测量参考面旁边通过的部件与参考面间距离的方法及系统技术方案

一种测量在参考面（２）的旁边运动的部件（４）与该参考平面（２）之间的距离（Ｓ）的方法，其中，监测两束被调整为彼此基本平行的光束（１０、１４、４０、４２）和至少另一束被调整为沿所述部件（４）的运动方向与所述平行光束（１０、１４、４０、４２）成一角度的光束（１２、４４、４６），以获得由所述部件（４）引起的相应的各反射信号；利用与所述平行光束（１０、１４、４０、４２）相应的反射信号到达的时间之间的时间差（ｔ↓［１］－ｔ↓［０］）及与所述平行光束（１０、１４、４０、４２）之一和所述成角度的光束（１２、４４、４６）或两束成角度的光束（１２、４４、４６）相应的反射信号到达的时间之间的时间差（ｔ↓［２］－ｔ↓［１］）确定所述距离（Ｓ）的特征值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量运动通过参考表面旁边的部件与该参考面之间的距离的方法，具体地说，涉及测量旋转的涡轮机叶片的径向间隙的方法。本专利技术还涉及实现该测量方法的系统，具体地说，还涉及测量涡轮机中的径向间隙的系统。
技术介绍
在很多
利用涡轮机驱动发电机组或作功机械。在这种情况下，流动介质的能量例如通过燃料燃烧产生的燃烧气体通常用来产生涡轮机轴的旋转运动。此时，通常将组合成叶片组或叶片排的多个动叶片安装在涡轮机轴上，以便使涡轮机轴产生旋转运动，并且借助来自流动介质的冲击式传送(impulse transfer)驱动涡轮机轴。而连接在涡轮机壳体上的静叶片排通常配置在相邻的动叶片排之间，以便将流动的介质导入涡轮机组中。除了大量的其它运行参数外，对所谓径向间隙进行可靠监测对涡轮机等的运行是很重要的。术语“径向间隙”在此是指在每个动叶片的自由端与包围动叶片的涡轮机内壳体之间的距离。一方面，为了达到实际的高涡轮机效率的设计目的，该径向间隙应尽可能小，从而使流动介质流过涡轮机中的动叶片排而进行能量转换，而不通过间隙流过动叶片进行任何能量转换。而另一方面，由于操作安全的原因，防止在燃气轮机的动叶片端部与内壳体之间的任何直接接触在一切情况下都是头等重要的事情。在这种情况下，应该特别指出的是，在燃气轮机使用期间，动叶片可能因受热而使长度增长，因为在燃气轮机中可能出现高达1200℃的相当高的工作温度，这将使径向间隙变得比在静止时小，因此需要定期对涡轮机中径向间隙进行常规测量和检查或至少进行抽样检查。因此，人们期望提供一些用于测量和监测涡轮机中的径向间隙的构思。这些构思应该这样考虑为了防止对涡轮机的无摩擦运动的不利影响而应不接触。为此，可以将所谓三角测量法用于不能接触的构思中，按照该构思，可通过光学手段检测径向间隙或通常所说的检测运动通过参考面旁边的部件与该参考面间的距离。在三角测量法的情况中，例如使两束光从参考表面相互成一个角度传输，以使这两束光在被部件的运动方向和参考面的法线限定的平面的投影中在比在参考面后面的待测量的最大的期望距离长的距离上相交。这样，这两束光的光束路径在所述投影中形成以参考面的截面作为底的三角形，此时，可以特别选择光路，以使这个三角形是一个等边三角形。在这种情况下，通过监测每束光确定待测量的部件例如它前缘是否正通过相应光束来进行所述测量，例如可以光势垒(light barrier)的形式或通过与相应的光束有关的反射信号来进行这种测量。因此，这种构思能用两束光测量部件遮断或进入光路的时间。如果光束的几何形状是已知的，部件的运动速度也是已知的，则可以用部件通过这两束光之间测得的时间差确定该部件在这两束光之间通过的特征长度，而在这种情况下，可以根据光路把所述特征长度转换成该部件与参考面之间的距离。然而，可靠地应用一种构思(例如用于测量涡轮机中的径向间隙这种情况)通常与测定的复杂程度较高有关，但在这种情况下却限制了达到的精度。另外在涡轮机工作期间产生的振动还将极严重地影响测量精度，因而限制了这种系统的可靠性。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题之一是提供一种测量运动通过参考面旁边的部件与该参考面之间的距离的方法，该方法特别适合于测量涡轮机中的径向间隙，并且具有特别高的精度。另一要解决的技术问题是提供一种适于实现该方法的系统。关于所述方法，按照本专利技术下面的描述可解决上述问题监测被调整为彼此基本平行的两束光以及至少另一束在部件的运动方向调整为与上述平行光束成一角度的光束，以获得由该部件引起的各相应的反射信号；一方面利用与两平行光束相应的反射信号的到达时间之间的时间差、另一方面利用与两平行光束中之一相应的反射信号和与所述成角度的光束或两束成角度的光束相应的反射信号的到达时间之间的时间差确定所述距离的特征值。在这种情况下，本专利技术的构思的基础是应使所述确定距离的方法与涡轮机中正常出现的边界条件达到相应吻合。具体地说，在这种情况下，应该尽可能地考虑涡轮机叶片的局部速度可能因涡轮机运行期间振动或其它波动而改变这个事实。因此，当应用以三角法原理为基础的光学测量方法时，应该假设，对于特别高的测量精度而言，涡轮机叶片相对涡轮机内壁的运动速度不是恒定的，也就是说，部件相对于参考面的运动速度不是恒定的。事实上，对这类测量方法应该这样构思即使部件的运动速度波动也不会使测量结果不可靠。为了能做到这一点，根据三角法的必要的测量思路通过测定部件相对参考面运动的当前的实际速度的参考测量进行补充测量，所述两平行光束是用于这个目的，并且可以通过测量部件通过各自相应的光路的且与部件和参考表面间的距离无关的时间，能获得关于部件相对参考面的当前的实际速度。然后以此为基础估计所述时间差，也就是说，把从彼此成角度的两束光测定的时间差转换成部件通过的距离。按照这种构思，通过参考测量来补充三角法测量，以便能考虑部件运动的实际速度确定距离特征值，可以用三束、四束光，或根据需要甚至可以用更多束光。当应用三束光时，其中的两束光彼此平行，以便使部件通过这些光束的行程产生时间差，所述的时间差的特性是与部件当前的运动速度有关而与部件和参考面的距离无关。此时，第三束光与所述平行光束成一角度，从而可以使此束光与两平行光束之一结合用在传统的三角法测量方式中。当用四束光时，可以用两束调整为彼此平行的光束进行参考测量，在这种情况下，另外两束光可以按传统的三角法测量方式调整为彼此成一角度。具体地说，该测量方法能够获得多个用于部件和参考面之间相应距离的正确的特征值，这些特征值与可能发生的任何振动或部件当前运动中的速度的波动无关。优选将所述方法用在评价过程(evaluation process)中，根本不需要考虑部件的期望的速度，只需根据所述两个时间差之比确定距离的特征值。为了能可靠地确定待评价的时间差(time differences to be evaluated)，在另一优选的改进方式中，该测量方法被用于使由部件产生的那些反射信号与各光束可靠地相应。为此，优选使用的每束光具有不同波长，以便通过评价根据选择的波长上的反射信号使每个反射信号可以唯一地与一束光相应。关于测量系统，借助一个光源和具有一个相应的评价单元(evaluatedunit)的检测器可达到上述目的，其中所述光源用于产生至少两束被调整为彼此基本平行的光束和至少另一束在部件运动方向调整为相对所述平行光束成一角度的光束，该光源具有用于检测由部件引起的与每束光相应的反射信号的检测器；所述具有评价单元的检测器一方面根据与所述平行光束相应的反射信号到达时间之间的时间差，另一方面根据与所述平行光束之一和所述成角度的光束或两束成角度的光束相应的反射信号到达时间之间的时间差来确定距离特征值。在这种情况下，有用的是将该测量系统设计成使评价单元根据所述的时间差的比值确定距离特征值。另外，为了使所述反射信号与所述光束可靠地对应，在一个可供选择的或附加的优选实施方式中，所述光源具有多个与光束数目相对应的光发生器，并且使这些光发生器在每种情况下由它们发出的光的波长彼此不同。为了将该测量系统用于较恶劣的环境条件下或很难进入的地方，例如用于监测涡轮机的径向间隙时，所述功能部件例如光源和检测器最好是与使用的实际地点在空间上分离开，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：约辰·卢彻，尤维·法伊弗，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：