[发明专利]一种汽轮机转子和静子之间径向间隙的实时动态测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及热力设备性能状态监测与诊断领域，是一种汽轮机转子和静子之间径向间隙的实时动态测量方法。

背景技术

汽轮机是一种将蒸汽热能转换为机械能的高速旋转机械。为保持汽轮机转动部件和静止部件之间不发生碰磨，必须使汽轮机转动部件和静止部件之间留有一定的间隙。汽轮机通流部分径向间隙的大小是影响汽轮机通流部分工作安全可靠性的重要指标。如果该间隙过小，很有可能导致动静之间发生碰磨，造成汽轮机动静叶片磨损，使机组的工作效率降低，严重时将迫使机组事故停机，如果间隙过大，将使汽轮机的漏汽损失增大，汽轮机的运行经济性降低。因此，汽轮机通流部分动静之间径向间隙不论是过大过小对机组的运行都是不利的。显然，运行中对汽轮机通流部分转子和静子之间径向间隙进行快速准确的实时动态测量对于汽轮机的安全经济运行意义重大。

中国国内刊号23-1251/TH《汽轮机技术》1997年03期公开了蒋耀明等人《透平机械的动态间隙测量》一文，文中给出了一种测量透平机械动静之间径向间隙的方法，但该种方法首先需要将传感器连接在每只叶片上，进行静态标测。动态测量时，则需要将探头两端的散热装置加冷却循环水，确保测试的温度和压力。显然此种方法动态测量结果的精度不仅受静态标测的影响，而且还受散热装置的换热情况的影响。此外，此种方法测量工作介质主要针对的是燃气轮机，对于蒸汽轮机，由于中低压通流部分蒸汽温度较低，其测量精度已远不能满足汽轮机的要求。

中国发明专利申请号201210589363.4提出了《一种利用径向间隙传感器获取离散轴向间隙数据的设备和方法》，该方法需要在定子上安装至少一个径向间隙传感器，用以收集径向间隙数据来确定轴向间隙数据。显然该方法有两个明显的缺陷，一方面在汽轮机定子中可安装的传感器数量有限，并不能覆盖差动轴向运动的整个范围，这将使测量精度降低。另一方面，测试过程中，只要任何一个传感器的数据失真，将导致整个测试结果精度降低。

迄今为止，尚未见有关汽轮机转子和静子之间径向间隙的实时动态测量方法的文献报道和实际应用。

发明内容

针对现有的大型汽轮机运行中通流部分径向间隙难以实现准确实时动态测量的问题，本发明提出一种能对运行中汽轮机的径向间隙进行快速、高精度的检测来实现对转子汽封间隙和叶顶汽封间隙精确动态测量的方法，从而更加真实地检测当前汽轮机的运行状态，保证机组安全经济运行，节省停机大修时间。

本发明采用的技术方案是：一种汽轮机转子和静子之间径向间隙的实时动态测量方法，其特征在于：采用两个测距装置发射出调制光，通过合作目标反射回接收器，所述测距装置为高频相位式激光测距仪，所述合作目标为角反射镜，该测量方法包括以下步骤：

1)建立汽轮机转子中心无偏移时，测距装置、合作目标、转子及缸体相对空间位置坐标系的模型一，确定转子和静子之间径向间隙；

2)建立汽轮机转子中心发生任意方向偏移时，测距装置、合作目标、转子及缸体相对空间位置坐标系的模型二，确定发射器至转子表面的距离；

3)建立汽轮机转子只有横向位移时，测距装置、合作目标、转子及缸体相对空间位置坐标系的模型三，计算转子中心发生偏移时单向转子偏心量和单向转子表面竖向位移量；

4)建立汽轮机转子只有竖向位移时，测距装置、合作目标、转子及缸体相对空间位置坐标系的模型四，计算转子中心发生偏移时单向转子偏心量和单向转子表面横向位移量；

5)将所述模型三和所述模型四中计算的单向转子偏心量和单向转子表面位移量代入所述模型二中，计算所述任意位置的转子偏心量。

所述测距装置放置于汽缸外，所述合作目标安装于所述转子表面。

所述步骤1)中，所述坐标系为以转子中心为原点，两个测距装置分别位于汽缸水平和垂直的中分表面的二维坐标系，激光发射点A、B沿x轴、y轴方向到所述转子表面的距离记作L_x和L_y，转子无偏心、无振动时激光发射点到所述角反射镜的标准距离记作x₀、y₀，转子无偏心、无振动时所述转子表面到缸体的距离为L₀，根据速度、时间和距离公式得其中Δt₁为激光在x方向完成一个往返行程的时间，s；Δt₂为激光在y方向完成一个往返行程的时间，s；c为光速，m/s。