用于识别涡轮机叶片处的损坏的测量方法和涡轮机

摘要

本发明涉及一种用于及早识别涡轮机(10)的叶轮的叶片(26)处的损坏的测量方法(11)。根据本发明，在涡轮机(10)运行期间，在叶片(26)的沿着围绕叶轮的环周(24)的旋转方向(17)上，在多个部位处相应并列地产生(31)基本上沿叶片(26)的振动方向(18)的多个磁场，叶片(26)的叶身(14)的尖部(15)在横贯时影响所述磁场。通过在多个部位处的影响，检测(32)尖部(15)的位置值(19)。随后从位置值(19)中形成(33)叶身(14)的位置变化(20)并且从位置变化(20)中确定(34)频率(22)。将该频率(22)与特定的频率值比较(35)。在频率(22)突然和/或强烈改变时识别(36)报警事件(23)。此外，要求保护一种涡轮机(10)，所述涡轮机构成为以实施根据本发明的测量方法(11)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于及早识别涡轮机的叶轮的叶片处的损坏的测 量方法以及一种涡轮机。

背景技术

已知的是，借助于涡流检查来研究涡轮机叶片的损坏。在此，探针 直接地在工件上移动以便检查最小的裂纹。

由于探针和叶片之间的直接接触，这种研究在涡轮机运行期间是不 可行的。在运行期间出现的损坏因此最早在运行结束之后接下来的检查 间隔中才能够被确定。

发明内容

本发明基于如下目的，提供一种改进的测量方法以及一种涡轮机， 所述涡轮机构成用于执行该测量方法。

该目的借助根据权利要求1的方法和根据权利要求6的涡轮机来实 现。本发明的有利的改进形式在从属权利要求中提出并且在本文中描 述。

在用于及早识别涡轮机的叶轮的叶片处的损坏的根据本发明的测 量方法中，在涡轮机运行期间，在叶片的沿着围绕叶轮的环周的旋转方 向上，在多个部位处相应并列地产生基本上沿叶片的振动方向的多个磁 场，叶片的叶身的尖部在横贯时影响所述磁场。通过在多个部位处的影 响，检测尖部的位置值。随后从位置值中形成叶身的位置变化并且从位 置变化中确定频率。将该频率与特定的频率值比较。在频率突然和/或 强烈变化时识别报警事件。

测量面分别具有多排并列设置的探针。特别地，在此，多个排彼此 沿垂直于叶片的振动方向伸展的方向设置。

因此，为了检测位置可以使用冗余的数据。由此能够更加安全地执 行叶身的尖部的位置检测。

所提出的测量方法示出如下可行性：如何能够在运行期间、尤其是 蒸汽轮机的运行期间在空着的末端叶片上执行持久的实时振动测量并 且提供有效的保护防止涡轮机损坏。

有利地可行的是，在叶根中的裂纹继续进展时然而明显在叶身撕裂 之前确定相关叶片处的频率变化并且随后及早地切断涡轮机以便有效 地防止更大的损坏。

所示出的解决方案不仅包括在全部能传导的叶片处的测量而且包 括在透磁的叶片处的测量。由钛或铝构成的叶片也是可检查的。不需要 对叶片进行易逝的磁化。

此外，能够同时检测和示出变化的运行参数对叶片的作用。

除此之外，根据本发明的方法在其应用中有助于涡轮机技术中的更 高的可信赖程度。

在根据本发明的测量方法的一个有利的实施方案中，将位置值转化 成作为位置变化的正弦曲线。

由此可容易地确定位置变化的频率或波长。能够快速地确定待检查 的频率的数值。

在根据本发明的测量方法的另一个有利的实施方案中，循环地依次 检查叶片。

由此以简单的方式定期地检查叶轮的全部叶片。在此，周期短至， 使得在两次检查期间不会出现叶片故障。

在根据本发明的测量方法的另一个有利的实施方案中，特定的频率 值从叶片的已经确定的频率中确定。

因此，在识别到报警事件时一起考虑各个叶片的不同的振动特性。 所述测量方法由此变得更加准确。因此能够避免错误消息。

在根据本发明的测量方法的另一个有利的实施方案中，从预先限定 的频率范围中确定特定的频率。

由此在涡轮机第一次启动之前就已经提供用于均衡的数值。由此扩 展了所述测量方法的使用情况。

根据本发明的涡轮机，其中所述涡轮机具有扩散器和叶轮，所述叶 轮设置在扩散器中并且具有多个叶片，根据本发明在叶片的沿着围绕叶 轮的环周的旋转方向上在多个部位处包括测量面。这些测量面分别具有 至少一个励磁线圈和多个基本上沿着叶片的振动方向并列设置的探针， 并列所述探针可与评估单元连接。探针尤其是涡流探针。并且根据本发 明的涡轮机尤其是蒸汽轮机。

由此有利的是，提供用于实施根据本发明的测量方法的涡轮机。根 据本发明的涡轮机具有提高的运行安全性。因叶片处的损坏而引起的事 故能够被避免。由此保护涡轮机本身和其周围环境。

在此，探针不伸出并且不影响流动。提供了具有高的分辨能力和永 久在线监控的可行性的稳健的且耐用的设备。

在根据本发明的涡轮机的一个有利的设计方案中，测量面均匀地以 在整个环周之上分布的方式设置。

由此，能够确定关于叶片在整个环周之上的振动特性的数据。提供 更多的数据用于评估。此外，在整个环周上测量时在叶轮不沿竖直轴线 转动的情况下能够研究重力对各个叶片的振动特性的作用。

在根据本发明的涡轮机的另一个有利的设计方案中，该涡轮机在测 量面上具有水冷装置。

由此实现对测量面的有效的冷却，所述冷却能够使测量面进入更加 适宜的运行温度中进而能够提高测量面的工作时间。

附图说明

本发明的示例的实施方案根据附图和下面的描述详细阐述。附图示 出：

图1示出根据本发明的涡轮机的测量面，

图2示出多个测量面在涡轮机中的设置，

图3示出在涡轮机的叶身之上的测量面，

图4示出叶身的位置变化，

图5示出两个叶身的频率变化，和

图6示出根据本发明的测量方法。

具体实施方式

在图1中示例地简略示出根据本发明的涡轮机10的测量面13。测 量面13包括多个并列设置的探针12，所述探针尤其是设置成多个排。 特别地，将用于产生各个变化的磁场的励磁线圈29集成到探针12中。 探针12尤其是用于检测涡流的探针。

所描绘的测量面13包括十八个探针12。根据本发明，测量面13中 探针12的数量能够多于或少于十八个。

测量面13根据叶片类型具有超出振动幅度的宽度加上叶身宽度的 测量宽度39。测量面13的倾斜部位38根据叶片的振动方向18设计。 各个探针12彼此间的间距同样根据振动幅度来设计。其中应设置有测 量面13的扩散器16的形状被一起考虑。

将相对小的样品设置作为励磁线圈29，例如具有0.5mm至2mm直 径以便检测位于磁场中的、透磁的或能导电的叶片26。

在此处描述的发明中使用如下特性：当能传导的或透磁的检测物体 位于磁场的有效范围中时，所谓的“提离信号(lift off signal)”在阻抗 平面上运动。

根据大约20Hz至2MHz的频率和励磁线圈29的直径，叶片26能 够作为还距探针12几毫米的检查物体被检测。该距离还能够通过已知 的技术、例如磁屏蔽和铁氧体磁芯来扩大。

在图2中示例地简略示出多个测量面13在根据本发明的涡轮机10 的扩散器16中的设置。

测量面13固定地设置在扩散器16中，直接设置在叶片26的叶身 14的尖部15之上。测量面16尤其以均匀的间距定位在扩散器16的环 周24中，所述环周形成扩散器16的围绕叶片26的内侧。

测量面13在此具有大于叶身14的厚度加上其轴向振动幅度的测量 宽度39。因此可以以大致0.5mm至1mm的精度执行尖部的轴向的位置 确定。

为了能够测量叶身14的频率22，需要在环周24上分布地设置所需 要的多个测量面13。所述测量面以该测量方法11以同步转速的方式依 次激励。

各个测量面13之间的间距与励磁线圈29的频率、环周24的长度 以及叶片26的自振相关。针对25Hz的激励频率、21m的环周和叶片 26的150Hz的自振，在五个测量点中，示例计算示出对于每个测量面 13为0.7m的间距：

25Hz*21m＝525m/s

525m/s/150Hz＝3.5m波长

3.5m/5个测量点＝0.7m间距

根据本发明的涡轮机10对于各个测量面13在扩散器16中具有穿 通袋。当涡轮机应加装测量面13时，这些穿通袋也能够后续地引入。 此外，根据本发明的涡轮机10具有使探针12与评估单元连接的数据线 路。

可选地，根据本发明的涡轮机10能够具有水冷装置，借助所述水 冷装置能够有效地冷却励磁线圈29。因此，能够实现励磁线圈29的长 的使用寿命。

图3示例地简略示出多个测量面13在叶片26上方的设置的俯视图。 扩散器16在该视图中被遮挡。

设置在叶根27上的叶身14在涡轮机10运行时沿旋转方向17运动 并且在此沿振动方向18振动。

沿着旋转方向17在此示例地示出测量面13₁至13₅。测量面13平行 于振动方向18设置。所述测量面相对于叶轮的转动轴线与振动方向18 具有相同的倾斜部位38。所述测量面的测量宽度39超出振动幅度的宽 度加叶身宽度。

在涡轮机10的叶轮转动时，叶身14通过其尖部15依次横贯不同 的测量面13₁至13₅。在图3中，尖部15刚好横贯测量面13₅。通过叶 身14的振动，尖部15在测量宽度39的不同部位处横贯不同的测量面 13。这通过测量面13的在这些部位处的探针12来检测32，由此，在此 针对叶片26的尖部15示例地产生五个位置值19。

测量面13₁至13₅尤其是相对于叶轮以转速同步的方式相继来控制， 以便分别从特定的叶片26中例如在蒸汽进入棱边处确定尖部15的与环 周相关的位置改变。

环周位置必须在转子的任意位置处被拾取，以便能够位置精确地像 频闪观测仪一样测量叶片。

从叶片26在五个测量面13₁至13₅上的五个位置值19中由评估单元 形成33位置变化20。这种位置变化示例地在图4中示出。

在此，针对五个不同的测量面13₁至13₅依次描绘位置值19₁至19₅。 在此，位置值19₁至19₅示例地由每个测量面13的十八个探针12₁至12₁₈来检测32。位置值19₁至19₅由评估单元尤其是转换成正弦函数。从该 正弦函数中确定34振动波长并且从中以数学的方式确定所述叶片26的 频率22。测量结果在此随着测量点处的密度增加而变得更加精确。

每个叶片26的频率22以这种方式依次周期性地被监控。在叶根27 中的裂纹大的情况下，将叶片的频率22改变几赫兹，这可经由根据本 发明的技术简单地描绘。为此在时间21内观察所确定的频率22。

图5示例地示出频率变化28中在时间21内所描述的频率22。在此 示例地示出两个不同的叶片26的两个频率变化28₁和28₂。根据本发明， 尤其是监控全部叶片26的频率22。

将所获得的频率22与特定频率值进行比较35。这些频率值例如能 够从叶片的至此的值中获得，和/或特定的频率值是特定频率范围25的 预定义的值。在叶片26处的频率22突然和/或显著改变时，识别36报 警事件23并且发出警报，或者涡轮机10受控地停止。在图5中，在下 方的频率变化28₂中出现这种报警事件23。

图6示例地示出根据本发明的测量方法11从开始30至结束37的流 程图。在第一步骤中，产生31磁场。通过叶片26的在特定的部位处横 贯磁场的尖部15影响特定的磁场并且检测32尖部15的位置值19。评 估单元从位置值19中形成33位置变化20并且确定34位置变化19的 频率22。所获得的频率22随后与特定的频率值比较35。以这种方式， 周期性地依次控制涡轮机10的全部叶片26。如果所获得的频率22与特 定的频率值不同，那么识别36报警事件23。该报警事件能够用作为用 于另外的安全措施、例如切断涡轮机的启动信号。

尽管详细地通过优选的实施例详细阐述和描述本发明，然而本发明 不通过所公开的实例来限制，并且能够由本领域技术人员从中推导出其 他的变型形式，而不脱离本发明的保护范围。