專利名稱：用于在原位檢測(cè)渦輪機(jī)組部件的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的設(shè)備大體涉及渦輪機(jī)組。更具體地講，該設(shè)備涉及在原位檢測(cè)渦輪機(jī)組部件。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)輪葉會(huì)由于運(yùn)行而受到損傷。在這種損傷的情況下，希望及時(shí)地檢測(cè)和更換這些輪葉，以防止翼型件釋放(liberation)和后續(xù)的壓縮機(jī)失效。輪葉檢測(cè)的當(dāng)前實(shí)踐要求移除壓縮機(jī)外殼，這不可避免地要耗費(fèi)時(shí)間，且成本高昂。移除壓縮機(jī)外殼來(lái)檢測(cè)壓縮機(jī)輪葉也會(huì)產(chǎn)生不希望的中斷時(shí)間，從而造成機(jī)器所有者/經(jīng)營(yíng)者的收入損失。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一方面，提供了用于檢測(cè)渦輪機(jī)組的部件的設(shè)備。該設(shè)備包括末端執(zhí)行器，其具有與部件的曲面限定穩(wěn)定的平臺(tái)的機(jī)架；附連到機(jī)架上的彈簧加載的懸掛裝置；以及與楔塊構(gòu)件相連接的探測(cè)器，其中，該探測(cè)器和楔塊構(gòu)件連接在彈簧加載的懸掛裝置上。探測(cè)器配置成通過(guò)使信號(hào)穿過(guò)楔塊來(lái)在原位檢測(cè)部件。在本發(fā)明的另一方面，提供了用于檢測(cè)渦輪機(jī)組的部件的設(shè)備。該設(shè)備包括末端執(zhí)行器，其具有與部件的曲面限定穩(wěn)定的平臺(tái)的機(jī)架；附連到機(jī)架上的彈簧加載的懸掛裝置；和連接在楔塊構(gòu)件上的超聲波傳感器。超聲波傳感器能夠發(fā)送和接收超聲波信號(hào)。超聲波傳感器和楔塊構(gòu)件連接在彈簧加載的懸掛裝置上。楔塊構(gòu)件具有圓形底部，其構(gòu)造成以便配合部件的曲率及提供一定的偏移，使信號(hào)相對(duì)于所關(guān)注的區(qū)域以預(yù)定的角度和距離進(jìn)入部件。超聲波耦合媒介供應(yīng)導(dǎo)管和楔塊構(gòu)件相連接，并構(gòu)造成向楔塊構(gòu)件供應(yīng)超聲波耦合媒介。超聲波傳感器配置為通過(guò)使信號(hào)穿過(guò)楔塊來(lái)檢測(cè)部件，同時(shí)渦輪機(jī)組部件在原位被檢測(cè)。
附圖
簡(jiǎn)述
圖I示出了渦輪機(jī)組的部分剖視 圖2示出了壓縮機(jī)的部分透視圖，顯示了翼型件和靜葉(vane)；
圖3示出了用相控陣超聲波來(lái)非破壞性地檢測(cè)部件缺陷的示意 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖4示出了可用來(lái)在原位檢測(cè)渦輪機(jī)組的設(shè)備的透視圖； 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖5示出了末端執(zhí)行器的透視 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖6示出了末端執(zhí)行器的頂視 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖7示出了末端執(zhí)行器的截面圖；以及根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖8示出了壓縮機(jī)翼型件和靜葉(為了清晰而省略了外殼)以及插入來(lái)對(duì)Rl轉(zhuǎn)子輪葉進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備的部分透視圖。部件列表
100 電動(dòng)機(jī)器或者壓縮機(jī) 110 喇叭口112喇叭口外表面
114喇叭口內(nèi)表面
116支承構(gòu)件
120入口導(dǎo)葉
205轉(zhuǎn)子
230轉(zhuǎn)子翼型件或者輪葉R O
240定子靜葉SO
250轉(zhuǎn)子翼型件Rl
260定子靜葉SI
312波束
314水平線
316傳感器探測(cè)器
318豎直線
322輪葉表面
324所關(guān)注的區(qū)域
400設(shè)備
410把手
412圓形底部
420管
430末端執(zhí)行器
510機(jī)架
512圓柱形殼體
514磁體
516低摩擦接觸點(diǎn)
520桿聯(lián)接器
530探測(cè)器
535楔塊
536圓形底部538輸出
540軛狀物
541螺釘
542彈簧544螺釘550導(dǎo)管610樞軸接頭710固定螺釘720偏移距離730帶肩螺釘。
具體實(shí)施例方式由于壓縮機(jī)流道內(nèi)部很緊的工作空間施加的嚴(yán)格的空間約束，開發(fā)在原位檢測(cè)輪葉的方法和設(shè)備時(shí)的主要挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)，其能夠?qū)z測(cè)工具遞送到壓縮機(jī)內(nèi)部的目標(biāo)輪葉。遞送裝置應(yīng)該能夠到達(dá)目標(biāo)翼型件、輪葉或者靜葉的希望的部分。圖I示出了渦輪機(jī)組100的部分剖視圖，其可為燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)。然而，將理解的是，本發(fā)明能適用于任何渦輪機(jī)組，包括但不限于燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、壓縮機(jī)，或者在轉(zhuǎn)子和流體間傳遞能量的任何機(jī)器。在壓縮機(jī)100中，為了顯示內(nèi)部的靜葉和輪葉，省略了壓縮機(jī)喇叭口 Iio的一半。喇叭口 110包括外表面112和內(nèi)表面114，而進(jìn)入流在這兩個(gè)表面之間穿過(guò)。典型地，多個(gè)支承構(gòu)件116緊固或焊接在外表面112和內(nèi)表面114上，以用于支承。第一級(jí)的定子靜葉稱為入口導(dǎo)葉(IGV) 120。圖2示出了壓縮機(jī)翼型件和靜葉的部分透視圖，為了清晰，省略了外殼。定子靜葉
通常固定，而轉(zhuǎn)子翼型件/輪葉則連接在可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子204上。入口導(dǎo)葉120通常也是固定的，但可以一定的節(jié)距(pitch)環(huán)繞徑向軸線，以改變進(jìn)入流的方向或量。入口導(dǎo)葉120之后是第一排轉(zhuǎn)子翼型件230。該翼型件還可以稱為RO翼型件或者RO輪葉，因?yàn)樗鼈兪荝O級(jí)的一部分。接下來(lái)是定子靜葉240，且其也可以稱為SO靜葉，因?yàn)樗鼈兪荢O級(jí)的一部分。接下來(lái)的一排轉(zhuǎn)子翼型件/輪葉250可稱為Rl翼型件或者Rl輪葉，因?yàn)樗鼈兪荝l級(jí)的一部分。Rl翼型件之后是SI定子靜葉260，因?yàn)樗鼈兪荢I級(jí)的一部分，等等。如果遞送機(jī)構(gòu)可前進(jìn)通過(guò)喇叭口 110并到達(dá)目標(biāo)輪葉或者靜葉，以及遞送檢測(cè)工具來(lái)執(zhí)行期望的檢測(cè)操作，這將是合乎需要的。根據(jù)本發(fā)明的一方面，僅僅作為一個(gè)例子，Rl輪葉可經(jīng)歷不同類型的損傷，且可在不要求移除外殼的情況下到達(dá)該輪葉。參照?qǐng)D3，本發(fā)明的一個(gè)方面通過(guò)對(duì)于一次掃描使用不同的定向來(lái)掃描、光柵化或者掃掠超聲波束312(相控陣超聲波)以檢測(cè)翼型件250的缺陷，解決了可以使用(gainaccess to)對(duì)機(jī)器部件(例如翼型件/輪葉250或靜葉)的預(yù)成型(preform)的非破壞性原位測(cè)試的問題。在圖3中可以看出，波束312的水平線314代表了與傳感器探測(cè)器316垂直或者直接在其下方的聲道。波束312的豎直線318代表了 90度波束掃描。翼型件250中示出的裂線/缺陷320表明了翼型件中的缺陷。從圖3中可以看出，缺陷320只有在使用探測(cè)器316的操作者使用相對(duì)于垂直波束314大約50°的波束角的情況下才能看到。當(dāng)傳感器316和翼型件250相接觸的表面322改變其定向的時(shí)候，波束312進(jìn)入翼型件250的角度會(huì)改變，從而波束312掃描翼型件250里的所關(guān)注的區(qū)域324的角度將會(huì)相應(yīng)改變。與本發(fā)明的設(shè)備和方法一起使用的相控陣傳感器探測(cè)器316可以是由一系列的傳感器組成的線性陣列探測(cè)器。這些傳感器中的每個(gè)傳感器都以預(yù)定的時(shí)間間隔觸發(fā)，并以預(yù)定的時(shí)間間隔接收回超聲波信號(hào)。這種預(yù)定的觸發(fā)和接收是允許操縱波束312的相位調(diào)整(phasing)。每個(gè)傳感器要求的超聲波信號(hào)則由計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算機(jī)編程為以便給出被檢測(cè)的所關(guān)注的區(qū)域324的復(fù)合視圖。為了從輪葉250的輪葉表面322上檢測(cè)輪葉250，必須首先確定保持所關(guān)注的區(qū)域324在視線范圍內(nèi)所需要的角度范圍。然后設(shè)置好扇區(qū)掃描或者掃掠，其由所關(guān)注的區(qū)域的檢測(cè)所需要的角度組成。在檢測(cè)期間，整個(gè)所關(guān)注的區(qū)域324可在測(cè)試沒有中斷的情況下被監(jiān)控。并且，通過(guò)使用超聲波相控陣扇形掃描，接近受到限制的機(jī)器中的部件(諸如翼型件)可在不拆卸包含翼型件的機(jī)器的情況下容易地被檢測(cè)。這是因?yàn)楸景l(fā)明的檢測(cè)方法不要求完全拆卸機(jī)器來(lái)通過(guò)物理方法接近所有的所關(guān)注的區(qū)域。通過(guò)使用相控陣波束，操作員在一次掃描中可以看見所有的所關(guān)注的波束角。這允許檢測(cè)區(qū)域324有更完整的視圖，并且減少測(cè)試偏差。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖4示出了設(shè)備400的透視圖，其可用來(lái)在原位檢測(cè)渦輪機(jī)組(例如，壓縮機(jī))。設(shè)備400包括連接到管或者桿420的把手410。優(yōu)選地，桿(或管)420至少可以部分地彎曲或者延展，使得它可以彎成合適的或者要求的形狀，以匹配在壓縮機(jī)級(jí)中的輪葉和靜葉的周圍(且避免與其接觸)。管420連接在含有傳感器探測(cè)器的末端執(zhí)行器430上。把手410可包括圓形底部412，在其里面可插入并固定管420的一端。例如，固定螺釘(沒有顯示)可穿過(guò)圓形底部和/或管420來(lái)將把手410固定在管上。操作員操縱把手410來(lái)操縱設(shè)備通過(guò)壓縮機(jī)的不同級(jí)的靜葉和輪葉。根據(jù)本發(fā)明的一方面，圖5示出了末端執(zhí)行器430的透視圖。末端執(zhí)行器包含機(jī)架510，其具有基本三角形的形狀，且該機(jī)架510與壓縮機(jī)輪葉或者靜葉的曲面限定了穩(wěn)定的平臺(tái)。機(jī)架510還包括容納磁體514的三個(gè)圓柱形殼體512 ;和低摩擦接觸點(diǎn)516，其
由低摩擦材料制成或者含有低摩擦涂層。磁體514(或者磁性元件)提供末端執(zhí)行器430和壓縮機(jī)輪葉間的吸引力，且這種吸引力幫助操作者在檢測(cè)程序期間保持末端執(zhí)行器和輪葉之間的接觸。低磨擦涂層或者低磨擦材料可由聚四氟乙烯(PTFE)或者任何其它的合適的低磨擦材料(其降低磨擦并有助于末端執(zhí)行器430沿著壓縮機(jī)輪葉或者靜葉的曲面的移動(dòng))形成。末端執(zhí)行器430通過(guò)桿聯(lián)接器520連接到桿420。桿420的一端可通過(guò)壓配、固定螺釘或者任何其它合適的保持方式而保持在桿聯(lián)接器中。末端執(zhí)行器430還包括附連在機(jī)架510上的彈簧加載的懸掛裝置。彈簧加載的懸掛裝置包括軛狀物540、彈簧542和螺釘544。彈簧加載的懸掛裝置為探測(cè)器530和楔塊構(gòu)件535提供俯仰和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以便它能在掃描所關(guān)注的區(qū)域來(lái)進(jìn)行檢測(cè)期間與壓縮機(jī)輪葉保持恒定和均勻的接觸，并提供力來(lái)將軛狀物540壓向輪葉。楔塊構(gòu)件535可通過(guò)兩個(gè)螺釘541安裝在軛狀物540上，螺釘擔(dān)當(dāng)楔塊構(gòu)件535的樞軸接頭。該樞軸接頭定位成使得來(lái)自彈簧加載的懸掛系統(tǒng)的負(fù)載被引導(dǎo)成與楔塊構(gòu)件535的必須與輪葉緊密接觸的區(qū)域成直線。這個(gè)懸掛系統(tǒng)強(qiáng)迫楔塊緊緊地且直接地(squarely)壓靠在輪葉上一即使當(dāng)機(jī)架沿輪葉的寬度滑動(dòng)且曲率在楔塊構(gòu)件的下面改變。楔塊構(gòu)件535可由允許傳輸超聲波信號(hào)的材料形成，諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或者交聯(lián)的聚苯乙烯，并且具有圓形底部536來(lái)配合抵靠平臺(tái)的輪葉的曲率，并提供合適的偏移來(lái)使非破壞性測(cè)試(NDT)信號(hào)(例如，超聲波信號(hào))以相對(duì)于待檢測(cè)的區(qū)域合適的角度和距離進(jìn)入部件或者輪葉。楔塊構(gòu)件535還可以和超聲波耦合媒介導(dǎo)管550連接，該導(dǎo)管可沿著桿420傳送回到超聲波耦合媒介源(沒有顯示)。楔塊構(gòu)件535可具有連接到超聲波耦合媒介供應(yīng)導(dǎo)管550的超聲波耦合媒介輸入(未顯示)和一個(gè)或者多個(gè)超聲波耦合媒介輸出538。超聲波耦合媒介用來(lái)以超聲波的方式耦合翼型件250和楔塊535。可以使用任何合適的超聲波耦合媒介或者凝膠體，且僅作為一個(gè)非限定性的例子，超聲波耦合媒介可為由丙二醇、丙三醇和水中的一個(gè)或者多個(gè)組成的凝膠體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖6示出了末端執(zhí)行器430的頂視圖。該末端執(zhí)行器430通過(guò)樞軸接頭610連接到桿聯(lián)接器上。樞軸接頭610允許末端執(zhí)行器在附圖的平面內(nèi)(如彎曲箭頭所示)向上或者向下樞轉(zhuǎn)。彈簧加載的懸掛裝置也允許軛狀物移動(dòng)。例如，在附圖平面內(nèi)，軛狀物540的頂部可以移向左邊，而軛狀物540的底部可以移向右邊。根據(jù)本發(fā)明的一方面，圖7示出了末端執(zhí)行器430的截面圖。大體圓柱形的殼體512可具有由固定螺釘710固定的磁體514。同樣，固定螺釘710還可用來(lái)將低磨擦接觸點(diǎn)516保持就位。固定螺釘可以帶有外螺紋，且這些外螺紋可以和圓柱形殼體512的內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合。偏移距離720使彈簧加載的懸掛裝置提供向下的抵靠輪葉基部的力，并迫使楔塊向下旋轉(zhuǎn)。樞軸接頭610可由穿過(guò)機(jī)架510的一部分的帶肩螺釘730和桿聯(lián)接器520的柄腳構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的一方面，圖8示出了壓縮機(jī)翼型件和靜葉(為了清晰而省略了外殼)以及插入來(lái)對(duì)Rl轉(zhuǎn)子輪葉進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備400的部分透視圖。末端執(zhí)行器430通過(guò)樞軸接頭610附連到可彎曲的桿420上，且當(dāng)檢測(cè)在進(jìn)行時(shí)，隨著操作者沿著輪葉的基部來(lái)回滑動(dòng)設(shè)備400，該樞軸允許用來(lái)保持三個(gè)點(diǎn)(由圓柱形殼體的端部/低摩擦點(diǎn)限定)與輪葉接觸所必需的單個(gè)自由度。可彎曲的桿420允許操作者操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)入壓縮機(jī)并在磁引力(通
過(guò)磁體514)的幫助下將其置于輪葉上。桿420的預(yù)先成型的形狀可特別地設(shè)計(jì)，使得操作者可以對(duì)末端執(zhí)行器430提供控制運(yùn)動(dòng)，以在不用接觸操作者和待檢測(cè)的輪葉之間的不同的輪葉/靜葉的情況下覆蓋所有的所關(guān)注的區(qū)域。可彎曲的桿420在帶圓形底部412的把手410的幫助下來(lái)操縱，以允許設(shè)備400和末端執(zhí)行器430隨著待檢測(cè)區(qū)域的幾何形狀沿著輪葉的平臺(tái)改變而自由轉(zhuǎn)動(dòng)。本書面描述用實(shí)例公開了本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或者系統(tǒng)以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可得到專利保護(hù)的范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字語(yǔ)言沒有實(shí)質(zhì)性差別的等效的結(jié)構(gòu)元素，則這樣的其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適于檢測(cè)渦輪機(jī)組的部件(250)的設(shè)備(400)，所述設(shè)備包括 末端執(zhí)行器(430)，包括 與所述部件的曲面限定穩(wěn)定的平臺(tái)的機(jī)架(510)； 附連在所述機(jī)架上的彈簧加載的懸掛裝置(540)； 連接在楔塊構(gòu)件(535)上的探測(cè)器(530)，所述探測(cè)器和楔塊構(gòu)件連接在所述彈簧加載的懸掛裝置上； 其中，所述探測(cè)器配置成通過(guò)使信號(hào)穿過(guò)所述楔塊來(lái)在原位檢測(cè)所述部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述探測(cè)器(530)是能夠發(fā)送和接收超聲波信號(hào)的超聲波傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述機(jī)架(510)進(jìn)一步包含具有三個(gè)大致圓柱形殼體(512)的大致三角形的機(jī)架，所述大致圓柱形殼體各具有用于接觸所述部件的曲面的大致半球形的接觸點(diǎn)(516)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述三個(gè)大致圓柱形殼體中的每個(gè)殼體進(jìn)一步包括 磁性元件(514);和 低磨擦材料，其或者位于所述大致半球形的接觸點(diǎn)(516)中或者位于其之上； 其中，所述磁性元件提供吸引力來(lái)幫助操作者保持所述末端執(zhí)行器和所述部件之間的接觸，且所述低磨擦材料有助于所述末端執(zhí)行器沿所述部件的曲面的移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述低磨擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，還包括 連接在所述末端執(zhí)彳丁器上的可彎曲的桿(420)； 附連在所述可彎曲的桿上的把手(410);以及 其中，所述機(jī)架通過(guò)樞軸連接和桿聯(lián)接器連接在所述可彎曲的桿上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述末端執(zhí)行器還包括 軛狀物(540)，其連接在所述彈簧加載的懸掛裝置和所述探測(cè)器以及楔塊構(gòu)件上，所述軛狀物通過(guò)樞軸連接而連接到所述楔塊構(gòu)件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述楔塊構(gòu)件還包括 圓形底部(536)，其構(gòu)造成以便配合所述部件的曲率并提供一定的偏移，以便信號(hào)以相對(duì)于所關(guān)注的區(qū)域預(yù)定的角度和距離進(jìn)入所述構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述末端執(zhí)行器還包括 連接在所述楔塊構(gòu)件上的超聲波耦合媒介供應(yīng)導(dǎo)管(550)； 其中，所述超聲波耦合媒介供應(yīng)導(dǎo)管供應(yīng)超聲波耦合媒介，且所述楔塊構(gòu)件包括連接在所述超聲波耦合媒介供應(yīng)導(dǎo)管上的超聲波耦合媒介輸入以及有助于所述楔塊構(gòu)件和所述部件之間的超聲波耦合的超聲波耦合媒介輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述超聲波耦合媒介是包括丙二醇、丙三醇和水中的至少一種的凝膠體。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述渦輪機(jī)組是壓縮機(jī)和燃?xì)鉁u輪中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述渦輪機(jī)組是壓縮機(jī)，且所述部件是輪葉和 靜葉中的至少一種。
全文摘要
提供了一種用來(lái)在原位檢測(cè)渦輪機(jī)組的部件(250)的設(shè)備(400)。該設(shè)備(400)包括末端執(zhí)行器(430)，其具有與部件的曲面限定穩(wěn)定的平臺(tái)的機(jī)架(510)；附連在機(jī)架上的彈簧加載的懸掛裝置(540)；以及連接在楔塊構(gòu)件(535)上的探測(cè)器(530)，其中探測(cè)器和楔塊構(gòu)件連接在彈簧加載的懸掛裝置上。該探測(cè)器配置成通過(guò)使信號(hào)穿過(guò)楔塊來(lái)檢測(cè)部件。
文檔編號(hào)G01N29/28GK102879467SQ20121024258
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者D.基尼奧內(nèi)斯, D.L.班諾維茨, G.W.D.路易斯, T.E.莫爾登豪爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司