專利名稱：徑向縫隙的縫隙尺寸的確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定在特別是流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸的一種方法以及一種裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種帶有這種裝置的流體機(jī)械。
背景技術(shù)：
例如壓縮機(jī)或渦輪機(jī)的流體機(jī)械，具有在流體通道中分別交替地設(shè)置的抗扭轉(zhuǎn)的導(dǎo)向葉片以及與該流體機(jī)械的可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子固定連接的動葉片。動葉片的徑向外部葉端與流體通道的位于徑向外側(cè)的邊緣平面一起構(gòu)成了徑向縫隙。同樣，導(dǎo)向葉片的葉端也與由轉(zhuǎn)子的外平面構(gòu)成的流體通道的內(nèi)部邊緣平面一起形成了徑向縫隙。為在運(yùn)行時對這一徑向縫隙進(jìn)行測量，有多種不同方法是已知的。
US4326804描述了一種用于在渦輪機(jī)的引導(dǎo)環(huán)(Fruehrungsring)與導(dǎo)向葉片之間進(jìn)行徑向縫隙測量的方法。在每個導(dǎo)向葉片的葉端設(shè)置了光反射裝置，該裝置反射測量光束、優(yōu)選為激光束。通過透鏡系統(tǒng)將各反射光束偏轉(zhuǎn)到光點位置檢測器上。后者的焦點依賴于徑向縫隙而出現(xiàn)在檢測器中的一個位置上，從該位置可以確定徑向縫隙。在此，每個回轉(zhuǎn)對每個導(dǎo)向葉片進(jìn)行一次測量。
此外，DE2730508中公開了一種用于確定在旋轉(zhuǎn)的與固定的部件之間的距離的一種方法。根據(jù)從光源發(fā)射出的、錐形的光束，依賴于縫隙尺寸在光強(qiáng)度接收器投影出不同大小的光斑，該光斑被用于距離測量的分析。
此外，專利文獻(xiàn)DE19601225C1公開了一種用于監(jiān)視渦輪機(jī)徑向縫隙的裝置，其中，在渦輪機(jī)葉片上設(shè)置了一個用于反射光線的測量參考點，該光線由一個通過渦輪機(jī)殼引入的玻璃纖維探頭對準(zhǔn)該測量參考點。在渦輪機(jī)的運(yùn)行中，將當(dāng)前采集的發(fā)射和接收的光之間的強(qiáng)度差與在參考測量中確定的強(qiáng)度差進(jìn)行比較，并且從當(dāng)前測量和參考值之間的強(qiáng)度差的偏差中計算出徑向縫隙的大小。
此外，EP492381A2公開了一種利用光學(xué)發(fā)射器和接收器在渦輪機(jī)葉片上進(jìn)行葉端測量的方法，其中，接收器接收由渦輪機(jī)葉片反射的光并且從中分析時間上的反射強(qiáng)度變化。
該方法的基礎(chǔ)是，在靜止的系統(tǒng)(例如，在外邊緣壁或者在機(jī)殼中)中設(shè)置一個發(fā)射器和一個作為傳感器構(gòu)成的接收器，以便在利用光學(xué)效應(yīng)的條件下識別旋轉(zhuǎn)的且由此在接收器或在傳感器尖端旁經(jīng)過的部件，和/或確定該時刻距其的距離。
這些方法一般性的特征在于所設(shè)置的接收器或傳感器不能被縮小到小于一定的限度，因此不具有可以被忽略的質(zhì)量。此外，一些方法需要昂貴的饋電以及發(fā)射電子電路。
這些傳感器不能被安裝到流體機(jī)械的自由的導(dǎo)向葉片的葉端上，因為這類傳感器將會對導(dǎo)向葉片固有振蕩特性產(chǎn)生負(fù)面的影響。這點在運(yùn)行中會激勵出降低葉片壽命的振動。
在旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中布置傳感器，通常是不可能的，或者要求用于對大多數(shù)昂貴電子電路進(jìn)行維護(hù)的不恰當(dāng)?shù)母咄度?。如果在轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)中設(shè)置傳感器、特別是接收器的話，則可能為從轉(zhuǎn)動的系統(tǒng)中導(dǎo)出信息而需要造價高且容易被干擾的遙測裝置，這通常提高了造價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供用于確定在旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸的、廉價且可靠的一種方法和一種裝置，其具有帶有相對較小質(zhì)量和較小體積的傳感器。
此外，該裝置和方法應(yīng)該具有例如對于壓力和溫度的不敏感性的一般性要求，具有和/或是不需要調(diào)整以及校正的大的工作區(qū)域，即，針對使用溫度以及轉(zhuǎn)速的動態(tài)性。本發(fā)明的另一個要解決的技術(shù)問題是，提供將這種裝置用于監(jiān)視徑向縫隙的應(yīng)用。
上述關(guān)于方法的技術(shù)問題是通過權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2的特征解決的。此外，上述關(guān)于裝置的技術(shù)問題是通過權(quán)利要求8或者權(quán)利要求11的特征解決的。最后一個技術(shù)問題是通過權(quán)利要求18的特征解決的。優(yōu)選的設(shè)計分別在從屬權(quán)利要求中給出。
在關(guān)于方法的技術(shù)問題的一種解決方案中，為了確定在特別是流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)的與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸，由一個在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的接收裝置接收由在所述旋轉(zhuǎn)的部件的表面上設(shè)置的發(fā)射裝置作為無線電波輻射的原始信號，并且傳遞至分析裝置，所述分析裝置通過確定該旋轉(zhuǎn)的發(fā)射裝置的軌跡的參數(shù)(軌跡確定)而從接收信號中確定出所述徑向縫隙的縫隙尺寸并且進(jìn)行顯示。
在關(guān)于方法的技術(shù)問題的另一種解決方案中，為了用于確定在特別是流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸，由一個在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的反射結(jié)構(gòu)改變地反射由在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的發(fā)射裝置作為無線電波輻射的原始信號，使得該原始信號由一個在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的接收裝置作為接收信號接收，并且傳遞至分析裝置，所述分析裝置為了確定該旋轉(zhuǎn)的反射結(jié)構(gòu)的軌跡的參數(shù)(軌跡確定)而從接收信號中分析出其相對于所述原始信號的改變，以便確定并且顯示所述徑向縫隙的縫隙尺寸。
兩個解決方案的基礎(chǔ)是這樣的發(fā)明思想通過對在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的特定的點的軌跡的參數(shù)的確定，即，通過軌跡確定可以確定所述徑向縫隙的縫隙尺寸。為此，接收裝置的位置起到了固定的基準(zhǔn)點的作用。
至少時常地根據(jù)旋轉(zhuǎn)的部件的旋轉(zhuǎn)角采集在旋轉(zhuǎn)的特定點(該點一方面可以是在旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的發(fā)射裝置，或者另一方面是所述反射結(jié)構(gòu))與作為固定的基準(zhǔn)點的接收裝置的位置之間隨時改變的距離。根據(jù)旋轉(zhuǎn)角通過分析裝置(軌跡確定)導(dǎo)出該距離的模值的函數(shù)圖形，從中確定所希望的參數(shù)，即，確定旋轉(zhuǎn)的發(fā)射裝置與抗扭轉(zhuǎn)的接收裝置之間的最小距離，其對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)的與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙。
無線電波與光波相比具有下列的優(yōu)點可以利用相對簡單的電子部件對其進(jìn)行產(chǎn)生、傳遞、發(fā)射、接收和進(jìn)一步處理。此外，通過采用無線電波實現(xiàn)了特別大的使用范圍、即動態(tài)。
在一種優(yōu)選的實施方式中，所述信號是具有在0.5MHz至100GHz、特別是在100MHz和10GHz之間范圍內(nèi)的頻率的高頻(HF)電磁無線電波。通過采用電磁無線電波帶來了相對于在徑向縫隙中的介質(zhì)的一般的獨立性。此外，對于電磁無線電波來說，可以廉價地使用具有高分辨率、動態(tài)的小的且質(zhì)量輕的發(fā)射/接收部件，后者允許在(例如在流體機(jī)械的運(yùn)行中出現(xiàn)的)高轉(zhuǎn)速的條件下對徑向縫隙進(jìn)行差分(differenzierend)測量。
根據(jù)另一種優(yōu)選的實施方式，所述分析裝置為了確定在旋轉(zhuǎn)的點和基準(zhǔn)點之間的距離而對所述接收信號的場強(qiáng)或者強(qiáng)度進(jìn)行分析。回轉(zhuǎn)的、即旋轉(zhuǎn)的發(fā)射裝置近似為特定的點，并且在其軌跡上周期性地離開固定的接收裝置，從而根據(jù)兩個裝置的相互距離由接收裝置記錄下接收信號始終改變的場強(qiáng)或強(qiáng)度。在此，接收信號場強(qiáng)或強(qiáng)度在這樣的位置上最強(qiáng)，即，在該位置上發(fā)射和接收裝置在構(gòu)成最小可能的距離的條件下位置相對。在采用電磁波作為信號的條件下對場強(qiáng)進(jìn)行分析。
代替發(fā)射裝置，也可以在旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置反射結(jié)構(gòu)，該反射結(jié)構(gòu)將由此時在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上安裝的發(fā)射裝置作為無線電波輻射的原始信號反射至抗扭轉(zhuǎn)地安裝的接收裝置，并且在此促成(herbeiführen)對原始信號的一種由分析裝置識別的處理、即改變。此外，該分析裝置類似于第一技術(shù)方案的構(gòu)造。
可以可選地進(jìn)行軌跡確定、即確定在旋轉(zhuǎn)的軌道上定義的點的軌跡參數(shù)，其中，代替強(qiáng)度和場強(qiáng)測量，對通過多普勒效應(yīng)引起的接收信號的頻移進(jìn)行分析。在運(yùn)動的發(fā)射裝置的條件下，由其作為無線電波發(fā)射的原始信號通過多普勒效應(yīng)被調(diào)制。
根據(jù)一種優(yōu)選的建議，所述分析裝置通過頻率調(diào)制從所述接收信號中過濾出多普勒頻率、即接收信號的差頻。根據(jù)差頻的改變在時間上的持續(xù)長度可以從中確定所述徑向縫隙的縫隙尺寸。
在關(guān)于裝置的技術(shù)問題的第一解決方案中，為了實施根據(jù)權(quán)利要求1或3至7中任一項所述的方法的裝置，以便確定在特別是流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸，在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置發(fā)射高頻無線電波的發(fā)射裝置，以及在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置接收高頻無線電波的接收裝置，該接收裝置與分析裝置具有通信連接。
在該裝置的一種優(yōu)選的實施方式中，可以借助于電感耦合，從所述抗扭轉(zhuǎn)的部件中為所述發(fā)射裝置提供能量。作為其替換，可以通過同樣設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)的部件上的電池為所述在所述發(fā)射裝置提供能量。由此可以為發(fā)射裝置無接觸地以及由此無磨損地提供能量。由于節(jié)約的發(fā)射裝置的該實施方式，電池的容量就足夠為該發(fā)射裝置提供多年的能量，直到例如對流體機(jī)械的維護(hù)時可以拆開轉(zhuǎn)子并且由此更換電池。
在關(guān)于裝置的技術(shù)問題的第二解決方案中，為了實施根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項所述的方法的裝置，以便確定在特別是流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸，在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置反射結(jié)構(gòu)，可以由其接收和輻射高頻無線電波；以及在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置處理高頻無線電波的發(fā)射和接收裝置，該接收裝置與分析裝置具有通信連接。
適當(dāng)?shù)氖?，所述反射結(jié)構(gòu)由一個在絕緣的支撐層上設(shè)置的、帶有HF二極管的偶極子構(gòu)成，該偶極子優(yōu)選地被構(gòu)造成非線性的、無源的(passiv)偶極子。該偶極子接收由發(fā)射裝置輻射的原始信號，并且借助于HF二極管發(fā)射回具有近似于兩倍頻率的電磁波，該電磁波此外還通過旋轉(zhuǎn)用多普勒效應(yīng)進(jìn)行調(diào)制。接收裝置從該接收信號中濾波出帶有成倍發(fā)射頻率的電磁波，并且將其傳遞至分析裝置。由此，忽略了具有與原始信號相同的頻率的、由旋轉(zhuǎn)的部件的金屬或平坦的表面本來反射的電磁波。該裝置利用具有在0.5MHz至100GHz之間(優(yōu)選為在100MHz至10GHz之間)范圍內(nèi)的頻率的電磁無線電波工作。
如果所述發(fā)射和接收裝置分別包括具有點輻射或線輻射特性的發(fā)射和接收天線，則可以實現(xiàn)發(fā)射和接收裝置的一種盡可能同軸的安排。
在關(guān)于應(yīng)用的技術(shù)問題的解決方案建議，一種帶有根據(jù)權(quán)利要求9至13或者14至17中任一項所述的裝置的流體機(jī)械，其中可以實施根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項所述的方法。由此，可以監(jiān)視優(yōu)選地作為固定的燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的流體機(jī)械的徑向縫隙，該徑向縫隙特別是在流體機(jī)械的熱啟動中可能取臨界值。此外，可以特別精確地執(zhí)行具有圓錐形流體通道的流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子的軸向移動，以便提高效率。由此，流體機(jī)械的流體介質(zhì)根據(jù)判斷地經(jīng)過流體機(jī)械的動葉片，其中經(jīng)過葉片葉端由徑向縫隙引起的流損失可以在流體介質(zhì)中被最小化。


結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。圖中圖1表示用于確定旋轉(zhuǎn)的點的相對軌跡的參數(shù)的示意性的裝置，圖2表示距離函數(shù)s＝f()的圖示，圖3表示速度函數(shù)ds/d()的圖示，圖4表示運(yùn)動的發(fā)射裝置的由多普勒效應(yīng)調(diào)制的聲信號的差頻，
圖5表示運(yùn)動的發(fā)射裝置的由多普勒效應(yīng)調(diào)制的電磁HF信號的差頻，圖6表示作為燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的流體機(jī)械的示意圖，圖7表示用于確定徑向縫隙的縫隙尺寸的按照本發(fā)明的裝置，以及圖8表示用于確定徑向縫隙的、可選構(gòu)造的按照本發(fā)明的裝置。
具體實施例方式
圖6示出了作為氣輪機(jī)的按照本發(fā)明的流體機(jī)械1，其包括壓縮機(jī)3、燃燒室5和透平單元7。在壓縮機(jī)3中在氣輪機(jī)的轉(zhuǎn)子5上設(shè)置了動葉片13，所述動葉片利用固定在機(jī)殼10上的導(dǎo)向葉片11對吸入到流體通道6中的氣流15進(jìn)行壓縮。在燃燒室5中，被壓縮的氣流15在送入燃燒介質(zhì)的條件下燃燒成熱氣17，所述熱氣在透平單元7中在導(dǎo)向葉片11和動葉片13上做功膨脹。在此，轉(zhuǎn)子9被驅(qū)動，其除了壓縮機(jī)3之外還驅(qū)動工作機(jī)、例如發(fā)電機(jī)。
圖1示出了所建議的軌跡方法的測量裝置的一個片段。發(fā)射裝置22在軌道k上按照半徑r圍繞著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子9的旋轉(zhuǎn)軸2所延伸通過的笛卡兒坐標(biāo)系P(x，y)的坐標(biāo)原點P(0，0)旋轉(zhuǎn)。例如，可以將發(fā)射裝置22設(shè)置在轉(zhuǎn)子9的表面上，該表面構(gòu)成了對于汽輪機(jī)的流體通道6的內(nèi)部邊界面。
在此，抗扭轉(zhuǎn)地設(shè)置的接收裝置24位于軌道k的外部，例如在氣輪機(jī)的自由的導(dǎo)向葉片11的自由端上，該氣輪機(jī)在構(gòu)成徑向縫隙18(圖6)的條件下與所述內(nèi)部邊界面位置相對。
至少要不時地確定在發(fā)射裝置22的始終改變的位置與接收裝置24之間的距離s。距離s的最小模值是待監(jiān)視和待確定的距離s0，該距離在氣輪機(jī)中被確定為在抗扭轉(zhuǎn)的部件和旋轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸。
在轉(zhuǎn)子9按照恒定角速度旋轉(zhuǎn)時，對于時間和位置解析的距離s形成了在圖2的圖形中至少部分地示出的、轉(zhuǎn)子9的旋轉(zhuǎn)角度與距離s0的函數(shù)依賴關(guān)系s＝f(，s0)。(1)所觀察的旋轉(zhuǎn)角度的部分從86°至94°延伸，其中的假設(shè)是在自由導(dǎo)向葉片上固定的接收裝置24的位置位于點P(0，yE)，也就是說，將接收裝置24設(shè)置在縱坐標(biāo)上。
在帶有轉(zhuǎn)子9的半徑r＝0.5m的測量裝置中，圖2對于三個不同的距離s0示出了距離s與旋轉(zhuǎn)角度的依賴關(guān)系，從而給出了三個不同的相對軌跡。圖2中示出了這三個從中形成的距離函數(shù)圖形26。每個距離函數(shù)圖形26在角度＝90°時具有所確定的發(fā)射裝置24的軌跡的相對最小值27。
因為在運(yùn)行中要測量距離s0，合適的是，不是測量距離s、而是通過距離s的一階導(dǎo)數(shù)ds/d()來測量發(fā)射裝置24的速度。
在圖3中作為速度函數(shù)示出了圖2中示出的距離函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)。根據(jù)不同的現(xiàn)存最小距離s0，不同地設(shè)置速度函數(shù)圖形28的斜度。在角度＝90°下發(fā)射裝置22和接收裝置24之間的最小距離s0越大，則速度函數(shù)圖形28就越平坦。
通過確定所需要的偏轉(zhuǎn)角度Δ可以確定縫隙尺寸，其中，在該偏轉(zhuǎn)角度Δ下速度函數(shù)圖形28位于一個由下速度邊界Gu和上速度邊界Go定義的區(qū)間[Gu，Go]內(nèi)。這樣所確定的偏轉(zhuǎn)角度Δ與對應(yīng)于距離s0的、徑向縫隙的縫隙尺寸成比例。通過利用靜止的流體機(jī)械產(chǎn)生電流所必須要求的、轉(zhuǎn)子9的恒定速度，可以借助于線性變換將該偏轉(zhuǎn)角度Δ變換為一個持續(xù)時間。
為了進(jìn)行距離測量可以采用不同的信號形式、即載波介質(zhì)以及不同的檢測方法。作為載波介質(zhì)的是聲波或超聲波或者電磁無線電波。一方面在聲波的情況下可以采用強(qiáng)度測量作為檢測方法或者另一方面在電磁無線電波的情況下可以采用場強(qiáng)測量作為檢測方法。此外，可以對于兩種載波介質(zhì)采用多普勒效應(yīng)作為檢測方法。
下面，根據(jù)多普勒效應(yīng)描述檢測方法。
圖4示出了在采用基于超聲波的發(fā)射和接收裝置22、24的條件下從接收信號中濾波出來的差頻。例如，如果在采用基于超聲波的發(fā)射和接收裝置的條件下按照發(fā)射頻率f0＝40kHz、半徑r＝0.5m以及轉(zhuǎn)速n＝3600min-1來確定徑向縫隙，則可以識別出僅僅在偏轉(zhuǎn)角度Δ≈±2°的范圍內(nèi)可以預(yù)期到可用的和可差分的接收信號。不過，由此在發(fā)射頻率f0＝40kHz的條件下僅有約4至6次振蕩落入該區(qū)間內(nèi)，由此對于在具有轉(zhuǎn)速n＝3600min-1的流體機(jī)械中的應(yīng)用來說，多普勒頻率函數(shù)圖形30的足夠精確的差分僅僅是有條件地可能的。如果要在較低轉(zhuǎn)速條件下監(jiān)視徑向縫隙18，則基于超聲波的發(fā)射和接收裝置22、24的低造價的應(yīng)用可以是足夠的。
在恒定波傳播速度假設(shè)下，對在接近時的多普勒方程
f=f0(1-vc)---(2)]]>以及在遠(yuǎn)離時的多普勒方程f=f0(1+vc)---(3)]]>的觀察表明預(yù)期的頻率提升、即預(yù)期的差頻位于其中的頻率間隔，與發(fā)射頻率成正比。因此。為了得到可以特別好地分析的接收信號，高的發(fā)射頻率是有利的。
如果采用高頻(HF)發(fā)射和接收裝置來代替基于超聲波的發(fā)射和接收裝置，例如利用發(fā)射頻率f0＝435MHz，則可能得到對由分析裝置所確定的多普勒頻率函數(shù)圖形30的足夠精確的差分。因此，在這種情況下可以從接收信號中濾波出可以特別好地分析的多普勒頻率。對于所選擇的例子來說，其具有一個[-280Hz，280Hz]的頻率提升。
為此，圖5示出了具有與圖4中相同參數(shù)的多普勒頻率函數(shù)圖形30。根據(jù)各多普勒頻率函數(shù)圖形30′、30″、30的陡度或者說根據(jù)它們的提高可以確定所屬的縫隙尺寸并由此確定距離s0。
在該例子中所選擇的發(fā)射頻率f0＝435MHz用于遙測。此外，可以作為SMD(Surface Mounted Device，表面安裝設(shè)備)在商業(yè)上使用的廉價的、功能優(yōu)化的和小型化的發(fā)射/接收部件，其質(zhì)量對于自由的導(dǎo)向葉片來說是可以忽略的。在此，較高的頻率是值得期望并且也是可以實現(xiàn)的。
可以通過頻率調(diào)制從接收信號中獲得差頻。所尋求的縫隙尺寸的確定可以從對偏轉(zhuǎn)角度Δ的測定中導(dǎo)出，該偏轉(zhuǎn)角度Δ可以根據(jù)差頻函數(shù)圖形30在[-200Hz，+200Hz]的頻率間隔中的持續(xù)時間確定。為了進(jìn)行信號分析可以使用例如信號處理器。
適當(dāng)?shù)氖?，對于發(fā)射和接收裝置22、24來說大約20cm的作用距離是足夠的，從而僅僅需要在次mW范圍內(nèi)的極其小的發(fā)射功率。其結(jié)果是，可以預(yù)期發(fā)射裝置22的特別小的電流消耗，這允許在旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中的安裝。所需要的供電能量可以無接觸地(電感地)耦合到旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中。作為替換，也可以考慮利用市場上常見的鋰電池進(jìn)行電池供電，利用該電池可以獲得足夠的運(yùn)行時間。此外，通過有限的作用距離僅僅不時地確定徑向縫隙。
需要指出的是，替代差頻，也可以按照類似的方式將電磁信號的場強(qiáng)或者聲波的強(qiáng)度引入到對距離函數(shù)s＝f(，s0)的確定中。
下面，根據(jù)多普勒效應(yīng)描述用于確定距離函數(shù)的技術(shù)變換，因為其獨立于所選擇的信號形式出現(xiàn)。在確定了場強(qiáng)變化、強(qiáng)度變化以及頻率偏移之后，對于所有技術(shù)變換使用用于確定縫隙尺寸的軌跡方法。
圖7和圖8示意地示出了用于確定在旋轉(zhuǎn)的和固定的系統(tǒng)之間、即在旋轉(zhuǎn)的和固定的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸的測量電路的多個結(jié)構(gòu)。
圖7示出了其中將發(fā)射裝置22包括能量供應(yīng)裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)、即轉(zhuǎn)子上的本發(fā)明的實施方式。該發(fā)射裝置22包括能量源32、頻率發(fā)生器34和發(fā)射天線36。
固定的系統(tǒng)本身具有接收天線40。根據(jù)多普勒效應(yīng)，接收裝置24″具有FM解調(diào)器41和HF振蕩器42。如果對接收信號的場強(qiáng)或強(qiáng)度、而不是多普勒效應(yīng)進(jìn)行分析，則接收裝置24′除了接收天線40之外還包括場強(qiáng)檢測器43。
接收裝置24被耦合在分析裝置48上，在該分析裝置中進(jìn)行軌跡確定。
圖8示出了一種替換的實施方式。組合的發(fā)射和接收裝置50被位置固定地設(shè)置，其連接在分析裝置48上。
如果為了確定分析尺寸而要對由于多普勒效應(yīng)引起的差頻進(jìn)行分析，則該組合的發(fā)射和接收裝置50″除了發(fā)射和接收天線51之外還具有HF振蕩器42、頻率發(fā)生器34和FM解調(diào)器41。如果場強(qiáng)或強(qiáng)度測量作為檢測方法，則該組合的發(fā)射和接收裝置50′包括頻率發(fā)生器34和場強(qiáng)檢測器43。
為了由旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)按照頻率fs改變由發(fā)射和接收裝置50輻射的原始信號，則在該系統(tǒng)上設(shè)置反射結(jié)構(gòu)52，例如，帶有HF二極管的非線性的、無源的偶極子，該偶極子被設(shè)置在不反射電磁無線電波的絕緣層或支撐層上。只要偶極子處于發(fā)射和接收天線51的作用距離內(nèi)，則該偶極子就接收該原始信號。該非線性的偶極子借助于HF二極管使所接收的原始信號的頻率fs加倍，并且將具有加倍的頻率fE的信號作為接收信號向接收裝置發(fā)射回去。通過偶極子在軌道k上的運(yùn)動，被發(fā)射回來的信號得到調(diào)制，從而發(fā)射和接收天線51可以接收該頻率加倍且利用多普勒效應(yīng)調(diào)制的接收信號。接收裝置50從所接收的頻譜中僅僅提取出、即濾波出帶有該加倍的頻率fE的信號，并且將其傳遞至分析單元48。分析單元48借助于接收信號的變化的場強(qiáng)或者借助于接收信號的變化的多普勒頻率確定軌跡的參數(shù)(軌跡確定)，從中可以確定旋轉(zhuǎn)的和固定的系統(tǒng)或部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸。
通過平坦的表面或者通過其它方式形成的對于原始信號的反射基本上具有與原始信號相同的頻率，該反射由接收裝置忽略或者濾除。
按照本發(fā)明的裝置具有這樣的優(yōu)點其可以應(yīng)用在從0℃至450℃的溫度范圍內(nèi)。此外，該檢測方法獨立于旋轉(zhuǎn)的部件的表面特性、幾何結(jié)構(gòu)以及其物理特性。此外，所述裝置不需要調(diào)整，而是在首次安裝之后僅僅需要一次校準(zhǔn)，該校準(zhǔn)對于該裝置的整個壽命來說是足夠的。
由于相對質(zhì)量輕且小的傳感器，因此可以測量在自由的導(dǎo)向葉片的葉端和轉(zhuǎn)子輪轂之間存在的徑向縫隙。自然也可以考慮這樣的應(yīng)用其中在導(dǎo)向葉片的葉端上(自由地或者帶有輪箍地)設(shè)置反射結(jié)構(gòu)或者發(fā)射裝置，并且至少在外部邊界面上設(shè)置接收裝置的接收天線。
如果例如動葉片圈的每個動葉片具有一個發(fā)射裝置，和/或在圓周上分布了多個接收天線，則可以實現(xiàn)進(jìn)一步改善的或者同時在多個位置上的縫隙尺寸的確定。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在特別是流體機(jī)械(1)的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙(18)的縫隙尺寸的方法，其中，由一個在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的接收裝置(24)改變地接收由在所述旋轉(zhuǎn)的部件的表面上設(shè)置的發(fā)射裝置(22)作為無線電波輻射的原始信號，并且將其傳遞至分析裝置(48)，所述分析裝置(48)通過確定該旋轉(zhuǎn)的發(fā)射裝置(22)的軌跡的參數(shù)(軌跡確定)，從接收信號中確定出所述徑向縫隙(18)的縫隙尺寸并且進(jìn)行顯示。
2.一種用于確定在特別是流體機(jī)械(1)的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙(18)的縫隙尺寸的方法，其中，由一個在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的反射結(jié)構(gòu)(52)改變地反射由在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的發(fā)射裝置(50)作為無線電波輻射的原始信號，該原始信號由一個在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的接收裝置(50)作為接收信號接收，并且傳遞至分析裝置(48)，所述分析裝置(48)為了確定該旋轉(zhuǎn)的反射結(jié)構(gòu)(52)的軌跡的參數(shù)(軌跡確定)，從接收信號中分析出其相對于所述原始信號的改變，以便確定并且顯示所述徑向縫隙(18)的縫隙尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述信號是具有在0.5MHz和100GHz、特別是在1GHz和10GHz之間范圍內(nèi)的頻率的高頻電磁無線電波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述分析裝置(48)為了進(jìn)行軌跡確定，對所述接收信號的場強(qiáng)或者強(qiáng)度進(jìn)行分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述分析裝置(48)為了進(jìn)行軌跡確定，對通過多普勒效應(yīng)引起的接收信號的頻移進(jìn)行分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述分析裝置(48)通過頻率調(diào)制從所述接收信號中過濾出多普勒頻率、即接收信號的差頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，從所述差頻的改變的持續(xù)時間中確定所述徑向縫隙(18)的縫隙尺寸。
8.一種用于實施根據(jù)權(quán)利要求1或3至7中任一項所述的方法的裝置，為了確定在特別是流體機(jī)械(1)的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙(18)的縫隙尺寸，所述裝置包括在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的、發(fā)射高頻無線電波的發(fā)射裝置(22)，以及在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的、接收高頻無線電波的接收裝置(24)，該接收裝置與分析裝置(48)具有通信連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，可以借助于電感耦合，從所述抗扭轉(zhuǎn)的部件中為所述在該旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的發(fā)射裝置(22)提供能量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，可以通過設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)的部件上的電池，為所述在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的發(fā)射裝置(22)提供能量。
11.一種用于實施根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項所述的方法的裝置，為了確定在特別是流體機(jī)械(1)的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙(18)的縫隙尺寸，所述裝置包括在所述旋轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的可以接收和輻射高頻無線電波的反射結(jié)構(gòu)(52)；以及在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的、發(fā)射高頻無線電波的發(fā)射裝置和接收高頻無線電波的接收裝置(50)，該接收裝置與分析裝置(48)具有通信連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述反射結(jié)構(gòu)(52)由一個在絕緣的支撐層上設(shè)置的、帶有高頻二極管的偶極子構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述偶極子被構(gòu)造成非線性的、無源的偶極子。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的裝置，其中，所述反射結(jié)構(gòu)(52)可以輻射具有是其所接收的原始信號的頻率(fE)的兩倍頻率(fs)的發(fā)射回來的、反射的無線電波。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的裝置，其中，可以由發(fā)射裝置輻射或者由接收裝置接收具有在0.5MHz至100GHz之間范圍內(nèi)的頻率的無線電波。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至15中任一項所述的裝置，其中，所述發(fā)射和接收裝置分別包括具有點輻射或線輻射特性的發(fā)射和接收天線(51，36，40)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9至17中任一項所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)的部件是流體機(jī)械(1)的轉(zhuǎn)子(9)，而所述抗扭轉(zhuǎn)的部件是與該轉(zhuǎn)子(9)相對的、自由的導(dǎo)向葉片(11)。
18.一種將根據(jù)權(quán)利要求9至14或者15至17中任一項所述的裝置在流體機(jī)械、特別是固定的燃?xì)廨啓C(jī)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定在特別是流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)的部件與抗扭轉(zhuǎn)的部件之間的徑向縫隙的縫隙尺寸的一種方法，其中，由一個在所述抗扭轉(zhuǎn)的部件上設(shè)置的接收裝置(24)改變地接收由在所述旋轉(zhuǎn)的部件的表面上設(shè)置的發(fā)射裝置(22)作為無線電波輻射的原始信號，并且將其傳遞至分析裝置(48)，所述分析裝置(48)通過確定該旋轉(zhuǎn)的發(fā)射裝置(22)的軌跡的參數(shù)(軌跡確定)，從接收信號中確定出所述徑向縫隙(18)的縫隙尺寸并且進(jìn)行顯示。
文檔編號G01B21/16GK101019001SQ200580030589
公開日2007年8月15日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者尤維·法伊弗, 邁克爾·齊多恩 申請人:西門子公司