上的徑向間隙傳感器。徑向間隙傳感器構(gòu)造成生成指示徑向間隙傳感器與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的電容的信號。徑向間隙傳感器包括具有矩形頭部的電極。矩形頭部沿軸線的長度大于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的軸向位移的范圍。系統(tǒng)還包括構(gòu)造成處理信號以估計旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與殼體之間的間隙的處理單元。

在附加實施例中，提供一種間隙傳感器組件。間隙傳感器組件包括具有包括鍵接特征的探頭主體和配合在探頭主體內(nèi)的電極的徑向間隙傳感器，電極包括矩形頭部。間隙傳感器組件還包括構(gòu)造成保持間隙傳感器探頭的安裝組件。安裝組件包括柱體和安裝結(jié)構(gòu)，該柱體包括互補的鍵接特征使得限制探頭主體配合在柱體內(nèi)，該安裝結(jié)構(gòu)構(gòu)造成附接于旋轉(zhuǎn)機器組件的殼體。安裝結(jié)構(gòu)包括接合特征，其與旋轉(zhuǎn)機器組件的互補特征對應(yīng)，使得在安裝于旋轉(zhuǎn)機器組件時，電極的矩形頭部的長軸平行于與旋轉(zhuǎn)機器組件相關(guān)的旋轉(zhuǎn)軸線。

一種電容式間隙探頭，其包括：探頭主體；以及配合在探頭主體內(nèi)的電極，電極包括：電極頭部，其具有在相對于電容式間隙探頭旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件的軸向移動的范圍內(nèi)的基本一致的重疊區(qū)域。

優(yōu)選地，電極包括中空電極。

優(yōu)選地，電容式間隙探頭包括連接于探頭主體的電纜。

優(yōu)選地，電容式間隙探頭包括使電纜連接于電極的導(dǎo)體。

優(yōu)選地，探頭主體包括電極配合在其中的陶瓷頭部。

優(yōu)選地，探頭主體包括：配合在一起的兩個或更多個金屬主體件；以及配合于金屬主體件的陶瓷頭部件，其中，電極配合在陶瓷頭部件內(nèi)。

優(yōu)選地，電極頭部具有選定成小于設(shè)置在構(gòu)件上的參考特征的對應(yīng)寬度的寬度。

優(yōu)選地，電容式間隙探頭包括使探頭主體的內(nèi)腔與外部環(huán)境連接的漏管。

優(yōu)選地，電容式間隙探頭被密閉地密封。

優(yōu)選地，電容式間隙探頭包括構(gòu)造成保持探頭主體并將探頭主體安裝于旋轉(zhuǎn)機器組件的殼體的安裝組件，其中，安裝組件構(gòu)造成在有限數(shù)量的構(gòu)型下將探頭主體安裝于殼體，構(gòu)型中的每一個約束電極頭部的長軸平行于旋轉(zhuǎn)機器組件的旋轉(zhuǎn)軸線。

一種徑向間隙測量系統(tǒng)，其包括：一個或更多個參考特征，其配置在具有另外連續(xù)表面幾何形狀的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上，其中，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件遭受沿軸線的一定范圍的軸向位移，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件繞著軸線旋轉(zhuǎn)；徑向間隙傳感器，其配置在相對于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件保持相對靜止的殼體上，其中，徑向間隙傳感器構(gòu)造成生成指示徑向間隙傳感器與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的電容的信號，徑向間隙傳感器包括：具有矩形頭部的電極，其中，矩形頭部沿軸線的長度對應(yīng)于或大于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的軸向位移的范圍；處理單元，其構(gòu)造成處理信號以估計旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與殼體之間的間隙。

優(yōu)選地，徑向間隙傳感器構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對于殼體移動時生成信號。

優(yōu)選地，徑向間隙測量系統(tǒng)還包括：激勵源，其構(gòu)造成向徑向間隙傳感器供應(yīng)激勵信號；以及相位檢測器，其構(gòu)造成檢測多個反射信號并執(zhí)行多次相位測量以確定反射信號中的每一個與相應(yīng)激勵信號之間的相位。

優(yōu)選地，一個或更多個參考特征包括具有第一深度的第一槽口和具有與第一深度不同的第二深度的第二槽口。