KR19990077093A - 터빈 하우징과 블레이드 팁 사이의 방사상 갭을 모니터링하기위한 장치 - Google Patents

터빈 하우징과 블레이드 팁 사이의 방사상 갭을 모니터링하기위한 장치 Download PDF

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Abstract

터빈(2)의 작동시 터빈 하우징(8)과 터빈 샤프트(4) 사이에 또는 터빈 하우징(8)과 터빈 블레이드(6) 사이에 생기는 방사상 갭(22, 22')이 모니터링된다. 방사상 갭(22, 22')의 일정하고 정확한 측정이 이루어지도록 하기 위해, 본 발명에 따라 터빈 하우징(8)을 통해 안내된 유리 섬유 프로브(12, 12')의 빛을 반사시키기 위한, 비산화 물질로 이루어진 측정 기준점(18, 18')이 적어도 하나의 터빈 블레이드(6)상에 및/또는 터빈 샤프트(4)의 표면상에 배치된다.

Description

터빈 하우징과 블레이드 팁 사이의 방사상 갭을 모니터링하기 위한 장치
터빈, 특히 증기 터빈의 작동시 작동에 기인한, 터빈 샤프트 및 터빈 블레이드로 구성된 회전자의 부하로 인해 -주로 회전자의 최대 휨 범위로- 방사상 유격 또는 방사상 갭이 생긴다. 따라서, 특히 높은 온도에서 발생하는 갭의 변동이 통상적으로 모니티링된다.
터빈 부품 사이의 갭을 모니터링하기 위해, 터빈 하우징을 통해 안내된 광도파로를 이용해서 그리고 터빈 하우징 및/또는 터빈 블레이드내에 배치된 프리즘으로 빛의 세기 변동을 기초로 갭의 변동을 검출하는 것은 간행물 WO 93/17296호에 공지되어 있다. 그러나, 갭내에 존재하는 작동 매체, 예컨대 증기의 온도 영향 및 습기는 프리즘에 김이 서리게 하고 터빈 부품을 산화시킨다. 터빈 부품에서 이러한 산화 또는 김으로 인해, 반사되는 빛의 세기가 갭의 변동과 무관하게 변동된다. 따라서, 방사상 갭의 정확하며 일정한 측정이 이루어지지 않는다. 게다가, 지금까지는 회전자의 가장자리 영역에서 갭의 모니터링이 이루어지지 않는다.
본 발명은 터빈 하우징에 의해 둘러싸인, 터빈 샤프트 및 이것에 고정된 터빈 블레이드를 포함하는 터빈의 방사상 갭을 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1 및 2는 방사상 갭을 모니터링하기 위한 장치를 가진 터빈의 개략도이고,
도 3은 내부 하우징 및 외부 하우징을 통해 안내된 유리 섬유 프로브를 가진 도 1의 부분Ⅲ의 확대도이다.
본 발명의 목적은 터빈 부품의 산화시에도 확실하고 정확한 방사상 갭 모니터링이 이루어질 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 장치가 유리 섬유 프로브로부터 빛을 반사시키기 위해 적어도 하나의 터빈 블레이드의 표면상에 및/또는 샤프트 표면상에 제공된, 비산화 물질로 이루어진 측정 기준점, 그리고 반사된 빛의 세기 차를 검출하기 위한 수단을 포함함으로써 달성된다.
터빈 블레이드와 터빈 하우징 사이의 방사상 갭을 측정하기 위해 측정 기준점이 터빈 블레이드상에 배치되는 한편, 터빈 샤프트와 터빈 하우징 사이에 생긴 방사상 갭을 측정하기 위해 측정 기준점이 샤프트 표면상에 제공된다.
터빈의 작동시 방사상 갭을 모니터링하기 위한 가급적 일정하고 확실한 측정 기준점을 얻기 위해, 측정 기준점의 비산화 물질은 바람직하게는 내산화성 물질, 예컨대 크롬니켈, 백금 또는 금으로 이루어진다.
바람직한 실시예에서는 유리 섬유 프로브가 유리 섬유 다발로 구성된다. 터빈의 덮개를 벗기지 않고도 유리 섬유 프로브를 교체하기 위해, 유리 섬유 프로브는 예컨대 측정 장소에서의 나사선을 통해 터빈 하우징내로 풀릴 수 있게 삽입될 수 있다.
높은 온도 범위에서, 특히 증기 터빈의 고압 부분에서 방사상 갭을 측정하기 위해, 유리 섬유 프로브가 바람직하게는 고온을 견딜 수 있게 세라믹 절연 파이프내로 삽입된다.
터빈, 특히 2중 벽 터빈의 작동시 종종 내부 하우징 및/또는 외부 하우징의 직경 변동이 나타난다. 이러한 변동을 보상하기 위해, 유리 섬유 프로브가 2개의 터빈 하우징 부품 사이의 영역에서 탄성 케이싱을 통해 안내된다.
유리 섬유 프로브는 바람직하게는 가요성 및 내팽창성을 갖도록 구현된다.
샤프트의 변위가 가급적 빨리 그리고 정확하게 검출되기 위해, 바람직하게는 비산화 물질로 이루어진 적어도 하나의 측정 기준점이 터빈 샤프트와 터빈 하우징 사이에 제공된 래비린드 시일의 영역에서 샤프트 표면상에 제공된다. 바람직하게는 다수의 유리섬유 프로브 및 상응하는 수의 측정 기준점이 샤프트 표면 및/또는 터빈 블레이드상에 제공됨으로써, 터빈 하우징에 대한 터빈 샤프트의 상대 변위가 검출된다.
다른 바람직한 실시예에서 유리 섬유 프로브는 바람직하게는 광파 전송기 및 수신기(트랜시버)에 접속된다. 이로 인해, 측정 장소에서 빛의 세기 변동을 기초로 방사상 갭의 변동이 검출된다. 방사상 갭의 변동 및 샤프트 변위를 측정하여 디스플레이하기 위해, 평가 및 진단 시스템이 제공된다.
본 발명에 의해 얻어지는 장점은 특히 비산화 측정 기준점의 사용에 의해 방사상 갭 및/또는 샤프트 변위의 일정하고 정확한 평가 및 정확한 진단이 이루어진다는 것이다. 따라서, 터빈 블레이드의 손상 및 재료 마모가 일찍 검출될 수 있다. 특히, 회전하는 터빈 부품이 정지된 터빈 부품을 스쳐지나는 과정 및 이로 인해 결과되는 에너지 손실이 피해진다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
모든 도면에서 서로 대응하는 부분은 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1에 따른 터빈(2)은 예컨대 증기 터빈이다. 이것은 터빈 샤프트(4) 및 이것에 고정된 터빈 블레이드(6)를 포함한다. 터빈 블레이드(6)는 터빈 하우징(8) 및 이것에 고정된 가이드 블레이드(10)에 의해 둘러싸인다.
방사상 갭을 모니터링하기 위한 장치는 터빈 하우징(8)을 통해 안내되는 유리 섬유 프로브(12)를 포함한다. 터빈 하우징(8)의 외부에 제공된 광파 트랜시버(14)가 상기 유리 섬유 프로브(12)에 접속된다. 유리섬유 프로브(12)는 터빈 하우징(8)의 내부에서 세라믹(16)으로 절연된 파이프(17)를 통해 안내된다. 터빈 블레이드(6)의 자유 단부의 표면상에는 비산화 물질로 이루어진 측정 기준점(18)이 제공된다. 측정 기준점(18)의 재료는 예컨대 크롬니켈, 백금 또는 금으로 이루어진다. 상기 재료는 내산화성을 갖는다. 광파 트랜시버(14)에는 평가 및 진단 시스템(20)이 접속된다. 평가 및 진단 시스템(20)은 측정 장소(21)에서 광 세기의 변동을 평가하여 터빈 블레이드(6) 및 터빈 하우징(8) 사이에 생긴 방사상 갭(22)을 계산한다.
도 2는 터빈 샤프트(4)와 터빈 하우징(8) 사이에 배치된 래비린드 시일(24)의 영역에서 터빈(2)을 나타낸다. 래비린드 시일(24)은 터빈 하우징(8)을 통한 광파 통로를 밀봉하기 위해 사용된다. 래비린드 시일(24)은 터빈 하우징(8)내의 밀봉 스트립(26) 및 터빈 샤프트(4)내의 홈(28)을 포함한다. 터빈 하우징(8)과 터빈 샤프트(4) 사이의 방사상 갭(22')을 측정하기 위해, 비산화 재료로 이루어진 측정 기준점(18')이 홈(28) 사이의 영역에서 터빈 샤프트(4)의 표면상에 배치된다. 유리 섬유 프로브(12')는 마찬가지로 터빈 하우징(8)의 내부에서 세라믹(16')으로 절연된 파이프(17')를 통해 안내된다. 유리 섬유 프로브(12')는 광파 트랜시버(14)를 통해 평가 및 진단 시스템(20)에 접속된다.
도 3은 내부 하우징(30) 및 외부 하우징(32)을 가진 도 1에 따른 터빈(2)의 터빈 하우징(8)을 나타낸다. 유리 섬유 프로브(12)는 내부 하우징(30)과 외부 하우징(32) 사이의 영역에서 작동에 기인한 팽창을 보상하기 위해 탄성 케이싱을 통해 안내된다. 높은 온도로부터 보호하기 위해, 파이프(17)는 내부 하우징(30)의 영역 및 외부 하우징(32)의 영역에서 세라믹(16a), (16b)으로 절연된다. 파이프(17)내에 삽입된 유리 섬유 프로브(12)는 유리섬유 다발(36)로 구성된다. 습기 및 열로부터 유리 섬유 프로브(12)를 보호하기 위해, 측정 장소(21)에 석영 유리(38), 예컨대 사파이어 윈도우가 배치된다. 유리섬유 프로브(12)는 내부 하우징(30)내에서 나사선(40)을 통해 풀릴 수 있게 삽입된 파이프(17)와 결합된다. 따라서, 유리 섬유 프로브(12)는 터빈의 정지시 터빈(2)의 덮개를 벗기지 않고도 외부 하우징(32)위로 빼내질 수 있다. 내부 하우징(30)과 외부 하우징(32) 사이의 작동에 기인한 상대 운동을 보상하기 위해, 내부 하우징 및 외부 하우징(32)내에서 파이프(17) 길이의 일부에 소프트 패킹(42)이 제공된다.
터빈 샤프트(4) 및 터빈 블레이드(6)로 구성된 회전자(5)의 작동에 기인한 부하는 터빈 하우징(8)과 터빈 블레이드(6) 또는 터빈 샤프트(4)의 자유 단부 사이의 방사상 갭(22), (22')을 야기시킨다. 이러한 방사상 갭(22), (22')은 유리 섬유 프로브(12), (12')를 이용해서 그리고 터빈 블레이드(6) 및/또는 터빈 샤프트(4)의 표면상에 배치된 비산화 측정 기준점(18), (18')으로 빛의 세기 차 및 그것과 기준값과의 비교에 의해 측정된다.
기준값은 터빈(2)의 정지시 보정 과정 동안 결정된다. 이것을 위해, 광파 트랜시버(14)로부터 방출된 빛과 측정 기준점(18)에 의해 반사된 빛 및 광파 트랜시버(18)에 의해 다시 수신된 빛의 세기가 서로 비교된다. 평가 및 진단 시스템(20)에서 이러한 비교의 결과로부터 방사상 갭(22) 및/또는 (22')이 계산된다.
터빈(2)의 작동시 실제로 검출된 세기 차는 기준 측정시 검출된 세기 차와 비교된다. 평가 및 진단 시스템(20)에서 실제 측정과 기준 측정의 세기 차의 편차로부터 방사상 갭(22), (22')의 변동 및/또는 크기가 계산된다.

Claims (10)

  1. 터빈 하우징(8)에 의해 둘러싸인, 터빈 샤프트(4) 및 이것에 고정된 터빈 블레이드(6, 10), 및 터빈 하우징(8)을 통해 안내된 유리 섬유 프로브(12)를 포함하는 터빈 장치(2)의 방사상 갭을 모니터링하기 위한 장치에 있어서, 장치가 유리 섬유 프로브(12)로부터 빛을 반사시키기 위해 적어도 하나의 터빈 블레이드(6, 10)의 표면상에 및/또는 터빈 샤프트(4)의 표면상에 제공된, 비산화 물질로 이루어진 측정 기준점(18), 및 반사된 빛의 세기 차를 검출하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 측정 기준점(18)의 비산화 물질이 내산화성을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 유리 섬유 프로브(12)가 유리 섬유 다발(36)로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 섬유 프로브(12)가 터빈 하우징(8)내로 풀릴 수 있게 삽입되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 섬유 프로브(12)가 세라믹(16)으로 절연된 파이프(17)내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 유리 섬유 프로브(12)가 2개의 터빈 하우징 부품(30, 32) 사이의 영역에서 탄성 케이싱(34)을 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 유리 섬유 프로브(12)에 접속된 광파 트랜시버(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 비산화 물질로 이루어진 적어도 하나의 측정 기준점(18)이 터빈 샤프트(4)와 터빈 하우징(8) 사이에 제공된 래비린드 시일(24)의 영역에서 샤프트 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 유리 섬유 프로브(12) 및 상응하는 수의 측정 기준점(18)이 샤프트의 변위를 측정하기 위해 샤프트 표면(4) 및/또는 터빈 블레이드(6, 10)상에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 장치가 방사상 갭의 변동 및 샤프트 변위를 측정하여 디스플레이하기 위한 평가 및 진단 시스템(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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