Устройство для измерения зазоров на различных глубинах абразивного износа

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазора между верхними кромками подвижных лопаток лопаточного венца и внутренней стенкой картера. Устройство для измерения зазора между верхними кромками подвижных лопаток лопаточного венца и внутренней стенкой картера, в котором размещен лопаточный венец турбины, содержит щуп, выполненный с возможностью установки в радиальном направлении на картере. Один конец щупа выполнен из материала, способного истираться от абразивного действия вращающихся верхних кромок лопаток. В средней плоскости щупа, через которую проходит ось вращения лопаточного венца, расположена печатная схема, при этом печатная схема содержит множество смежных U-образных электрических цепей, основания которых расположены в непосредственной близости от конца щупа, способного истираться от абразивного действия верхних кромок лопаток. Эти цепи расположены на различных глубинах по отношению к контрольному уровню, определяющему внутреннюю стенку картера. Технический результат заключается в создании простого, надежного и недорогого устройства для измерения зазоров на нескольких различных глубинах уменьшающихся зазоров. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение касается устройства для измерения зазора между верхними кромками подвижных лопаток лопаточного венца и внутренней стенкой картера, в котором установлен указанный лопаточный венец турбины.

При испытании турбин постоянное наблюдение за величиной зазора над подвижными лопатками является важнейшим параметром контроля за тепловым режимом турбины для повышения ее характеристик.

При этом зазор должен быть как можно меньше, и в то же время необходимо избегать трения между концами лопаток и внутренней стенкой картера.

Но, учитывая, что оптимизация этого зазора путем расчетов является чрезвычайно сложной из-за необходимости введения многочисленных механических или термических коэффициентов, остается лишь измерять зазор между верхними кромками лопаток и внутренней стенкой картера при помощи датчиков.

Измерение зазора можно осуществлять непрерывно во время работы. В этом случае используют датчики емкостного типа, выдающие сигналы слабой амплитуды.

Измерение зазора можно также осуществлять разовыми замерами точечно во время испытания или обслуживания. В этом случае, как правило, используют щуп из абразивного материала, содержащий U-образную электрическую цепь, основание которого находится на некоторой высоте над внутренней стенкой картера. При абразивном износе основания щупа электрическая цепь размыкается, и зазор становится меньше высоты отметки, соответствующей калиброванной глубине зазора. Такой датчик отличается достаточной прочностью, но он позволяет получить во время испытаний только одну величину зазора.

Однако часто во время одного и того же испытания возникает необходимость в измерении нескольких величин зазора. Для этого по периферии лопаточного венца турбины устанавливают несколько датчиков повышенной твердости, каждый из которых определяет калиброванную глубину зазора.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания простого, надежного и недорогого устройства для измерения зазоров на различных глубинах абразивного износа, которое позволяет производить измерение нескольких глубин уменьшающихся зазоров.

Поставленная задача согласно настоящему изобретению достигается путем создания устройства для измерения зазоров на различных глубинах абразивного износа, которое содержит щуп, который можно установить радиально на картере и по меньшей мере один конец которого выполнен из материала, подверженного абразивному износу при вращении лопаток, печатную схему, расположенную в средней плоскости указанного щупа, в которой находится ось вращения лопаточного венца, при этом указанная печатная схема содержит множество смежных U-образных электрических цепей, основания которых размещены на конце щупа, способного истираться от абразивного действия верхних кромок лопаток, и расположены на глубинах, отличающихся от контрольного уровня, определяющего внутреннюю стенку картера, и средства для определения U-образных электрических цепей, разомкнутых при абразивном износе, и электрических цепей, не подвергнувшихся износу.

Поскольку каждое основание находится на калиброванной глубине зазора, устройство позволяет во время одного и того же испытания обнаружить возможное уменьшение зазора и определить местонахождение верхних кромок лопаток между двумя калиброванными глубинами. При установке устройства достаточно, чтобы был точно позиционирован только один датчик, тогда как в предшествующем уровне техники необходимо точно позиционировать несколько датчиков, каждый из которых содержит только одну U-образную электрическую цепь.

Для того чтобы сократить количество токопроводящих линий в печатной схеме, две смежные электрические цепи содержат одну общую ветвь.

В предпочтительном варианте выполнения основания щупов располагаются на глубинах, возрастающих на величину заданного шага между самой короткой боковой электрической цепью и самой длинной боковой электрической цепью.

Чтобы избежать излишней внешней проводки щупа, внешнюю ветвь самой короткой боковой электрической цепи соединяют с первой электрической клеммой, а другие ветви электрических цепей соединяют со второй электрической клеммой через один из резисторов резисторного пучка.

Предпочтительно все резисторы резисторного пучка характеризуются одинаковым значением сопротивления. Клеммы соединены с электрической цепью, находящейся за пределами щупа и содержащей средства для измерения полного сопротивления цепей, не тронутых абразией. Измерение полного сопротивления позволяет определить количество разомкнутых наиболее длинных цепей и тем самым определить остаточную величину зазора между двумя калиброванными глубинами.

Другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего описания, приведенного в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает устройство для измерения зазоров на различных глубинах абразивного износа, содержащее установленный на картере щуп и соединенные с ним измерительные средства согласно изобретению;

фиг.2 - общий вид щупа согласно изобретению;

фиг.3 - печатную схему (вид спереди) согласно изобретению;

фиг.4 - щуп (разрез по средней плоскости, проходящей через ось вращения лопаточного венца, а также печатной схемы, частично подвергнутой абразивному износу от воздействия верхних кромок лопаток) согласно изобретению.

Рабочее колесо 1 (фиг.1) турбины с осью вращения Х содержит на своей периферии лопаточный венец 2, верхние кромки 3 которого находятся на расстоянии J, соответствующем зазору, от внутренней стенки 4 картера 5 с осью вращения X. В отверстии 6 картера 5 установлен щуп 7, соединенный при помощи электрических проводников 8 с устройством 9 измерения зазора J.

Щуп 7 (фиг.2) выполнен в виде цилиндрического тела, состоящего из двух полуцилиндров 10а, 10b, между которыми при помощи клея или под давлением закреплена печатная схема 12. Оба полуцилиндра 10а и 10b выполнены из материала, способного истираться от абразивного действия верхних кромок 3 лопаток 2, такого как тефлон или графит.

Печатную схему 12 предпочтительно выполняют гибкой и, возможно, многослойной. Нижний край 13 печатной схемы 12 располагают на конце щупа 7 внутри картера 5.

Другой конец 14 печатной схемы выступает над верхней стороной 15 щупа 7 и содержит электрические клеммы 16а, 16b для подсоединения электрических проводников 8 (на фиг.2 не показаны).

Печатная схема 12 (фиг.3) содержит множество смежных U-образных электрических цепей 20а-20е, состоящих из параллельных вертикальных токопроводящих ветвей 21а-21f, имеющих различную длину, возрастающую по направлению слева направо, и оснований 22а-22е, параллельных краю 13 щупа 7 и отстоящих друг от друга по вертикали на одинаковую величину шага р. Каждое основание соединяет нижний конец левой ветви со смежной с ней правой ветвью. Каждая из промежуточных ветвей 21b-21е образует электрическую ветвь, общую для двух смежных электрических цепей.

Внешняя ветвь 21а самой короткой электрической цепи 20а соединена с электрической клеммой 16а. Каждая из остальных ветвей 21b-21f соединена с электрической клеммой 16b через резистор R. Предпочтительно все резисторы R имеют одинаковое значение сопротивления.

Цифрой 24 обозначен контрольный уровень, параллельный краю 13. Таким образом, основания 22а-22е электрических цепей 20а-20е соответственно располагаются на глубинах zа-zе относительно контрольного уровня 24.

На фиг.4 показано положение щупа 7 в отверстии 6 картера 5. Основание 22а электрической цепи 20а находится в плоскости, расположенной, например, тангенциально по отношению к внутренней стенке 4 картера 5. При этом основания 22b-22е остальных электрических цепей 20b-20е отстоят от внутренней стенки 4 картера 5 на расстояние, соответственно равное р, 2р, 3р и 4р.

Если зазор J находится между zd и zе, нижний конец щупа 7 (показан пунктирной линией) подвергается абразивному износу от трения концов 3 лопаток 2, вращающихся вокруг оси X. Под действием абразии щуп 7 стирается и ветвь 22е стирается. При этом цепь 22е оказывается разомкнутой, и ток не может проходить через резистор R, находящийся в крайнем правом положении в резисторном пучке (фиг.3).

Если во время рабочего испытания турбины зазор J уменьшается и находится между zс и zе, то будет стираться уже основание 22d, и ток во время испытания будет проходить только через три резистора R. По мере уменьшения зазора J предыдущий процесс повторяется для каждой из цепей в порядке уменьшения их высоты.

Резисторы R могут быть выполнены либо в виде простых металлических проводников, либо в виде нанесенного толстого токопроводящего слоя. Резисторы R обеспечивают соединение щупа 7 с устройством 9 измерения зазора J при помощи электрических проводников 8. Как правило, устройство 9 измерения содержит источник G постоянного тока, вольтметр V и амперметр А или просто омметр.

Отношение между значением напряжения V и значением силы тока I позволяет определить значение полного сопротивления z системы резисторов R во время испытания и тем самым определить количество рабочих электрических цепей и количество разомкнутых электрических цепей. При этом легко определяют положение верхних кромок 3 лопаток 2 относительно внутренней стенки 4 картера 5.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения зазора J между верхними кромками подвижных лопаток лопаточного венца и внутренней стенкой картера, в котором размещен лопаточный венец турбины, отличающийся тем, что содержит щуп, который выполнен с возможностью установки в радиальном направлении на картере и, по меньшей мере, один конец которого выполнен из материала, способного истираться от абразивного действия вращающихся верхних кромок лопаток, печатную схему, расположенную в средней плоскости щупа, через которую проходит ось Х вращения лопаточного венца, при этом печатная схема содержит множество смежных U-образных электрических цепей (20а-20е), основания которых расположены в непосредственной близости от конца щупа, способного истираться от абразивного действия верхних кромок лопаток, на различных глубинах (zа-zе) по отношению к контрольному уровню, определяющему внутреннюю стенку картера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что две смежные электрические цепи имеют общую электрическую ветвь.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что глубины (zа-zе) оснований (22а-22е) возрастают на величину заданного шага между самой короткой боковой электрической цепью (20а) и самой длиной боковой электрической цепью (20е).

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешняя ветвь (21а) самой короткой электрической цепи (20а) соединена с первой электрической клеммой, а остальные ветви электрических цепей соединены со второй общей электрической клеммой через резисторы (R) резисторного пучка.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что резисторы (R) резисторного пучка имеют одинаковую величину сопротивления.

6. Устройство по любому из п.4 или 5, отличающееся тем, что первая и вторая электрические клеммы соединены с электрической цепью, находящейся за пределами зонда и содержащей средства измерения эквивалентного полного сопротивления резисторов нетронутых абразией электрических цепей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4