专利名称：确定机器中运动部件与静止部件之间间隙的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器领域，且更具体地涉及用于确定机器的运动部件 与静止部件之间间隙的方法与装置。
背景技术：
在旋转机器领域中，常常需要测量运动构件或旋转构件与静止构 件之间的间隙。没有恰当的间隙，旋转构件会接触静止构件。接触且 尤其是高速接触可导致损坏旋转构件与静止构件的其中一个或另一 个。在有些情况下，测量间隙是极小地具有侵害性的步骤。然而，在 多数情况下测量间隙要求一定程度地拆解或拆卸机器。当机器在运转 时，间隙由于热、离心力等而有所变化。因此，静止间隙必须设有一 定程度的适应性以允许可能发生的任意变化。热、疲劳以及其它情况 足以改变运动构件与静止构件之间的运行间隙。为了保证机器在公差 内运转，要求定期维护以测量和调整间隙。在多数情况下，假定需要 至少部分地拆解来测量间隙，维护要求机器停机。机器停机是耗时和 花费成本的过程，这将对设备的产量有消极影响。
在一些情况下，使用微波来测量涡轮机构件之间的运行或运动间 隙。在这种情况下，在涡轮机中，微波发送器安装在运动构件上而接 收器安装在静止构件上。然后微波在接收器与发送器之间传递以确定 间隙。多数情况下这是有效的，但微波受水的影响。考虑到微波与水 之间的交互作用，用于检测间隙的微波系统对于在其中的工作流体具 有高含水量的涡轮机如蒸汽涡轮机，将不会特别有效。
发明内容
通过提供根据本发明示例性实施例所构成的机器，克服了背景技术的缺点并提供了额外的优点。该机器包括静止部件以及相对该静 止部件可旋转地安装的运动部件。该运动部件包括中央轮毂以及至少 一个运动构件。该至少一个运动构件包括固定连接到中央轮敎的第一 端部，以及第二端部和中间部分。该运动部件的第二端部与静止部件 隔开以形成间距。至少 一个发送元件安装到静止部件与运动部件的其 中一个上。该至少一个发送元件发出经过该间距具有预定频率的声 波。至少一个接收元件安装到静止部件与运动部件中的另一个上。该 至少一个接收元件接收来自发送元件的声波。该机器还包括可操作地 连接到该至少 一个发送元件与该至少 一个接收元件中的至少 一个上 的控制器。该控制器基于经过该间距的声波来确定在运动部件与静止 部件之间延伸的间隙距离。
根据本发明的另 一示范性实施例， 一种确定机器的运动部件与静 止部件之间间隙的方法，包括从设置在机器的运动部件与静止部件 的其中一个上的至少一个发送元件生成具有预定频率的声波，以及引 导声波经过在运动部件与静止部件之间延伸的间距。该方法还包括从 安装到运动部件与静止部件中的另一个上的至少一个接收元件接收 声波，以及基于经过该间距的声波信号来确定运动部件与静止部件之 间的间隙。
通过本发明示范性实施例的技术认识到另外的特征及优点。本文 详细描述了本发明的其它示范性实施例及其它方面，并将其视作为要 求保护的本发明的一部分。为了更好地理解本发明的优点及特征，请 参照描述及附图。
图1是根据本发明示范性实施例的包括用于确定运动部件与静止 部件之间间隙的系统的涡轮机的局部截面视图2是图1所示的涡轮机的一部分的详细视图，显示了根据本发 明另 一示范性实施例的发送元件及接收元件；图3是根据本发明示范性实施例的用于确定运动部件与静止部件
之间间隙的系统的示意图4是根据本发明示范性实施例的具有已定位的无源发送元件的 i走转部件的尖端部的局部透-见图；以及
图5是根据本发明另 一示范性实施例的具有已定位的无源发送元 件的旋转部件发尖端部的局部透视图。
零件清.单
2涡轮机
4燃烧部
6涡轮部
9静止部件
10外壳
13护罩
18多个级
19多个级
20多个级
23涡轮风扇组件/运动部件
28中央轮毂
29运动构件
30多个旋转构件
31部件/涡轮叶片
35主体
37第一端部
38第二端部
39中间部分
44间距
50系统60发送元件
64扬声器
70接收元件
74麦克风
80控制器
84信号处理器
85电子/软件滤波器
88讨论间距测量
89不同特征
94发送元件
96接收元件
102发送元件
104凹部/空月空
106多个第一开孔
109多个第二开孔
115发送元件
116孔口
117无源构件
124啸声
129发送元件
130孔口
131无源构件
134啸声
具体实施例方式
首先参照图1，以涡轮机形式显示的机器总体上以2标示。涡轮 机2包括可操作地连接到涡轮部6上的燃烧部4。涡轮部6包括具有 护罩部13的静止部件或外壳10。涡4仑部6包括均具有相应的运动部件的多个级18-20,这些运动部件以涡轮风扇组件23-25的形式显示。 由于各涡轮风扇组件大致类似，详细描述将遵循参照涡轮风扇组件 23，且应理解余下的涡轮风扇组件24-25具有相应的结构。
参照图2，涡轮风扇组件23包括中央轮毂28,从该中央轮毂28 伸出多个运动构件或涡轮风扇叶片，其中之一以30标示。涡轮叶片 30包括具有第一端部或尖端部37的主体部35，该第一端部或尖端部 37经过中间部分39引向第二端部38。第二端部38连接到中央轮毂 28上，且尖端部37与护罩部13隔开以限定间距44。间距44限定尖 端部37与护罩部13之间的间隙。在运行期间，间距44由于涡轮叶 片30因经过涡轮6传递的热量引起的热膨胀而改变。随着时间的推 移，涡轮叶片30上的热以及磨损将影响该间距。假如该间距变得太 小，则尖端部37可接触护罩部13并引起损坏涡轮叶片30。为了增强 涡轮机2的性能，间距44必须保持在预定限度内。通常，间距44应 降至最低以最大限度地提高效率。然而，要权衡保持最小间距以及尖 端部37与护罩部13之间潜在接触的风险。为此目的，涡轮机2包括 用于实时测量尖端部37与护罩部13之间的间隙即间距44的系统 50(图3)。如下文将更全面讨论的那样，系统50使用预定频率的声波 来测量间距44。
如图2及图3中最佳显示，系统50包括发送元件60，该发送元 件60在示范性实施例显示为安装在涡轮叶片30的尖端部37附近的 有源元件或扬声器64。如下文将更全面讨论的那样，扬声器64发出 预定频率的声波。系统50还包括接收元件70,该接收元件70在示范 性实施例中显示为采用安装到护罩部13上的麦克风的形式。接收元 件70还可采用安装到外壳10上的麦克风76的形式。在二者中的任 一情况下，接收元件70与发送元件60可操作地联接到具有滤波器85 的信号处理器84上。滤波器85可为电子滤波器或软件滤波器，其构 造成用以分离由发送元件60发出的预定频率。已过滤的信号传递到 控制器80,该控制器80确定发送元件60与接收元件70之间的距离。在确定发送元件60与接收元件70之间的距离后，控制器80计算间 距44的大小。在运转中，涡轮风扇组件23-25在护罩部13中旋转。发送元件 60发出由接收元件70接收的声信号。在此，声信号由信号处理器84 过滤并传递到控制器80用于分析。控制器80评估声信号以确定间距 44的大小。除了发送元件60与接收元件70外，应理解的是，剩下的 涡轮风扇组件24-25包括相应的发送元件和接收元件，例如结合涡轮 风扇组件24以94和96显示。利用这样的布置，各发送元件如64,94 构造成用以发出具有不同频率的声波，该声波由控制器80分离并且 与特定的涡轮风扇组件相关联用以计算相应的间距。现在参照图4,将描述根据本发明另一示范性实施例所构成的发 送元件102。如图所示，涡轮叶片30的尖端部37包括具有多个第一 开孔106的凹部或空腔104。开孔106构造成用以允许冷却空气/人涡 轮叶片30传递出去。同样而言，多个第二开孔109纵向地沿着主体 部35在涡轮叶片30的前缘部(未单独标示)处延伸，多个第三开孔110 纵向地沿着主体部35在涡轮叶片30后缘部(未单独标示)处延伸。开 孔109与开孔110也提供允许冷却空气从涡轮叶片30排出的通道。 在所示实施例中，发送元件102采用形成在尖端部37处的无源元件 或孔口 124的形式。孔口 124设计成当曝露于气流时用以产生具有预 定频率的声波(啸声)。更详细地讲，当涡轮叶片30在涡轮部6中旋转 时，气流经过孔口 124传递。该气流生成由接收元件如74接收的声 波。接收元件74调至"收听"从孔口 124传出的声波。利用这种构成， 不需要从发送元件102至控制器80的额外硬接线连接。除了以上所 述，控制器80可构造成用以检测在涡轮叶片30与护罩部13之间的 接触。更详细地讲，假如发生摩擦，则发送元件102将发出具有与预 定频率不同的频率的声波。假如接收元件74检测到不同的频率，则 表明接触。图5说明了才艮据本发明又一示范性实施例所构成的发送元件130。发送元件130采用形成在凹部104内位于开孔106处的孔口的形式。 利用这种布置，冷却空气从涡轮叶片30穿过开孔106传递，并流经 孔口 134以产生具有预定频率的声波(哺声)。利用这种构成，不仅不 需要在发送元件130与控制器80之间额外的硬接线连接，而且通过 将孔口 134定位在凹部104中，在尖端部37处的涡轮叶片30的材料 特性也不会劣化。将要意识到的是，本发明的示范性实施例提供了用 于实时确定机器中运动体与静止体之间间隙大小的低成本系统而不 用拆解。该系统使人员能够实时监视间隙的任何改变，并在运动部件 接触静止部件之前采取正确操作，由此通过最大限度地减少停机时间 而提高机器输出量。另外，通过实时监视间隙，增长了维护周期之间 的平均时间。总而言之，本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳方式， 并使得本领域任何技术人员都能实施本发明，包括制造和使用任何装 置或系统以及执行任意结合的方法。本发明可取得专利的范围通过权 利要求来限定，并可包括本领域技术人员所能想到的其它实例。如果 这些其它实例包括与权利要求的书面语言无实质差别的等效结构元 件，或这些其它实例不具有不同于权利要求书面语言的结构元件，则 认为这些其它实例落在本发明示范性实施例的范围内。
权利要求
1. 一种机器(2)，包括静止部件(10)；相对于所述静止部件(10)可旋转地安装的运动部件(23)，所述运动部件(23)包括中央轮毂(28)以及至少一个运动构件(30)，所述至少一个运动构件(30)包括固定地连接到所述中央轮毂(28)上的第一端部(38)，以及第二端部(37)和中间部分(39)，所述第二端部(37)与所述静止部件(10)隔开以形成间距(44)；安装到所述静止部件(10)和所述运动部件(23)的其中一个上的至少一个发送元件(60)，所述至少一个发送元件(60)发出经过所述间距(44)的具有预定频率的声波；安装到所述静止部件(10)和所述运动部件(23)的其中另一个上的至少一个接收元件(70)，所述至少一个接收元件(70)接收来自所述发送元件(60)的声波；以及可操作地连接到所述至少一个发送元件(60)和所述至少一个接收元件(70)的其中至少一个上的控制器(80)，其中，所述控制器(80)基于经过所述间距(44)的声波来确定在所述运动部件(23)和所述静止部件(10)之间延伸的间隙距离。
2. 根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述至少一个发送 元件(60)安装到所述运动部件(23)上，以及所述至少一个接收元件(70) 安装到所述静止部件(10)上。
3. 根据权利要求2所述的机器，其特征在于，所述至少一个发送 元件(60)安装在所述至少 一个运动构件(30)的第二端部(37)上。
4. 根据权利要求3所述的机器，其特征在于，所述至少一个发送 元件(60)是有源发送元件(64),所述有源发送元件(64)受激励以发出具 有预定频率的声波。
5. 根据权利要求4所述的机器，其特征在于，所述有源发送元件是压电芯片。
6. 根据权利要求3所述的机器，其特征在于，所述至少一个发送 元件(60)是无源发送元件(124)。
7. 根据权利要求6所述的机器，其特征在于，所述无源发送元件 (124)包括形成在所述至少一个运动构件(30)的第二端(37)中的孔口 (130)，其中，当相对于所述静止部件(10)旋转所述至少一个运动构件 (30)时，气流经过所述孔口(130)以产生具有预定频率的声波。
8. 根据权利要求7所述的机器，其特征在于，所述运动构件(30) 是具有尖端部(37)的涡轮叶片(30)，所述孔口(130)形成在所述涡轮叶 片(30)的尖端部(37)中。
9. 根据权利要求8所述的机器，其特征在于，所述尖端部(37)包 括具有冷却空气出口(106)的凹部(104)，所述孔口(134)形成在所述凹 部(104)中位于所述冷却空气出口(106)处，其中，从所述涡轮叶片(30) 穿过所述孔口(134)的冷却空气产生所述声波。
10. 根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述控制器(80) 可操作地连接到信号处理器(84)上，所述信号处理器(84)具有电子滤波 器(85)和软件滤波器(85)的其中一个，用于提取代表从所述发送元件 (60)接收的所述声波的信号。
全文摘要
本发明涉及用于确定机器中运动部件与静止部件之间间隙的方法和装置。具体而言，一种机器包括静止部件和运动部件。运动部件包括中央轮毂和运动构件。运动构件包括固定连接到中央轮毂上的第一端部，以及第二端部和中间部分。运动部件的第二端部与静止部件隔开以形成间距。发送元件安装到静止部件和运动部件的其中一个上。发送元件发出经过间距具有预定频率的声波。接收元件安装到静止部件与运动部件中的另一个上。接收元件接收来自发送元件的声波。机器包括控制器，其基于经过间距传递的声波确定在运动部件与静止部件之间延伸的间隙距离。
文档编号F01D1/02GK101532398SQ200910128810
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月10日 优先权日2008年3月10日
发明者G·M·吉尔克里斯特, S·F·辛普森, W·M·格诺韦斯 申请人:通用电气公司