专利名称：用于改造涡轮机系统中的外壳的夹具和方法
技术领域：
本公开内容总体上涉及涡轮机系统，且更具体地涉及用于改造涡轮机系统的外壳的方法和装置。
背景技术：
涡轮机系统普遍用于诸如功率生成的领域中。例如，常规的燃气轮机系统包括压缩机区段、燃烧器区段以及至少一个涡轮区段。压缩机区段构造成当空气流经压缩机区段时压缩空气。然后，空气从压缩机区段流向燃烧器区段，在其中空气与燃料混合并燃烧，从而产生热气流。热气流被提供至涡轮区段，该涡轮区段通过从热气流提取能量来利用热气流以驱动压缩机、发电机以及其它各种负载。 经常利用各种探测器(probe)来测量涡轮机系统的性能。在涡轮机系统的制造期间，为了将探测器装配在涡轮机系统上的各种位置而进行各种准备。例如，在系统的构件如外壳成型后，在该构件中加工孔口面(spot face)。孔口面是指可将探测器装配在系统上的各种区域。此外，为了有利于各种探测器的装配而穿过孔口面加工出孔。然后，通常将这些孔塞住以使系统正常操作。在系统操作之前、期间和之后，可针对装配一个或多个探测器而选择各种位置。这些位置可取决于对单独的系统执行所需的期望测试或其它各种参数而变化。当位置已选定时，在该位置穿过孔口面装配探测器。此外，为使探测器提供精确和一致的数据，必须精确地安装探测器。以前，为了确保探测器的这种精确安装，从系统移除探测器将安装在其上的涡轮机构件并将其从现场运输到可对构件作出适当改造以有利于探测器精确安装的场所(或工厂，facility)。然而，特别是在例如燃气或蒸汽轮机系统中的外壳构件的情况下，这是一个昂贵和耗时的过程。例如，许多系统处于偏远地点，并且将外壳运输到加工场所进行改造所需的时间和开支极高且常常高得惊人。因此，将希望有一种用于改造涡轮机系统的外壳或其它构件的改进的装置和方法。具体而言，允许现场改造外壳或其它构件的装置和方法将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地阐述，或者可从该描述变得明显，或者可通过实践本发明而懂得。在一个实施例中，公开了一种用于改造涡轮机系统中的外壳的夹具(jig)。该夹具包括本体和从本体延伸的突出部。该突出部构造成用于接合在外壳上的孔口面中所限定的孔。该夹具还包括在本体中限定的至少一个加工通路以及在本体上构成的至少一个对准特征结构(feature)，其中，该加工通路设置成用于经由其加工外壳，以及该至少一个对准特征结构设置成用于使夹具相对于外壳对准。在另一实施例中，公开了一种用于改造涡轮机系统中的外壳的方法。该方法包括使夹具与在外壳上的孔口面中所限定的孔接合。该夹具包括至少一个加工通路和至少一个对准特征结构。该方法还包括使夹具相对于外壳对准，以及穿过孔口面在外壳中加工至少一个安装孔。参考下文的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并连同描述一起用于解释本发明的原理。
在参照附图的说明书中针对本领域的普通技术人员阐述了本发明的完整和能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中
图I是根据本公开内容的涡轮机系统的一个实施例的示意 图2是根据本公开内容的外壳的一个实施例的前截面 图3是根据本公开内容的外壳的一个实施例的侧截面 图4是根据本公开内容的一个实施例的夹具的透视 图5是根据本公开内容的一个实施例的夹具的俯视 图6是根据本公开内容的一个实施例的接合在孔口面中所限定的孔内的夹具的侧视
图7是根据本公开内容的一个实施例的在孔口面中所限定的孔内对准的夹具的侧视· 图8是根据本公开内容的一个实施例的在孔口面中所限定的孔内对准并且具有套管(bushing)接合在其中的夹具的侧视图；以及
图9是根据本公开内容的一个实施例的在加工安装孔后在孔口面中所限定的孔内对准的夹具的侧视图。零件清单 10润轮机系统 12压缩机
14燃烧器 16涡轮 18轴 30外壳 32 孔口面 34孔
36内部宽度/内径 38螺纹内壁 50夹具 52 本体 54突出部 56外部宽度/外径 58轴线59螺纹外表面 60加工通路 62内部宽度/内径 64安装孔 70套 管
72外部宽度/外径 74通路
76内部宽度/内径 80孔洞(夹具)
82孔洞(套管)
84联接装置 90对准特征结构 92对准通路 94对准销 96螺纹内壁 98螺纹外表面 100定向特征结构 110调平特征结构。
具体实施例方式现将详细参考本发明的实施例，其中的一个或更多实例在附图中示出。各个实例均以解释本发明的方式提供而并非限制本发明。事实上，对本领域的技术人员而言将明显的是，在本发明中可作出各种改型和变型而不偏离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例结合使用以产生又一实施例。因此，本发明旨在涵盖诸如落入所附权利要求及其等同方案的范围内的改型和变型。图I是涡轮机系统10的示意图。系统10可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。此外，系统10可包括多个压缩机12、多个燃烧器14和多个涡轮16。压缩机12和涡轮16可通过轴18联接。轴18可以是单个轴或联接在一起以形成轴18的多个轴段。应理解，根据本公开内容的涡轮机系统可以是燃气轮机系统、蒸汽轮机系统，或任何其它合适的涡轮机系统。图2和图3不出了外壳30的一个实施例。外壳30位于润轮机系统10中，并包绕涡轮机系统10的区段中的各种构件，例如定子和转子构件。例如，外壳30可用于压缩机12、涡轮16或系统10的任何其它合适的区段。如图3中所示，在制造期间或之后可在外壳30上加工或者以其它方式设置多个孔口面32。如图所示，孔口面32是外壳30的外部上的大体平坦表面。通常，位于外壳30上的各种位置中的孔口面32可在系统的操作之前、期间或之后用于各种目的，例如系统10的测试。在许多这样的情况下，在孔口面32的其中一个或更多上对外壳30作出各种改造。此外，许多孔口面32可包括限定在其中的孔34以有利于这种改造。各孔均可具有内部宽度或内径36，并且在示范性实施例中可具有螺纹内壁38。在系统10的操作期间通常将孔34堵塞，但可根据需要而除去堵塞以便对孔口面32进行改造。需要改造孔口面32的一个目的是使用各种探测器以在系统10上进行各种测试。例如，可在系统中利用间隙探测器、接近探测器或任何其它合适的探测器来进行各种测试和提供与系统10的性能有关的各种数据。探测器通常必须相对于孔口面32和外壳30精确地安放以便其提供精确、可靠的数据。因此，如图4至图9中所示，夹具50设置成用于改造涡轮机系统10中的外壳30。具体而言，夹具50设置成用于精确和准确地改造孔口面32而使得能将探测器精确地安装在其上。此外，根据本公开内容的夹具50有利地允许对外壳30的现场改造。因此，避免了昂贵和耗时地将外壳30运输到安排改造孔口面32的场所。如图所示，夹具50包括本体52和从本体52延伸的突出部54。虽然在图4至图9中所示的本体52呈圆柱形，但应理解，本体52可具有能够收容文中所述的各种特征结构的任何合适的形状和大小。此外，示范性实施例中的本体配合在孔口面32内。 突出部54从本体52延伸。突出部54可以与本体52形成一体并因此自其延伸，或者可以是紧固在本体52上的与本体52分开的构件。在一些实施例中，突出部54可以是大体中央的突出部54，因此从本体52表面上的中央位置延伸。此外，突出部54具有外部宽度或外径56，并沿轴线58延伸，如图6和图7所示。在示范性实施例中轴线58大体垂直于突出部自其延伸的本体52表面。此外，在示范性实施例中，突出部54具有螺纹外表面59。突出部54进一步构造成用于接合限定在外壳30上的孔口面32中的孔34。例如，孔34可具有特定截面形状，例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形或任何其它合适的多边形形状，以及大小。突出部54可具有类似的形状和大小而使得其可配合在孔34中。在示范性实施例中，突出部54的形状和大小基本上等同于孔34的形状和大小，使得突出部54相对适贴地配合在孔34内。因此,在示范性实施例中，如图6和图7中所示,突出部54的外部宽度或外径56可基本上等同于孔34的内部宽度或内径36。此外，在如上所述的示范性实施例中，突出部54和孔34是带有螺纹的，如图6和图7中通过螺纹内壁38和螺纹外表面59所示。当突出部54接合在孔34中时，突出部54的螺纹外表面59可接合匹配孔34的螺纹内壁38，并且突出部54在孔34中的接合可包括将突出部54旋拧到孔34中以接合匹配的螺纹。夹具50还包括至少一个加工通路60。各加工通路60均限定在本体52中。此外，加工通路60可成阵列地定位在本体52内。在一些实施例中，这种阵列可从周边包绕突出部54。在夹具50中可包括任何数量的加工通路60。例如，虽然在示范性实施例中三个通路60限定在本体中，但应理解，可备选地限定一个、两个、四个、五个或更多个通路。此外，在一些实施例中，在阵列中通路60可彼此大致相等地间隔开。例如，在存在三个通路60的实施例中，通路60可间隔开120°。如果存在两个通路60，则通路60可间隔开180°，而如果存在四个通路60，则通路60可间隔开90°，等等。如图所示，在一些实施例中，加工通路60限定为平行于中央突出部54。例如，加工通路60可平行于突出部54的轴线58延伸穿过本体52。然而，备选的是，加工通路60可相对于轴线58成任何合适的角度延伸。此外，如图9中所示，各加工通路60均可具有内部宽度或内径62。加工通路60设置在夹具50中用于穿过孔口面32在外壳30中加工安装孔64。例如，可穿过加工通路60在外壳30中钻削安装孔64并可选地进行攻丝。这种利用加工通路60来加工安装孔64允许安装孔64精确地定位和定向。在移除夹具50后，利用安装孔64可将探测器装配或以其它方式安装到外壳30上。例如，可将用于探测器的双头螺柱(stud)安装在安装孔64内，并且通过将双头螺柱附接或以其它方式固定就位来安装探测器。
为了有利于穿过加工通路60加工安装孔64，夹具50可包括至少一个套管70。此夕卜，在示范性实施例中，对于各加工通路60均可设置一个或更多套管70。各套管70均构造成接合加工通路60。例如，通路60可具有特定截面形状，例如圆形、正方形、矩形、椭圆形、三角形或任何其它合适的多边形形状，以及大小。套管70可具有类似的形状和大小而使得其可配合在通路60中。在示范性实施例中，套管70的形状和大小基本上等同于通路60的形状和大小，使得套管70相对适贴地配合在通路60内。因此，在示范性实施例中，套管70的外部宽度或外径72如图9中所示可基本上等同于通路60的内部宽度或内径62。此外，各套管70均限定经由其穿过的通路74，如图8中所示。通路74具有内部宽度或内径76。通路74设计成用于经由其接纳钻头或其它合适的加工器件以钻削或以其它方式加工安装孔64。通路74因此可最佳地确定大小为具有合适的内部宽度或内径76，使得钻头或其它合适的加工器件在其中精确地定向和对准。在一些实施例中，套管70可联接到夹具50上。例如，匹配的孔洞80和82可分别限定在本体52和套管70中。丝索、链条或其它合适的联接装置84可延伸穿过孔洞80和82以将套管70联接到夹具50上。如上所述，安装孔64的加工可包括经由限定在夹具中的加工通路60钻削孔64并对孔64进行攻丝。套管70可接合在加工通路60中以钻削孔64，且然后与加工通路60脱离接合以对孔64进行攻丝。然而，备选的是，可利用套管70或多个套管70例如具有各种内径76的套管70来钻削孔64并对孔64进行攻丝，或者可在无需使用任何套管70的情况下钻削孔64并对孔64进行攻丝。如图4至图9中所示,夹具50还包括至少一个对准特征结构90。各个对准特征结构90均构成在本体52上。例如，在示范性实施例中，对准特征结构90可包括限定在本体52中的对准通路92和与对准通路92相关联的对准销94。此外，对准通路92可具有螺纹内壁96以及对准销94可具有匹配的螺纹外表面98。因此，对准销94例如可以是螺杆或其它合适的螺纹构件。各个对准特征结构90均可设置成用于使夹具50相对于外壳30对准。因此，当夹具50相对于外壳30正确定位时，例如正确地调平和/或定向时，对准特征结构90可将夹具50固定在该位置以提供对夹具50的精确对准。例如，在其中对准特征结构90包括对准通路92和相关联的对准销94的实施例中，当夹具50正确定位时，对准销94与通路92接合并与孔口面32相接触。例如，对准销94可旋拧到通路92中，使得通路92和销94的螺纹接合且直到销94接触孔口面32。此外，如果希望或需要的话，各销94均可以特定转矩接合。销94与孔口面32的接合可使夹具50可靠地对准。例如，销94的接合可使突出部54与孔34之间的接合如螺纹内壁38与螺纹外表面59之间的螺纹接合张紧。这种张紧可使夹具50相对于外壳30可靠地对准,从而防止或降低夹具50相对于外壳30移动的风险。应理解，虽然根据本公开内容的示范性对准特征结构90包括对准通路92和对准销94，但还可认为用于使夹具50对准的任何合适构件都是在本公开内容的范围和精神内的对准特征结构。对准特征结构90可围绕本体52或在本体52内成阵列地定位。在一些实施例中，这种阵列可从周边包绕突出部54。在夹具50中可包括任何数量的对准通路90。例如，虽然在示范性实施例中三个对准特征结构90限定在本体中，但应理解，可备选地限定一个、两个、四个、五个或更多个对准特征结构90。此外，在一些实施例中，在阵列中对准特征结构90可彼此大致相等地间隔开。例如，在其中存在三个对准特征结构90的实施例中，对准特征结构90可间隔开120°。如果存在两个对准特征结构90，则对准特征90可间隔开180°，而如果存在四个对准特征结构90，则对准特征结构90可间隔开90°，等等。如图所示，在一些实施例中，对准特征结构90限定为平行于中央突出部54。例如，对准特征结构90可平行于突出部54的轴线58延伸穿过本体52。然而，备选的是，对准特征结构90可相对于轴线58成任何合适的角度延伸。如图4和图5中所示，在一些实施例中，夹具50还可包括至少一个定向特征结构100。定向特征结构100可设置成用于使夹具50相对于外壳30定向。例如，如图所示，定 向特征结构100可以是箭头。箭头可绘制、加工或以其它方式设置在夹具50上。如图所示，箭头指向两个加工通路60的大体方向并远离第三加工通路60，且因此设置成用于使夹具50相对于加工通路60和/或外壳30定向。在其它实施例中，定向特征结构100可设置成用于夹具50相对于夹具50的任何特征结构的任何合适的定向，并且可具有任何合适的形状或大小。在示范性实施例中，定向特征结构100可使夹具50相对于位于外壳30内侧并因此从外壳30外部不可见的各种特征结构例如钩或其它突出部定向。例如，可能希望的是，安装孔64相对于此类各种不可见的特征结构具有特定定向。定向特征结构100可指示相对于这些特征结构的期望定向，使得利用夹具50所形成的安装孔64具有这种期望定向和位置。在一些实施例中，如图4至图9中所示，夹具50还可包括至少一个调平特征结构110。调平特征结构110可设置成用于调平夹具50。例如，在如图所示的示范性实施例中，调平特征结构110可以是限定在夹具50的表面例如上表面中的通道。该通道可允许精确地安放合适的调平器件(未示出)，以评测和调平夹具50。然而，备选的是，调平特征结构110可以是任何合适的调平器件或装置。本公开内容还针对用于改造涡轮机系统10中的外壳30的方法。该方法可包括例如使夹具50与限定在外壳30上的孔口面32中的孔34相接合，如上所述。该方法还可包括使夹具50相对于外壳30对准以及穿过孔口面32在外壳30中加工至少一个安装孔64，如上所述。在一些实施例中，该方法还可包括使夹具50相对于外壳30定向和/或调平夹具50,如上所述。因此，本公开内容提供了精确、准确和一致的用于改造外壳30的夹具50和方法。此外，本发明的夹具和方法可有利地允许对外壳30的现场改造，从而减少与这种改造相关的时间和开支。此书面描述使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和利用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括与权利要求的文字语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言并无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护 范围内。
权利要求
1.一种用于改造涡轮机系统(10)中的外壳(30)的方法，所述方法包括 使夹具(50)与限定在所述外壳(30)上的孔口面(32)中的孔(34)相接合，所述夹具(50)包括至少一个加工通路(60)和至少一个对准特征结构(90)； 使所述夹具(50)相对于所述外壳(30)对准；以及 穿过所述孔口面(32)在所述外壳(30)中加工至少一个安装孔(64)。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述夹具(50)还包括从本体(52)延伸的突出部(54)，以及其中，所述接合步骤包括使所述突出部(54)接合在所述孔(34)内。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使所述夹具(50)相对于所述外壳(30)定向。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括调平所述夹具(50)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述加工步骤包括钻削所述至少一个安装孔(64)以及对所述至少一个安装孔(64)进行攻丝。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个对准特征结构(90)包括对准通路(92)和对准销(94)，所述对准通路(92)限定在所述本体(52)中并且包括螺纹内壁(96)，以及所述对准销(94)包括匹配的螺纹外表面(98)。
7.一种用于改造涡轮机系统(10)中的外壳(30)的夹具(50)，所述夹具(50)包括 本体(52)； 突出部(54)，所述突出部从所述本体(52)延伸并且构造成用于接合在所述外壳(30)上的孔口面(32)中所限定的孔(34)； 限定在所述本体(52)中的至少一个加工通路(60)，所述加工通路￠0)设置成用于经由其加工所述外壳(30);以及 构造在所述本体(52)上的至少一个对准特征结构(90)，所述至少一个对准特征结构(90)设置成用于使所述夹具(50)相对于所述外壳(30)对准。
8.根据权利要求7所述的夹具(50)，其特征在于，所述至少一个加工通路(60)平行于中央的所述突出部(54)限定。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的夹具(50)，其特征在于，所述夹具(50)还包括多个加工通路(60)。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的夹具(50)，其特征在于，所述夹具(50)还包括多个对准特征结构(90)。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的夹具(50)，其特征在于，所述至少一个对准特征结构(90)包括对准通路(92)和对准销(94)，所述对准通路(92)限定在所述本体(52)中并且包括螺纹内壁(96)，以及所述对准销(94)包括匹配的螺纹外表面(98)。
12.根据权利要求11所述的夹具(50)，其特征在于，所述对准通路(92)平行于所述加工通路￠0)而限定在所述本体(52)中。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的夹具(50)，其特征在于，所述夹具(50)还包括构造成接合所述至少一个加工通路(60)的至少一个套管(70)。
14.根据权利要求7-13中任一项所述的夹具(50)，其特征在于，所述夹具(50)还包括用于使所述夹具(50)相对于所述外壳(30)定向的至少一个定向特征结构(100)。
15.根据权利要求7-14中任一项所述的夹具(50)，其特征在于，所述夹具(50)还包括用于调平所述夹具(50)的至少一个调平特征结构(110)。
全文摘要
本发明公开了用于改造涡轮机系统中的外壳的夹具和方法。夹具(50)包括本体(52)和从本体(52)延伸的突出部(54)。该突出部(54)构造成用于接合限定在外壳(30)上的孔口面(32)中的孔(34)。该夹具(50)还包括限定在本体(52)中的至少一个加工通路(60)以及构造在本体(52)上的至少一个对准特征结构(90)，其中，加工通路设置成用于经由其加工外壳而至少一个对准特征结构设置成用于使夹具相对于外壳对准。该方法包括使夹具(50)与限定在外壳(30)上的孔口面(32)中的孔(34)相接合、使夹具相对于外壳(30)对准，以及穿过孔口面(32)在外壳(30)中加工至少一个安装孔(64)。
文档编号B23B49/02GK102909411SQ20121027447
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者L.B.法尔二世 申请人:通用电气公司