用于控制至少一个转子盘围绕部分组装的转子的连杆的定位的方法和组件与流程

用于控制至少一个转子盘围绕部分组装的转子的连杆的定位的方法和组件
1.相关申请的交叉引用此专利申请要求于2020年4月16日提交的欧洲专利申请no. 20169754.7的优先权，其整个公开通过引用而结合在本文中。
技术领域
2.本发明涉及用于控制转子盘围绕燃气涡轮机的部分组装的转子的连杆的定位的方法和组件。


背景技术：

3.用于产生电能的设备的燃气涡轮机转子通常包括多个有叶片的转子盘，它们在轴上定心并且彼此联接。相邻转子盘之间的联接借助hirth接头（hirth joint）获得。
4.因此，每个转子盘都设有两个相应的环状体，环状体设有径向的齿，即所谓的hirth齿组，每个面上一个。环状体联接至相邻盘的环状体，以便构建所谓的hirth接头。
5.转子盘设有相应的叶片组，并且通过中心连杆绑定成包（pack），中心连杆接合转子盘的相应的中心孔。
6.每个有叶片的盘都限定压缩机转子级或者涡轮转子级。
7.燃气涡轮机转子必须以最高精度生产并组装，以便确保近乎完美的平衡。考虑到质量和高转速（转子通常以3000rpm或者3600rpm旋转，取决于不同国家的标准），即使最小的缺陷都会导致超出允许极限的危险的振动，从而迫使设备被停止以便实施旨在将振动带回允许极限的修正干预。
8.组装转子当前涉及围绕布置在竖直位置上的中心连杆堆叠转子盘。由于盘之间的接触通过上述hirth齿接而发生的事实，转子盘使它们自己自动地定心。
9.组装转子通常要求堆叠大量转子盘（例如，大约二十个）。因此，仅在这些盘的其中一个中有均匀性缺失（例如，由于盘具有不平行的面的事实）都足以在堆叠步骤最后得到倾斜的堆叠，即其中最后的盘的中心不与第一个盘的中心竖直对齐的堆叠。
10.盘的依从性(compliance)通常在转子已经夹紧时控制。特别是，盘的转子依从性通常在水平倾斜并且运输到车床的转子上控制，在车床上可以测量每个盘相对于由轴承形成的轴线的“跑出”偏心率（“run
‑
out
”ꢀ
eccentricity）。可能的修正动作会要求拆开转子。
11.此外，当前可用的工具和方法需要基础设施（吊车、塔吊等）并且需要很长时间来评估和修正堆叠。
12.已知在堆叠前用来控制盘的依从性的控制方法。然而，它们并不确保检测到盘的所有非依从性，因为操作员需要实施手动活动以及个人评估。因此，对于检查和修正的精确性以及所需的时间不能被认为是令人满意的。
13.在由本技术人提交的专利申请no. ep3330484a1中公开了另一种控制方法。所述方法借助环形装置检测转子盘相对于水平平面的倾斜度和/或转子盘相对于连杆的偏心
率。然而，根据所述技术方案，用来测量单个盘的偏心率的参照物是连杆的外表面。
14.所述技术方案不能对已使用的转子采用（例如用于保养活动）。
15.在大修的转子中，事实上，中心连杆不能用作用于轴向对称性的有效参照物，因为其通常由于长时间以及其在运行期间所遭受的热机械应力而变形。
16.换言之，中心连杆的外表面不能被认为是用于偏心率测量的有效几何参照物。


技术实现要素：

17.因此，本发明的一个目标是提供一种用来控制转子盘围绕燃气涡轮机转子的连杆的定位的方法，该方法是精确而可靠的，并且避免了或者最小化了平衡误差的发生。
18.如此，最小化了要在已经夹紧的转子上实施的评估和修正操作。
19.根据这些目标，本发明涉及一种用来控制转子盘围绕燃气涡轮机的部分组装的转子的连杆的定位的方法；连杆沿着纵向轴线延伸；该方法包括：
•
定位连杆，以便纵向轴线大致竖直地延伸；
•
借助组件检测转子盘相对于连杆的纵向轴线的偏心率，该组件包括联接到转子盘的自由面的主装置和联接到连杆的至少一个第一参照装置；该组件还包括至少三个激光发射器，它们联接至主装置和至少一个第一参照装置之间的一个，以及至少三个相应的光敏传感器，它们联接至主装置和至少一个第一参照装置之间的另一个；光敏传感器布置成以便阻断由相应激光发射器发射的激光束。
20.另一个目标是提供一种用于控制转子盘围绕燃气涡轮机的部分组装的转子的连杆的定位的组件，其是精确、可靠的并且能够简化要实施来检查盘的依从性的操作，从而最小化操作员的手动活动以及个人评估。
21.根据这些目标，本发明涉及一种用来控制至少一个转子盘围绕燃气涡轮机的部分组装的转子的连杆的定位的组件；连杆沿着纵向轴线延伸；该组件包括：
•
主装置，其在使用中联接至转子盘的自由面；以及
•
至少一个第一参照装置，其在使用中联接至连杆；
•
至少三个激光发射器，其联接至主装置和至少一个第一参照装置之间的一个；以及
•
至少三个相应的光敏传感器，其联接至主装置和至少一个第一参照装置之间的另一个；光敏传感器布置成以便阻断由相应激光发射器发射的激光束。
附图说明
22.现在将参照附图描述本发明，附图示出了本发明的非限制性实施例，其中：
–
图1是燃气涡轮机转子的侧视图，具有沿着竖直轴向平面的截面；
–
图2是图1的燃气涡轮机转子的细节的透视图；
–
图3是在根据本发明的方法的步骤期间被部分组装的图1的转子的侧视图；
–
图3a是用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第一细节的透视图；
–
图4是用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第二细节的底部透视图；
–
图5是用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第二细节的顶部透视图；
–
图6是呈第一操作构造的用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第三细节的透视图；
–
图7是呈第二操作构造的用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第三细节的透视图；
–
图8是用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第四细节的示意图；
–
图9是根据本发明的一个变型，用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第五细节的示意图；
–
图10是用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第六细节的示意方框图；
–
图11是用于控制转子盘围绕图1的燃气涡轮机转子的连杆的定位的组件的第七细节的示意顶视图。
具体实施方式
23.在图1中，参考标号1指用于产生电能的设备的燃气涡轮机转子，其包括沿着轴线a对齐并且借助中心连杆3绑定成包的多个盘2。中心连杆3沿着纵向轴线a延伸。设有相应第一转子叶片5的第一组盘2限定转子1的压缩机段1a，而设有相应第二转子叶片6的第二组盘2限定转子1的涡轮段1b。压缩机段1a和涡轮段1b由没有叶片的间隔盘7彼此分离，间隔盘7基本上充当间隔元件并且大致成形为圆柱体状。在使用中，燃气涡轮机的燃烧室（未示出）围绕间隔盘7布置。
24.参考图2，每个转子盘2都设有中心通孔8和周边边缘9，周边边缘9设有多个座10，多个座10适当地成形以便由相应的第一转子叶片5接合或接合至相应的第二转子叶片6。
25.中心孔8在使用中将由转子1的连杆3接合。
26.每个转子盘2在转子盘2的每个面13a，13b（在图2中仅转子盘2的面13a良好可见）上还设有径向齿环状体12，通常称作hirth齿接。
27.优选地，径向齿环状体12沿着靠近转子盘2的周边边缘9的相应的面布置。
28.径向齿环状体12定位并成形为联接到相邻转子盘2的相应环状体上，以便构建所谓的hirth接头，并且确保转子盘2的稳定联接。
29.图3示出了部分组装的转子1，其中连杆3在竖直位置上布置并支撑。换言之，连杆3定位成以便纵向轴线a是大致竖直的。
30.参考图1和图3，连杆3设有一个第一端15和与第一端15轴向相对的第二端16。
31.在使用中，第一端15联接到前轴18（图1和3）而第二端16从后中空轴19（仅在图1中可见）突出。
32.优选地，前轴18容纳在堆叠坑(stacking pit)21中，其确保连杆3的正确和稳定的竖直定位。
33.图3中所示的构造可以在组装转子1期间（此时转子盘2堆叠在彼此之上，以便相邻转子盘2的径向齿环状体12可以彼此联接，从而构建hirth接头）以及在拆开转子1期间（此时转子盘2一个个被移除）出现。
34.对如图3的构造中所示那样的部分组装的转子1应用根据本发明用于控制至少一个转子盘2围绕连杆3的定位的方法。
35.该方法包括检测与至少一个转子盘2相对于一个或更多参照物的位置相关的至少一个参数。
36.特别是，该方法包括用组件23检测转子盘2相对于纵向轴线a的偏心率，该组件23用于控制转子盘2的定位，其包括联接至转子盘2的自由面13a的主装置24，以及联接到连杆3的至少一个参照装置25、26。
37.优选地，转子盘2的偏心率的检测通过至少三个激光发射器28和至少三个相应的光敏传感器30获得，至少三个激光发射器28联接至主装置24或至少一个参照装置25之间的一个，至少三个相应的光敏传感器30联接至主装置24和至少一个参照装置25之间的另一个。
38.三个激光发射器28优选地布置成距彼此120
°
。
39.光敏传感器30也布置成距彼此120
°
，并且设置成阻断相应激光发射器28的光束。
40.在本文公开并图示的非限制性示例中，借助联接至转子盘2的自由面13a的主装置24和联接至连杆3的两个参照装置25、26进行偏心率的检测。
41.因此，在本文公开并图示的非限制性示例中，偏心率的第一测量使用主装置24和参照装置25进行，而偏心率的第二测量使用主装置24和参照装置26获得。
42.参考图3，参照装置25联接在连杆3的第一端15附近，而参照装置26联接在连杆3的第二端16附近。主装置24联接至其位置需要进行控制的转子盘2的自由面13a。
43.参照装置25优选地固定到前轴18。更优选地，参照装置25固定到前轴18的部分31（也见图1），该部分31包括在第一转子盘2和环形座32之间，环形座32形成在前轴18中，并且构造成在使用中容纳压缩机环轴承（在附图中未示出）。
44.在本文公开并图示的非限制性示例中，参照装置25支撑三个激光发射器28，其中每一个都构造成大致沿竖直方向发射激光束b。
45.参考图3a，每个激光发射器28都联接到基部结构35，基部结构35设有定位装置36。定位装置36构造成调节激光发射器28的位置。在使用中，定位装置36被调节以便参照装置25的每个激光发射器28都沿大致竖直方向发射激光束。
46.定位装置36（见图3a）具有多个自由度。特别是，定位装置36包括至少两个调节元件37a、37b，它们能够绕相应的旋转轴线o1、o2旋转。旋转轴线o1、o2相对于彼此正交。
47.由激光发射器28发射的每个激光束b的角度调整（即，围绕轴线o1和o2的旋转）可以手动或者电动地控制。根据未示出的变型，定位装置可以由类似于将在后文描述并在图8和9中示出的那些的定位装置替换。优选地，参照装置25设有环形基部39，从该环形基部39突出至少三个辐条40（在图3中仅可见其中两个）。每个辐条40都具有相应的激光发射器28联接到其上的自由端41。
48.辐条40的自由端41布置成距彼此120
°
。优选地，辐条40围绕环形基部39径向地布置。
49.辐条40的长度充分地大于压缩机叶片5和涡轮叶片6的最大高度，以便当参照装置25固定到转子1上时，辐条40的自由端41突出超过压缩机叶片5和涡轮叶片6。
50.优选地，环形基部30可以被打开和关闭，以便允许其围绕前轴18的部分31定位并固定。
51.参考图3和图4以及5中示出的非限制性示例，参照装置26被联接至连杆3的第二端16并且能够缩回。特别是，参照装置26包括一个笼结构43和至少三个可缩回的臂44，该笼结构43固定到连杆3上，至少三个可缩回的臂44容纳在笼结构43中并且布置成距彼此120
°
。每个臂44都可以从操作位置和一个停止位置移动，在操作位置上臂44延伸到笼结构43外（图3和5中所示的构造），在停止位置上臂44缩回并且完全容纳在笼结构43中（图4中所示的构造）。每个臂44都是铰接臂，具有联接至可移动套筒46的一端45和联接至相应的光敏传感器30的一个自由端47。
52.每个臂44都构造成具有在操作位置上的长度，以便每个光敏传感器30都能够检测由相应的激光发射器28发射的激光束b’，激光发射器28由如可在后文详述的主装置24支撑。显然，臂44布置在由激光发射器28发射的激光束b’的相同角位置处。优选地，联接到臂44的光敏传感器30布置在距纵向轴线a相同的径向距离处。可移动套筒46围绕轴49布置。当套筒46在较高位置上时（图4中所示的构造），臂44在停止位置上，而当套筒46在较低位置上时（图5中所示的构造），臂44在操作位置上。
53.套筒46优选地由远程控制的工具（未图示）移动。
54.参考图3，主装置24联接至转子盘2的自由面13a。关于自由面我们在此处和后文指的是转子盘2的面，它没有被联接至相邻转子盘2的另一个面。
55.如之前已经指出的那样，根据本发明的方法在组装和拆开转子1期间都可以应用。
56.在组装期间，盘2的位置的检测发生在另一个转子盘2堆叠在被控制的转子盘2上之前，而在拆开期间，转子盘2的位置的检测发生在移除被控制的转子盘2之前。
57.结果，根据本发明的方法要求主装置24一次被联接至一个转子盘2。
58.然而，这并不意味着必须对转子1的每个盘实施定位控制。也可以借助对属于组的具有自由面的转子盘2的定位的检测来控制联接的转子盘2的组的定位。
59.参考图6和7图示的非限制性示例，主装置24包括支架53、定心系统54和联接到支架53上的至少三个激光发射器28和至少三个光敏传感器30，定心系统54构造成在被控制的转子盘2上使支架53定心。
60.支架53包括环形框架58和至少三个辐条60，辐条60具有从环形框架58径向延伸的突起，并且布置成距彼此120
°
。每个辐条60都支撑相应的光敏传感器30。优选地，光敏传感器30联接至面向转子盘2的自由面13a的辐条60的侧面。换言之，光敏传感器30联接至在使用中面向参照装置25的辐条60的侧面。优选地，光敏传感器30联接至相应辐条60的自由端61。
61.辐条60的长度充分地大于压缩机叶片5和涡轮叶片6的最大高度，以便当主装置24联接到转子盘2上时，辐条60的自由端61突出超过压缩机叶片5和涡轮叶片6。传感器30以距由参照装置25上的激光发射器28发射的激光束b的纵向轴线a相同的角位置和相同的径向距离放置在辐条60上。例如，传感器30沿着具有大约3.5m直径的圆圈放置在辐条60上。
62.优选地，环形框架58具有一个联接面62（图6中可见）以及一个操作面63（图7中可
见），联接面62在使用中面向被控制的转子盘2，操作面63与联接面62相对。
63.联接面62联接到定心系统54上，而操作面63支撑至少三个激光发射器28。激光发射器28构造成发射相应的激光束b’，并且以距环形框架58的中心（在使用中与纵向轴线a重合）相同的径向距离布置在120
°
处。
64.例如，激光发射器28沿着具有大约0.6 m直径的圆圈放置在操作面63上。辐条60优选地布置在操作面63上。
65.优选地，支架53包括另一个环形元件65，该环形元件65构造成在主装置24移动期间保护电子装置（电池、倾斜传感器、控制电子装置、激光发射器28等）。该另一个环形元件65也构造成以便提供用于例如借助天车（未示出）提升支架53的钩挂点。
66.在本文所述并示出的非限制性示例中，支架53具有与连杆3以及组成转子1的转子盘2的尺寸兼容的尺寸。
67.参考图6，定心系统54包括hirth齿接环状体的至少两个部分67，它们能够联接至布置在组成转子1的其中一个转子盘2的自由面13a上的径向齿接（hirth）环状体12的相应部分。
68.为了被联接至转子1的任何转子盘2的径向齿接环状体12，hirth齿接环状体的部分67必须成形为以便具有等于最小转子盘2的径向齿接环状体12的内径的最小半径，以及等于最大转子盘2的径向齿接环状体12的外径的最大半径。
69.此外，hirth齿接环状体的部分67必须具有像径向齿接环状体12的齿一样定向的齿，即朝向转子盘2的中心，保留其全部其他参数（齿的壁的倾斜，齿的数量等），以便确保该部分67和转子盘2的径向齿接环状体12之间的正确和稳定联接。
70.如果有hirth齿接环状体的两个部分67，则它们是直径上对置的。
71.在本文所述并示出的非限制性示例中，定心系统54包括三个部分67，它们在相同平面上分离并布置，优选地距彼此大约120
°
。
72.三个部分67大致一样。
73.联接至支架53的环形框架58的操作面63的每个激光发射器28都优选地联接至定向装置70（图8），该定向装置70构造成调节激光发射器28的位置，以便由该激光发射器28发射的激光束b’大致竖直。
74.参考图8中图示的非限制性示例，定向装置70包括包含流体72的壳体71。该流体例如为呈液态的汞。壳体联接至环形框架58的操作面63。
75.激光发射器28布置在壳体71中在流体72上漂浮。由于流体72的自由表面73总是独立于支撑壳体71的表面63的倾斜而大致水平，激光发射器28能够总是大致竖直地发射激光b’。
76.如果激光发射器28必须发射向上的激光束，即，朝向连杆3的端部16，则图8的定向装置70就正确地工作。
77.根据图9中所示的变型，激光发射器28联接至支架53的环形框架58的表面62，以便向下发射激光束，即，朝向连杆3的端部15。在此情况下，每个激光发射器28都联接至轴向对称主体75，该轴向对称主体75铰接至支架53的环形框架58的表面62。主体75由于其结构和重量，将定向成以便由激光发射器28发射的激光束b’独立于支撑该主体的表面62的倾斜而总是大致竖直。
r2, r3必须使用椭圆形（而不是圆形）来拟合；该椭圆形可以通过考虑由倾角计78（其为块86的输入）检测的数据来计算。
95.第二偏心率计算器87类似地配置成详述径向距离r1’, r2’, r3’，限定经过由传感器30检测的点的圆圈（或者考虑倾角计78的数据的椭圆形），并计算所述圆圈（或椭圆形）相对于主装置24的对称中心“o”的偏心率值vecc’。
96.偏心率值vecc,vecc’被发给评估模块90，其中关于转子1的每个盘2的偏心率的数据被记住并且可以详述每个转子盘2的定位的评估。
97.根据未图示的一个变型，控制装置85仅包括一个偏心率计算器。
98.根据本文未示出的一个实施例，控制装置85包括另一个模块，其配置成根据检测的偏心率值对要实施的可能修正动作给出指示。
99.优选地，由光敏传感器30检测的数据被借助wi
‑
fi通信发送给控制装置85。
100.优选地，激光发射器28也借助wi
‑
fi通信被远程地控制。
101.优选地，控制装置85不联接至支架53，并且被集成到对跟进转子1的组装/拆开的操作员可用的外部处理器（例如平板电脑）中。如此，平板电脑可以关于全部误差给操作员关于盘在堆叠上的正确定位的信息，并且，在任何情况下，存储该信息。
102.在使用中，为了控制转子盘2围绕连杆3的定位，操作员必须借助吊车（未示出）竖直地定位转子1。优选地，转子1的前轴18容纳在堆叠坑21中，以确保连杆3的正确和稳定的竖直定位。
103.然后参照装置25和26分别在连杆3的端部15和端部16附近联接至转子1。参照装置25和26通过吊车移动。
104.在参照装置25和26已经被正确定位后，主装置24被布置在转子盘2的自由面13a上。
105.主装置24在转子盘2上的定位被调节，以便确保激光发射器28与相应的光敏传感器30大致竖直地对齐。
106.主装置24也通过使用吊车移动。
107.在定位主装置24后，激光发射器28被激活，并且评估受控盘的偏心率。
108.优选地，倾角计78和距离探测器80也被激活以便改善转子盘2的定位的控制。
109.有利地，根据本发明用于控制转子盘的定位的组件23和方法允许改善和优化转子1的组装，从而避免组装不平衡的转子，并且尤其避免对已经组装的转子实施一个或更多修正干预产生的成本。
110.根据本发明用来控制转子盘的定位的组件23和方法也可应用于用现有组装技术组装的已组装好的转子。
111.在已组装好的转子的情况下，根据本发明的组件23和方法可在逐个盘拆开转子1期间应用。
112.在拆开期间，转子盘2一次被移除一个，并且组件被用于检测每个转子盘2的位置，直至该转子盘（或者多个转子盘）被发现是转子1的不平衡的原因。
113.在转子1的拆开期间应用组件23与当前已知的技术方案相比是有利的，因为它对每个转子盘2的定位给出了客观的指示，而不用引入操作员的个人评估要素。
114.此外，例如在以下情况下，你不是必须完全拆开转子1：
•
如果是不平衡的原因的转子盘2在所有的转子盘被移除前被确认；
•
如果确认了至少两个盘或者两组盘（甚至可能是不相邻的），其具有比方说能够被正确的修正动作（即，相对于其中一个盘或盘组的轴线a的旋转）补偿的倾斜，该修正动作将转子盘的堆叠带回被对齐，转子盘的堆叠作为整体在给定的误差内。
115.基本上，不平衡的确认并不总是导致更换转子盘2。作为一个事实，不平衡可以简单地借助转子盘的正确旋转被修正。在这种情况下，装置16在确立修正动作对补偿不平衡是否有效且足够方面具有重要的作用。
116.最终，清楚的是本文描述的组件和方法可以进行改变和变型，而不会因此超出所附权利要求书的保护范围。