[发明专利]旋转间隙测量系统和操作方法

说明书

背景技术

各种类型的旋转机械包括在由静止构件或外壳限定的空间内旋转的构件(诸如，叶片或动叶)。在这种机械中，出于各种操作原因，可感兴趣的是，监控在旋转构件与静止构件之间维持的间距或间隙。例如，蒸汽涡轮具有配置在托架附近的旋转动叶。旋转动叶与托架之间的间隙由于诸如温度变化、动叶末端的氧化等的各种操作状态而变化。合乎需要的是，在蒸汽涡轮操作期间维持旋转动叶与托架之间的空隙或间隙。

典型地，涡轮机械具有在旋转构件和静止构件两者上发生的热增长。该膨胀可在轴向和径向两者上发生，并且典型地，期望使旋转构件与壳体(例如，外壳)之间的间隙(诸如，径向间隙)最小化。然而，设计和操作变化可影响该间隙测量结果的确定。一种用于确定最小间隙值的方法是经由软摩擦销利用在停机时段(即，离线)期间进行的测量。这种离线测量可不适合于理解和优化运行的涡轮系统中的间隙。

发明内容

在一个实施例中，提供一种电容式间隙探头。电容式间隙探头包括探头主体和配合在探头主体内的电极。电极包括矩形头部，其具有选定成大于相对于电容式间隙探头旋转的构件的轴向移动的范围的长度。

在又一个实施例中，提供一种径向间隙测量系统。径向间隙测量系统包括配置在具有另外连续表面几何形状的旋转构件上的一个或更多个参考特征。旋转构件遭受沿旋转构件绕着其旋转的轴线的一定范围的轴向位移。系统还包括配置在相对于旋转构件保持相对静止的壳体上的径向间隙传感器。径向间隙传感器构造成生成指示径向间隙传感器与旋转构件之间的电容的信号。径向间隙传感器包括具有矩形头部的电极。矩形头部沿轴线的长度大于旋转构件的轴向位移的范围。系统还包括构造成处理信号以估计旋转构件与壳体之间的间隙的处理单元。

在附加实施例中，提供一种间隙传感器组件。间隙传感器组件包括具有包括键接特征的探头主体和配合在探头主体内的电极的径向间隙传感器，电极包括矩形头部。间隙传感器组件还包括构造成保持间隙传感器探头的安装组件。安装组件包括柱体和安装结构，该柱体包括互补的键接特征使得限制探头主体配合在柱体内，该安装结构构造成附接于旋转机器组件的壳体。安装结构包括接合特征，其与旋转机器组件的互补特征对应，使得在安装于旋转机器组件时，电极的矩形头部的长轴平行于与旋转机器组件相关的旋转轴线。

一种电容式间隙探头，其包括：探头主体；以及配合在探头主体内的电极，电极包括：电极头部，其具有在相对于电容式间隙探头旋转的构件的轴向移动的范围内的基本一致的重叠区域。

优选地，电极包括中空电极。

优选地，电容式间隙探头包括连接于探头主体的电缆。

优选地，电容式间隙探头包括使电缆连接于电极的导体。

优选地，探头主体包括电极配合在其中的陶瓷头部。

优选地，探头主体包括：配合在一起的两个或更多个金属主体件；以及配合于金属主体件的陶瓷头部件，其中，电极配合在陶瓷头部件内。

优选地，电极头部具有选定成小于设置在构件上的参考特征的对应宽度的宽度。

优选地，电容式间隙探头包括使探头主体的内腔与外部环境连接的漏管。

优选地，电容式间隙探头被密闭地密封。

优选地，电容式间隙探头包括构造成保持探头主体并将探头主体安装于旋转机器组件的壳体的安装组件，其中，安装组件构造成在有限数量的构型下将探头主体安装于壳体，构型中的每一个约束电极头部的长轴平行于旋转机器组件的旋转轴线。

一种径向间隙测量系统，其包括：一个或更多个参考特征，其配置在具有另外连续表面几何形状的旋转构件上，其中，旋转构件遭受沿轴线的一定范围的轴向位移，旋转构件绕着轴线旋转；径向间隙传感器，其配置在相对于旋转构件保持相对静止的壳体上，其中，径向间隙传感器构造成生成指示径向间隙传感器与旋转构件之间的电容的信号，径向间隙传感器包括：具有矩形头部的电极，其中，矩形头部沿轴线的长度对应于或大于旋转构件的轴向位移的范围；处理单元，其构造成处理信号以估计旋转构件与壳体之间的间隙。

优选地，径向间隙传感器构造成在旋转构件相对于壳体移动时生成信号。

优选地，径向间隙测量系统还包括：激励源，其构造成向径向间隙传感器供应激励信号；以及相位检测器，其构造成检测多个反射信号并执行多次相位测量以确定反射信号中的每一个与相应激励信号之间的相位。

优选地，一个或更多个参考特征包括具有第一深度的第一槽口和具有与第一深度不同的第二深度的第二槽口。