CN102338611A - 用于测量内部间隙的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量内部间隙的设备和方法。一种用于测量内部间隙的装置60包括具有基座表面68的基座62。与该基座62滑动接合的第一支脚64包括第一支脚表面82和第一远端70。当该基座表面68邻接部件时，该基座表面68和该第一支脚表面82之间的预定距离84导致该第一远端70位于间隙22中。一种用于测量间隙22的方法包括将装置60的支脚64插入内孔16中，并向后移动该装置60，直到该装置60邻接内孔16为止。该方法还包括从该内孔16收回该支脚64，在该间隙22中延伸该支脚64，以及测量该支脚64在被收回之后延伸的距离。

Description

用于测量内部间隙的设备和方法

技术领域

本发明大体上涉及测量内部间隙。具体而言，本发明描述了用于测量例如不能够直接接近待测间隙的涡轮中的内部间隙的装置和方法。

背景技术

大件的商业设备通常具有与活动部件紧密接近的固定部件。例如在燃气涡轮中，压缩机包括与静止的静叶紧密接近的多级旋转叶片。周围的空气进入该压缩机中，并且该旋转叶片和静止的静叶逐渐地向工作流体(空气)赋予动能以增加该工作流体的压力并使其达到高能态。该压缩工作流体流向一个或多个燃烧器，这些燃烧器将燃料与该压缩工作流体混合并点燃该混合物以产生具有高温和高压的燃烧气体。该燃烧气体流经涡轮中的旋转叶片或轮叶和固定的叶片或喷嘴的交替的级。旋转叶片或轮叶附连到转子上，并且燃烧气体在其流经涡轮级时的膨胀引起该轮叶以及因此该转子旋转，从而产生功。

压缩机和涡轮中的旋转和静止部件之间的间隙是重要的设计和运行考虑事项，其一方面平衡了效率和性能，另一方面平衡了制造和维护成本。例如，减小在涡轮中的轮叶和静止的护罩或罩之间的间隙通过减少绕过涡轮轮叶的燃烧气体的量而大体上提升了该涡轮的效率和性能。然而，减小的间隙也可能导致用来实现该减小的间隙的额外制造成本和归因于旋转和静止部件之间的增加的磨损、摩擦或冲击的增加的维护成本。

通常在组装期间检查以及在运行之后周期性地检查旋转和静止部件之间的间隙，以保证设计间隙得到保持以及这些部件被合适地排列。在组装期间，可能可以容易地接近该旋转和静止部件以校验间隙。然而一旦完成组装，可能就不可容易地接近该旋转和静止部件。因此，可能必须延长停机时段，以供耗时的部件拆卸使用，以获得对待测间隙的直接接近。备选地，该间隙可以通过测量邻近部件而间接地测量。然而，间隙的间接测量在该测量中引进了误差，并且该引进的误差相比于允许的或期望的间隙可能是显著的。因此，用于直接测量组装好的设备中的旋转和静止部件之间的间隙的装置将会是合乎需要的。

发明内容

本发明的各方面和优点下面在以下描述中进行阐述，或者它们根据描述可能是显然的，或者它们可以通过对本发明的实施而被了解。

本发明的一个实施例是一种用于测量涡轮罩的内侧部分和涡轮轮叶的外侧部分之间的间隙的装置。该装置包括具有基座表面的基座。与该基座滑动接合的第一支脚包括第一支脚表面和第一远端。当基座表面邻接涡轮罩时，该基座表面和第一支脚表面之间的预定距离导致该第一支脚的第一远端的至少一部分位于该涡轮罩的内侧部分和该涡轮轮叶的外侧部分之间。

本发明的一个备选实施例是一种用于测量涡轮罩的内侧部分和涡轮轮叶的外侧部分之间的间隙的装置。该装置包括具有基座表面的基座。与该基座滑动接合的第一支脚包括第一支脚表面和第一远端。接近该基座的第二支脚包括第二远端。当该基座表面邻接涡轮罩时，该基座表面和该第一支脚表面之间的预定距离导致该第一支脚的第一远端的至少一部分位于该涡轮罩的内侧部分和该涡轮轮叶的外侧部分之间，以及该第二支脚的第二远端与该涡轮罩的内侧部分大约齐平(even)。

本发明还包括用于测量涡轮罩的内侧部分和涡轮轮叶的外侧部分之间的间隙的方法。该方法包括将装置的支脚插入到涡轮罩中的内孔中，以及向后移动该装置，直到该装置邻接涡轮罩中的该内孔为止。该方法还包括从该内孔收回该装置的支脚，直到该支脚的至少一部分邻接涡轮罩的内侧部分为止，在该涡轮罩内延伸该装置的支脚，直到该支脚的至少一部分邻接该涡轮轮叶的外侧部分为止，以及测量该支脚在收回之后延伸的距离。

本领域一般技术人员在查阅本申请文件之后将更好地理解这些实施例的特征和方面以及其它。

附图说明

在本申请文件的包括对附图的参照的剩余部分中更具体地阐述了本发明的完整的和可实现的公开，包括其对于本领域技术人员来说最优的模式，其中：

图1是涡轮级外侧部分的简化截面；

图2是围带(shroud)尖端和涡轮罩的内侧部分之间的间隙的放大视图；

图3是根据本发明的一个实施例的测量装置的平面侧视图；

图4是图3示出的测量装置的平面主视图；

图5是通过内孔插入涡轮罩中的图3和图4示出的测量装置的简化截面；

图6是图5示出的测量装置的远端的放大视图；

图7是根据本发明的一个备选实施例的测量装置的平面侧视图；

图8是图7示出的测量装置的平面主视图；

图9是通过内孔插入涡轮罩中的图7和图8示出的测量装置的简化截面；

图10是图9示出的第一构件和第二构件的放大轴向截面；以及

图11是图9示出的测量装置的远端的放大视图。

部件列表

罩                            10

外壳                          12

内壳                          14

内孔                          16

轮叶                          18

围带尖端                      20

间隙                          22

罩的内侧部分                  24

装置-图4-6                    30

基座                          32

第一支脚                      34

基座表面                      36

第一远端                      38

第一构件                      40

基座和第一支脚之间的销        42

基座中的槽                    44

突片                          46

基座和第一支脚之间的弹簧      48

第一支脚表面                  50

预定距离                      52

螺纹接合                      54

指示器                        56

装置-图7，8                   60

基座                          62

第一支脚                      64

第二支脚                      66

基座表面                      68

第一远端                      70

第一构件                      72

第一支脚和第二支脚之间的销    74

第二支脚中的槽                    76

突片                              78

第二支脚和第一支脚之间的弹簧      80

第一支脚表面                      82

预定距离                          84

基座和第一支脚之间的螺杆          86

螺纹接合                          88

第二远端                          90

第二构件                          92

基座中的槽                        94

指示器                            96

具体实施方式

现将进行详细参照以介绍本发明的实施例，实施例的一个或多个实例在附图中示出。本详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和说明书中的相同或相似的标记用于指代本发明的相同或相似的部分。

各个实例以解释本发明而非限制本发明的方式来提供。事实上，对于本领域技术人员将会是显然的是，在本发明中可以不脱离本发明的范围或实质而作出修改和变化。例如，作为一个实施例的部分来显示或描述的特征可以被用在另一个实施例上以产生另外又一个实施例。因此，本发明意图覆盖落在所附权利要求及其等价物的范围中的这样的修改和变化。

图1提供了用于本发明的多个实施例的解释性环境的简化截面。尽管在涡轮级的情境中说明本发明的多个实施例，本领域一般技术人员应该容易理解本发明的范围不限于测量在涡轮级中的间隙，而是由权利要求中所述的装置的结构性限制来合适地限定。如图1所示，涡轮级外侧部分典型地包括围绕该级并且在燃烧气体流经涡轮时容纳该燃烧气体的涡轮罩10。该涡轮罩10可以是单件的或整体的结构，或者例如如图1所示，其可以包括围绕着内壳14的外壳12。内孔16可以沿周边定位在该涡轮罩10周围，以便不需要实质性的拆卸即提供对该涡轮的内部接近。

各个涡轮级还包括旋转叶片或轮叶18排。各个轮叶18的外侧部分可以包括一个或多个围带尖端20。如在图2中更清楚地示出的，该围带尖端20从轮叶18沿径向延伸，从而产生该轮叶18的外侧部分处的围带尖端20和该涡轮罩24的内侧部分之间的间隙22。如图1和图2所示，该围带尖端20可以不与穿过涡轮罩10的内孔16沿轴向对准。因此在该轮叶18的外侧部分处的该围带尖端20和该涡轮罩24的内侧部分之间的间隙22可能并非直接可见或通过该内孔16可观察到，使得不拆卸该涡轮罩10就难以直接测量间隙22。

图3是根据本发明的一个实施例的测量装置30的平面侧视图，而图4是其平面主视图。如图3和图4所示，该装置30大体上包括基座32和第一支脚34。该基座32根据在涡轮罩10中的内孔16的尺寸来设置尺寸。例如，该基座32的高度可以是4英寸、6英寸、8英寸或者更长，以适应相应的内孔16尺寸。该基座32的有效宽度或直径的尺寸可设置为防止该基座32，以及因此(防止)该第一支脚34，延伸进入涡轮太远并接触到涡轮轮叶18的敏感部分。另外，该基座32包括可为弯曲的或成形为以便提供与内孔16的互补配合的基座表面36。

第一支脚34包括第一远端38，且在具体的实施例中，该第一支脚34可以包括从第一支脚34的第一远端38基本上垂直地延伸的第一构件40。该第一支脚34可以与基座32滑动接合。例如，如图3和图4所示，销42可以将该第一支脚34连接到基座32，而在基座32中的槽44可以允许该第一支脚34相对于基座32滑动。在备选实施例中，可以使用在第一支脚34和基座32之间的轨道或其它等价结构以允许该第一支脚34相对于该基座32移动。由于在第一支脚34和基座32之间的该滑动接合，该第一支脚34的第一远端38可为能够沿着并远离该基座32而延伸的。第一支脚34也可以相对于基座32以特定的方向偏置。例如，如在图3中最清楚地示出的，该第一支脚34可以包括突片46，而在基座32和该突片46之间的弹簧48可以用于相对于该基座32向上偏置第一支脚34。

第一支脚34还包括在该第一支脚34的任一侧上的第一支脚表面50。尽管图3任意地指示了在第一支脚34的右侧上的第一支脚表面50，但除非在权利要求中明确地引述，否则这不是对本发明的实施例的限制，并且该第一支脚表面50可以备选地包括该第一支脚34的左侧。该第一支脚表面50距离基座表面36预定距离52，使得当该基座表面36邻接涡轮罩10时，第一支脚34的第一远端38的至少一部分(例如第一构件40，如果存在)位于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间。在第一支脚表面50和基座表面36之间的该预定距离52可为能够调节的，以适应被测间隙22的特定的几何形状和尺寸。例如，内孔16的直径和深度、涡轮罩10的厚度和/或在被测间隙22和相应内孔16之间的轴向偏移都是可能需要调节第一支脚表面50和基座表面36之间的预定距离52以保证当基座表面36邻接涡轮罩10时第一支脚34的第一远端38的至少一部分位于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的特定的几何形状和尺寸的例子。可以使用多种器件来调节该预定距离52。例如，之前相对图3和图4描述的销42可以在基座32和第一支脚34之间的螺纹接合54中，使得该销42以任一方向的旋转择一地增加或减小在基座32和第一支脚34之间的预定距离52。其它用于调节在基座32和第一支脚34之间的预定距离52的结构可以包括例如夹具、螺杆、垫片以及本领域一般技术人员已知的其它等价结构。

图5提供了通过内孔16插入涡轮罩10中的图3和图4所示的测量装置30的简化截面。如图5所示，该装置30表示为测量在罩24的内侧部分和在涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的内部间隙22。为了完成这一点，装置30的第一支脚34通过内孔16插入涡轮罩10中，以及该装置30向后移动直到基座表面36邻接或接触涡轮罩10为止。在这个位置中，在基座表面36和第一支脚表面50之间的预定距离52保证在涡轮内罩24和围带尖端20之间的间隙22中的第一远端38的至少一部分的合适定位。具体而言，随着基座表面36邻接或接触涡轮罩10，第一支脚34的第一远端38延伸通过内孔16，直到其与涡轮罩24的内侧部分大约齐平为止，导致第一远端38的至少一部分位于涡轮罩24的内侧部分和在涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间。第一构件40(如果存在)将因此沿着罩24的内表面从第一远端38基本垂直地延伸。随着第一支脚34的第一远端38的至少一部分在涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间，涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分之间的间隙22可以通过从内孔16略微地收回装置30或者备选地相对基座32滑动第一支脚34以保证第一远端38接触涡轮罩24的内侧部分来测量。如在图6中更清楚地示出的，之后该第一支脚34可以以相反方向沿着并远离基座32滑动，直到第一远端38接触围带尖端20为止。指示器56可以连接到第一支脚34，以测量第一支脚34行进的距离，以及因此(测量)涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的间隙22。

图7和图8示出了根据本发明的一个备选实施例的测量装置60。在这个实施例中，该装置60大体上包括基座62、第一支脚64以及第二支脚66。基座62也根据涡轮罩10中的内孔16的尺寸来设置尺寸。例如，基座62的高度可以是4英寸、6英寸、8英寸或者更长，以适应相应的内孔16的尺寸。基座62的有效宽度或直径的尺寸可设置为以便阻止该基座62-以及因此阻止第一支脚64和第二支脚66-延伸进入涡轮太远并接触涡轮轮叶18的敏感部分。另外，基座62包括可为弯曲的或成形为提供与通过涡轮罩10的内孔16的互补配合的基座表面68。

第一支脚64包括第一远端70，以及在具体的实施例中，该第一支脚64可以包括从第一支脚64的第一远端70基本垂直地延伸的第一构件72。第一支脚64或者直接地或者间接地通过与第二支脚66的滑动接合来与基座62滑动接合。例如，如图7和图8所示，销74可以将第一支脚64连接到第二支脚66，而在第二支脚66中的槽76可以允许第一支脚64相对于第二支脚66以及因此(相对于)基座62滑动。在备选实施例中，可以使用在第一支脚64和第二支脚66之间的轨道或其它等价结构以允许第一支脚64相对于第二支脚66和基座62移动。第一支脚64可以相对于基座62以特定的方向偏置。例如，如在图7中最清楚地示出的，第一支脚64可以包括突片78，而在第二支脚66和该突片78之间的弹簧80可以用来相对于基座62向上偏置第一支脚64。由于在第一支脚64和第二支脚66以及基座62之间的这种滑动接合，第一支脚64的第一远端70可为能够沿着并远离基座62而延伸的。

第一支脚64还包括在第一支脚64的任一侧上的第一支脚表面82。尽管图7任意地指示了第一支脚64的右侧上的第一支脚表面82，但除非在权利要求中明确地引述，否则这不是对本发明的实施例的限制，且第一支脚表面50可以备选地包括第一支脚34的左侧。第一支脚表面82距离基座表面68预定距离84，使得当基座表面68邻接涡轮罩10时，第一支脚64的第一远端70的至少一部分(例如第一构件72，如果存在)位于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间。在第一支脚表面82和基座表面68之间的该预定距离84可为能够调节的，以适应被测间隙22的特定的几何形状和尺寸。例如，内孔16的直径和深度、涡轮罩10的厚度和/或在被测间隙22和相应内孔16之间的轴向偏移都是可能需要调节在第一支脚表面82和基座表面68之间的预定距离84以保证当基座表面68邻接涡轮罩10时第一支脚64的第一远端70的至少一部分位于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的特定的几何形状和尺寸的例子。可以使用多种器件来调节该预定距离84。例如，螺杆86可以提供在基座62和第一支脚64和/或第二支脚66之间的螺纹接合88，使得螺杆86以任一方向的旋转择一地增加或减小在基座62和第一支脚64之间的预定距离84。其它用于调节基座62和第一支脚64之间的预定距离84的结构可以包括例如夹具、螺杆、垫片以及本领域一般技术人员已知的其它等价结构。

第二支脚66包括第二远端90，以及在具体的实施例中，第二支脚66可以包括从第二支脚66的第二远端90基本垂直地延伸的第二构件92。第二支脚66大体上接近基座62并可以与基座62滑动接合。例如，如图7和图8所示，之前描述的螺杆86可以将第二支脚66连接到基座62，而在基座62中的槽94可以允许第二支脚66相对于基座62滑动。在备选实施例中，可以使用在第二支脚66和基座62之间的轨道或其它等价结构以允许第二支脚66相对于基座62移动。由于在第二支脚66和基座62之间的这种滑动接合，第二支脚66的第二远端90可为能够沿着并远离基座62延伸的。以这种方式，可以调节第二支脚66以改变第二远端90和基座62之间的距离，从而允许使用装置60来测量具有不同尺寸的部件。

图9提供了通过内孔16插入涡轮罩10中的如图7和图8所示的测量装置60的简化截面。如图9所示，装置60表示为测量在罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的内部间隙22。为了完成这一点，装置60的第一支脚64和第二支脚66通过内孔16插入涡轮罩10中，以及装置60向后移动直到基座表面68邻接或接触涡轮罩10为止。在这个位置中，在基座表面68和第一支脚表面82之间的预定距离84保证了第一远端70的至少一部分在涡轮内罩24和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的间隙22中的合适定位。具体而言，随着基座表面68邻接或接触涡轮罩10，第一支脚64的第一远端70通过内孔16延伸直到其与涡轮罩24的内侧部分大约齐平为止，导致第一远端70的至少一部分位于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间。第一构件72(如果存在)将因此沿着涡轮罩24的内表面从第一远端70基本垂直地延伸。相似地，随着基座表面68邻接或接触涡轮罩10，第二支脚66的第二远端90通过内孔16延伸直到其与涡轮罩24的内侧部分大约齐平为止。第二构件92(如果存在)将因此沿着涡轮罩24的内表面从第二远端90基本垂直地延伸。如在例如图10表示的第一构件72和第二构件92的轴向截面中所示，如果期望，该第一构件72和第二构件92(如果存在)可以相互嵌套以最小化该第一构件72和第二构件92的组合高度。

随着第一支脚64的第一远端70的至少一部分介于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间，涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的间隙22可以通过以下方式测量：从内孔16略微地收回装置60，或备选地相对于基座62滑动第一支脚64和第二支脚66，直到第一远端70和第二远端90与涡轮罩24的内侧部分大约齐平，且第一远端70的至少一部分位于涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分之间。如在图11中更清楚地显示的，在这个位置中，第二构件92(如果存在)接触涡轮罩24的内侧部分。如在图11中更清楚地表示的，之后第一支脚64可以沿着并远离基座62滑动，直到第一远端70的至少一部分(例如第一构件72，如果存在)接触围带尖端20为止。指示器96可以连接到第一支脚64，以测量第一支脚64行进的距离，以及因此(测量)在涡轮罩24的内侧部分和涡轮轮叶18的外侧部分处的围带尖端20之间的间隙22。

本书面的说明书使用了实例来公开本发明，包括最优的模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实现本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及实践任何结合的方法。本发明的可授予专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员能想到的其它实例。这样的其它实例，如果它们包括与权利要求的书面语言并无差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言并无实质性区别的等价结构元件，则意图在权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种用于测量涡轮罩(24)的内侧部分和涡轮轮叶(20)的外侧部分之间的间隙(22)的装置(60)，包括：

a.基座(62)，其中所述基座(62)包括基座表面(68)；

b.与所述基座(62)滑动接合的第一支脚(64)，其中所述第一支脚(64)包括第一支脚表面(82)和第一远端(70)；以及

c.所述基座表面(68)和所述第一支脚表面(82)之间的预定距离(84)，其中当所述基座表面(68)邻接所述涡轮罩(10)时，所述第一支脚(64)的所述第一远端(70)的至少一部分位于所述涡轮罩(24)的内侧部分和所述涡轮轮叶(20)的外侧部分之间。

2.如权利要求1所述的装置(60)，其特征在于，所述基座表面(68)是弯曲的。

3.如权利要求1所述的装置(60)，其特征在于，所述第一远端(70)能够远离所述基座(62)而延伸。

4.如权利要求1所述的装置(60)，其特征在于，还包括在所述第一远端(70)处从所述第一支脚(64)基本垂直地延伸的第一构件(72)。

5.如权利要求1所述的装置(60)，其特征在于，所述第一支脚(64)朝着所述基座(62)偏置。

6.如权利要求1所述的装置(60)，其特征在于，还包括用于调节所述基座表面(68)和所述第一支脚表面(82)之间的所述预定距离(84)的器件。

7.如权利要求6所述的装置(60)，其特征在于，用于调节所述预定距离的所述器件包括螺纹接合(88)。

8.如权利要求1所述的装置(60)，其特征在于，还包括接近所述基座(62)并邻近所述第一支脚(64)的第二支脚(66)。

9.如权利要求8所述的装置(60)，其特征在于，所述第二支脚(66)包括第二远端(90)。

10.如权利要求8所述的装置(60)，其特征在于，所述第二支脚(66)与所述第一支脚(64)滑动接合。

11.一种用于测量涡轮罩(24)的内侧部分和涡轮轮叶(20)的外侧部分之间的间隙(22)的方法，包括：

a.将装置(60)的支脚(64)插入到所述涡轮罩(10)中的内孔(16)中；

b.向后移动所述装置(60)，直到所述装置(60)邻接所述涡轮罩(10)为止；

c.从所述内孔(16)收回所述装置(60)的所述支脚(64)，直到所述支脚(64)的至少一部分邻接所述涡轮罩(24)的内侧部分为止；

d.使所述装置(60)的所述支脚(64)在所述涡轮罩(10)内部延伸，直到所述支脚(64)的至少一部分邻接所述涡轮轮叶(20)的外侧部分为止；以及

e.测量所述支脚(64)在被收回之后所延伸的距离。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括将所述装置(60)的第二支脚(66)插入所述涡轮罩(10)的所述内孔(16)中，使得所述第二支脚(66)与所述涡轮罩(24)的内侧部分大约齐平。

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