用于测量涡轮构件的几何变形的方法
【专利摘要】本发明涉及用于测量涡轮构件尤其是转子凹槽或叶片根部的几何变形的方法，该方法包括下列步骤：分别给涡轮构件或转子凹槽或叶片根部提供至少一个测量标记；在涡轮投入使用之前，在第一次测量中分别确定所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部上的长度时使用该至少一个测量标记作为参考点；操作涡轮一段时间；在所述操作时间之后，在第二次测量中再次使用所述至少一个测量标记作为参考点，分别确定所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部上的所述长度；和比较所述第一次测量和第二次测量的测量长度；以及基于所述测量长度之间的差异，分别确定所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部中的蠕变变形量。
【专利说明】用于测量涡轮构件的几何变形的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮的技术。其涉及用于测量压缩机级或涡轮级的旋转构件(例如在压缩机、燃气涡轮或蒸汽涡轮中使用)的变形行为的方法。
【背景技术】
[0002]重型燃气和高压蒸汽涡轮的转子和动叶由于离心力暴露于高机械负荷并暴露于非常高的温度。该温度一般高于所涉及材料的转变温度，使得时间相关的塑性膨胀(所谓的蠕动)是限制相应构件的使用寿命的重要因素。
[0003]因此，重要的是，在设施的操作中确定涡轮的昂贵构件(例如转子和动叶)的蠕变行为或剩余可用寿命。在此情境下，一方面安全性方面扮演重要角色，另一方面财政方面扮演重要角色。因此，构件的较晚更换导致设施内较高的安全风险，而构件的太早更换带来不必要的成本。因此，重要的是，在这种类型的设施的操作期间，监测和估计压缩机级和涡轮级中的旋转构件的蠕变行为，并正确估计这些构件的剩余使用寿命。
[0004]目前，为了确定蠕变测量，转子10包括转子凹槽11，如图1中所示，其具有自其底部12起的长度D，该长度D被测量两次，第一次是当它全新时借助所谓的“零测量”，且第二次在定期检查间隔期间(例如在C检查期间)。测量利用测量球13完成。如果蠕变变形发生在转子凹槽11中，长度D将随时间增加。在某一操作时期之后，长度D将大于零测量长度。通过比较长度D的第二次测量与长度D的零测量之间的差异，可确定蠕变寿命恶化，一般通过使用使用粘塑性材料模型的有限元方法(FEM)。
[0005]然而，这种类型的模型需要材料常数、构件在操作期间经受的边界条件和操作条件的准确知识。由于这些参数的说明中的不确定性，这些计算模型的预知精度是非常有限的。因此，外部边界条件特别是操作期间的材料温度不能以足够的精度指明。
[0006]另外还有精度问题，这产生于测量球13所处之处的表面质量。在可进行测量之前，必须清理转子凹槽11的所有表面。转子凹槽11的清理是需要熟练技术人员的时间和劳动密集型的过程。在清理表面之后，使用卡尺手动完成测量。用手使用卡尺进行测量导致某些不准确性，因为不能每次使用完全相同的点执行测量。
[0007]文献JP 2004044423公开了一种方法，以在不拆卸发动机的情况下检测动叶蠕变的发展状态。通过切出而形成的范围从梢端到指定深度的切口设置在芯罩(chip shroud)上的密封锯齿部分中，以形成带有蠕变检测标记的动叶。当蠕变在动叶中发生并发展时，在旋转时，动叶的长度由于负载而延伸，并且密封锯齿部分在这种情况下通过其摩擦而逐渐磨损。因此，切口的深度被设定成使得在动叶被导致破损之前，动叶蠕变的发展可与密封锯齿部分的磨损量对应。利用处于组装在燃气涡轮发动机中的状态下的孔探仪检测带有蠕变检测标记的动叶，并且通过是否可在密封锯齿部分上观察到切口而确定动叶的蠕变的发展状态。
[0008]预知上的改进可通过借助在各种操作时期之后对所监测构件的蠕变损伤的具体测量来检查预知而实现，并且若合适，则通过参数的适应而校正。然而，这使得有必要借助非破坏性测试方法来确定构件的蠕变行为或蠕变损伤。
[0009]然而，目前没有可对处于早期操作阶段的构件的蠕变损伤提供可靠证据的可行的非破坏性测试方法。
[0010]总之，迄今没有令人满意的用于监测或确定涡轮级或压缩机级的旋转构件的剩余蠕变寿命的方法。
【发明内容】
[0011]本发明的一个目的是提供用于测量涡轮构件尤其是涡轮转子凹槽或叶片根部的几何变形的方法，其避免现有技术方法的缺点，容易应用并给出高度精度的结果。
[0012]该目的通过根据权利要求1所述的方法获得。
[0013]根据本发明，用于测量涡轮构件尤其是转子凹槽或叶片根部的几何变形的方法，该方法包括下列步骤:分别给涡轮构件或转子凹槽或叶片根部提供至少一个测量标记；在涡轮投入使用之前，在第一次测量中分别确定所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部上的长度时使用该至少一个测量标记作为参考点；操作涡轮一段时间；在所述操作时间之后，在第二次测量中再次使用所述至少一个测量标记作为参考点，分别确定所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部上的所述长度；和比较所述第一次测量和第二次测量的测量长度；以及基于所述测量长度之间的差异，分别确定所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部中的蠕变变形量。
[0014]根据本发明方法的一实施例，所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部分别设有多个测量标记，其分别分布在所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部的共同表面上。
[0015]根据本发明方法的另一实施例，所述涡轮构件或转子凹槽或叶片根部分别在其被新制造时设有所述至少一个测量标记。
[0016]根据本发明方法的又一实施例，所述至少一个测量标记作为永久性测量标记完成。
[0017]具体而言，所述至少一个测量标记通过激光雕刻完成。
[0018]根据本发明方法的另一实施例，所述至少一个测量标记在涡轮的检查期间可通过肉眼识别。
[0019]根据本发明方法的再一实施例，所述第一次测量和第二次测量通过光学方法完成。
[0020]具体而言，所述第一次测量和第二次测量通过使用光学传感器完成。
[0021]备选地，所述第一次测量和第二次测量通过使用激光传感器完成。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]现在将借助不同实施例并参照附图来更确切地说明本发明。
[0023]图1示出转子的示例性转子凹槽并指出测量所述凹槽的深度变化的现有技术方法;
图2示出根据本申请的实施例带有多个测量标记的在透视图中的转子的示例性杉树状附连部件；
图3示出沿图2的方向A的视图； 图4示出沿图2的方向B的视图；并且 图5示出沿图2的方向C的视图。
[0024]附图标记:
10转子
11转子凹槽 12底部(转子凹槽)
13测量球 14转子
15杉树状附连部件(转子)
16正面/背面 17底部(转子凹槽)
18非接触面 19接触面 20测量标记 21激光雕刻工具 22光学传感器 A-C观察方向 D 长度 L1、L2 长度。
【具体实施方式】
[0025]如图2中所示，转子14设有转子凹槽以用于接收相应的转子叶片。位于相邻凹槽之间的杉树状附连部件大体由参考标号15表示。凹槽被示出为具有大体杉树状配置以便以传统方式接受叶片(未示出)的相应根部。虽然示出了杉树状配置，但应当理解，本发明可应用至其它类型的配置，例如锤状根部、直的和弯曲的杉树等。凹槽包括(参见图3)非接触面18和接触面19以及底部17(图2)。
[0026]根据本发明，利用测量标记20将杉树状附连部件15和相邻凹槽在其表面上的各种位置中标记。这些测量标记20优选为永久性的并利用激光雕刻工具21 (图2)通过激光雕刻或其它合适方法形成。测量标记20充当用于进行第一次测量和第二次测量的参考点，以便在转子14被使用之后确定任何可能的蠕变。通过激光雕刻或其它合适方法对杉树状附连部件15和转子凹槽的标记应当优选地在制造转子14时执行。应当指出，叶片根部也可以类似方式标记。测量标记20的位置对于该情形而言特定并被放置在呈现低应力的面上。通过将测量标记20放置在低应力面上，转子或叶片的冷却和机械行为不受影响。
[0027]在绘出沿图2中的箭头A至C的视图的图3至图5中更详细地示出测量标记20的分布。测量标记20被放置在这样的位置且大小形成为使得它们可在定期检查期间被肉眼识别。结果，在机械的每次检查中精确地测量图案，并且通过将相应的测量结果与以前的测量进行比较来确认变形。一般通过光学或激光测量方法执行测量，例如借助光学传感器22(图3)。通过确保测量标记20在每次测量中是相同的，与现有方法相比更准确的测量是可能的。由于该更大精度，大大提高了对转子的蠕变损伤的风险预测。[0028]在本发明的方法中，至少一个测量标记设置在涡轮转子凹槽(或叶片根部)上，并且在涡轮投入使用之前，在第一次测量中确定转子凹槽(或叶片根部)上的长度时使用至少一个测量标记作为参考。然后将涡轮投入使用一段时间，并且随后，第二次测量使用至少一个测量标记作为参考确定在涡轮叶片操作这段时间之后转子凹槽(或叶片根部)上的相同长度。将第二次测量与第一次测量进行比较，并且基于第一次测量和第二次测量之间的差异来确定转子凹槽(或叶片根部)中的蠕变变形量。
[0029]本发明的方法提供了一种快速且可靠的方式以获得重要和更准确的现场数据，同时最大限度地减少停机时间。该方法的方法论可独立于设计而应用于所有类型的转子凹槽和叶片根部中。此外，该方法还可被应用至其它构件，例如压缩机、燃气涡轮或蒸汽涡轮壳体，在其中进行其它类型的测量，例如弯曲或椭圆化。
【权利要求】
1.一种用于测量涡轮构件(14)尤其是转子凹槽或叶片根部的几何变形的方法，所述方法包括下列步骤: 分别给所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部提供至少一个测量标记(20)； 在所述涡轮投入使用之前，在第一次测量中分别确定所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部上的长度(L1，L2)时，使用所述至少一个测量标记(20)作为参考点； 操作所述涡轮一段时间； 在所述操作时间之后，在第二次测量中再次使用所述至少一个测量标记(20)作为参考点，分别确定所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部上的所述长度(L1，L2);和 比较所述第一次测量和第二次测量的测量长度(L1，L2);以及 基于所述测量长度之间的差异，分别确定所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部中的蠕变变形量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部分别设有多个测量标记(20)，其分别分布在所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部的共同表面上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮构件(14)或转子凹槽或叶片根部分别在其被新制造时设有所述至少一个测量标记(20)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量标记(20)作为永久性测量标记完成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量标记(20)通过激光雕刻(21)完成。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量标记(20)在所述涡轮的检查期间可通过肉眼识别。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次测量和第二次测量通过光学方法完成。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一次测量和第二次测量通过使用光学传感器(22)完成。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一次测量和第二次测量通过使用激光传感器完成。
【文档编号】G01B11/16GK103644855SQ201310261892
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】S.斯洛维克, T.特沙纳, P.贝德纳滋, M.T.普鲁加雷维茨 申请人:阿尔斯通技术有限公司