(57)【要約】      （修正有）【課題】ベーン又はブレードの幾何学的パラメータを容易な形式で測定するツールを提供する。【解決手段】ターボ機械のベーン又はブレードの幾何学的パラメータを測定するためのツール１において、ツールは、第１のガイドプレート４と、第２のガイドプレート５とを有し、第１及び第２のガイドプレートは、規定された位置において少なくとも２つのスペーサ６によって互いに離間させられており、第１及び第２のガイドプレート４，５のそれぞれに、第１の貫通孔７と、１つ又は複数の第２の貫通孔８'，８''，８'''，８''''が設けられており、第１の貫通孔７は、ベーン又はブレードの翼を挿入するように設計されており、第２の貫通孔８'，８''，８'''，８''''は、長さ測定ツールを受け入れるように設計されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械のベーン（１５）又はブレード（１７）の幾何学的パラメータを測定するための、特に前記ベーン（１５）又は前記ブレード（１７）の先端部と、基準平面との間の距離を測定するためのツール（１）において、該ツール（１）は、第１のガイドプレート（４）と、第２のガイドプレート（５）とを有し、前記第１のガイドプレート（４）及び前記第２のガイドプレート（５）は、規定された位置において少なくとも２つのスペーサ（６）によって互いに離間させられており、前記第１のガイドプレート（４）及び前記第２のガイドプレート（５）のそれぞれに、第１の貫通孔（７）と、１つ又は複数の第２の貫通孔（８，８'，８''，８'''，８''''）が設けられており、前記第１の貫通孔（７）は、前記ベーン（１５）又は前記ブレード（１７）の翼（２）を挿入するように設計されており、前記第２の貫通孔（８，８'，８''，８'''，８''''）のそれぞれは、長さ測定ツール（９）を受け入れるように設計されていることを特徴とする、ツール。
【請求項２】
前記基準平面は前記ベーン（１５）のプラットフォーム（１６）の表面である又は前記基準平面は前記ターボ機械のケーシングの内面である、請求項１記載のツール。
【請求項３】
前記基準平面は前記ブレード（１７）のプラットフォーム（１８）の表面である又は前記基準平面はロータシャフトの外面である、請求項１記載のツール。
【請求項４】
前記第１のガイドプレート（４）と、前記第２のガイドプレート（５）とは、前記先端部（３）と、測定されるベーン（１５）又はブレード（１７）のプラットフォーム（１６，１８）との間の距離よりも短い距離だけ互いに離間させられている、請求項１記載のツール。
【請求項５】
前記第１のガイドプレート（４）及び前記第２のガイドプレート（５）のうちの少なくとも一方、好適にはそれぞれが、異なる機能を有する２つのエレメント（１３，１４）から組み立てられており、一方のエレメント（１３）は、ツール構造（１）に剛性を与え、他方のエレメント（１４）は、翼（２）及び／又は長さ測定ツール（９）の安定した案内を保証する、請求項１記載のツール。
【請求項６】
前記ガイドプレート（４）及び前記ガイドプレート（５）のうちの少なくとも一方、好適にはそれぞれが、異なる材料の２つのプレート状エレメント（１３，１４）から組み立てられている、請求項５記載のツール。
【請求項７】
前記ガイドプレート（４，５）は、２つのプレート（１３，１４）から組み立てられており、一方のプレート（１３）は、アルミニウムをベースとする、請求項６記載のツール。
【請求項８】
前記ガイドプレート（４，５）は、２つのプレート（１３，１４）から組み立てられており、一方のプレート（１４）は、銅をベースとする、請求項６記載のツール。
【請求項９】
２つのプレート状エレメント（１３，１４）は、ボルト（２０）によって分離可能に相互に接続されている、請求項６記載のツール。
【請求項１０】
前記長さ測定ツール（９）を受け入れるように設計された前記貫通孔（８，８'，８''，８'''，８''''）は、測定される値が半径方向長さであるように、すなわち、現場で作動させるときに、前記長さ測定ツール（９）が案内される軸線がロータ軸線と交差するように、整合させられている、請求項１記載のツール。
【請求項１１】
前記ガイドプレート（４，５）には、長さ測定ツール（９）用の少なくとも４つの貫通孔（８'，８''，８'''，８''''）が設けられている、請求項１０記載のツール。
【請求項１２】
前記長さ測定ツール（９）用の前記少なくとも４つの貫通孔（８'，８''，８'''，８''''）は、前記翼（２）の先端部（３）と、前記翼（２）の前縁、後縁、及び前縁と後縁との間の少なくとも１つの位置における基準平面との間の距離の測定を可能にするように、位置決めされており、少なくとも２つの位置は、先端部（３）における同じ位置を対象としているが、異なる基準平面に達している、請求項１又は１１記載のツール。
【請求項１３】
前記異なる基準平面は、前記ベーン（１５）のプラットフォーム（１６）及び前記ターボ機械の前記ケーシングの内面である、請求項１２記載のツール。
【請求項１４】
前記異なる基準平面は、前記ブレード（１７）のプラットフォーム（１８）及び前記ロータシャフトの外面である、請求項１２記載のツール。
【請求項１５】
前記長さ測定ツール（９）は、深さゲージ又はカリバである、請求項１から１４までのいずれか１項記載のツール。
【請求項１６】
前記翼（２）における前記ツール（１）の正確で安定した位置決めのために、弾性的な手段、例えば板ばね（１２）が、前記ガイドプレート（４，５）に取り付けられており、作動中に前記翼（２）に対して押し付けるために前記第１の貫通孔（７）内へ延びている、請求項１記載のツール。
【請求項１７】
前記弾性的な手段（１２）は、前記翼（２）の表面材料よりも低い硬さを有する材料から形成されている、請求項１６記載のツール。
【請求項１８】
前記弾性的な手段（１２）は、銅から形成されている、請求項１７記載のツール。
【請求項１９】
前記弾性的な手段（１２）は、板ばねである、請求項１６から１８までのいずれか１項記載のツール。
【請求項２０】
３つの板ばね（１２）が取り付けられている、請求項１９記載のツール。
【請求項２１】
前記弾性的な手段（１２）に加えて、前記翼（２）に対して押し付けるための１つ又は複数の偏心輪（２２）が取り付けられている、請求項１６から２０までのいずれか１項記載のツール。
【請求項２２】
作動中に前記ベーン（１５）又は前記ブレード（１７）のプラットフォーム（１６，１８）の近くに位置する前記ガイドプレート（５）の下側に、２つの支持脚部（１９）が設けられている、請求項１記載のツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ターボ機械の技術分野に関する。特に、本発明は、ブレード付きロータ又はブレード付きステータ及び自立型部材における測定を可能にする、ターボ機械におけるブレード又はベーンの幾何学的パラメータ、例えば、翼の長さを測定するツールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械、例えば、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービンの効率を最適化する試みにおいて、損失を生じるあらゆるプロセスが可能な限り減じられる。損失は、ターボ機械の回転する構成部材と固定の構成部材との間の間隙を通過する漏れ流によって生ぜしめられる。漏れ流を減じるために、これらの構成部材の間の間隙は、作動中に最小限に設定されなければならない。
【０００３】
複数の理由から、回転する構成部材と固定の構成部材との表面の間の相互接触が作動中に生じ、その結果、表面摩耗を生じ、これにより間隙及び漏れ流を増大させる。
【０００４】
ターボ機械における間隙の予測を実証するための様々な方法が存在する。実証の１つの方法は、構成部材におけるこすれを測定することによって、すなわち、ケーシングこすれ及びブレード摩耗又はシャフトこすれ及びベーン摩耗を測定することによって、作動中に生じるこすれを評価することである。
【０００５】
ブレード先端部とステータとの間の間隙の増大は、ケーシングこすれ及びブレード摩耗を含む。機械効率を考慮すると、固定の構成部材におけるこすれは、回転する構成部材の摩耗と比較すれば概して好ましい。例えば、ケーシングこすれは、間隙の局所的増大につながるのに対し、ブレード先端部における摩耗は、そのセクションの全周にわたる間隙の増大につながる。ブレード摩耗の測定は、ブレードにおいて生じるこすれ比率についてのフィードバックを提供する。
【０００６】
ターボ機械の構成部材における摩耗を、機械からこの構成部材を取り外すことなく監視するための公知の解決手段は、前記構成部材の関連する表面にマーカを提供することである。決定された深さの少なくとも１つ、好適には複数の中空のマーキングが、監視される構成部材の関連する表面に切削される。マーキングのイメージ信号を提供するために、内視鏡検査が次々に行われる。マーカを使用した圧縮機ブレードにおける摩耗を監視するためのこのような方法は、国際公開第２０１３／０５０６８８号に開示されている。この方法は、ブレード又はベーンなどの個々の構成部材の改変を必要とすることが欠点である。
【０００７】
国際公開第２００９／０８５４３０号に開示された別の方法によれば、ガスタービンエンジンにおけるブレード先端部と包囲するケーシングの内面との間の間隙の高さが測定ツールによって測定される。この測定ツールは、基本的に、２つの構成部材、すなわちバッキング部分と延長部分とを含むフレームから成る。バッキング部分は、ガスタービンエンジンのファンケースにツールを取り付けるように設計された取付け部分を有する。この目的のために、測定ツール及びファンケースにはそれぞれの固定手段が設けられており、例えば、ファンケースにおけるフランジは、フレームのバッキング部分からねじを受容するための穴を有する。また、延長部分は、センサ用の支持アームから成る又はセンサ用の支持アームを保持している。支持アームの一方の端部はバッキング部分に取り付けられており、その他方の端部は自由であり、厚さ測定センサを保持している。支持アームの長さ及び幅は、ブレード先端部とケーシングの内面との間の間隙内へ突出するように設計されている。センサは、光学式又は容量形位置センサなどの非接触式センサである。測定ツールがエンジンにおいて位置固定された後、ファンブレードが回転させられ、センサは、回転する各ブレードのデータを獲得し得る。支持アームの長さ方向の調節により、様々な長手方向位置における先端間隙測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０５０６８８号
【特許文献２】国際公開第２００９／０８５４３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ベーン又はブレードの幾何学的パラメータ、例えば翼の長さを容易な形式で測定するツールを提供することである。
【００１０】
別の課題によれば、ツールは、測定されたデータを再現可能な形式で提供しなければならない。
【００１１】
最後に、ツールは、自立型部材及びブレード付きロータ又はステータに適用可能であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの課題及びその他の課題は、請求項１に係るベーン又はブレードの幾何学的パラメータを測定するツールによって解決される。
【００１３】
ベーン又はブレードの先端部と、基準平面、例えば前記ベーン又はブレードのプラットフォーム表面との間の距離を測定するのに特に適した本発明によるツールは、第１のガイドプレートと第２のガイドプレートとを有し、第１のガイドプレート及び第２のガイドプレートは、規定された位置において少なくとも２つのスペーサによって互いに固定されており、両ガイドプレート、すなわち前記第１のプレート及び前記第２のプレートには、ベーン又はブレードの翼が通過するように設計された第１の貫通孔と、深さゲージ又はカリバ（caliber）などの長さ測定ツールを受け入れるように設計された少なくとも１つの第２の貫通孔とが設けられている。
【００１４】
作動のために、翼をガイドプレートの前記第１の貫通孔に通過させることによって、ツールが翼に取り付けられる。このために、これらの孔は、ツールと、ベーン又はブレードの翼との間にすきまばめを提供するように成形及び寸法決めされている。加えて、これらの貫通孔の設計は、ベーン又はブレードにおけるツールの安定した反復可能な位置を保証しなければならない。
【００１５】
第１の好適な実施の形態によれば、前記ガイドプレートのうちの少なくとも一方は、異なる機能を備える２つのエレメントから組み立てられており、第１のエレメントはツールに剛性を与え、第２のエレメントは、翼におけるツールの正確な、すなわち安定した反復可能な位置を保証する。
【００１６】
特に、ガイドプレートは、２つの板状のエレメントから組み立てられている。
【００１７】
特に好適な実施の形態によれば、翼におけるツールの正確な位置を保証する前記第２のエレメントは、翼の表面材料よりも低い硬さを有する材料から形成されている。
【００１８】
この手段は、作動中、特にツールを翼に取り付けるか又は翼から引き出すときに、翼表面の損傷を回避する。
【００１９】
別の好適な実施の形態によれば、ガイドプレートは、長さ測定ツールを挿入するための少なくとも２つ、好適には３つ又はさらにそれよりも多くの孔が設けられている。
【００２０】
特に、これらの孔は、翼の先端部と、翼の前縁、後縁、及び前縁と後縁との間の少なくとも１つの位置における基準平面との間の距離の測定を可能にする形式で位置決めされていてよい。
【００２１】
特に、前記貫通孔の位置は、付加的に、翼先端部における同じ位置に関して様々な基準平面に達するように変化させられてよい。
【００２２】
この手段は、翼に沿った選択された関連する位置において、及び翼の先端部と選択された基準平面との間において、距離測定を行うことを可能にする。
【００２３】
関連する基準平面は、それぞれのベーン又はブレードの一部分、特にそのプラットフォームであってよいか、ケーシングの内面又はロータシャフトの表面などの、ベーン又はブレードの近くの別の表面であってよい。
【００２４】
本発明によるツールは、作動中に生じるベーン又はブレードの翼の摩耗を測定することを可能にし、ブレード付きロータにおけるロータシャフト外面と比較したブレード先端部の位置、又はブレード付きステータにおけるステータ内面と比較したベーン先端部の位置を測定することを可能にし、これは、ブレード付きロータ又はケーシング直径測定の評価、及び溝内のブレード位置の評価を可能にする。
【００２５】
本発明のこれらの実施の形態及びその他の実施の形態及び利点をここで図面によって及び図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるベーン又はブレードの幾何学的パラメータを測定するツールを透視図で示している。
【図２】深さゲージが取り付けられたベーン又はブレード上の作動位置にあるツールを示す図である。
【図３】ベーンにおける本発明によるツールを２つの異なる図で示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
様々な実施の形態の詳細な説明
図１は、ベーン又はブレードの翼の先端部と基準平面との間の距離を測定するツール１の好適な実施の形態を透視図で示している。本発明による測定ツール１は、基本的に、複数のボルト留めされた接続ロッド６によって互いに固定して配置された２つのガイドプレート４，５を有する。これらのガイドプレート４，５の具体的な外形、その寸法及び互いの距離は、主に、測定される翼の寸法に依存し、ブレード付きロータ又はステータにおける測定に使用される場合、付加的に、隣接する翼の間の距離に依存し、すなわち、これらのパラメータは、個々のケースに応じて変化し得る。
【００２８】
ガイドプレート４，５には、少なくとも２つのタイプの貫通孔７，８、すなわち、測定されるベーン１５又はブレード１７の翼を挿入するように設計された第１の貫通孔７と、長さ測定ツール、例えば深さゲージを受け入れる及び案内するように設計された少なくとも１つ、好適には複数の付加的な貫通孔８とが設けられている。
【００２９】
図１及び図２に示したように、ツール１の典型的な実施の形態には、深さゲージ９を挿入し、正確に案内するための４つの貫通孔８'，８''，８'''，８''''が設けられている。これらの孔８'，８''，８'''，８''''は、翼２に関して様々な位置に配置されている。３つの貫通孔８'，８''，８'''は、翼２に沿って前縁と後縁との間に配置されており、前縁と後縁との間の様々な位置において、ベーン１５又はブレード１７の先端部３とそのプラットフォーム１６，１８との間の距離、すなわち翼２の長さ、を測定する。孔８'に挿入されると、深さゲージ９は、前縁の領域における翼長さを測定する。孔８''は、前縁と後縁との間の箇所における長さ測定を可能にし、孔８'''は、後縁の領域における翼２の長さ測定を可能にする。
【００３０】
上述の貫通孔８'，８''及び８'''と比較して、第４の貫通孔８''''は、翼２からより離れて位置決めされている。この孔８''''は、翼２の先端部３と、プラットフォームの代わりの別の基準平面、特にロータシャフトの外面（ブレードの場合）又はケーシングの内面（ベーンの場合）との間の距離を測定することを可能にする。貫通孔８'''と並んで位置決めされているので、深さゲージ９は、孔８'''又は孔８''''に挿入されたとき、翼先端部３の同じ箇所を対象とする。これは、両値の比較を可能にする。
【００３１】
前述のように、ガイドプレート４，５における貫通孔７は、翼２を挿入するように設計されている。一方で、この孔７は、容易な挿入及び取外しのために、翼２とツール１との間に十分なすきまばめを提供しなければならず、他方で、偏りのない、再現可能な測定結果のために、ツール１と翼２との間の正確な位置決めが要求される。この目的のために、ガイドプレート４，５には、翼２に対して作用する弾性的な手段、例えば板ばね１２、及び／又は偏心輪２２が設けられている。
【００３２】
翼２におけるツール１の安定した位置を保証するために、図１の典型的な実施の形態によれば、作動中にプラットフォーム１６，１８の近くに位置するガイドプレート５には２つの板ばね１２が設けられており、作動中に翼２の先端部３の近くに位置するガイドプレート４には第３の板ばね１２が設けられている。特に現場で１２時位置近くのステータベーン１５において作業する場合に、ツール１を翼２に固定するために、１つ又は複数の偏心輪２２が加えられてもよい。翼２に対するあらゆる損傷を回避するために、ばね１２、及び偏心輪２２の外縁は、銅などの低い硬さの材料から形成されている。作業を容易にするために、上側ガイドプレート４、すなわち作業中に翼先端部３に近い方のガイドプレートにおける貫通孔７の外側輪郭には、１つ又は複数のポケット２１が設けられている。これらのポケット２１は、オペレータが翼２と下側のガイドプレート５との間の接触点を確認することを可能にし得る。
【００３３】
ガイドプレート４，５は、個々の機能を備える２つの個々のエレメント１３，１４から組み立てられている。両エレメント１３，１４はプレートである。比較的厚いプレート１３は、ツール１の十分な剛性を保証し、他方の比較的薄いプレート１４は、翼２におけるツール１の正確な位置決めと、貫通孔８における測定ツール９の正確な案内とを保証する。２つのプレート１３，１４のための材料は、それらの機能に応じて選択され、例えば、基本的な剛性機能を備えるプレート１３に対してはアルミニウムが、主に案内機能を備えるプレート１４に対しては銅が選択される。両プレート１３，１４は、ボルト２０によって接続されている。
【００３４】
下側のプレート５の底部における好適には２つの支持脚部１９により、ツール１は、作動中にベーン１５又はブレード１７のプラットフォーム１６，１８上に支持される。
【００３５】
図２は、ベーン１５又はブレード１７上の作動位置にある本発明によるツール１の典型的な実施の形態を示している。ツール１は、ガイドプレート４，５の貫通孔７に翼２を挿入することによってベーン１５又はブレード１７に取り付けられている。板ばね１２（図１参照）は、翼２に押し付けられ、ブレード１７上でのツール１の安定した位置を支持する。スペーサ６は、上側のガイドプレート４、すなわち作動中に翼２の先端部３に近い方のガイドプレートと、作動中にベーン１５又はブレード１７のプラットフォーム１６，１８に近い下側のガイドプレート５との間の距離を規定する。この距離は、翼２の長さよりも短く寸法決めされなければならない。下側のガイドプレート５の下側には、２つの支持脚部１９が設けられている。これらの２つの脚部１９は、ベーン１５又はブレード１７のプラットフォーム１６，１８に載置される。
【００３６】
一般的な深さゲージ９が、ガイドプレート４，５の貫通孔８'に挿入される。貫通孔８は、深さゲージ９の正確な位置決めを保証するように設計されている。深さゲージ９の下側部分は、プラットフォーム１６，１８の表面との接触領域又は接触ピン１０を有する。上側部分には、翼先端部３上に配置される可動な測定ブリッジ１１が設けられている。
【００３７】
図３ａ及び図３ｂは、ブレード付きステータにおける測定ツール１の使用を示している。ツール１はベーン１５に取り付けられている。ツール１のガイドプレート４，５は、一方では、ツール１の構成部材と、隣接するベーン１５'との衝突を回避するために、隣接するベーン１５'に対して十分なスペースが残され、他方では、深さゲージ９が、関連する基準平面に達することができるように、成形されている。下側プレート５の下側に設けられた脚部１９は、ベーン１５のプラットフォーム１６に載置される。ツール１の上側プレート４と下側プレート５との間の距離は、翼２の先端部３が上側プレート４よりも十分に突出するように寸法決めされている。この図示された実施の形態は、翼２に関する様々な位置において深さゲージ９を挿入するための５つの貫通孔８を有し、深さゲージ９が、翼２における様々な箇所と、ベーン１５のプラットフォーム１６を含む様々な基準平面とに達することを可能にしている。ガイドプレート４及びガイドプレート５における対応する貫通孔８は半径方向で整列させられており、すなわち、深さゲージが個々の貫通孔８'，８''，８'''，...において案内される測定軸線は、ロータ軸線と交差している。その結果、深さゲージ９の測定値は、半径方向長さを示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  ツール
２  翼
３  翼の先端部
４  第１のプレート（上側のプレート）
５  第２のプレート（下側のプレート）
６  スペーサ、接続ロッド
７  翼２用の貫通孔
８  長さ測定ツール用の貫通孔
９  長さ測定ツール、深さゲージ
１０  深さゲージの接触ピン
１１  深さゲージのブリッジ
１２  弾性的な手段、例えば板ばね
１３  剛性機能を有するプレート４又は５の構成部材
１４  案内機能を有するプレート４又は５の構成部材
１５  ベーン
１６  ベーンのプラットフォーム
１７  ブレード
１８  ブレードのプラットフォーム
１９  脚部
２０  接続ボルト
２１  ポケット
２２  偏心輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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