ES2343077T3 - Sistema de medicion de espacio libre y procedimiento de funcionamiento. - Google Patents

Abstract

Un sistema (12) de medición de espacio libre, que comprende: un componente rotatorio (14), (34) separado de un componente fijo (16), (42); en el que el componente rotatorio (14) comprende una superficie continua en la dirección de rotación del componente rotatorio (14); una forma geométrica de referencia (86) que interrumpe la forma geométrica de dicha superficie continua; en el que dicha forma geométrica de referencia está dispuesta sobre dicho componente rotatorio; un sensor (64) dispuesto sobre dicho componente fijo (16), en el que el sensor (64) está configurado para generar una primera señal y una segunda señal representativa de unos primero y segundo parámetros correspondientes a la superficie continua del componente rotatorio (14) y la forma geométrica de referencia (86), respectivamente; y una unidad de procesamiento (198) configurada para procesar las primera y segunda señales para estimar un espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio (14,16) en base a una diferencia de medición entre los primero y segundo parámetros detectados; caracterizado porque: la forma geométrica de referencia es una muesca escalonada dispuesta a lo largo de dicha superficie continua; y en el que el sensor (64) es una sonda capacitiva, y los primero y segundo parámetros son capacitancias y el sensor esta configurado para generar unas primera y segunda señales correspondientes al componente rotatorio y a los diferentes escalones de la muesca escalonada, respectivamente.

Description

Sistema de medición de espacio libre y procedimiento de funcionamiento.

La invención se refiere, en general, a los sistemas de medición de espacio libre y, más concretamente, un sistema de medición de espacio libre para medir un espacio libre entre un componente fijo y componente rotativo continuo de una máquina rotatoria.

Se han utilizado diversos tipos de sensores para medir la distancia entre dos objetos. Así mismo, estos sensores han sido utilizados en diversas aplicaciones. Por ejemplo, una turbina de vapor incorpora una paleta rotatoria que está dispuesta en posición adyacente a un soporte. El espacio libre entre el álabe rotatorio y el soporte varía debido a diversas condiciones funcionales, como por ejemplo, cambios de temperatura oxidación de la punta de la paleta, etc. Es conveniente que se mantenga un huelgo o espacio libre entre la paleta rotatoria y el soporte durante el funcionamiento de la turbina de vapor.

Un sensor actualmente en servicio es una sonda de capacitancia, la cual mide una capacitancia para estimar el espacio libre entre dos componentes. Desafortunadamente, las técnicas de medición actuales basadas en la capacitancia están limitadas en el sentido de que producen unas mediciones basadas en una tensión de corriente continua para medir los espacios libres entre las estructuras fijas y rotatorias que son continuas en la dirección de rotación. Las mediciones producen una potencia de salida estática en el tiempo, como por ejemplo, un nivel de tensión de corriente continua proporcional al espacio libre. Como resultado de ello, las mediciones no tienen en cuenta los cambios producidos en los espacios libres debidos a los cambios de temperatura de los componentes, a las derivas electrónicas de la ganancia, el desplazamiento de los elementos electrónicos, la oxidación de la punta de la paleta, y otros factores.

Así mismo, estos sistemas de medición de espacio libre se emplean típicamente para medir los espacios libres existentes entre componentes durante su diseño y las pruebas fuera de línea. Desafortunadamente, estos sistemas actuales no son eficaces para mediciones en servicio debido al ruido y a la deriva generada por los cambios de la forma geométrica de los componentes, entre otros factores. Por el contrario, el control en servicio de los espacios libres se basa en las mediciones de los espacios libres previamente tomadas durante el diseño y las pruebas fuera de línea de los componentes. Cuando los componentes se desgastan durante el servicio, las mediciones fuera de línea resultan ineficaces para el control de los espacios libres en servicio.

En el documento US-A-4 987 555 un sistema para verificar el espacio libre existente entre pluralidad de segmentos del anillo sujetador de las cabezas de los álabes de la turbina conectados para formar un anillo sujetador de las cabezas de los álabes y la porción fija de la turbina comprende un sensor sensible a las corrientes parásitas. En el documento GB-A-2 312 958 un procedimiento y aparato para realizar las variaciones del movimiento rotatorio utiliza una sonda capacitiva. En el documento US-A-4 818 948 una sonda capacitiva comprende cuatro condensadores, incluyendo un brazo sensitivo dispuesto dentro de una carcasa conductora alargada llena con un material dieléctrico. El documento US-A-6 848 193 divulga un procedimiento de medición de una distancia de espacio libre entre un primer miembro y un miembro fijo que incluye la medición de la distancia del espacio libre utilizando una sonda capacitiva.

Se necesita un sistema que proporcione una medición de espacio libre que ofrezca una medición precisa del espacio libre existente entre dos componentes para reducir al mínimo el efecto de la deriva de calibración y el ruido del sistema. Así mismo, sería ventajoso contar con un sistema de medición de espacio libre de autocalibración que pudiera ser empleado para la medición precisa del espacio libre para piezas en funcionamiento.

La invención consiste en un sistema de medición de espacio libre de acuerdo con lo definido en la Reivindicación 1, una máquina rotatoria de acuerdo con lo definido en la Reivindicación 7 y a un procedimiento para medir un espacio libre de acuerdo con lo definido en la Reivindicación 8.

De acuerdo con determinadas formas de realización, la técnica de la presente invención proporciona un sistema de medición de espacio libre. El sistema de medición de espacio libre incluye un componente rotatorio separado de un componente fijo; en el que el componente rotatorio comprende una superficie continua en la dirección de rotación del componente rotatorio; una forma geométrica de referencia que interrumpe la forma geométrica de dicha superficie continua; en el que dicha forma geométrica de referencia está dispuesta sobre dicho componente rotatorio; un sensor dispuesto sobre dicho componente fijo, en el que el sensor esta configurado para generar una primera señal y una segunda señal representativa de unos primero y segundo parámetros correspondientes a la superficie continua del componente rotatorio y de la forma geométrica de referencia, respectivamente; y una unidad de procesamiento configurada para procesar las primera y segunda señales para estimar un espacio libre existente entre los componentes rotatorios y fijos en base a una diferencia entre la medición entre los primero y segundo parámetros detectados, en el que la forma geométrica de referencia es una interrupción de varios niveles, el sensor es una zona capacitiva, y los primero y segundo parámetros detectados son capacitancias y el sensor está configurado para generar unas primera y segunda señales correspondientes al componente rotatorio y para los diferentes niveles de la forma geométrica de referencia de varios niveles, respectivamente.

De acuerdo con determinadas formas de realización, la técnica de la presente invención proporciona un procedimiento de medición de un espacio libre existente entre un componente rotatorio y un componente fijo, que comprende: la generación de una primera señal indicativa de un primer parámetro detectado correspondiente al componente rotatorio por medio de un sensor dispuesto sobre el componente fijo; en el que el componente rotatorio comprende una superficie continua en la dirección de rotación del componente rotatorio; la generación de una segunda señal por medio del sensor dispuesto sobre el componente rotatorio, correspondiendo la segunda señal indicativa de un segundo parámetro detectado a una forma geométrica de referencia dispuesta sobre la superficie continua y que interrumpe la forma geométrica de la superficie continua; el procesamiento de la primera y segunda señales para estimar el espacio libre existente entre los componentes rotatorios y fijos en base a una diferencia de medición entre los primero y segundo parámetros detectados, en el que la forma geométrica de referencia es una interrupción de varios niveles, el sensor es una sonda capacitiva, y los primero y segundo parámetros detectados son capacitancias; y en el que las etapas de generación de las primera y segunda señales comprende la generación de las mediciones capacitivas entre los componentes rotatorio y fijo en el que las primera y segunda señales se corresponden con el componente rotatorio y con los diferentes niveles de la forma geométrica de referencia de varios niveles, respectivamente.

Los diversos elementos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán con mayor claridad cuando la descripción detallada subsecuente se aprecie con referencia a los dibujos que se acompañan, a los cuales los mismo caracteres representan la mismas partes a lo largo de los dibujos, en los que:

La Fig. 1 es una ilustración en perspectiva esquemática de una turbina de vapor que incorpora un sistema de medición de espacio libre de acuerdo con formas de realización de la presenta técnica;

la Fig. 2 es una ilustración en perspectiva esquemática de las paletas rotatorias de la turbina de vapor de la Fig. 1 de acuerdo con formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 3 es una ilustración en perspectiva esquemática de un generador que incorpora el sistema de medición de espacio libre de acuerdo con formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 4 ilustra una vista en perspectiva de la turbina de vapor de la Fig. 1 que incorpora el sistema de medición de espacio libre para medir el espacio libre existente entre las paletas rotatorias y los soportes de acuerdo con formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 5 es una vista en sección transversal de una porción de la turbina de vapor de la Fig. 4, en la que la presente técnica de control de espacio libre puede ser utilizada de acuerdo con formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 6 es una vista en sección transversal detallada de la Fig. 5 de acuerdo con formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 7 ilustra un componente rotatorio con una muesca para la turbina de vapor de las Figs. 4 y 5 de acuerdo con formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 8 es una representación gráfica de la capacitancia medida por el sistema de medición de espacio libre de la Fig. 4 desde el rotor de la Fig. 7 de acuerdo con una forma de realización de la presente técnica;

la Fig. 9 ilustra un componente rotatorio con una muesca de varios niveles de la una turbina de vapor de las Figs. 4 y 5 de acuerdo con una forma de realización de la presente técnica;

la Fig. 10 es una representación gráfica de la capacitancia medida por el sistema de medición de espacio libre de la Fig. 3 desde el rotor de la Fig. 9 de acuerdo con una forma de realización de la presente técnica;

la Fig. 11 ilustra un componente rotatorio con múltiples muescas para la turbina de vapor de las Figs. 4 y 5 de acuerdo con una formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 12 ilustra una configuración ejemplar de unos sensores empleados en el sistema de medición de espacio libre de la Fig. 1 de acuerdo con una formas de realización de la presente técnica;

la Fig. 13 es una ilustración esquemática del sistema de medición de espacio libre de las Figs. 1 y 4 de acuerdo con una forma de realización de la presente técnica;

la Fig. 14 es una representación gráfica del espacio libre medido por el sistema de medición de espacio libre de la Fig. 13 de acuerdo con formas de realización de la presente técnica.

De acuerdo con lo expuesto con detalle más adelante, diversas formas de realización de la presente técnica proporcionan una medición precisa del espacio existente entre dos objetos de diversos sistemas, como por ejemplo una turbina de vapor, un generador, un motor de turbina (por ejemplo un motor de turbina de avión), una máquina con componentes rotatorios y así sucesivamente. Con referencia ahora a los dibujos, la Fig. 1 ilustra una turbina de vapor 10 que incorpora un sistema de medición de espacio libre 12 para medir un espacio libre entre dos objetos de la turbina de vapor 10. En la forma de realización ilustrada, el sistema de medición de espacio libre 12 está configurado para medir el espacio libre entre el componente rotatorio 14 y el componente fijo 16 de la turbina de vapor 10 que se describirá con detalle más adelante.

La Fig. 2 es una ilustración en perspectiva esquemática parcial de un componente rotatorio, como por ejemplo las paletas rotatorios 20 de la turbina de vapor de la Fig. 1 de acuerdo con formas de realización de la presente técnica. En la forma de realización ilustrada, las paletas rotatorias 20 están dispuestos en una configuración que presenta diferentes etapas 22 dentro del componente fijo, esto es, el soporte 16. Debe destacarse que el soporte 16, el cual está dispuesto alrededor de las etapas 22 no se muestra para facilitar la ilustración. Las etapas 22 situadas dentro del soporte 16 incluyen una pluralidad de paletas rotatorias 24 separadas entre sí en sentido longitudinal a lo largo de la extensión (y del eje de rotación) de la turbina de vapor 10 de la Fig. 1. Así mismo, las paletas rotatorias 24 están radialmente separados del soporte 16. En otras palabras, el diámetro exterior de las paletas rotatorias 24 es menor que el diámetro interno del soporte 16, tal y como se ilustra con referencia a las Figs. 1 y 2. Por consiguiente, un espacio libre relativamente pequeño existe entre la circunferencia externa de las paletas rotatorias 24 y la superficie interna del soporte 16. Así mismo, con la excepción de los elementos característicos de control del espacio libre analizados con detalle más adelante, las paletas rotatorias 24 constituyen una estructura circular continua alrededor de un eje geométrico de rotación 26 de las paletas rotatorias 24. En esta forma de realización, el sistema de medición de espacio libre 12 (véase la Fig. 1) está configurado para medir el espacio libre existente entre el componente fijo (esto es, el soporte) 16 y el componente rotatorio (esto es, las paletas rotatorias) 24 que presentan la forma geométrica de superficie continua (esto es, una forma geométrica circular continua). En determinadas formas de realización, el sistema de medición de espacio libre 12 puede ser empleado para medir el espacio libre existente entre los componentes fijos y rotatorios de un generador, que se describirá a continuación con referencia a la Fig. 3. Sin embargo, la medición de espacio libre en otros elementos mecánicos rotatorios que incorporen un componente rotatorio con una forma geométrica de superficie continua se incluyen el alcance de la presente aplicación.

La Fig. 3 es una ilustración en perspectiva esquemática de una máquina eléctrica, como por ejemplo un generador 30, que incorpora el sistema de medición de espacio libre 12 de acuerdo con formas de realización de la presente técnica. En la forma de realización ilustrada, el generador 30 incluye un montaje de bastidor 32 que rodea y soporta los diversos componentes del generador 30. El generador incluye, así mismo, un montaje de rotor 34, el cual incluye un árbol 36 del rotor que se extiende a través de un núcleo 38 del motor. Así mismo, el montaje de rotor 34 incluye también unos montajes magnéticos 40 que son soportados por la superficie periférica externa del núcleo 38 del rotor y que generan un flujo magnético. El montaje de rotor 34 junto con el árbol 36 pueden rotar por dentro del montaje de estator 42 en dirección dextrorso o sinistrorso según se indica mediante la flecha 44. Dicha rotación puede venir facilitada por unos montajes de cojinete que rodean el árbol 36 del rotor. Como apreciarán los expertos en la materia, pueden ser utilizados diversos tipos de montaje de cojinete para soportar el árbol 36 del rotor.

En la forma de realización de ilustrada, el montaje del rotor 34 está situado dentro de una cámara del montaje de estator 42, el cual está, a su vez, encerrado dentro del bastidor 32. El montaje de estator 42 incluye una pluralidad de devanados 46 del estator que se extienden en círculo alrededor y axialmente a lo largo del árbol 36 del rotor a través del montaje de estator 42. Durante el funcionamiento, la rotación del montaje de rotor 34 que incorpora los montajes magnéticos 40 determina que se produzca un cambio de campo magnético dentro del generador 30. Este cambio del campo magnético induce una tensión en los devanados 46 del estator. De esta manera, la energía cinética del montaje de rotor 34 es convertida en energía eléctrica bajo la forma de corriente eléctrica y de tensión dentro de los devanados 46 del estator. Debe destacarse que un espacio libre existente entre el rotor y los montajes de estator 34 y 42 es mantenido dentro de un margen predeterminado. En una forma de realización actual, el sistema de medición de espacio libre 12 está acoplado al montaje de estator 42 para medir el espacio libre existente entre el rotor y los montajes de estator 34 y 42. En esta forma de realización, el sistema de medición de espacio libre 12 incluye una sonda capacitiva y el espacio libre que existe entre el rotor y los montajes de estator 34 y 42 se estima en base a una capacitancia detectada por medio de la sonda capacitiva.

El sistema de medición de espacio libre 12 empleado para medir el espacio libre que existe entre los componentes fijo y rotatorio de la turbina de vapor y del generador de las Figs. 1 y 2 está configurado para convertir las mediciones capacitivas basadas en una corriente continua entre los componentes fijo y rotatorio en mediciones capacitivas de tiempo variable. El sistema de medición de espacio libre 12 lleva a cabo esta conversión en base a, al menos, una forma geométrica de referencia (por ejemplo, una muesca, un surco, una ranura etc.) que interrumpe la continuidad de la forma geométrica de superficie continua (por ejemplo una forma geométrica circular continúa) del componente rotatorio alrededor del eje de rotación 44. Dichas mediciones capacitivas de tiempo variable se utilizan para estimar el espacio libre existente entre los montajes de rotor y estator 34 y 42 como se describirá con mayor detalle más adelante.

La Fig. 4 ilustra una máquina rotatoria, como por ejemplo una turbina de vapor 50 de acuerdo con lo ilustrado en la Fig. 1, en la que determinados aspectos de la presente técnica pueden ser incorporados para medir es espacio libre existente entre los componentes rotatorio y fijo. La turbina de vapor 50 incluye un rotor 52 montados sobre un árbol 54. Una pluralidad de álabes 56 de la turbina, las cuales pueden, así mismo, ser designadas como paletas, están fijadas al rotor 52. En funcionamiento, los álabes 56 están sometidas a la acción del vapor 58 a una temperatura y presión elevadas, lo que provoca que los álabes 56 roten alrededor de un eje 60. Los álabes 56 rotan por dentro de una carcasa o anillo fijo 62 que está situado radial o circunferencialmente alrededor de los álabes 16. Un espacio libre relativamente pequeño existe entre los álabes 56 y el anillo 62 para facilitar la rotación de los álabes 56 dentro del anillo 62, impidiendo también al tiempo el escape excesivo de fluido de trabajo, esto es, el vapor, entre los álabes 56 y el anillo 62. De acuerdo con diversas formas de realización de la presente técnica, uno o más sensores 64 del espacio libre están situados dentro y en círculo alrededor del anillo fijo 62. En la forma de realización ilustrada, los sensores 64 del espacio libre incluyen unas sondas capacitivas. En determinadas formas de realización, los sensores 64 del espacio libre pueden incluir unos sensores a base de microondas, o unos sensores ópticos, o unos sensores de corrientes parásitas, y los parámetros detectados pueden incluir la impedancia, o un retardo de fase, o una corriente inducida, respectivamente. De acuerdo con lo expuesto con detalle más adelante, cada uno de los sensores 64 está configurado para generar una señal indicativa de una posición radial y posición axial de los álabes 56 con respecto al anillo 62 en sus respectivos emplazamientos circunferenciales.

Con referencia ahora a la Fig. 5, en ella se muestra una vista en sección transversal de una porción de fondo o inferior 70 de la turbina de vapor 10 de la Fig. 4, que ilustra el espacio libre ejemplar radial y axial que puede ser medido mediante diversas formas de realización de la presente técnica. En la forma de realización ilustrada, la punta del álabe 56 incluye unos dientes de obturación o dientes de estanqueidad 72 que engranan dentro de un surco 74 dispuesto sobre la circunferencia interna del anillo 62. En la presente forma de realización, el sistema de medición de espacio libre 12 (véase la Fig. 1) puede estar acoplado con el anillo 62 para medir los espacios libres radial y axial existentes entre la punta 56 y el anillo 62.

La Fig. 6 es una vista en sección transversal detallada de una porción 76 del anillo y del álabe de la turbina de vapor de la Fig. 5. Tal y como se ilustra, el espacio libre radial que existe entre los dientes de estanqueidad 72 y el anillo 62 se representa mediante la referencia numeral 78 y el espacio libre axial existente entre los dientes 72 y el anillo 62 se representa mediante la referencia numeral 80. En una forma de realización actual, los espacios libres radial y axial 78 y 80 representan los espacios libres existentes entre el diente central y el anillo. Como apreciará el experto en la materia, los espacios libres existentes entre los demás dientes de estanqueidad y el anillo 62 pueden ser estimados de manera similar mediante las diversas formas de realización de la presente técnica.

En determinadas formas de realización, debido a las diferencias de la tasa de expansión térmica del anillo 62 y del rotor 56, existe el peligro de que el espacio libre radial 78 pueda reducirse a cero, provocando la interferencia entre los dientes de estanqueidad 72 y el surco 74. Así mismo, debido a esta tasa diferencial de expansión, el rotor 56 puede crecer axialmente con respecto al anillo 62, provocando el frotamiento axial de los dientes 72 por dentro del surco 74, incrementando de esta forma la tasa de desgaste de los componentes. Estas interferencias indeseables pueden llevar, así mismo, a dañar los componentes. Diversas formas de realización de la presente técnica proporcionan una medición en línea de los espacios libres radial y axial 78 y 80, la cual puede ser incorporada dentro de una estrategia de control de bucle cerrado para mantener estos espacios libres en valores dentro de limites aceptables. La estrategia de control puede incluir, por ejemplo, el accionamiento térmico del anillo 62, haciendo que se expanda adecuadamente cuando el espacio libre existente entre el anillo 62 y los dientes de estanqueidad 72 se reduzca. En esta forma de realización, los accionadores térmicos utilizan la propiedad de expansión térmica para producir el desplazamiento del anillo 62. En determinadas formas de realización adicionales, pueden ser utilizados unos accionadores mecánicos para compensar el crecimiento axial del álabe 56 dentro del anillo 62.

Como apreciarán los expertos en la materia, la capacitancia entre dos objetos es una función del área superficial de superposición y de la separación entre los dos objetos. En la presente forma de realización, la capacitancia entre el rotor 56 y el anillo 62 es una función del espacio libre radial 78 y del área de superposición, la cual, a su vez, es directamente proporcional al espacio libre axial de los dientes de estanqueidad 72 con respecto al anillo 62. Cuando el rotor 56 se expande radialmente, el espacio libre radial que existe entre los dientes de estanqueidad 72 y el anillo 62 cambia. De modo similar, cuando los dientes de estanqueidad 72 se desplazan axialmente a través del surco 74, el área de la cabeza del sensor cubierta por los dientes de estanqueidad 72 cambiará. Estos cambios producirán un cambio en la capacitancia medida. De acuerdo con determinados aspectos de la técnica actual expuestos más adelante, el cambio de la capacitancia puede estar correlaccionado con los desplazamientos axial y radial y, por tanto, puede obtenerse una medición del espacio libre combinada. La medición de los espacios libres radial y axial 78 y 80 por medio del sistema de medición de espacio libre 12 se describirá a continuación con referencia a las Figs. 7 a 13.

La Fig. 7 ilustra un componente rotatorio 82 con una muesca para la turbina de vapor de las Figs.4 y 5. En la forma de realización ilustrada, el componente rotatorio 82 incluye una pluralidad de álabes o paletas 56 que constituyen una estructura circular continua 84 alrededor del eje de rotación. Así mismo, el componente rotatorio 82 incluye también una forma geométrica de referencia 86 que interrumpe la continuidad de la estructura continua circular 84. Ejemplos de dicha forma geométrica de referencia 86 incluyen rebajos, como por ejemplo indentaciones, muescas, surcos,
ranuras, etc.

En funcionamiento, el sensor 64 (véase la Fig. 4) dispuesto sobre el componente fijo 62 genera una primera señal representativa de un primer parámetro detectado a partir de un componente rotatorio 82 (por ejemplo, la forma geométrica circular continua). Así mismo, el sensor 64 genera una segunda señal representativa de un segundo parámetro detectado a partir de la forma geométrica de referencia 86. En esta forma de realización, el sensor 64 incluye una sonda capacitiva y los primero y segundo parámetros detectados incluyen una capacitancia. Así mismo, las primera y segunda señales procedentes del sensor 64 son procesadas sobre la base de una diferencia de medición entre los primero y segundo parámetros detectados para estimar el espacio libre radial y axial entre los componente fijo y rotatorio 62 y 82. En determinadas formas de realización, es sensor 64 puede incluir al menos dos puntas de la sonda para medir los espacios libres axial y radial existentes entre los componentes fijo y rotarios 62 y 82.

En la forma de realización ilustrada, las mediciones capacitivas basadas entre una corriente alterna entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 82 son convertidos en mediciones capacitivas de variación temporal en base a la forma geométrica de referencia 86 que tiene una profundidad predeterminada. En ciertas formas de realización, la referencia geométrica 86 puede incluir un material distinto del componente rotatorio 82. Por ejemplo, la forma geométrica 86 puede incluir una muesca situada sobre el componente 82 que esté llena de un material dieléctrico. La Fig. 8 es una representación gráfica de la capacitancia 88 medida por el sistema de medición del espacio libre de la Fig. 4 desde el rotor de la Fig. 7. El eje de ordenadas 90 de las mediciones capacitivas 88 representa el valor de capacitancia detectada por el sensor 64 desde el componente rotatorio 82 y el eje de abscisas 92 representa el periodo de tiempo. En una forma de realización actual, la primera señal generada por el sensor 64 es representativa de una primera capacitancia detectada desde el componente rotatorio 82 y se representa mediante la referencia numeral 94. La primera capacitancia es representativa del espacio libre que existe entre el sensor 64 y el componente rotatorio 82 (por ejemplo, la forma geométrica circular continua). Así mismo, el sensor 64 genera también una segunda señal representativa de la segunda capacitancia detectada a partir de la forma geométrica de referencia 86 (por ejemplo, un rebajo o interrupción en la forma geométrica circular continua) que se representa mediante la referencia numeral 96. En esta forma de realización, la segunda capacitancia se corresponde con la profundidad 98 de la forma geométrica de referencia 86. La diferencia de las primera y segunda capacitancias detectadas por el sensor 64 y la profundidad predeterminada 98 de la forma geométrica de referencia 86 son utilizadas para determinar el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 82.

Como apreciarán los expertos en la materia, cuando el espacio libre aumenta la diferencia entre las mediciones desde el componente rotatorio 82 y la forma geométrica de referencia 86 se reducirán. De modo similar, cuando el espacio libre disminuya, dicha diferencia entre las dos mediciones aumentará. Típicamente las capacitancias detectadas son inversamente proporcionales al espacio libre existente entre los componente fijo y rotatorio 62 y 82. Por consiguiente, si en una forma de realización ejemplar, si el espacio libre que existe entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 82 se dobla, la diferencia entre la capacitancias detectadas entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 82 se reducirá en un factor de 0,5. El ejemplo que sigue ilustra el efecto del cambio del espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 82 sobre las diferencias medidas entre las capacitancias detectadas.

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Ejemplo 1

En una maquinaria rotatoria ejemplar, la salida del sensor desde el sensor 64 correspondiente al componente rotatorio 82 a una distancia "a" desde el sensor 64 se representa por la letra "x". Así mismo, la salida del sensor correspondiente al fondo de la forma geométrica de referencia 86 (que presenta una profundidad "b") a una distancia "a + b" se representa mediante la letra "y". Suponiendo que el espacio libre que existe entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 82 cambia a "2a", entonces la medición del sensor 64 correspondiente a dicho espacio libre será de "x / 2". En esta forma de realización el fondo de la forma geométrica de referencia 86 será una distancia "2a + b" desde el sensor 64. Por consiguiente, la diferencia en la señal correspondiente al componente rotatorio 82 y la forma geométrica de referencia 86 en el primer caso (a una distancia a) será "x - y". De modo similar, la diferencia de la señal para el segundo caso (a una distancia 2a) será "x / 2 - y". Por consiguiente, la diferencia entre las dos mediciones es, de modo aproximado, x / 2 que corresponde al cambio del espacio libre desde "a" a "2a".

De esta manera, en la forma de realización ilustrada, el espacio libre se determina mediante la utilización de la diferencia de medición entre los valores de capacitancia detectados en las inmediaciones de la forma geométrica de referencia 86 y las distantes de la forma geométrica de referencia 86.

La Fig. 9 ilustra otra forma de realización ejemplar del componente rotatorio 100 de la turbina de vapor de las Figs. 4 y 5. En la forma de realización ilustrada el componente rotatorio 100 incluye una forma geométrica de referencia de varios niveles, como por ejemplo la muesca escalonada 102, dispuesta a lo largo e interrumpiendo la continuidad de la estructura circular continua 84. En funcionamiento, el sensor 64 genera unas señales representativas de la capacitancia detectada correspondiente al componente rotatorio 100 (por ejemplo, la forma geométrica circular continua) y en diferentes niveles de la forma geométrica de referencia de varios niveles 102. A continuación, dichas mediciones pueden ser utilizadas para estimar el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 72 y 100 en base a la diferencia entre la medición entre las capacitancias detectadas.

La Fig. 10 es una representación gráfica de la capacitancia 104 medida mediante el sistema de medición de espacio libre de la Fig. 3 desde el rotor de la Fig. 9 de acuerdo con la forma de realización de la presente técnica. En la forma de realización ilustrada, el sensor 64 genera una señal representativa de la capacitancia correspondiente a la superficie circular continua del componente rotatorio 100 (alejado de la estructura de varios niveles 102) tal como se representa mediante la referencia numeral 106. Así mismo, el sensor 64 genera unas señales representativas de las capacitancias correspondientes a los niveles de la estructura de varios niveles 102 tal como se representa mediante las referencias numerales 108 y 110. De nuevo aquí, los valores de capacitancia detectados se corresponden con unas profundidades predeterminadas 112 y 114 de la forma geométrica de referencia 102. La diferencia de las capacitancias detectadas correspondientes a los niveles de la estructura de varios niveles 102 y de la superficie del componente rotatorio 100 es utilizada para determinar el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 100. En la forma de realización ilustrada, las múltiples diferencias de las capacitancias detectadas entre la superficie del componente rotatorio 100 y los diferentes niveles de la estructura de varios niveles 102 se obtienen para cada rotación del componente rotatorio 100. Así mismo, dichas mediciones son procesadas y pueden ser utilizadas en las pertinentes tablas de consulta para determinar el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 100 en base a las diferencias de medición y a las profundidades predeterminadas 112 y 114 de la forma geométrica de referencia 102. De modo ventajoso, dichas mediciones de diferencia múltiples obtenidas para cada rotación del componente rotatorio incrementa de manera sustancial la velocidad del sistema de medición del espacio libre.

Así mismo, mediante la utilización de múltiples mediciones (por ejemplo correspondiente a los diferentes niveles de la muesca escalonada 102) cualquier componente de ruido de la medición debida a factores tales como derivaciones de los elementos electrónicos, cambios en las propiedades del material de los componentes fijo y rotatorio 62 y 100, etc. pueden manifestarse igualmente entre todas las mediciones y posteriormente serán anulados al estimar la diferencia de las mediciones. De esta manera, el empleo de una forma geométrica de referencia, como por ejemplo la estructura de varios niveles 102 permite una medición sustancialmente sólida e insensible a las derivaciones a lo largo del sistema de medición del espacio libre.

La Fig. 11 ilustra otra configuración ejemplar 120 del componente rotatorio que presenta múltiples muescas sobre éste último, y que interrumpen la continuidad de la forma geométrica superficial continua 84 de la turbina de vapor de la Fig. 1. En una configuración actualmente contemplada, el componente rotatorio 120 incluye una pluralidad de formas geométricas de referencia o muescas, como por ejemplo las representadas mediante las referencias numerales 122, 124, 126, 128 y 130. Por ejemplo, el componente rotatorio 120 puede incluir una muesca de varios niveles 122 junto con las muescas semicirculares 124, 126, 128 y 130 con diferentes profundidades para interrumpir la continuidad de la estructura circular continua 84. En la forma de realización ilustrada, el sensor 64 genera unas señales representativas de capacitancias correspondientes a cada una de estas muescas 122, 124, 126, 128 y 130. De modo ventajoso, la velocidad del sistema de medición aumenta mediante el empleo de la pluralidad de muescas 122, 124, 126, 128 y 130 cuando se obtienen diferencias múltiples entre los parámetros detectados para cada rotación del componente rotatorio 120. En ciertas formas de realización, dichas diferencias múltiples pueden ser empleadas como medio para autocalibrar el sistema de medición del espacio libre.

Así mismo, dichos parámetros detectados (esto es, las capacitancias) son a continuación procesados para determinar el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 62 y 120 en base a las diferencias de medición y a las profundidades predeterminadas de la pluralidad de muescas 122, 124. 126, 128 y 130. En la forma de realización ilustrada las múltiples mediciones basadas en la pluralidad de muescas 122, 124, 126, 128 y 130 que presentan una forma geométrica predeterminada sustancialmente reduce el efecto de cualquier componente de ruido de la medición. Por ejemplo, el ruido en la medición debido a factores tales como derivas electrónicas, cambios de las propiedades del material de los componentes fijo y rotatorio 62 y 120, etc. pueden sustancialmente ser reducidos mediante el empleo de la pluralidad de muescas 122, 124, 126, 128 y 130. Específicamente, los componentes de ruido pueden manifestarse igualmente entre todas las mediciones y son a continuación anuladas al estimar las diferencias de las mediciones. De esta manera, el empleo de una pluralidad de muescas situadas sobre el componente rotatorio 120 permite una medición sustancialmente consistente e insensible a las derivas a lo largo del sistema de medición de espacio libre.

Típicamente, el tamaño de cada una de las diversas muecas 122, 124, 126, 128 y 130 es del mismo orden que el tamaño de la punta de la sonda para facilitar la recepción de las señales procedentes del fondo de las muescas 122, 124, 126, 128 y 130 sin interferencia procedente de las paredes laterales de las respectivas muescas. Así mismo, el tamaño de cada una de las muescas 122, 124, 126, 128 y 130 se selecciona de forma que estas muescas no afecten a la dinámica o rendimiento de la maquinaria rotatoria como puede ser la turbina de vapor. En general, el tamaño de la punta de la sonda es típicamente del mismo orden que el espacio libre que se está midiendo. Por ejemplo, para el empleo de una turbina de vapor, la punta de la sonda puede ser, de modo aproximado, de 0,1 mm de diámetro, y el tamaño de la muesca puede ser, de modo aproximado, de 3,2 mm de medio círculo de radio. Esto es, la muesca puede tener una anchura, de modo aproximado, de 6,4 mm y un medio círculo de profundidad, de modo aproximado, de 3,2 mm. En ciertas formas de realización, donde se emplean múltiples muescas, o en las que se empleen unas muescas de varios niveles, el tamaño del escalón de la muesca puede ser seleccionado para que las señales correspondientes a los diferentes niveles puedan ser determinados de manera precisa. Por ejemplo, si la extensión utilizable del sensor es, de modo aproximado, de 3,8 mm, y la extensión esperada de los espacios libres es, de modo aproximado, de 2,5 mm, entonces el tamaño de los escalones de la muesca puede ser seleccionado para que no sobrepase los 1,3 mm entre sí, para que, a lo largo del alcance operativo sustancial del sensor, los diversos niveles de la muesca sean discernibles.

Como se ilustró con anterioridad, el sensor 64 puede ser empleado para detectar las capacitancias correspondientes al componte rotatorio 120 y de una pluralidad de formas geométricas de referencia como las indicadas con las referencias numerales 122, 124, 126, 128 y 130. En la forma de realización ilustrada, el sensor 64 es una sonda de capacitancia. En ciertas formas de realización, la sonda capacitiva 64 incluye al menos dos puntas de las sondas para medir un espacio libre axial y radial entre el componente fijo y rotatorio de una maquinaria rotatoria. De acuerdo con lo expuesto con anterioridad, la capacitancia entre el componente rotatorio 120 y el sensor 64 es una función de dos variables, a saber, el espacio libre radial y el espacio libre axial. Por tanto, mediante la medición de la capacitancia de las dos sondas, es posible obtener los valores reales de los variables del espacio libre radial y del espacio libre axial.

La Fig. 12 ilustra una vista en planta de una configuración ejemplar 132 del sensor 64 empleado para medir el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio de la turbina de vapor de las Figs. 1 y 4. En la forma de realización ilustrada, el sensor 132 incluye una pluralidad de puntas de sonda capacitivas 134, 136, 138 y 140, las cuales pueden incluir, por ejemplo, árboles eléctricamente conductores. La forma geométrica ilustrada y los emplazamientos relativos de las sondas 134, 136, 138 y 140 facilitan la medición de una extensión de desplazamiento axial amplio, por ejemplo, de más de 12,7 mm, proporcionando al tiempo una determinación deseable de las mediciones radiales, por ejemplo, para medir desplazamientos del orden de 0,25 mm. La característica expuesta es ventajosa en aplicaciones en las que los desplazamientos axiales del componente rotatorio 14 son sustancialmente mayores que los desplazamientos radiales con respecto al anillo 16.

En la forma de realización ilustrada, las sondas 134, 136, 138 y 140 están situadas al tresbolillo, con una configuración romboidal, sobre la cabeza del sensor para potenciar al máximo la sensibilidad al cambio en el área de superposición. Pueden contemplarse otras configuraciones al tresbolillo en formas de realización que presenten un número de sondas mayor o menor. Los diámetros de las sondas 134, 136, 138 y 140 situadas en la porción de la cabeza o punta presentan la amplitud de tamaño suficiente para proporcionar un área superficial de superposición bastante entre ellas y la punta del álabe14. En la forma de realización ilustrada, esto es, para una aplicación de turbina de vapor, las sondas 134, 136, 138 y 140 pueden estar hechas con un material que comprenda níquel, aluminio, cobalto o combinaciones de estos, como por ejemplo Kovar. Sin embargo, en aplicaciones asociadas con altas temperaturas (por ejemplo, temperaturas de más 1000 grados centígrados), puede ser utilizado un material que comprenda platino, rodio o combinaciones de estos para las sondas 134, 136, 138 y 140.

La Fig. 13 ilustra una configuración ejemplar 142 del sistema de medición de espacio libre de las Figs. 1 a 4 de acuerdo con una forma de realización de la presente técnica. El sistema de medición de espacio libre 142 incluye un sensor 144 que presenta cuatro puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 dispuestas en una configuración romboidal de acuerdo con lo expuesto con anterioridad con referencia a la Fig. 12. Así mismo, un generador de señales 154 está acoplado a las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 para proporcionar unas señales de excitación de entrada a los sensores 146, 148, 150 y 152. En la forma de realización ilustrada, el generador de señales 154 incluye un oscilador controlado por la tensión (VCO). Las señales de excitación procedentes del generador de señales 154 pueden ser conmutadas entre las puntas de sondas 146, 148, 150 y 152 mediante los conmutadores 156, 158, 160 y 162. En ciertas formas de realización, las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 son simultáneamente excitadas por medio del generador de señales 154. Como alternativa, las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 pueden ser excitadas en momentos diferentes en el tiempo parar reducir las interferencias entre las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152.

Así mismo, unos amplificadores 164, 166, 168 y 170 pueden estar acoplados al generador de señales 154 para amplificar las señales de entrada recibidas por la puntas de sonda 146, 148, 150 y 152, respectivamente. En la forma de realización ilustrada, un condensador 172 y un detector de fase 174 están acoplados a la punta de sonda 146 para medir la capacitancia a través de la punta de sonda 146. De modo similar, los condensadores 176, 178, 180 y los detectores de fase 182, 184 y 186 pueden estar acoplados a las puntas de sonda 148, 150 y 152, respectivamente, para medir la capacitancia por medio de cada una de estas puntas de sonda. Así mismo, unos acopladores direccionales 190, 192, 194 y 196 pueden estar acoplados a las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 para separar las señales incidentes y reflejadas procedentes de las respectivas puntas de sonda.

En funcionamiento, la puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 son excitadas por el generador de señales 154 a una frecuencia de excitación. La frecuencia de excitación puede ser seleccionada en base a una longitud de alambre, una capacitancia, una forma geométrica de las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152, una capacitancia de medición estática y a otros factores. En una forma de realización actual, los detectores de fase 174, 182, 184 y 186 están configurados para detectar las señales reflejadas desde las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 en base a la frecuencia de excitación para generar una primera señal representativa de un primer parámetro detectado, esto es, la capacitancia, del primer objeto, como por ejemplo la superficie del componente rotatorio 14. La capacitancia a través de las puntas de sonda 146, 148, 150 y 152 se mide mediante una diferencia de fase entre las señales de excitación y las correspondientes señales reflejadas por los condensadores 172, 176, 178, 180 y los detectores de fase 174, 182, 184 y 186. De modo similar, la segunda señal representativa del segundo parámetro detectado, esto es, la capacitancia, es generada a partir de la forma geométrica de referencia dispuesta sobre el componente rotatorio 14 mediante la medición de la diferencia de fase entre la señal de excitación y la correspondiente señal reflejada desde la forma geométrica de referencia. En ciertas formas de realización, pueden ser generadas múltiples señales correspondientes a múltiples niveles de la forma geométrica de referencia dispuesta sobre el componente rotatorio 14, tal y como se ilustró con anterioridad con referencia a las Figs. 9 y 10. En ciertas formas de realización, puede ser generadas múltiples señales desde el sensor 144 correspondientes a una pluralidad de formas geométricas de referencia dispuestas sobre la superficie del componente rotatorio 14, tal y como se expuso con anterioridad con referencia a la Fig. 11.

Las primera y segunda señales generadas desde el sensor 144 pueden a continuación ser procesadas por medio de una unidad de procesamiento 198. Así mismo, la frecuencia de las señales de excitación procedentes del generador de señales puede ser rastreada y controlada por medio de una unidad de seguimiento de frecuencias 200. En funcionamiento, la unidad de procesamiento 198 recibe las señales representativas de las capacitancias detectadas correspondientes al componente rotatorio 14 y a las formas geométricas de referencia dispuestas sobre el componente rotatorio 14. Así mismo, la unidad de procesamiento 198 estima el espacio libre existente entre los componentes rotatorio y fijo 14 y 16 en base a la diferencia de medición entre las capacitancias detectadas a partir del componente rotatorio 14 y a las formas geométricas de referencia. Más concretamente, dichas capacitancias detectadas son procesadas para determinar el espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio 16 y 14 en base a las diferencias de medición y a los tamaños predeterminados de las formas geométricas de referencia.

Las mediciones basadas en las formas geométricas de referencia representan el tamaño predeterminado sustancialmente reduce el efecto de cualquier componente de ruido de la medición mediante factores tales como derivas electrónicas, cambios en las propiedades del material de los componentes fijo y rotatorio 16 y 14 etc. En la forma de realización ilustrada, los componentes de ruido pueden manifestarse igualmente en todas las mediciones y, a continuación, son anulados mientras se estima la diferencia de las mediciones. De esta manera, en esta forma de realización las señales de variación temporal recibidas por la unidad de procesamiento 198 son procesadas extrayéndose las características de la señal. En esta forma de realización, las características de la señal incluyen el nivel de la línea de base y la altura de la muesca. Así mismo, la altura extraída de la muestra es comparada con el tamaño predeterminado de la muesca. Dado que la altura medida de la muesca se pondrá en correlación dependiendo del espacio libre, el espacio libre puede ser determinado utilizando un procedimiento entre varios. Los procedimientos incluyen una tabla de consulta, un modelo de base analítica/física o una función de ajuste de curvas. De acuerdo con lo descrito con anterioridad, puede emplearse una pluralidad de las referidas formas geométricas de referencia y, mediante el tamaño predeterminado de dichas formas geométricas de referencia, la unidad de procesamiento 198 determina el espacio libre necesario para obtener la correlación de escala medida de dicha forma geométrica de referencia. Por consiguiente, cualquier error de medición que, por ejemplo, introduzca un desplazamiento fijo a lo largo de un tiempo relativamente largo (error no variable en el tiempo o de variación lenta) será eliminado, dado que el procesamiento se efectúa utilizando la diferencia de las mediciones y no el valor de las mediciones. De modo similar, cualquier error de ganancia puede, así mismo, ser eliminado cuando se utilice una forma geométrica de varios niveles, dado que el procesamiento se efectúa sobre múltiples diferencias de las profundidades de la característica. En general, los errores de desplazamiento (de variación lenta) pueden ser eliminados mediante el empleo de una simple muesca y los errores de ganancia/cambio de escala pueden ser eliminados mediante la utilización de una forma geométrica de varios niveles.

De esta manera, mediante la interrupción de la continuidad de la forma geométrica superficial continua del componente rotatorio 14 mediante la forma geométrica de referencia, el sistema de medición de espacio libre 142 convierte las mediciones capacitivas basadas en corriente continua entre los componentes rotatorio y fijo 14 y 16 en mediciones capacitivas variables en el tiempo. Más concretamente, la interrupción de la continuidad de la forma geométrica superficial continua a través de una forma geométrica de referencia introduce una punta en la señal producida por las sondas capacitivas que puede ser utilizada para autocalibrar el sistema de detección y asegurar que las mediciones no son afectadas por derivas de la señal.

De acuerdo con lo expuesto con anterioridad, dichas mediciones capacitivas variables en el tiempo son utilizadas para estimar el espacio libre existente entre los componentes rotario y fijo 14 y 16. En ciertas formas de realización, la unidad de procesamiento 198 puede emplear una tabla de consulta, o una curva de calibración, u otras técnicas para estimar el espacio libre en base a la diferencia de medición entre las capacitancias detectadas y los tamaños predeterminados de las formas geométricas de referencia dispuestas en el componente rotatorio 14. Así mismo, una unidad de control 202 del espacio libre puede estar acoplada a la unidad de procesamiento 198 para controlar el espacio libre existente entre los componentes rotatorio y fijo en base al espacio libre estimado por la unidad de procesamiento 198.

La Fig. 14 es una representación gráfica de una salida de sensor 204 medida por el sistema de medición de espacio libre de la Fig. 13 de acuerdo con diversas formas de realización de la presente técnica. El eje de ordenadas de la salida 204 representa la altura de muesca 206 medida desde las puntas de sonda y el eje de abscisas representa el espacio libre axial 208 medido en milipulgadas entre los componentes rotatorio y fijo 14 y 16. En la forma de realización ilustrada, los gráficos 210 y 212 representan la altura de muestra medida desde dos puntas de sonda 136 y 140 que están situadas en la misma posición radial ilustrada en la Fig. 12. Así mismo, las curvas 214 y 216 representan la altura de muesca medida desde las puntas de sonda 138 y 134 que están situadas a los lados derecho e izquierdo de las puntas de sonda 136 y 140. En una forma de realización actual, la altura de sonda medida 206 es una medida de espacio libre que existe entre los objetos fijo y rotatorio.

Tal y como se ilustra, la configuración eléctrica de la forma geométrica de referencia, como por ejemplo una muesca que está representada mediante la altura de muesca 206 varía de acuerdo con la altura de la muesca, la cual, a su vez, es una función del desplazamiento axial y radial. Por ejemplo, cuando la punta de sonda 136 está sustancialmente próxima a la muesca la señal recibida desde la punta de sonda se representa mediante la curva 218. Así mismo, cuando la punta de sonda 136 se aleja de la muesca, las señales se representan mediante las curvas 220 y 224. De esta manera, la señal recibida desde la muesca cambia de acuerdo con la altura de la muesca y la distancia de la muesca desde la punta de sonda 134, 136, 138 y 140. A medida que el espacio libre radial entre los componentes rotatorio y fijo aumenta, la salida detectada desde las puntas de sonda 134, 136, 138 y 140 se reduce. Por ejemplo, un incremento en el desplazamiento radial representado por el número de referencia 226 se refleja en las señales 218, 220, 222 y 224 desde la punta de sonda 136. De modo similar, las señales procedentes de otras puntas de sonda 134, 136, 138 y 140 cambia en respuesta a la altura de la muesca y a la distancia desde las puntas de sonda, tal y como se representa mediante las curvas 210, 212 y 216.

Los diversos aspectos del procedimiento descrito con anterioridad en la presente memoria son útiles en diferentes aplicaciones. Por ejemplo, la técnica anteriormente ilustrada puede ser utilizada para medir el espacio libre existente entre los componentes rotatorio y estático de una turbina de vapor. La técnica puede, así mismo, ser utilizada en determinadas aplicaciones distintas, por ejemplo, para medir el espacio libre que exista entre los componentes fijo y rotatorio de generadores. Como se indicó con anterioridad, incluso en términos más generales, el procedimiento descrito en la presente memoria puede ser ventajoso para la obtención de una medición precisa del espacio libre que exista entre objetos a través de sensores mediante la conversión de las mediciones capacitivas basadas en una corriente continua entre los componentes fijo y rotatorio en mediciones capacitivas variables en el tiempo basadas al menos en una forma geométrica de referencia que interrumpa la forma geométrica superficial continua del componente rotatorio. Así mismo, la técnica es particularmente ventajosa para proporcionar un sistema sensor de autocalibración para una medición precisa del espacio libre de piezas, incluso en funcionamiento y a lo largo de periodos extensos de tiempo, permitiendo un mejor control del espacio libre de las piezas mientras están en funcionamiento.

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Lista de piezas

10

Turbina de vapor

12

Sistema de medición de espacio libre

14

Componente rotatorio

16

Componente fijo

20

Turbina de vapor sin soporte

22

Expansiones de turbina de vapor

24

Paletas Rotatorias

26

Dirección de rotación

30

Generador

32

Montaje de bastidor

34

Montaje de rotor

36

Árbol de rotor

38

Núcleo de rotor

40

Laminaciones de rotor

42

Montaje de estator

44

Dirección de rotación

46

Devanados de estator

50

Turbina de vapor

52

Rotor

54

Árbol

56

Paletas rotatorias

58

Vapor

60

Eje de rotación

62

Carcasa/Soporte

64

Sensores

70

Turbina de vapor - configuración de estator/rotor

72

Dientes de estanqueidad

74

Surco de estator

76

Vista detallada

78

Espacio libre radial

80

Espacio libre axial

82

Rotor con una muesca

84

Superficie continua de rotor

86

Muesca

88

Medición capacitancia/espacio libre Vs Tiempo

90

Capacitancia/espacio libre

92

Tiempo

94

Señal desde superficie

96

Señal desde muesca

98

Profundidad de muesca

100

Rotor con una muesca de varios niveles

102

Muesca de varios niveles

104

Medición capacitancia/espacio libre Vs Tiempo

106

Señal desde superficie

108

Señal desde muesca

110

Señal desde muesca

112

Primera profundidad de muesca

114

Segunda profundidad de muesca

120

Rotor con múltiples muescas

122 - 130

Muescas

132

Sensor

134 - 140

Puntas de sonda

142

Sistema de medición de espacio libre

146 - 152

Puntas de sonda

154

VCO

156 - 162

Conmutador

164 - 170

Amplificador

172 – 180

Condensador

190 - 196

Acoplador de Dirección

174 - 186

Detector de fase

198

Cadena de procesamiento

200

Rastreo de frecuencia

202

Unidad de control de espacio libre

204

Salida de sensor Vs. Espacio libre axial

206

Salida de sensor

208

Espacio libre axial

210

Salida dese punta 1

212

Salida desde punta 3

214

Salida desde punta 4

216

Salida desde punta 2

218 - 224

Salida desde punta de sensor 1

216

Espacio libre radial creciente.

Claims (8)

1. Un sistema (12) de medición de espacio libre, que comprende:

un componente rotatorio (14), (34) separado de un componente fijo (16), (42); en el que el componente rotatorio (14) comprende una superficie continua en la dirección de rotación del componente rotatorio (14);

una forma geométrica de referencia (86) que interrumpe la forma geométrica de dicha superficie continua; en el que dicha forma geométrica de referencia está dispuesta sobre dicho componente rotatorio;

un sensor (64) dispuesto sobre dicho componente fijo (16), en el que el sensor (64) está configurado para generar una primera señal y una segunda señal representativa de unos primero y segundo parámetros correspondientes a la superficie continua del componente rotatorio (14) y la forma geométrica de referencia (86), respectivamente; y

una unidad de procesamiento (198) configurada para procesar las primera y segunda señales para estimar un espacio libre existente entre los componentes fijo y rotatorio (14,16) en base a una diferencia de medición entre los primero y segundo parámetros detectados;

caracterizado porque:

la forma geométrica de referencia es una muesca escalonada dispuesta a lo largo de dicha superficie continua; y en el que

el sensor (64) es una sonda capacitiva, y los primero y segundo parámetros son capacitancias y el sensor esta configurado para generar unas primera y segunda señales correspondientes al componente rotatorio y a los diferentes escalones de la muesca escalonada, respectivamente.

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2. El sistema (12) de la reivindicación 1, que comprende así mismo:

una fuente de excitación (154) configurada para suministrar señales de excitación al sensor (64);

un detector de fase (174) configurado para detectar una pluralidad de señales reflejadas desde elementos respectivos entre el primer objeto (14) y la forma geométrica de referencia (86) y para llevar a cabo una pluralidad de mediciones de fase para determinar una fase entre cada una de las señales reflejadas y las respectivas señales de excitación.

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3. El sistema (12) de cualquier reivindicación precedente, en el que la forma geométrica (86) comprende un rebajo, o un saliente dispuesto sobre el primer objeto (14).

4. El sistema (12) de cualquier reivindicación precedente, en el que una pluralidad de formas geométricas de referencia (86), está dispuesta sobre la superficie continua del primer objeto (14).

5. El sistema (12) de cualquier reivindicación precedente, que comprende así mismo una unidad de control de espacio libre (202) acoplada a la unidad de procesamiento (198) para controlar el espacio libre existente entre los primero y segundo objetos (14, 16) en base al espacio libre estimado por la unidad de procesamiento (198).

6. El sistema (12) de cualquier reivindicación precedente, que comprende así mismo:

Un medio para convertir las mediciones capacitivas basadas en corriente continua en mediciones capacitivas variables en el tiempo entre los componentes rotatorio y fijo;

Un medio para procesar las mediciones capacitivas variables en el tiempo para estimar un espacio libre entre los componentes rotatorio y fijo.

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7. Una máquina de rotación que comprende un sistema de medición de espacio libre de acuerdo con la reivindicación 1.

8. Un procedimiento de medición de un espacio libre entre un componente rotatorio y un componente fijo, que comprende:

La generación de una primera señal indicativa de un primer parámetro detectado correspondiente al componente rotatorio por medio de un sensor (64) dispuesto sobre un componente fijo; en el que el componente rotatorio (14), (34) comprende una superficie continua en la dirección de rotación del componente rotatorio (14), (34);

la generación de una segunda señal por medio del sensor dispuesto sobre el componente fijo, indicando la segunda señal un segundo parámetro detectado correspondiente a una forma geométrica de referencia (86) dispuesta sobre la superficie continua e interrumpiendo la forma geométrica de la superficie continua;

el procesamiento de las primera y segunda señales para estimar el espacio libre existente entre los componentes rotatorio y fijo en base a una diferencia de medición entre los primero y segundo parámetros detectados;

caracterizado porque:

la forma geométrica de referencia es una muesca escalonada dispuesta a lo largo de dicha superficie continua;

el sensor (64) es una sonda capacitiva, y los primero y segundo parámetros detectados son capacitancias; y en el que

las etapas de generación de las primera y segunda señales comprenden la generación de mediciones capacitivas entre los componentes rotatorio y fijo, en el que las primera y segunda señales corresponden al componente rotatorio y a los diferentes escalones de la muesca escalonada, respectivamente.