DE3815208A1 - Schaufelspitzenspielraum-fuehler fuer turbomaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaufelspitzenspielraum- Fühler für Turbomaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf einen derartigen Fühler zur Bestimmung des Schaufelspitzenspiel­ raums zwischen einer Gehäuseauskleidung und einem Laufschaufel­ kranz einer Turbomaschine im laufenden Zustand unter Aus­ nutzung der elektrischen Kapazität.

Kapazitätsmeßsonden finden bereits Anwendung zur Bestimmung des Schaufelspitzenspielraums, wobei eine verhältnismäßig kleine runde Elektrode, die an der Gehäuseauskleidung der Turbomaschine befestigt ist, einen kleinen Teil des Schaufel­ spitzenbereiches jeder Laufschaufel des Laufschaufelkranzes "sieht", wenn die Laufschaufelspitzen an der Elektrode vorbei umlaufen. In der Praxis tritt unter Betriebsbedingungen eine gewisse axiale Verschiebung der Laufschaufeln mit Bezug auf das Gehäuse ein, was zur Folge hat, daß die Elektrode unter­ schiedliche Teile der Schaufelspitzen "sieht", die unter­ schiedlich große Abmessungen haben können. Diese Axialver­ schiebung der Laufschaufeln beeinflußt daher das Kapazitäts­ signal. Dieser Effekt kann durch Eichen der Meßsonde für verschiedene Axialpositionen der Laufschaufeln relativ zur Gehäuseauskleidung berücksichtigt werden. Jedoch muß dazu die relative Axialposition der Laufschaufelspitzen in den einzelnen auftretenden Betriebszuständen auch tatsächlich genau bekannt sein, da sonst eine zweite Meßsonde nur für den Zweck notwendig ist, die jeweilige Axialposition der Schaufelspitzen mit Bezug auf die Gehäuseauskleidung genau zu erfassen. Alternativ dazu kann man in der Praxis aller­ dings auch den auftretenden Fehler einfach in Kauf nehmen oder die jeweilige Axialposition der Laufschaufelspitzen als Schätzwert vorgeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ver­ besserten Schaufelspitzenspielraum-Fühler für Turbomaschinen zu schaffen, dessen Meßsignal von den auftretenden axialen Relativbewegungen der Laufschaufelspitzen mit Bezug auf das Gehäuse nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Fühler gelöst.

Demgemäß erstreckt sich nach der Erfindung die Fühler­ elektrode in axialer Richtung entlang der Gehäuseauskleidung über eine Längendistanz, welche die von den radial äußeren Schaufelspitzen der Laufschaufeln im Zuge von deren möglichen axialen Auslenkungen überstrichene Distanz übersteigt, so daß axiale Auslenkungen der Laufschaufelspitzen unter Betriebs­ bedingungen die Fühlerkapazität nicht mehr beeinträchtigen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Gehäuse­ auskleidung einer Turbomaschine mit einem Fühler nach der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt in der Ebene A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht in der Richtung des Pfeiles B in Fig. 1, und

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch eine abgewandelte Fühlerausführungs­ form nach der Erfindung.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 weist eine Gehäuseauskleidung 10 eine abschleifbare Verschleißschicht 12 auf, die durch eine isolierende Schicht 14 aus auf der Gehäuseauskleidung auf­ gespritztem Keramikmaterial umfangsmäßig unterbrochen ist.

In die isolierende Schicht ist eine Elektrode 16 ein­ gebettet und wird über ein Koaxialkabel 18 mit einem Gleich­ spannungspotential beaufschlagt.

Die Laufschaufeln 22 bilden die andere Elektrode eines Kondensators und der Spalt zwischen der Elektrode 16 an der Gehäuseauskleidung und den Rotorschaufelspitzen bildet das Dielektrikum und stellt den unter Betriebsbedingungen zu messenden Schaufelspitzenspielraum dar.

Die Elektrode 16 erstreckt sich axial entlang der Gehäuseauskleidung 10 über eine Distanz, die größer ist als der von den Laufschaufelspitzen 22 A im Betrieb bestrichenen Axialbereich, so daß irgendeine unter Betriebsbedingungen auftretende Axialbewegung der Lauf­ schaufelspitzen die Kapazität des Fühlers nicht beein­ trächtigt. Die axiale Länge der Elektrode 16 ist daher gleich oder größer als die axiale Länge der Laufschaufel­ spitzen 22 plus dem maximal möglichen axialen Bewegungsweg der Laufschaufelspitzen. Die Kapazität des Fühlers hängt dem­ zufolge nur noch von dem radialen Schaufelspitzenspielraum zwischen den Laufschaufelspitzen und der Elektrode an der Gehäuseauskleidung ab.

In den Fig. 1 bis 3 ist die Elektrode 16 in der Gehäuse­ auskleidung eine dünne leitfähige Einlage, die über einen leitfähigen Stift 24 mit dem Koaxialkabel 18 elektrisch verbunden ist. Der Stift 24 ist durch eine keramische Isolierhülse 26 gegen die Gehäuseauskleidung elektrisch isoliert. Alternativ dazu kann das Kabel so verlängert sein, daß der Mittelleiter des Koaxialkabels direkt mit der Elektrode verbunden ist. Die leitfähige, die Elektrode bildende Einlage kann aus Platin mit 10% Rhodium bestehen.

Der Schaufelspitzenspielraum-Fühler kann zuerst außer­ halb der Turbomaschine geeicht werden, um einen bestimmten Zusammenhang zwischen Schaufelspitzenspielraum und Kapazität zu erhalten, und kann dann in einer üblichen Gehäuseaus­ kleidung in der Turbomaschine installiert werden. Statt eines Gleichspannungspotentials kann eine FM-Spannung Anwendung finden, wenn ein tri-axiales Kabel benützt wird. Die elektrische Schaltung zur Darstellung des Schaufel­ spitzenspielraums wird hier nicht beschrieben, da sie bereits an sich bekannt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Elektrode, die in Fig. 2 als dünne Einlage vorliegt, durch eine auf­ gesprühte Elektrode 28 ersetzt. Die Bezeichnung "Gehäuse­ auskleidung" meint irgendeine Gehäuseform, die einen etwa kreisrunden Strömungskanal begrenzt, der einen Laufschaufel­ kranz umschließt.

Claims (3)

1. Kapazitiver Schaufelspitzenspielraum-Fühler für Turbomaschinen, mit einer Elektrode (16), die an der einen Laufschaufelkranz (22) mit radialem Spielraum umschließenden Strömungskanalwand (10) angeordnet und davon elektrisch isoliert (14) ist, wobei diese Elektrode zusammen mit den Laufschaufeln einen elektrischen Kondensator mit dem Schau­ felspitzenspielraum als Dielektrikum bilden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrode (16) sich in Richtung der Strö­ mungsmaschinenachse über eine Axialdistanz entlang der Strömungskanalwand (10) erstreckt, welche den Bereich der im Betrieb auftretenden axialen Schaufelspitzenauslenkungen der Laufschaufeln übersteigt.

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16) mittels einer auf die Strömungskanal­ wand (10) aufgespritzten Schicht aus keramischem Material (14) elektrisch von der Strömungskanalwand isoliert ist.

3. Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16) auf die Strömungskanalwand (10) auf­ gespritzt ist.