SE443662B - Givare for avkenning av turbinvarvtal - Google Patents

Description

81111235-3 angivna kända tekniken. Sådana givare har emellertid i drift visat sig vara bristfälliga. I Ett system för övervakning av bladspetsfrigång beskrivs i det ame- rikanska patentet nr. 4 063 167, som är vårt eget patent. Detta sys- tem utnyttjar en givare av kapacitiv typ som placerats i bladspets- frigångszonen på en kompressor. En elektrisk krets mottar signalen från givaren och registrerar den ändring i kapacitans som förorsakas av kompressorrotorbladen, då de passerar givaren. Denna speciella givare utnyttjar värmehärdande epoxiharts för att hålla elektroder- na på plats, och på grund härav och på grund av andra detaljer i ut- förandet tenderar den att gå sönder, då temperaturen vid elektroder- na ökas.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en givare som kan tåla miljön vid turbinmunstycket, där temperaturen kan överstiga 870°C och där en stor mängd förbränningsprodukter förekommer. Denna giva- re kan alstra en signal som kan användas för bladspetsfrigångskont- roll, varvtalsövervakning, och för andra syften; beroende på hur sig- nalen analyseras elektriskt.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att var och en av de i tvärsnitt T-formade elektroderna är fixerad i hållaren endast me- delst sin såsom elektrodstift utformade och till en ledare anslut- na stapeldel och har sin såsom elektrodspets utformade överliggare belägen på avstånd från hållaren,_så att det runt om elektrodspet- sen, dvs mellan elektrodspetsen och hâllaren, liksom mellan elektrod- spetsen och huset, samt mellan elektrodspetsarna, finns ett isole- rande luftgap.

En på detta sätt utformad givare har visat sig kunna fungera väl i de höga temperaturer och i de höga strömningshastigheter som före- kommer i turbinsektionen på en gasturbinmotor. vardera elektroden kan lämpligen vara utförd i två delar, varvid elektrodspetsen är skivliknande och är fästad vid elektrodstiftets ur hâllaren utstickande fria ände, och hållaren utgörs lämpligen av tvâ på inbördes avstånd i huset monterbara skivor, som båda har ur- tag för elektrodstiften.

Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bifogade ritning visat utföringsexempel, där , , 8101235-3 fig. 1 visar, delvis i snitt, en vy av en typisk gasturbinmotor, fig. 2 visar ett blockdiagram för ett varvtalsavkännande system enligt uppfinningen, fig. 3 visar ett kopplingsschema för filter- och förstärkarenhe- terna i blockschemat enligt fig. 2, fig. 4 visar ett snitt igenom en givare enligt uppfinningen och fig. 5 visar ett snitt igenom elektrodstiftet till en givare en- ligt uppfinningen.

Det varvtalsavkännande systemet enligt uppfinningen används i en gasturbinmotor 25 enligt fig. 1. Motorn 25 har en kompressor 23, brännkammare 24, kompressorturbin 20 och drivturbin 21. Kompressor- turbinen 20 driver kompressorrotorn 23 via en axel 22. Den för hög temperatur avsedda givaren 1 är inmonterad i höljet 26 till komp- ressorturbinen 20. Varvtalsgivare av tidigare känd typ är begränsa- de att användas i omrâdet kring kompressorn 23 antingen tillsammans med rotorn eller på axeln 22. Det bör observeras att ett brott på axeln 22 i den heta delen av motorn 25 inte omedelbart kommer att indikeras av givare belägna i de kallare partierna på motorn.

Den i blockschemat enligt fig. 2 visade givaren 1 är ansluten till en spänningskälla 19, som kan alstra 500 volt över elektroderna 4 å och 5 på givaren 1. Utgången på givaren 1 är ansluten till ett hög- passbandfilter 15, vilket är nödvändigt, eftersom miljön i turbin- sektionen har högtemperaturgaser och förbränningsprodukter.

En förstärkare 16 mottar den filtrerade signalen, som därefter om- vandlas från en strömsignal till en spänningssignal, båda med växel- spänning, och förstärks. Efter bearbetning på basis av frekvensen i likspänningsomvandlaren 17 avläses signalen på en graderad indi- kator 18,alternativt kan signalen avläsas av en frekvensräknare el- ler användas i en övervarvtalsskyddsanordning för att stänga av bränsle till motorn, då turbinvarvtalet når en i förväg bestämd gräns.

Fig. 3 visar mer i detalj de i fig. 2 med 15, 16 och 19 betecknade enheterna. Enheterna 17 och 18 beskrivs inte, eftersom lämpliga, kommersiellt tillgängliga enheter kan användas. Arbetsspänning i form av likspänning pâföres givarpolerna 4 och 5 med +V och -V via strömbegränsande motstånd R1 och R2. C1 och C2 utgör spärrkonden- 810123523 satorer som förhindrar arbetsspänning att nå ingängarna på Q1 och Q2.

Högpassfiltren är av 3-polig differentialtyp och bildas av kombi- nationerna R3, R5, C4; R8, R9, C6 samt C10, R18 och R19 för en halva av differentialsteget och motsvarande komponenter R4, R6, C3; R10, R11, C7 samt C11, R20 och R21 i den andra halvan.

Differentialförstärkningen i systemet erhålls med hjälp av opera- tionsförstärkare A1, A2 och A3 i kombination med återkopplingsbanor via R8, R9 för A1, R10, R11 för A2 och R19 samt R21 för A3.

Brumundertryckning och överspänningsskydd erhålls med hjälp av zener- dioderna Z1 och Z2 som begränsar spänningen för Q1 och Q2 till säk- ra arbetsnivåer.

Fälteffekttransistorerna Q1 och Q2 på ingângarna till förstärkarna A1 och A2 åstadkommer en mycket hög ingângsimpedans i kretsen som tillåter systemet att fungera såsom en laddningsförstärkare för att omvandla de dielektriska ändringarna över givarpolerna 4 och 5 till proportionella spänningar på utgången på A3.

Uppbyggnaden av givaren 1 visas i detalj i fig. 4. Samtliga material måste väljas för sina högtemperaturegenskaper, och anordningen är- avsedd att minska förorenande inverkan av förbränning i produkter.

Olika material kan användas, men man har funnit att KOVAR är lämp- ligt för de bärande delarna, medan syntetisk safir används för de isolerande delarna.

Huset 2 är försett med en centralt placerad hållare för elektrodan- ordningen. Huset 2 är även försett med en öppning för en kabel 3.

Kabeln 3 har två nickel-nickel ledare 27 och 28 som skyddas av ett hölje av INcoNEL eller nAsTELLoY x. Ledarna 27 och 28 är anslutna till elektrodstift 6 och 7 via en kanal 31, såsom framgår av fig.5.

Stiften 6 och 7 är identiska och är försedda med en ledarkanal 31 och en fixeringsansats 30. En klack 29 sträcker sig utåt från krop- pen och är avsedd att gripa in i ett spår i den isolerande hål- larringen 9. Den isolerande ringen 9, utförd av syntetisk safir, är placerad i hållaren i huset 2 för att åstadkomma en isolerande barriär mot det inre partiet av elektrodstiften 6 och 7. Den isole- 8101235-3 rande ringen 9 är slitsad vid 11 för att inrymma klackarna 29, som förhindrar rotation av stiften 6 och 7. En yttre hâllarring 8 är utförd av syntetisk safir och passar över stiften 6 och 7. Elektrod- spetsar 13 och 14 är placerade över stiften 6 och 7 och vilar mot _ansatsen 30. Ansatsen 30 är utformad för att hålla elektrodspetsen något lyftad från ytan på ringen 8 för att åstadkomma ett isoleran- de luftgap under elektrodspetsarna 13 och 14. Elektrodspetsarna 13 och 14 är dimensionerade för att säkerställa att ett luftgap omger vardera elektroden. Ett lock 12 är placerat över huset 2 för att fullborda anordningen och hålla fast hâllarringen 8. Hela anordnin- gen kan därefter fixeras genom hârdlödning vid hög temperatur och vid undertryck, vid en temperatur varierande från 925°C till 115000, beroende på vilka material som används.

Härigenom är elektrodanordningarna 4 och 5 utformade och placerade inuti huset 2 med ett isolerande luftgap 32 som skiljer elektroder- na 4 och 5 från varandra, från huset 2 och från den isolerande rin- gen 8. Detta förlänger den kortslutningsbana där förorefningar kan ansamlas och förhindrar även dylik ansamling. Man har funnit att fö- rekomsten av luftgapet 32 innebär en markant funktionsförbättring vid hög temperatur. Tidigare har förstöring inträffat vid tempera- turer mellan 425°C och 54000 under gynnsammaste förhållanden. Med en givare enlnfizuppfinningen kan temperaturer överstigande 1100°C uppnås utan att tillförlitligheten äventyras. Dessutom erhölls en noggrann lägesorientering som underlättar kalibrering.

Huset 2 och elektroderna 4 och 5, som inkluderar stiften 6 och 7 samt spetsarna 13 och 14, är gjorda av exempelvis materialet KOVAR med en temperaturtâlighet på 1100°C. De isolerande elementen 8 och 9 är gjorda av syntetisk safir, som har en maximal temperaturtålig- het överstigande 1650°C. Hela anordningen kan monteras i ett hål i turbinhöljet och skruvas fast och sättas pâ plats.

Vid användning påföres en 500 volt högfrekvensspänning över elektro- derna 4 och 5 varigenom alstras ett elektriskt fält i närheten av givaren 1. Styrkan hos detta fält är proportionellt mot spänningen och kapacitansen mellan elektroderna. Kapacitansen mellan elektro- derna kommer att vara liten, eftersom givaren är omgiven av gaser, men då ett blad passerar givaren ökar kapacitansen till följd av den högre dielektriska konstanten för bladmaterialet. Kapacitans- 81012354» ökningen leder till att en motsvarande spänningspuls alstras på ut- gången till givaren 1. En puls kommer därför att alstras för var- je blad som passerar givaren, varigenom erhâlls en noggrann varv- talsrelaterad signal för varvtalsövervakningskretsen. Eftersom storleken av pulsen är omvänt proportionell mot frigángen mellan bladspetsen och givarens elektroder 4 och 5, kan även en indikering om bladspetsfrigângen erhållas.

Claims (3)

, t 8101235-5 Patentkrav

1. Givare för avkänning av passage av ett rotorblad i den heta turbinsektionen på en gasturbinmotor, speciellt för avkänning av turbinvarvtal, med ett av högtemperaturtåligt material utfört hus (2), i vilket ett par elektroder (4, 5) är monterade medelst en av isolerande material utförd hållare (8, 9), som isolerar elektroderna från varandra och från huset, varvid elektroderna är väsentligen T-formade i tvärsnitt och är anslutna till var sin le- dare (27, 28) i en i huset instickande kabel (3), samt försedd med don för montering av givaren 1 närheten av turbinbladen i en gas- turbinmotor på ett ställe där elektroderna sticker in i turbinzo- nen tillräckligt nära turbinbladen, så att ett över elektroderna pâlagt elektriskt fält ändras, då turbinbladen passerar, k ä n - n e t e c k n a d av att var och en av de i tvärsnitt T-formade elektroderna (4, 5) är fixerad i hållaren endast medelst sin såsom elektrodstift (6, 7) utformade och till en ledare anslutna stapel- del och har sin såsom elektrodspets (13, 14) utformade överliggare belägen på avstånd från hållaren (8), så att det runt om elektrod- spetsen, dvs mellan elektrodspetsen och hållaren, liksom mellan elektrodspetsen och huset, samt mellan elektrodspetsarna, finns ett isolerande luftgap (32).

2. Givare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att varde- ra elektroden (4, 5) är utförd i två delar (6, 13; 7, 14), varvid elektrodspetsen (13, 14) är skivliknande och är fästad vid elektrod- stiftets (6, 7) ur hâllaren utstickande fria ände.

3. Givare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att hållaren utgörs av två på inbördes avstånd i huset monterbara ski- vor (8, 9), som båda har urtag för elektrodstiften.