用于測量渦輪構件的幾何變形的方法
【專利摘要】本發明涉及用于測量渦輪構件尤其是轉子凹槽或葉片根部的幾何變形的方法，該方法包括下列步驟：分別給渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部提供至少一個測量標記；在渦輪投入使用之前，在第一次測量中分別確定所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部上的長度時使用該至少一個測量標記作為參考點；操作渦輪一段時間；在所述操作時間之后，在第二次測量中再次使用所述至少一個測量標記作為參考點，分別確定所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部上的所述長度；和比較所述第一次測量和第二次測量的測量長度；以及基于所述測量長度之間的差異，分別確定所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部中的蠕變變形量。
【專利說明】用于測量渦輪構件的幾何變形的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及渦輪的技術。其涉及用于測量壓縮機級或渦輪級的旋轉構件(例如在壓縮機、燃氣渦輪或蒸汽渦輪中使用)的變形行為的方法。
【背景技術】
[0002]重型燃氣和高壓蒸汽渦輪的轉子和動葉由于離心力暴露于高機械負荷并暴露于非常高的溫度。該溫度一般高于所涉及材料的轉變溫度，使得時間相關的塑性膨脹(所謂的蠕動)是限制相應構件的使用壽命的重要因素。
[0003]因此，重要的是，在設施的操作中確定渦輪的昂貴構件(例如轉子和動葉)的蠕變行為或剩余可用壽命。在此情境下，一方面安全性方面扮演重要角色，另一方面財政方面扮演重要角色。因此，構件的較晚更換導致設施內較高的安全風險，而構件的太早更換帶來不必要的成本。因此，重要的是，在這種類型的設施的操作期間，監測和估計壓縮機級和渦輪級中的旋轉構件的蠕變行為，并正確估計這些構件的剩余使用壽命。
[0004]目前，為了確定蠕變測量，轉子10包括轉子凹槽11，如圖1中所示，其具有自其底部12起的長度D，該長度D被測量兩次，第一次是當它全新時借助所謂的“零測量”，且第二次在定期檢查間隔期間(例如在C檢查期間)。測量利用測量球13完成。如果蠕變變形發生在轉子凹槽11中，長度D將隨時間增加。在某一操作時期之后，長度D將大于零測量長度。通過比較長度D的第二次測量與長度D的零測量之間的差異，可確定蠕變壽命惡化，一般通過使用使用粘塑性材料模型的有限元方法(FEM)。
[0005]然而，這種類型的模型需要材料常數、構件在操作期間經受的邊界條件和操作條件的準確知識。由于這些參數的說明中的不確定性，這些計算模型的預知精度是非常有限的。因此，外部邊界條件特別是操作期間的材料溫度不能以足夠的精度指明。
[0006]另外還有精度問題，這產生于測量球13所處之處的表面質量。在可進行測量之前，必須清理轉子凹槽11的所有表面。轉子凹槽11的清理是需要熟練技術人員的時間和勞動密集型的過程。在清理表面之后，使用卡尺手動完成測量。用手使用卡尺進行測量導致某些不準確性，因為不能每次使用完全相同的點執行測量。
[0007]文獻JP 2004044423公開了一種方法，以在不拆卸發動機的情況下檢測動葉蠕變的發展狀態。通過切出而形成的范圍從梢端到指定深度的切口設置在芯罩(chip shroud)上的密封鋸齒部分中，以形成帶有蠕變檢測標記的動葉。當蠕變在動葉中發生并發展時，在旋轉時，動葉的長度由于負載而延伸，并且密封鋸齒部分在這種情況下通過其摩擦而逐漸磨損。因此，切口的深度被設定成使得在動葉被導致破損之前，動葉蠕變的發展可與密封鋸齒部分的磨損量對應。利用處于組裝在燃氣渦輪發動機中的狀態下的孔探儀檢測帶有蠕變檢測標記的動葉，并且通過是否可在密封鋸齒部分上觀察到切口而確定動葉的蠕變的發展狀態。
[0008]預知上的改進可通過借助在各種操作時期之后對所監測構件的蠕變損傷的具體測量來檢查預知而實現，并且若合適，則通過參數的適應而校正。然而，這使得有必要借助非破壞性測試方法來確定構件的蠕變行為或蠕變損傷。
[0009]然而，目前沒有可對處于早期操作階段的構件的蠕變損傷提供可靠證據的可行的非破壞性測試方法。
[0010]總之，迄今沒有令人滿意的用于監測或確定渦輪級或壓縮機級的旋轉構件的剩余蠕變壽命的方法。
【發明內容】
[0011]本發明的一個目的是提供用于測量渦輪構件尤其是渦輪轉子凹槽或葉片根部的幾何變形的方法，其避免現有技術方法的缺點，容易應用并給出高度精度的結果。
[0012]該目的通過根據權利要求1所述的方法獲得。
[0013]根據本發明，用于測量渦輪構件尤其是轉子凹槽或葉片根部的幾何變形的方法，該方法包括下列步驟:分別給渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部提供至少一個測量標記；在渦輪投入使用之前，在第一次測量中分別確定所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部上的長度時使用該至少一個測量標記作為參考點；操作渦輪一段時間；在所述操作時間之后，在第二次測量中再次使用所述至少一個測量標記作為參考點，分別確定所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部上的所述長度；和比較所述第一次測量和第二次測量的測量長度；以及基于所述測量長度之間的差異，分別確定所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部中的蠕變變形量。
[0014]根據本發明方法的一實施例，所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部分別設有多個測量標記，其分別分布在所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部的共同表面上。
[0015]根據本發明方法的另一實施例，所述渦輪構件或轉子凹槽或葉片根部分別在其被新制造時設有所述至少一個測量標記。
[0016]根據本發明方法的又一實施例，所述至少一個測量標記作為永久性測量標記完成。
[0017]具體而言，所述至少一個測量標記通過激光雕刻完成。
[0018]根據本發明方法的另一實施例，所述至少一個測量標記在渦輪的檢查期間可通過肉眼識別。
[0019]根據本發明方法的再一實施例，所述第一次測量和第二次測量通過光學方法完成。
[0020]具體而言，所述第一次測量和第二次測量通過使用光學傳感器完成。
[0021]備選地，所述第一次測量和第二次測量通過使用激光傳感器完成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]現在將借助不同實施例并參照附圖來更確切地說明本發明。
[0023]圖1示出轉子的示例性轉子凹槽并指出測量所述凹槽的深度變化的現有技術方法;
圖2示出根據本申請的實施例帶有多個測量標記的在透視圖中的轉子的示例性杉樹狀附連部件；
圖3示出沿圖2的方向A的視圖； 圖4示出沿圖2的方向B的視圖；并且 圖5示出沿圖2的方向C的視圖。
[0024]附圖標記:
10轉子
11轉子凹槽 12底部(轉子凹槽)
13測量球 14轉子
15杉樹狀附連部件(轉子)
16正面/背面 17底部(轉子凹槽)
18非接觸面 19接觸面 20測量標記 21激光雕刻工具 22光學傳感器 A-C觀察方向 D 長度 L1、L2 長度。
【具體實施方式】
[0025]如圖2中所示，轉子14設有轉子凹槽以用于接收相應的轉子葉片。位于相鄰凹槽之間的杉樹狀附連部件大體由參考標號15表示。凹槽被示出為具有大體杉樹狀配置以便以傳統方式接受葉片(未示出)的相應根部。雖然示出了杉樹狀配置，但應當理解，本發明可應用至其它類型的配置，例如錘狀根部、直的和彎曲的杉樹等。凹槽包括(參見圖3)非接觸面18和接觸面19以及底部17(圖2)。
[0026]根據本發明，利用測量標記20將杉樹狀附連部件15和相鄰凹槽在其表面上的各種位置中標記。這些測量標記20優選為永久性的并利用激光雕刻工具21 (圖2)通過激光雕刻或其它合適方法形成。測量標記20充當用于進行第一次測量和第二次測量的參考點，以便在轉子14被使用之后確定任何可能的蠕變。通過激光雕刻或其它合適方法對杉樹狀附連部件15和轉子凹槽的標記應當優選地在制造轉子14時執行。應當指出，葉片根部也可以類似方式標記。測量標記20的位置對于該情形而言特定并被放置在呈現低應力的面上。通過將測量標記20放置在低應力面上，轉子或葉片的冷卻和機械行為不受影響。
[0027]在繪出沿圖2中的箭頭A至C的視圖的圖3至圖5中更詳細地示出測量標記20的分布。測量標記20被放置在這樣的位置且大小形成為使得它們可在定期檢查期間被肉眼識別。結果，在機械的每次檢查中精確地測量圖案，并且通過將相應的測量結果與以前的測量進行比較來確認變形。一般通過光學或激光測量方法執行測量，例如借助光學傳感器22(圖3)。通過確保測量標記20在每次測量中是相同的，與現有方法相比更準確的測量是可能的。由于該更大精度，大大提高了對轉子的蠕變損傷的風險預測。[0028]在本發明的方法中，至少一個測量標記設置在渦輪轉子凹槽(或葉片根部)上，并且在渦輪投入使用之前，在第一次測量中確定轉子凹槽(或葉片根部)上的長度時使用至少一個測量標記作為參考。然后將渦輪投入使用一段時間，并且隨后，第二次測量使用至少一個測量標記作為參考確定在渦輪葉片操作這段時間之后轉子凹槽(或葉片根部)上的相同長度。將第二次測量與第一次測量進行比較，并且基于第一次測量和第二次測量之間的差異來確定轉子凹槽(或葉片根部)中的蠕變變形量。
[0029]本發明的方法提供了一種快速且可靠的方式以獲得重要和更準確的現場數據，同時最大限度地減少停機時間。該方法的方法論可獨立于設計而應用于所有類型的轉子凹槽和葉片根部中。此外，該方法還可被應用至其它構件，例如壓縮機、燃氣渦輪或蒸汽渦輪殼體，在其中進行其它類型的測量，例如彎曲或橢圓化。
【權利要求】
1.一種用于測量渦輪構件(14)尤其是轉子凹槽或葉片根部的幾何變形的方法，所述方法包括下列步驟: 分別給所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部提供至少一個測量標記(20)； 在所述渦輪投入使用之前，在第一次測量中分別確定所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部上的長度(L1，L2)時，使用所述至少一個測量標記(20)作為參考點； 操作所述渦輪一段時間； 在所述操作時間之后，在第二次測量中再次使用所述至少一個測量標記(20)作為參考點，分別確定所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部上的所述長度(L1，L2);和 比較所述第一次測量和第二次測量的測量長度(L1，L2);以及 基于所述測量長度之間的差異，分別確定所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部中的蠕變變形量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部分別設有多個測量標記(20)，其分別分布在所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部的共同表面上。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述渦輪構件(14)或轉子凹槽或葉片根部分別在其被新制造時設有所述至少一個測量標記(20)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個測量標記(20)作為永久性測量標記完成。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一個測量標記(20)通過激光雕刻(21)完成。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個測量標記(20)在所述渦輪的檢查期間可通過肉眼識別。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次測量和第二次測量通過光學方法完成。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一次測量和第二次測量通過使用光學傳感器(22)完成。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一次測量和第二次測量通過使用激光傳感器完成。
【文檔編號】G01B11/16GK103644855SQ201310261892
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2012年6月27日
【發明者】S.斯洛維克, T.特沙納, P.貝德納滋, M.T.普魯加雷維茨 申請人:阿爾斯通技術有限公司