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Dokumentenidentifikation DE60310054T2 03.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001491724
Titel Ein Halter für ein reflektierendes Ziel, angewendet zur Messung der Durchbiegung eines Turbinengehäuses
Anmelder ALSTOM Technology Ltd., Baden, CH
Erfinder Saunders, Duncan, 5408 Ennetbaden, CH;
Faller, Kurt, 5200 Brugg, CH;
Hagström, Gustav, 5414 Nussbaumen, CH;
Vogt, Ernst, 5236 Remigen, CH
Vertreter Rösler, U., Dipl.-Phys.Univ., Pat.-Anw., 81241 München
DE-Aktenzeichen 60310054
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.06.2003
EP-Aktenzeichen 034054668
EP-Offenlegungsdatum 29.12.2004
EP date of grant 29.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse F01D 17/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F01D 25/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen bei Turbinengehäusebiegemessungen verwendeten Träger für ein rückstrahlendes Ziel nach Anspruch 1.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die Einschätzung von Zwischenraumbedingungen in einem tätigen Turbinenaufbau hat sich als schwierig zu erreichen erwiesen. Daher stellt WO 93/17296 eine Vorrichtung bereit, die ermöglicht, dass der Zwischenraum zwischen Dichtungsrippen an sich drehenden Schaufeln und dem benachbarten festen Aufbau beobachtet wird, und die brechende Prismen am festen Aufbau umfasst, die so angeordnet sind, dass sie die Dichtungsrippe auf den Schaufeln überspannen. Die Stufe der Schaufeln an ihrer zugehörigen Scheibe wird zum festen Aufbau hin bewegt, und Licht, das durch die Prismen gebrochen wird, wird durch die Rippen verdunkelt. In einer Ausführungsform wird das Verhältnis vom verdunkelten zum nichtverdunkelten Licht benutzt, um elektrische Signale zu erzeugen, die dann verarbeitet werden, um die Größe des Zwischenraums anzugeben.

GB-A-1 080 726 offenbart ein Verfahren zur Prüfung der Zwischenräume zwischen den Spitzen der Schaufeln eines Schaufelrotors und einem Gehäuse, in dem der Rotor angebracht ist, wobei das Verfahren das Richten von Licht in einer solchen Weise zum Bereich zwischen den Spitzen und dem Gehäuse, dass mindestens ein Teil des Lichts periodisch die Spitzen trifft, während der Rotor gedreht wird, um durch die radialen Positionen der Spitzen beeinflusst zu werden, und das Einsetzen des Lichts, das so beeinflusst wurde, um Informationen bezüglich der Größen der Zwischenräume bereitzustellen, umfasst.

In DE-C1-196 01 225 wird ein radialer Spalt, der zwischen dem Turbinengehäuse und der Turbinenwelle oder zwischen dem Turbinengehäuse und einer Turbinenschaufel erzeugt ist, beobachtet, wenn eine Turbine läuft. Nach der Erfindung ist zur Sicherstellung der konstanten und genauen Messung des radialen Spalts ein Messbezugspunkt aus nichtoxidierendem Material an mindestens einer Turbinenschaufel und/oder an der Oberfläche der Turbinenwelle angeordnet, um Licht von einer Glasfasersonde, die durch das Turbinengehäuse geführt wird, zurückzustrahlen.

Anderseits offenbaren andere Veröffentlichungen unterschiedliche Formen des Gehäuses, um eine Verformung zu vermeiden. Zum Beispiel offenbart US-B1-6,336,789 ein Gehäuse für eine Dampf- oder Gasturbine, das einen Mantel und zwei Flansche umfasst. Die Wanddicke des Mantels ist in einem oberen Bereich, der von den Flanschen weg gerichtet ist, in zwei mittleren Bereichen und in zwei unteren Bereichen, die zu den Flanschen gerichtet sind, verschieden, so dass der obere Bereich, der von den Flanschen weg gerichtet ist, verglichen mit den unteren Bereichen, die zu den Flanschen gerichtet sind, verstärkt ist. Die unteren Bereiche, die zu den Flanschen gerichtet sind, sind biegsamer als die Flansche, die durch Schrauben befestigt sind, und der teilweise verstärkte mittlere Bereich und der verstärkte obere Bereich, und wirken als ein Gelenk, um Verformungen, insbesondere in der radialen Richtung, auszugleichen. Folglich bleibt das Gehäuse im Betrieb beträchtlich runder. Der (durch die verringerte Verformung erreichte) verringerte radiale Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und den Enden der Turbinenschaufeln führt zu einer beträchtlich erhöhten Leistungsfähigkeit während des Betriebs der Turbine.

Gleichzeitig kann die Überwachung von außerhalb des Turbinengehäuses vorgenommen werden. US-A-5,867,977 offenbart eine Turbinengehäusebiegemessung von der Aussenseite und einen Träger für ein rückstrahlendes Ziel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. An diesem Punkt tritt die Erfindung in Aktion.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der wie in den Ansprüchen beschriebenen vorliegenden Erfindung ist, einen bei Turbinengehäusebiegemessungen verwendeten Träger für ein rückstrahlendes Ziel bereitzustellen, der keinerlei oder nur eine geringe Ausdehnung aufweist und vor Schwingungen des Gehäuses geschützt ist, damit das Biegen des Gehäuses genauer gemessen werden kann.

Der Träger der Erfindung umfasst ein Quarzglasrohr. Dieses Material wurde gewählt, um im Betriebstemperaturbereich des Flansches des Turbinengehäuses einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Null oder beinahe Null sicherzustellen. Auf diese Weise weist das Glasrohr keinerlei oder nur eine geringe Ausdehnung auf und stellt die Bewegung des Rohrs die Bewegung des Gehäuses selbst dar.

Das Rohr befindet sich an einem Ende in einer Stahlhalterung. An einem Ende der Halterung befindet sich an einem Vorsprung ein Gewinde. Dieses Gewinde wird verwendet, um den Aufbau an das Turbinengehäuse zu schrauben. Am entgegengesetzten Ende des Glasrohrs befindet sich eine "Zylinder"einsatzanordnung, die sich im Innendurchmesser des Glasrohrs befindet. Das rückstrahlende Ziel ist mit dem äußeren Ende des "Zylinder"einsatzes verbunden. Das Ende des Metallstabs, der sich im Inneren des Einsatzes befindet, ist mit einem Gewinde versehen und durch eine Mutter befestigt. Diese Mutter kann gedreht werden, um unterschiedliche Spannungen des Metallstabs im Aufbau bereitzustellen. Diese können "eingestellt" werden, damit bei allen Betriebstemperaturen stets genug Spannung vorhanden ist, damit das Ziel fest und sicher gehalten wird und eine minimale Schwingung aufweist.

In der Nähe der Oberseite der Bohrung der Halterung befindet sich eine Aussparung, die eine Feder hält. Diese Feder wirkt dazu, das Glasrohr zentral zu halten, und kann jegliche Wärmeausdehnung der Halterung aufnehmen.

Ein sechseckiges Rohr umgibt die Außenseite der sechseckigen Halterung. Dieses Rohr ist an die Basis der Halterung geschweißt. Dieses sechseckige Rohr erstreckt sich mindestens bis zur Hälfte der Länge des Glasrohrs. Dies verhindert jegliche zufällige Beschädigung des Glasrohrs, wenn es am Motor angebracht ist. Es ermöglicht auch, dass ein Schraubenschlüssel verwendet wird, um den Aufbau am Turbinenflansch zu befestigen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, wobei

1 einen Schnitt durch einen Zielträger der Erfindung zeigt, und

2 eine "Zylinder"anordnung gemäß dem Kreis II in 1 zeigt.

Die Zeichnungen zeigen nur die Teile, die für die Erfindung wichtig sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Träger 1 für rückstrahlende Ziele, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, wobei der Träger 1 an der Außenseite eines Gehäuses einer Wärmeturbinenmaschine angebracht ist. Die Turbine kann z.B. eine Gasturbine, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein. Mit der Zeit können die Bewegungen dieser rückstrahlenden Ziele, die in den Photographien gezeigt sind, miteinander verglichen werden, und kann so die Gehäusebewegung berechnet und mit den anderen Laufbedingungsmessungen zu jener Zeit verglichen werden.

Die verwendete Messung beruht auf einer photographiephotogrammetrischen Aufmessungstechnik. Der Zeittakt der Photographien wird mit der Motorlaufzeit koordiniert sein. Die photogrammetrische Aufmessung ist eine Technik zur dreidimensionalen Koordinatenmessung, die auf dem Prinzip der Triangulation beruht. Durch das Aufnehmen von Bildern von mindestens zwei unterschiedlichen Stellen und das Messen der Punkte von Interesse in jeder Photographie kann man Sichtlinien von jeder Kamerastelle zu den Punkten von Interesse am Gegenstand entwickeln. Der Schnitt dieser Paare von Sichtlinien kann dann trianguliert werden, um die dreidimensionale Koordinate des Punkts am Gegenstand zu erzeugen. Auf diese Weise wird ein Paar von zweidimensionalen Messungen der x- und der y-Position des Punkts in jeder Photographie verwendet, um die einzelne X,Y,Z-Koordinatenmessung des Punkts am Gegenstand zu erzeugen.

Die Messung ist nicht auf einen einzelnen Punkt beschränkt. In der Theorie besteht keine Grenze für die Anzahl der Punkte, die trianguliert werden können. Eine typische Messung kann so wenig wie ein Dutzend Punkte bis so viel wie mehrere Tausend umfassen.

Im Grunde gibt es zwei Verfahren der photogrammetrischen Aufmessung. Typischerweise werden sie als "stereophotogrammetrische Aufmessung" und "konvergente photogrammetrische Aufmessung" bezeichnet. Bei Verwendung der konvergenten photogrammetrischen Aufmessung werden Photographien aufgenommen, wobei die Kameraachsen typischerweise zueinander geneigt sind (anstatt wie beim Stereoverfahren parallel zueinander zu verlaufen), so dass die Kameraachsen zusammenlaufen oder einander schneiden. Man misst nun leicht identifizierte Merkmale in jeder Photographie, und diese Messungen werden miteinander kombiniert, um die dreidimensionalen Koordinaten der Punkte zu erzeugen. Um beim Messvorgang einen hohen Grad an Automatisierung, Verlässlichkeit und Genauigkeit zu erzielen, misst man normalerweise Ziele mit hohem Kontrast, die an den Punkten von Interesse am Gegenstand oder in ihrer Nähe angeordnet sind. Obwohl Merkmale wie etwa Lochmitten, Kanten, Bolzenköpfe usw. gemessen werden können, ist der photographische Vorgang schwieriger, und der Messvorgang langsamer, weniger genau und viel weniger automatisiert, als wenn Ziele verwendet werden. Aus diesem Grund hat die vorliegende Erfindung die Verwendung von Zielen im Sinn. Anders als das ähnliche Stereoverfahren ist das konvergente Verfahren nicht auf die Verwendung von nur zwei Photographien eines Gegenstands zu einer Zeit beschränkt. Es können viele Photographien aufgenommen werden, was zu einer höheren Genauigkeit und Verlässlichkeit führt und es viel einfacher macht, komplexe Gegenstände, die in nur zwei Photographien nicht vollständig gesehen werden können, zu messen. Es wird erwartet, dass die Genauigkeit im Bereich von +/– 0,1 mm oder sogar noch besser liegen sollte.

1 zeigt einen derartigen Träger 1 der Erfindung. Die nützlichsten Punkte am Turbinengehäuse, das gemessen werden soll, befinden sich am waagerechten Teilungslinienflansch (in 1 nicht gezeigt). Der Träger 1 der Erfindung umfasst ein Quarzglasrohr 2. Dieses Material wurde gewählt, um im Betriebstemperaturbereich des Flansches des Turbinengehäuses einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von Null oder beinahe Null sicherzustellen. Auf diese Weise weist das Glasrohr 2 keinerlei oder nur eine geringe Ausdehnung auf und ist die Bewegung des Rohrs 2 nur die Bewegung des Gehäuses selbst. Das Rohr 2 befindet sich an einem Ende in einer Stahlhalterung 3. Diese Halterung 3 ist im Inneren rund, um zum Rohr 2 zu passen, und an der Außenseite sechseckig. Zwischen dem Glasrohr 2 und der runden Bohrung der Halterung 3 ist ein Zwischenraum vorhanden. In der Nähe der Oberseite der Bohrung der Halterung 3 befindet sich eine Aussparung, die eine Feder 4 hält. Diese Feder 4 wirkt dazu, das Glasrohr 2 zentral zu halten, kann aber jegliche Wärmeausdehnung der Halterung 3 aufnehmen. Das andere Ende der Halterung 3 weist ein geschlossenes Ende auf, und an diesem geschlossenen Ende befindet sich an einem Vorsprung ein Gewinde 5. Dieses Gewinde 5 wird verwendet, um den Aufbau an das Turbinengehäuse zu schrauben.

Ein sechseckiges Rohr 6 umgibt die Außenseite der sechseckigen Halterung 3. Dieses Rohr 6 ist an die Basis der Halterung 3 geschweißt. Dieses sechseckige Rohr 6 erstreckt sich mindestens bis zur Hälfte der Länge des Glasrohrs 2. Dies verhindert jegliche zufällige Beschädigung des Glasrohrs 2, wenn es am Motor angebracht ist. Es ermöglicht auch, dass ein Schraubenschlüssel verwendet wird, um den Aufbau am Turbinenflansch zu befestigen.

Am entgegengesetzten Ende des Glasrohrs 2 befindet sich ein Einsatz 7, ein Zylinder, der in das Rohr 2 passt und eine Stufe zur Anordnung am Ende des Glasrohrs 2 aufweist. Der Einsatz 7 weist am innersten Ende eine Öffnung 8 in das Glasrohr 2 auf. Durch diese Öffnung 8 verläuft ein Metallstab 9. Der Metallstab 9 verläuft in der Mitte des Glasrohrs 2 abwärts und ist mit der Basis der Halterung 3 verbunden. Dieses Ende der Halterung 3 ist dünn genug, um eine minimale Wärmeausdehnung von der Oberfläche des Flansches des Gehäuses zur Basis des Metallstabs 9 bereitzustellen.

Am entgegengesetzten Ende des Glasrohrs 2 befindet sich eine "Zylinder"einsatzanordnung 7, die sich im Innendurchmesser des Glasrohrs 2 befindet. Das rückstrahlende Ziel ist mit dem äußeren Ende des "Zylinder"einsatzes 7 verbunden. Das Ende des Metallstabs 9 ist mit einem Gewinde versehen und durch eine Mutter 10 befestigt und befindet sich im Inneren des Einsatzes 7. Diese Mutter 10 kann gedreht werden, um unterschiedliche Spannungen des Metallstabs 9 im Aufbau bereitzustellen.

Diese können "eingestellt" werden, damit bei allen Betriebstemperaturen stets genug Spannung im Metallstab 9 vorhanden ist, damit der Metallstab 9 fest und sicher gehalten wird und eine minimale Schwingung aufweist.

2 zeigt die "Zylindereinsatz"anordnung 7 gemäß dem Kreis II in 1. Die "Zylindereinsatz"anordnung 7 umfasst eine Lagerbuchse 11. Die Lagerbuchse 11 befindet sich an einem Ende des Stabs 9 mit einer Spielpassung in der Zylindereinsatzanordnung 7. Der Stab 9 kann im Inneren der Lagerbuchse 11 gehalten werden, indem er an die Spitze des Stabs 9 punktgeschweißt ist oder auf irgendeine andere Weise daran fixiert ist. Die Lagerbuchse 11 ist durch ein beliebiges Mittel auch in der Öffnung 8 fixiert. Eine Feder 12 umgibt die Lagerbuchse 11 und weist ein Ende in Kontakt mit dem inneren Ende des "Zylinder"einsatzes 7 auf. Am anderen Ende der Feder befindet sich eine Unterlegscheibe 13. Die Mutter 10 ist am Gewindeende der Lagerbuchse 11 befestigt und presst die Feder 12 durch die Unterlegscheibe 13, wenn der Aufbau zusammengesetzt ist.

1
Vorrichtung, Träger
3
Quarzglasrohr
3
Halterung
4
Feder
5
Gewinde
6
Rohr
7
Einsatz
8
Öffnung
9
Metallstab
10
Mutter
11
Lagerbuchse
12
Feder
13
Unterlegscheibe


Anspruch[de]
Träger (1) für ein rückstrahlendes Ziel zur Anbringung an der Außenseite eines Gehäuses einer Turbine, wobei der Träger (1) bei Turbinengehäusebiegemessungen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Folgendes umfasst:

– ein Rohr (2), das aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) im Betriebstemperaturbereich des Turbinengehäuses von Null oder beinahe Null besteht,

– eine Halterung (3), die an einem ersten Ende des Rohrs (2) um das Rohr (2) angeordnet ist, wobei die Halterung (3) ein Mittel (5) zur Fixierung der Halterung (3) am Turbinengehäuse umfasst,

– einen Metallstab (9), der in der Mitte des Rohrs (2) angeordnet ist, wobei der Metallstab (9) an einem ersten Ende der Halterung (3) fixiert ist,

– einen Einsatz (7), der in einem zweiten Ende des Rohrs (2) angeordnet ist, wobei der Metallstab (9) durch eine Öffnung (8) im Einsatz (7) verläuft,

– ein Mittel (10) zur Fixierung und Spannung des Metallstabs (9) am zweiten Ende des Metallstabs (9) im Einsatz (7).
Träger (1) nach Anspruch 1, wobei das Rohr ein Quarzglasrohr (2) ist. Träger (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen der Halterung (3) und dem Rohr (2) in einer Aussparung eine Feder (4) angeordnet ist. Träger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Halterung (3) im Inneren rund und an der Aussenseite sechseckig ist. Träger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Rohr (6) um die Halterung (3) angeordnet ist. Träger (1) nach Anspruch 5, wobei das Rohr (6) an ein erstes Ende der Halterung (3) geschweißt ist. Träger (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei sich das Rohr (6) mindestens über die Hälfte der Länge der Halterung (3) oder des Metallstabs (9) erstreckt. Träger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Halterung (3) ein Gewinde (5) an einem Vorsprung aufweist, um den Träger (1) am Turbinengehäuse zu fixieren. Träger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Mittel zur Fixierung und Spannung des Metallstabs (9) am zweiten Ende im Einsatz (7) eine Mutter (10) umfasst. Träger (1) nach Anspruch 9, wobei das Mittel zur Fixierung und Spannung des Metallstabs (9) am zweiten Ende im Einsatz (7) eine Lagerbuchse (11), die um den Metallstab (9) angeordnet ist und am oberen Ende des Metallstabs (9) und in der Öffnung (8) fixiert ist, eine Feder (12), die um die Lagerbuchse (11) angeordnet ist, eine Unterlegscheibe, die über der Feder (12) und um die Lagerbuchse (11) angeordnet ist, und die an die Lagerbuchse (11) geschraubte Mutter (10) umfasst.






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