JP2015094357A

JP2015094357A - バケット先端シュラウドの測定治具およびバケット先端シュラウドの向きを測定する方法

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Publication number: JP2015094357A
Application number: JP2014223890A
Authority: JP
Inventors: ジョン・デイビッド・ウォード，ジュニア; David Ward John Jr; ホアン・パブロ・シリア; Pablo Cilia Juan; ジェームズ・ライアン・コナー; Ryan Connor James; ジェイソン・アダム・ネヴィル; Adam Neville Jason; クリストファー・アレン・ナフィス; Allen Nafis Christopher; ニール・ロバート・ペダー; Robert Peddar Neil; アントニオ・ロドリゲス; Rodriguez Antonio; ダニエル・ハワード・トラジェッサー; Daniel Howard Tragesser
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2015-05-18
Also published as: US9151587B2; EP2871440A1; US20150128433A1; CN104634290A

Abstract

【課題】ターボマシンのバケット先端シュラウドの測定治具およびバケット先端シュラウドの向きを測定する方法を提供する。【解決手段】バケット先端シュラウドの測定治具は、第１端部から第２端部に、第１表面１０と、対向する第２表面１１とを有する中間部８を通って延びるフレーム４と、第１端部において、フレームの第２表面から延びる第１先端シュラウド固定部材２０と、第２端部において、フレームの第２表面から延びる第２先端シュラウド固定部材２１とを含む。第１先端シュラウド固定部材および第２先端シュラウド固定部材は、フレームに対するバケット先端シュラウドの向きを保持し、確立するために、構成され、配置されている。複数の基準点が、フレームの表面に提供されている。複数の基準点は、座標測定機（ＣＭＭ）プローブを受けるように構成され、配置されている。【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は、ターボマシンの技術に関し、より詳細には、ターボマシンのバケット先端シュラウドの測定治具の技術に関する。

ターボマシンは、共通の圧縮機／タービンシャフトと、燃焼器アセンブリとを通るタービン部に連係された圧縮機部を含む。吸気流は吸気取入口を通って圧縮機部に向かう。圧縮機部においては、吸気流は、燃焼器アセンブリに向かう、いくつかの連続するステージを通って圧縮される。燃焼器アセンブリでは、圧縮された空気流が燃料と混合され可燃性混合物になる。可燃性混合物は、燃焼器アセンブリ内で燃焼して高温ガスを形成する。高温ガスは、トランジションピースを通って、タービン部の高温ガス流路に沿って導かれる。高温ガスは、ホイールに設けられた複数のタービンバケットエアフォイルに作用する、いくつかのタービンステージを通って、高温ガス流路に沿って膨張し、例えば、発電機に動力を供給するために出力される仕事量を生成する。

バケットエアフォイルは、Ｚ形状の構造を有する先端シュラウドを含んでもよい。Ｚ形状の構造は、隣接するバケットエアフォイル先端シュラウド同士の間に小さな隙間を有する封止リングを確立する。作動中、バケットエアフォイルは捩れる可能性がある。１つ以上のバケットエアフォイルが捩れると、隙間が大きくなり、高温ガスが高温ガス流路から排出されるのが早くなりすぎてしまう可能性がある。隙間が変化すると、複数のバケットエアフォイルが、互いに損傷をもたらし得るように相互に作用することになる可能性がある。バケットエアフォイルは、定期的に取り外され、それまでに起こった捩れの大きさを判定するために測定される。

米国特許第７７６２００４号明細書

本発明の一態様によると、バケット先端シュラウドの測定治具は、第１端部から第２端部に、第１表面と、対向する第２表面とを有する中間部を通って延びるフレームと、第１端部において、フレームの第２表面から延びる第１先端シュラウド固定部材と、第２端部において、フレームの第２表面から延びる第２先端シュラウド固定部材とを含む。第１および第２先端シュラウド固定部材は、フレームに対するバケット先端シュラウドの向きを保持し、確立するように構成され、配置されている。複数の基準点が、フレームの表面に提供されている。複数の基準点は、座標測定機（ＣＭＭ）プローブを受けるように構成され、配置されている。本発明の別の態様では、ターボマシンバケットのバケット先端シュラウドを測定する方法は、ターボマシンバケットのロータの端部を保持治具内に固定するステップと、第１先端シュラウド固定部材および第２先端シュラウド固定部材を支持するフレームを含む、バケット先端シュラウドの測定治具を、ターボマシンバケットの対向する端部のシュラウドに配置するステップと、第１固定シュラウド部材および第２固定シュラウド部材をシュラウドに係合させるステップと、測定プローブを用いて、フレーム表面に提供された１つ以上の基準点の位置を判定するステップと、コンピュータ測定システムを用いて、ターボマシンバケットのロータの端部に対するシュラウドの位置を計算するステップと、を含む。

上記の、および他の利点と特徴は、図面とともに下記の説明から、より明確になるであろう。

本発明の主題は、特に明細書の結論における特許請求の範囲で、特定され、明瞭にクレームされる。本発明の上記の特徴、他の特徴、および長所は、添付の図面と共に、以下の詳細な説明から、より明らかになるであろう。

例示的実施形態による、バケット先端シュラウドの測定治具の上部斜視図である。図１のバケット先端シュラウドの下方斜視図である。図１のバケット先端シュラウドの測定治具の断面側面図である。例示的実施形態の態様による、ターボマシンバケット先端シュラウドに設けられた、図１のバケット先端シュラウドの測定治具の斜視図である。バケット先端シュラウドに設けられた、バケット先端シュラウドの測定可能な状態の測定治具の斜視図である。バケット先端シュラウドに設けられた、例示的実施形態の別の形態による、バケット先端シュラウドの測定治具の上部斜視図である。図５のバケット先端シュラウドの測定治具下方斜視図である。別の例示的実施形態による、バケット先端シュラウドの測定治具の斜視図である。

以下の詳細な説明は、図を参照しながら、利点および特徴とともに本発明の実施形態を、例として説明する。

例示的実施形態による、バケット先端の測定治具２が、図１〜４に示されている。バケット先端の測定治具２は、第１表面１０および対向する第２表面１１を有する中間部８を通って、第１端部６から第２端部７に延びるフレーム４を含む。基準開口部１４を含む複数の基準開口部は、第１表面１０と、第２表面１１との間のフレーム４を貫通して延びる。バケット先端の測定治具２は、第１端部６に配置された第１先端シュラウド固定部材２０と、第２端部７に配置された第２先端シュラウド固定部材２１とを含む。第１先端シュラウド固定部材２０および第２先端シュラウド固定部材２１は、フレーム４に形成された、対応する第１スロット２２および第２スロット２３に、スライド自在に受けられる。

図２で最もよく分かるように、第１先端シュラウド固定部材２０は、第２表面１１に設けられ、第１Ｚ形状ノッチ配置要素２４を含む。同様に、第２先端シュラウド固定部材２１は、第２表面１１に設けられ、第２Ｚ形状ノッチ配置要素２６を含む。第１基準部２７が、第１表面１０に配置され、第１先端シュラウド固定部材２０に機能的に接続される。第２基準部２８が、第１表面１０に配置され、第２先端シュラウド固定部材２１に機能的に接続される。第１基準部２７および第２基準部２８は、対応する、略球形の第１操作部２９および第２操作部３０を含む。第１先端シュラウド固定部材２０は、第１コネクタ３１および第２コネクタ３２を介して、第２先端シュラウド固定部材２１に機械的に連係されている。また、第１コネクタ３１および第２コネクタ３２もギア３４に機械的に接続され、軸３６によって支えられている。

この配置により、第１先端シュラウド固定部材２０が、第１操作部２９を介して、外側方向に移動（軸３６から離れる方向に移動）した場合、第２先端シュラウド固定部材２１は、同様に外側方向に移動する。同様に、第１先端シュラウド固定部材２０が内側方向に移動（軸３６に向かう方向に移動）した場合、第２先端シュラウド固定部材２１は、対応して内側方向に移動する。例えば、第２操作部３０を介して第２先端シュラウド固定部材２１に起きる移動は、第１先端シュラウド固定部材２０にも起きることを当然理解すべきである。バイアス要素３９は、フレーム４の第１端部６に配置されている。以下に詳細に示すように、バイアス要素３９は、第１先端シュラウド固定部材２０および第２先端シュラウド固定部材２１を、フレーム４に向けて内側方向に付勢する。バイアス要素３９は、第１端部６に取り付けられている先端キャップ４３を通り、第１スロット２２を横切って延び、第１先端シュラウド固定部材２０に接続されたポール４１を含む。コイルばね４５は、ポール４１を取り囲み、先端キャップ４３と第１先端シュラウド固定部材２０との間で作用する。このようにして、コイルばね４５は、第１先端シュラウド固定部材２０および第２先端シュラウド固定部材２１を内側方向に付勢し、バケット先端シュラウドを把持する。この点は、以下に、より詳細に記載する。

バケット先端の測定治具２は、第１先端シュラウド固定部材２０に機械的に結合された第１クランプ部材６０と、第２先端シュラウド固定部材２１に機械的に結合された第２クランプ部材６２とを、更に含む。第１クランプ部材６０は、第１バイアス要素６４を含む。第２クランプ部材６２は、第２バイアス要素６５を含む。第１クランプ部材６０と第２クランプ部材６２が設けられると、測定治具２に付加的な安定性を与える。更に、示されている例示的実施形態によると、測定治具２は、複数の基準要素８０〜８１，８３〜８９を含む。基準要素８０，８１は、第１基準部２７および第２基準部２８に設けられているが、残りの基準要素８３〜８９のそれぞれは、複数の基準開口部１４のうち、対応する１つに配置されている。基準要素８０〜８１，８３〜８９のそれぞれは、バイアス要素９０等のバイアス要素と、プローブ受け入れポケット９１等のプローブ受け入れポケットとを含む。基準要素８０〜８１，８３〜８９は、下記に、より詳細に記載されるように、座標測定機（ＣＭＭ）（図示せず）により検査され得る空間内ロケータを提供する。

図５は、第１端部９３から先端シュラウド９４へ延びるターボマシンバケット９２を示す。ターボマシンバケット９２は、第１端部９３の測定支持部９５に設けられた状態で示されている。測定支持部９５は、ターボマシンバケット９２がＣＭＭと相互作用できるように、ターボマシンバケット９２を位置づける。先端シュラウド９４は、第１Ｚ形状ノッチ９８（図４）を有する第１端部９７と、第２Ｚ形状ノッチ１０１（図４）を有する第２端部１００とを含む。バケット先端の測定治具２は、第１Ｚ形状ノッチ９８内に入れ子状に嵌まった第１Ｚ形状ノッチ配置要素２４と、第２Ｚ形状ノッチ１０１内に入れ子状に嵌まった第２Ｚ形状ノッチ配置要素２６とにより、先端シュラウド９４に設けられている。ここで、第１クランプ部材６０および第２クランプ部材６２は、先端シュラウド９４のうち、対応する第１端部９７および第２端部１００を把持するために配置されている。基準要素８０〜８１，８３〜８９は、先端シュラウド９４の選択部に接触する。この接触は、それぞれバイアス要素９０によって維持されている。適切な位置に配置されると、各基準要素８０〜８１，８３〜８９の空間位置を判定するために、ＣＭＭプローブ１０８が、各プローブ受け入れポケット９１に導入される。すべての基準要素８０〜８１，８３〜８９が検査されると、空間データは、先端シュラウド９４がターボマシンバケット９２の第１端部９３に対して移動したか否かを判定するために、コンピュータで分析される。先端シュラウド９４が移動したと判定し、移動量が許容可能なパラメータを超える場合、ターボマシンバケット９２は交換され得る。ここで、基準要素８０〜８１，８３〜８９は、単に、第１表面１０形成されたくぼみ、またはフレーム４を貫通して延びる開口部の形であると理解すべきである。開口部によれば、ＣＭＭプローブはフレーム４を貫通し、バケット先端シュラウド９４に接触することができる一方、くぼみは、ＣＭＭプローブが接触し得るものである。

次に、図６および図７を参照し、別の例示的実施形態の態様によるバケット先端の測定治具１２２を説明する。バケット先端の測定治具１２２は、第１端部１２６から、中間部１２８を通って第２端部１２７へと延びるフレーム１２４を含む。フレーム１２４は、第１表面１３０および対向する第２表面１３１を含む。また、フレーム１２４は、第１表面１３０と、第２表面１３１との間に延びる、複数の基準開口部１３４を含む。第１先端シュラウド固定部材１４０は、第１端部１２６に配置され、第２先端シュラウド固定部材１４１は、第２端部１２７に配置されている。第１先端シュラウド固定部材１４０および第２先端シュラウド固定部材１４１は、対応する第１Ｚ形状ノッチ配置要素１４４および第２Ｚ形状ノッチ配置要素１４５を含む。加えて、第１支持部材１４７および第２支持部材１４８は、それぞれ、第１先端シュラウド固定部材１４０および第２先端シュラウド固定部材１４１の一方をフレーム１２４に対して支持する。

第１コネクタ１５４が、第１先端シュラウド固定部材１４０を第２先端シュラウド固定部材１４１に機械的に連係させる。第２コネクタ１５６もまた、第１先端シュラウド固定部材１４０を、第２先端シュラウド固定部材１４１に機械的に連係させる。第１コネクタ１５４および第２コネクタ１５６は、軸１５９で支えられるギア（図示せず）を介して連係される。この配置により、第１端部１２６と、第２端部１２７との間の、第１先端シュラウド固定部材１４０および第２先端シュラウド固定部材１４１の一方の移動は、第１先端シュラウド固定部材１４０および第２先端シュラウド固定部材１４１の他方にも起きる。ばねクリップ１６３の形で示される、バイアス要素１６１は、機能的に第２先端シュラウド固定部材１４１に接続されている。ばねクリップ１６３は、第１表面１３０のフレーム１２４に固定された第１端部１６５から、第２先端シュラウド固定部材１４１に結合された第２端部１６６へと延びる。このようにして、バイアス要素１６１は、第１先端シュラウド固定部材１４０および第２先端シュラウド固定部材１４１を、軸１５９に向けて内側方向に付勢する。

バケット先端の測定治具１２２は、複数の基準要素１６９〜１７４を更に含み、それぞれの基準要素は、対応するバイアス要素材１７８およびプローブ受け入れポケット１８０を有する。上記したのと類似の方法で、バケット先端の測定治具１２２は、固定治具内に支持されているバケットに設けられている。各基準要素１６９〜１７４は、ＣＭＭプローブにより検査され、バケット先端シュラウドがターボマシン内で動作する間、移動したか、または捩れたかを判定する。移動／捩れが検出され、移動の度合いが許容可能なパラメータを超える場合、バケットは交換され得る。ここで、基準要素１６９〜１７４は、単に、第１表面１３０に形成されたくぼみ、またはフレーム１２４を貫通して延びる開口部の形であると理解すべきである。開口部によれば、ＣＭＭプローブはフレーム４を貫通し、バケット先端シュラウド９４に接触することができる一方、くぼみは、ＣＭＭプローブが接触し得るものである。

次に、図８を参照し、例示的実施形態の更に他の態様による、バケット先端の測定治具２２０を説明する。同様の参照数字は、それぞれの図面において対応する部分を示す。バケット先端の測定治具２２０は、第２端部２２７に延びる第１端部２２６を有するフレーム２２４を含む。フレーム２２４は、第１表面２３０および対向する第２表面２３２を更に含む。第１先端シュラウド固定部材２４０は、第１端部２２６において、第２表面２３２から延び、第２先端シュラウド固定部材２４２は、第２端部２２７において、第２表面２３２から延びる。バケット先端シュラウド９４を保持するために、第１先端シュラウド固定部材２４０および第２先端シュラウド固定部材２４２は、フレーム２２４の中心（個々に符号が付されていない）に向かって付勢されている。

バケット先端シュラウドの測定治具２２０は、第２表面２３２から突出してバケット先端シュラウド９４に接触する、複数の基準要素２５０を更に含む。基準要素２５０は、バケット先端シュラウドの測定治具２２０、バケット先端シュラウド９４、および第１端部９３に対する、特定の基準フレーム２２４を提供する。フレーム２２４は、また、第１表面２３０に形成された複数の基準点２５２を含む。基準点２５２は、フレーム２２４を貫通して延びる開口部であってもよい。または、単に第１表面２３０に形成されたくぼみであってもよい。基準点２５２は、ＣＭＭプローブにより検査され、バケット先端シュラウド９４がターボマシン内で動作する間、移動したか、または捩れたかを判定する。開口部によれば、ＣＭＭプローブは、フレーム２２４を貫通し、バケット先端シュラウド９４に接触することができる一方、くぼみは、ＣＭＭプローブが接触し得る。基準点２５２の具体的な形は様々であり得る。

本発明は、限定された数の実施形態のみに関して詳細に記述したが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないということは、容易に理解されるであろう。本発明は、記載しなかった、変化形態、変更形態、置換形態、または同等の配置を任意の数含むように変更され得るが、これらの形態は、本発明の趣旨および範囲に相応するものである。更に、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、記載された実施形態のうちの一部のみを含む本発明の態様もあることを理解すべきである。したがって、本発明は前述の説明により制限されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲のみによって制限される。

２バケット先端の測定治具
４フレーム
６第１端部
７第２端部
８中間部
１０第１表面
１１対向する第２表面
１４複数開口部
２０第１先端シュラウド固定部材
２１第２先端シュラウド固定部材
２２第１スロット
２３第２スロット
２４第１Ｚ形状ノッチ配置要素
２６第２Ｚ形状ノッチ配置要素
２７第１基準部
２８第２基準部
２９第１操作部
３０第２操作部
３１第１コネクタ
３２第２コネクタ
３４ギア
３６軸
３９バイアス要素
４１ポール
４３先端キャップ
４５コイルばね
６０第１クランプ部材
６２第２クランプ部材
６４第１バイアス要素
６５第２バイアス要素
８０複数の基準要素
８１複数の基準要素
８３複数の基準要素
８４複数の基準要素
８５複数の基準要素
８６複数の基準要素
８７複数の基準要素
８８複数の基準要素
８９複数の基準要素
９０バイアス要素
９１プローブ受け入れポケット
９２ターボマシンバケット
９３第１端部
９４先端シュラウド
９５測定支持部
９７第１端部
９８第１Ｚ形状ノッチ
１００第２端部
１０１第２Ｚ形状ノッチ
１０８ＣＭＭプローブ
１２２バケット先端の測定治具
１２４フレーム
１２６第１端部
１２７第２端部
１２８中間部
１３０第１表面
１３１対向する第２表面
１３４複数の基準開口部
１４０第１先端シュラウド固定部材
１４１第２先端シュラウド固定部材
１４４第１Ｚ形状ノッチ配置要素
１４５第２Ｚ形状ノッチ配置要素
１４７第１支持部材
１４８第２支持部材
１５４第１コネクタ
１５６第２コネクタ
１５９軸
１６１バイアス要素
１６３ばねクリップ
１６５第１端部
１６６第２端部
１６９複数の基準要素
１７０複数の基準要素
１７１複数の基準要素
１７２複数の基準要素
１７３複数の基準要素
１７４複数の基準要素
１７８対応するバイアス要素材
１８０プローブ受け入れポケット
２２０バケット先端の測定治具
２２４フレーム
２２６第１端部
２２７第２端部
２３０第１表面
２３２対向する第２表面
２４０第１先端シュラウド固定部材
２４２第２先端シュラウド固定部材
２５０複数の基準要素
２５２複数の基準点

Claims

バケット先端シュラウドの測定治具（２２０）であって、
第１端部（６）から第２端部（７）に、第１表面（１０）と、対向する第２表面（１１）とを有する中間部（８）を通って延びるフレーム（４）と、
第１端部（６）において、前記フレーム（４）の前記第２表面（１１）から延びる第１先端シュラウド固定部材（２０）と、
第２端部（７）において、前記フレーム（４）の前記第２表面（１１）から延びる第２先端シュラウド固定部材（２１）と、
前記フレーム（４）の表面に提供された複数の基準点（２５２）であって、座標測定機（ＣＭＭ）プローブ（１０８）を受けるように構成され、配置された複数の基準点（２５２）とを備え、
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および第２先端シュラウド固定部材（２１）が、前記フレーム（４）に対する前記バケット先端シュラウドの向きを保持し、確立するように構成され、配置されている、バケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）が、前記フレーム（４）に対して移動可能に設けられた、請求項１に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）が、前記第２先端シュラウド固定部材（２１）に、機械的に連係された、請求項２に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）のそれぞれが、前記フレーム（４）の前記第１端部（６）と、前記第２端部（７）との間で、選択的にシフト可能である、請求項２に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）の少なくとも一方に機能的に接続されたバイアス要素（３９）であって、前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）の少なくとも一方を、前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）の他方に向けて付勢するバイアス要素（３９）を更に備える、請求項２に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記バイアス要素（３９）が、コイルばね（４５）を備える、請求項５に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記バイアス要素（１６１）が、ばねクリップ（１６３）を備える、請求項５に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）のそれぞれが、Ｚ形状ノッチ配置要素（２４）を含む、請求項１に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記第１先端シュラウド固定部材（２０）および前記第２先端シュラウド固定部材（２１）のそれぞれが、バイアス要素（６４）を有するクランプ部材（６０）を含み、前記バイアス要素（６４）が、前記クランプ部材（６０）を前記フレーム（４）の前記第２表面（７）に向かって付勢する、請求項１に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記複数の基準点（２５２）のそれぞれが、前記フレーム（４）の前記第１表面（６）に形成された、基準のくぼみを備える、請求項１に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記複数の基準点（２５２）のそれぞれが、前記フレーム（４）を貫通して延びる基準開口部（１３４）を備える、請求項１に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
それぞれの前記基準開口部（１３４）内に配置された、複数の基準要素（２５０）であって、前記フレーム（２２４）を貫通して延び、前記バケット先端シュラウドの一部に接触する、複数の基準要素（２５０）を更に備える、請求項１１に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記複数の基準要素（２５０）のそれぞれが、バイアス要素（１６１）を含む、請求項１２に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。
前記複数の基準要素（２５０）のそれぞれが、プローブ受け入れポケット（１８０）を含む、請求項１２に記載のバケット先端シュラウドの測定治具（２２０）。