[发明专利]蒸汽涡轮级测量系统和其方法

说明书

本发明涉及计算在蒸汽涡轮(10)中，在蒸汽涡轮(10)的固定导叶排(18)和旋转叶片排(21)之间的绝对和相对轴向位移。这使用外壳绝对轴向膨胀传感器(22)的测量信号、内壳‑外壳轴向膨胀差传感器(24)的测量信号和转子‑外壳轴向膨胀差传感器(28)的测量信号来实现。

技术领域

本公开大体涉及蒸汽涡轮且更具体而言涉及用于估计轴向膨胀的蒸汽涡轮仪器和方法。

背景技术

蒸汽涡轮的外壳体大体称为外壳。在外壳内典型地为内壳，其支承固定导叶排和转子，转子支承旋转叶片排，其中形成在内壳和转子之间的空间为膨胀流路径。由于转子、内壳和外壳暴露于不同的温度且进一步可由具有不同的热膨胀系数的不同材料构成，所以这些构件的膨胀速率可不同。因此，典型的是容忍叶片排和导叶排之间的较大轴向间隙，以便应对此不同的热膨胀，这在蒸汽涡轮暴露于不同负载或将运行状态从待机模式改变成运行模式时最突出。

但是，叶片排和导叶排之间的大于所需的轴向间隙可导致降低涡轮的效率。但是，与其中在构件之间进行接触的相反情况相比，这是优选的。较大轴向间隙导致的问题可部分地通过测量解决。例如，美国专利No.4876505A论述使用美国专利No.4,644,270中论述的接近传感器测量多个涡轮叶片排护罩节段之间的间隙。如果出现临界间隙状况，此允许操作员采取措施。除了论述的测量器件，在燃气涡轮中使用的其它已知叶片排末梢间隙测量方法可适于用于蒸汽涡轮中。这种测量方法包括光纤激光多普勒距离传感器(如ThorstenPfister等人在2008年7月7日到10日在葡萄牙的里斯本召开的14届的激光技术对流体机械性的应用的讨论会上的 Fiber optic laser Doppler distance sensor for in-situtip clearance and vibration monitoring of turbo machines 中论述)，以及其它传感器，诸如电容性探头、电感性探头、基于三角测量的光学测量系统、光学一致性断层X光摄影和飞行时间测量。虽然这些解决方案可提供期望的手段来警告操作员潜在地不合需要的状况的接近，但是可典型地导致负载的改变的修正性动作典型地需要蒸汽涡轮远离期望运行点而运行。

EP2821593提供了另一个解决方案。此解决方案包括用于借助于适当的安装件对准蒸汽涡轮的内壳的方法和组件。在蒸汽涡轮的运行期间，测量内壳和转子之间的轴向间隙，并且然后调节转子和内壳之间的轴向间隙。

发明内容

提供了一种系统和方法用于估计蒸汽涡轮的级中的轴向位移，这使得能够进行在许可的公差被超过的情况下可提供警报的连续实时测量，或使得能够进行运行优化。

本公开基于提供手段来动态地估计蒸汽涡轮级的活动叶片排和固定导叶排之间的轴向间隙的一般思想。此通过对至少三个膨胀传感器的输出应用数字方法来实现，膨胀传感器测量蒸汽涡轮的构件的绝对或相对轴向膨胀中的一个或两者，以便估计活动叶片排和固定导叶排之间的轴向膨胀差。基于在第一组状况下涡轮级的轴向间隙，估计的轴向膨胀差可用来进一步估计涡轮级的标称固定导叶排和旋转叶片排之间的实际轴向位移。

一方面提供蒸汽涡轮测量系统，其包括蒸汽涡轮，蒸汽涡轮具有带有第一端和第二端的外壳、被外壳包围的内壳、在轴向方向上将内壳固定到外壳的支承臂、固定到内壳的导叶排、通过外壳从第一端延伸到第二端且延伸通过内壳以便在转子和内壳之间形成流通道的转子，以及叶片排，叶片排承载在转子上且延伸到流通道中，其中导叶排和叶片排形成级。蒸汽涡轮进一步包括轴向位移测量系统，其包括外壳绝对轴向膨胀传感器、内壳-外壳轴向膨胀差传感器、转子-外壳轴向膨胀差传感器和计算机。计算机构造成接收来自外壳绝对轴向膨胀传感器、内壳-外壳轴向膨胀差传感器和转子-外壳轴向膨胀差传感器的测量信号，并且基于这些传感器来计算导叶排和叶片排之间的绝对或相对轴向位移中的一个或两者。