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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen bei Turbinengehäusebiegemessungen verwendeten
Träger
für ein rückstrahlendes
Ziel nach Anspruch 1.
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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Die
Einschätzung
von Zwischenraumbedingungen in einem tätigen Turbinenaufbau hat sich
als schwierig zu erreichen erwiesen. Daher stellt WO 93/17296 eine
Vorrichtung bereit, die ermöglicht, dass
der Zwischenraum zwischen Dichtungsrippen an sich drehenden Schaufeln
und dem benachbarten festen Aufbau beobachtet wird, und die brechende Prismen
am festen Aufbau umfasst, die so angeordnet sind, dass sie die Dichtungsrippe
auf den Schaufeln überspannen.
Die Stufe der Schaufeln an ihrer zugehörigen Scheibe wird zum festen
Aufbau hin bewegt, und Licht, das durch die Prismen gebrochen wird,
wird durch die Rippen verdunkelt. In einer Ausführungsform wird das Verhältnis vom
verdunkelten zum nichtverdunkelten Licht benutzt, um elektrische Signale
zu erzeugen, die dann verarbeitet werden, um die Größe des Zwischenraums
anzugeben.
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GB-A-1
080 726 offenbart ein Verfahren zur Prüfung der Zwischenräume zwischen
den Spitzen der Schaufeln eines Schaufelrotors und einem Gehäuse, in
dem der Rotor angebracht ist, wobei das Verfahren das Richten von
Licht in einer solchen Weise zum Bereich zwischen den Spitzen und
dem Gehäuse,
dass mindestens ein Teil des Lichts periodisch die Spitzen trifft,
während
der Rotor gedreht wird, um durch die radialen Positionen der Spitzen beeinflusst
zu werden, und das Einsetzen des Lichts, das so beeinflusst wurde,
um Informationen bezüglich
der Größen der
Zwischenräume
bereitzustellen, umfasst.
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In
DE-C1-196 01 225 wird ein radialer Spalt, der zwischen dem Turbinengehäuse und
der Turbinenwelle oder zwischen dem Turbinengehäuse und einer Turbinenschaufel
erzeugt ist, beobachtet, wenn eine Turbine läuft. Nach der Erfindung ist
zur Sicherstellung der konstanten und genauen Messung des radialen
Spalts ein Messbezugspunkt aus nichtoxidierendem Material an mindestens
einer Turbinenschaufel und/oder an der Oberfläche der Turbinenwelle angeordnet,
um Licht von einer Glasfasersonde, die durch das Turbinengehäuse geführt wird,
zurückzustrahlen.
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Anderseits
offenbaren andere Veröffentlichungen
unterschiedliche Formen des Gehäuses, um
eine Verformung zu vermeiden. Zum Beispiel offenbart US-B1-6,336,789
ein Gehäuse
für eine Dampf-
oder Gasturbine, das einen Mantel und zwei Flansche umfasst. Die
Wanddicke des Mantels ist in einem oberen Bereich, der von den Flanschen
weg gerichtet ist, in zwei mittleren Bereichen und in zwei unteren
Bereichen, die zu den Flanschen gerichtet sind, verschieden, so
dass der obere Bereich, der von den Flanschen weg gerichtet ist,
verglichen mit den unteren Bereichen, die zu den Flanschen gerichtet
sind, verstärkt
ist. Die unteren Bereiche, die zu den Flanschen gerichtet sind,
sind biegsamer als die Flansche, die durch Schrauben befestigt sind,
und der teilweise verstärkte
mittlere Bereich und der verstärkte
obere Bereich, und wirken als ein Gelenk, um Verformungen, insbesondere
in der radialen Richtung, auszugleichen. Folglich bleibt das Gehäuse im Betrieb
beträchtlich
runder. Der (durch die verringerte Verformung erreichte) verringerte
radiale Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und den Enden der Turbinenschaufeln
führt zu
einer beträchtlich
erhöhten
Leistungsfähigkeit
während
des Betriebs der Turbine.
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Gleichzeitig
kann die Überwachung
von außerhalb
des Turbinengehäuses
vorgenommen werden. US-A-5,867,977 offenbart eine Turbinengehäusebiegemessung
von der Aus senseite und einen Träger
für ein
rückstrahlendes
Ziel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. An diesem Punkt tritt
die Erfindung in Aktion.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der wie in den Ansprüchen
beschriebenen vorliegenden Erfindung ist, einen bei Turbinengehäusebiegemessungen
verwendeten Träger
für ein
rückstrahlendes
Ziel bereitzustellen, der keinerlei oder nur eine geringe Ausdehnung
aufweist und vor Schwingungen des Gehäuses geschützt ist, damit das Biegen des
Gehäuses
genauer gemessen werden kann.
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Der
Träger
der Erfindung umfasst ein Quarzglasrohr. Dieses Material wurde gewählt, um
im Betriebstemperaturbereich des Flansches des Turbinengehäuses einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Null oder beinahe Null sicherzustellen. Auf diese Weise weist
das Glasrohr keinerlei oder nur eine geringe Ausdehnung auf und
stellt die Bewegung des Rohrs die Bewegung des Gehäuses selbst dar.
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Das
Rohr befindet sich an einem Ende in einer Stahlhalterung. An einem
Ende der Halterung befindet sich an einem Vorsprung ein Gewinde.
Dieses Gewinde wird verwendet, um den Aufbau an das Turbinengehäuse zu schrauben.
Am entgegengesetzten Ende des Glasrohrs befindet sich eine "Zylinder"einsatzanordnung,
die sich im Innendurchmesser des Glasrohrs befindet. Das rückstrahlende
Ziel ist mit dem äußeren Ende
des "Zylinder"einsatzes verbunden.
Das Ende des Metallstabs, der sich im Inneren des Einsatzes befindet,
ist mit einem Gewinde versehen und durch eine Mutter befestigt.
Diese Mutter kann gedreht werden, um unterschiedliche Spannungen
des Metallstabs im Aufbau bereitzustellen. Diese können "eingestellt" werden, damit bei
allen Betriebstemperaturen stets genug Spannung vorhanden ist, damit
das Ziel fest und sicher gehalten wird und eine minimale Schwingung
aufweist.
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In
der Nähe
der Oberseite der Bohrung der Halterung befindet sich eine Aussparung,
die eine Feder hält.
Diese Feder wirkt dazu, das Glasrohr zentral zu halten, und kann
jegliche Wärmeausdehnung der
Halterung aufnehmen.
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Ein
sechseckiges Rohr umgibt die Außenseite
der sechseckigen Halterung. Dieses Rohr ist an die Basis der Halterung
geschweißt.
Dieses sechseckige Rohr erstreckt sich mindestens bis zur Hälfte der
Länge des
Glasrohrs. Dies verhindert jegliche zufällige Beschädigung des Glasrohrs, wenn
es am Motor angebracht ist. Es ermöglicht auch, dass ein Schraubenschlüssel verwendet
wird, um den Aufbau am Turbinenflansch zu befestigen.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht,
wobei
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1 einen
Schnitt durch einen Zielträger der
Erfindung zeigt, und
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2 eine "Zylinder"anordnung gemäß dem Kreis
II in 1 zeigt.
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Die
Zeichnungen zeigen nur die Teile, die für die Erfindung wichtig sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Träger 1 für rückstrahlende
Ziele, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, wobei der Träger 1 an
der Außenseite
eines Gehäuses
einer Wärmeturbinenmaschine angebracht
ist. Die Turbine kann z.B. eine Gasturbine, eine Dampfturbine oder
ein Kompressor sein. Mit der Zeit können die Bewegungen dieser
rückstrahlenden
Ziele, die in den Photographien gezeigt sind, miteinander verglichen
wer den, und kann so die Gehäusebewegung
berechnet und mit den anderen Laufbedingungsmessungen zu jener Zeit
verglichen werden.
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Die
verwendete Messung beruht auf einer photographiephotogrammetrischen
Aufmessungstechnik. Der Zeittakt der Photographien wird mit der Motorlaufzeit
koordiniert sein. Die photogrammetrische Aufmessung ist eine Technik
zur dreidimensionalen Koordinatenmessung, die auf dem Prinzip der Triangulation
beruht. Durch das Aufnehmen von Bildern von mindestens zwei unterschiedlichen
Stellen und das Messen der Punkte von Interesse in jeder Photographie
kann man Sichtlinien von jeder Kamerastelle zu den Punkten von Interesse
am Gegenstand entwickeln. Der Schnitt dieser Paare von Sichtlinien
kann dann trianguliert werden, um die dreidimensionale Koordinate
des Punkts am Gegenstand zu erzeugen. Auf diese Weise wird ein Paar
von zweidimensionalen Messungen der x- und der y-Position des Punkts
in jeder Photographie verwendet, um die einzelne X,Y,Z-Koordinatenmessung
des Punkts am Gegenstand zu erzeugen.
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Die
Messung ist nicht auf einen einzelnen Punkt beschränkt. In
der Theorie besteht keine Grenze für die Anzahl der Punkte, die
trianguliert werden können.
Eine typische Messung kann so wenig wie ein Dutzend Punkte bis so
viel wie mehrere Tausend umfassen.
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Im
Grunde gibt es zwei Verfahren der photogrammetrischen Aufmessung.
Typischerweise werden sie als "stereophotogrammetrische
Aufmessung" und "konvergente photogrammetrische
Aufmessung" bezeichnet.
Bei Verwendung der konvergenten photogrammetrischen Aufmessung werden
Photographien aufgenommen, wobei die Kameraachsen typischerweise
zueinander geneigt sind (anstatt wie beim Stereoverfahren parallel
zueinander zu verlaufen), so dass die Kameraachsen zusammenlaufen oder
einander schneiden. Man misst nun leicht identifizierte Merkmale
in jeder Photographie, und diese Messungen werden mit einander kombiniert,
um die dreidimensionalen Koordinaten der Punkte zu erzeugen. Um
beim Messvorgang einen hohen Grad an Automatisierung, Verlässlichkeit
und Genauigkeit zu erzielen, misst man normalerweise Ziele mit hohem Kontrast,
die an den Punkten von Interesse am Gegenstand oder in ihrer Nähe angeordnet
sind. Obwohl Merkmale wie etwa Lochmitten, Kanten, Bolzenköpfe usw.
gemessen werden können,
ist der photographische Vorgang schwieriger, und der Messvorgang
langsamer, weniger genau und viel weniger automatisiert, als wenn
Ziele verwendet werden. Aus diesem Grund hat die vorliegende Erfindung
die Verwendung von Zielen im Sinn. Anders als das ähnliche
Stereoverfahren ist das konvergente Verfahren nicht auf die Verwendung
von nur zwei Photographien eines Gegenstands zu einer Zeit beschränkt. Es
können
viele Photographien aufgenommen werden, was zu einer höheren Genauigkeit
und Verlässlichkeit
führt und
es viel einfacher macht, komplexe Gegenstände, die in nur zwei Photographien
nicht vollständig
gesehen werden können,
zu messen. Es wird erwartet, dass die Genauigkeit im Bereich von
+/– 0,1
mm oder sogar noch besser liegen sollte.
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1 zeigt
einen derartigen Träger 1 der
Erfindung. Die nützlichsten
Punkte am Turbinengehäuse,
das gemessen werden soll, befinden sich am waagerechten Teilungslinienflansch
(in 1 nicht gezeigt). Der Träger 1 der Erfindung
umfasst ein Quarzglasrohr 2. Dieses Material wurde gewählt, um im
Betriebstemperaturbereich des Flansches des Turbinengehäuses einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE) von Null oder beinahe Null sicherzustellen. Auf diese Weise
weist das Glasrohr 2 keinerlei oder nur eine geringe Ausdehnung
auf und ist die Bewegung des Rohrs 2 nur die Bewegung des
Gehäuses
selbst. Das Rohr 2 befindet sich an einem Ende in einer
Stahlhalterung 3. Diese Halterung 3 ist im Inneren
rund, um zum Rohr 2 zu passen, und an der Außenseite
sechseckig. Zwischen dem Glasrohr 2 und der runden Bohrung
der Halterung 3 ist ein Zwischenraum vorhanden. In der
Nähe der
Oberseite der Bohrung der Halterung 3 befindet sich eine
Aussparung, die eine Feder 4 hält. Diese Feder 4 wirkt dazu,
das Glasrohr 2 zentral zu halten, kann aber jegliche Wärmeausdehnung
der Halterung 3 aufnehmen. Das andere Ende der Halterung 3 weist
ein geschlossenes Ende auf, und an diesem geschlossenen Ende befindet
sich an einem Vorsprung ein Gewinde 5. Dieses Gewinde 5 wird
verwendet, um den Aufbau an das Turbinengehäuse zu schrauben.
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Ein
sechseckiges Rohr 6 umgibt die Außenseite der sechseckigen Halterung 3.
Dieses Rohr 6 ist an die Basis der Halterung 3 geschweißt. Dieses sechseckige
Rohr 6 erstreckt sich mindestens bis zur Hälfte der
Länge des
Glasrohrs 2. Dies verhindert jegliche zufällige Beschädigung des
Glasrohrs 2, wenn es am Motor angebracht ist. Es ermöglicht auch,
dass ein Schraubenschlüssel
verwendet wird, um den Aufbau am Turbinenflansch zu befestigen.
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Am
entgegengesetzten Ende des Glasrohrs 2 befindet sich ein
Einsatz 7, ein Zylinder, der in das Rohr 2 passt
und eine Stufe zur Anordnung am Ende des Glasrohrs 2 aufweist.
Der Einsatz 7 weist am innersten Ende eine Öffnung 8 in
das Glasrohr 2 auf. Durch diese Öffnung 8 verläuft ein
Metallstab 9. Der Metallstab 9 verläuft in der
Mitte des Glasrohrs 2 abwärts und ist mit der Basis der
Halterung 3 verbunden. Dieses Ende der Halterung 3 ist
dünn genug,
um eine minimale Wärmeausdehnung
von der Oberfläche
des Flansches des Gehäuses
zur Basis des Metallstabs 9 bereitzustellen.
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Am
entgegengesetzten Ende des Glasrohrs 2 befindet sich eine "Zylinder"einsatzanordnung 7, die
sich im Innendurchmesser des Glasrohrs 2 befindet. Das
rückstrahlende
Ziel ist mit dem äußeren Ende
des "Zylinder"einsatzes 7 verbunden.
Das Ende des Metallstabs 9 ist mit einem Gewinde versehen
und durch eine Mutter 10 befestigt und befindet sich im
Inneren des Einsatzes 7. Diese Mutter 10 kann
gedreht werden, um unterschiedliche Spannungen des Metallstabs 9 im
Aufbau bereitzustellen.
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Diese
können "eingestellt" werden, damit bei allen
Betriebstemperaturen stets genug Spannung im Metallstab 9 vorhanden
ist, damit der Metallstab 9 fest und sicher gehalten wird
und eine minimale Schwingung aufweist.
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2 zeigt
die "Zylindereinsatz"anordnung 7 gemäß dem Kreis
II in 1. Die "Zylindereinsatz"anordnung 7 umfasst
eine Lagerbuchse 11. Die Lagerbuchse 11 befindet
sich an einem Ende des Stabs 9 mit einer Spielpassung in
der Zylindereinsatzanordnung 7. Der Stab 9 kann
im Inneren der Lagerbuchse 11 gehalten werden, indem er
an die Spitze des Stabs 9 punktgeschweißt ist oder auf irgendeine
andere Weise daran fixiert ist. Die Lagerbuchse 11 ist
durch ein beliebiges Mittel auch in der Öffnung 8 fixiert.
Eine Feder 12 umgibt die Lagerbuchse 11 und weist
ein Ende in Kontakt mit dem inneren Ende des "Zylinder"einsatzes 7 auf. Am anderen
Ende der Feder befindet sich eine Unterlegscheibe 13. Die
Mutter 10 ist am Gewindeende der Lagerbuchse 11 befestigt und
presst die Feder 12 durch die Unterlegscheibe 13,
wenn der Aufbau zusammengesetzt ist.
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- 1
- Vorrichtung,
Träger
- 3
- Quarzglasrohr
- 3
- Halterung
- 4
- Feder
- 5
- Gewinde
- 6
- Rohr
- 7
- Einsatz
- 8
- Öffnung
- 9
- Metallstab
- 10
- Mutter
- 11
- Lagerbuchse
- 12
- Feder
- 13
- Unterlegscheibe