本发明涉及到近程传感器，特别涉及到用于控制这种传感器位置的一种热致自调节装置。 涡轮机和类似的机器可能包括一组或多组与旋转轴部件相连接的叶栅。叶片一般说来设计复杂，结果产生了多种振动模式。已经发现需要提供监视叶片振动的装置，用以预防和避免由于所不希望有的振动模式引起涡轮机损坏。这种装置披露于先有的美国专利号4518917和4573358中。
一般说来，在′917和′358号专利中披露的装置采用近程传感器来监测叶片振动。已经得知涡流型传感器特别适用。这类传感器是众所周知的，其工作原理是：当一个交流励磁线圈接近一金属物体时，该线圈的阻抗会发生变化。一种可能适合于与本发明使用的传感器在美国专利号4563643中描述过。
正如上述′358号专利中特别说明的，涡轮机叶片的振动可以通过在叶轮四周径向安装的叶梢传感器进行在线监测。在进行这种监测时，已发现叶梢与传感器之间的间隙是使传感器能够分辨出各个叶片振动的关键参数。最小间隙是由若干实际条件决定的，例如：（1）传感器安装结构的固有椭圆度;（2）叶片长度的不规则性;（3）当涡轮机从室温下的平衡状态过渡到稳态运行温度时，叶片和传感器安装结构的热膨胀率的差别;（4）由于重力以及由支持点和重力产生的不对称性而引起传感器安装结构的不均匀径向膨胀。如果有必要，这些条件中的第一条可以分别通过传感器的初始定位和叶梢地微调来满足。相应地，与本发明有关，通过在涡轮机工艺中众所周知的技术，是可能将前两个考虑减至最低限度。因此本发明涉及到条件（3）和（4）。
叶片和传感器安装结构的热膨胀率不同对叶梢传感器间隙确定了一个下限，它限制了磁式传感器和涡轮机叶片振动监测系统的使用。这是因为较轻的叶片先于整体的传感器安装结构达到运行温度。然而，业已周知，为了监测的目的，一般应该使叶梢和传感器之间的间隙减小到最低限度，以消除小间距汽轮机叶片之间的相互影响，并且当叶片通过传感器时，使传感器信号的斜率最大。
在汽轮机正常起动过程中，间隙宽度的一般变化情况如下。当汽轮机在室温下，叶梢和传感器之间存在一个间隙g。汽轮机被徐徐加热，使叶片迅速升温和膨胀，其速度比整体的传感器安装结构的膨胀要快得多，这样就使间隙减小到某一较小值g′，g′比g要小得多。正是这个初始起动周期决定了g的值，也决定了最小间隙值，如果上述条件（1）和（2）实际上被排除的话。然后，较重的传感器安装结构慢慢地加热，使得气隙增大，直到传感器和叶片之间的间隙又重新为初始值g。因此最小的运行间隙是由轻质的叶片和整体的传感器安装结构之间的最大热不均衡所决定的。
前述所考虑的问题在汽轮机工艺中是众所周知的，在初始起动、稳态运行和停机过程中汽轮机结构的线性位移和（或）每一点的位置是容易通过已知的经验和比较技术确定的。显然，叶梢与传感器之间的初始间隙必须足够大，以便在汽轮机机体本身有任何线性移动之前，叶片由于热膨胀能够获得其最大长度。此后，机体向外膨胀，初始间隙重新恢复。
本发明的目的是提供一种无源的传感器装置，它能使传感器进行连续径向调节，以消除上述影响，并有可能在汽轮机的正常运行期间减小汽轮机叶片和传感器之间的最小间隙。
以此为目标，本发明属于一种用于近程传感器的热致自调节装置，如在权利要求1中所确定的。
该装置最好这样来安置，当被加热到任一给定温度时，热敏感元件能使传感器在小室里朝向汽轮机叶片的运动轨迹而相对移动一段距离，这段距离与机体壁被加热到这一给定温度而产生的线性向外位移大体上相等。因此，传感器与叶片运动轨迹之间的空间关系在不同温度下保持相同。
热敏感器件最好包含一个热膨胀元件，该元件在膨胀时将传感器推向运动物体的轨迹。该元件的特性是由线性膨胀系数和小室的纵向尺寸决定的，以致于当传感器加热到一定温度时，该尺寸的总增量与机体壁被加热到同一温度所产生的线性向外位移大体上是一样的。
图1是一种可能采用本发明的汽轮机部分截面图;
图2是表示本发明的热致自调节装置及其与汽轮机叶片运行关系的示意性截面图;
图3是沿图2中3-3线剖开的横截面图。
尽管本发明一般应用在机体内的不良环境中，用于检测沿一轨迹运动的物体的接近程度，特别适用于各种旋转叶片结构，但是，下面将根据汽轮机低压缸最后一组叶栅的监测作为例子来描述本发明，该汽轮机的一部分如图1所示。汽轮机包含许多叶片，从30至39;其中偶数叶片通过转子叶轮41至44与转子40相连接。偶数叶片在各个叶栅中对于转子对称地延伸，被称为动叶片;奇数叶片与汽轮机汽缸内侧相连接并在周围延伸，称为定叶片。
在典型的运行过程中，过热的干蒸汽进入第一级（由叶片38和39组成），并通过下面各级，蒸汽在后面各级膨胀并产生温度和压力的变化。蒸汽通过气流导管46流出最后一级（由叶片30和31组成）。
叶片30和在该叶栅中的所有其它叶片一样，是独立式叶片，传感器可放置在气流导管经加工而成的开口中，以便靠近叶梢。图1表示的典型的传感器48就是这样安置的。本发明涉及到诸如传感器48或其它类似的传感器的安置，而且要意识到，本发明若与前述′358号专利的汽轮机叶片振动检测装置相结合是特别有用的。在这样的应用中，象传感器48那样的许多传感器均匀布置在汽轮机一个叶栅的周围。
本发明的热致自调节装置在附图2中以参考号10概括地表示出。图2是表示叶片30和传感器48相互关系的示意性截面图。叶片的旋转中心位于传感器表面48a的左边，并且叶片30沿箭头30a的方向有一条运动轨迹。在汽轮机运行时，运动轨迹30a与传感器表面48a之间的距离或间隙如图2中宽度g所示。
传感器48可以这样安装，如′917号专利所示，装在汽轮机机体壁内直接加工而成的开口中，或者安装在如前述′358号专利所示的为一特定机器专门制作的一个护圈中。在每一种情况下，此装置被装设在汽轮机壁12上所限定的一个向内开口的小室14中，其位置靠近叶片30的运动轨迹30a。在图2中可以看出，小室14是细长的，并向离开轨迹30a的方向延伸，穿过壁12。小室14的构造，要使其能在其中容纳近程传感器48并能适应传感器48在小室14内朝向或远离轨迹30a的移动。
小室14最好具有圆形横截面形状，如在图3中特别表示的那样。在小室14内远离叶片30的运动轨迹30a之处，有一个环形支座16将小室14分成两部分，14a部分具有相对较大的直径，而14b部分具有相对较小的直径。
传感器48最好具有圆柱形状以及圆形截面，如图3中可看到的那样。传感器48装设有一个法兰盘或环形圈18，它环绕着传感器48的圆柱表面扩展。法兰盘18的外径略小于小室14a部分的内径，而传感器48主圆柱本体的外径又略小于小室14b部分的内径，所有这些可见于图2。
在支座16和法兰盘18之间装有一个热膨胀元件20。在法兰盘18的另一侧，由一系列螺旋形弹簧22所形成的弹簧元件被插入法兰盘18与一个环形的刻有螺纹的套管24之间，套管24拧入壁12中。套管24有一个内孔24a，其形状适应于靠近传感器表面48a的传感器48的圆柱表面。
热膨胀元件20最好具有一个圆环的形状，如图3中所见;从图2中可以看到，在元件20热膨胀时，支座16和法兰盘18之间将出现同样的膨胀以推动法兰盘和传感器对抗弹簧22的偏压并向叶片30的运动轨迹30a移动。装设弹簧装置22就是为了保持法兰盘18与元件20紧密衔接并且当元件20冷却从而尺寸缩小时促使传感器48收缩。尽管如图2所示，弹簧装置22由许多彼此隔开的小螺旋弹簧所组成，但维修人员将会意识到，装置22还是以单一的螺旋弹簧构成为好，该螺旋弹簧与传感器48同轴调整定位。
元件20最好应具有这样的热胀系数，其值大约为钢的热胀系数的120倍。照这样，长约1.3厘米的元件20足以提供一个无源的向心位移，它刚好补偿传感器安装结构12的径向热膨胀。如上所述，确定在汽轮机受热过程中不同时间时，壁12的实际位置，这完全是有关工艺领域维修人员技术范围内的事;而且在稳态运行期间，壁12精确位置是已知的或者可以由有关工艺领域中的技术人员使用经验数据和（或）比较数据计算出来。因此，元件20用于补偿壁12的线性位移所需要的总膨胀量是一已知量，或一个可用常规技术计算出的量。如果元件20结构材料的热胀系数已知，则它所需要的室温范围可容易地算出。
关于元件20的结构材料，一些已知的塑料和陶瓷材料是适用的，唯一的真正判据是：上述材料能耐受汽轮机运行时所遇到的温度。如果需要将不良的环境限制在机体范围以内，可采用已知的技术将元件20密封安装在支座16和法兰盘18上，这种技术不属于本发明的一部分。此外，元件20可以作成一个环形波纹管，而不是如图2所示的一个实心元件。
在起动过程中，叶梢与传感器之间的间隙的变化情况如下。在室温下叶梢与传感器之间的间隙是距离g。当汽轮机徐徐加热时，汽轮机的叶片伸长，在叶梢和传感器表面48a之间的间隙减小到距离g′，g′大于零但比g小得多。当整体的传感器安装结构12慢慢变热并膨胀而离开叶片30的运动轨迹30a时，热胀元件20就在小室14内膨胀，且将法兰盘18和传感器48推向轨迹30a。元件20的结构材料是这样选择的，使得在任一给定温度下，从其初始长度开始的总膨胀量与壁12被加热到这一给定温度所产生的线性向外移动是精确一致的。因而，即使在不同的温度下，传感器48的表面48a与叶片30的运动轨迹30a之间的空间关系也总是保持一致。最后的效果是，在正常的稳态运行期间，运动轨迹30a与表面48a之间的间隙保持在较小的值g′。
根据本发明的概念和原理，热膨胀元件20可采用下列材料构成：一种双金属弹簧或波纹管，一种耐高温的塑料圆筒，或任何其它热膨胀材料。在这方面，膨胀度是由材料的热膨胀系数和元件的长度所控制的。此外，本发明还考虑到利用旋转双金属弹簧，通过一螺纹给进装置产生传感器的向心推进，以实现传感器48的位移。还可以预料，用一个受外部控制的加热器与热膨胀元件相配合。这个加热器可以由一个反馈信号控制，以便在各种汽轮机运行条件下都能保持预定的间隙，因而可以获得对叶梢与传感器之间间隙的自动控制。所有前述内容都在本发明的考虑范围以内，它简明地提供了一种可与传感器配合使用的热敏感元件，以使传感器在小室内向着叶片30的运动轨迹移动。