CN111811446A - 涡轮机的计测方法以及计测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮机的计测方法以及计测系统，能够抑制计测时间的延长且确保不会脱离计测对象物的形状的特征的适当的计测精度。在具备舱室(100、200)的涡轮机中，以基于凸缘部(20、21、30、31)的长边方向中的全长L、连结凸缘部(20、21、30、31)的螺栓的根数N、凸缘部(20、21、30、31)的长边方向中的螺栓的间隔而确定的计测间隔M沿长边方向计测舱室(100、200)的凸缘面(3、4、13、14)的凹凸。

Description

涡轮机的计测方法以及计测系统
技术领域
本发明涉及涡轮机的计测方法以及计测系统。
背景技术
一般来说，涡轮机的舱室(内部以及外部舱室)被分割为一分为二形状的上半舱室以及下半舱室，用螺栓连接结上半舱室以及下半舱室的凸缘部而构成。在舱室内收纳构成静止体的隔板等、构成相对于静止体旋转的旋转体的涡轮机转子等。
在涡轮机的定期检车、性能改善施工中，将上半舱室与下半舱室分离进行作业，在结束作业之后进行组装作业，例如在通过更换密封翅片等缩小涡轮机转子与密封翅片的间隙而抑制通过间隙的蒸气(动作流体)的量的性能改善施工中的组装作业中，需要以不会产生涡轮机转子与密封翅片的接触的方式严密地进行间隙的管理。
另一方面，由于在高温高压下长时间运转的涡轮机的舱室等中会发生塑性变形，因此需要准确地预测组装作业中的舱室以及内置部件的调整量。在调整量的预测中需要紧固已变形的舱室的凸缘部的水平面时的移动量，在求出该移动量中需要准确地计测舱室的凸缘面的变形量。
作为这样的涡轮的计测的技术，例如在专利文献1中公开了三维尺寸测定方法，主要具备：第一步骤，在测定由平面、圆筒、曲面构成的计测对象的尺寸时，通过非接触式三维测定仪测定整体形状，生成整体形状的三维形状数据；第二步骤，将计测对象分割为平面、圆筒、曲面部并用激光跟踪式非接触测定仪与激光跟踪式接触测定仪测定；第三步骤，基于在上述第二步骤中从激光跟踪式非接触测定仪中获得的数据生成曲面部的三维形状数据；第四步骤，基于在上述第二步骤中从激光跟踪式接触测定仪中获得的数据计算平面以及圆筒；第五步骤，接受通过手动计测得到的主要部分尺寸的输入；第六步骤，将在上述第一、第二、第三、第四以及第五步骤中获得的数据合成；以及第七步骤，基于在该第六步骤中获得的数据制作设计数据的第七步骤。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2013-32922号公报
在上述现有技术中，使用激光跟踪式非接触三维测定仪与激光跟踪式接触测定仪进行作为计测对象的涡轮机的舱室等的计测。可是，例如在进行使用激光扫描等技术的非接触测定的情况下，由于在上半舱室与下半舱室的利用螺栓的连结部上有舱室螺栓等的障碍物，因此会受到障碍物的阴影、因光面而引起的反射、照明与阳光等的外部因素影响而存在降低计测精度的可能性。另外，在进行接触测定的情况下，为了确保基于计测结果而掌握的测定对象物的形状的精度，需要在更多的计测点上进行计测，计测点的增加会引起计测时间的增加，由计测时间的延长而引起的工时费增加、伴随工程延迟的施工延迟会引起耗电量的大量增加。另一方面，由于计测点的无准备的削减会引起精度的降低，因此在计测点的设定上需要考虑计测精度与计测时间两者。
发明内容
本发明是鉴于上述问题的内容，其目的在于提供一种能够抑制计测时间的延长且确保不脱离计测对象物的形状的特征的适宜的计测精度的涡轮机的计测方法以及计测系统。
本申请包括多个解决上述课题的方案，如果举出其中一例为在具备利用螺栓连结上半舱室和下半舱室的各自的凸缘部而构成的舱室、被收纳于上述舱室的内部的静止体、被收纳于上述舱室的内部并相对于上述静止体旋转的旋转体的涡轮机的计测方法中，以基于上述凸缘部的长边方向中的全长、连结上述凸缘部的螺栓的根数、上述凸缘部的长边方向中的上述螺栓的间隔预先确定的计测间隔沿长边方向计测被分解为上述上半舱室和上述下半舱室的状态下的上述舱室的凸缘部的相互的接触面的凹凸。
本发明的效果如下。
根据本发明能够提供一种抑制计测时间的延长且确保不脱离计测对象物的形状的特征的适当的计测精度。
附图说明
图1是表示将作为涡轮机的一例表示的蒸汽涡轮机的外部舱室分解为下半外部舱室与上半外部舱室的情况的立体图。
图2是表示将蒸汽涡轮机的内部舱室分解为下半内部舱室与上半内部舱室的情况的图。
图3是概略性地表示计测系统的整体结构的图。
图4是表示计测处理的处理顺序的流程图。
图5是模式化地表示内部舱室的凸缘部的剖视图。
图6是将内部舱室的凸缘部抽出表示的俯视图。
图7是关于下半内部舱室的凸缘面的计测方法进行说明的图。
图8是将下半内部舱室的一部分抽出并详细地表示的图。
图9是将使用现有技术的情况的凸缘面的计测结果一例作为比较例表示的图。
图10是表示本实施方式中的凸缘面的计测结果的一例的图。
图11是表示舱室内部中的蒸气的流动的一例的图。
图12是表示凸缘面的计测结果的一例的图。
图13是表示凸缘面的计测结果的一例的图。
图14是模式化地表示没有凸缘面的宽度方向的位移的状态下的垂直于下半内部舱室的长边方向的面中的剖面的图。
图15是模式化地表示凸缘面向宽度方向的内侧倾斜的状态下的垂直于下半内部舱室的长边方向的面中的剖面的图。
图16是模式化地表示凸缘面向宽度方向的外侧倾斜的状态下的垂直于下半内部舱室的长边方向的面中的剖面的图。
图中：1—下半外部舱室，2—上半外部舱室、3、4—凸缘面，5、9—螺栓孔，11—下半内部舱室，12—上半内部舱室，13、14—凸缘面，15、19—螺栓孔，20、21、30、31—凸缘部，32—凸部，33—凹部，100—外部舱室，200—内部舱室，300—计测系统，301—点探针，301a—探针主体，301b—探针部件，302—探针位置检测装置，303—控制装置，304—扬声器，312—激光光束。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式参照附图进行说明。
＜第一实施方式＞
参照图1～图9说明本发明的第一实施方式。
图1是表示将作为涡轮机的一例的蒸汽涡轮机的外部舱室分解为下半外部舱室与上半外部舱室的情况的立体图。另外，图2是表示将蒸汽涡轮机的内部舱室分解为下半内部舱室与上半内部舱室的情况的图。
蒸汽涡轮机省略图示，但在用螺栓连结下半舱室(下半外部舱室1、下半内部舱室11)与上半舱室(上半外部舱室2、上半内部舱室12)的各自的凸缘部20、21、30、31而形成的外部舱室100与内部舱室200的内部收纳由转子等构成的旋转体、由包括隔膜板、叶片环、垫圈、填密环等形成的翼环等构成的静止体而构成。并且，在静止体的一部分上也有设置于外部舱室100、内部舱室200的外部的部件。
外部舱室100在以下半外部舱室1的凸缘部20的上侧的凸缘面3与上半外部舱室2的凸缘部21的下侧的凸缘面4对置的方式抵接并配合的状态下调整相互的位置，通过用紧固螺栓借助于分别设置于下半外部舱室1与上半外部舱室2的凸缘部20、21的螺栓孔5、9紧固而形成。
同样，内部舱室200在以下半内部舱室11的凸缘部30的上侧的凸缘面13与上半内部舱室12的凸缘部31的下侧的凸缘面14对置的方式抵接并配合的状态下调整相互的位置，通过用紧固螺栓借助于分别设置于下半内部舱室11与上半内部舱室12的凸缘部30、31的螺栓孔15、19紧固而形成。
为了准确且顺利地实施这样的涡轮机(蒸汽涡轮机)的组装作业，需要实施将调整为正确位置的旋转体作为基准计测并调整外部舱室100以及内部舱室200中的静止体的位置的作业(校准作业)。可是，运转恒定期间的蒸汽涡轮机存在外部舱室100以及内部舱室200因蠕变等的影响而在凸缘面3、4、13、14上产生变形的的情况。
图5是模式化地表示内部舱室的凸缘部的剖视图。另外，图6是将内部舱室的凸缘部抽出表示的俯视图。
如图5以及图6所示，在运转恒定期间的蒸汽涡轮机中，会存在在用紧固螺栓紧固下半内部舱室11、上半内部舱室12的凸缘部30、31时在对置接触的凸缘面13、14上因蠕变等的影响相对于制造时的平面形状(设计形状)产生如凸状的部分(凸部32)、凹状的部分(凹部33)等的变形的情况。关于外部舱室100的下半外部舱室1、上半外部舱室2也可以说为相同的情况。
在这样的外部舱室100、内部舱室200的校准作业中，需要分别计测相互接触的凸缘面3、4、13、14的面形状并基于计测结果预测因凸缘面3、4、13、14的变形而导致的舱室的变形量而计算静止体等的位置的适当的调整量。
在此，关于本实施方式的计测方法的基本原理进行说明。
图7是关于下半内部舱室的凸缘面的计测方法进行说明的图。
并且，在本实施方式中，关于外部舱室100以及内部舱室200中的凸缘面3、4、13、14中、下半内部舱室11的凸缘面13进行说明，其他的凸缘面3、4、14也可适用同样的计测方法。
如图7所示，在本实施方式中，基于凸缘部30的长边方向中的全长L、连结凸缘部30的螺栓根数(螺栓孔15的数量)N、凸缘部30的长边方向中的螺栓的间隔(最大间距Pma、最小间距Pmi)预先求出下述(式1)所示的计测间隔M，以该计测间隔M以下的间隔沿长边方向例如关于下半内部舱室11中的内侧与外侧计测凸缘面13。
M＝(L/N)×(Pmi/Pma)···(式1)
上述的(式1)是鉴于受计测时间影响的计测点数的抑制与受计测精度影响的计测点数的增加而实验性、经验性地求出的公式，通过基于(式1)进行凸缘面13的计测，能够抑制计测时间的延长、且确保不会脱离计测对象物的形状特征的适当的计测精度。
图3是概略性地表示本实施方式的计测系统的整体构成的图。
在图3中，计测系统300是使用于凸缘面3、4、13、14的计测的系统，具备：点探针301，其具有探针主体301a以及在探针主体301a上固定基端并使前端与计测对象物(舱室1、2、11、12的各凸缘面3、4、13、14)接触的棒状的探针部件301b、检测包括舱室1、2、11、12而预先确定的坐标系中的点探针301的位置以及方向的探针位置检测装置302、基于来自探针位置检测装置302的检测结果计算探针部件301b的前端的坐标系中的位置的控制装置303。
计测系统300例如采用通过利用激光312检测点探针301的位置以及方向而计测探针部件301b的前端的位置的方式，通过利用激光跟踪系统即探针位置检测装置302正确地检测设置于探针主体301a的多个基准点的位置，能够特定预先设定的形状的探针部件301b的前端的坐标系中的位置。即，通过在使探针部件301b的前端与测定对象物的接触状态下获得前端的位置(坐标)，能够获得测定对象物的表面位置(坐标)。通过将探针部件301b更换为长度、形状不同的部件，更新使用于位置计算的探针部件301b的形状信息，能够进行更复杂的形状的对象物的计测。
控制装置303以在上述(式1)中计算的计测间隔M以下的间隔沿长边方向设定凸缘面13上的计测点(使探针部件301b的前端接触的位置)，并且总是计测探针主体301a的位置(即，探针部件301b的前端的位置)，在计测点与探针部件301b的前端的距离为预先确定的范围内的情况下，通过通知装置(例如，可以使用扬声器304、未图示的有线、无线连接的平板电脑、智能手表等)向点探针301的操作者(操作员)通知探针部件301b的前端靠近计测点。操作员在按照由通知装置进行的通知将探针部件301b的前端接触于计测对象物的表面(这里，与计测点同义)的状态下，例如，进行作为按下计测按钮的获取信息的契机的操作，进行测定对象物的表面形状(表面的位置坐标)的计测。
图4是表示计测处理的处理顺序的流程图。
如图4所示，首先，控制装置303基于上述(式1)计算计测间隔M(步骤S100)，基于计测间隔M在凸缘面13上沿长边方向设定计测点(步骤S110)。
接着，从探针位置检测装置302获得点探针301的位置以及方向的信息，计算并获得探针部件301b前端的位置坐标(步骤S120)，判断探针部件301b的前端是否位于距计测点预先确定的距离的范围内、即作为计测点能够允许的范围内(步骤S130)。
在步骤S130中的判断结果为是的情况下，通过通知装置向操作员通过可计测的信息(步骤S140)，若进行由操作员进行的计测处理、即在使探针部件301b的前端与计测对象物接触的状态下的位置坐标的获得处理(步骤S150)，则接着判断是否在全部的计测点中进行了计测处理(步骤S160)，在判断结果为是的情况下结束处理。
另外，在步骤S130中的判断结果为否的情况、或步骤S160中的判断结果为否的情况下，返回步骤S120的处理。
说明如以上构成的本实施方式中的效果。
图8是将下半内部舱室的一部分抽出详细地表示的图。
例如，在如现有技术使用激光跟踪式非接触三维计测仪、激光跟踪式接触测定仪进行作为计测对象的涡轮机的舱室等的计测的情况下，如图8所示，由于在凸缘部上具有连结螺栓等的障碍物而难以进行正确的计测。另外，在进行使用激光扫描等的技术的非接触测定的情况下还会有受到由障碍物的阴影、光泽面引起的反射、照明与阳光等的外部因素的影响，存在计测精度降低的可能性。另一方面，也会考虑使用接触测定仪、非接触计测仪、鉴于障碍物等的条件耗费时间而进行详细的计测，但计测时间的延长会导致工时费、耗电量的大量增加，作为计测精度提高的方法并不适合。
相对于此，在本实施方式中，在具备用螺栓连结上半舱室(上半外部舱室2、上半内部舱室12)和下半舱室(下半外部舱室1、下半内部舱室11)的各自的凸缘部20、21、30、31而构成的舱室(外部舱室100、内部舱室200)、收纳于舱室的内部的静止体、收纳于上述舱室的内部并相对于静止体旋转的旋转体的涡轮机中，由于以用基于凸缘部20、21、30、31的长边方向中的全长L、连结凸缘部20、21、30、31的螺栓的根数N、凸缘部20、21、30、31的长边方向中的螺栓的间隔(最小间距Pmi、最大间距Pma)在上述(式1)中预先确定的计测间隔M沿长边方向计测分解为上半舱室与上述下半舱室的状态的凸缘部20、21、30、31的相互的接触面(凸缘面3、4、13、14)的凹凸的方式构成，能够抑制计测时间的延长、且确保不脱离计测对象物的形状的特征的适当的计测精度。
图9以及图10是表示凸缘面的计测结果的一例的图，图9是将使用现有技术的情况的计测结果的一例作为比较例表示的图，图10是表示本实施方式中的计测结果的一例的图。
如图9所示，在广泛地取得计测点的间隔的情况下，虽然计测点的数量变少，但是会存在实际形状的垂直方向(Y方向)的位移量的峰值等、实际形状与计测结果相背离的部分，不能正确地捕捉计测对象物的形状的特征。
相对于此，如图10所示，在以基于上述(式1)求出的计测间隔M计测的情况下，能够抑制计测点的增加且能正确地捕捉计测对象物的形状的特征，能够抑制计测时间的延长且确保适当的计测精度。
＜第一实施方式的变形例＞
关于第一实施方式的变形例参照图11以及图12进行说明。
本变形例是在外部舱室100以及内部舱室200中以在预测为位移大的位置上计测间隔M更窄的方式进行加权的示例。
图11是表示舱室内部中的蒸气的流动的一例的图。另外，图12是表示凸缘面的计测结果的一例的图。
如图11所示，在内部舱室200中，在如暴露于高温蒸汽而变得高温的范围A中，如图12的范围B、范围C所示，相比较于温度更低的其他部分会存在凸缘面的位移变大的倾向。另外，在外部舱室100以及内部舱室200中，在有因配管而导致的约束、因伸出而导致的反作用力的影响的部位中，会有凸缘面的位移变得更大的倾向。因此，如下述的(式2)所示，在凸缘面的位移变大的倾向的部位中，导入如计测间隔M变小的权重变量Z。
M＝(L/N)×(Pmi/Pma)×Z···(式2)
权重变量Z例如是以基于部位温度进行变化的方式确定、或者以基于其他要素进行变化的方式确定的变量。
其他结构与第一实施方式相同。
在如以上构成的本变形例中也能够获得与第一实施方式相同的效果。
另外，由于以与对凸缘面的位移量施加影响的温度、其他因素对应地计算计测间隔M的方式构成，因此能够提高计测精度。
＜第二实施方式＞
参照图13～图16说明本发明的第二实施方式。
本实施方式是不但进行凸缘面长边方向的计测还进行宽度方向的计测的方式。
图13是表示凸缘面的计测结果的一例的图。另外，图14～图16是模式化地表示垂直于下半内部舱室的长边方向的面中的剖面的图。
如图13所示，在本实施方式中，是在如长边方向中的位置D、位置E那样的凸缘面的位移大的位置中在凸缘面的宽度方向上进行计测的方式。在凸缘面的位移量大的情况下会考虑凸缘面的宽度方向的位移的变化也会显著的情况。凸缘部在宽度方向上也存在位移的可能性，另外，其位移量预想会根据长边方向的位置而不同。另一方面，在沿长边方向计测凸缘面的情况下的位移量大的位置上，宽度方向的位移量大的可能性高。因此，在本实施方式中，在如长边方向中的位置D、位置E那样凸缘面的位移大的位置上，沿宽度方向进行凸缘面的计测。由此，与如图14所示的没有宽度方向的位移的情况比较，能够掌握变形为如图15所示的向内侧倾斜的形状、或变形为如图16所示的向外侧倾斜的形状，并且能够掌握其变形量(位移量)。
其他结构与第一实施方式相同。
即使在如以上构成的本实施方式中也能够得到与第一实施方式相同的效果。
另外，在考虑在宽度方向上观察凸缘面的情况下位移量沿宽度方向不同的位置上，由于以沿宽度方向计测凸缘面的方式构成，因此能够抑制计测时间的延长、且进一步提高计测精度。
＜付记＞
并且，本发明并未限于上述实施方式，包括不脱离其宗旨的范围内的多种变形例、组合。另外，本发明并未限于具备上述实施方式中说明的全部结构的示例，也包括删除其结构的一部分的结构。另外，上述各结构、功能等可以通过如用集成电路设计等而实现一部分或全部。另外，上述各结构、功能等可以通过处理器解释、执行实现各自功能的程序而用软件实现。

Claims (5)

1.一种涡轮机的计测方法，该涡轮机具备利用螺栓连结上半舱室和下半舱室的各自的凸缘部而构成的舱室、被收纳于上述舱室的内部的静止体以及被收纳于上述舱室的内部且相对于上述静止体旋转的旋转体，
该涡轮机的计测方法的特征在于，
以基于上述凸缘部的长边方向中的全长、连结上述凸缘部的螺栓的根数以及上述凸缘部的长边方向中的上述螺栓的间隔而预先确定的计测间隔，沿长边方向计测被分解为上述上半舱室和上述下半舱室的状态的上述舱室的凸缘部的相互的接触面的凹凸。
2.根据权利要求1所述的涡轮机的计测方法，其特征在于，
在将上述计测间隔设为M、将上述凸缘部的长边方向的全长设为L、将上述螺栓的根数设为N、将上述凸缘部的长边方向中的上述螺栓的间隔的最小值以及最大值分别设为Pma以及Pmi的情况下，通过下述式1示出上述计测间隔M：
M＝L/N×(Pmi/Pma)···式1。
3.根据权利要求1所述的涡轮机的计测方法，其特征在于，
具有探针主体和在上述探针主体上固定基端并使前端与计测对象物接触的棒状的探针部件，通过能够计测包括上述舱室而预先确定的坐标系中的上述探针部件的前端的位置的点探针计测上述接触面的凹凸。
4.根据权利要求1所述的涡轮机的计测方法，其特征在于，
上述计测间隔还基于上述涡轮机的运转中的上述舱室的温度分布而确定。
5.一种计测系统，其在将涡轮机的舱室的凸缘部的相互的接触面的凹凸分解为上半舱室和下半舱室的状态下进行计测，该涡轮机具备利用螺栓连结上述上半舱室和上述下半舱室的各自的上述凸缘部而构成的上述舱室、被收纳于上述舱室的内部的静止体以及被收纳于上述舱室的内部且相对于上述静止体旋转的旋转体，该计测系统的特征在于，
具备：
点探针，其具有探针主体和在上述探针主体上固定基端并使前端与计测对象物接触的棒状的探针部件；
探针位置检测装置，其检测包括上述舱室而预先确定的坐标系中的上述点探针的位置以及方向；以及
控制装置，其基于来自上述探针位置检测装置的检测结果计算上述探针部件的前端在上述坐标系中的位置，
在以基于上述凸缘部的长边方向中的全长、连结上述凸缘部的螺栓的根数、上述凸缘部的长边方向中的上述螺栓的间隔而预先确定的间隔以下，在沿长边方向设定于分解为上述上半舱室和上述下半舱室的状态的上述舱室的凸缘部的相互的接触面的多个计测点与上述探针部件的前端的距离为预先确定的范围内的情况下，上述控制装置通过通知装置向上述点探针的操作者通知上述探针部件的前端靠近计测点的情况。
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