WO2011073168A1 - Vorrichtung zur bestimmung der winkellage einer schwenkbaren verdichterleitschaufel - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung der winkellage einer schwenkbaren verdichterleitschaufel Download PDF

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WO2011073168A1
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compressor
measuring
angular position
axis
flanks
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PCT/EP2010/069579
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Fabian Niederbremer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01B3/00—Measuring instruments characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B3/56—Gauges for measuring angles or tapers, e.g. conical calipers

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the angular position of a compressor arranged in a compressor, pivotable about its longitudinal axis Ver Whyrleitschaufel, which is associated with a rotating synchronously with her measuring surface.
  • the angular position of the vanes has been measured by means of a universal angle meter and an auxiliary device from the outside of the housing of the compressor.
  • the auxiliary device which was applied to the reference groove on the guide vane carrier, served as a stop for the one measuring leg of the protractor.
  • the back side surface of a compressor stator blade arranged on the rotatable adjusting ⁇ lever serving as stop face for the second leg of the angle measuring meter, to which then the angular position of the guide vane could be read. Due to the cramped
  • the angular position can also be detected by means of a transportable, but expansive laser measuring device, as suggested, for example, by EP 1 895 267 A1.
  • a transportable, but expansive laser measuring device as suggested, for example, by EP 1 895 267 A1.
  • the known measuring device works contactlessly with respect to the measuring surface, in the cramped environment this is only possible with the use of a deflecting mirror, which in the harsh industrial environment of such machines is not sufficiently robust and thus susceptible to damage. Consequently, the laser measuring device requires a comparatively gentle handling in order not to impair the availability of the measuring device.
  • US Pat. No. 4,597,187 discloses a measuring device for measuring the angle of attack of rigid compressor blades that corresponds to the structural features of the preamble of claim 1. This is mounted on a table to measure a pre-assembled, but not yet mounted ring with blades of the compressor.
  • the measuring device comprises a first contact point, which is applied to the leading edge or trailing edge of the blade ⁇ blade to be examined.
  • a rotatable cam disc with a measuring arm is then to be pivoted so that two more, at the measuring Arm arranged contact points on the blade leaf on the suction side or pressure side.
  • the swivel angle of the cam disk is then detected by means of a sensor, which then indicates the angle of attack of the relevant airfoil.
  • the disadvantage here is that the measurement of Anstell ⁇ angle takes place directly on the blade. This requires access of a person to the airfoil.
  • the known device is thus not suitable for determining the angular position ⁇ a arranged in a compressor about its longitudinal axis pivotable compressor guide from the outside.
  • determining the angular position is an object of the present invention thus arranged one in a compressor, around its longitudinal axis pivotable compressor stator which reliable under On ⁇ right maintaining a sufficient accuracy a simple, robust handling of the device and Measurement of the angular position allows.
  • the object is achieved by a device which is designed according to the features of claim 1.
  • the invention is based on the recognition that reading errors can also be avoided if the measurement of the angular position or the angular position of the compressor guide vane is only semi-automatic.
  • the device has a measuring unit arranged on a holding device, which comprises an angle measuring device with a rotating plate rotatable about an axis of rotation, on which rotary plate a vertically projecting one parallel to the axis of rotation extending measuring arm for surface contact of its free end is provided on the measuring surface.
  • the invention is based on a touching detection of the angular position. This is made possible, in particular, by the availability of commercially available angle measuring devices which do not detect an angle with the aid of two measuring arms which move relative to one another, but rather via an angle
  • the axis of rotation of the angle measuring device must be aligned for exact determination of the angular position parallel to the axis of rotation of the pivotable compressor guide vane.
  • the measuring arm can always abut with its free flat end on the likewise flat measuring surface for every possible angular position of the compressor guide vane.
  • the rotary plate is to pivot by the same amount as the measuring surface, which then detects the win ⁇ kelmess worn and displays as an angle between two layers.
  • the operator of the measuring device has only to ensure that the measuring arm - without canting - lies flat against the measuring surface.
  • the angular position is then detected automatically by the angle-measuring device, so that a total of semi-automatic detection of the angular position of the pivotable compressor guide vane can be spoken of. Several measuring arms are therefore not required.
  • the invention is therefore based on the finding that a particularly robust device can be obtained if the laser sensors and the deflection mirror can dispense with the device which is known from the prior art and which is prone to handling.
  • the measuring unit is arranged on the holding device via a slide which can be displaced by tanslatorically.
  • the carriage is displaceable perpendicular to the axis of rotation of the rotary plate.
  • a particularly compact device can be specified if the holding device is substantially U-shaped with two laterally arranged flanks and a web connecting the two flanks, wherein the carriage is displaceable perpendicular to the flanks parallel to the web.
  • the flanks are each formed as a frame-shaped supports, the free end of each of the compressor or from the outside to the housing of the compressor can be applied.
  • the measuring device is mainly in the imaginary extension of the axis of rotation of the adjustable guide vane, so that only a very small space requirement for measuring the angular position is required side of the measuring surface.
  • a particularly simple handling and operation of the front ⁇ direction can be achieved if at the two web ends or flanks handles for simultaneously holding the device are provided with two hands, such that the carriage with at least one thumb is displaceable.
  • the device is held with two hands by the operator, whereby this can move by moving his thumbs particularly easily and without tilting the carriage along rails.
  • the holding device comprises a plurality of magnets, in particular a plurality of permanent magnets.
  • ⁇ means of permanent magnets, the holding device is particularly easy temporarily attached to the compressor and in turn removed after performing measurement.
  • the application of magnets Ver ⁇ facilitates the handling of the device when applied to the compressor with only one hand.
  • the device is securely fixed below the compressor temporarily.
  • the device In order to position the device accurately relative to the compressor and to preclude erroneous detection of the angular position due to an improperly aligned device, it can be fixed by means of two projections relative to a reference element arranged on the compressor in a predetermined measuring position.
  • the reference element is preferably formed as a circumferential groove, in which provided on the holding device projections as spring elements of a tongue and groove joint ie form fit, can be used.
  • a relative to the predetermined measuring position twisted sitting device can thus be avoided.
  • a spring-loaded ball provided ⁇ see that may protrude slightly from a side wall of the projection.
  • Each ball is supported on one of the two side walls of the groove and thus presses it against the ⁇ opposite surface of the projection to the other of the two side walls of the circumferential groove, whereby an exact position of the pre ⁇ direction is achieved.
  • the spring-loaded ball is also known by the term "pressure piece”.
  • a reference position of the measuring surface is that of the einOSEba ⁇ ren of their positions, in which the measuring surface is perpendicular to the machine ⁇ axis.
  • the angular position determinable by the angle measuring device is preferably displayed digitally by a display.
  • the display shows an angular position of 0 °, when the Messflä ⁇ che is in its reference position and the device is kor ⁇ rectly aligned with respect to the reference element.
  • the determined angular positions can be stored, for example, in a buffer of the device or in a database.
  • the stored angular positions can also be read out via commercially available interfaces from the device.
  • the plungers ensure accurate, reproducible alignment of the device before ⁇ on the housing of the compressor or Leitschaufelträ ⁇ ger, the magnets facilitate handling and allow the operation of the device only by a fitter. Reading errors can be excluded by comparatively large, digital representations of the measurement result.
  • FIG. 2 shows the top view of a compressor guide vane carrier with an adjusting lever
  • Compressor of the gas turbine in a measuring position. 1 shows a turbomachine designed as a gas turbine 1 in a longitudinal partial section. It has inside a rotatably mounted about a machine axis 2 rotor 3, which is also referred to as a turbine runner.
  • a machine axis 2 rotor 3
  • a turbine runner follows along the rotor 3 an annular intake chamber 4, a compressor 5, a toroidal annular combustion chamber 6 with a plurality of rotationally symmetrical ⁇ mutually arranged burners 7, a turbine unit 8 and an exhaust housing 9.
  • the annular combustion chamber 6 forms a combustion chamber 17, which communicates with an annular hot gas duct 18.
  • Each Tur ⁇ binencut 10 is formed from two blade rings.
  • adjustable compressor guide vanes 19 are provided at the intake housing side entrance of the compressor 5 adjustable compressor guide vanes 19 .
  • the compaction terleitschaufein 19 are arranged radially in the annular flow passage of the compressor 5 and can be rotated about their respective longitudinal axis 23 by a drive device 21, for example in order to adjust the gas turbine 1 by ⁇ flowing mass flow.
  • a particularly large or a small mass flow can flow through the gas turbine 1 as needed.
  • the drive device 21 is provided outside the flow channel and comprises, in addition to adjusting levers 27, each associated with a Ver Whyrleitschaufel 19, one all Adjustment lever 27 simultaneously actuating collar 26 which surrounds the compressor 5 in an annular manner.
  • FIG. 2 shows, with respect to the machine axis 2, a radial plan view of an adjusting lever 27 for the compressor blade 19 also designated as ver ⁇ adjustable compressor inlet vane. Between the lever 27 and the blade of the compressor blade 19 is the compressor housing 29 or the Ver Whyrleitschaufelani intended. The blade of the compressor blade 19 and the adjusting lever 27 are rigidly connected to each other and thus both always about its common longitudinal axis 23 twisted or rotated synchronously.
  • rotatable Ver Whyrleitschaufeln 19 is on the adjusting lever 27 vorgese ⁇ hen a flat measuring surface 31 which rotates synchronously with the Ver Whyrleitschaufel 19 and accordingly ⁇ speaking with the airfoil.
  • the measurement area 31 is outside the housing 29 and the compressor disposed ⁇ guide vane.
  • Characterized Graduation ⁇ angle of the variable wing is readable from the outside even with the housing closed 29th
  • the device illustrated in FIG 3 is 35 pre see ⁇ .
  • the reference position of the measuring surface 31 is that of the ingestible by the measuring surface 31 layers in which this is perpendicular to the machine axis 2.
  • the device 35 comprises a holding device 41 with two laterally arranged flanks 43, at the free ends of which are provided a plurality of permanent magnets (not shown) for fastening the device 35 to the compressor 5. Furthermore, two projections 47 are screwed to the flanks 43, which can be inserted into a circumferential circumferential groove 33 (FIG. 2) provided on the compressor guide blade carrier 29. To one opposite the compressor 5 and the predetermined measuring position rotated Seat of the device 35 exclude, are also mounted on the projections 47 spring-mounted, slightly protruding balls as plungers, which can be supported on a side ⁇ wall of the circumferential groove 33 (Fig. 2).
  • the two each formed in the manner of a frame flanks 43 are rigidly connected to each other via a web 45, so that the holding device 41 has a total of a U-shaped An ⁇ mutation.
  • a rail 49 is arranged, along which a Schlit ⁇ th 51 can be moved in the directions of the double arrow 53.
  • the carriage 51 at both ends to the profile of the rail 49 corresponding sliding shoes 55.
  • an angle measuring device 57 is fixedly arranged on this.
  • the angle measuring device 57 has a display 59 with which an angle can be displayed.
  • the angle measuring device 57 has at its side facing the flanks 43 underside 60 about a pivot axis 61 pivotable rotary plate 63 for detecting the angular position. Perpendicular to the rotary plate 63 and parallel to the axis of rotation 61 is a measuring arm 65 from freely ending.
  • the angle measuring device 57 operates in principle such that for any position of the rotary plate 63, the display 59 can be reset to "0 °", after which by rotation of the rotary plate 63 about the axis of rotation 61, the corresponding angle of rotation is displayed in the display 59 4 shows the device 35 fastened to the compressor 5 in its operating position ready for measuring the angular position of the Ver ⁇ dichterleitschaufel 19th
  • the adjusting device essentially comprises a seat for receiving the device in the predetermined measuring position and a non-adjustable element having the reference position. Used therein, the free end of the measuring arm is applied flat to the reference position, after which the display 59 of the angle measuring device 57 is adjusted to zero.
  • the apparatus is then always 35 show an angle of 0 ° when the Messflä ⁇ surface 31 of the respective adjusting lever is in the reference position 27 for the following measuring operations.
  • a rotation of the adjusting lever 27 in the clockwise ⁇ sense is marked, for example, with a positive angle, whereas a rotation of the Verêtrleitschau ⁇ fel 19 is displayed in the counterclockwise direction with a negative sign.
  • the device 35 housing from the outside of the overall 29 of the compressor or of the guide vane is first Festge ⁇ sets.
  • the flanks 43 are arranged at the projections are inserted into the circumferential groove 33 47, so that the pre ⁇ direction 35 relative to the rotational axis 23 of the shovel 19 Ver Whyrleit ⁇ error-free aligned in the measuring position.
  • the device 35 further comprises two U-profiles fixed to the corners 48, which serve as handles 67 for holding the device 35 for an operator.
  • Compressor vane 19 is aligned correctly. Subsequently ⁇ °d the operator moves the carriage 51 in such a way that the slide 65, the measurement surface 31 contacts surface. If when the measuring surface 31 is rotated relative to its reference position, the measuring arm 65 together with the rotating plate 63 must also be pivoted by the same amount until its free, flat end rests flat against the flat measuring surface 31. Then the measuring device 57 indicates the individual angular position of the respective compressor stator with respect to the Refe ⁇ ence position.
  • the device 35 can also comprise further means with which the angular positions which can be determined by the latter can be stored and from which the stored angular positions can be read out, so that they can be further processed to statistical calculations.
  • the device 35 not only the angular position of compressor inlet guide vanes can be detected, but also the angular position of those vanes arranged in the front stages of an axial compressor, in a manner analogous to the compressor inlet guide vanes, about its longitudinal axis. If the housing sections of different compressor stages then have different space conditions and thus possibly other reference elements, the device can be adapted thereto by the use of adapter elements which can be screwed to the flanks 43.
  • the device 35 for determining the angular position of a in a compressor 5, about its longitudinal axis 23 rotatable compressor stator 19, which is zugeord ⁇ net a synchronously with it rotating, planar measuring surface 31, a particularly reliable, simple and error- ⁇ free Detecting the angular positions are performed.
  • the angular position of the rotatable about its longitudinal axis Verêtrleit ⁇ blade 19 can be determined extremely precise and reproducible.
  • the device 35 has at least one for this purpose
  • Holding device 41 which is provided for the aligned temporary attachment of the device 35 on the housing 29 of the compressor 5 and at least one measuring unit, which has a Angle measuring device 57 having a rotatable about a rotation axis 61 rotary plate 63 comprises, on which rotary plate 63 is a vertically projecting, parallel to the axis of rotation 61 extending measuring arm 65 for surface contact of its free planar end is provided on the measuring surface 31.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (35) zur Bestimmung der Winkellage einer in einem Verdichter (5) angeordneten, um ihre Langsachse (23) schwenkbaren Verdichterleitschauf el (19), der eine sich synchron mit ihr drehende, ebene Messflache (31) zugeordnet ist. Um eine besonders zuverlässige, einfache sowie annähernd fehlerfreie Erfassung der Winkellagen unter Angabe einer robusten Vorrichtung zu ermöglichen, wird die Winkellage der um ihre Langsachse verdrehbaren Verdichterleitschaufel (19) mittels der Vorrichtung (35) halbautomatisiert bestimmt. Diese weist hierzu mindestens eine Halteeinrichtung (41) auf, die zur ausgerichteten temporaren Befestigung der Vorrichtung (35) am Verdichter (5) vorgesehen ist und Messeinheit, die eine Winkelmesseinrichtung (57) mit einer um eine Drehachse (61) drehbaren Drehplatte (63) umfasst, an welcher Drehplatte (63) ein senkrecht abstehender, sich parallel zur Drehachse (61) erstreckender Messarm (65) zur flächigen Anlage seines freien ebenen Endes an der Messflache (31) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage einer schwenkbaren Verdichterleitschaufel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage einer in einem Verdichter angeordneten, um ihre Längsachse schwenkbaren Verdichterleitschaufel, der eine sich synchron mit ihr drehenden Messfläche zugeordnet ist.
Es ist bekannt, dass bei dem Zusammenbau von sich um ihre Längsachse verstellbaren Verdichterleitschaufeln und dem dazugehörigen Versteilantrieb diese einzeln mittels einer Vor- richtung zu einer am Leitschaufelträger angeordneten Referenznut ausgerichtet werden. Dies ist erforderlich, damit alle Schaufelblätter des Verdichterleitschaufelrings stets identische Staffelungswinkel aufweisen, um im Betrieb eine synchrone Anströmung der nachfolgenden Verdichterlaufschau- fein zu gewährleisten. Eine asynchrone Anströmung der Verdichterlaufschaufeln könnte zu einer Schwingungsanregung von einzelnen Schaufelblättern der Laufschaufeln führen. Dies könnte sich im ungünstigsten Falle schädigend auf die Lauf¬ schaufeln auswirken. Um diese ungewünschte und möglicherweise kritische Betriebssituation des Verdichters zu vermeiden, ist vor der Inbetriebnahme des Verdichters eine Überprüfung der Montagequalität durch eine abschließende Vermessung der Win¬ kellage aller verstellbaren Leitschaufeln erforderlich. Bisher wurde die Winkelstellung der Leitschaufeln mittels eines Universalwinkelmessers und einer Hilfsvorrichtung von außen am Gehäuse des Verdichters gemessen. Die Hilfsvorrichtung, die an der Referenznut am Leitschaufelträger angelegt wurde, diente als Anschlag für den einen Messschenkel des Winkelmessers. Die rückseitige Seitenfläche eines an der verdrehbaren Verdichterleitschaufel angeordneten Verstell¬ hebels diente als Anschlagfläche für den zweiten Messschenkel des Winkelmessers, an dem dann die Winkellage der Leitschau- fei abgelesen werden konnte. Bedingt durch die beengten
Platzverhältnisse am Verdichter und je nach Position der zu überprüfenden Verdichterleitschaufel am Umfang konnte es zu Ablesefehlern und nicht exakt angelegten Messschenkeln kom- men. Dies konnte insbesondere der Fall sein, wenn der Monteur über Kopf arbeiten muss. Durch die fehlerhafte Kontrolle konnte es möglich sein, dass korrekt eingestellte Leitschau¬ feln unnötigerweise in eine fehlerhafte Position verstellt oder Fehlstellungen von Verdichterleitschaufeln nicht erkannt wurden. Insgesamt konnte dies zu über den Umfang gesehen zum Teil ungleichmäßig eingestellten Staffelungswinkel der Schau¬ felblätter von drehbaren Leitschaufeln führen. Eine weitere Fehlerquelle, die zu einer geringfügig asymmetrischen Ein¬ stellung der Verdichterleitschaufeln führen kann, sind die Toleranzen durch die Verwendung der Hilfsvorrichtung.
Die Winkellage kann auch mit Hilfe einer transportablen, jedoch raumgreifenden Laser-Messvorrichtung erfasst werden, so wie es beispielsweise die EP 1 895 267 AI vorschlägt. Zwar arbeitet die bekannte Messvorrichtung kontaktlos in Bezug auf die Messfläche, jedoch gelingt dies in der zumeist beengten Umgebung nur unter Verwendung eines Umlenkspiegels, welcher sich in der rauen Industrie-Umgebung derartiger Maschinen als nicht ausreichend robust und somit als zu beschädigungsanfäl- lig darstellt. Folglich erfordert die Laser-Messvorrichtung eine vergleichsweise sanfte Handhabung, um die Verfügbarkeit der Messvorrichtung nicht zu beeinträchtigen.
Weiter ist aus der US 4,597,187 eine den konstruktiven Merk- malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 entsprechende Mess¬ einrichtung zur Messung des Anstellwinkels von starren Verdichterschaufeln bekannt. Diese ist auf einem Tisch montiert, um einen vormontierten, jedoch noch nicht montierten Ring mit Schaufelblättern des Verdichters vermessen zu können. Die Messvorrichtung umfasst einen ersten Kontaktpunkt, der an die Vorderkante oder Hinterkante des zu untersuchenden Schaufel¬ blatts angelegt wird. Eine drehbare Nockenscheibe mit einem Messarm ist dann so zu schwenken, dass zwei weitere, am Mess- arm angeordnete Kontaktpunkte am Schaufelblatt saugseitig oder druckseitig anliegen. Der Schwenkwinkel der Nockenscheibe wird dann mithilfe eines Sensors erfasst, welcher dann den Anstellwinkel des betreffenden Schaufelblatts an- gibt. Nachteilig ist hierbei, dass die Messung des Anstell¬ winkels unmittelbar am Schaufelblatt erfolgt. Dies erfordert den Zugang einer Person zum Schaufelblatt. Die bekannte Vorrichtung ist somit nicht geeignet zur Bestimmung der Winkel¬ lage einer in einem Verdichter angeordneten um ihre Längs- achse schwenkbaren Verdichterleitschaufel von außen.
Ähnliche Vorrichtungen zur unmittelbaren Messung des Anstellwinkels von Verdichterschaufeln oder Dampfturbinenschaufein sind aus der SU 815466 und US 4,718,172 bekannt. Diese weisen die identischen Nachteile wie die aus der US 4,597,187 bekannte Vorrichtung auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer kompakten Vorrichtung zur außerhalb eines Gehäuses des Verdichters durchführbaren Bestimmung der Winkellage einer in einem Verdichter angeordneten, um ihre Längsachse schwenkbaren Verdichterleitschaufel, welche unter Auf¬ rechterhaltung einer ausreichenden Messgenauigkeit eine einfache, robuste Handhabung der Vorrichtung und zuverlässige Messung der Winkellage ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, welche gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgebildet ist. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Ablesefehler auch dann vermieden werden können, wenn die Messung der Winkelstellung bzw. der Winkellage der Verdichterleitschaufel lediglich halbautomatisch erfolgt. Zur halbautomatischen Erfassung weist die Vorrichtung eine an einer Halteeinrichtung angeordnete Messeinheit auf, die eine Winkelmesseineinrich- tung mit einer um eine Drehachse drehbaren Drehplatte um- fasst, an welcher Drehplatte ein senkrecht abstehender, sich parallel zur Drehachse erstreckender Messarm zur flächigen Anlage seines freien Endes an der Messfläche vorgesehen ist.
Die Erfindung basiert auf einer berührenden Erfassung der Winkellage. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass kommerziell verfügbare Winkelmesseinrichtungen vorhanden sind, die nicht mit Hilfe zweier gegeneinander beweglicher Messschenkel einen Winkel erfassen, sondern über eine
Schwenk- bzw. Drehbewegung einer Drehplatte um eine Dreh- achse. Die Drehachse der Winkelmesseinrichtung muss zur exakten Bestimmung der Winkellage parallel zur Drehachse der schwenkbaren Verdichterleitschaufel ausgerichtet sein.
Dadurch ist es möglich, dass bei Verlagerung der Messfläche durch die Schwenkung der Verdichterleitschaufel für jede mög- liehe Winkellage der Verdichterleitschaufel der Messarm stets flächig mit seinem freien ebenen Ende an der ebenfalls ebenen Messfläche anliegen kann. Hierzu ist die Drehplatte um den gleichen Betrag wie die Messfläche zu schwenken, was die Win¬ kelmesseinrichtung dann erfasst und als Winkel zwischen zwei Lagen anzeigt.
Folglich wird die von einer Verdichterleitschaufel eingenom¬ mene Position auf die Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage mit Hilfe ihres Messarms übertragen.
Der Bediener der Messvorrichtung hat lediglich dafür Sorge zu tragen, dass der Messarm - ohne Verkanten - flächig an der Messfläche anliegt. Die Erfassung der Winkellage erfolgt dann selbsttätig durch die Winkelmesseinrichtung, so dass insge- samt von einer halbautomatischen Erfassung der Winkellage der schwenkbaren Verdichterleitschaufel gesprochen werden kann. Mehrere Messarme sind daher auch nicht erforderlich.
Aufgrund der halbautomatisierten Erfassung der Lage der Mess- fläche mit Hilfe der Vorrichtung wird vermieden, dass mecha¬ nische Ungenauigkeiten wie beispielsweise nicht exakt ange¬ legte Messschenkel an der Hilfsvorrichtung bzw. an dem Verstellhebel das Messergebnis beeinflussen können. Bedingt durch die halbautomatische Erfassung entfällt zudem das Kalibrieren. Lediglich eine Justierung der Vorrichtung ist weiterhin erforderlich, wobei dies anhand einer simplen Justiervorrichtung ohne Weiteres möglich ist.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zu Grunde, dass eine besonders robuste Vorrichtung erhalten werden kann, wenn auf die Lasersensoren und den Umlenkspiegel der aus dem Stand der Technik bekannten, in ihrer Handhabung anfälligen Vorrichtung verzichtet werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt in der direkten Messung der
Winkellage der Messfläche und somit in der indirekten Messung des Anstellwinkels. De Facto wird nicht der Anstellwinkel eines aerodynamisch gewölbten Schaufelblatts erfasst.
Vielmehr wird mit der Erfindung eine Messvorrichtung
angegeben, die von außen die Winkellage einer verstellbaren Verdichterleitschaufel erfassen kann aufgrund einer dort angeordneten Messfläche, die sich synchron mit der ihr zugeordneten Verdichterleitschaufel schenkt. Dies hat zudem den Vorteil, dass die Messvorrichtung unabhängig von der aerodynamischen Kontur des Profils des Schaufelblatts
anwendbar ist, wodurch die Winkellagen von verstellbaren Verdichterleitschaufeln unterschiedlicher Schaufelkränze mit ein und derselben Messvorrichtung erfassbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Vorzugsweise ist die Messeinheit über einen tanslatorisch verschiebbaren Schlitten an der Halteeinrichtung angeordnet. Dies erleichtert den Messvorgang insgesamt, da dadurch zuerst die gesamte Messvorrichtung von außen an das Gehäuse des Ver- dichters angeordnet werden kann. Erst nach fehlerfreier Aus¬ richtung der Vorrichtung am Gehäuse kann dann durch Verschieben des Schlittens samt Messeinrichtung deren Messarm so an der Messfläche platziert werden, dass dessen freies, ebenes Ende flächig an der ebenen Messfläche anliegt. Es wird somit vermieden, dass das Festlegen der Vorrichtung am Gehäuse und das Anlegen des Messarms an der Messfläche gleichzeitig durch den Bediener erfolgen muss. Dies führt zu einer höheren Mess- genauigkeit und zur Vermeidung von Messfehlern.
Zweckmäßiger Weise ist der Schlitten dabei senkrecht zur Drehachse der Drehplatte verschiebbar. Eine besonders kompakte Vorrichtung kann angegeben werden, wenn die Halteeinrichtung im Wesentlichen U-förmig mit zwei seitlich angeordneten Flanken und einem die beiden Flanken verbindenden Steg ausgebildet ist, wobei der Schlitten senkrecht zu den Flanken parallel zum Steg verschiebbar ist. Die Flanken sind jeweils als rahmenförmige Stützen ausgebildet, deren freies Ende jeweils an den Verdichter bzw. von außen an das Gehäuse des Verdichters anlegbar ist. Somit befindet sich die Messeinrichtung hauptsächlich in der gedachten Verlängerung der Drehachse der verstellbaren Leitschaufel, so dass seitlich der Messfläche nur ein sehr geringer Platzbedarf zur Messung der Winkellage erforderlich ist.
Eine besonders einfache Handhabbarkeit und Bedienung der Vor¬ richtung lässt sich erreichen, wenn an den beiden Stegenden oder Flanken Griffe zum gleichzeitigen Festhalten der Vorrichtung mit zwei Händen vorgesehen sind, derart, dass der Schlitten mit zumindest einem Daumen verschiebbar ist. Vorzugsweise wird die Vorrichtung mit zwei Händen vom Bediener gehalten, wodurch dieser durch gleichzeitiges Bewegen seiner Daumen besonders einfach und ohne Verkanten den Schlitten entlang von Schienen verschieben kann. Je nach Zugänglichkeit ist notfalls auch eine einhändige Handhabung der Vorrichtung und Bedienung des Schlittens möglich. Zur besonders einfachen und temporären Befestigung der Vorrichtung an einem Verdichter weist die Halteineinrichtung mehrere Magnete, insbesondere mehrere Dauermagnete auf. Mit¬ tels Dauermagnete kann die Halteeinrichtung besonders einfach vorübergehend am Verdichter befestigt und nach durchgeführter Messung wiederum entfernt werden. Ebenso erleichtert die Ver¬ wendung von Magneten die Handhabung der Vorrichtung beim Anlegen an den Verdichter mit lediglich einer Hand. Außerdem wird bei erforderlichen Über-Kopf-Arbeiten die Vorrichtung sicher unterhalb des Verdichters temporär festgelegt.
Um die Vorrichtung gegenüber dem Verdichter exakt zu positionieren und eine fehlerhafte Erfassung der Winkellage aufgrund einer unsachgemäß ausgerichteten Vorrichtung auszuschließen, ist diese mittels zweier Vorsprünge gegenüber einem am Verdichter angeordneten Referenzelement in einer vorgegebenen Messposition ausgerichtet festlegbar. Das Referenzelement ist dabei vorzugsweise als Umfangsnut ausgebildet, in der an der Halteeinrichtung vorgesehene Vorsprünge als Federelemente einer Nut- und Federverbindung d.h. formschlüssig, einsetzbar sind. Ein gegenüber der vorgegebenen Messposition verdreht sitzende Vorrichtung kann somit vermieden werden. Vorzugsweise ist in jedem Vorsprung eine federgelagerte Kugel vorge¬ sehen, die geringfügig aus einer Seitenwand des Vorsprungs herausragen kann. Jede Kugel stützt sich an einer der beiden Seitenwände der Umfangsnut ab und drückt somit die ihr gegen¬ überliegende Fläche des Vorsprungs an die andere der beiden Seitenwände der Umfangsnut, wodurch eine exakte Lage der Vor¬ richtung erzielt wird. Die federgelagerte Kugel ist auch unter dem Begriff „Druckstück" bekannt.
Um eine besonders einfache Bestimmung der Winkellage einer verdrehbaren Verdichterleitschaufel zu ermöglichen, ist eine Referenzlage der Messfläche diejenige der von ihr einnehmba¬ ren Lagen, bei der die Messfläche senkrecht zur Maschinen¬ achse steht.
Die von der Winkelmessvorrichtung bestimmbare Winkellage wird vorzugsweise von einer Anzeige digital angezeigt. Dabei zeigt die Anzeige eine Winkellage von 0° an, wenn sich die Messflä¬ che in ihrer Referenzlage befindet und die Vorrichtung kor¬ rekt gegenüber dem Referenzelement ausgerichtet ist. Um die ermittelten Winkellagen für statistische Untersuchungen und Dokumentationszwecke weiterverwendbar bereitzuhalten, können diese beispielsweise in einem Zwischenspeicher der Vorrichtung oder in einer Datenbank abgespeichert werden. Die abgespeicherten Winkellagen können zudem über handelsübliche Schnittstellen aus der Vorrichtung ausgelesen werden.
Folglich kann durch die Verwendung der mobilen Vorrichtung Messtoleranzen an Führungen und fehlerhafte Handhabungen von Messschenkeln vermieden werden. Außerdem gewährleisten die Druckstücke eine genaue, reproduzierbare Ausrichtung der Vor¬ richtung am Gehäuse des Verdichters bzw. am Leitschaufelträ¬ ger, wobei die Magnete die Handhabung erleichtern und die Be- dienung der Vorrichtung nur durch einen Monteur ermöglichen. Ablesefehler können durch vergleichsweise große, digitale Darstellungen des Messergebnisses ausgeschlossen werden.
Die Erfindung wird anhand von vier Figuren erläutert.
Es zeigen:
FIG 1 eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt,
FIG 2 die Draufsicht auf einen Verdichterleitschaufel- träger mit einem Verstellhebel,
FIG 3 die Vorrichtung zum Bestimmen der Winkellage
einer um ihre Längsachse schwenkbaren Verdichterleitschaufel in einer perspektivischen Ansicht und
FIG 4 die Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage am
Verdichter der Gasturbine in einer Messposition. FIG 1 zeigt eine als Gasturbine 1 ausgebildete Turbomaschine in einem Längsteilschnitt. Sie weist im Inneren einen um eine Maschinenachse 2 drehgelagerten Rotor 3 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 4, ein Verdichter 5, eine torusartige Ringbrennkammer 6 mit mehreren rotationssymmet¬ risch zueinander angeordneten Brennern 7, eine Turbineneinheit 8 und ein Abgasgehäuse 9. Die Ringbrennkammer 6 bildet einen Verbrennungsraum 17, der mit einem ringförmigen Heißgaskanal 18 kommuniziert. Dort bilden vier hintereinander ge¬ schaltete Turbinenstufen 10 die Turbineneinheit 8. Jede Tur¬ binenstufe 10 ist aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strö¬ mungsrichtung eines in der Ringbrennkammer 6 erzeugten Heiß- gases 11 gesehen, folgt im Heißgaskanal 18 jeweils einer Leitschaufelreihe 13 eine aus Laufschaufeln 15 gebildete Reihe 14. Die Leitschaufeln 12 sind am Stator befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 15 einer Reihe 14 mittels einer Turbinenscheibe am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht darge¬ stellt) angekoppelt.
Am ansauggehäuseseitigen Eingang des Verdichters 5 sind verstellbare Verdichterleitschaufeln 19 vorgesehen. Die Verdich- terleitschaufein 19 sind strahlenförmig im ringförmigen Strömungskanal des Verdichters 5 angeordnet und können um ihre jeweilige Längsachse 23 von einer Antriebsvorrichtung 21 gedreht werden, um beispielsweise den die Gasturbine 1 durch¬ strömenden Massenstrom einzustellen. Je nach Anstellwinkel, der auch Staffelungswinkel genannt wird, kann ein besonders großer oder ein kleiner Massenstrom die Gasturbine 1 bedarfsgerecht durchströmen. Um Strömungsverluste in der angesaugten Umgebungsluft zu reduzieren und um eine Schwingungsanregung von sich unmittelbar stromab der Verdichterleitschaufeln 19 drehenden Laufschaufeln 15 zu verhindern, welche bei einer über den Umfang gesehen ungleichmäßigen Anströmung der Laufschaufeln 15 erfolgt, werden alle Verdichterleitschaufeln 19 synchron unter stetiger Beibehaltung gleicher Anstellwinkel mittels der Antriebsvorrichtung 21 verstellt.
Die Antriebsvorrichtung 21 ist außerhalb des Strömungskanals vorgesehen und umfasst neben Verstellhebeln 27, die jeweils einer Verdichterleitschaufel 19 zugeordnet sind, einen alle Verstellhebel 27 gleichzeitig betätigenden Stellring 26, der den Verdichter 5 ringartig umgreift.
FIG. 2 zeigt die, bezogen auf die Maschinenachse 2, radiale Draufsicht auf einen Verstellhebel 27 für die auch als ver¬ stellbare Verdichtereinlassleitschaufel (Inlet Guide Vane) bezeichnete Verdichterschaufel 19. Zwischen dem Verstellhebel 27 und dem Schaufelblatt der Verdichterschaufel 19 ist das Verdichtergehäuse 29 oder der Verdichterleitschaufelträger vorgesehen. Das Schaufelblatt der Verdichterschaufel 19 sowie der Verstellhebel 27 sind starr miteinander verbunden und somit beide um ihre gemeinsame Längsachse 23 stets synchron verdreh- bzw. schwenkbar. Zur Bestimmung der Winkellage der im Verdichter 5 angeordneten, um ihre Längsachse 23 drehbaren Verdichterleitschaufeln 19 ist am Verstellhebel 27 eine ebene Messfläche 31 vorgese¬ hen, die sich mit der Verdichterleitschaufel 19 und dement¬ sprechend mit dessen Schaufelblatt synchron dreht. Die Mess- fläche 31 ist außerhalb des Gehäuses 29 bzw. des Verdichter¬ leitschaufelträgers angeordnet. Dadurch ist der Staffelungs¬ winkel der verstellbaren Leitschaufel auch bei geschlossenem Gehäuse 29 von außen ablesbar. Um den Winkel zwischen einer beliebigen Lage der zur Längsachse 23 parallel ausgerichteten Messfläche 31 und ihrer Referenzlage zu bestimmen (Winkel¬ lage) , ist die in FIG 3 dargestellte Vorrichtung 35 vorge¬ sehen. Die Referenzlage der Messfläche 31 ist dabei diejenige der von der Messfläche 31 einnehmbaren Lagen, in der diese senkrecht zur Maschinenachse 2 steht.
Die Vorrichtung 35 umfasst eine Halteeinrichtung 41 mit zwei seitlich angeordneten Flanken 43, an deren freien Enden zur Befestigung der Vorrichtung 35 am Verdichter 5 mehrere Dauermagnete (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Ferner sind an den Flanken 43 zwei Vorsprünge 47 angeschraubt, die in eine am Verdichterleitschaufelträger 29 vorgesehene umlaufende Um- fangsnut 33 (FIG 2) einsetzbar sind. Um einen gegenüber dem Verdichter 5 bzw. der vorgegebenen Messposition verdrehten Sitz der Vorrichtung 35 auszuschließen, sind zudem an den Vorsprüngen 47 federgelagerte, geringfügig hervorstehende Kugeln als Druckstücke angebracht, die sich an einer Seiten¬ wand der Umfangsnut 33 (Fig. 2) abstützen können.
Die beiden jeweils nach Art eines Rahmens ausgebildeten Flanken 43 sind über einen Steg 45 starr miteinander verbunden, so dass die Halteeinrichtung 41 insgesamt eine U-förmige An¬ mutung aufweist. An den Ecken 48 der Halteeinrichtung 41 ist jeweils eine Schiene 49 angeordnet, entlang derer ein Schlit¬ ten 51 in die Richtungen des Doppelpfeils 53 verschoben werden kann. Hierzu weist der Schlitten 51 beidendseitig zu dem Profil der Schiene 49 korrespondierende Gleitschuhe 55 auf. Mittig zwischen den beiden aneinander gegenüberliegenden En- den des Schlittens 51 ist eine Winkelmesseinrichtung 57 fest an diesem angeordnet. Die Winkelmesseinrichtung 57 weist eine Anzeige 59 auf, mit der ein Winkel angezeigt werden kann. Die Winkelmesseinrichtung 57 weist an ihrer den Flanken 43 zugewandten Unterseite 60 eine um eine Drehachse 61 schwenkbare Drehplatte 63 zur Erfassung der Winkellage auf. Senkrecht von der Drehplatte 63 und parallel zu deren Drehachse 61 steht ein Messarm 65 frei endend ab.
Die Winkelmesseinrichtung 57 arbeitet prinzipiell derart, dass bei jeder beliebigen Lage der Drehplatte 63 die Anzeige 59 auf „0°" zurück gesetzt werden kann, wonach anschließend durch Verdrehung der Drehplatte 63 um die Drehachse 61 der entsprechende Verdrehwinkel in der Anzeige 59 angezeigt wird. FIG 4 zeigt die am Verdichter 5 befestigte Vorrichtung 35 in ihrer Betriebslage bereit zur Messung der Winkellage der Ver¬ dichterleitschaufel 19.
Die Bestimmung der Winkellage der Verdichterleitschaufel 19 bezogen auf die Referenzlage wird anhand der FIG 2 erläutert.
Vor der Messung der Winkellage von Verdichterleitschaufeln eines Leitschaufelkranzes ist die Vorrichtung 35 mit Hilfe einer nicht weiter dargestellten Justiervorrichtung zu justieren. Die Justiervorrichtung umfasst im Wesentlichen einen Sitz zur Aufnahme der Vorrichtung in der vorgegebenen Messposition und ein nicht verstellbares Element, welches die Referenzlage aufweist. Darin eingesetzt wird das freie Ende des Messarms flächig an die Referenzlage angelegt, wonach die Anzeige 59 der Winkelmesseinrichtung 57 auf Null justiert wird . Für die nachfolgenden Messvorgänge wird dann die Vorrichtung 35 stets einen Winkel von 0° anzeigen, wenn sich die Messflä¬ che 31 des betreffenden Verstellhebels 27 in der Referenzlage befindet. Eine Verdrehung des Verstellhebels 27 im Uhrzeiger¬ sinn wird beispielsweise mit einem positiven Winkel gekenn- zeichnet, wohingegen eine Verdrehung der Verdichterleitschau¬ fel 19 entgegen dem Uhrzeigersinn mit einem negativen Vorzeichen angezeigt wird.
Zur Messung wird zuerst die Vorrichtung 35 von außen am Ge- häuse 29 des Verdichters oder des Leitschaufelträgers festge¬ legt. Hierzu werden die an den Flanken 43 angeordneten Vorsprünge 47 in die Umfangsnut 33 eingesetzt, so dass die Vor¬ richtung 35 gegenüber der Drehachse 23 der Verdichterleit¬ schaufel 19 fehlerfrei ausgerichtet sich in der Messposition befindet. Die Vorrichtung 35 umfasst ferner zwei an den Ecken 48 befestigte U-Profile, welche als Griffe 67 zum Halten der Vorrichtung 35 für einen Bediener dienen. Dadurch ist dieser in der Lage, seine Daumen auf griffig ausgestaltete Kontakt¬ flächen 69 des Schlittens 51 zu legen und diesen entlang der Schienen 49 zu verschieben. Beim Einsetzen der Vorsprünge 47 in die Umfangsnut 33 hält ein Bediener die Vorrichtung 35 mit Hilfe der Griffe 67 und den Flächen 69 so, dass der Messarm 65 die Messfläche 31 vorerst nicht berührt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Vorrichtung 35 unverkantet und somit in der vorgegebenen Messposition gegenüber der betreffenden
Verdichterleitschaufel 19 korrekt ausgerichtet ist. Anschlie¬ ßend verschiebt der Bediener den Schlitten 51 derart, dass der Messarm 65 die Messfläche 31 flächig berührt. Sofern da- bei die Messfläche 31 gegenüber ihrer Referenzlage verdreht ist, muss ebenso der Messarm 65 samt Drehplatte 63 um den gleichen Betrag geschwenkt werden, bis dessen freies, ebenes Ende dann flächig an der ebenen Messfläche 31 anliegt. Dann zeigt die Messeinrichtung 57 die individuelle Winkellage der betreffenden Verdichterleitschaufel in Bezug auf die Refe¬ renzlage an.
Ferner kann die Vorrichtung 35 auch weitere Mittel umfassen, mit denen die von ihr bestimmbaren Winkellagen speicherbar und aus der die abgespeicherten Winkellagen auslesbar sind, damit diese zu statistischen Berechnungen weiterverarbeitet werden können. Selbstverständlich kann mit der Vorrichtung 35 nicht nur die Winkellage von Verdichtereinlassleitschaufein erfasst werden, sondern auch die Winkellage von denjenigen Leitschaufeln, die in den vorderen Stufen eines Axialverdichters angeordnet, in analoger Weise wie die Verdichtereinlassleitschaufein um ihre Längsachse schwenkbar sind. Falls die Gehäuseabschnitte unterschiedlicher Verdichterstufen dann unterschiedliche Platzverhältnisse und somit eventuell andere Referenzelemente aufweisen, kann die Vorrichtung durch die Verwendung von an den Flanken 43 anschraubbaren Adapterelementen daran ange- passt werden.
Insgesamt kann mit der Vorrichtung 35 zur Bestimmung der Winkellage einer in einem Verdichter 5 angeordneten, um ihre Längsachse 23 drehbaren Verdichterleitschaufel 19, der eine sich synchron mit ihr drehende, ebene Messfläche 31 zugeord¬ net ist, eine besonders zuverlässige, einfache sowie fehler¬ freie Erfassung der Winkellagen durchgeführt werden. Die Winkellage der sich um ihre Längsachse drehbaren Verdichterleit¬ schaufel 19 lässt sich äußerst präzise und reproduzierbar bestimmen. Die Vorrichtung 35 weist hierzu mindestens eine
Halteeinrichtung 41, die zur ausgerichteten temporären Befestigung der Vorrichtung 35 am Gehäuse 29 des Verdichters 5 vorgesehen ist und zumindest eine Messeinheit auf, die eine Winkelmesseinrichtung 57 mit einer um eine Drehachse 61 drehbaren Drehplatte 63 umfasst, an welcher Drehplatte 63 ein senkrecht abstehender, sich parallel zur Drehachse 61 erstreckender Messarm 65 zur flächigen Anlage seines freien ebenen Endes an der Messfläche 31 vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (35)
zur Bestimmung der Winkellage einer in einem Verdichter (5) angeordneten, um ihre Längsachse (23) schwenkbaren
Verdichterleitschaufel (19), der eine sich synchron mit ihr schwenkende Messfläche (31) zugeordnet ist,
umfassend eine Halteeinrichtung (41) zum temporären
Festlegen der Vorrichtung (35) an einem Gehäuse (29) eines
Verdichters und
eine an der Halteeinrichtung (41) angeordnete Messeinheit, die eine Winkelmesseinrichtung (57) mit einer um eine
Drehachse (61) drehbaren Drehplatte (63) umfasst, an welcher Drehplatte (63) ein senkrecht abstehender Messarm
(65) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Messarm (65) sich parallel zur Drehachse (61) erstreckt und zur flächigen Anlage seines freien Endes an der
Messfläche (31) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung (35) nach Anspruch 1,
bei der die Halteeinrichtung (41) U-förmig mit zwei Flanken (43) und einem die beiden Flanken verbindenden Steg (45) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (35) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Messeinheit über einen translatorisch verschiebbaren Schlitten (51) an der Halteeinrichtung (41) an- geordnet ist.
4. Vorrichtung (35) nach Anspruch 3,
bei der der Schlitten (51) senkrecht zur Drehachse (61) der Drehplatte (63) und/oder senkrecht zu den Flanken (43) parallel zum Steg (45) verschiebbar ist.
5. Vorrichtung (35) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei der an den beiden Stegenden oder Flanken (43) Griffe (67) zum gleichzeitigen Festhalten der Vorrichtung (35) mit zwei Händen vorgesehen sind, derart, dass der Schlitten (51) mit zumindest einem Daumen verschiebbar ist.
6. Vorrichtung (35) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Halteeinrichtung (41) mehrere Magnete und/oder
Dauermagnete umfasst.
7. Vorrichtung (35) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die mittels zweier Druckstücke gegenüber einem am Verdich- ter angeordneten Referenzelement ausgerichtet festlegbar ist .
8. Vorrichtung (35) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine Anzeige (59) zur Anzeige der von der Auswerteein- heit bestimmbaren Winkellage aufweist.
9. Vorrichtung (35) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Winkellage von 0° erfasst wird, wenn sich die Messfläche in einer Referenzlage befindet.
10. Vorrichtung (35) nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der die bestimmbaren Winkellagen speicherbar und aus der die abgespeicherten Winkellagen auslesbar sind.
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