УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ПОВОРОТНОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ЛОПАТКИ КОМПРЕССОРА
DEVICE FOR DETERMINING ANGULAR POSITION OF ROTATING GUIDE BLADE OF COMPRESSOR

Изобретение касается устройства для определения углового положения установленной в компрессоре поворотной вокруг своей продольной оси направляющей лопатки компрессора, для которой предусмотрена синхронно вращающаяся с ней гладкая измерительная поверхность.
Известно, что при сборке переставляемых вокруг своей продольной оси направляющих лопаток компрессора и предназначенного для них привода перестановки они по отдельности посредством некоторого устройства устанавливаются в заданном положении по контрольному пазу, расположенному на обойме направляющих лопаток. Это необходимо, чтобы все рабочие стороны лопаток кольца направляющего аппарата компрессора всегда имели идентичные углы установки в решетке, чтобы при эксплуатации обеспечивать синхронный приток к следующим за ними рабочим лопаткам компрессора. Асинхронный приток к рабочим лопаткам компрессора мог бы привести к возбуждению вибраций отдельных рабочих сторон рабочих лопаток. Это могло бы в самом неблагоприятном случае оказывать вредное воздействие на рабочие лопатки. Чтобы избежать этой нежелательной и возможно критической рабочей ситуации компрессора, перед пусконаладкой компрессора необходима проверка качества монтажа путем заключительного промера углового положения всех переставляемых направляющих лопаток.
До сих пор угловое положение направляющих лопаток измерялось посредством универсального угломера и вспомогательного устройства снаружи на корпусе компрессора. Вспомогательное устройство, которое прикладывалось к контрольному пазу на обойме направляющих лопаток, служило упором для одного измерительного плеча угломера. Задняя боковая поверхность переставного рычага, установленного на вращающейся направляющей лопатке компрессора, служила упорной поверхностью для второго измерительного плеча угломера, на котором затем могло считываться угловое положение направляющей лопатки. Вследствие стесненных условий площади на компрессоре и в зависимости от положения в окружном направлении подлежащей контролю направляющей лопатки компрессора могли происходить ошибки при считывании и неточное приложение измерительных плеч. Это могло происходить, в частности, тогда, когда монтажнику приходилось работать, держа руки над головой. Из-за ошибочного контроля могло быть возможно, что правильно установленные направляющие лопатки ненужным образом переставлялись в неправильное положение или неправильные установки направляющих лопаток компрессора не распознавались. В целом это могло приводить, если смотреть в окружном направлении, к частично неравномерной регулировке углов установки в решетке рабочих сторон вращающихся направляющих лопаток. Другим источником ошибок, который мог приводить к несколько асимметричной регулировке направляющих лопаток компрессора, являются допуски при применении вспомогательного устройства.
Угловое положение может также регистрироваться с помощью переносного, однако громоздкого лазерного измерительного устройства, так, как это, например, предлагает EP 1895267 A1. Хотя известное измерительное устройство работает без контакта с измерительной поверхностью, однако в чаще всего стесненных условиях это удается только с применением отражающего зеркала, которое в неудобных промышленных условиях машин такого рода представляется недостаточно прочным, и поэтому предрасположенным к повреждениям. Следовательно, лазерное измерительное устройство требует сравнительно бережного обращения, чтобы не ухудшить эксплуатационную пригодность измерительного устройства.
Кроме того, из US 4597187 известно измерительное устройство, соответствующее конструктивным признакам ограничительной части п.1 формулы изобретения, для измерения угла установки неподвижных лопаток компрессора. Это устройство монтируется на столе, чтобы можно быть промерять предварительно, однако еще не окончательно смонтированное кольцо с рабочими сторонами лопаток компрессора. Измерительное устройство включает в себя первую контактную точку, которая прикладывается к передней кромке или задней кромке рабочей стороны лопатки, подлежащей исследованию. Вращающийся кулачковый диск, снабженный измерительным рычагом, должен быть затем повернут так, чтобы две другие, расположенные на измерительном рычаге контактные токи прилегали к рабочей стороне лопатки со стороны всасывания или со стороны нагнетания. Угол поворота кулачкового диска регистрируется затем с помощью сенсора, который потом указывает угол установки соответствующей рабочей стороны лопатки. Недостаток при этом заключается в том, что измерение угла установки осуществляется непосредственно на рабочей стороне лопатки. Это требует доступа человека к рабочей стороне лопатки. Известное устройство, таким образом, не подходит для определения снаружи углового положения установленной в компрессоре поворотной вокруг своей продольной оси направляющей лопатки компрессора.
Аналогичные устройства для непосредственного измерения угла установки лопаток компрессора или лопаток паровой турбины известны из SU 815466 и US 4718172. Они обладают недостатками, идентичными устройству, известному из US 4597187.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить компактное устройство для выполняемого снаружи корпуса компрессора определения углового положения установленной в компрессоре поворотной вокруг своей продольной оси направляющей лопатки компрессора, которая при сохранении достаточной точности измерения обеспечивает возможность простого, без соблюдения предосторожностей, обращения с устройством и надежного измерения углового положения.
Задача решается с помощью устройства, которое выполнено в соответствии с признаками п.1 формулы изобретения.
Изобретение основано на том известном факте, что ошибок при считывании можно избежать даже тогда, когда измерение угловой установки или, соответственно, углового положения направляющей лопатки компрессора осуществляется только полуавтоматически. Для полуавтоматической регистрации устройство снабжено установленным на фиксирующем устройстве блоком измерения, который включает в себя угловое устройство измерения, снабженное вращающейся пластиной, обладающей возможностью вращения вокруг оси вращения, на которой предусмотрен перпендикулярно выступающий, распространяющийся параллельно оси вращения измерительный рычаг для плоскостного приложения его свободного гладкого конца к измерительной поверхности.
Изобретение основано на контактной регистрации углового положения. Это становится возможным, в частности, благодаря тому, что имеются коммерчески доступные угловые измерительные устройства, которые осуществляют регистрацию угла не с помощью двух подвижных друг относительно друга измерительных плеч, а посредством поворотного или, соответственно, вращательного движения вращающейся пластины вокруг оси вращения. Ось вращения углового измерительного устройства для точного определения углового положения должна быть установлена в заданном положении параллельно оси вращения поворотной направляющей лопатки компрессора. Благодаря этому возможно, чтобы при перемещении измерительной поверхности вследствие поворота направляющей лопатки компрессора измерительный рычаг всегда мог плоскостно прилегать своим свободным гладким концом к также гладкой измерительной поверхности. Для этого вращающаяся пластина должна быть повернута на ту же величину, что и измерительная поверхность, что затем регистрируется угловым измерительным устройством и отображается как угол между двумя положениями.
В результате положение, принятое направляющей лопаткой компрессора, передается устройству для определения углового положения с помощью его измерительного рычага.
Пользователь измерительного устройства должен позаботиться только о том, чтобы измерительный рычаг - без перекоса - плоскостно прилегал к измерительной поверхности. Регистрация углового положения осуществляется тогда самостоятельно с помощью углового измерительного устройства, так что в целом можно говорить о полуавтоматической регистрации углового положения поворотной направляющей лопатки компрессора. Поэтому также нет необходимости в нескольких измерительных рычагах.
Благодаря полуавтоматической регистрации положения измерительной поверхности с помощью этого устройства предотвращается возможность влияния механических неточностей, таких как, например, не точно приложенное измерительное плечо на вспомогательном устройстве или, соответственно, на переставном рычаге, на результат измерения.
Благодаря полуавтоматической регистрации, к тому же, отпадает необходимость в калибровке. Кроме того, требуется одна только юстировка устройства, прием это возможно без затруднений с помощью простого юстировочного устройства.
Таким образом, изобретение основано на том известном факте, что особенно нечувствительное к повреждениям устройство может быть получено тогда, когда можно оказаться от лазерных сенсоров и отражающего зеркала, известного из уровня техники, чувствительного при обращении с ним устройства.
Другое преимущество заключается в непосредственном измерении углового положения измерительной поверхности и, вместе с тем, в опосредствованном измерении угла установки. Де факто регистрируется не угол установки аэродинамически искривленной рабочей стороны лопатки. Напротив, изобретением предлагается измерительное устройство, которое может снаружи регистрировать угловое положение переставляемой направляющей лопатки компрессора с помощью установленной там измерительной поверхности, которая поворачивается синхронно с соответствующей ей направляющей лопаткой компрессора. Это дает, к тому же, то преимущество, что измерительное устройство может применяться независимо от аэродинамического контура профиля рабочей стороны лопатки, благодаря чему угловые положения переставляемых направляющих лопаток компрессора различных венцов лопаток могут регистрироваться с помощью одного и того же измерительного устройства.
Предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предпочтительно измерительное устройство установлено на фиксирующем устройстве посредством поступательно перемещающихся салазок. Это облегчает процесс измерения в целом, так как благодаря этому сначала все измерительное устройство может быть установлено снаружи на корпусе компрессора. Только после безошибочной установки устройства в заданном положении на корпусе путем перемещения салазок вместе с измерительным устройством его измерительный рычаг может располагаться на измерительной поверхности так, чтобы его свободный, гладкий конец плоскостно прилегал к гладкой измерительной поверхности. Тем самым предотвращается необходимость одновременного осуществления пользователем фиксации устройства на корпусе и приложения измерительного рычага к измерительной поверхности. Это приводит к повышенной точности измерения и к предотвращению ошибок измерения.
Целесообразным образом салазки при этом обладают возможностью перемещения перпендикулярно оси вращения вращающейся пластины.
Особенно компактное устройство может быть предложено, когда фиксирующее устройство выполнено по существу U-образно с двумя расположенными по бокам боковыми поверхностями и одной соединяющей две эти боковые поверхности перемычкой, при этом салазки могут перемещаться перпендикулярно боковым поверхностям параллельно перемычке. Боковые поверхности при этом выполнены каждая в виде рамных опор, свободный конец каждой из которых может прикладываться к компрессору или, соответственно, снаружи к корпусу компрессора. Таким образом, измерительное устройство находится в основном в воображаемом продолжении оси вращения переставляемой направляющей лопатки, так что сбоку от измерительной поверхности необходима только очень небольшая площадь для измерения углового положения.
Особенно простое обращение и обслуживание устройства достигается, когда на двух концах перемычки или боковых поверхностях предусмотрены ручки для одновременного удерживания устройства двумя руками таким образом, чтобы салазки могли перемещаться с помощью по меньшей мере одного большого пальца. Предпочтительно устройство удерживается пользователем двумя руками, благодаря чему он посредством одновременного движения своих больших пальцев особенно просто и без перекоса может перемещать салазки по направляющим. В зависимости от доступности, при необходимости возможно также обращение с устройством и обслуживание салазок одной рукой.
Для особенно простого временного крепления устройства на компрессоре фиксирующее устройство включает в себя несколько магнитов, в частности несколько постоянных магнитов. Посредством постоянных магнитов фиксирующее устройство может особенно просто временно крепиться на компрессоре и после выполненного измерения снова удаляться. Применение магнитов облегчает также обращение с устройством при прикладывании к компрессору только одной рукой. Кроме того, при необходимости работать с поднятыми над головой руками устройство надежно фиксируется под компрессором временным образом.
Для точного позиционирования устройства относительно компрессора и исключения ошибочной регистрации углового положения вследствие неправильно установленного в заданном положении устройства, это устройство может фиксироваться в заданном положении посредством двух выступов относительно расположенного на компрессоре контрольного элемента. Контрольный элемент при этом предпочтительно выполнен в виде кольцевого паза, в который предусмотренные на фиксирующем устройстве выступы могут вставляться подобно шпоночным элементам пазово-шпоночного соединения, т.е. с геометрическим замыканием. Тем самым можно избежать неправильной установки устройства относительно заданного положения измерения. Предпочтительно в каждом выступе предусмотрен подпружиненный шарик, который может несколько выступать из боковой стенки выступа. Каждый шарик опирается на одну из двух боковых стенок кольцевого паза и прижимает при этом противолежащую ему поверхность выступа к другой из двух боковых стенок кольцевого паза, благодаря чему достигается точное положение устройства. Подпружиненный шарик известен также под названием «нажимной элемент».
Чтобы обеспечить возможность особенно простого определения углового положения вращающейся направляющей лопатки компрессора, исходное положение измерительной поверхности является тем из принимаемых ею положений, при котором измерительная поверхность расположена перпендикулярно к оси машины.
Определяемое угловым измерительным устройством угловое положение предпочтительно отображается индикатором в цифровом виде. При этом индикатор отображает угловое положение, равное 0°, когда измерительная поверхность находится в своем исходном положении, а устройство установлено в заданном положении правильно относительно контрольного элемента.
Чтобы иметь определенные угловые положения в распоряжении с возможностью дальнейшего использования их для статистических исследований и в целях документирования, они могут, например, сохраняться в промежуточной памяти устройства или в банке данных. Сохраненные в памяти угловые положения могут, к тому же, считываться из устройства посредством стандартных интерфейсов.
В результате благодаря применению этого мобильного устройства можно избежать допусков измерения на направляющих и ошибочного обращения с измерительными плечами. Кроме того, нажимные элементы обеспечивают точную, воспроизводимую установку устройства в заданном положении на корпусе компрессора или, соответственно, на обойме направляющих лопаток, при этом магниты облегчают обращение и позволяют осуществлять обслуживание устройства только одним монтажником. Ошибки при считывании могут исключаться благодаря сравнительно крупному, цифровому отображению результатов измерений.
Изобретение поясняется на четырех фигурах.
Показано
фиг.1: газовая турбина в продольном частичном сечении,
фиг.2: вид сверху обоймы направляющих лопаток компрессора с переставным рычагом,
фиг.3: устройство для определения углового положения поворотной вокруг своей продольной сои направляющей лопатки компрессора на виде в перспективе и
фиг.4: устройство для определения углового положения на компрессоре газовой турбины в положении измерения.
На фиг.1 показана выполненная в виде газовой турбины 1 турбомашина в продольном частичном сечении. Она включает в себя внутри установленный с возможностью вращения вокруг оси 2 машины ротор 3, который также называется вращающейся частью турбины.Вдоль ротора 3 последовательно расположены всасывающий корпус 4, компрессор 5, имеющая форму тора кольцевая топочная камера 6, снабженная несколькими вращательно-симметрично расположенными горелками 7, турбоагрегат 8 и корпус 9 газовыпускной системы. Кольцевая топочная камера 6 образует камеру 17 сжигания, которая сообщается с кольцеобразным каналом 18 горячих газов. Там четыре последовательно включенные ступени 10 турбины образуют турбоагрегат 18. Каждая ступень 10 турбины образована из двух колец лопаток. Если смотреть в направлении течения горячего газа 11, образующегося в кольцевой топочной камере 6, в канале 18 горячих газов за каждым рядом 13 направляющих лопаток следует образованный из рабочих лопаток 15 ряд 14. Направляющие лопатки 12 закреплены на статоре, в отличие от чего рабочие лопатки 15 посредством диска турбины установлены на роторе 3. С ротором 3 соединен генератор или рабочая машина (не изображена).
На расположенном со стороны всасывания входе компрессора 5 предусмотрены переставляемые направляющие лопатки 19 компрессора. Направляющие лопатки 19 компрессора расположены лучеобразно в кольцеобразном проточном канале компрессора 5 и могут вращаться каждая вокруг своей продольной оси 23 приводным устройством 21, чтобы, например, регулировать протекающий через газовую турбину 1 массовый поток. В зависимости от угла установки, который также называется углом установки в решетке, при необходимости через газовую турбину 1 может протекать особенно большой или малый массовый поток. Для сокращения гидравлических потерь в воздухе, всасываемом из окружающей среды, и предотвращения возбуждения вибраций рабочих лопаток 15, вращающихся непосредственно ниже по потоку от направляющих лопаток 19 компрессора, которое происходит при неравномерном, в окружном направлении взгляда, притоке к рабочим лопаткам 15, направляющие лопатки 19 компрессора синхронно переставляются при постоянном сохранении одинакового угла установки посредством приводного устройства 21.
Приводное устройство 21 предусмотрено вне проточного канала и включает в себя, наряду с переставными рычагами 27, которые предусмотрены каждый для одной направляющей лопатки 19 компрессора, одновременно приводящее в действие все переставные рычаги 27 установочное кольцо 26, которое кольцеобразно охватывает компрессор 5.
На фиг.2 показан радиальный относительно оси 2 машины вид сверху переставного рычага 27 для лопатки 19 компрессора, называемой также переставляемой входной направляющей лопаткой компрессора (Inlet Guide Vane). Между переставным рычагом 27 и рабочей стороной лопатки 19 компрессора предусмотрен корпус 29 компрессора или обойма направляющих лопаток компрессора. Рабочая сторона лопатки 19 компрессора, а также переставной рычаг 27 жестко соединены друг с другом и таким образом могут всегда синхронно вращаться или, соответственно, поворачиваться вокруг их общей продольной оси 23.
Для определения углового положения установленных в компрессоре вращающихся вокруг их продольной оси 23 направляющих лопаток 19 компрессора на переставном рычаге 27 предусмотрена гладкая измерительная поверхность 31, которая вращается синхронно с направляющей лопаткой 19 компрессора и соответственно с ее рабочей поверхностью. Измерительная поверхность 31 расположена вне корпуса 29 или, соответственно, обоймы направляющих лопаток компрессора. Благодаря этому угол установки в решетке переставляемой направляющей лопатки может считываться снаружи даже при закрытом корпусе 29. Чтобы определить угол между любым положением измерительной поверхности 31, установленной в заданном положении параллельно продольной оси 23, и ее исходным положением (угловое положение), предусмотрено изображенное на фиг.3 устройство 35. Исходное положение измерительной поверхности 31 при этом является тем из принимаемых измерительной поверхностью 31 положений, в котором она расположена перпендикулярно к оси 2 машины.
Устройство 35 включает в себя фиксирующее устройство 41 с двумя расположенными по бокам боковыми поверхностями 43, на свободных концах которых для крепления устройства 35 на компрессоре 5 предусмотрены несколько постоянных магнитов (не изображены). Кроме того, на боковых поверхностях 43 привернуты два выступа 47, которые могут вставляться в предусмотренный на обойме 29 направляющих лопаток компрессора окружной кольцевой паз 33 (фиг.2). Чтобы исключить неправильную установку устройства 35 относительно компрессора 5 или, соответственно, заданного положения измерения, на выступах 47 расположены, к тому же, подпружиненные, несколько выступающие шарики в качестве нажимных элементов, которые могут опираться на одну из боковых стенок кольцевого паза 33 (фиг.2).
Обе боковые поверхности 43, выполненные каждая в виде рамы, посредством перемычки 45 жестко соединены друг с другом, так что фиксирующее устройство 41 в целом имеет U-образную форму. На каждом из углов 48 фиксирующего устройства 41 расположена направляющая 49, по которой могут перемещаться салазки 51 в направлениях двойной стрелки 53. Для этого салазки 51 с обеих сторон снабжены ползунами 55, ответными к профилю направляющей 49. Посредине между двумя противолежащими друг другу концами салазок 51 на них неподвижно установлено угловое измерительное устройство 57. Угловое измерительное устройство 57 снабжено индикатором 59, с помощью которого может отображаться угол. Угловое измерительное устройство 57 на его обращенной к боковым поверхностям 43 нижней стороне 60 снабжено вращающейся пластиной 61, обладающей возможностью поворота вокруг оси 61 вращения для регистрации углового положения. Перпендикулярно вращающейся пластине 63 и параллельно ее оси 61 вращения выступает свободно заканчивающийся измерительный рычаг 65.
Угловое измерительное устройство 57 работает по тому принципу, что при каждом произвольном положении вращающейся пластины 63 индикатор 59 может сбрасываться на «0°», после чего затем при вращении вращающейся пластины 63 вокруг оси 61 вращения на индикаторе 59 отображается соответствующий угол вращения.
На фиг.4 показано закрепленное на компрессоре 5 устройство 35 в его рабочем положении, готовое к измерению углового положения направляющей лопатки 19 компрессора.
Определение углового положения направляющей лопатки 19 компрессора относительно исходного положения поясняется на фиг.2.
Перед измерением углового положения направляющих лопаток компрессора венца направляющих лопаток устройство 35 должно быть юстировано с помощью не изображенного подробно юстировочного устройства. Юстировочное устройство включает в себя по существу гнездо для помещения устройства в заданном положении измерения и не переставляемый элемент, у которого имеется исходное положение. В него вставляется свободный конец измерительного рычага, плоскостно прилегая к контрольной поверхности, после чего индикатор 59 углового измерительного устройства 57 юстируется на ноль.
Для последующих процессов измерения устройство 35 затем всегда будет отображать угол, равный 0°, когда измерительная поверхность 31 соответствующего переставного рычага 27 находится в исходном положении. Вращение переставного рычага 27 в направлении часовой стрелки обозначается, например, положительным углом, в отличие от чего вращение направляющей лопатки 19 компрессора против направления часовой стрелки отображается со знаком минус.
Для измерения сначала устройство 35 фиксируется снаружи на корпусе 29 компрессора или обоймы направляющих лопаток. Для этого расположенные на боковых поверхностях 43 выступы 47 вставляются в кольцевой паз 33, так чтобы устройство 35 находилось в положении измерения, будучи безошибочно установлено в заданном положении относительно оси 23 вращения направляющей лопатки 10 компрессора. Устройство 35 включает в себя также два закрепленных на углах 48 U-образных профиля, которые служат для пользователя ручками 67 для удерживания устройства 35. Благодаря этому он может класть свои большие пальцы на выполненные для захвата контактные поверхности 69 салазок 51 и перемещать их по направляющим 49. При вставлении выступов 47 в кольцевой паз 33 пользователь держит устройство 35 с помощью ручек 67 и поверхностей 69 так, чтобы измерительный рычаг 65 сначала не касался измерительной поверхности 31. Благодаря этому обеспечивается, что устройство 35 без перекоса и вместе с тем в заданном положении измерения правильно установлено в заданном положении относительно соответствующей направляющей лопатки 19 компрессора. Затем пользователь перемещает салазки 51 таким образом, чтобы измерительный рычаг 65 плоскостно касался измерительной поверхности 31. Если при этом измерительная поверхность 31 установлена неправильно относительно ее исходного положения, измерительный рычаг 65 вместе с вращающейся пластиной 63 должен быть повернут на ту же величину, пока его свободный, гладкий конец затем не будет плоскостно прилегать к гладкой измерительной поверхности 31. Затем измерительное устройство 57 отображает индивидуальное угловое положение соответствующей направляющей лопатки компрессора относительно исходного положения.
Кроме того, устройство 35 может также включать в себя другие средства, с помощью которых определяемые им угловые положения могут сохраняться в памяти, и угловые положения, сохраненные в памяти, могут считываться, чтобы они могли подвергаться дальнейшей обработке для статистических расчетов.
Разумеется, с помощью устройства 35 может не только регистрироваться угловое положение направляющих лопаток компрессора, но и угловое положение тех направляющих лопаток, которые установлены в передних ступенях осевого компрессора, аналогичным образом, как входные направляющие лопатки компрессора могут поворачиваться вокруг своей продольной оси. Тогда в случае если на участках корпуса различных ступеней компрессора имеются различные условия площади и вместе с тем, вероятно, другие контрольные элементы, устройство может адаптироваться к этому посредством применения привертываемых к боковым поверхностям 43 переходных элементов.
В целом с помощью устройства 35 для определения углового положения установленной в компрессоре 5 вращающейся вокруг своей продольной оси 23 направляющей лопатки 19 компрессора, для которой предусмотрена синхронно вращающаяся с ней гладкая измерительная поверхность 31, может выполняться особенно надежная, простая, а также безошибочная регистрация угловых положений. Угловое положение вращающейся вокруг своей продольной оси направляющей лопатки 19 компрессора может определяться чрезвычайно точно и воспроизводимым образом. Устройство 35 включает в себя для этого по меньшей мере одно фиксирующее устройство 41, которое предусмотрено для осуществляемого в заданном положении временного крепления устройства 35 на корпусе 29 компрессора 5 и по меньшей мере один блок измерения, который включает в себя угловое измерительное устройство 57, снабженное вращающейся пластиной 63, обладающей возможностью вращения вокруг оси 61 вращения, на которой 63 предусмотрен перпендикулярно выступающий, распространяющийся параллельно оси 61 вращения измерительный рычаг 65 для плоскостного приложения его свободного гладкого конца к измерительной поверхности 31.