CN105423976A - 用于测量涡轮机中的叶片或导叶的几何参数的工具 - Google Patents

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Abstract

用于测量涡轮机的导叶(15)或叶片(17)的几何参数，特别用于测量导叶(15)或叶片(17)的末梢(3)与基准平面之间的距离的工具(1)，该工具(1)包括第一导板(4)和第二导板(5)，第一导板(4)和第二导板(5)在限定位置借助于至少两个间隔件(6)与彼此间隔开，其中第一导板(4)和第二导板(5)中的各个均配备有第一通孔(7)和一个或多个第二通孔(8,8ˊ,8ˊˊ,8ˊˊˊ,8ˊˊˊˊ)，第一通孔(7)设计成穿过导叶(15)或叶片(17)的翼型件(2)，且各个第二通孔(8,8ˊ,8ˊˊ,8ˊˊˊ,8ˊˊˊˊ)设计成接纳长度测量工具(9)，例如，深度计。

Description

用于测量涡轮机中的叶片或导叶的几何参数的工具
技术领域
本发明大体上涉及涡轮机的技术领域。更具体而言，本发明涉及一种用于测量涡轮机中的叶片或导叶的几何参数(例如，翼型件的长度)的工具，其允许在叶片转子或叶片定子以及独立部件上进行测量。
背景技术
为了优化涡轮机(例如，压缩机、燃气轮机、汽轮机)的效率，导致损失的任何过程都可尽可能最小化。损失由泄漏流引起，泄漏流穿过涡轮机的旋转构件和静止构件之间的间隙。为了减少泄漏流，这些构件之间的空隙必须在操作期间设置为最小。
出于若干原因，在旋转构件与静止构件的表面之间的相互接触在操作期间发生，结果是表面磨损且因此增大了间隙和泄漏流。
存在若干方法来确认涡轮机中的空隙预测。
一种确认方式在于通过测量构件处的摩擦来评估操作期间发生的摩擦，即，测量壳体摩擦和叶片磨损或轴摩擦和导叶磨损。
叶片末梢与定子之间的空隙的增大包括壳体摩擦和叶片磨损。考虑机器效率，静止构件处的摩擦大体上相比于旋转构件的磨损是优选的。即，壳体摩擦导致空间的局部增大，而叶片末梢处的磨损导致区段周围的空隙增大。
测量叶片磨损给予发生在叶片处的摩擦比例的反馈。
用于监测涡轮机的构件处的磨损而不从机器除去该构件的已知解决方案包括向所述构件的相关表面提供标记。至少一个(优选一定数目)的确定深度的中空标记加工在待监测的构件的相关表面中。内窥镜检查连续地执行，以提供标记的图像信号。
WO2013/050688中公开了用于使用标记来监测压缩机叶片处的磨损的此方法。
不利的是该方法需要改变独立构件，如，叶片或导叶。
根据WO2009/085430中公开的另一个方法，叶片末梢与燃气涡轮发动机中的包绕壳体的内表面之间的间隙的高度由测量工具测量。该测量工具基本上由包括两个构件的框架构成：支持部件和延伸部件。支持部件包括附接部件，其设计成将工具安装在燃气涡轮发动机的风扇壳体上。出于此目的，测量工具和风扇壳体配备有相应的紧固器件，例如，风扇壳体处的凸缘具有孔来接纳来自框架的支持部件的螺钉。并且，延伸部件由传感器的支承臂构成或保持该支承臂。支承臂的一端附接到支持部件上，且其另一端自由，且保持厚度测量传感器。支承臂的长度和宽度设计成突出到叶片末梢与壳体的内表面之间的间隙中。传感器为非接触式传感器，如，光学或电容位置传感器。在测量工具锁定在发动机处的其位置之后，风扇叶片旋转且传感器可获得各个旋转叶片的数据。通过支承臂的纵向调整，可进行不同纵向位置的末梢孔隙测量。
发明内容
本发明的目的在于以容易的方式提供一种用于测量导叶或叶片的几何参数(例如，翼型件的长度)的工具。
根据另一个目的，工具必须以可再现的方式输送测量数据。
最后，工具应当适用于独立部件以及叶片转子或定子。
这些及其它目的通过根据权利要求1的用于测量导叶或叶片的几何参数的工具来获得。
根据本发明的工具，其尤其适用于测量导叶或叶片的末梢与基准平面(例如，所述导叶或叶片的平台表面)之间的距离，工具包括第一导板和第二导板，第一导板和第二导板在限定位置借助于至少两个间隔件固定到彼此上，由此两个导板(所述第一板和所述第二板)配备有设计成穿过导叶或叶片的翼型件的第一通孔，以及设计成接纳长度测量工具(如，深度计或卡钳)的至少一个第二通孔。
为了操作，工具通过使翼型件穿过导板中的所述第一通孔来附接到翼型件上。出于此目的，这些孔以一种方式定形和确定尺寸，以提供工具与导叶或叶片的翼型件之间的空隙配合。此外，这些通孔的设计必须确保导叶或叶片上的工具的稳定和可重复的定位。
根据第一优选实施，至少一个所述导板由具有不同功能的两个元件组装成，第一元件对工具给予刚性，且第二元件确保工具在翼型件上的正确(即，稳定且可重复)的定位。
具体而言，导板由两个板形元件组装成。
根据特别优选的实施例，确保工具在翼型件上的正确位置的所述第二元件由具有硬度低于翼型件的表面材料的材料制成。
该测量避免了在操作期间破坏翼型件的表面，尤其是在将工具推上翼型件或从翼型件拉出工具时。
根据另一个优选实施例，导板配备有至少两个(优选三个或甚至更多)通孔来用于插入长度测量工具。
具体而言，这些孔可以以一种方式定位成允许翼型件的末梢与翼型件的前缘处、后缘处和前缘与后缘之间的至少一个位置处的基准平面之间的距离的测量。
更具体而言，所述通孔的位置还可以以一种方式改变以达到关于翼型件末梢处的同一点的不同基准平面。
该手段允许在沿翼型件和在翼型件的末梢与选择的基准平面之间的选择的相关位置处执行距离测量。
相关基准平面可为相应导叶或叶片的一部分，特别是其平台，或可为导叶或叶片附近的另一表面，如，壳体的内表面或转子轴的表面。
根据本发明的工具允许测量操作期间发生的导叶或叶片翼型件磨损，且其允许测量叶片末梢相比于叶片转子上的转子轴外表面上的位置或导叶末梢相比于叶片定子上的定子内表面的位置，这允许了叶片转子的评估或壳体直径测量，以及评估凹槽内的叶片位置。
附图说明
现在借助于附图且参照附图来更详细地阐释本发明的这些及其它实施例和优点。
图1以透视图示出了根据本发明的用于测量导叶或叶片的几何参数的工具；
图2示出了附接了深度计的在导叶或叶片上的操作位置的工具；
图3在两个不同视图中示出了导叶上的根据本发明的工具。
零件清单
1工具
2翼型件
3翼型件的末梢
4第一板(上板)
5第二板(下板)
6隔离件，连接杆
7用于翼型件2的通孔
8用于长度测量工具的通孔
9长度测量工具，深度计
10深度计的接触销
11深度计的桥
12弹性器件，例如，弹簧片
13具有刚性功能的板4或5的构件
14具有引导功能的板4或5的构件
15导叶
16导叶的平台
17叶片
18叶片的平台
19底脚
20连接螺栓
21凹穴
22偏心轮。
具体实施方式
图1以透视图示出了用于测量导叶或叶片的翼型件的末梢与基准平面之间的距离的工具1的优选实施例。根据本发明的测量工具1基本上包括两个导板4,5，其通过一定数目的螺栓连接的杆6固定地布置到彼此上。这些导板4,5的具体外形、其大小和其与彼此的距离主要取决于待测量的翼型件的大小，且如果用于叶片转子或定子上的测量，则还取决于相邻翼型件之间的距离，即，这些参数可取决于独立壳体而变化。
导板4,5配备有至少两种类型的通孔7,8：设计成穿过待测量的导叶15或叶片17的翼型件的第一通孔7，以及设计成接纳和引导长度测量工具(例如，深度计)的至少一个(优选一定数目)附加通孔8。
如图1和2中所示的工具1的示例性实施例配备有四个通孔8',8'',8''',8''''来用于插入和准确地引导深度计9。这些孔8',8'',8''',8''''关于翼型件2设置在不同位置处。三个通孔8',8'',8'''沿翼型件2设置在其前缘与其后缘之间，以测量导叶15或叶片17的末梢3与其平台16,18之间的距离，即，前缘与后缘之间的不同位置处的翼型件2长度。插入孔8'中的深度计9测量前缘的区域中的翼型件长度。孔8''允许前前缘与后缘之间的点处的长度测量，且孔8'''允许后缘的区域中的翼型件2的长度测量。
相比于上文提到的通孔8',8''和8'''，第四通孔8''''定位成离翼型件2更远。该孔8''''允许测量翼型件2的末梢3与另一基准平面(替代了平台)，特别是转子轴(在叶片情况下)的外表面或壳体(在导叶的情况下)的内表面之间的距离。当定位成与通孔8'''共线时，当插入孔8'''或孔8''''中时，深度计9的目标为翼型件末梢3的相同部分。这允许了两个值之间的比较。
如前文所述，导板4,5中的通孔7设计成穿过翼型件2。一方面，该孔7必须提供翼型件2与工具1之间的足够的空隙配合来容易插入和除去，但另一方面，对于无偏差或可再现的测量结果，需要工具1与翼型件2之间的准确定位。出于此目的，导板4,5配备有弹性器件，例如，弹簧片12，和/或偏心轮22，其对翼型件2起作用。
为了确保翼型件2上的工具1的稳定位置，根据图1的示例性实施例，在操作期间接近平台16,18的导板5配备有两个弹簧片12，且在操作期间接近翼型件2的末梢3的导板4配备有第三弹簧片12。可添加一个或多个偏心轮22来将工具1固定到翼型件2上，特别是在12点钟附近的定子导叶15上原位工作时。为了避免对翼型件2的任何破坏，弹簧12和偏心轮22的外缘由低硬度材料制成，如，铜。为了易于工作，上导板4(即，在操作期间接近翼型件3的导板)中的通孔7的外部轮廓配备有一个或多个凹穴21。这些凹穴21可允许操作者检查翼型件2与下导板5之间的接触点。
导板4,5由具有独立功能的两个独立元件13,14组装成。两个元件13,14为板。相对较厚的板13确保工具1和另一者的足够的刚度，相对较薄的板14确保工具1在翼型件2上的准确定位，以及测量工具9在通孔8中的准确引导。对于两个板13,14的材料根据其功能选择，例如，铝用于具有基本上刚性功能的板13，且铜用于主要具有引导功能的板14。
两个板13,14由螺栓20共同连结。
通过下板5的底部处的优选两个支承底脚19，工具1在操作期间支承在导叶15或叶片17的平台16,18上。
图2示出了处于导叶15或叶片17上的操作位置的根据本发明的工具1的示例性实施例。工具1通过将翼型件2穿过导板4,5的通孔7来附接到导叶15或叶片17上。弹簧片12(见图1)挤压翼型件2，且支承工具1在叶片17上的稳定位置。隔离件6限定上导板4(即，在操作下接近翼型件2的末梢3的导板)与下导板5(在操作下接近导叶15或叶片17的平台16,18)之间的距离。该距离必须尺寸确定为短于翼型件2的长度。下导板5在其底侧处配备有两个支承底脚19。这两个底脚19抵靠在导叶15或叶片17的平台16,18上。
普通深度计9穿过导板4,5的通孔8'。通孔8设计成确保深度计9的准确定位。深度计9的下部具有与平台16,18的表面的接触区域或接触销10。上部配备有置于翼型件末梢3上的可动测量桥11。
图3a和3b示出了叶片定子上的测量工具1的使用。工具1附接到导叶15上。工具1的导叶4,5以一种方式定形，使得一方面保持与相邻导叶15'的足够空间来避免工具1的构件与相邻导叶15'之间的碰撞，且另一方面，深度计9可达到相关基准平面。下板5的底侧上的底脚19抵靠在导叶15的平台16上。工具1的上板4与下板5之间的距离大小确定为使得翼型件2的末梢3在上板4上充分突出。该所示的实施例具有数目为五个的通孔8，以用于在关于翼型件2的不同位置处插入深度计9，允许深度计9达到翼型件2处的不同点和不同基准平面，包括导叶15的平台16。导板4和导板5中的对应通孔8沿径向方向对准，即，深度计9在独立的通孔8',8'',8'''中引导所沿的测量轴线横穿转子轴线。因此，深度计9的测量值示出了径向长度。

Claims (22)

1.一种用于测量涡轮机的导叶(15)或叶片(17)的几何参数，特别是用于测量导叶(15)或叶片(17)的末梢(3)与基准平面之间的距离的工具(1)，所述工具(1)包括第一导板(4)和第二导板(5)，所述第一导板(4)和所述第二导板(5)在限定位置借助于至少两个隔离件(6)与彼此间隔开，其中所述第一导板(4)和所述第二导板(5)中的各个均配备有第一通孔(7)和一个或多个第二通孔(8,8',8'',8''',8'''')，所述第一通孔(7)设计成穿过所述导叶(15)或叶片(17)的翼型件(2)，且各个所述第二通孔(8,8',8'',8''',8'''')设计成接纳长度测量工具(9)。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述基准平面为所述导叶(15)的平台(16)的表面，或所述基准平面为所述涡轮机的壳体的内表面。
3.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述基准平面为所述叶片(17)的平台(18)的表面，或所述基准平面为转子轴的外表面。
4.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述第一导板(4)和所述第二导板(5)与彼此间隔开一定距离，所述距离短于待测量的导叶(15)或叶片(17)的末梢(3)与平台(16,18)之间的距离。
5.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述第一导板(4)和所述第二导板(5)中的至少一个，优选各个由具有不同功能的两个元件(13,14)组装成，其中一个元件(13)对所述工具结构(1)给予刚性，且另一个元件(14)确保所述翼型件(2)和/或所述长度测量工具(9)的稳定引导。
6.根据权利要求5所述的工具，其特征在于，所述导板(4)和所述导板(5)中的至少一个，优选各个由不同材料形成的两个板形元件(13,14)组装成。
7.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，所述导板(4,5)由两个板(13,14)组装成，其中一个板(13)基于铝。
8.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，所述导板(4,5)由两个板(13,14)组装成，其中一个板(14)基于铜。
9.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，所述两个板形元件(13,14)由螺栓(20)可分离地互连。
10.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，设计成接纳所述长度测量工具(9)的所述通孔(8,8',8'',8''',8'''')对准，使得被测量值为径向长度，即，当在原位操作时，引导所述长度测量工具(9)所沿的轴线横穿转子轴线。
11.根据权利要求10所述的工具，其特征在于，所述导板(4,5)配备有用于所述长度测量工具(9)的至少四个通孔(8,8',8'',8''',8'''')。
12.根据权利要求1或权利要求11所述的工具，其特征在于，用于所述长度测量工具(9)的至少四个通孔(8',8'',8''',8'''')以一种方式定位成允许所述翼型件(2)的末梢(3)与所述翼型件(2)的前缘处、后缘处和前缘与后缘之间的至少一个位置处的基准平面之间的距离的测量，其中至少两个位置的目标为所述末梢(3)上的同一点，但达到不同的基准平面。
13.根据权利要求12所述的工具，其特征在于，所述不同基准平面为所述导叶(15)的平台(16)和所述涡轮机的壳体的内表面。
14.根据权利要求12所述的工具，其特征在于，所述不同基准平面为所述叶片(17)的平台(18)和所述转子轴的外表面。
15.根据权利要求1至权利要求14中的一项所示的工具，其特征在于，所述长度测量工具(9)为深度计或卡钳。
16.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，为了将所述工具(1)准确且稳定定位在所述翼型件(2)上，弹性器件，例如，弹簧片(12)安装在所述导板(4,5)上，延伸到所述第一通孔(7)中，以在操作期间挤压所述翼型件(2)。
17.根据权利要求16所述的工具，其特征在于，所述弹性器件(12)由具有硬度低于所述翼型件(2)的表面材料的材料制成。
18.根据权利要求17所述的工具，其特征在于，所述弹性器件(12)由铜制成。
19.根据权利要求16至权利要求18中的一项所示的工具，其特征在于，所述弹性器件(12)为弹簧片。
20.根据权利要求19所述的工具，其特征在于，安装了三个弹簧片(12)。
21.根据权利要求16至权利要求20中的一项所述的工具，其特征在于，除所述弹性器件(12)外，还安装了用于挤压所述翼型件(2)的一个或多个偏心轮(22)。
22.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，在操作期间在所述导叶(15)或叶片(17)的平台(16,18)附近的所述导板(5)的底部配备有两个支承底脚(19)。
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