(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸（４）およびこれに取り付けられタービンハウジング（８）で包囲されているタービン翼（６）を備えたタービン（２）における径方向間隙をタービンハウジング（８）を貫通して導かれているグラスファイバプローブ（１２）によって監視する装置において、少なくとも一つのタービン翼（６）の表面上におよび／又はタービン軸（４）の表面上に設けられグラスファイバプローブ（１２）からの光を反射する非酸化材料から成る測定基準点（１８）と、反射光における強度差を検出するための手段とを有していることを特徴とするタービンにおける径方向間隙の監視装置。
【請求項２】
測定基準点（１８）の非酸化材料が耐スケーリング性を有していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
グラスファイバプローブ（１２）がガラス繊維束（３６）から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
グラスファイバプローブ（１２）がタービンハウジング（８）の中に着脱可能にはめ込まれることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
グラスファイバプローブ（１２）がセラミックス（１６）で絶縁された管（１７）の中にはめ込まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
グラスファイバプローブ（１２）が二つのタービンハウジング部分（３０、３２）間の範囲において弾性外被管（３４）の中を通して導かれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
グラスファイバプローブ（１２）に接続されている光波トランシーバ（１４）を有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
タービン軸（４）とタービンハウジング（８）との間に設けられたラビリンスパッキン（２４）の範囲における軸表面上に、非酸化材料から成る少なくとも一つの測定基準点（１８）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
軸変位を測定するために軸表面（４）上におよび／又はタービン翼（６、１０）上に、多数のグラスファイバプローブ（１２）および相応した数の測定基準点（１８）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
径方向間隙の経過並びに軸変位を検出し表示するための評価・診断装置（２０）を有していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、タービン軸およびこれに取り付けられタービンハウジングで包囲されているタービン翼を備えたタービンにおける径方向間隙を監視する装置に関する。
タービン例えば蒸気タービンの運転中、タービン軸とタービン翼（動翼）とから構成されているロータが運転の負荷のために、特にロータの最も大きくたわむ範囲において、径方向間隙が生じたり埋められたりする。それ故特に高温時に生ずるこの間隙変化は通常監視される。
タービン部品間の間隙を監視するために、国際特許出願公表第ＷＯ９３／１７２９６号明細書から、タービンハウジングを貫通して導かれている光波導体によって並びにタービンハウジングおよび／又はタービン翼に配置されたプリズムによって光強度変化を参考にして間隙変化を検出することが知られている。しかしこの場合、間隙内に存在する作動媒体例えば蒸気の温度作用および湿気がプリズムを湿らし、タービン部品にスケーリングを生じてしまうという欠点がある。タービン部品上におけるこのようなスケーリングあるいは金属の曇りのために、反射光の強さが間隙変化に無関係に変化する。このために径方向間隙の確実で一定した測定は保証されない。更に従来は、ロータの周辺範囲における間隙の監視は行われていない。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装置を、タービン部品がスケーリングを生じた際も確実で正確な径方向間隙の監視を可能にするように改良することにある。
本発明によればこの課題は、少なくとも一つのタービン翼の表面上におよび／又はタービン軸の表面上にグラスファイバプローブからの光を反射する非酸化材料から成る測定基準点を設け、反射光における強度差を検出するための手段を設けることによって解決される。
タービン翼とタービンハウジングとの間の径方向間隙を測定するために、タービン翼上に測定基準点が配置されるのに対し、タービン軸とタービンハウジングとの間に生ずる径方向間隙を測定するために、軸表面上に測定基準点が設けられる。
タービンの運転中に径方向間隙を監視するためにできるだけ一定した確実な測定基準点を得るために、測定基準点の非酸化材料は特に耐スケーリング材料、例えばニクロム、白金あるいは金から成っている。
本発明の有利な実施態様では、グラスファイバプローブはガラス繊維束から構成されている。タービンを開けることなしにグラスファイバプローブを交換することができるようにするために、グラスファイバプローブはタービンハウジングの中に着脱自在に、例えば測定個所にねじを介してはめ込まれると好適である。
高温範囲特に蒸気タービンの高圧部においても径方向間隙を求めることができるようにするために、グラスファイバプローブはセラミックス絶縁管の中に耐熱的にはめ込まれると好適である。
タービン特に二重シェル形タービンの運転中に、しばしば内側ハウジングおよび／又は外側ハウジングの直径の変化が生ずる。このような変化を補償するために、グラスファイバプローブは二つのタービンハウジング部分間の範囲において弾性外被管の中を通して導かれている。これによってグラスファイバプローブは有利なことフレキシブルに且つひずみに耐えられるように形成される。
軸変位をできるだけ早く正確に検出することができるようにするために、非酸化材料から成る少なくとも一つの測定基準点が、タービン軸とタービンハウジングとの間に設けられたラビリンスパッキンの範囲における軸表面上に取付けられると有利である。その場合好適には、多数のグラスファイバプローブおよび相応した数の測定基準点が軸表面および/又はタービン翼上に設けられていることによって、タービン軸とタービンハウジングとの相対変位が検出される。
本発明の他の有利な実施態様においては、グラスファイバプローブは好適には光波送信器および受信器（トランシーバ）に接続されている。これによって測定個所における光状態の変化に基づき径方向間隙の変化が検出される。径方向間隙の経過並びに軸変位を検出し表示するために、評価・診断装置が設けられている。
本発明によって得られる利点は特に、非酸化性測定基準点を使用することによって、径方向間隙および／又は軸変位を一定に正確に評価し且つ精密に診断することが保証されることにある。これによってタービン翼における損傷並びに材料の摩耗を早期に確認することができる。特にタービン回転部品がタービン固定部品をかすめて回転し、これによりエネルギー損失を生ずることが避けられる。
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１および図２はそれぞれタービンにおける径方向間隙の監視装置の一部概略断面図、
図３は図１の一部ＩＩＩにおいて内側ハウジングおよび外側ハウジングを貫通して延びるグラスファイバプローブの拡大断面図である。
各図において同一部分には同一符号が付されている。
図１におけるタービン２は例えば蒸気タービンである。これは動翼６が取り付けられているタービン軸４を有し、この軸は静翼１０が取り付けられているタービンハウジング８によって包囲されている。
径方向間隙監視装置はタービンハウジング８を貫通して導かれているグラスファイバプローブ１２を有しており、このプローブにはタービンハウジング８の外側に設けられている光波トランシーバ１４が接続されている。グラスファイバプローブ１２はタービンハウジング８の内側においてセラミックス１６で絶縁された管１７の中を通して導かれている。一つのあるいはそれぞれの動翼６の自由端の表面に非酸化材料から成る測定基準点１８が設けられている。測定基準点１８の材料は例えばニクロム、白金あるいは金から成っている。これらの材料は耐スケーリング性を有しているという特徴がある。光波トランシーバ１４には評価・診断装置２０が接続されている。この評価・診断装置２０は測定個所２１における光状態の変化を評価し、動翼６とタービンハウジング８との間に生ずる径方向間隙２２を計算する。
図２は、タービン軸４とタービンハウジング８との間に配置されているラビリンスパッキン２４の範囲のタービン２を示している。このラビリンスパッキン２４はタービンハウジング８の軸貫通部を密封するために設けられている。その際ラビリンスパッキン２４はタービンハウジング８にあるシールベルト２６とタービン軸４にある溝２８とを有している。タービンハウジング８とタービン軸４との間の径方向間隙２２′を測定するために、溝２８間の範囲におけるタービン軸４の軸表面上に、同様に非酸化材料から成る測定基準点１８′が設けられている。グラスファイバプローブ１２′は同様にタービンハウジング８の内部においてセラミックス１６′で絶縁された管１７′の中を通して導かれている。プローブはまた光波トランシーバ１４を介して評価・診断装置２０に接続されている。
図３は図１におけるタービン２の内側ハウジング３０と外側ハウジング３２とから成るタービンハウジング８を示している。その際グラスファイバプローブ１２は内側ハウジング３０と外側ハウジング３２との間の範囲において、運転上生ずる伸びを補償するために弾性外被管３４の中を通して導かれている。管１７は高温から保護するために内側ハウジング３０の範囲並びに外側ハウジング３２の範囲においてセラミックス１６ａ、１６ｂで絶縁されている。管１７内にはめ込まれているグラスファイバプローブ１２は束ねられたガラス繊維３６で構成されている。グラスファイバプローブ１２を湿気および熱から保護するために、測定個所２１に石英ガラス３８、例えばサファイヤ窓が配置されている。グラスファイバプローブ１２は内側ハウジング３０内においてはめ込まれた管１７にねじ４０を介して着脱可能に接続されている。これによってタービン２の停止中にグラスファイバプローブ１２はタービン２を開けることなしに外側ハウジング３２を介して取り出すことができる。内側ハウジング３０と外側ハウジング３２との運転上生ずる相対移動を補償するために、内側ハウジング３０内並びに外側ハウジング３２内において管１７の長さの一部にわたってソフトパッキン４２が設けられている。
タービン軸４と動翼６とから構成されたロータ５の運転上生ずる負荷は、タービンハウジング８と動翼６の自由端ないしタービン軸４との間に径方向間隙２２、２２′を生じさせる。このような径方向間隙２２、２２′は、グラスファイバプローブ１２、１２′並びにタービン軸４の軸表面上に配置された非酸化測定基準点１８、１８′によって、光強度差およびその基準値との比較をもとにして検出される。
その基準値あるいは参照値はタービン２の停止時の校正過程中に求められる。そのために光波トランシーバ１４から発信された光と測定基準点１８で反射され光波トランシーバ１４で受信された光の強さが相互に比較される。この比較結果から評価・診断装置２０において径方向間隙２２および／又は２２′が計算される。
タービン２の運転中に、実際に検出された強度差が基準値測定の際に求められた強度差と比較される。評価・診断装置２０において、実際測定の際の強度差と基準測定の際の強度差との偏差から、径方向間隙２２、２２′の変化および／又は大きさが計算される。
【図１】
0003792256.tif 000002
【図２】
0003792256.tif 000003
【図３】
0003792256.tif 000004