DE60319226T2 - Optische messung von leitschaufelradhalsbereichen - Google Patents

Optische messung von leitschaufelradhalsbereichen Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren des optischen Messens der Durchlassfläche eines Leitschaufelkranzes für eine Gasturbinenmaschine durch Bestrahlen oder Beleuchten der Leitschaufeln und Ummantelungen, die einen ausgewählten Durchlass begrenzen, und dann Messen der sich daraus ergebenden Schattenfläche, die der Durchlassfläche entspricht, und Wiederholen des Vorgangs für jeden Durchlass in einem Leitschaufelkranz, um die gesamte Durchlassfläche des Leitschaufelkranzes zu bestimmen.
  • Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsfläche am Punkt der maximalen Verengung in einer Gasströmungspassage, insbesondere zum Messen der Leitschaufel- oder Düsenfläche einer Gasturbinenmaschine.
  • Statoren, die auch als Leitschaufelkränze bekannt sind, sind eine Anordnung von feststehenden Strömungsprofilen, die benutzt werden, um die Richtung einer ringförmigen Luftströmung zu ändern, wenn sie sich einer Anordnung von rotierenden Schaufeln z. B. auf dem Rotor einer Turbine oder eines Kompressors nähert oder sich von dieser entfernt. Um die minimale Strömungsfläche durch einen Stator-Leitschaufelkranz zu ändern, werden Einstellungen am Winkel der Hinterkante der Statorleitschaufeln vorgenommen. Die minimale Strömungsfläche wird durch den Abstand zwischen der Hinterkante einer Leitschaufel und der Druckseite der nächsten Leitschaufel bestimmt, sodass das Ändern des Winkels der Hinterkante die minimale Strömungsfläche ändert. Die minimale Strömungsfläche steuert das Druckverhältnis der Turbine und den Massenstrom der Maschine und darum die Betriebslinie des Kompressors.
  • In einer neuen Maschine ist der Vorgang des Abstimmens des Stators auf den Rotor relativ einfach, da die rotierenden Schaufeln genau gleich sind. Wenn sich die Maschine jedoch abnutzt und überholt wird, müssen die Strömungsprofile des Stators individuell eingestellt werden, um den Stator wieder abzustimmen, um eine optimale Leistung der Maschine zu erreichen. Diese Einstellungen können einfach Biegen der Hinterkante eines Stator-Strömungsprofils, Zurückschneiden der Hinterkante oder im Falle eines segmentierten Leitschaufelkranzes das Ersetzen von Leitschaufelsegmenten umfassen. Jedoch müssen im Allgemeinen hunderte von winzigen Biegungen oder Anpassungen um den Statorkranz herum vorgenommen werden, die sich addieren, um die Strömungsfläche des Stators zu beeinflussen.
  • Um den Statorkranz auf die Gasturbinenmaschine abzustimmen, muss die Strömungsfläche des Stators bestimmt werden. Eine Änderung der Strömungsfläche des Stators ändert die Betriebslinie des Kompressors, was auch Auswirkungen auf die Geschwindigkeit des Gasgenerators, das Druckverhältnis des Kompressors, die Temperatur, den Massenstrom bei konstanter Leistung und den Spielraum zum Pumpen der Maschine in einem Übergangszustand hat. Bei konstanter Leistung erhöht ein Vergrößern der Statorströmungsfläche der Leistungsturbine, während die Statorströmungsfläche der Kompressorturbine konstant gehalten wird, die Geschwindigkeit des Gasgenerators und den Massenfluss, verringert aber leicht das Druckverhältnis des Kompressors. Daher ist das Anpassen der Leitschaufeln basierend auf einer effektiven Strömungsfläche ein kritischer Vorgang beim Überholen der Maschine, um eine optimale Leistung der Maschine vorherzusagen und optimale Effizienz und optimalen Energieverbrauch zu erreichen.
  • Herkömmlicherweise ist die Strömungsfläche eines Statorkranzes durch Benutzen einer Strömungsrate bestimmt worden, wie z. B. im US Patent Nr. 6,148, 667 von Evangelista gezeigt. Die Strömungsanlage weist einen Windkanalaufbau auf, der den Druckabfall einer Luftströmung misst, wenn Luft in einer kontrollierten experimentellen Umgebung durch den Statorkranz strömt. Die Strömungsanlage kann zuvor so kalibriert sein, dass eine bekannte Strömungsfläche zu einem bekannten Druckabfall führt. Daher kann das Messen des Druckabfalls über einen speziellen Statorkranz benutzt werden, um die ungefähre Strömungsfläche des Statorkranzes zu berechnen.
  • Strömungsanlagen wie in US 6,148,677 von Evangelista beschrieben erfordern einen erheblichen Aufbau, und die Zeit, die erforderlich ist, um die Strömungsanlage zu betreiben, beträgt ungefähr 45 bis 60 Minuten. Außerdem, obwohl Strömungsanlagen zuverlässige Ergebnisse liefern, wenn die Statorschaufeln relativ neu und regelmäßig sind, erzeugen lokale Druckeffekte erheblicher Ungenauigkeiten, sobald ein abgenutzter Stator benutzt wird, bei dem Anpassungen an der Vorder- oder Hinterkante vorgenommen worden sind. In Fällen, in denen der Statorkranz instand gesetzt worden ist, Abnutzung und Rissen unterliegt oder übermäßig angepasst worden ist, sind konventionelle Messungen der Gasströmungsfläche mit Vergleichsmethoden unzuverlässig. Ein Statorkranz ist eine extrem teure Komponente und daher sind genaue, zuverlässige Mittel zum Messen der Strömungsfläche erforderlich.
  • Ein anderes konventionelles Verfahren des Bestimmens der Strömungsfläche des Statorkranzes beinhaltet mechanisches Messen der Abmessungen der Durchlassfläche. Das US Patent Nr. 4,222,172 von Mason beschreibt eine Vorrichtung zum Messen der Fläche einer Leitschaufel, die eine Messuhr benutzt, die in einer speziellen Halterung befestigt ist, um die Abmessung der Durchlassfläche zu messen. Koordinatenmessgeräte ("coordinate measuring machines", CMM) können auch die Fläche mechanisch abtasten und die eingeschlossene Fläche berechnen, welche die Durchlassfläche der Leitschaufel repräsentiert.
  • Mechanische Messvorrichtungen können ungenau, langsam und relativ teuer sein. Koordinatenmessgeräte benutzen derzeit zwei Messmethoden, um die Durchlassfläche zu bestimmen. Eine Methode misst die Weite der Durchlassöffnung in drei Bereichen und misst die Höhe, um zu extrapolieren, um die Durchlassfläche zu erhalten. Die erste Methode ist ungenau, wenn die Hinterkante zwischen den gemessenen Bereichen unregelmäßig ist. Die zweite Methode tastet die Durchlassöffnung mit einem Messfühler ab, ohne den Kontakt zu verlieren. Der Messfühler tastet die Öffnung in einem vorgegebenen axialen Abstand von der Auffädelungslinie ("stacking line") des Strömungsprofils, der Referenzachse des Strömungsprofils, ab. Die Berechnung des Wertes der Durchlassfläche erfolgt unter der Annahme, dass die Sehnenlänge konstant ist und dass keine Abweichung des Profils zwischen dem abgetasteten Pfad und der wirklichen Hinterkante vorliegt. Jedoch sind Abweichungen bei allen außer neuen Teilen verbreitet, da Anpassungen der Leitschaufel, Instandsetzung und normale Abnutzung eine Abweichung des Profils, eine Abweichung der Sehnenlänge oder beides verursachen. Der Abstand zwischen dem Abtastpfad des Messfühlers und der Hinterkante kann zwischen 0,050–0,100 Zoll liegen, wobei die Abweichung des Profils bis zu 0,300–0,400 Zoll von der Hinterkante betragen kann. Daher werden die Abweichungen von dem Abtastmessfühler nicht vollständig übersehen, obwohl zu einem gewissen Grad ein Fehler eingeführt wird. Eine andere Technik ist in JP62-182604 gezeigt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnelles, kostengünstiges und zuverlässiges Verfahren des Berechnens der Durchlassfläche eines Leitschaufelkranzes zur Verfügung zu stellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, optische Messung der Durchlassfläche des Leitschaufelringes zu benutzen, um Ungenauigkeiten von mechanischen und Luftströmungsmessverfahren nach dem Stand der Technik zu vermeiden.
  • Weitere Aufgaben der Erfindung werden aus der Durchsicht der folgenden Offenbarung, Zeichnungen und Beschreibung der Erfindung offenkundig werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Messen der Durchlassfläche in einem Leitschaufelkranz für eine Gasturbinenmaschine nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 zur Verfügung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strahlungsquelle Licht im sichtbaren, Ultraschall- oder Infrarotspektrum, da diese in den meisten Umgebungen einfach und sicher benutzt werden können. Ein erheblicher Vorteil des optischen Messverfahrens ist, dass es sehr schnell ist und nur 25 bis 30 Sekunden für eine sehr genaue Messung erfordert, die Änderungen der Hinterkanten der Statorschaufeln nachweist, einfach wiederholbar und kostengünstig ist und ein unnötiges Kratzen von älteren Leitschaufelanordnungen vermeidet, was normalerweise ungenaue Ergebnisse liefert, wenn Verfahren nach dem Stand der Technik benutzt werden. Abweichungen des Profils der Vorderkante beeinflus sen konventionelle Strömungsvergleichsverfahren, haben aber keinen Einfluss auf die Maschine. Es ist ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens, welches nur die Hinterkante betrachtet, dass Abweichungen des Profils der Vorderkante nicht zu Ungenauigkeiten bei der Messung der Durchlassfläche des Leitschaufelkranzes führen.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Damit die Erfindung leicht verstanden werden kann, wird in den beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft gezeigt.
  • 1 ist ein axiale Schnittansicht durch eine Turbofan-Maschine, um den üblichen Einbauort von Statorleitschaufelkränzen neben Turbinenrotoren und Kompressorrotoren zu zeigen.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Leitschaufelkranzes, welche die Hinterkanten einer Anordnung von Statorleitschaufeln zeigt, die von einer inneren und einer äußeren Ummantelung begrenzt werden.
  • 3 ist eine Aufriss-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Teilschnittansicht durch die Statorleitschaufel zeigt, die auf einer rotierbaren Halterung mit einer Haupt- und einer Hilfslichtquelle befestigt ist, wobei die Lichtquellen eine von einer beleuchteten Fläche umgebene Schattenfläche erzeugen, um die Durchlassfläche sichtbar darzustellen, was von einer optischen Kamera betrachtet wird.
  • 4 zeigt eine Aufrissansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zu der Ebene aus 3 ist, und zeigt die Hauptlichtquellen und die Kamera.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, wie sie von der Kamera gesehen wird, und zeigt die Schattenfläche, die der Durchlassfläche entspricht, umgeben von einer beleuchteten Fläche.
  • 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in 5 und zeigt die Haupt- und Hilfslichtquelle ähnlich denen aus 3, wobei das Gesichtsfeld der Kamera, das als Rechteck gezeigt ist, ein Bild der Schattenfläche aufnimmt, das die Durchlassfläche zwischen den Statorleitschaufeln repräsentiert.
  • Weiter Einzelheiten und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung offenkundig werden.
  • Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine typische axiale Schnittansicht durch eine Turbofan-Maschine, obwohl die Erfindung genauso auch auf Turbowellen- und Turbopropmaschinen anwendbar ist. Einströmende Luft strömt über rotierende Gläserschaufeln 1 innerhalb des Bläsergehäuses 2 und wird in eine Bypass-Strömung, die weiter durch den Bypasskanal 3 strömt, und den internen Maschinenkern aufgeteilt. Der innere Bereich der Luftströmung strömt durch einen Niederdruck-Axialkompressor 4 und einen Zentrifugalkompressor 5 in den Verbrennungsraum 6. Kraftstoff wird eingespritzt und in dem Verbrennungsraum 6 entzündet und heiße Gase strömen über die Turbinen 7, um durch den hinteren Abgasbereich der Maschine ausgestoßen zu werden.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Leitschaufelkranzes 8, der herkömmlicherweise stromaufwärts der Turbinen 7 oder in einem Axialströmungskompressor 4 stromaufwärts der Kompressorturbinen angeordnet ist.
  • Der Leitschaufelkranz 8 hat eine ringförmige Anordnung von Statorleitschaufeln 9, die eine Mehrzahl von individuellen Durchlässen 10 zwischen jedem Satz von benachbarten Leitschaufeln 9 bilden. Die detaillierten Ansichten in den 5 und 6 zeigen die individuellen Leitschaufeldurchlässe 10 als eine dunkle Schattenfläche, die von einer beleuchteten Fläche umgeben ist, die durch die im Folgenden beschriebene Vorrichtung erzeugt wird. Jeder individuelle Durchlass 10 (wie am besten in 6 zu sehen ist) ist eine ebene Öffnung mit einer Peripherie, die in radialer Richtung durch eine innere Leitschaufelummantelung 11 und eine äußere Leitschaufelummantelung 12 begrenzt wird. Der individuelle Leitschaufeldurchlass 10 hat eine Peripherie, die in Umfangsrichtung durch die Hinterkante 13 der vorderen Leitschaufel 9a und einer projizierten, koplaneren Linie 14 auf der konvexen Oberfläche der benachbarten, folgenden Leitschaufeln 9b begrenzt ist.
  • Die folgenden Schritte sind in den 3 und 4 gezeigt. Der Leitschaufelkranz 8 wird auf einer Halterung 15, vorzugsweise mit einem rotierbaren Weiterschalttisch 16, angebracht, sodass der Kranz 8 schrittweise um die Achse 17 gedreht werden kann, um schrittweise Bilder für jeden einzelnen Durch lass aufzunehmen und dann die Daten zu sammeln und zu verarbeiten, um eine zusammengesetzte Durchlassfläche für den gesamten Kranz 8 zu erhalten.
  • Wie in den 3 und 4 gezeigt, wird der Leitschaufelkranz 8 in einer Aufnahmeposition auf der Halterung 15 angeordnet, sodass die Peripherie eines ausgewählten individuellen Durchlasses 10 innerhalb des optischen Messsichtfeldes der Kamera 18 liegt. Die 5 und 6 veranschaulichen das optische Messsichtfeld als eine rechteckige Ebene 19. Es ist zu verstehen, dass jede beliebige Form des Sichtfeldes benutzt werden kann und mehrere Kameras 18 eingesetzt werden können. Die Kameras 18 können jeweils einen definierten Bereich der Durchlassfläche messen, die dann aufsummiert werden, um eine Gesamtfläche zu erhalten, oder jede Kamera kann den gesamten Durchlass messen und die Ergebnisse werden gemittelt, um die Genauigkeit zu erhöhen.
  • Wie in den 3 und 4 gezeigt, sind zwei Hauptstrahlungsquellen 20 in einer Durchlass-definierenden Position angeordnet, um einen in der Ebene des ausgewählten Durchlasses 10 beginnenden Schattenbereich auf den Leitschaufelring 8 zu werfen (wie am besten in den 5 und 6 zu sehen ist). Wie in den 5 und 6 gezeigt, ist der Schattenbereich von einem Reflexionsbereich umgeben, wodurch die Durchlassfläche visuell abgegrenzt wird.
  • Um eine verbesserte Abgrenzung insbesondere der Hinterkante 13 bereit zu stellen, wird eine Hilfsstrahlungsquelle 21 so angeordnet, dass sie die Hinterkante der vorderen Leitschaufel 9a beleuchtet. Beleuchten der Hinterkante der folgenden Leitschaufel mit einer Hilfsstrahlungsquelle reduziert einen unerwünschten Schatten auf der folgenden Leitschaufel. Um den Kontrast zwischen dem Reflexions- und dem Schattenbereich zu optimieren, werden die Hauptstrahlungsquellen 20 durch den Bediener ausgerichtet. Vorzugsweise sind die Hauptstrahlungsquelle 20 und die Hilfsstrahlungsquelle 21 parallel ausgerichtet, um die Genauigkeit zu erhöhen. Parallel ausgerichtete Lichtquellen erzeugen wenig oder keine Streuung von Lichtstrahlen an den Kanten eines beleuchteten Bereichs.
  • Obwohl die Strahlungsquellen 20 und 21 von jedem bekannten Strahlungstyp sein können, wird aus Gründen der Sicherheit und der einfacheren Benutzung Strahlung innerhalb des Lichtspektrums bevorzugt und kann aus sichtbarem Licht, Infrarotlicht oder ultraviolettem Licht mit gleichem Vorteil ausgewählt werden. Weiterhin können die Strahlungsquellen 20 und 21 ein Muster oder Strahlung mit Bereichen niedriger Intensität, denen Bereiche mit hoher Intensität gegenüber gestellt sind, bereitstellen, um die Erkennung durch die Kamera 18 zu verbessern. Z. B. kann ein Schachbrettmuster der Strahlung oder ein Strahlungsmuster mit geraden Linien die Erkennung der kontrastierenden Schatten- und Beleuchtungsbereiche unter bestimmten Umständen verbessern.
  • Weiterhin ist die Blickrichtung 22 der Kamera 18 in dem in den 3, 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel als senkrecht zu der Ebene des ausgewählten Durchlasses 10 gezeigt (in den Darstellungen als Ebene des Sichtfeldes 19 dargestellt). Die bevorzugte Blickrichtung 22 ist von leicht oberhalb einer rechtwinkligen Orientierung, um die untere Grenze des Schattens (entlang der Linie 14 von 6) genauer zu definieren.
  • Wenn der Leitschaufelkranz 8 in der gezeigten Aufnahmeposition in der Halterung 15 positioniert ist, wobei die Peripherie des individuellen Durchlasses 10 innerhalb des optischen Messsichtfeldes 19 ist, kann der Bediener fortfahren, ein Bild eines Bereichs des Leitschaufelkranzes innerhalb des Sichtfeldes 19 mit der Kamera 18 oder einem anderen Strahlungsdetektor, der zu den Strahlungsquellen 20 und 21 passt, aufzunehmen, wie in den 5 und 6 gezeigt. Die Licht- oder Strahlungsquellen 20, 21 sollten eine Fläche haben, die breit genug ist, um eine ausreichende Fläche um die Durchlassöffnung 10 herum zu beleuchten, um einen guten Kontrast rund um die Durchlassöffnung 10 herum sicherzustellen, und vorzugsweise ist jede Lichtquelle parallel ausgerichtet oder nahezu parallel ausgerichtet.
  • Wenn Strahlung in der Form von Lichtquellen 20 und 21 benutzt wird, kann das Bild durch Zählen der Pixel analysiert werden, um Abmessungsdaten des dunklen Bereichs des Bildes zu erhalten, der proportional zu der individuellen Durchlassfläche des ausgewählten Durchlasses 10 ist.
  • Wenn eine genau zusammengesetzte Durchlassfläche für den Leitschaufelkranz 8 benötigt wird, kann das Verfahren fortschreiten, schrittweise Bilder von jedem der individuellen Durchlässe aufzunehmen und zu analysieren und dann die Abmessungsdaten für jedes einzelne Bild zu verarbeiten, um eine zusammengesetzte Durchlassfläche für den gesamten Leitschaufelkranz 8 zu erhalten.
  • Jedoch ist in einigen Fällen ein geschätzter Wert für die ungefähre Durchlassfläche ausreichend. In diesem Fall kann das Verfahren beinhalten, schrittweise ausgewählte Bilder von einer ausgewählten Mehrzahl individueller Durchlässe 10 aufzunehmen und zu analysieren. Eine Schätzung für die ungefähre Durchlassfläche des gesamten Leitschaufelkranzes 8 kann durch Hochrechnen der Abmessungsdaten der ausgewählten Bilder über den gesamten Leitschaufelring 8 erhalten werden.
  • Ein absoluter Wert für die tatsächliche Durchlassfläche in der Ebene des ausgewählten Durchlasses 10 (die Ebene, die in den 5 und 6 als rechteckiges Sichtfeld 19 gezeigt ist) kann durch Kalibrieren der Abmessungsdaten erreicht werden, indem wenigstens ein Skalierungsfaktor auf die erhaltenen Abmessungsdaten angewandt wird. Da die Kamera 8 in einem Abstand von dem Leitschaufelkranz 8 angeordnet ist, ist es normalerweise selbst dann, wenn das Sichtfeld senkrecht zu der Blickrichtung 22 ist, notwendig, einen Skalierungsfaktor vorzusehen, um die Durchlassfläche des Leitschaufelringes 8 zu erhalten und wirklich zu messen. In dem Fall jedoch, in dem die Blickrichtung 22 nicht senkrecht zu der Ebene des Leitschaufeldurchlasses 10 ist (als rechteckige Ebene 19 gezeigt), kann ein erster Skalierungsfaktor auf die radiale Dimension der Daten und ein zweiter Skalierungsfaktor auf die Umfangsdimension der erhaltenen Daten angewandt werden. Die Bilddaten können an einen Computer 23 übertragen werden, um die Bilddaten zu analysieren und eine Durchlassfläche für jeden individuellen Durchlass zu erhalten oder die zusammengesetzte Durchlassfläche für den gesamten Leitschaufelkranz zu erlangen, wenn die Halterung 10 rotierend fortschreitet.
  • Eine komplexere Kalibrierung oder Skalierung der Bildanalyse kann angewandt werden, um eine Linsenverzerrung und Bildperspektive auszugleichen. Das System wird am Anfang durch Abbilden eines bekannten Gitters oder Lochmusters, das im selben Abstand und derselben Ausrichtung wie die zu messende Durchlassfläche 10 angeordnet ist, kalibriert.
  • Eine sekundäre Kalibrierung beinhaltet das Benutzen von Master-Leitschaufelkränzen, die für jedes hergestellte Modell eine bekannte Leitschaufeldurchlassfläche haben. Das zuvor beschriebene optische Messverfahren wird mit jeder Master-Leitschaufel durchgeführt, um das optische Messsystem zu kalibrieren und um eine Kalibrationskurve festzulegen, mit der gemessene Werte verglichen werden, um die wirkliche Leitschaufeldurchlassfläche zu bestimmen.

Claims (28)

  1. Verfahren, Durchlassfläche in einem Leitschaufelkranz (8) für eine Gasturbinenmaschine optisch zu messen, wobei der Leitschaufelkranz eine ringförmige Anordnung von Leitschaufeln (9) hat, welche eine Mehrzahl von individuellen Durchlässen (10) jeweils zwischen einer vorderen und einer benachbarten, folgenden Leitschaufel der Anordnung definiert, wobei jeder genannte individuelle Durchlass eine planare Öffnung mit einer Peripherie ist, die in radialer Richtung von einer inneren Leitschaufelummantelung (11) und einer äußeren Leitschaufelummantelung (12) begrenzt ist und in umfangsmäßiger Richtung von einer hinteren Kante (13) der vorderen Leitschaufel (9a) und einer auf eine konvexe Oberfläche der benachbarten, folgenden Leitschaufel (9b) projizierten, koplanaren Linie (14) begrenzt ist, wobei das Verfahren aufweist: Platzieren des Leitschaufelkranzes auf einer Halterung (15) in einer Aufnahmeposition, wobei die Peripherie eines ausgewählten individuellen Durchlasses innerhalb eines optischen Messsichtfeldes liegt; gekennzeichnet durch die Schritte: Positionieren von mindestens einer primären Strahlungsquelle (20) in einer Durchlass-definierenden Position, wobei ein in der Ebene des ausgewählten Durchlasses beginnender Schattenbereich von genannter primärer Strahlungsquelle (20) auf dem Leitschaufelkranz (8) erzeugt wird, wobei genannter Schattenbereich von einem Reflexionsbereich umgeben ist; Erfassen von mindestens einem Bild eines Bereichs des Leitschaufelkranzes (8) innerhalb des Sichtfeldes mit einem Strahlungsdetektor; und Analysieren von jedem Bild, um einen Dimensionswert eines dunklen Bereichs von jedem Bild zu erhalten, der proportional zu einer individuellen Durchlassfläche des ausgewählten Durchlasses ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend: fortschreitendes Erfassen und Analysieren von Bildern von jedem der individuellen Durchlässe (10); und Verarbeiten der Dimensionswerte von jedem Bild, um eine zusammengesetzte Durchlassfläche für den Leitschaufelkranz (8) zu erhalten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend: fortschreitendes Erfassen und Analysieren von ausgewählten Bildern von einer ausgewählten Mehrzahl der individuellen Durchlässe; und Schätzen einer ungefähren Durchlassfläche für den Leitschaufelkranz (8) durch Hochrechnen der Dimensionswerte von genannten ausgewählten Bildern über den Leitschaufelkranz (8).
  4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) parallel gerichtet ist.
  5. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) aus der aus sichtbarem, infrarotem und ultravioletten Licht bestehenden Gruppe ausgewähltes, spektrales Licht projiziert.
  6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) ein Strahlungsmuster projiziert, das Bereiche hoher und niedriger Intensität aufweist.
  7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: Kalibrieren der Dimensionswerte, um die Durchlassfläche des ausgewählten Durchlasses durch Vergleichen der Dimensionswerte mit Dimensionswerten, die von einer Master-Leitschaufel mit bekannter Durchlassfläche erhalten worden sind, zu bestimmen.
  8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend: Kalibrieren der Dimensionswerte, um die Durchlassfläche in der Ebene des ausgewählten Durchlasses durch Anwenden von mindestens einem Skalierungsfaktor auf die Dimensionswerte zu bestimmen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, aufweisend: Anwenden eines ersten Skalierungsfaktors auf eine erste Dimension der Werte und eines zweiten Skalierungsfaktors auf eine zweite Dimension der Werte, wobei die Ebene des ausgewählten Durchlasses und eine Betrachtungsrichtung des Strahlungsdetektors nicht senkrecht sind.
  10. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend Analysieren des Bildes durch Abzählen der Pixel.
  11. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: Beleuchten der hinteren Kante (13) der vorderen Leitschaufel (9a) mit einer Hilfsbestrahlungsquelle (21).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Hilfsbestrahlungsquelle (21) sichtbares Licht ausstrahlt.
  13. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: Anpassen der primären Strahlungsquelle (20), um den Kontrast zwischen Reflexions- und Schattenbereich zu optimieren.
  14. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halterung (15) einen rotierbaren Weiterschalttisch aufweist.
  15. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) auf einer selben Seite des Leitschaufelkranzes (8) wie der Strahlungsdetektor aufgestellt wird.
  16. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei primäre Strahlungsquellen bereitgestellt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die primären Strahlungsquellen sichtbares Licht ausstrahlen.
  18. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungsdetektor mindestens eine Kamera (18) aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Kamerasichtfeld im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene des ausgewählten Durchlasses gerichtet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Kamerasichtfeld leicht oberhalb der senkrechten Orientierung ist, um genannte projizierte, koplanare Linie (14) genauer zu definieren.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, aufweisend: Beleuchten der hinteren Kante der vorderen Leitschaufel mit einer Hilfsbestrahlungsquelle, um unerwünschten Schatten auf der folgenden Leitschaufel (9b) zu reduzieren.
  22. Vorrichtung zum optischen Messen der Durchlassfläche in einem Leitschaufelkranz (8) für eine Gasturbinenmaschine, wobei der Leitschaufelkranz eine ringförmige Anordnung von Leitschaufeln (9) hat, welche eine Mehrzahl von individuellen Durchlässen (10) jeweils zwischen einer vorderen und einer benachbarten, folgenden Leitschaufel der Anordnung definiert, wobei jeder genannte individuelle Durchlass eine planare Öffnung mit einer Peripherie ist, die in radialer Richtung von einer inneren Leitschaufelummantelung (11) und einer äußeren Leitschaufelummantelung (12) begrenzt ist und in umfangsmäßiger Richtung von einer hinteren Kante (13) der vorderen Leitschaufel (9a) und einer auf eine konvexe Oberfläche der benachbarten, folgenden Leitschaufel (9b) projizierten, koplanaren Linie (14) begrenzt ist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Halterungseinrichtung (15) zum Halten des Leitschaufeikranzes in einer Aufnahmeposition, wobei die Peripherie eines ausgewählten individuellen Durchlasses innerhalb eines optischen Messsichtfeldes liegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist: eine in einer Durchlass-definierenden Position aufgestellte primäre Strahlungsquelle (20), wobei ein in der Ebene des ausgewählten Durchlasses beginnender Schattenbereich von genannter primärer Strahlungsquelle (20) auf dem Leitschaufelkranz (8) erzeugt ist, wobei genannter Schattenbereich von einem Reflexionsbereich umgeben ist; Strahlungsdetektoreinrichtung zum Erfassen eines Bildes eines Bereichs des Leitschaufelkranzes (8) innerhalb des Sichtfeldes; und Bildanalyseeinrichtung zum Analysieren des Bildes, um einen Dimensionswert eines dunklen Bereichs des Bildes zu erhalten, der proportional zu einer individuellen Durchlassfläche des ausgewählten Durchlasses ist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Halterung (15) einen rotierbaren Weiterschalttisch aufweist; und die Vorrichtung weiterhin eine Dimensionswertverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Dimensionswerte von jedem Bild aufweist, um eine zusammengesetzte Durchlassfläche für den Leitschaufelkranz (8) zu erhalten.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) auf einer selben Seite des Leitschaufelkranzes (8) wie der Strahlungsdetektor aufgestellt ist.
  25. Vorrichtung nach Ansprüchen 22 bis 24, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) sichtbares Licht ausstrahlt.
  26. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Strahlungsdetektoreinrichtung eine Kamera (18) aufweist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Kamerasichtfeld senkrecht zu der Ebene von genannter Öffnung von genanntem ausgewählten Durchlass gerichtet ist.
  28. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 22 bis 27, wobei die primäre Strahlungsquelle (20) eine Quelle parallel gerichteten sichtbaren Lichts aufweist.
DE60319226T 2002-06-06 2003-06-03 Optische messung von leitschaufelradhalsbereichen Expired - Lifetime DE60319226T2 (de)

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CA002389484A CA2389484A1 (en) 2002-06-06 2002-06-06 Optical measuremnet of vane ring throat area
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DE60319226D1 DE60319226D1 (de) 2008-04-03
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7099017B2 (en) * 2003-05-28 2006-08-29 General Electric Company Methods and apparatus for measuring flow opening areas
US7305118B2 (en) * 2004-10-22 2007-12-04 Pratt & Whitney Canada Corp. Illumination system for measurement system
US6945124B1 (en) * 2004-10-22 2005-09-20 Pratt & Whitney Canada Corp. Measurement system
US20070050156A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-01 Janakiraman Vaidyanathan Method for measuring the nozzle flow area between gas turbine engine vanes
EP1835150A1 (de) * 2006-03-17 2007-09-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Inspektion einer Turbinenanlage sowie Vorrichtung hierzu
US8860954B2 (en) * 2006-10-04 2014-10-14 Schlumberger Technology Corporation Physical property measurement device
US8007229B2 (en) * 2007-05-24 2011-08-30 United Technologies Corporation Variable area turbine vane arrangement
US20090067978A1 (en) * 2007-05-24 2009-03-12 Suljak Jr George T Variable area turbine vane arrangement
US8105019B2 (en) * 2007-12-10 2012-01-31 United Technologies Corporation 3D contoured vane endwall for variable area turbine vane arrangement
US7920982B2 (en) * 2008-01-15 2011-04-05 Raytheon Company Optical distortion calibration for electro-optical sensors
US8075259B2 (en) * 2009-02-13 2011-12-13 United Technologies Corporation Turbine vane airfoil with turning flow and axial/circumferential trailing edge configuration
US9976851B2 (en) 2010-05-03 2018-05-22 United Technologies Corporation Accurate machine tool inspection of turbine airfoil
US8528207B2 (en) * 2010-08-19 2013-09-10 Rolls-Royce Corporation Variable vane calibration method
US8783119B2 (en) * 2012-09-26 2014-07-22 United Technologies Corporation Vane arm testing rig
CN103148784B (zh) * 2013-03-14 2016-01-20 哈尔滨鹰瑞达科技开发有限公司 一种大型叶片全尺寸检测方法
CN103335586A (zh) * 2013-06-08 2013-10-02 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种导向n联叶片排气面积模拟装配检测装置的设计方法
US10339264B2 (en) 2016-01-14 2019-07-02 Rolls-Royce Engine Services Oakland, Inc. Using scanned vanes to determine effective flow areas
JP6839928B2 (ja) * 2016-04-26 2021-03-10 株式会社三井ハイテック 異形積層鉄心の測定方法
CN108693635B (zh) * 2018-04-13 2020-06-23 东华大学 汽车内饰件表面瑕疵在线检测的光线变换器及设计方法
CN114252035B (zh) * 2021-11-08 2023-07-07 安徽应流航源动力科技有限公司 一种涡轮叶盘的尺寸检测方法
CN114459391B (zh) * 2022-01-11 2023-07-18 上海尚实航空发动机股份有限公司 一种涡轮导向器喉道面积检测方法及装置
CN114413824B (zh) * 2022-01-20 2022-10-21 中国科学院西北生态环境资源研究院 一种基于单株玉米叶片参数的叶面积指数处理系统

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222172A (en) 1979-01-12 1980-09-16 General Motors Corporation Vane area measuring device
GB2134251B (en) 1982-12-24 1986-09-17 Rolls Royce Optical radiation pyrometer
JPS61176806A (ja) 1985-02-01 1986-08-08 Hitachi Ltd 多翼羽根車用組立外観検査装置
JPS62182604A (ja) 1986-02-06 1987-08-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 翼列の自動計測装置
US4983043A (en) 1987-04-17 1991-01-08 Industrial Technology Institute High accuracy structured light profiler
US4875777A (en) 1987-09-30 1989-10-24 Industrial Technology Institute Off-axis high accuracy structured light profiler
US4896430A (en) * 1988-10-27 1990-01-30 Compair, Inc. Scanning method and apparatus for measuring open flow area
US5090631A (en) * 1990-10-15 1992-02-25 Wark Rickey E Air flow rate control device for pulverizer vane wheel
JP3055827B2 (ja) 1991-09-30 2000-06-26 オリンパス光学工業株式会社 撮像手段を用いた対象物の検査方法
ES2063636B1 (es) * 1992-04-23 1997-05-01 Turbo Propulsores Ind Conjunto de alabes de estator para motores de turbina de gas.
US5517310A (en) 1994-06-30 1996-05-14 Solar Turbines Incorporated Method and apparatus for obtaining and analyzing an image of a elongate slot
GB9511269D0 (en) * 1995-06-05 1995-08-02 Rolls Royce Plc Variable angle vane arrays
GB2301868B (en) * 1995-06-05 1999-08-11 Rolls Royce Plc Improved actuator mechanism for variable angle vane arrays
US5931636A (en) * 1997-08-28 1999-08-03 General Electric Company Variable area turbine nozzle
US6094269A (en) * 1997-12-31 2000-07-25 Metroptic Technologies, Ltd. Apparatus and method for optically measuring an object surface contour
GB9805422D0 (en) 1998-03-13 1998-05-06 Standard Aero Limited Gas flow area measurement
US7099017B2 (en) 2003-05-28 2006-08-29 General Electric Company Methods and apparatus for measuring flow opening areas

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Publication number Publication date
US7116839B2 (en) 2006-10-03
WO2003104747A1 (en) 2003-12-18
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