測量參考面旁邊通過的部件與參考面間距離的方法及系統技術方案

一種測量在參考面（２）的旁邊運動的部件（４）與該參考平面（２）之間的距離（Ｓ）的方法，其中，監測兩束被調整為彼此基本平行的光束（１０、１４、４０、４２）和至少另一束被調整為沿所述部件（４）的運動方向與所述平行光束（１０、１４、４０、４２）成一角度的光束（１２、４４、４６），以獲得由所述部件（４）引起的相應的各反射信號；利用與所述平行光束（１０、１４、４０、４２）相應的反射信號到達的時間之間的時間差（ｔ↓［１］－ｔ↓［０］）及與所述平行光束（１０、１４、４０、４２）之一和所述成角度的光束（１２、４４、４６）或兩束成角度的光束（１２、４４、４６）相應的反射信號到達的時間之間的時間差（ｔ↓［２］－ｔ↓［１］）確定所述距離（Ｓ）的特征值。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種測量運動通過參考表面旁邊的部件與該參考面之間的距離的方法，具體地說，涉及測量旋轉的渦輪機葉片的徑向間隙的方法。本專利技術還涉及實現該測量方法的系統，具體地說，還涉及測量渦輪機中的徑向間隙的系統。
技術介紹
在很多
利用渦輪機驅動發電機組或作功機械。在這種情況下，流動介質的能量例如通過燃料燃燒產生的燃燒氣體通常用來產生渦輪機軸的旋轉運動。此時，通常將組合成葉片組或葉片排的多個動葉片安裝在渦輪機軸上，以便使渦輪機軸產生旋轉運動，并且借助來自流動介質的沖擊式傳送(impulse transfer)驅動渦輪機軸。而連接在渦輪機殼體上的靜葉片排通常配置在相鄰的動葉片排之間，以便將流動的介質導入渦輪機組中。除了大量的其它運行參數外，對所謂徑向間隙進行可靠監測對渦輪機等的運行是很重要的。術語“徑向間隙”在此是指在每個動葉片的自由端與包圍動葉片的渦輪機內殼體之間的距離。一方面，為了達到實際的高渦輪機效率的設計目的，該徑向間隙應盡可能小，從而使流動介質流過渦輪機中的動葉片排而進行能量轉換，而不通過間隙流過動葉片進行任何能量轉換。而另一方面，由于操作安全的原因，防止在燃氣輪機的動葉片端部與內殼體之間的任何直接接觸在一切情況下都是頭等重要的事情。在這種情況下，應該特別指出的是，在燃氣輪機使用期間，動葉片可能因受熱而使長度增長，因為在燃氣輪機中可能出現高達1200℃的相當高的工作溫度，這將使徑向間隙變得比在靜止時小，因此需要定期對渦輪機中徑向間隙進行常規測量和檢查或至少進行抽樣檢查。因此，人們期望提供一些用于測量和監測渦輪機中的徑向間隙的構思。這些構思應該這樣考慮為了防止對渦輪機的無摩擦運動的不利影響而應不接觸。為此，可以將所謂三角測量法用于不能接觸的構思中，按照該構思，可通過光學手段檢測徑向間隙或通常所說的檢測運動通過參考面旁邊的部件與該參考面間的距離。在三角測量法的情況中，例如使兩束光從參考表面相互成一個角度傳輸，以使這兩束光在被部件的運動方向和參考面的法線限定的平面的投影中在比在參考面后面的待測量的最大的期望距離長的距離上相交。這樣，這兩束光的光束路徑在所述投影中形成以參考面的截面作為底的三角形，此時，可以特別選擇光路，以使這個三角形是一個等邊三角形。在這種情況下，通過監測每束光確定待測量的部件例如它前緣是否正通過相應光束來進行所述測量，例如可以光勢壘(light barrier)的形式或通過與相應的光束有關的反射信號來進行這種測量。因此，這種構思能用兩束光測量部件遮斷或進入光路的時間。如果光束的幾何形狀是已知的，部件的運動速度也是已知的，則可以用部件通過這兩束光之間測得的時間差確定該部件在這兩束光之間通過的特征長度，而在這種情況下，可以根據光路把所述特征長度轉換成該部件與參考面之間的距離。然而，可靠地應用一種構思(例如用于測量渦輪機中的徑向間隙這種情況)通常與測定的復雜程度較高有關，但在這種情況下卻限制了達到的精度。另外在渦輪機工作期間產生的振動還將極嚴重地影響測量精度，因而限制了這種系統的可靠性。
技術實現思路
因此，本專利技術要解決的技術問題之一是提供一種測量運動通過參考面旁邊的部件與該參考面之間的距離的方法，該方法特別適合于測量渦輪機中的徑向間隙，并且具有特別高的精度。另一要解決的技術問題是提供一種適于實現該方法的系統。關于所述方法，按照本專利技術下面的描述可解決上述問題監測被調整為彼此基本平行的兩束光以及至少另一束在部件的運動方向調整為與上述平行光束成一角度的光束，以獲得由該部件引起的各相應的反射信號；一方面利用與兩平行光束相應的反射信號的到達時間之間的時間差、另一方面利用與兩平行光束中之一相應的反射信號和與所述成角度的光束或兩束成角度的光束相應的反射信號的到達時間之間的時間差確定所述距離的特征值。在這種情況下，本專利技術的構思的基礎是應使所述確定距離的方法與渦輪機中正常出現的邊界條件達到相應吻合。具體地說，在這種情況下，應該盡可能地考慮渦輪機葉片的局部速度可能因渦輪機運行期間振動或其它波動而改變這個事實。因此，當應用以三角法原理為基礎的光學測量方法時，應該假設，對于特別高的測量精度而言，渦輪機葉片相對渦輪機內壁的運動速度不是恒定的，也就是說，部件相對于參考面的運動速度不是恒定的。事實上，對這類測量方法應該這樣構思即使部件的運動速度波動也不會使測量結果不可靠。為了能做到這一點，根據三角法的必要的測量思路通過測定部件相對參考面運動的當前的實際速度的參考測量進行補充測量，所述兩平行光束是用于這個目的，并且可以通過測量部件通過各自相應的光路的且與部件和參考表面間的距離無關的時間，能獲得關于部件相對參考面的當前的實際速度。然后以此為基礎估計所述時間差，也就是說，把從彼此成角度的兩束光測定的時間差轉換成部件通過的距離。按照這種構思，通過參考測量來補充三角法測量，以便能考慮部件運動的實際速度確定距離特征值，可以用三束、四束光，或根據需要甚至可以用更多束光。當應用三束光時，其中的兩束光彼此平行，以便使部件通過這些光束的行程產生時間差，所述的時間差的特性是與部件當前的運動速度有關而與部件和參考面的距離無關。此時，第三束光與所述平行光束成一角度，從而可以使此束光與兩平行光束之一結合用在傳統的三角法測量方式中。當用四束光時，可以用兩束調整為彼此平行的光束進行參考測量，在這種情況下，另外兩束光可以按傳統的三角法測量方式調整為彼此成一角度。具體地說，該測量方法能夠獲得多個用于部件和參考面之間相應距離的正確的特征值，這些特征值與可能發生的任何振動或部件當前運動中的速度的波動無關。優選將所述方法用在評價過程(evaluation process)中，根本不需要考慮部件的期望的速度，只需根據所述兩個時間差之比確定距離的特征值。為了能可靠地確定待評價的時間差(time differences to be evaluated)，在另一優選的改進方式中，該測量方法被用于使由部件產生的那些反射信號與各光束可靠地相應。為此，優選使用的每束光具有不同波長，以便通過評價根據選擇的波長上的反射信號使每個反射信號可以唯一地與一束光相應。關于測量系統，借助一個光源和具有一個相應的評價單元(evaluatedunit)的檢測器可達到上述目的，其中所述光源用于產生至少兩束被調整為彼此基本平行的光束和至少另一束在部件運動方向調整為相對所述平行光束成一角度的光束，該光源具有用于檢測由部件引起的與每束光相應的反射信號的檢測器；所述具有評價單元的檢測器一方面根據與所述平行光束相應的反射信號到達時間之間的時間差，另一方面根據與所述平行光束之一和所述成角度的光束或兩束成角度的光束相應的反射信號到達時間之間的時間差來確定距離特征值。在這種情況下，有用的是將該測量系統設計成使評價單元根據所述的時間差的比值確定距離特征值。另外，為了使所述反射信號與所述光束可靠地對應，在一個可供選擇的或附加的優選實施方式中，所述光源具有多個與光束數目相對應的光發生器，并且使這些光發生器在每種情況下由它們發出的光的波長彼此不同。為了將該測量系統用于較惡劣的環境條件下或很難進入的地方，例如用于監測渦輪機的徑向間隙時，所述功能部件例如光源和檢測器最好是與使用的實際地點在空間上分離開，也本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：約辰·盧徹，尤維·法伊弗，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：