IT9020285A1

IT9020285A1 - CALIPER TO MEASURE CAVITY PROFILES

Info

Publication number: IT9020285A1
Application number: IT020285A
Authority: IT
Inventors: James O Dickson
Original assignee: Westinghouse Canada Inc
Priority date: 1990-05-14
Filing date: 1990-05-14
Publication date: 1991-11-14
Also published as: IT9020285A0; IT1239978B

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:

"CALIBRO PER MISURARE PROFILI DI CAVITA'" "GAUGE FOR MEASURING CAVITY PROFILES"

RIASSUNTO SUMMARY

Le scanalature delle radici di paletta in un disco di turbina vengono misurate con esattezza da un corpo che assomiglia alla radice di paletta,che comprende calibri elettronici distanziometrici nelle sue superfici. Il corpo viene introdotto in una scanalatura di riferimento con due superfici in contatto con le superilei della scanalatura e la distanza tra le altre superfici del corpo e le superfici corrispondenti della scanalatura di riferimento viene visualizzata. La visualizzazione viene regolata in modo che tutte le distanze visualizzate siano eguali. Il corpo può quindi essere introdotto in una scanalatura di disco durante la produzione e indicare se la scanalatura di disco che viene lavorata a macchina corrisponde alla scanalatura di riferimento. The vane root grooves in a turbine disc are precisely measured by a body resembling the vane root, which includes electronic distance gauges in its surfaces. The body is introduced into a reference groove with two surfaces in contact with the surfaces of the groove and the distance between the other surfaces of the body and the corresponding surfaces of the reference groove is displayed. The display is adjusted so that all displayed distances are equal. The body can then be introduced into a disc groove during production and indicate whether the disc groove being machined matches the reference groove.

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce a calibri per determinare la precisione di una cavità formata in un materiale pieno, in particolare una cavità formata in modo da impegnarsi con una forma geometrica specifica in più di un punto o superficie . The present invention relates to gauges for determining the accuracy of a cavity formed in a solid material, in particular a cavity formed to engage with a specific geometric shape at more than one point or surface.

Nella produzione di turbine a gas, si devono formare delle aperture nel disco rotorico per ricevere le estremità delle palette. L'impegnamento tra la paletta e il disco è normalmente nella forma chiamata ad abete.L'impegnamento tra la base o radice della paletta e l'apertura o scanalatura nel disco è tale da produrre una molteplicità di superfici coniugate di sopporto di forza. Naturalmente le forze in gioco sono quelle provocate dalle forze centrifughe che si verificano nella paletta durante la rotazione ad elevata velocità. E' essenziale che tali forze vengano distribuite uniformemente nel disco e pertanto è essenziale che l'apertura nel disco si adatti strettamente alla forma in corrispondenza della base o radice della paletta. In the manufacture of gas turbines, openings must be formed in the rotor disc to receive the ends of the blades. The engagement between the vane and the disc is normally in the form called spruce. The engagement between the base or root of the vane and the opening or groove in the disc is such as to produce a plurality of conjugate force-bearing surfaces. Naturally, the forces involved are those caused by the centrifugal forces that occur in the blade during rotation at high speed. It is essential that these forces are evenly distributed in the disc and therefore it is essential that the opening in the disc closely matches the shape at the base or root of the vane.

Nel passato quando le aperture venivano formate nel disco mediante un procedimento di alesaggio, il solo metodo per controllare la precisione dell'apertura e il suo adattamento alla forma della base della paletta era di completare tale apertura nel disco, fondere un adatto materiale nell'apertura, togliere il prodotto fuso, lavorare a macchina sino ad ottenere una forma squadrata la superficie d'estremità e quindi misurare otticamente la forma dell'oggetto fuso mediante confronto con uno standard di riferimento. In the past when openings were formed in the disc by a reaming process, the only method of controlling the accuracy of the opening and its fit to the shape of the vane base was to complete that opening in the disc, melt a suitable material into the opening. , remove the molten product, machine until the end surface is square and then optically measure the shape of the molten object by comparison with a reference standard.

E' evidente che tale procedimento introduce ritardi notevoli nel processo di lavorazione a macchina poiché richiede che il processo venga interrotto mentre viene formata e controllata una fusione campione. E' anche evidente che sarebbe preferibile avere un calibro che possa essere impiegato durante il processo di alesaggio per determinare se le aperture che vengono formate rientrano entro i limiti prescritti. It is evident that such a process introduces significant delays in the machining process as it requires the process to be stopped while a sample melt is formed and controlled. It is also evident that it would be preferable to have a gauge that can be employed during the reaming process to determine whether the openings that are formed are within the prescribed limits.

Sono stati proposti nel passato calibri per misurare i profili e per misurare la posizione relativa di superfici su un profilo. Il brevetto canadese 1.145.931 è un esempio di un dispositivo di calibraturaper misurare la posizione relativa di due superfici di un oggetto. Si vede che in tale brevetto una coppia di sonde viene in contatto con due superfici dell'oggetto e confronta la loro posizione relativa. Tuttavia tale calibro misura soltanto le posizioni relative di due superfici. Gauges have been proposed in the past to measure profiles and to measure the relative position of surfaces on a profile. Canadian Patent 1,145,931 is an example of a calibration device for measuring the relative position of two surfaces of an object. It can be seen that in this patent a pair of probes comes into contact with two surfaces of the object and compares their relative position. However, this gauge only measures the relative positions of two surfaces.

Secondo la presente invenzione si realizza un calibro che ha una superficie di riferimento che si impegna con una superficie di riferimento nell'apertura e una molteplicità di nervature corrispondenti alla posizione delle superfici di sopporto della apertura. Delle sonde capacitive sono disposte su tali superfici per rivelare la distanza tra tali superfici e le superfici di sopporto nell'apertura formata nel disco quando la superficie di riferimento è in completo contatto con la superficie di apertura del disco. I segnali di uscita provenienti dalle sonde capacitive vengono confrontati e forniscono un'indicazione precisa delle relative posizioni delle superfici di sopporto dell'apertura. Il calibro può essere introdotto nell'apertura in qualsiasi istante durante il processo di lavorazione a macchina per determinare se l'apertura alesata si adatta allo standard. According to the present invention, a gauge is provided which has a reference surface which engages with a reference surface in the opening and a plurality of ribs corresponding to the position of the supporting surfaces of the opening. Capacitive probes are disposed on such surfaces to detect the distance between such surfaces and the supporting surfaces in the opening formed in the disc when the reference surface is in full contact with the opening surface of the disc. The output signals from the capacitive probes are compared and provide an accurate indication of the relative positions of the support surfaces of the aperture. The gauge can be introduced into the opening at any time during the machining process to determine if the bored opening fits the standard.

Una comprensione più chiara della presente invenzione si può avere prendendo in considerazione i disegni in cui: A clearer understanding of the present invention can be had by considering the drawings in which:

la figura 1 è un'illustrazione di un disco con un'apertura ad abete e la parte di radice corrispondente di una paletta di turbina . Figure 1 is an illustration of a disc with a spruce opening and the corresponding root portion of a turbine blade.

La figura 2 è un'illustrazione del calibro secondo la presente invenzione. Figure 2 is an illustration of the gauge according to the present invention.

La figura 3 è uno schema a blocchi del sistema elettrico associato al calibro. Figure 3 is a block diagram of the electrical system associated with the gauge.

Considerando dapprima la figura 1, in essa è mostrato un disco retorico per una turbina a gas indicato con 1 e la cavità 2 che è stata alesata nel disco nella forma chiamata ad abete. La paletta di turbina coniugata è mostrata in alto in 3 e si vede che la paletta ha una parte di radice, anch'essa a forma di abete per coniugarsi con l'apertura nel disco. Le superfici 4 e 5 sulla radice di paletta si coniugano con superfici corrispondenti 6 e 7 nell'apertura e analogamente le superfici 8 e 9 sulla radice si coniugano con superfici 10 e 11 nell'apertura e le superfici 12 e 13 suila radice di paletta si coniugano con le superfici 14 e 15 sull 'apertura. Considering first Figure 1, there is shown a rhetorical disk for a gas turbine indicated with 1 and the cavity 2 which has been reamed into the disk in the form called fir. The mating turbine blade is shown above at 3 and it is seen that the blade has a root part, also shaped like a spruce to mate with the opening in the disc. Surfaces 4 and 5 on the blade root mate with corresponding surfaces 6 and 7 in the opening and similarly surfaces 8 and 9 on the root mate with surfaces 10 and 11 in the opening and surfaces 12 and 13 on the blade root they combine with the surfaces 14 and 15 on the opening.

E' evidente che una corretta distribuzione delle forze generate durante la rotazione ad alta velocità è essenziale se il materiale della radice di paletta e del disco rotorico non deve essere sovrasollecitato. Pertanto è desiderabile essere sicuri che l'apertura si adatti ad uno standard voluto chei naturalmente; è fissato dalla forma della radice di paletta. It is evident that a correct distribution of the forces generated during rotation at high speed is essential if the material of the blade root and of the rotor disc is not to be overstressed. Therefore it is desirable to be sure that the opening fits a naturally desired standard; it is fixed by the shape of the vane root.

Il calibro mostrato nella figura 2 è di una forma nel complesso corrispondente ad un abete,ma soltanto alcune delle sue superfici sono critiche. In particolare le superfici 10 e 11 nella apertura possono essere impiegate come superfici di riferimento, nel qual caso le superfici 16 e 17 diventano le superfici di riferimento sul calibro e le superfici 18, 19, 20 e (da 0,0381 cm a 0,00508 cm) 21 vengono ribassate di 0,015" a 0,0020"/per evitare il contatto con le superfici corrispondenti dell'apertura. Il corpo del calibro è formato da qualsiasi materiale adatto che resista all'usura che si verifica durante l'impiego e sia sufficientemente stabile per essere sicuri che la sua forma non cambi indesiderabilmente durante variazioni termiche e impiego normale . Tipicamente il corpo sarà formato da acciaio ad elevato tenore di carbonio o acciaio da utensili o materiale analogo. Come si può vedere le superfici di misura del calibro cioè le superfici 18, 19, 20, e 21 incorporano ognuna una sonda capacitiva che è disposta leggermente al di sotto della superficie per proteggerla dall 'impegnamento con l'apertura quando viene inserito il calibro. Tali sonde, di cui soltanto due si possono vedere in 22 e 23, sono collegate mediante conduttori attraverso il corpo del calibro e attraverso un conduttore multiplo 24 ad un adatto circuito elettronico. The gauge shown in Figure 2 is of a shape corresponding to a spruce on the whole, but only some of its surfaces are critical. In particular, the surfaces 10 and 11 in the aperture can be used as reference surfaces, in which case the surfaces 16 and 17 become the reference surfaces on the gauge and the surfaces 18, 19, 20 and (0.0381 cm to 0, 00508 cm) 21 are lowered by 0.015 "to 0.0020" / to avoid contact with the corresponding surfaces of the opening. The gauge body is formed of any suitable material that resists the wear and tear that occurs in use and is stable enough to be sure that its shape does not change undesirably during thermal changes and normal use. Typically the body will be formed of high carbon steel or tool steel or similar material. As can be seen the measuring surfaces of the gauge i.e. surfaces 18, 19, 20, and 21 each incorporate a capacitive probe which is disposed slightly below the surface to protect it from engagement with the aperture when the gauge is inserted. Such probes, of which only two can be seen at 22 and 23, are connected by conductors through the body of the gauge and through a multiple conductor 24 to a suitable electronic circuit.

Nel funzionamento il calibro viene inserito in un'apertura in un disco che si deve misurare. La superficie inferiore del calibro 25 si impegna elasticamente con la superficie inferiore 26 dell'apertura e spinge le superfici 16 e 17 in stretto contatto con le superfici 10 e 11, stabilendo cosi,una posizione di riferimento per il calibro. La posizione delle superfici 6, 7, 14 e 15 può ora essere determinata misurando la distanza relativa delle varie sonde capacitive da tali superfici. In operation the gauge is inserted into an opening in a disc that is to be measured. The lower surface of the gauge 25 resiliently engages the lower surface 26 of the aperture and pushes the surfaces 16 and 17 into close contact with the surfaces 10 and 11, thereby establishing a reference position for the gauge. The position of surfaces 6, 7, 14 and 15 can now be determined by measuring the relative distance of the various capacitive probes from those surfaces.

Esaminando ora la figura 3, si può vedere che i segnali di uscita provenienti dalle sonde capacitive vengono accoppiati ad un circuito elettronico 27 che trasforma la capacità misurata tra la sonda e la sua superficie adiacente in una tensione. Mediante un'adatta commutazione }le tensioni rappresentative delle varie capacità possono essere visualizzate su un adatto visualizzatore 28. Il visualizzatore può, per esempio, mostrare una lettura digitale 29 rappresentativa della distanza tra una superficie su] calibro e una superficie nell'apertura. Tipicamente la lettura in 29 potrebbe rappresentare la distanza tra la superficie 18 sul calibro e la superficie 6 nell'apertura quando si sceglie la sonda 22. I valori possono anche essere stampati per fornire una registrazione per un riferimento futuro. By examining now Figure 3, it can be seen that the output signals from the capacitive probes are coupled to an electronic circuit 27 which transforms the capacitance measured between the probe and its adjacent surface into a voltage. By suitable switching, the voltages representative of the various capacities can be displayed on a suitable display 28. The display may, for example, show a digital reading 29 representative of the distance between a surface on the gauge and a surface in the aperture. Typically the reading at 29 could represent the distance between surface 18 on the gauge and surface 6 in the aperture when selecting probe 22. The values can also be printed to provide a record for future reference.

Nella produzione del calibro sarà naturalmente necessario stabilire la posizione relativa della sonda e sarà conveniente fare ciò producendo un'apertura di riferimento che può quindi essere impiegata per standardizzare il calibro. Nella messa a punto, il circuito elettronico 27 verrà regolato in modo che il segnale di uscita proveniente da tutte le sonde capacitive sia eguale quando il calibro viene inserito nella cavità di riferimento. In the production of the gauge it will of course be necessary to establish the relative position of the probe and it will be convenient to do this by producing a reference aperture which can then be used to standardize the gauge. In setting up, the electronic circuit 27 will be adjusted so that the output signal from all the capacitive probes is equal when the gauge is inserted into the reference cavity.

Si comprende che un calibro specifico deve essere prodotto per ogni apertura ad abete che deve essere misurata ma il metodo di produzione del calibro ed il suo collegamento alla elettronica It is understood that a specific gauge must be produced for each fir opening that is to be measured but the method of production of the gauge and its connection to the electronics

disposizione circuitale / saranno identici in ogni caso. Si comprende pure che anche se il calibro è destinato per l'impiego durante la produzione, si deve avere una certa cura durante il suo impiego per evitare la presenza di olio o altro materiale dielettrico in assenza di aria durante il processo di taratura. circuit arrangement / will be identical in each case. It is also understood that even if the gauge is intended for use during production, some care must be taken during its use to avoid the presence of oil or other dielectric material in the absence of air during the calibration process.

Per quanto il calibro sia stato descritto impiegante sonde capacitive, si comprende che si potrebbero anche impiegare altri metodi per produrre segnali elettrici rappresentativi della distanza tra due superfici. While the gauge has been described using capacitive probes, it is understood that other methods could also be employed to produce electrical signals representative of the distance between two surfaces.

Claims

CLAIMS 1. Caliper for measuring the relative positions of a plurality of surfaces in an opening comprising: (a) a body having a profile resembling the cross section of the opening; (b) at least two reference surfaces in the opening; (c) of the first surfaces on the body corresponding to the reference surfaces; (d) at least one other surface on the adjacent body but which does not contact a further surface in the opening when the first surfaces and the reference surfaces are in full contact; (e) a probe mounted in the other surface; And means comprising said probe for determining the distance between said other surface and said further surface.

2. Caliber according to rev. 1, in which the opening is of constant cross section.

3. Caliber according to rev. 1, wherein the opening is the fir-shaped blade support opening in the disk for a turbine.

4. Caliber according to rev. 1, where the probe is a capacitive probe for measuring distances.

5. Caliber according to rev. 3, wherein the reference surfaces are a pair of surfaces in the fir-tree opening on opposite sides and equidistant from the periphery of the disc.

6. Caliber according to rev. 5, wherein the other surfaces are at least two surfaces on opposite sides of the fir opening equidistant from the periphery of the disc.

7. Method for measuring the machining accuracy of a spruce vane root groove in a turbine disc consisting of: (a) forming a body similar to the blade root; (b) maintaining two surfaces of the body in contact with corresponding surfaces of the groove by a force in a direction radially outward relative to the disc; (c) measure the distance between other surfaces of the body and corresponding surfaces of the groove.

8. Method for measuring the machining accuracy of a spruce vane root groove according to claim 7, where the distance between other surfaces of the body and the corresponding surfaces is displayed and the display adjusted to a nominal value by measuring a reference groove.

9. Caliber as shown above in the accompanying description and all improvements which are set forth therein.