CZ20014683A3 - Způsob a zařízení na měření tloušťky zadní hrany - Google Patents

Description

Vynález se týká profilů turbínových nebo kompresorových trysek a lopatek. Zejména se vynález týká způsobu a zařízení, tj . nástrojového vybavení pro měření tloušťky zadních hran profilů.

Dosavadní stav techniky

Turbínové lopatky' a stacionární trysky mají obecně vysoce modelované a složité geometrie povrchových ploch, které musejí být vyráběny tak, aby byly dodrženy přesné technické charakteristiky. Tolerance jsou velmi těsně vymezeny za účelem splnění požadavků na výkon turbíny.

Tloušťka profilu zadní hrany má velice výrazný vliv na provoz a výkon parních a plynových turbín a kompresorů, a to zejména z hlediska zablokování proudění vzduchu průtokovými kanály v profilu. Tloušťka zadní hrany profilu může být určována přímým měřením s pomocí mikrometru nebo prostřednictvím analýzy zkušebních středových bodů, určovaných na základě za sebou jdoucích průřezů souřadnicovým měřicím strojem (CMM). Postup měření s pomocí souřadnicového měřicího stroje (CMM) je velice náročný na výpočet, přičemž jeho výsledky do značné míry závisí na přesnosti zkušebních dotykových bodů.

9 9 999

·

9 9 9 9 9

V patentovém spise US 5 521 847 jsou popsány způsob a zařízení pro zjišťování charakteristik profilu na základě zkušebních středových údajů od souřadnicového měřicího stroje. Tento souřadnicový měřicí stroj měří vnější souřadnice podél profilu a zasílá údaje o těchto souřadnicích do počítače pro vyhodnocování a stanovení pořadí množiny zkušebních středových bodů podél množiny průřezů podél profilu.

Postup měření s pomocí souřadnicového měřicího stroje musí být proveden přímo na předmětné součásti, to znamená před smontováním stroje, takže není uplatnitelný pro použití u součástí, které již jsou smontovány.

Obdobně je způsob' měření s pomocí mikrometru nevýhodný pro profily s malými rozměry hrdla (< 0,5 palce).

Existuje proto potřeba vyvinout jednoduché přenosné zařízení a rovněž způsob měření tloušťky zadní hrany lopatky a profilu trysky, a to jak ve výrobním závodě, tak i za provozních podmínek.

Podstata vynálezu

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byly vyvinuty způsob a zařízení na měření tloušťky zadní hrany profilů trysek a lopatek turbíny ve smontované stavu.

Předmětné zařízení zahrnuje sadu nástrojů, z nichž každý je zkonstruován jako podlouhlý rovinný člen, který má hlavní tělesnou část a přední konec, který má menší šířku, než

9 • ··*

0 4 4 · · · 4 4 4 4 4 4 · *

44·· 444

444 444 44 ·«·· 4· 4944 hlavní tělesná část. Nástroj je opatřen otvorem podél svého bočního okraje, přičemž otvor je umístěn v těsné blízkosti předního okraje. Tento otvor může být charakterizován jako otvor se štěrbinou, přičemž otvorová část má průměr, který protíná štěrbina, mající předem stanovenou šířku, která je menší, než je průměr otvoru. Štěrbina leží mezi bočním okrajem a otvorem, takže vytváří přístup do otvoru.

Opačný či protilehlý konec hlavní tělesné části může být opatřen otvorem, určeným pro připevnění nástroje na kroužek nebo háček nebo podobně, což umožňuje přenášení nástroje nebo nástrojů.

Tvar nástroje je takový, že může být snadno uplatňován na zadní hrany profilů, které jsou již namontovány na oběžném kole rotoru. Štěrbinový otvor je uzpůsoben k tomu, aby mohl být nasouván na profil zadní hrany, jehož špička s dotkne okraje otvoru, vzdáleného od štěrbiny. Uživatel používá různé nástroje pro měření profilů zadní hrany metodou postupného přibližování, přičemž se snaží, aby příslušná šířka štěrbiny odpovídala tloušťce zadní hrany.

Takže v případě počátečního nesouladu mezi zadní hranou a šířkou štěrbiny u konkrétního nástroje se použije odlišný nástroj, který má jinou velikost šířky štěrbiny, a který se nasune na profil zadní hrany. Tento postup se opakuje tak dlouho až je dosaženo toho nejlepšího souladu. Po zjištění toho nejlepšího souladu je velikost zvoleného nástroje zaznamenána jako skutečná tloušťka zadní hrany profilu.

Zde popisované zařízení může být rovněž používáno pro určování ztráty výkonu turbínového soustrojí s využitím fr « * » *· naměřené tloušťky zadní hrany profilu. Počítač s vhodným softwarovým a hardwarovým vybavením může být využíván pro zjišťování této ztráty výkonu turbínového soustrojí, a to na základě změn naměřených tloušťek zadní hrany profilu v závislosti na čase.

U jiného provedení předmětu tohoto vynálezu je přední konec nástroje odnímatelně připevněn k jeho zadnímu konci, přičemž tento zadní konec je uzpůsoben pro připevnění předních konců, které mají rozdílné velikosti šířek štěrbiny.

V souladu s ještě jiným provedením předmětu tohoto vynálezu může být přední konec nástroje proveden jako nastavitelný pro účely měnění šířky štěrbiny.

Takže z hlediska' širších aspektů byl v souladu s předmětem tohoto vynálezu vyvinut nástroj na měření tloušťky zadní hrany profilu u turbíny, který obsahuje:

v podstatě rovinný člen, mající přední konec, přední okraj a boční okraj, štěrbinu, mající předem stanovenou šířku a uspořádanou podél uvedeného bočního okraje v blízkosti uvedeného předního okraje, a otvor, zahrnující štěrbinu o předem stanovené šířce, uzpůsobenou pro vkládání zadní hrany profilu.

Nástroj podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje prostředky pro měnění šířky uvedené štěrbiny pro vkládání profilů, které mají různé tloušťky zadní hrany.

4 φ · V » 4 » w

4«· 4 4 9 4 ·

4 4 4 4 4444 4

4 4 4 4 · 4

444 44 4·44 44 4444

Uvedený přední konec je s výhodou odnímatelný od uvedeného rovinného členu.

Uvedená štěrbina se s výhodou rozevírá do otvoru, který má průměr větší, než je šířka uvedené štěrbiny.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu bylo dále rovněž vyvinuto zařízení na měření tloušťky zadní hrany profilu u turbíny, které obsahuje:

množinu nástrojů, každý nástroj má hlavní tělesnou část a přední konec, otvor podél bočního okraje a v blízkosti předního okraje uvedeného předního konce, přičemž uvedený otvor zahrnuje štěrbinu o předem stanovené šířce, uzpůsobenou pro zapadání na zadní hranu profilu, přičemž každý z uvedených nástrojů má odlišnou předem stanovenou šířku štěrbiny.

Uvedený přední konec je odnímatelný od uvedeného rovinného členu.

Uvedený přední konec má s výhodou šířku menší, než uvedená hlavní tělesná část.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu bylo dále rovněž vyvinuto zařízení pro určování ztráty výkonu turbíny v důsledku zablokování proudění vzduchu přes kanály profilu, přičemž uvedené turbínové soustrojí obsahuje profil, který má zadní hranu, přičemž toto zařízení obsahuje:

• A « A A * ·

AAAA · · *

A AAAA *«!«··· A A A * A · • A

AA AAAA nástroj na měření tloušťky uvedené zadní hrany profilu, a prostředky pro hodnocení ztráty výkonu uvedeného turbínového soustrojí s využitím naměřené tloušťky zadní hrany uvedeného profilu.

V souladu s ještě dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu bylo dále rovněž vyvinuto zařízení pro určování ztráty výkonu turbíny, přičemž uvedená turbína obsahuje profil, mající zadní hranu, přičemž toto zařízení obsahuje:

množinu nástrojů, tloušťky zadní hrany, uzpůsobených pro měření měnící se uvedené nástroje mají příslušné otvory, štěrbiny, které mají různé předem stanovené zjišťování tloušťky zadní hrany profilu, a zahrnující šířky pro prostředky pro analyzování získaných od uvedených nástrojů údajů o tloušťce zadní hrany,

V souladu s ještě dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob zjišťování tloušťky zadní hrany profilu u turbíny, který obsahuje následující kroky:

(a) opatření nástroje, který má otvor, zahrnující štěrbinu, která má předem stanovenou šířku, přičemž uvedený otvor je uzpůsoben pro nasazení na zadní hranu profilu, • · φ ·>Φ • φ φ φ φ φ φ «φφφ φφφ φφ φφφ» Φ· φφφφ (b) vyrovnání uvedeného nástroje pro vložení uvedené zadní hrany profilu do uvedeného otvoru, (c) zjištění, zda existuje soulad mezi uvedenou zadní hranou a šířkou uvedené štěrbiny, (d) pokud neexistuje soulad, opakování kroků (a) až (c) s nástrojem, který má odlišnou předem stanovenou šířku štěrbiny, až je dosaženo souladu, a (e) zaznamenání velikosti uvedeného nástroje v závislosti na uvedené předem stanovené šířce štěrbiny jako skutečné tloušťky zadní hrany profilu.

Způsob podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje určování ztráty výkonu uvedené turbíny v důsledku zablokování proudění vzduchu zadní hranou prostřednictvím analyzování údajů o tloušťce zadní hrany uvedeného profilu v závislosti na čase.

Krok určování ztráty výkonu je s výhodou prováděn prostřednictvím mikroprocesoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický boční pohled na měřicí nástroj pro měření tloušťky zadní hrany profilu trysky a lopatky podle tohoto vynálezu;

9 9 9 99 • 9 9 9 9 9 9 φ

999 999 99 9999 99 9999 obr. 2 znázorňuje pohled na přikládání nástroje na měření tloušťky zadní hrany profilu podle tohoto vynálezu k zadní hraně profilu za účelem stanovení tloušťky zadní hrany;

obr. 3A znázorňuje měřicí nástroj podle dalšího provedení předmětu tohoto vynálezu, kdy je konec nástroje odnímatelně připevněn k zadnímu konci nástroje;

obr. 3B znázorňuje ještě další provedení měřicího nástroje podle tohoto vynálezu, kdy je šířka štěrbiny nastavitelná pro vkládání profilů s měnící se tloušťkou zadní hrany; a obr. 4 znázorňuje ‘ blokové schéma měřicího zařízením, které obsahuje počítač, který analyzuje údaje o naměřené tloušťce zadní hrany pro vyhodnocování ztráty výkonu turbíny.

Příklady provedení vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn měřicí nástroj 10 na měření tloušťky profilu zadní hrany trysky a lopatky, kterýžto měřicí nástroj 10 je zkonstruován jako jediná jednotka.

Měřicí nástroj 10 je tvořen podlouhlým tenkým rovinným členem 12, jehož přední konec má menší šířku, než zbývající hlavní tělesná část 16. Měřicí nástroj 10 je opatřen otvorem 18 u bočního okraje 20 v poměrně těsné blízkosti předního okraje 22. Otvor 18 má tvar kruhového otvoru, protnutého štěrbinou 26. Konkrétně je otvor 24 umístěn směrem • 0« · 0 · 0 *00« 0 0 00 0« * 00 0 • 0000 0000 0 0 0000 000

0000 000 00 0000 00 000« dovnitř od bočního okraje 20, přičemž je protnut štěrbinou 26, která vytváří přístup do otvoru 24 . Štěrbina 26 má šířku C, která je menší, než je průměr otvoru 24. Toto uspořádání usnadňuje vkládání zadní hrany profilu, jak bude v dalším podrobněji popsáno.

Protilehlý konec podlouhlého tenkého rovinného členu 12 může být opatřen otvorem 28 pro upevnění měřicího nástroje 10 a obdobných nástrojů na kroužek, háček nebo podobně.

V souladu s jedním provedením předmětu tohoto vynálezu je vytvořeno několik podobných měřicích nástrojů jako jedna sada, přičemž každý měřicí nástroj má odlišnou předem stanovenou šířku štěrbiny, jejíž velikost bývá obvykle jasně vyznačena na příslušném měřicím nástroji.

Sada takových nástrojů, která je snadno přenosná, poskytuje rychlé a účinné prostředky pro měření tloušťky profilu zadní hrany lopatky a trysky v etapě před montáží nebo již po montáži na místě provozu.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněno, jak může být měřicí nástroj podle tohoto vynálezu umístěn na zadní hraně profilu za účelem zjištění tloušťky zadní hrany.

Jak již bylo shora uvedeno, je používána sada měřicích nástrojů s různými velikostmi otvorů se štěrbinami a s odpovídajícími různými šířkami těchto štěrbin, přičemž měření je prováděno metodou postupného přibližování.

Například první měřicí nástroj 10 (jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 1) se zvolenou a předem stanovenou * · « ··· •

* · φ · · φ • · · · φ φ φ φ · · φ · · φ · φφ» «····« »· Φ·Φ« ·Φ φφφφ šířkou štěrbiny je nasazen na zadní hranu 30 profilu až se jeho špička 32 dotkne zadního konce otvoru, to znamená okraje otvoru proti štěrbině. V případě, že tloušťka zadní hrany 30 odpovídá šířce štěrbiny, pokud je zadní hrana 30 zcela vložena do otvoru 24, je šířka C štěrbiny 26 považována za nejbližší přiblížení tloušťce zadní hrany 30, přičemž velikost měřicího nástroje 10 je poté zaznamenána jako skutečná tloušťka zadní hrany 32 profilu. Zde je nutno zdůraznit, že uspořádání otvoru 24 v určité vzdálenosti od vstupu do štěrbiny 26 umožňuje, aby byl měřicí nástroj 10 řádně umístěn kolem zadní hrany.

V případě nesouladu mezi tloušťkou zadní hrany 30 a šířkou štěrbiny je druhý měřicí nástroj, podobný měřicímu nástroji, znázorněnému na vyobrazení podle obr. 1, avšak mající odlišnou šířku 'štěrbiny, nasazen na zadní hranu 30, jak již bylo shora popsáno. Shora popsaná metoda postupného přibližování se opakuje tak dlouho, až uživatel nalezne příslušný měřicí nástroj, který nejlépe odpovídá tloušťce zadní hrany 30.

Na vyobrazení podle obr. 3A je znázorněno druhé provedení předmětu tohoto vynálezu, přičemž součásti a prvky, které jsou stejné, jako u měřicího nástroje podle obr. 1, jsou označeny obdobnými vztahovými značkami, avšak s předřazenou číslicí _1.

Zde je přední konec 114 měřicího nástroje 110 odnímatelný, jak je schematicky znázorněno dvojitou čárkovanou čarou 31. Toto uspořádání usnadňuje výměnu odnímatelného předního konce 14 jiným podobným koncem, který má odlišnou velikost otvoru a příslušnou šířku C štěrbiny.

»·· « · · » · · · • ««· · · · · · ♦ • ♦♦·· ··· « « · « · « · ·««· ··· ·* *··· ·« · ««

Měřicí nástroj 110 s různými vzájemně vyměnitelnými předními konci je používán tak, jak již bylo shora popsáno.

U ještě dalšího provedení předmětu tohoto vynálezu, které je znázorněno na vyobrazení podle obr. 3B, je přední konec 214 uspořádán tak, že umožňuje nastavení šířky štěrbiny. Zde jsou opět součásti a prvky, které jsou společné s měřicím nástrojem podle obr. 1, označeny obdobnými vztahovými značkami, avšak s předřazenou číslicí 2.

U tohoto provedení je přední konec 214 zkonstruován ve dvou částech, jak je schematicky znázorněno čárkovanou čarou 34. Tak se může samostatný přední koncový prvek 36 posouvat vzhledem k pevné části předního konce 214, v důsledku čehož je možno nastavovat šířku štěrbiny 226, což umožňuje uživateli snadno přizpůsobovat měřicí nástroj 210 tomu, aby do něj mohly být vkládány profily, které mají rozdílné tloušťky zadní hrany. U tohoto provedení je měřicí nástroj opatřen prostředky pro udávání šířky štěrbiny, nebo může být nastavená šířka měřena například s pomocí posuvného měřítka nebo podobně.

Na vyobrazení podle obr. 4 je znázorněno blokové schéma zařízení pro hodnocení ztráty výkonu turbíny. Toto zařízení obsahuje počítač, který má mikroprocesor 38, který analyzuje údaje o tloušťce zadní hrany, získávané během používání shora popsaného měřicího nástroje nebo více takových měřicích nástrojů. Prostřednictvím využívání vhodného softwaru může být snížení výkonu turbíny vyhodnoceno jako funkce snižující se tloušťky zadní hrany v závislosti na čase.

• · · • 99·

9

9

9 9

9999

9 9

9 9 *9 ·9«·

Přestože byl předmět tohoto vynálezu popsán ve spojitosti s jeho příkladným provedením, které je v současné době považováno za nejpraktičtější, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu se neomezuje pouze na shora popsané provedení, neboť je naopak určen k pokrytí různých modifikací a ekvivalentních uspořádání, které spadají do myšlenky a rozsahu přiložených patentových nároků.

Claims (9)

1. Nástroj (10) na měření tloušťky zadní hrany profilu u turbíny, vyznačující se tím, že obsahuje:

v podstatě rovinný člen (12), mající přední konec (14), přední okraj (22) a boční okraj (20), štěrbinu (26), mající předem stanovenou šířku a uspořádanou podél uvedeného bočního okraje (20) v blízkosti uvedeného předního okraje (22), a otvor (18), zahrnující štěrbinu o předem stanovené šířce, uzpůsobenou pro vkládání zadní hrany (30) profilu.

2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje prostředky (21) pro měnění šířky (C) uvedené štěrbiny pro vkládání profilů, které mají různé tloušťky zadní hrany.

3. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedený přední konec je odnímatelný od uvedeného rovinného členu (12).

4. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedená štěrbina se rozevírá do otvoru, který má průměr větší, než je šířka (C) uvedené štěrbiny.

5. Zařízení na měření tloušťky zadní hrany profilu u turbíny, vyznačující se tím, že obsahuje:

* * ·

9 · • 4«·· 9 14

444· 4·· »· 4444 Μ 4444 množinu nástrojů, každý nástroj má hlavní tělesnou část' (16) a přední konec (14), otvor (18) podél bočního okraje (20) a v blízkosti předního okraje (22) uvedeného předního konce (14), přičemž uvedený otvor (18) zahrnuje štěrbinu (26) o předem stanovené šířce (C), uzpůsobenou pro zapadání na zadní hranu (30)

profilu, přičemž každý z uvedených nástrojů má odlišnou předem stanovenou šířku štěrbiny. 6. Nástroj podle nároku 5, vyznačuj í c í se tím, že uvedený přední

konec (14) je odnímatelný od uvedeného rovinného členu (12).

7. Nástroj podle nároku 1, vyznačuj ící se tím , že uvedený přední konec (14) má šířku menší, než uvedená hlavní tělesná část (16). 8. Zařízení pro určování ztráty výkonu turbíny v důsledku zablokování proudění vzduchu přes kanály profilu, přičemž uvedené turbínové soustrojí obsahuje profil, který má zadní hranu (30), v y z n a č u j ící se t í m , že

toto zařízení obsahuje:

nástroj (10) na měření tloušťky uvedené zadní hrany profilu, a » · · • ♦ ·· • * • * • * * ·* ···· ·”· *”· • · · • · · ·♦ ···· prostředky (38) pro hodnocení ztráty výkonu uvedeného turbínového soustrojí s využitím naměřené tloušťky zadní hrany uvedeného profilu.

9. Zařízení pro určování ztráty výkonu turbíny, přičemž uvedená turbína obsahuje profil, mající zadní hranu (30) , vyznačující se tím, že toto zařízení obsahuje:

množinu nástrojů, uzpůsobených pro měření měnící se tloušťky zadní hrany, uvedené nástroje mají příslušné otvory (18), zahrnující štěrbiny (26), které mají různé předem stanovené šířky (C) pro zjišťování tloušťky zadní hrany (30) profilu, a prostředky (38) pro analyzování údajů o tloušťce zadní hrany, získaných od uvedených nástrojů.

10. Způsob zjišťování tloušťky zadní hrany profilu u turbíny, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

(a) opatření nástroje (10), který má otvor (18), zahrnující štěrbinu (26), která má předem stanovenou šířku (C), přičemž uvedený otvor je uzpůsoben pro nasazení na zadní hranu (30) profilu, (b) vyrovnání uvedeného nástroje pro vložení uvedené zadní hrany profilu do uvedeného otvoru,

Φ φ φ Φ· ···· φ · φ φ* φφφφ (c) zjištění, zda existuje soulad mezi uvedenou zadní hranou (30) a šířkou (C) uvedené štěrbiny, (d) pokud neexistuje soulad, opakování kroků (a) až (c) s nástrojem, který má odlišnou předem stanovenou šířku štěrbiny, až je dosaženo souladu, a (e) zaznamenání velikosti uvedeného nástroje v závislosti na uvedené předem stanovené šířce Štěrbiny jako skutečné tloušťky zadní hrany profilu.

11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se tím, že dále obsahuje určování ztráty výkonu uvedené turbíny v důsledku zablokování proudění vzduchu zadní hranou prostřednictvím analyzování údajů o tloušťce zadní' hrany uvedeného profilu v závislosti na čase.

12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že krok určování ztráty výkonu je prováděn prostřednictvím mikroprocesoru (38) .