专利名称：用于在原位检测涡轮机组部件的设备的制作方法
技术领域：
本文描述的设备大体涉及涡轮机组。更具体地讲，该设备涉及在原位检测涡轮机组部件。
背景技术：
燃气涡轮压缩机轮叶会由于运行而受到损伤。在这种损伤的情况下，希望及时地检测和更换这些轮叶，以防止翼型件释放(liberation)和后续的压缩机失效。轮叶检测的当前实践要求移除压缩机外壳，这不可避免地要耗费时间，且成本高昂。移除压缩机外壳来检测压缩机轮叶也会产生不希望的中断时间，从而造成机器所有者/经营者的收入损失。
发明内容
在本发明的一方面，提供了用于检测涡轮机组的部件的设备。该设备包括末端执行器，其具有与部件的曲面限定稳定的平台的机架；附连到机架上的弹簧加载的悬挂装置；以及与楔块构件相连接的探测器，其中，该探测器和楔块构件连接在弹簧加载的悬挂装置上。探测器配置成通过使信号穿过楔块来在原位检测部件。在本发明的另一方面，提供了用于检测涡轮机组的部件的设备。该设备包括末端执行器，其具有与部件的曲面限定稳定的平台的机架；附连到机架上的弹簧加载的悬挂装置；和连接在楔块构件上的超声波传感器。超声波传感器能够发送和接收超声波信号。超声波传感器和楔块构件连接在弹簧加载的悬挂装置上。楔块构件具有圆形底部，其构造成以便配合部件的曲率及提供一定的偏移，使信号相对于所关注的区域以预定的角度和距离进入部件。超声波耦合媒介供应导管和楔块构件相连接，并构造成向楔块构件供应超声波耦合媒介。超声波传感器配置为通过使信号穿过楔块来检测部件，同时涡轮机组部件在原位被检测。
附图
简述
图I示出了涡轮机组的部分剖视 图2示出了压缩机的部分透视图，显示了翼型件和静叶(vane)；
图3示出了用相控阵超声波来非破坏性地检测部件缺陷的示意 根据本发明的一个方面，图4示出了可用来在原位检测涡轮机组的设备的透视图； 根据本发明的一个方面，图5示出了末端执行器的透视 根据本发明的一个方面，图6示出了末端执行器的顶视 根据本发明的一个方面，图7示出了末端执行器的截面图；以及根据本发明的一个方面，图8示出了压缩机翼型件和静叶(为了清晰而省略了外壳)以及插入来对Rl转子轮叶进行检测的设备的部分透视图。部件列表
100 电动机器或者压缩机 110 喇叭口112喇叭口外表面
114喇叭口内表面
116支承构件
120入口导叶
205转子
230转子翼型件或者轮叶R O
240定子静叶SO
250转子翼型件Rl
260定子静叶SI
312波束
314水平线
316传感器探测器
318竖直线
322轮叶表面
324所关注的区域
400设备
410把手
412圆形底部
420管
430末端执行器
510机架
512圆柱形壳体
514磁体
516低摩擦接触点
520杆联接器
530探测器
535楔块
536圆形底部538输出
540轭状物
541螺钉
542弹簧544螺钉550导管610枢轴接头710固定螺钉720偏移距离730带肩螺钉。
具体实施例方式由于压缩机流道内部很紧的工作空间施加的严格的空间约束，开发在原位检测轮叶的方法和设备时的主要挑战是设计一种机构，其能够将检测工具递送到压缩机内部的目标轮叶。递送装置应该能够到达目标翼型件、轮叶或者静叶的希望的部分。图I示出了涡轮机组100的部分剖视图，其可为燃气涡轮压缩机。然而，将理解的是，本发明能适用于任何涡轮机组，包括但不限于燃气涡轮、蒸汽涡轮、压缩机，或者在转子和流体间传递能量的任何机器。在压缩机100中，为了显示内部的静叶和轮叶，省略了压缩机喇叭口 Iio的一半。喇叭口 110包括外表面112和内表面114，而进入流在这两个表面之间穿过。典型地，多个支承构件116紧固或焊接在外表面112和内表面114上，以用于支承。第一级的定子静叶称为入口导叶(IGV) 120。图2示出了压缩机翼型件和静叶的部分透视图，为了清晰，省略了外壳。定子静叶
通常固定，而转子翼型件/轮叶则连接在可转动的转子204上。入口导叶120通常也是固定的，但可以一定的节距(pitch)环绕径向轴线，以改变进入流的方向或量。入口导叶120之后是第一排转子翼型件230。该翼型件还可以称为RO翼型件或者RO轮叶，因为它们是RO级的一部分。接下来是定子静叶240，且其也可以称为SO静叶，因为它们是SO级的一部分。接下来的一排转子翼型件/轮叶250可称为Rl翼型件或者Rl轮叶，因为它们是Rl级的一部分。Rl翼型件之后是SI定子静叶260，因为它们是SI级的一部分，等等。如果递送机构可前进通过喇叭口 110并到达目标轮叶或者静叶，以及递送检测工具来执行期望的检测操作，这将是合乎需要的。根据本发明的一方面，仅仅作为一个例子，Rl轮叶可经历不同类型的损伤，且可在不要求移除外壳的情况下到达该轮叶。参照图3，本发明的一个方面通过对于一次扫描使用不同的定向来扫描、光栅化或者扫掠超声波束312(相控阵超声波)以检测翼型件250的缺陷，解决了可以使用(gainaccess to)对机器部件(例如翼型件/轮叶250或静叶)的预成型(preform)的非破坏性原位测试的问题。在图3中可以看出，波束312的水平线314代表了与传感器探测器316垂直或者直接在其下方的声道。波束312的竖直线318代表了 90度波束扫描。翼型件250中示出的裂线/缺陷320表明了翼型件中的缺陷。从图3中可以看出，缺陷320只有在使用探测器316的操作者使用相对于垂直波束314大约50°的波束角的情况下才能看到。当传感器316和翼型件250相接触的表面322改变其定向的时候，波束312进入翼型件250的角度会改变，从而波束312扫描翼型件250里的所关注的区域324的角度将会相应改变。与本发明的设备和方法一起使用的相控阵传感器探测器316可以是由一系列的传感器组成的线性阵列探测器。这些传感器中的每个传感器都以预定的时间间隔触发，并以预定的时间间隔接收回超声波信号。这种预定的触发和接收是允许操纵波束312的相位调整(phasing)。每个传感器要求的超声波信号则由计算机处理，计算机编程为以便给出被检测的所关注的区域324的复合视图。为了从轮叶250的轮叶表面322上检测轮叶250，必须首先确定保持所关注的区域324在视线范围内所需要的角度范围。然后设置好扇区扫描或者扫掠，其由所关注的区域的检测所需要的角度组成。在检测期间，整个所关注的区域324可在测试没有中断的情况下被监控。并且，通过使用超声波相控阵扇形扫描，接近受到限制的机器中的部件(诸如翼型件)可在不拆卸包含翼型件的机器的情况下容易地被检测。这是因为本发明的检测方法不要求完全拆卸机器来通过物理方法接近所有的所关注的区域。通过使用相控阵波束，操作员在一次扫描中可以看见所有的所关注的波束角。这允许检测区域324有更完整的视图，并且减少测试偏差。根据本发明的一个方面，图4示出了设备400的透视图，其可用来在原位检测涡轮机组(例如，压缩机)。设备400包括连接到管或者杆420的把手410。优选地，杆(或管)420至少可以部分地弯曲或者延展，使得它可以弯成合适的或者要求的形状，以匹配在压缩机级中的轮叶和静叶的周围(且避免与其接触)。管420连接在含有传感器探测器的末端执行器430上。把手410可包括圆形底部412，在其里面可插入并固定管420的一端。例如，固定螺钉(没有显示)可穿过圆形底部和/或管420来将把手410固定在管上。操作员操纵把手410来操纵设备通过压缩机的不同级的静叶和轮叶。根据本发明的一方面，图5示出了末端执行器430的透视图。末端执行器包含机架510，其具有基本三角形的形状，且该机架510与压缩机轮叶或者静叶的曲面限定了稳定的平台。机架510还包括容纳磁体514的三个圆柱形壳体512 ;和低摩擦接触点516，其
由低摩擦材料制成或者含有低摩擦涂层。磁体514(或者磁性元件)提供末端执行器430和压缩机轮叶间的吸引力，且这种吸引力帮助操作者在检测程序期间保持末端执行器和轮叶之间的接触。低磨擦涂层或者低磨擦材料可由聚四氟乙烯(PTFE)或者任何其它的合适的低磨擦材料(其降低磨擦并有助于末端执行器430沿着压缩机轮叶或者静叶的曲面的移动)形成。末端执行器430通过杆联接器520连接到杆420。杆420的一端可通过压配、固定螺钉或者任何其它合适的保持方式而保持在杆联接器中。末端执行器430还包括附连在机架510上的弹簧加载的悬挂装置。弹簧加载的悬挂装置包括轭状物540、弹簧542和螺钉544。弹簧加载的悬挂装置为探测器530和楔块构件535提供俯仰和滚动运动，以便它能在扫描所关注的区域来进行检测期间与压缩机轮叶保持恒定和均匀的接触，并提供力来将轭状物540压向轮叶。楔块构件535可通过两个螺钉541安装在轭状物540上，螺钉担当楔块构件535的枢轴接头。该枢轴接头定位成使得来自弹簧加载的悬挂系统的负载被引导成与楔块构件535的必须与轮叶紧密接触的区域成直线。这个悬挂系统强迫楔块紧紧地且直接地(squarely)压靠在轮叶上一即使当机架沿轮叶的宽度滑动且曲率在楔块构件的下面改变。楔块构件535可由允许传输超声波信号的材料形成，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或者交联的聚苯乙烯，并且具有圆形底部536来配合抵靠平台的轮叶的曲率，并提供合适的偏移来使非破坏性测试(NDT)信号(例如，超声波信号)以相对于待检测的区域合适的角度和距离进入部件或者轮叶。楔块构件535还可以和超声波耦合媒介导管550连接，该导管可沿着杆420传送回到超声波耦合媒介源(没有显示)。楔块构件535可具有连接到超声波耦合媒介供应导管550的超声波耦合媒介输入(未显示)和一个或者多个超声波耦合媒介输出538。超声波耦合媒介用来以超声波的方式耦合翼型件250和楔块535。可以使用任何合适的超声波耦合媒介或者凝胶体，且仅作为一个非限定性的例子，超声波耦合媒介可为由丙二醇、丙三醇和水中的一个或者多个组成的凝胶体。根据本发明的一个方面，图6示出了末端执行器430的顶视图。该末端执行器430通过枢轴接头610连接到杆联接器上。枢轴接头610允许末端执行器在附图的平面内(如弯曲箭头所示)向上或者向下枢转。弹簧加载的悬挂装置也允许轭状物移动。例如，在附图平面内，轭状物540的顶部可以移向左边，而轭状物540的底部可以移向右边。根据本发明的一方面，图7示出了末端执行器430的截面图。大体圆柱形的壳体512可具有由固定螺钉710固定的磁体514。同样，固定螺钉710还可用来将低磨擦接触点516保持就位。固定螺钉可以带有外螺纹，且这些外螺纹可以和圆柱形壳体512的内壁上的内螺纹相配合。偏移距离720使弹簧加载的悬挂装置提供向下的抵靠轮叶基部的力，并迫使楔块向下旋转。枢轴接头610可由穿过机架510的一部分的带肩螺钉730和杆联接器520的柄脚构成。根据本发明的一方面，图8示出了压缩机翼型件和静叶(为了清晰而省略了外壳)以及插入来对Rl转子轮叶进行检测的设备400的部分透视图。末端执行器430通过枢轴接头610附连到可弯曲的杆420上，且当检测在进行时，随着操作者沿着轮叶的基部来回滑动设备400，该枢轴允许用来保持三个点(由圆柱形壳体的端部/低摩擦点限定)与轮叶接触所必需的单个自由度。可弯曲的杆420允许操作者操纵机构进入压缩机并在磁引力(通
过磁体514)的帮助下将其置于轮叶上。杆420的预先成型的形状可特别地设计，使得操作者可以对末端执行器430提供控制运动，以在不用接触操作者和待检测的轮叶之间的不同的轮叶/静叶的情况下覆盖所有的所关注的区域。可弯曲的杆420在带圆形底部412的把手410的帮助下来操纵，以允许设备400和末端执行器430随着待检测区域的几何形状沿着轮叶的平台改变而自由转动。本书面描述用实例公开了本发明，包括最佳模式，并且还使本领域内的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或者系统以及执行任何结合的方法。本发明的可得到专利保护的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求的文字语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性差别的等效的结构元素，则这样的其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种适于检测涡轮机组的部件(250)的设备(400)，所述设备包括 末端执行器(430)，包括 与所述部件的曲面限定稳定的平台的机架(510)； 附连在所述机架上的弹簧加载的悬挂装置(540)； 连接在楔块构件(535)上的探测器(530)，所述探测器和楔块构件连接在所述弹簧加载的悬挂装置上； 其中，所述探测器配置成通过使信号穿过所述楔块来在原位检测所述部件。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述探测器(530)是能够发送和接收超声波信号的超声波传感器。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述机架(510)进一步包含具有三个大致圆柱形壳体(512)的大致三角形的机架，所述大致圆柱形壳体各具有用于接触所述部件的曲面的大致半球形的接触点(516)。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述三个大致圆柱形壳体中的每个壳体进一步包括 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触点(516)中或者位于其之上； 其中，所述磁性元件提供吸引力来帮助操作者保持所述末端执行器和所述部件之间的接触，且所述低磨擦材料有助于所述末端执行器沿所述部件的曲面的移动。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述低磨擦材料是聚四氟乙烯(PTFE)。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括 连接在所述末端执彳丁器上的可弯曲的杆(420)； 附连在所述可弯曲的杆上的把手(410);以及 其中，所述机架通过枢轴连接和杆联接器连接在所述可弯曲的杆上。
7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述末端执行器还包括 轭状物(540)，其连接在所述弹簧加载的悬挂装置和所述探测器以及楔块构件上，所述轭状物通过枢轴连接而连接到所述楔块构件上。
8.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述楔块构件还包括 圆形底部(536)，其构造成以便配合所述部件的曲率并提供一定的偏移，以便信号以相对于所关注的区域预定的角度和距离进入所述构件。
9.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述末端执行器还包括 连接在所述楔块构件上的超声波耦合媒介供应导管(550)； 其中，所述超声波耦合媒介供应导管供应超声波耦合媒介，且所述楔块构件包括连接在所述超声波耦合媒介供应导管上的超声波耦合媒介输入以及有助于所述楔块构件和所述部件之间的超声波耦合的超声波耦合媒介输出。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述超声波耦合媒介是包括丙二醇、丙三醇和水中的至少一种的凝胶体。
11.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述涡轮机组是压缩机和燃气涡轮中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述涡轮机组是压缩机，且所述部件是轮叶和 静叶中的至少一种。
全文摘要
提供了一种用来在原位检测涡轮机组的部件(250)的设备(400)。该设备(400)包括末端执行器(430)，其具有与部件的曲面限定稳定的平台的机架(510)；附连在机架上的弹簧加载的悬挂装置(540)；以及连接在楔块构件(535)上的探测器(530)，其中探测器和楔块构件连接在弹簧加载的悬挂装置上。该探测器配置成通过使信号穿过楔块来检测部件。
文档编号G01N29/28GK102879467SQ20121024258
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者D.基尼奥内斯, D.L.班诺维茨, G.W.D.路易斯, T.E.莫尔登豪尔 申请人:通用电气公司