用于测量叶片的径向积叠角度的工具、测量方法和叶片

技术领域

本发明大体上涉及用于叶片的径向积叠角度(radial stacking angle)测量。

背景技术

用语“积叠轴线”对于本领域的技术人员而言应当是已知的；总之，出于完整性的原因，在下文中阐述定义。旋转机器(特别是涡轮机)的旋转叶片可认为是沿与旋转轴线垂直的径向方向一个积叠在另一个顶部上的多个叶片区段的组合。连接各区段的重心的线限定积叠轴线。

叶片的其他元件为前缘和后缘，前缘是翼型件的前部分，后缘是翼型件的后部分。叶片从接近毂(通常在毂附近)的第一端处的根部径向向外延伸至远离毂的第二端处的围带(shroud)。径向轴线是从毂的中心向外延伸的轴线。所谓柱状叶片的积叠轴线通常应当与径向轴线重合。然而，用于制造叶片和在组装过程期间对叶片施力的机器的公差可引起叶片的偏离径向(out-of-radiality)积叠。

图1A和1B示出了两个不同类型的偏离径向积叠。在图1A中，由于叶片1的围带4的制造程序中的公差，故存在围带自身材料的过量。例如，如果制造围带的角度略大于计划角度，则此情形可发生。径向轴线用基准R指示，同时积叠轴线用基准S指示。两个轴线未对准，同时如所述的，应当重合。因此，在图1A的情况中，需要校正该缺陷，例如，铣削围带，以给予其正确的角度。

图1B示出了由根部18的错误(因公差引起的)制造引起的偏离径向积叠所影响的叶片。该状态形成积叠轴线S相对于径向轴线R的未对准。值得注意的是，在图1B的情况中，两个轴线的未对准与图1A的情况相反。

因此，由叶片经历的未对准引起的离心应力可以是较大的，从而产生相当大的磨损。叶片的设计趋于寿命的延长。在具有如下叶片的机器中，如果径向平行度不正确，则可增大叶片的设计应力，且可降低安全系数，该叶片具有径向地定向的直的积叠轴线。

因此，重要的是测量积叠的角度量，以便执行所需的校正。用于该类型的测量，已知使用仅一个简单的径向标尺；总之，此种标尺仅可与具有与径向平行的切向侧部的叶片一起使用，因为可在叶片上发现和绘制基准径向矢量。此外，此种标尺不给予偏离径向积叠的定量值，而是仅给出定性估计，因为测量仅通过眼睛来执行，而不借助于测量刻度。迄今为止，当叶片没有任何平行于径向的切向侧部时，用于积叠角度量的定量测量的工具或方法是不可用的。因此，需要提供用于定量地测量叶片(特别是用于叶片的任何形状)的径向积叠角度的工具，。

发明内容

通过偏离径向的测量，以简单且可靠的方式提供直叶片的积叠轴线的测量工具和对应的测量方法二者，可能以正确的方式对叶片执行所需的校正。

根据第一示范实施例，存在测量轴流式旋转机器的柱状叶片的径向积叠角度的工具；叶片从毂的表面径向向外延伸；该工具包括：底座，其构造成指示毂的径向方向；构件，其能够在叶片上滑动且构造成指示柱状叶片的积叠方向；基准元件，其提供基准刻度；设定元件，其构造成设定该构件相对于底座的位置；标记元件，其构造成使用基准元件来指示积叠方向与径向方向之间角度的大小；该角度对应于径向积叠角度。

根据第二示范实施例，存在使用工具来测量轴流式旋转机器的柱状叶片的径向积叠角度的方法；叶片从毂的表面径向向外延伸；根据该方法，依照径向方向布置工具的第一构件，然后依照叶片的积叠方向布置工具的第二构件，且最终检测第一和第二构件的相对位置。

根据第三示范实施例，存在旋转机器的包括围带的柱状叶片，其中，围带具有至少一个孔(具体而言是盲孔)或至少一个销(具体是突出的销)，以用于接收指示柱状叶片上的径向基准的器件；该孔或销设计成与工具协作来测量柱状叶片的径向积叠角度。

附图说明

根据应结合附图考虑的示范实施例的以下描述，本发明将变得更清楚，在附图中：

图1A示出由第一类型的偏离径向积叠影响的叶片；

图1B示出由第二类型的偏离径向积叠影响的叶片；

图2示出具有柱状叶片的毂的一部分，其中一个叶片设有插入围带中的销以测量径向积叠角度；

图3示出测量径向积叠角度的工具的一些构件；

图4示出测量径向积叠角度的工具的第一实施例；

图5示出测量径向积叠角度的工具的第二实施例；

图6示出处于第一位置以执行第一测量步骤的测量径向积叠角度的工具；

图7示出处于第二位置以执行第二测量步骤的测量径向积叠角度的工具；

图8示出处于图7的第二位置但执行第三测量步骤的工具。

具体实施方式

示范实施例的以下描述参考附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。

遍及说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构、或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”遍及说明书在各种位置中的出现不一定指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。

如图4和5中所示，测量径向积叠角度的工具的实施例包括径向标尺6和测量标尺7。其他附图示出了工具的部分的放大视图，具体而言是在测量程序期间。

图2示出了从毂3径向地延伸的多个柱状叶片1。各叶片从毂3处的燕尾件18延伸至围带4。基准2指示了该(和各)叶片1的后缘，且基准17指示了该(和各)叶片1的前缘。在叶片的围带4上形成基准。所述基准限定从毂3延伸且行进至叶片1的径向轴线R。在一个实施例中，该基准是通过盲孔而获得的，该盲孔是在围带4的面上钻取的，该面位于相对于叶片所处平面正交的平面上。因此，可测量叶片的积叠轴线相对于径向轴线R之间的角度。在一个实施例中，销5插入围带4中的孔中。因此，径向轴线R经过销5。以此方式，可能参照轴线R来找出叶片1的积叠轴线S，且因此计算这两个轴线之间的角度量。

图3示出了处于测量位置的径向标尺6。在该位置中，其位于毂3的表面上，且与所述销5接触。在一个实施例中，径向标尺6包括附接到底座6c的平坦本体6a。平坦本体6a(沿径向轴线R的方向)垂直于底座6c。径向标尺6借助于底座6c而位于毂3上。在一个实施例中，底座6c构造成与毂3的柱状表面切向地接触，且以稳定的方式位于毂3上。此外，(如图5中更可见的)底座6c具有沿纵轴线的细长形状，且其形状相对于在其中心点处与纵轴线垂直的平面对称。底座6c的两个相应的相反端部处存在处于两个底脚的形式的两个凸出元件。底座6c借助于这两个底脚与毂3接触。以此方式，径向标尺6在毂3上的各测量位置使径向轴线R个性化。

径向标尺6的本体6a在相对于底座6c的纵轴线垂直的平面上竖直地延伸，且具有基本上平坦的形状。本体6a包括侧部边缘6b，该侧部边缘6b开始与销5接触。侧部边缘6b相对于底座6a垂直，且确定从毂3延伸的径向轴线。当使径向标尺6与销5接触时，与销5接触的侧部边缘6b的线确定径向轴线R，该径向轴线R应当与测量下的叶片的积叠轴线对应。

在测量位置，径向标尺6与销5且与毂3接触，但不与叶片1的翼型件直接接触。在一个实施例中，平坦本体6a设有多个平行线60，平行线60相对于径向方向倾斜。这些平行线60可画在平坦本体6a的表面上，或铣削在其上。

图4示出了测量工具，其中径向标尺6和测量标尺7分别安装在毂3和叶片1上。为了简单起见，在图4中示出仅一个叶片1；通常，多于一个的叶片存在于毂3上。测量标尺7与叶片1的后缘2接触，且位于径向标尺6上。测量标尺7包括位于其最下方区域中的第二节段；该节段包括具有基准标记13的第一基准部分10，基准标记13用于设定测量标尺7相对于径向标尺6的位置。

在一个实施例中，测量标尺7包括第二基准部分11，第二基准部分11又包括两个平行侧部，其中，具有两个标记的标记元件14分别具有第一分度刻度14a和第二分度刻度14b，它们依照第一节段9的倾斜而一个相对于另一个偏移。在一个实施例中，第一分度刻度14a适于指示径向积叠角度的整数值，且第二分度刻度14b适于指出径向积叠角度的小数值。此外，测量标尺7设有与所述两个分度刻度14a,14b相关的第二基准部分11上的符号基准14c，且适于指出由所述分度刻度14a,14b指出的值的符号。具有其标记的标记元件14将与基准标记13对准。

在一个实施例中，测量标尺7还包括：第一侧部8，其适于与叶片1的后缘2抵接；在第一下端处的第一基准部分10；第二上端处的第二基准部分11；接合部分9，其连结第一基准部分10、第二基准部分11和第一侧部8。第一侧部8沿与叶片1相同的方向竖直地延伸。接合部分9根据与线60平行的倾斜方向延伸。如图4的放大视图A中所示，接合部分9以角度A1倾斜，且线60又以角度A2倾斜。角度A1和角度A2相等。根据工具的构造要求，且根据叶片的特定几何形状，该角度可为较宽的范围。

第一基准部分10和第二基准部分11以相对于第一侧部8的方向基本上垂直的方式水平地延伸。优选地，第一侧部8的与后缘2抵接的面具有平坦形状；以此方式，在第一侧部8与后缘2之间存在完全接触。

测量标尺7借助于第一侧部8与叶片1的后缘2接触，且可逆地紧固到径向标尺6。具体而言，测量标尺7可逆地紧固到径向标尺6的本体6a。在一个实施例中，测量标尺7包括在其下端处的一对磁体15，以实现该可逆的紧固。基准标记13实现在测量标尺7的第一基准部分10上。基准标记13适于确定测量标尺7与平行线60的正确对准，且因此确定叶片1的积叠角度量，如随后将更清楚的。在一个实施例中，基准标记13为线，该线是通过以与径向标尺6上的线60和接合部分9相同的倾斜角度(即，角A1和A2)绘制或铣削而实现的。

测量刻度14实现在第二基准部分11上。测量刻度14适于确定叶片1的积叠角度量。在一个实施例中，所述刻度14包括第一刻度14a和第二刻度14b，第一刻度14a适于提供积叠角度的整数部分，第二刻度14b适于提供积叠角度的小数部分。积叠角度(整数部分和小数部分二者)是参照平行线60测量的，如随后将更清楚的那样。

因此，在一个实施例中，积叠角度的完整的读取是通过读取用于整数部分的第一刻度14a和用于小数部分的第二刻度14b来获得的。

如所述的，测量标尺7可逆地紧固到径向标尺6，且通过其第一侧部8与叶片1的后缘2抵接。该构造允许测量标尺7能够沿叶片1的积叠轴线S移动，且因此相对于径向标尺6上的线60来测量积叠角度的量。

图5示出了测量径向积叠角度的工具的另一实施例。如可见的，多个叶片1存在于附图中。指派该工具来每次测量(多个中的)一个叶片的积叠角度。值得注意的是，与测量下的叶片(在图中用基准1m指示)邻近的叶片不干扰测量程序。实际上，工具和叶片1沿两个平行且间隔的平面竖直地延伸，这些平面又垂直于毂旋转轴线。以此方式，执行以进行测量的操作，即，将径向标尺6放到毂3的表面上，且将测量标尺固定到径向标尺6且以适当的方式与后缘2接触，不损伤邻近叶片。

图5的实施例与图4的实施例的不同之处在于磁体15的不同布置。在该实施例中，第一磁体插入第一基准部分10中，且第二磁体插入在第二基准部分11上。以此方式，紧固对于测量标尺的整个长度而发生。该构造在具有较大尺寸的工具的情况下可能是特别有利的，该具有较大尺寸的工具适于测量具有较大尺寸的对应叶片的积叠角度。

图6到8示出了处于不同位置的测量径向积叠角度的工具的实施例以便解释叶片1的径向积叠角度的测量方法的步骤。

图6示出处于第一位置的测量径向积叠角度的工具。

操作者确定待测量的叶片，即，图6中的叶片1；将销5放在围带4的孔上；然后将径向标尺6安装在毂3上，以便边缘6b与销5接触且最终将测量标尺7紧固在径向标尺6上，从而使第一侧部8与后缘2抵接。在该状态下，操作者检查基准标记13相对于线60的对准。为了对准，期望线60和基准标记13中的一者形成直线线段。如图中所示，测量标尺7不与毂3接触，而是在测量标尺7与毂3之间存在叶片1b的一部分。

在该图中，叶片1具有径向积叠角度。如放大视图B中所示，该状态可通过基准13与线60之间的失准而容易地认出。因此，操作者知道测量下的叶片1具有径向积叠角度，下一步骤集中于确定该角度的量，以采用适当的校正。

图7示出了处于第二位置的测量径向积叠角度的工具。在该第二步骤中，操作者已移动测量标尺7，以获得积叠角度的定量指示。

操作者已使基准13与线60中的一个对准。这是通过使测量标尺7根据由箭头S指示的方向移动而发生的，该方向对应于叶片1的积叠轴线。如图所示，在放大视图C中，测量标尺7的移动可在基准13与线60对准时终止。在此情况下，测量标尺7的移动是向上的；叶片2b的在测量标尺7与毂3之间的部分已略微增大。

图8示出了仍处于第二位置(如图7中)但在测量步骤的视图中的测量径向积叠角度的工具。

操作者必须读取第二基准部分11上的积叠角度。在一个实施例中，用于测量径向积叠角度的分度刻度包括：第一分度刻度14a、第二分度刻度14b和符号基准14c。

第一分度刻度14a适于提供径向积叠角度的整数值。第二分度刻度14b与第一分度刻度14a相关，且适于提供在第一刻度14a上读取的整数径向积叠角度的小数值。符号基准14c适于提供积叠角度的符号。优选地，第一分度刻度14a在第二基准部分11的接近毂3的第一部分处实现，第二分度刻度14b在第二基准部分11的远离毂3的第二相反部分处实现，且符号基准14c在第二基准部分11的第一和与第二部分之间的中心部分处。在一个实施例中，第一分度刻度14a为以相同的角度A1和A2倾斜的多个平行线段。各线段提供积叠角度的整数值。中心线段(图中的较高的一个)对应于0度的值。分别在中心线段处相邻的两个线段提供1度的值(该角度的符号借助于符号基准14c来表示，如随后将更清楚的)。相反端部处的两个线段提供2度的值(该角的符号借助于符号基准14c来指出，如随后将更清楚的)。第二分度刻度14b提供由第一分度刻度14a指出的整数部分的小数值。因此：中心线段(较高的一个)为0度的值。相邻且相对于中心线段对称的第一组两个线段指示具有0度的整数值的0.5度的值；因此，测得的总角度为0.5度。相邻且相对于中心线段对称的第二组两个线段指示具有1度的整数值的0.5度的值。因此，测得的总角度为1.5度。在相反端部处且相对于中心线段对称的第三组两个线段指示具有2度的整数值的0.5度的值。因此，测得的总角度为2.5度。在一个实施例中，符号基准14c包括与第一和第二分度刻度14a,14b的中心线段对准的中心位置的“0”。在“0”的左侧，存在利用“＋”指示的另一符号。记号“＋”指示，中心线段左侧的线段(第一和第二分度刻度14a,14b二者)为正的角度。在“0”的右侧上且相对于记号“＋”相反，存在利用“-”指示的另一记号。记号“-”指示，中心线段右侧的线段(第一和第二分度刻度14a,14b两者)为负的角度。

在图8中，积叠角度的读取以此方式进行：操作者检查基准14a的线段中的哪个与线60更为对准。如图中所示，利用14a指示的线段(中心线段之后的左侧上的第一个线段)彼此与线60对准。该线段相对于符号基准14c在“＋”部分上。因此，积叠角度的整数部分为＋1度。小数部分是以类似的方式读取的。操作者检查基准14b的线段中的哪个与线60更对准。如图中所示，利用14b指示的线段(中心线段之后的左侧上的第一线段)为与线60更为对准的线段。因此，积叠角度的小数部分为＋0.5度。因此，径向积叠角度的值为＋1.5度。

在没有径向积叠角度的叶片中，两个中心线段都与线60中的一个对准。

取决于待测量的叶片的构造特征，可实现第一和第二分度刻度14a,14b以测量大范围的径向积叠角度。测得的角度的分辨率可据此变化。

一般来说，测量径向积叠角度的方法，其中，根据径向方向R布置工具的第一构件，具体而言径向标尺6的底座6c，然后根据叶片的积叠方向S布置工具的第二构件，具体而言测量标尺7，且最后，检测所述第一和第二构件的相对位置，即，定量地测量。

更具体而言，参看工具的实施例的附图，该方法包括以下步骤：a)定位器件(即，销5)，其指示径向基准；b)使第一构件(即，径向标尺6)与指示径向基准的器件接触；c)使第二构件(即，测量标尺7)与叶片的后缘或前缘接触；d)径向地滑动第二构件(7)，同时与叶片接触，直到第二构件(7)上的设定元件(13)与第一构件(6)上的基准元件(60)中的一个对准；和e)通过使第二构件(7)上的标记元件(14)与刚好和第二构件(7)的设定元件(13)对准的第一构件(6)的特定基准元件相关来读取角度。