CN1536199A - 用于组装可转动机器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于组装可转动的机器(10)的方法(300)和设备(400)。所述机器包括从转子(11)径向向外延伸的多个叶片(100)。该方法(300)包括确定(302)在一排叶片中的每一个叶片的瞬时重量，确定(304)在同一排叶片中的每一个叶片的几何参数，以及利用瞬时重量和几何参数确定(306)每一个叶片的映射顺序。所述设备包括计算机系统(400)，计算机系统包括提供使带叶片的转子的不平衡达到最小的软件产品编码段，该段设计成接收来自于被安装到转子中的每一个叶片的瞬时重量值，接收被安装到所述转子中的每一个叶片的几何参数值，基于接收的数值计算叶片在所述转子上的位置并且基于所计算的位置生成叶片映射。

Description

用于组装可转动机器的方法和设备
技术领域
本发明总体涉及燃气轮机，特别涉及组装燃气轮机的转动部件。
背景技术
至少一些已知的燃气轮机包括核心燃气轮机，核心燃气轮机以串流布置方式具有扇叶组件和压缩进入燃气轮机的空气流的高压压缩机。燃烧器点燃燃料空气混合物，接着该燃料空气混合物通过涡轮喷嘴组件被导向低压和高压涡轮，每一个涡轮包括多个从离开燃烧器的气流抽取转动能量的转子叶片。燃气轮机用于不同的操作环境中，诸如为航空器提供推力和/或在陆基和海基动力系统中提供动力。
在正常操作中，燃气轮机可经受高转速。转子的不平衡可能使转子振动并且在转子轴承和支撑结构中产生应力。在这些应力下超时连续操作可能导致轴承、轴承支撑结构和/或转子部件损坏。在燃气轮机系统内的部件的损坏可能会损害系统和/或在该系统内的其他部件，并且可能需要系统操作中止，同时更换或者维修损坏的部件。特别是，当部件是涡轮风扇燃气轮机风扇叶片时，叶片松脱情况可能会对在松脱的叶片下游的叶片造成损害。
至少一些已知的涡轮风扇燃气轮机包括风扇基座，风扇基座具有多个从其向外径向延伸的风扇叶片。为了在操作过程中使风扇的不平衡达到最小，以一种控制的方式组装已知的风扇组件。例如，一种可用于组装风扇转子的控制是将风扇的每一个叶片映射到风扇基部中的特定凹槽中。在其他已知的风扇组件内，每一个叶片的瞬时重量被确定并且被确定的瞬时重量用于将每一个叶片映射到特定的风扇基座狭槽中。但是，由于相邻的叶片的几何形状可是不同的，因此在操作过程中转子仍然可经受与每一个叶片的瞬时重量不相关的平衡偏移。
发明内容
在一个方面，提供一种组装可转动的机器的方法。该机器包括从转子径向向外延伸的多个叶片。该方法包括确定在一排叶片中的每一个叶片的瞬时重量，确定在同一排叶片中的每一个叶片的几何参数，以及利用瞬时重量和几何参数确定每一个叶片的映射顺序。
在另一个方面，提供一种转子组件。转子包括盘以及多个叶片，所述盘包括限定在其中的多个周向间隔的叶片根部狭槽，其中每一个叶片包括根部、顶端和在它们之间的翼面，并且每一个叶片位于基于叶片映射的预定狭槽内。叶片映射是由计算机系统产生的，计算机系统接收来自于每一个叶片的瞬时重量值，接收每一个叶片的几何参数值并且基于瞬时重量值和几何参数值确定叶片映射。
在另一个方面，一种计算机系统包括提供使带叶片的转子的不平衡达到最小的软件产品编码段。该段接收来自于被安装到转子中的每一个叶片的瞬时重量值，接收被安装到转子中的每一个叶片的几何参数值，基于接收的数值计算叶片在转子上的位置并且基于所计算的位置生成叶片映射。
附图说明
图1是示例性燃气轮机的示意图；
图2是可与图1中所示的燃气轮机结合使用的示例性风扇转子和叶片组件的透视图；
图3是与图2中所示的风扇转子和叶片组件结合使用的示例性工艺的框图；以及
图4是示例性叶片映射计算机系统的简化框图。
具体实施方式
图1是示例性燃气轮机10的示意图，燃气轮机10包括转子11，转子11包括低压压缩器12、高压压缩器14和燃烧器16。燃气轮机10还包括高压涡轮18、低压涡轮20和排气框架22和外壳24。第一轴26接合低压压缩器12和低压涡轮20，第二轴28接合高压压缩器14和高压涡轮18。燃气轮机10具有从燃气轮机10的上游侧34向后延伸到燃气轮机10的下游侧36的对称轴线32。在一个实施例中，燃气轮机10是由GeneralElectrical Company，Cincinnati，Ohio生产销售的GE90燃气轮机。
在操作中，空气流过低压压缩机12，压缩空气被供给到高压压缩机14。高压压缩空气被输送到燃烧器16。来自于燃烧器16的燃气38推动涡轮18和20。高压涡轮18转动第二轴28和高压压缩机14，同时低压涡轮20使第一轴26和低压压缩机12围绕轴线32转动。
图2是可与燃气轮机10结合使用的示例性复合叶片100和风扇转子盘102的分解透视图。多个周向间隔的叶片100通过燕尾槽104被转子盘或者滚筒102支撑。每一个叶片100包括在燕尾形根部108和叶片顶端110之间延伸的翼面106，以使每一个叶片100通过燕尾形根部108和燕尾槽104被转子102支撑。叶片100由多个周向间隔的叶片100表示，每一个叶片100基于测量的叶片100的参数被映射到特定的狭槽104中。在示例性的实施例中，每一个叶片100包括复合翼面106，复合翼面106包括多个分层的复合层(未示出)。特别是，每一个叶片100包括在翼面106中的第一多个结构性的和承载的翼面层和在根部108中的第二多个根部层。
图3是用于组装一种诸如燃气轮机10(如图1中所示)的可转动的机器的示例性方法300的流程图。在示意性实施例中，机器是包括能够围绕燃气轮机的纵向对称轴转动的诸如转子11(如图1中所示)的转子的燃气轮机。转子包括用于接收叶片的周向间隔狭槽，使得叶片从狭槽起在叶片根部和叶片顶端之间径向延伸。
方法300包括确定302将被安装在转子中的每一个叶片的瞬时重量。在能够测量瞬时重量的装置中可利用叶片根部水平支撑叶片来确定瞬时重量。瞬时重量不仅基于叶片的盘重量，而且还基于叶片沿着在叶片根部和叶片顶端之间延伸的径向距离的重量分布。在转动机器中，围绕转子间隔的每一个叶片的瞬时重量的不均匀分布可能影响转子的平衡条件。
一些已知的转子可能经受在高转速下的风扇不平衡的突然偏移。根据转子，这样的偏移可能在一定的风扇修正速度下发生并且可能与叶片和叶片的翼面几何差异和/或空气动力平衡相关。特别是，在高转速下的风扇不平衡的突然偏移可能对燃气轮机运转产生不良影响。随着时间的推移，由于这样的不平衡所导致的振动可能会对燃气轮机内的部件造成永久磨损并且增加维修要求。为了使由于叶片和叶片的翼面差异的影响而产生的不平衡达到最小，确定304将被安装在转子中的每一个叶片的几何参数的测量值。在示例性实施例中，在转子组装过程中直接进行这样的测量。在一个可选择的实施例中，利用包括能够检测和/或推断叶片参数的传感器的测量装置间接测量。在另一个可选择的实施例中，在测试阶段组装后进行叶片的几何参数的测量。
在将叶片设置在转子盘上之前，确定306映射顺序。映射顺序指示了对应于将被组装在转子中的每一个叶片的特定狭槽。为了确定306映射顺序或者叶片映射，每一个叶片的瞬时重量值的矢量和与几何参数值的矢量和结合。在示例性实施例中，选择叶片并且将叶片映射到能够使瞬时重量和空气动力或者几何参数的矢量和达到最小的转子狭槽中，并且每一个叶片对于特定的狭槽位置被独立地评价。在一个可选择的实施例中，基于矢量和的结合选择叶片，以为在转子盘上以180度分开设置的每一对叶片提供偏离调整。另外，具有偏离的空气动力或者几何参数的叶片可位于具有互补的空气动力或者几何参数的叶片附近，以便易于减少由于高转动速度而造成的不需要的平衡偏移。另外，可能加剧平衡偏移的叶片的空气动力或者几何参数可在转子盘上远远分开设置以便利于减轻这种影响。为了易于确定306映射顺序，可使用包括能够选择和取消选择叶片的程序编码段的计算机。特别是，当以互补对的形式选择叶片时，可基于瞬时重量和空气动力或者几何参数选择设置在一个特定凹槽中的第一叶片。接着可选择用于位置与第一叶片以180度分开的狭槽中互补的第二叶片。计算机程序反复地依次选择可使用的叶片并且使它们与以180度分开设置的每一个所选择的叶片的互补叶片匹配。计算机以使位于转子盘上的所有叶片的瞬时重量的矢量和与位于转子盘上的所有叶片的几何参数的矢量和的结合达到最小的顺序选择叶片。在使矢量和的结合最小化的过程中，可能需要从叶片对中取消选择叶片和为所选择的叶片重新排序。接着，计算机系统可显示所得到的叶片映射和生成对选择过程详细描述的报告。另外，支持叶片参数的人工输入和叶片映射的重新计算。
图4是叶片映射计算机系统400的简化框图。如这里所用的，术语“计算机”可包括任何基于处理器或者基于微处理器的系统，包括使用微控制器、精简指令系统电路(RISC)、专用集成电路(ASICs)、逻辑电路和其他任何能够执行这里所述功能的电路或者处理器。上述实施例仅是示例性的，因此不以任何方式对术语“计算机”的定义和/或意义进行限制。计算机系统400包括服务器系统412，包括用于数据存储的盘存储单元413；和与服务器系统412相连的多个客户子系统，也被称为客户系统414。在一个实施例中，客户系统414是包括网络浏览器的计算机，以使服务器系统412能够通过因特网进入到客户系统414。客户系统414通过许多界面(包括网络，诸如局域网(LAN)或者广域网络(WAN)、拨号连接、电缆调制解调器和专用高速ISDN线)与因特网互连。客户系统414可是任何能够与因特网互连的装置，包括基于网络的电话、个人数字助理(PDA)或者其他基于网络的可连接的设备。数据库服务器416与包含关于燃气轮机部件的信息的数据库418相连。在一个实施例中，中央数据库418被存储在服务器系统412上并且潜在用户在其中一个用户系统414处通过其中一个用户系统414登录到服务器系统412上可进入到中央数据库418。在一个可选择的实施例中，数据库418从服务器412被远程存储并且可是非集中的。
上述叶片映射系统是节省成本的并且是很可靠的利用多于一个叶片参数确定叶片映射以组装可转动的机器的装置。每一个系统能够接收每一个叶片的瞬时重量，接收每一个叶片的几何参数，基于接收的数值计算叶片在转子上的位置，并且基于计算的位置生成叶片映射。因此，叶片映射系统以节省成本和可靠的方式有助于机器的组装、操作和维修，特别是燃气轮机。
上面详细描述了叶片映射系统部件的示例性实施例。部件不限于这里所述的特定实施例，而是可以与这里所述的其他部件独立和分开的方式使用每一个系统的部件。每一个叶片映射系统部件也可与其他叶片映射系统部件结合使用。
尽管已经参照各个特定实施例对本发明进行了详细描述，但本领域技术人员应该理解的是，可在权利要求所限定的保护范围内对本发明进行变型。
部件列表
燃气轮机10
转子11
低压压缩机12
高压压缩机14
燃烧器16
高压涡轮18
低压涡轮20
排气框架22
外壳24
第一轴26
第二轴28
对称轴线32
上游侧34
下游侧36
燃气38
叶片100
风扇转子盘102
转子盘或者滚筒102
燕尾槽104
翼面106
燕尾形根部108
叶片顶端110
方法300
确定302
确定304
确定306
计算机系统400
服务器系统412
盘存储单元413
客户系统414
数据库服务器416
数据库418

Claims (8)

1.一种转子组件(11)包括：
盘(102)，所述盘包括限定在其中的多个周向间隔的叶片根部狭槽(104)；以及
多个叶片(100)，每一个所述叶片包括根部(108)、顶端(110)和在它们之间的翼面(106)，每一个叶片位于基于叶片映射的预定狭槽内，叶片映射是由计算机系统(400)产生的，计算机系统能够：
接收每一个叶片的瞬时重量值；
接收每一个叶片的几何参数值；以及
基于瞬时重量值和几何参数值确定叶片映射。
2.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述几何参数是每一个叶片的空气动力平衡。
3.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述多个叶片是复合风扇叶片。
4.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述计算机系统还能够利用对于每一个叶片所接收的瞬时重量值计算所述转子的瞬时重量矢量和。
5.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述计算机系统还能够利用对于每一个叶片所接收的瞬时重量值使所述转子的瞬时重量矢量和达到最小。
6.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述计算机系统还能够利用对于每一个叶片所接收的几何参数值计算所述转子的几何参数矢量和。
7.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述计算机系统还能够利用对于每一个叶片所接收的几何参数值使所述转子的几何参数矢量和达到最小。
8.如权利要求1所述的转子组件，其特征在于，所述计算机系统还能够基于计算的瞬时重量矢量和与计算的几何参数矢量和确定转子的叶片映射，其中所述映射表示在每一个所述叶片和每一个所述狭槽之间的一一对应。
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