CN101403612A - 用于测量涡轮叶片中变形的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于测量涡轮叶片中变形的方法和系统。一种用于测量涡轮叶片(10)变形的方法(100)包括:标识布置在涡轮叶片(10)上的至少一个测量点(36),保留与该至少一个测量点(36)的第一位置(38)相关的信息,使涡轮叶片(10)运行一个时段,在涡轮叶片(10)经过该时段的运行之后,测量至少一个测量点(36)所移动的空间距离(40),该空间距离(40)是相对于至少一个测量点(36)的第一位置(38)来测量的;以及根据对空间距离(40)的测量来确定叶片(10)中的变形(42)的量。
Description
技术领域
本发明大体上涉及用于测量涡轮叶片变形的方法和系统,更具体地讲,涉及用于测量涡轮叶片随着时间的推移而变形的方法和系统。
背景技术
在使用过程中,涡轮叶片承受巨大的加速度。这些加速度可导致涡轮叶片区域中产生巨大的应力,这在涡轮经过一定时段的运行之后可导致在涡轮叶片的几何零件中产生永久的物理变形。如果容许变型持续而不减弱,则涡轮叶片中变形的累积可导致叶片失效,这包括但不限于由于裂纹增长和断裂引起的总体叶片失效,或系统性的失效,例如相邻叶片振动阻尼零件脱开。因此,需要用于对涡轮叶片中的变形进行量化的系统和/或方法。
发明内容
所公开的是用于测量涡轮叶片变形的方法,该方法包括:标识布置在涡轮叶片上的至少一个测量点,保留与该至少一个测量点的第一位置相关的信息,使涡轮叶片运行一个时段,在该涡轮叶片经过该时段的运行之后测量该至少一个测量点所移动的空间距离,该空间距离是相对于该至少一个测量点的第一位置来测量的;根据该空间距离的测量来确定叶片中的变形量。
还公开了用于测量涡轮叶片变形的系统,该系统包括:计算源,其构造成用以保留与布置在涡轮上的至少一个测量点的第一位置相关的位置信息;以及与该计算源相连的测量装置,该测量装置构造成用以测量该至少一个测量点相对于该第一位置所移动的距离。
附图说明
以下描述不应以任何方式理解为是限制性的。参照附图,其中,相同的部件编号相同:
图1是根据现有技术的涡轮叶片的侧视图;
图2是根据现有技术的涡轮叶片的俯视图;
图3是根据现有技术的涡轮叶片的透视图;
图4是用于测量涡轮叶片变形的系统的示意图;
图5是涡轮叶片的一部分的局部示意图,其包括用于图4所示系统的测量点;
图6是图5所示的涡轮叶片的那一部分的示意图,图6包括变形叶片的局部图像;
图7是图6所示的涡轮叶片的那一部分及变形叶片的局部图像的放大示意图;
图8是图5所示的涡轮叶片的那一部分的示意图,图8包括运动方向;
图9是包括变形叶片的局部图像的涡轮叶片的局部示意图;以及
图10是显示用于测量涡轮叶片变形的方法的实施例的框图。
零件列表
10 | 涡轮叶片 |
12 | 端罩 |
14 | 翼型件 |
16 | 柄部 |
18 | 燕尾榫 |
20 | 用于测量变形的系统 |
22 | 切削齿 |
24 | 轨道 |
26 | 边缘 |
28 | z-缺口 |
30 | 翼型件接合区(圆角) |
32 | 计算源 |
34 | 测量装置 |
36 | 测量点 |
38 | 第一位置 |
40 | 空间距离 |
41 | 第二位置 |
42 | 变形 |
43 | 变形叶片的图像 |
44 | 径向 |
46 | 轴向 |
48 | 切向 |
49 | 坐标测量系统 |
50 | 零点位置 |
51 | 位置 |
52 | 空间 |
53 | 燕尾榫 |
56 | 起始距离 |
58 | 第二距离 |
60 | 差值 |
100 | 方法 |
102 | 操作框 |
104 | 操作框 |
106 | 操作框 |
具体实施方式
参看图1-3,其显示了涡轮叶片10。如图1中最佳地显示的那样,涡轮叶片10包括端罩12、翼型件(airfoil)14、柄部16和燕尾榫18。以下将对用于测量该涡轮叶片10的变形的系统20进行讨论。在系统20的示范性实施例中,涡轮叶片10的变形特别地在涡轮叶片10的端罩12中进行测量。变形待测量的具体部分包括但不限于端罩12的切削齿(cutter teeth)22、轨道24、边缘26、z-缺口28和翼型件接合区(圆角)30。端罩12的切削齿22、轨道24、边缘26、z-缺口28和翼型件接合区30最佳地显示在图2-4中。
现在参看图4-8,其显示了系统20。如图4中最佳地显示的那样,该系统包括与测量装置34相关或为测量装置34的一部分的计算源32。计算源32构造成用以保留与至少一个测量点36的第一位置38相关的位置信息,该至少一个测量点36已经预先在涡轮10的端罩12上进行了标识(见图6-7)。在图4的示范性实施例中,叶片10显示为布置在测量装置34中以进行测量。然而,尽管叶片10在图4中显示为在与涡轮不相联时进行测量,但是应当认识到,测量也可在叶片与涡轮相联时进行。
涡轮10上的标识为测量点36的点可在叶片10制造之前或之后的任何时刻以这种方式进行标识,其中,测量点36的位置可在叶片10的使用寿命期间随时改变。与测量点36的第一位置38相关的该位置信息可由使用者收集并编程到计算源32中,和/或由测量装置34收集并传送到计算源32中。
除了能够收集与测量点36的第一位置38相关的位置信息之外,测量装置34还构造成用以对测量点36相对于该测量点36的第一位置38所移动的空间距离40进行测量。在叶片经过一个时段的运行过程中,响应于作用在涡轮叶片10上的法向应力,发生了测量点36穿过空间距离40的运动。这一运动产生了测量点36的第二位置41,该第二位置41在涡轮经过该时段的运行之后被标识(第一位置在涡轮经过该时段的运行之前被标识)。如图6-7中最佳地显示的那样,在测量点36的第一位置38和测量点36的这些第二位置41(如变形叶片图像43中所示)之间对空间距离40进行测量,其中,该测量在该涡轮经过一个时段(即在涡轮的使用寿命中任何所需的时段)的运行之后进行。因为在叶片10的整个运行过程中测量点36在涡轮叶片10上保持固定,所以第一位置38和第二位置41之间的距离40可有效地表示叶片10在测量点36位置改变的区域中的变形。这样,距离40就表示叶片10的变形42。
参看图8,其显示了包括零点位置50的坐标测量系统49。使用该坐标测量系统49可测量叶片10相对于零点位置50沿相对于涡轮(未示出)的径向44、轴向46和切向48中的至少一个方向上的变形42,其中涡轮叶片10固定到涡轮上。如图7中所示,可根据测量点36在各方向44-48上所移动的距离40来测量径向、轴向和切向的变形。另外,叶片10的总变形42的量可通过以下方式测量,即指定沿径向44所移动的距离40为z值,沿轴向46所移动的距离40为x值,以及沿切向48所移动的距离40为y值,并将这些值x,y和z插入方程式中,在该方程式中总变形等于:
现在参看图9,系统20的计算源32和测量装置34(如图4的示范性实施例中所示)可构造成使用空间52中的固定位置51来测量涡轮10的变形42,其中空间52围绕着涡轮叶片10(例如测量装置34中的空间)。这些位置51可布置在围绕叶片10的空间中的任意位置处,例如布置在涡轮叶片10的燕尾榫18中(见图1)(燕尾榫53显示叶片使用后非常小的变形到无变形),布置在测量装置34内(见图4),或者布置在涡轮的其它构件处,其中涡轮叶片10固定到该涡轮上。另外,坐标测量系统49的零点位置50可布置在这些位置51处,以便对测量点36相对于布置在固定位置51处的坐标系49的零点位置50而移动的空间距离40进行测量。为了使用固定位置51的零点位置50来测量变形42,计算源32保留与介于测量点36和零点位置50之间的起始距离56相关的信息。与介于测量点36和零点位置50之间的起始距离56相关的该信息可由使用者收集并编程到计算源32中,和/或由测量装置34收集并传送到计算源32。
除了能够收集与起始距离56相关的信息之外,测量装置34还构造成用以对介于测量点36和零点位置50之间的第二距离58进行测量。在涡轮叶片10经过一个时段的正常运行之后(见变形叶片的图像43),在测量点36和零点位置50之间对这些第二距离58进行测量。然后,计算源32可计算起始距离56(在该运行时段之前测量)与第二距离58(在该运行时段之后测量)之间在长度差值60,以便确定测量点36相对于零点位置50所移动的距离40。该距离40等于差值60。因为零点位置50/固定位置51相对于测量点36的运动以及涡轮10保持固定,所以距离40可有效地表示叶片10在测量点36位置改变的区域中的变形42。当然,变形42可沿图8中所示的坐标系49中的径向44、轴向46和切向48(相对于与叶片10相联的涡轮)中的至少一个方向来进行测量。
应当认识到,用来测量变形42的系统20可包括测量装置34,其为接触式测量装置(例如坐标测量器),或非接触式测量装置(例如光学测量装置)。还应当认识到,可根据在涡轮叶片10中所测得的变形42的量来预测涡轮叶片10的剩余使用寿命。然后可根据叶片10的剩余使用寿命制定并实施叶片更换策略。
参看图10,其显示了用于测量涡轮叶片10变形的示范性方法100。该方法100包括:标识布置在涡轮叶片10上的至少一个测量点36,并保留与该至少一个测量点36的第一位置38相关的信息,如操作框102中所示。方法100还包括:使涡轮叶片10运行一个时段,并且在涡轮叶片10经过该时段的运行之后测量该至少一个测量点36所移动的空间距离40,其中,空间距离40是相对于该测量点36的第一位置38来测量的,如操作框104中所示。该方法还包括:根据空间距离40的测量来确定叶片10中的变形42的量,如操作框106中所示。
可以注意到,尽管参照示范性实施例对本发明进行了描述,但是,本领域的技术人员应当理解,本发明可进行多种变化,并且等效物可取代其中的要素,而不脱背离本发明的范围。另外,可进行多种变型,以使具体的情况或实体适应本发明所教导的内容,而并不脱离本发明的范围。因此,重要的是本发明不限于作为预期用于执行本发明的最佳方式而公开的特定实施例,而是本发明将包括属于所分配的权利要求范围内的所有实施例。另外,还应当注意到,除非明确地说明,“第一”、“第二”等用语的使用并不表示任何顺序或重要性,而是用来对要素进行区分。
Claims (10)
1.一种用于测量涡轮叶片(10)的变形(42)的方法(100),所述方法(100)包括:
标识布置在所述涡轮叶片(10)上的至少一个测量点(36);
保留与所述至少一个测量点(36)的第一位置(38)相关的信息;
使所述涡轮叶片(10)运行一个时段;
在所述涡轮叶片(10)经过所述时段的运行之后,测量所述至少一个测量点(36)所移动的空间距离(40),所述空间距离(40)是相对于所述至少一个测量点(36)的所述第一位置(38)来测量的;以及
根据对所述空间距离(40)的所述测量来确定所述叶片中的变形(42)的量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,沿相对于涡轮的径向(44)、轴向(46)和切向(48)中的至少一个方向对所移动的所述空间距离(40)进行测量,所述涡轮叶片(10)固定到所述涡轮上,其中,所述确定包括根据沿所述径向(44)移动的所述空间距离(40)来确定径向变形(42),根据沿所述轴向(46)移动的所述空间距离(40)来确定轴向变形(42),以及根据沿所述切向(48)移动的所述空间距离(40)来确定切向变形(42)。
4.根据权利要求1所述的方法(100),其特征在于,所述标识和所述测量中的至少一个,通过接触式测量装置(34)、非接触式测量装置、坐标测量器和光学测量装置中的至少一种装置来完成。
5.根据权利要求1所述的方法(100),其特征在于,所述方法(100)还包括根据所述确定来预测所述涡轮叶片(10)的剩余寿命。
6.根据权利要求1所述的方法(100),其特征在于,所述方法(100)还包括标识坐标系(49)的至少一个零点位置(50),所述至少一个测量点(36)所移动的所述空间距离(40)是相对于所述坐标系(49)的所述零点位置(50)来测量的。
7.根据权利要求6所述的方法(100),其特征在于,所述坐标系(49)的所述零点位置(50)布置在围绕所述涡轮叶片(10)的空间(52)中的某位置,空间(52)中的所述位置布置在用来测量所述涡轮叶片(10)的所述变形(42)的坐标测量器或光学测量装置中。
8.根据权利要求6所述的方法(100),其特征在于,所述坐标系(49)的所述零点位置(50)处于围绕所述涡轮叶片(10)的空间(52)中,所述零点位置(50)布置在所述涡轮叶片(10)的燕尾榫段上。
9.根据权利要求6所述的方法(100),其特征在于,所述坐标系(49)的所述零点位置(50)处于围绕所述涡轮叶片(10)的空间(52)中,所述零点位置(50)布置在涡轮的涡轮部件上,所述涡轮叶片(10)与所述涡轮相关联。
10.一种用于测量涡轮叶片(10)的变形的系统(20),所述系统(20)包括:
计算源(32),其构造成用以保留与布置在所述涡轮上的至少一个测量点(36)的第一位置(38)相关的位置信息;以及
测量装置(34),其与所述计算源(32)相关联,所述测量装置(34)构造成用以测量所述至少一个测量点(36)相对于所述第一位置(38)移动的距离。
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