CN108072349B - 虚拟叶片检查 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于虚拟地检查叶片级(154)的系统及方法。系统可包括用于获得叶片级(154)的各个叶片(140)的护罩(134,134A,134B,152)的三维模型(132)的数字化装置(130)。一种计算机系统可包括配置成运行以下过程的至少一个模块：从通过使用数字化装置(130)数字化创建的叶片级(154)的各个叶片(140)的护罩(134,134A,134B,152)的三维模型(132)取得各个护罩(134,134A,134B,152)的多个参考点的几何位置数据；基于几何位置数据和叶片级(154)的已知大小生成叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)的3D虚拟绘制(150)，三维虚拟绘制(150)包括各个护罩(134,134A,134B,152)的多个参考点的绘制；以及使用三维虚拟绘制(150)检查叶片级(154)。

Description

虚拟叶片检查
技术领域
本公开内容大体上涉及机器检查，且更具体地涉及虚拟叶片检查，例如，包括轴向、径向和/或扭转变形。
背景技术
叶片用于从装置(如涡轮机)中的工作流体流生成动力。具体而言，许多叶片可联接到转子上，以从其上的工作流体流将旋转运动给予转子。叶片最初基于产生高效叶片的理想模型定形。各个叶片均可包括在其外端处的护罩，其包括硬面(hard face)，硬面与相邻叶片的护罩的匹配硬面相互作用。硬面是包括磨损材料且在基础负载下与彼此接触来缓冲振动的护罩的部分。在涡轮发动机操作期间，带护罩的涡轮叶片经历高量的扭曲和扭转。两个相邻叶片之间的接触间隙对于在操作期间确保轮叶接合很关键。随着叶片磨损，两个相邻叶片之间的接触间隙增大，导致叶片接合不足。因此，叶片硬面通常需要在定期修理过程期间恢复。
在修理之后，执行检查，以便确保叶片已正确地恢复。作为检查的一部分，特定级的所有叶片都通过使叶片沿轴向滑入转子轮上的匹配联接件上的位置来定位在转子轮上的位置。一定数目的叶片可取决于叶片级改变，但通常是相对大的数目，例如，92、100等。此时，具有已知尺寸的垫片置于与硬面相互作用的相邻各对叶片护罩之间。垫片的累积大小提供了转子轮的硬面之间的所有接触间隙的累积大小的量度。过大的累积接触间隙指出了叶片不适合继续使用。此外，不能将垫片置于某些相邻叶片护罩之间的位置指出了一个或更多个叶片可能扭转过大而不能使用，即，相邻护罩的硬面之间没有接触间隙。此外，最大可允许间隙检查也可在检查期间执行。一旦检查完成，则叶片除去来运输且安装就位。该检查过程提出的挑战在于，叶片加载到转子轮上，对所有接触间隙加垫片、测量接触间隙/垫片，以及除去所有叶片是劳动强度很大的且耗时的。
当前的工艺也未解决其它结构变形，如轴向变形。另外，径向变形可导致护罩在轮内的重叠，引起称为"叠盖(shingling)"的结合。
发明内容
本公开内容的第一方面提供了一种虚拟检查叶片级的接触间隙的计算机化的方法，叶片级具有已知大小，该方法包括：在计算机系统中：从通过使用数字化装置数字化而创建的叶片级的各个叶片的护罩的三维模型取得各个护罩的硬面平面的几何位置数据；基于几何位置数据和叶片级的已知大小生成叶片级的护罩的三维虚拟绘制(rendering)，三维虚拟绘制包括相邻护罩之间的接触间隙的绘制；以及使用三维虚拟绘制来检查叶片级。
本公开内容的第二方面提供了一种用于虚拟地检查叶片级的接触间隙的系统，叶片级具有已知大小，该系统包括：计算机系统，其包括配置成执行以下步骤的至少一个模块：从通过使用数字化装置数字化而创建的叶片级的各个叶片的护罩的三维模型取得各个护罩的硬面平面的几何位置数据；基于几何位置数据和叶片级的已知大小生成叶片级的护罩的三维虚拟绘制，三维虚拟绘制包括相邻护罩之间的接触间隙的绘制；以及使用三维虚拟绘制来检查叶片级。
本公开内容的第三方面提供了一种用于虚拟地检查叶片级的接触间隙的系统，叶片级具有已知大小，该系统包括：用于获得叶片级的各个叶片的护罩的三维模型的数字化装置；计算机系统，其包括配置成执行以下步骤的至少一个模块：从三维模型取得各个护罩的硬面平面的几何位置数据，取得包括识别空间中的各个硬面平面的x,y和z坐标，以及识别空间中的各个硬面平面的角定向；基于几何位置数据和叶片级的已知大小生成叶片级的护罩的三维虚拟绘制，三维虚拟绘制包括相邻护罩之间的接触间隙的绘制，生成包括计算至各个硬面平面的单位法向量、基于叶片级的护罩半径关于公共轴线沿径向定位各个硬面平面，以及取决于叶片级中的叶片数目，使用间距围绕公共轴线沿周向定位各个硬面平面；以及通过以下至少一者，使用三维虚拟绘制来检查叶片级：a)沿单位法向量方向扩展各个硬面平面，以及响应于相邻护罩的扩展硬面平面交叉来识别相邻护罩之间的过盈；以及b)测量三维虚拟绘制中的各对相邻叶片的硬面平面之间的接触间隙，以及确定至少一个接触间隙参数是否超过相应阈值。
第四方面包括一种虚拟地检查叶片级的护罩的计算机化的方法，叶片级具有已知大小，该方法包括：在计算机系统中：从通过使用数字化装置数字化创建的叶片级的各个叶片的护罩的三维模型取得各个护罩的多个参考点的几何位置数据；基于几何位置数据和叶片级的已知大小生成叶片级的护罩的三维虚拟绘制，三维虚拟绘制包括各个护罩的多个参考点的绘制，其中生成包括：基于叶片级的护罩半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩，以及取决于叶片级中的叶片数目，使用间距来围绕公共轴线沿周向定位各个护罩；以及使用三维虚拟绘制来检查叶片级。
第五方面涉及一种用于虚拟地检查叶片级的系统，叶片级具有已知大小，该系统包括：计算机系统，其包括配置成执行以下步骤的至少一个模块：从通过使用数字化装置数字化创建的叶片级的各个叶片的护罩的三维模型取得各个护罩的多个参考点的几何位置数据；基于几何位置数据和叶片级的已知大小生成叶片级的护罩的三维虚拟绘制，三维虚拟绘制包括各个护罩的多个参考点的绘制，其中生成包括：基于叶片级的护罩半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩，以及取决于叶片级中的叶片数目，使用间距来围绕公共轴线沿周向定位各个护罩；以及使用三维虚拟绘制来检查叶片级。
第六方面包括一种用于虚拟地检查叶片级的系统，叶片级具有已知大小，该系统包括：数字化装置，其用于获得叶片级的各个叶片的至少一个护罩的三维模型；计算机系统，其包括配置成执行以下步骤的至少一个模块：从通过使用数字化装置数字化创建的叶片级的各个叶片的护罩的三维模型取得各个护罩的多个参考点的几何位置数据；基于几何位置数据和叶片级的已知大小生成叶片级的护罩的三维虚拟绘制，三维虚拟绘制包括各个护罩的多个参考点的绘制，其中生成包括：基于叶片级的护罩半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩，以及取决于叶片级中的叶片数目，使用间距来围绕公共轴线沿周向定位各个护罩，通过识别轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者来使用三维虚拟绘制检查叶片级；以及修改至少一个叶片以至少减小轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者。
技术方案1. 一种虚拟地检查叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)的计算机化的方法，所述叶片级(154)具有已知大小，所述方法包括：
在计算机系统中：
从通过使用数字化装置(130)数字化创建的所述叶片级(154)的各个叶片(140)的护罩(134,134A,134B,152)的三维模型(132)取得各个护罩(134,134A,134B,152)的多个参考点的几何位置数据；
基于所述几何位置数据和所述叶片级(154)的已知大小生成所述叶片级(154)的所述护罩(134,134A,134B,152)的三维虚拟绘制(150)，所述三维虚拟绘制(150)包括各个护罩(134,134A,134B,152)的所述多个参考点的绘制，其中所述生成包括：
基于所述叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩(134,134A,134B,152)，以及
取决于所述叶片级(154)中的叶片(140)的数目，使用间距来围绕所述公共轴线沿周向定位各个护罩(134,134A,134B,152)；以及
使用所述三维虚拟绘制(150)检查所述叶片级(154)。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述检查包括：
识别轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者，以及
还包括修改至少一个叶片(140)来至少减小所述轴向变形、所述径向变形、所述扭转变形和所述接触间隙超限中的至少一者。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，取得所述几何位置数据包括：
识别空间中的各对相邻护罩(134,134A,134B,152)的硬面平面(160,162)的一对对应轴向参考点(170,172)的x坐标(182,184)；以及其中所述检查包括：
基于所述一对对应轴向参考点(170,172)的所述x坐标(182,184)测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的硬面平面(160,162)之间的轴向重叠，以及
通过确定轴向重叠是否单独超过阈值来识别轴向变形。
技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述测量所述轴向重叠包括计算轴向区域重叠，以及所述确定包括确定轴向区域重叠是否超过阈值。
技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，取得所述几何位置数据包括：
对于空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)，识别选自由硬面平面(160,162)的最外径向点(174,176)和所述硬面平面(160,162)的最内径向点(178,180)构成的集合的所选径向点的z坐标；以及
其中所述检查包括：
测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的所述所选径向点之间的径向转移，以及
通过确定一个或更多个径向转移是否单独超过阈值来识别径向变形。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其特征在于，所述测量所述径向转移包括计算径向区域重叠，以及所述确定包括确定径向区域重叠是否单独超过阈值。
技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，取得所述几何位置数据包括：识别空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)的一对x坐标(182,184)；以及
其中所述检查包括：
通过测量各个护罩(134,134A,134B,152)的所述一对x坐标(182,184)中的各个关于各个x坐标(182,184)的预期位置的在空间中的转移来测量各个护罩(134,134A,134B,152)在空间中的扭转量，以及
通过确定一个或更多个扭转量是否单独超过阈值来识别扭转变形。
技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，取得所述几何位置数据包括：
沿空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)的硬面平面(160,162)识别多个竖直参考点(147A-C)的x,y和z坐标，以及
识别空间中的各个硬面平面(160,162)的角定向；以及其中所述检查包括：
测量各个硬面平面上的所述多个竖直参考点(147A-C)的各个处的所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的硬面平面(160,162)之间的接触间隙，
识别所述多个竖直参考点(147A-C)的各个处的接触间隙之间的最小接触间隙；以及
通过确定所述最小接触间隙是否超过阈值来识别接触间隙超限。
技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述检查来改变所述叶片级(154)的所述护罩(134,134A,134B,152)的所述三维虚拟绘制(150)内的所述叶片级(154)内的至少一个叶片(140)的周向位置；以及
确保所述叶片级(154)的重量矩平衡未超过阈值。
技术方案10. 一种用于虚拟地检查叶片级(154)的系统，所述叶片级(154)具有已知大小，所述系统包括：
计算机系统，其包括配置成执行以下过程的至少一个模块：
从通过使用数字化装置(130)数字化创建的所述叶片级(154)的各个叶片(140)的护罩(134,134A,134B,152)的三维模型(132)取得各个护罩(134,134A,134B,152)的多个参考点的几何位置数据；
基于所述几何位置数据和所述叶片级(154)的已知大小生成所述叶片级(154)的所述护罩(134,134A,134B,152)的三维虚拟绘制(150)，所述三维虚拟绘制(150)包括各个护罩(134,134A,134B,152)的所述多个参考点的绘制，其中所述生成包括：
基于所述叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩(134,134A,134B,152)，以及
取决于所述叶片级(154)中的叶片(140)的数目，使用间距来围绕所述公共轴线沿周向定位各个护罩(134,134A,134B,152)；以及
使用所述三维虚拟绘制(150)检查所述叶片级(154)。
技术方案11. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述检查包括：
识别轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者，以及
还包括修改至少一个叶片(140)来至少减小所述轴向变形、所述径向变形、所述扭转变形和所述接触间隙超限中的至少一者。
技术方案12. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，取得所述几何位置数据包括：
识别空间中的各对相邻护罩(134,134A,134B,152)的硬面平面(160,162)的一对对应轴向参考点(170,172)的x坐标(182,184)；以及其中所述检查包括：
基于所述一对对应轴向参考点(170,172)的所述x坐标(182,184)测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的硬面平面(160,162)之间的轴向重叠，以及
通过确定轴向重叠是否单独超过阈值来识别轴向变形。
技术方案13. 根据技术方案12所述的系统，其特征在于，所述测量所述轴向重叠包括计算轴向区域重叠，以及所述确定包括确定一个或更多个轴向区域重叠是否超过阈值。
技术方案14. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，取得所述几何位置数据包括：
对于空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)，识别选自由硬面平面(160,162)的最外径向点(174,176)和所述硬面平面(160,162)的最内径向点(178,180)构成的集合的所选径向点的z坐标；以及
其中所述检查包括：
测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的所述所选径向点之间的径向转移，以及
通过确定一个或更多个径向转移是否单独超过阈值来识别径向变形。
技术方案15. 根据技术方案14所述的系统，其特征在于，所述测量所述径向转移包括计算径向区域重叠，以及所述确定包括确定径向区域重叠是否单独超过阈值。
本公开内容的示范性方面设计成解决本文所述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
本公开内容的这些及其它特征将从连同附图的本公开内容的各种方面的以下详细描述中更容易理解，附图绘出了本公开内容的各种实施例，在附图中：
图1示出了根据本公开内容的实施例的用于虚拟地检查叶片级的检查系统的示范性环境的框图。
图2示出了根据本公开内容的实施例的叶片的护罩的三维模型的顶视图。
图3示出了根据本公开内容的实施例的护罩的硬面平面的三维虚拟绘制的放大端视图。
图4示出了根据本公开内容的实施例的一对相邻护罩的三维虚拟绘制的顶视图。
图5示出了根据本公开内容的实施例的一对相邻护罩的三维虚拟绘制的顶部透视图。
图6示出了根据本公开内容的实施例的一对相邻护罩的三维虚拟绘制的底部透视图。
图7示出了根据本公开内容的实施例的叶片的护罩的三维模型的顶视图。
图8示出了根据本公开内容的实施例的叶片级的三维虚拟绘制。
图9示出了根据本公开内容的实施例的一定数目的护罩端的放大平面视图。
图10-13示出了根据本公开内容的实施例的经历检查的护罩端的两个实例的放大视图。
将注意的是，本公开内容的附图并未按比例绘制。附图旨在仅绘出公开内容的典型方面，且因此不应认作是限制本公开内容的范围。在附图中，相似的标号表示附图之间的相似元件。
零件列表
100 环境
102 计算机基础架构
104 计算装置
106 检查系统
112 存储器
114 处理器
116 输入/输出I/O接口
118 总线
120 外部I/O装置/源
122 储存系统
124 模块
130 数字化装置
132 3D模型
134 护罩
140 叶片
142 硬面
144 第一周向端
146 硬面
148 第二周向端
150 3D虚拟绘制
152 护罩
154 叶片级
160 硬面平面
162 硬面平面
170 对应轴向参考点
172 对应轴向参考点
174 最外径向点
176 最外径向点
178 最内径向点
180 最内径向点
182 x坐标参考点
183 半肋
184 x坐标参考点
186 面向外的表面
134A 护罩
134B 护罩
147A 竖直参考点
147B 竖直参考点
147C 竖直参考点。
具体实施方式
如上文所述，本公开内容提供了一种虚拟叶片检查。本公开内容的实施例可包括计算机化的方法和系统来用于虚拟地检查例如涡轮机的叶片级的接触间隙。检查的叶片级具有已知大小，即，外半径、圆周、内半径、叶片数目，等。在其它实施例中，检查系统可使用硬面平面上的一定数目的竖直参考点来检查接触间隙。在其它实施例中，检查系统可检查接触间隙和/或多种变形，如，轴向、径向和/或扭转变形。
现在参看图1，示出了根据本公开内容的实施例的用于虚拟地检查叶片级的示范性环境100的框图。为此，环境100包括计算机基础架构102，其可执行本文所述的用于虚拟地检查叶片级的各种过程。具体而言，计算机基础架构102示为包括计算装置或系统104，其包括检查系统106，检查系统106允许计算装置104通过执行本公开内容的处理步骤来虚拟地检查叶片级。
计算装置104示为包括存储器112、处理器(PU)114、输入/输出(I/O)界面116和总线118。此外，计算装置104示为与外部I/O装置/资源120和储存系统122通信。如本领域已知那样，大体上，处理器114运行计算机程序代码(诸如检查系统106)，其储存在存储器112和/或储存系统122中。在运行计算机程序代码的同时，处理器114可读取和/或写入数据(如，叶片的护罩的数字化的三维模型)至/自存储器112、储存系统123和/或I/O界面116。总线118提供计算装置104中的各个构件之间的通信链路。I/O装置118可包括允许用户与计算装置104交互的任何装置，或允许计算装置104与一个或更多个其它计算装置通信的任何装置。输入/输出装置(包括但不限于键盘、显示器、指示装置等)可直接地或经由介入的I/O控制器联接到系统上。
在任何情况下，计算装置104可包括能够运行由用户安装的计算机程序代码的任何通用计算制品(例如，个人计算机、服务器、手持式装置等)。然而，将理解，计算装置104和检查系统106仅代表可执行本公开内容的各种过程步骤的各种可能的等同计算装置。为此，在其它实施例中，计算装置104可包括包含用于执行特定功能的硬件和/或计算机程序代码的任何专用计算制品、包括专用和通用硬件/软件的组合的任何计算制品，等。在各个情况中，程序代码和硬件可分别使用标准编程和工程技术来产生。
类似地，计算机基础架构102仅示出了用于实施本公开内容的计算机基础架构的各种类型。例如，在一个实施例中，计算机基础架构102包括两个或更多个计算装置(例如，服务器群集)，其在任何类型的有线和/或无线通信链路(诸如网络、共享存储器等)上通信，以执行本公开内容的各种过程步骤。当通信链路包括网络时，网络可包括一个或更多个类型的网络(例如，因特网、广域网、局域网、虚拟专用网络等)的任何组合。网络适配器也可联接到系统上来允许数据处理系统变为经由介入的专用或公共网络联接到其它数据处理系统或远程打印机或储存装置上。调制解调器、有线调制解调器和以太网卡仅是目前可用的网络适配器类型中的一些。然而，计算装置之间的通信可使用各种类型的传输技术的任何组合。
如前文所述和下文进一步所述，检查系统106允许计算基础架构102虚拟地检查例如涡轮机的叶片级。为此，检查系统106示为包括一定数目的模块124。本文大体上论述了这些模块中的各个的操作。然而，应当理解，图1中所示的各种系统中的一些可独立地实施、组合和/或储存在存储器中，以用于包括在计算机基础架构102中的一个或更多个单独的计算装置。此外，还将理解，一些系统和/或功能可不实施，或附加的系统和/或功能可被包括为环境100的一部分。
环境100还可包括数字化的装置130，以用于通过数字化来创建叶片级的各个叶片的护罩134的三维(3D)模型132(储存系统122中所示)。如本文中所使用的，"数字化"包括创建零件的至少一部分的三维坐标的任何现在已知或以后开发的方法。数字化装置130可包括机械设备，诸如使用轨迹末端、量规或指示器的那些，或铰接臂，或可包括光学系统，诸如使用摄影测量技术或激光扫描仪或跟踪器或位移传感器或其它结构光或相机的那些。在任何情况下，数字化创建了三维空间中的很多坐标，使得3D模型132在显示器上采用网格形式。各个护罩134均可与相应转子轮分开且独立于其它护罩在分解状态中数字化。任何适合的夹具可用于在数字化期间以一致的方式支持和保持各个护罩。尽管图1示为包括用于数字化护罩134的数字化装置130，但将理解，本公开内容的实施例寻求通过使用数字化装置数字化来"获得"叶片级的各个叶片的护罩的三维模型。因此，将理解，方法的实施例可使用3D模型132，其并未直接生成，而是从执行数字化的第三方获得。当数据未通过数字化装置130直接生成时，将理解，另一个系统/构件可与所示系统/构件分开实施，其生成3D模型132，且将该3D模型132提供至检查系统106/或储存数据来由系统存取。在此方面，如所述的各种系统和构件可"获得"数据，如护罩的3D模型132等。将理解，可使用任何解决方案获得对应的数据。例如，对应系统/构件可从一个或更多个数据储存器(例如，数据库)取得数据，或从另一个系统/构件接收数据，和/或类似的。
参看图2，示出了叶片140的护罩134的示范性3D模型132。3D模型132示出了在护罩134的第一周向端144处的硬面142的第一硬面平面D1，以及在相对的第二周向端148处的第二硬面146的第二硬面平面D2。如本领域理解的那样，叶片140沿平行于转子轴线(未示出)的轴向方向x滑入转子轮，以及相邻叶片140沿硬面142和146匹配。如所述，3D模型132可使用数字化装置130(图1)获得，数字化装置130可包括机械设备，诸如使用跟踪末端的那些，或可包括光学系统，诸如使用激光扫描仪或其它结构光的那些。图3示出了来自3D光扫描仪创建的结构光装置的形式的数字化装置的绘制，3D光扫描仪诸如但不限于：从GOM GmbH获得的ATOS工业3D扫描仪，或从Carl Zeiss Optotechnik GmbH获得的Steinbichler COMETL3D扫描仪。
继续参看图2-7，检查系统106(图1)取得叶片级的各个叶片140的护罩134的3D模型132中的各个护罩的多个参考点的几何位置数据。在图2-7中，x轴线平行于转子轴线(未示出)延伸，y轴线沿转子轴线侧向的第一径向方向延伸，且z轴线沿从转子轴线竖直的第二径向方向延伸(见图注)。
在如图2中所示的一个实施例中，几何位置数据可包括来自3D模型132的各个护罩134的(多个)硬面平面D1,D2的参考点。取得几何位置数据可包括例如识别空间中的各个硬面平面D1,D2的x,y和z坐标。因此，在图2中，各个硬面平面D1,D2包括三维空间中的一定数目的数据点，使得可确保最佳拟合平面。在硬面142,146的图3的放大端视图中所示的另一个实施例中，检查系统106可通过沿空间中的各个护罩134的硬面142,146(硬面平面D1,D2)识别多个竖直参考点(例如，147A-C)的x,y和z坐标来取得几何位置数据。当各个叶片134在数字化期间以与每两个叶片相同的方式固定在支座或支承件中时，x,y,z坐标共享公共原点作为参考点。取得还可包括识别空间中的各个硬面平面D1,D2的复合角定向α(图2)(仅示出一个)。因此，取得提供了各个硬面平面D1,D2关于公共参考点的几何位置数据。
参看图4-7，在例如识别到变形的其它实施例中，仅可取得特定参考点。例如，如图4中所示，为了如将在本文描述用于识别轴向变形，检查系统106可通过分别识别空间中的各对相邻护罩134A,134B的(分别硬面142,146的)硬面平面D1,D2的一对对应轴向参考点170,172的x坐标来取得几何位置数据。x坐标可与关于图2取得的那些相同或不同。在图5和6中所示的另一个实例中，为了如将在本文描述用于识别径向变形，检查系统106可通过针对空间中的各个护罩134A,134B识别选择的径向点的z坐标来取得几何位置数据。如图5中所示，选择的径向点(z坐标)可分别是硬面平面D1,D2的最外径向点174,176，或如图6中所示，选择的径向点(z坐标)可分别为硬面平面D1,D2的最内径向点178,180。在图5中，最外径向点在从护罩134A,134B的面向外的表面186延伸的半肋183的最外表面上。z坐标可与关于图2取得的那些相同或不同。在如图7中所示的又一个实例中，检查系统106可通过识别空间中的各个护罩134的一对x坐标参考点182,184来取得几何位置数据。在该实例中，x坐标参考点182,184在从护罩134的面向外的表面186延伸的半肋183上。本文将更详细描述(多个)参考点的取得的各个实施例的使用。
如图8中所示，检查系统106(图1)基于各个叶片的几何位置数据(图2)和叶片级154的已知大小生成叶片级154的护罩152(以框表示出两个)的三维(3D)虚拟绘制150。3D虚拟绘制150的生成可包括基于叶片级154的护罩半径R关于公共轴线(例如，y轴线)沿径向定位各个护罩152。在一个实施例中，绘制可包括基于叶片级154的护罩半径R关于公共轴线(例如，y轴线)沿径向定位至少各个硬面平面D1,D2(图8中共同表示为156的一对，但针对各个叶片产生)。护罩半径R是叶片级154的已知大小，护罩152(叶片级154的叶片)的特定z轴线偏移可在叶片级154上定位在3D虚拟绘制150中，例如，图8中从中心处的X,Y,Z坐标到工作x,y,z坐标。此外，生成可包括取决于叶片级150中的叶片数目，使用间距来围绕公共轴线(例如，y轴线)沿周向定位各个硬面平面D1,D2(图4)。周向定位可包括将各个叶片152指定等于360°除以叶片级154中的叶片数目的时钟角β。在所示实例中，提供了92个叶片，所以时钟角β或周向间距是3.91°；其它角将用于不同数目的叶片。如本文中所使用的，"绘制"示为出于描述目的创建虚拟图像。然而，将强调，绘制不一定需要创建图像，且可包括任何电子呈现。
图9示出了如本文将描述的扩展的硬面平面D1,D2的实例的径向内侧视图和放大视图。扩展的硬面平面也针对各个护罩152在图8中共同示为标号156。
图10和11示出了硬面平面D1,D2的扩大示意图的两个实例，其共同针对各个护罩152示为图8和9中的标号156。在实例中，硬面平面D1是前缘平面，且硬面平面D2是后缘平面。图10示出了接触间隙CG存在的情形，且图11示出了没有间隙存在的过盈情形，这是如本文在别处限定的接触间隙超限的一个实例。因此，3D虚拟绘制150(图3)包括叶片级154(图3)中的所有护罩152(图3)的相邻护罩之间的接触间隙CG(在存在时)的绘制。因此，3D虚拟绘制150提供了叶片级154的虚拟模型，而不必将各个叶片实际投入转子轮上的位置，因此减少了评估护罩修理工作所需的时间和劳动。还如图10和11中所示，生成还可包括计算到各个硬面平面D1,D2的单位法向量(UNV)，其指出了垂直于各个平面的方向。单位法向量的功能将在本文中描述。
检查系统106还可使用3D虚拟绘制150(图8)来执行叶片级154(图8)(包括其特定(虚拟)护罩154)的多种检查步骤。具体而言，检查系统106可(如本文将描述的)识别轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者。
在一个实施例中，关于识别接触间隙超限，如图12和13中所示，检查可包括：沿单位法向量(UNV)方向扩展各个硬面平面D1,D2。"接触角超限"可包括最小或最大接触间隙不是如指定那样的任何情形，例如，过盈存在或过大的间隙存在的情况下。如图12和13中所示，扩展导致了分别从各个相应平面D1,D2垂直地凸出的矩形形状160,162。基于扩展，检查系统106可响应于相邻护罩过盈(即，接触间隙超限)的扩展硬面平面160,162来识别如图13中所示的相邻护罩之间的过盈。相比之下，在图12中，由于硬面平面D1,D2的扩展硬面平面160,162分别不相交，故未识别到过盈。检查可针对3D虚拟绘制150(图8)中的各对相邻护罩152(图8)进行，因此消除了对物理检查各个接触间隙的需要。在取得多个竖直参考点147A-C(图4)的情况下，上述过程可在各个竖直点重复，因此沿硬面平面D1,D2的竖直范围检查各种接触间隙超限(即，交叉)。
在另一个实施例中，检查系统106可测量3D虚拟绘制150(图8)中的各对相邻叶片152(图8)的硬面平面D1,D2之间的接触间隙CG(图10)。测量可以以许多方式使用。在一个实施例中，检查系统106可使用测得的接触间隙来识别接触间隙之间的最小接触间隙，且然后确定最小接触间隙是否超过阈值。例如，如果没有独立接触间隙可能小于某一大小，则该过程将识别哪对护罩152不符合。类似地，检查系统106可使用测得的接触间隙来识别接触间隙之间的最大接触间隙，且然后确定最大接触间隙是否超过阈值。例如，如果没有独立接触间隙可能大于某一大小，则该过程将识别哪对护罩152不符合。
在另一个实施例中，在识别各个硬面平面D1,D2上的多个竖直参考点147A-C(图4)的情况下，检查系统106可测量多个竖直参考点147A-C(图4)中的各个处的三维虚拟绘制中的各对相邻叶片的硬面平面D1,D2之间的接触间隙。即，对于各对相邻护罩134A,134B，测量了多个接触间隙。在本例中，可识别多个竖直参考点中的各处的接触间隙中的最小(或最大)接触间隙，且可通过确定最小(或最大接触间隙)是否大于阈值来识别如本文提到的接触间隙超限。如所述，接触间隙超限可包括最小或最大接触间隙不如指定那样的任何情形。此外，在另一个实施例中，不论是否测量单个或许多接触间隙，检查系统106都可通过对接触间隙求和来计算累积的接触间隙。即，对于所有护罩对，接触间隙的和可求和。在识别各对中的一个以上的接触间隙的情况下，求和可穿过相同竖直位置处的那些接触间隙(例如，对于点147A处的所有间隙)，或可穿过所有接触间隙(例如，对于点147A-C处的所有间隙)累积。在任何情况下，累积的接触间隙都可用于确定累积接触间隙是否超过阈值，这可指出需要修理或改造。
硬面平面D1,D2和护罩134的其它特征的角定向也可使用3D虚拟绘制150(图8)来评估。在一个实施例中，参看图7，基于识别的x坐标182,184，检查系统106可通过测量其各对x坐标182,184关于各个x坐标的预期位置的在空间中的转移来测量空间中的各个护罩134的扭转量γ(使用基本几何计算)。即，通过测量距离，各个x坐标参考点182,184从预期位置(储存在系统100的存储器中)移动，可识别护罩134的扭转量γ。基于单独超过阈值(例如，1°)的一个或更多个扭转量γ，检查系统106可确定存在扭转变形，需要包括扭转的一个或更多个护罩134的替换或修理。尽管图7中的护罩134已经示为沿特定方向扭转，例如，反时针，但扭转可沿相反方向发生，即，顺时针。
在另一个实施例中，轴向和/或径向变形可使用3D虚拟绘制150(图8)识别。
参看图4，轴向变形可包括在大体上轴向(x)方向上的成对相邻护罩134A,134B的硬面平面D1,D2没有重叠或较少重叠。如图所示，轴向方向可并非与x轴线完美对准。为了识别轴向变形，检查系统106可基于成对对应轴向参考点170,172的x坐标来测量3D虚拟绘制132中的各对相邻叶片134A,134B的硬面平面D1,D2之间的轴向重叠(AO)。即，获知硬面142上的点170和硬面144上的点172处的x坐标的取得位置，轴向重叠(AO)可例如使用简单几何计算来测量。一旦获知轴向重叠(AO)，则检查系统106可通过确定一个或更多个轴向重叠是否单独超过阈值(例如，2cm)来识别轴向变形。在另一个实施例中，测量轴向重叠(AO)的检查系统106可包括计算轴向区域重叠，即，重叠的各个硬面平面D1,D2的区域的百分比。即，获知点170,172和各个硬面平面D1,D2的区域(例如，图3中的阴影区域)，则检查系统106可计算轴向区域重叠的量。各个硬面平面D1,D2的区域范围(图3中的阴影区域)可以以用户期望的任何一致的方式确定，例如，平面或其一些子区域的倒置的T形。检查系统106然后可通过确定一个或更多个轴向区域重叠是否超过阈值(例如，50%)来确定轴向变形存在。
参看图5和6，径向变形可包括径向(z)方向上的成对相邻护罩134A,134B的硬面平面D1,D2没有重叠或重叠太小。为了识别径向变形，检查系统106可基于成对对应轴向参考点(即，最外径向点174,176(图5)或最内径向点178,180(图6))来测量3D虚拟绘制132中的各对相邻叶片134A,134B之间的径向转移(RS)。即，获知例如护罩134A上的点174和护罩134B上的点176处的z坐标的取得位置，径向转移(RS)可使用简单几何计算来测量。一旦知道径向转移(RS)，则检查系统106可通过确定一个或更多个径向转移(RS)(见图5)是否单独超过阈值(例如，1cm)来识别径向变形。在另一个实施例中，测量径向转移(RS)的检查系统106可包括计算径向区域重叠，即，径向重叠的各个硬面平面D1,D2区域的百分比。即，获知点174,176(或178,180)和各个硬面平面D1,D2的区域(例如，图3的阴影区域)，检查系统106可计算径向区域重叠的量。各个硬面平面D1,D2(图4)的区域范围可以以用户期望的任何一致方式确定。检查系统106然后可通过确定一个或更多个轴向区域重叠是否超过阈值(例如，50%)来确定径向变形存在。
不论识别到的护罩瑕疵的形式，基于由检查系统106执行的检查，操作者可修改至少一个叶片140来至少减小轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者。可能需要的一个或更多个叶片的任何修改都可基于来自检查系统106的结果执行。修改可包括任何现在已知或以后形成的变化，诸如替换、除去或添加硬面142,146或护罩134的其它部分的材料，以例如修改接触间隙距离和/或角、径向或轴向定位、扭转等。此外，特定的护罩134可使它们的位置在特定叶片级内变化。例如，参看图8，基于3D虚拟绘制的叶片级内的至少一个叶片的周向位置可变化。如本领域已知，叶片级通常经历重量平衡，以确保叶片级在重量上平衡，以例如防止非期望的振动。
一旦通过检查系统106改变(虚拟地)叶片的周向位置，则系统可确保改正的叶片级的重量平衡不会超过(不平衡)阈值，这可取决于许多因素(诸如涡轮尺寸)而变化。在一个非限制性实例中，特定的重量平衡可范围从60到66克毫米。该过程可由检查系统106执行来以常规方式验证叶片级不会超过不平衡阈值。在任何情况下，一旦做出修改来确保叶片140在再使用之前正确修理和定位，则检查系统106可重复地使用，且达到本文所述的任何瑕疵的最佳结果。
本文所述的检查系统106和相关方法和软件允许了各种物理特征的特征化，以改善叶片接合和减小潜在寿命缩短，且有助于确保叶片正确组装。还消除了对耗时且劳动强度大的硬固定和相关物理测量技术的需要。
如将由本领域技术人员认识的，本公开内容的实施例可实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开内容可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例(可在本文中大体上全都被称为“电路”、“模块”或“系统”)的形式。此外，本公开内容可采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品实施在具有计算机可用程序代码(实施在介质中)的任何有形的表达介质中。
可利用一个或更多个非暂时性计算机可用或计算机可读介质的任何组合。计算机可用或计算机可读介质可为例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体的系统、设备、装置，或传播介质。计算机可读介质的更具体的实例(非详尽列表)将包括以下：具有一个或更多个导线的电连接部、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、传输介质(如支持互联网或内联网的那些)，或磁存储装置。注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可为纸或在其上打印程序的另一合适的介质，因为程序可经由例如纸或其它介质的光学扫描被电子捕获，接着被编译，解释或以其它方式以合适的方式处理，并且接着存储在计算机存储器中。在本文档的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可为任何介质，其可包含，存储，通信，传播或传输程序，该程序用于由指令执行系统、设备或装置使用或者结合它们使用。计算机可用介质可包括传播的数据信号，其中计算机可用程序代码随其实施在基带中或者作为载波的部分实施。计算机可用程序代码可使用任何适当的介质来传输，该任何适当的介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等。
用于执行本公开内容的操作的计算机程序代码可以以一种或更多种编程语言的任何组合来编写，该编程语言包括面向对象的编程语言(如Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(如“C”编程语言)或类似的编程语言。程序代码可完全在用户的计算机上执行，部分在用户的计算机上执行，作为独立的软件包，部分在用户的计算机上执行，并且部分在远程计算机上执行，或者全部在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接于用户的计算机，或者可连接于外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。
本公开内容在本文中参照根据本公开内容的实施例的方法、设备(系统)以及计算机程序产品的流程图和/或框图来描述。将理解的是，流程图和/或框图中的各个框以及流程图和/或框图中的框的组合可由计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器，以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建了手段，该手段用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
这些计算机程序指令还可存储在计算机可读介质中，该这些计算机程序指令可指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令手段的制造物品，该指令手段实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其它可编程设备上执行，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。
附图中的流程图和框图示出了根据本公开内容的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在此方面，流程图或框图中的各个框可代表模块、节段或代码部分，其包括用于实施(多个)指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当注意的是，在一些备选实施方式中，框图中指出的功能可不以图中指出的顺序发生。例如，取决于涉及的功能，相继示出的两个框实际上可大致同时执行，或框有时可以以相反顺序执行。还将注意的是，框图和/或流程图中的各个框，以及框图和/或流程图中的框的组合可由特殊目的的基于硬件的系统实施，该系统执行指定的功能或动作，或特殊目的的硬件和计算机指令的组合。
附图示出了根据本公开内容的若干实施例相关联的一些处理。在此方面，一系列图中的各个附图呈现出了与所述方法的实施例相关联的过程。还应当注意的是，在一些备选实施例中，附图或框中提到的动作可不同于附图中提到的顺序发生，或例如实际上可取决于涉及的动作大致同时或以相反顺序执行。另外，本领域的普通技术人员将认识到可添加描述处理的附加的框。
本文所述的用语用于仅描述特定实施例的目地，且不旨在限制本公开内容。如本文中所使用的，单数形式"一"、"一种"和"该"旨在也包括复数形式，除非向下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语"包括"和/或"包含"在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。
所附权利要求中的所有器件或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合如明确要求权利的其它要求权利的元件执行功能的任何结构、材料或动作。本公开内容的描述出于图示和描述的目的提出，但不旨在为详尽的或者将本公开内容限于公开的形式。许多改型和变型将对本领域技术人员而言为显而易见的而并未脱离本公开的范围和精神。对于如适于构想的特定使用的具有各种改型的各种实施例，实施例选择和描述成以便最佳地阐释本公开内容的原理和实际应用，并且使得本领域技术人员能够理解本公开内容。

Claims (13)

1.一种虚拟地检查叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)的计算机化的方法，所述叶片级(154)具有已知大小，所述方法包括：
在计算机系统中：
从通过使用数字化装置(130)数字化来创建的所述叶片级(154)的各个叶片(140)的护罩(134,134A,134B,152)的三维模型(132)取得各个护罩(134,134A,134B,152)的多个参考点的几何位置数据；
基于所述几何位置数据和所述叶片级(154)的所述已知大小生成所述叶片级(154)的所述护罩(134,134A,134B,152)的三维虚拟绘制(150)，所述三维虚拟绘制(150)包括各个护罩(134,134A,134B,152)的所述多个参考点的绘制，其中所述生成包括：
基于所述叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩(134,134A,134B,152)，以及
取决于所述叶片级(154)中的叶片(140)的数目，使用间距来围绕所述公共轴线沿周向定位各个护罩(134,134A,134B,152)；以及
使用所述三维虚拟绘制(150)检查所述叶片级(154),
其中所述取得所述几何位置数据包括：
识别空间中的各对相邻护罩(134,134A,134B,152)的硬面平面(160,162)的一对对应轴向参考点(170,172)的x坐标(182,184)；以及
其中所述检查包括：
基于所述一对对应轴向参考点(170,172)的所述x坐标(182,184)测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的硬面平面(160,162)之间的轴向重叠，以及
通过确定轴向重叠是否单独超过阈值来识别轴向变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检查包括：
识别轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者，以及
还包括修改至少一个叶片(140)来至少减小所述轴向变形、所述径向变形、所述扭转变形和所述接触间隙超限中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量所述轴向重叠包括计算轴向区域重叠，以及所述确定包括确定轴向区域重叠是否超过阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取得所述几何位置数据包括：
对于空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)，识别选自由硬面平面(160,162)的最外径向点(174,176)和所述硬面平面(160,162)的最内径向点(178,180)构成的集合的所选径向点的z坐标；以及
其中所述检查包括：
测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的所述所选径向点之间的径向转移，以及
通过确定一个或更多个径向转移是否单独超过阈值来识别径向变形。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测量所述径向转移包括计算径向区域重叠，以及所述确定包括确定径向区域重叠是否单独超过阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取得所述几何位置数据包括：识别空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)的一对x坐标(182,184)；以及
其中所述检查包括：
通过测量各个护罩(134,134A,134B,152)的所述一对x坐标(182,184)中的各个关于各个x坐标(182,184)的预期位置的在空间中的转移来测量各个护罩(134,134A,134B,152)在空间中的扭转量，以及
通过确定一个或更多个扭转量是否单独超过阈值来识别扭转变形。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取得所述几何位置数据包括：
沿空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)的硬面平面(160,162)识别多个竖直参考点(147A-C)的x，y和z坐标，以及
识别空间中的各个硬面平面(160,162)的角定向；以及
其中所述检查包括：
测量各个硬面平面上的所述多个竖直参考点(147A-C)的各个处的所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的硬面平面(160,162)之间的接触间隙，
识别所述多个竖直参考点(147A-C)的各个处的接触间隙之中的最小接触间隙；以及
通过确定所述最小接触间隙是否超过阈值来识别接触间隙超限。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述检查来改变所述叶片级(154)的所述护罩(134,134A,134B,152)的所述三维虚拟绘制(150)内的所述叶片级(154)内的至少一个叶片(140)的周向位置；以及
确保所述叶片级(154)的重量矩平衡未超过阈值。
9.一种用于虚拟地检查叶片级(154)的系统，所述叶片级(154)具有已知大小，所述系统包括：
计算机系统，其包括配置成执行以下过程的至少一个模块：
从通过使用数字化装置(130)数字化来创建的所述叶片级(154)的各个叶片(140)的护罩(134,134A,134B,152)的三维模型(132)取得各个护罩(134,134A,134B,152)的多个参考点的几何位置数据；
基于所述几何位置数据和所述叶片级(154)的所述已知大小生成所述叶片级(154)的所述护罩(134,134A,134B,152)的三维虚拟绘制(150)，所述三维虚拟绘制(150)包括各个护罩(134,134A,134B,152)的所述多个参考点的绘制，其中所述生成包括：
基于所述叶片级(154)的护罩(134,134A,134B,152)半径关于公共轴线沿径向定位各个护罩(134,134A,134B,152)，以及
取决于所述叶片级(154)中的叶片(140)的数目，使用间距来围绕所述公共轴线沿周向定位各个护罩(134,134A,134B,152)；以及
使用所述三维虚拟绘制(150)检查所述叶片级(154)，
其中所述取得所述几何位置数据包括：
识别空间中的各对相邻护罩(134,134A,134B,152)的硬面平面(160,162)的一对对应轴向参考点(170,172)的x坐标(182,184)；以及
其中所述检查包括：
基于所述一对对应轴向参考点(170,172)的所述x坐标(182,184)测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的硬面平面(160,162)之间的轴向重叠，以及
通过确定轴向重叠是否单独超过阈值来识别轴向变形。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述检查包括：
识别轴向变形、径向变形、扭转变形和接触间隙超限中的至少一者，以及
还包括修改至少一个叶片(140)来至少减小所述轴向变形、所述径向变形、所述扭转变形和所述接触间隙超限中的至少一者。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述测量所述轴向重叠包括计算轴向区域重叠，以及所述确定包括确定一个或更多个轴向区域重叠是否超过阈值。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述取得所述几何位置数据包括：
对于空间中的各个护罩(134,134A,134B,152)，识别选自由硬面平面(160,162)的最外径向点(174,176)和所述硬面平面(160,162)的最内径向点(178,180)构成的集合的所选径向点的z坐标；以及
其中所述检查包括：
测量所述三维虚拟绘制(150)中的各对相邻叶片(140)的所述所选径向点之间的径向转移，以及
通过确定一个或更多个径向转移是否单独超过阈值来识别径向变形。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述测量所述径向转移包括计算径向区域重叠，以及所述确定包括确定径向区域重叠是否单独超过阈值。
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