專利名稱：渦輪葉片疲勞壽命評估方法、渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置和渦輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪葉片疲勞壽命的評估方法，渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置和渦輪葉片。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)包括壓縮機(jī)、燃燒室、和渦輪(未圖示)。根據(jù)這種燃?xì)廨啓C(jī)，在壓縮機(jī)中壓縮的空氣提供給燃燒室，該壓縮空氣與另外供給的燃料混合并燃燒。在燃燒中產(chǎn)生的燃燒氣體提供給渦輪從而在渦輪中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力。
圖6表示上述渦輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例。如圖6所示，在渦輪中，成圓形設(shè)置在未圖示的轉(zhuǎn)子上的多個(gè)渦輪葉片1，與設(shè)置在轉(zhuǎn)子周圍的定子上的多個(gè)渦輪固定葉片2間隔設(shè)置在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線方向(圖6中的水平方向)上。并且形成了用于通過燃燒氣體的燃燒氣體流動(dòng)通道3。由此，從燃燒室進(jìn)入燃燒氣體流動(dòng)通道3的燃燒氣體使渦輪葉片1旋轉(zhuǎn)并且將旋轉(zhuǎn)力作用于轉(zhuǎn)子。該旋轉(zhuǎn)力使與轉(zhuǎn)子連接的發(fā)電機(jī)(未圖示)旋轉(zhuǎn)從而發(fā)電。
然而，在上述的燃?xì)廨啓C(jī)中，還沒有開發(fā)出用于定量評估和處理渦輪葉片1的疲勞壽命的方法；因此，如果蠕變?nèi)毕萃蝗话l(fā)生的時(shí)候，整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)會(huì)受到破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況提出的。本發(fā)明的目的是提供一種用于定量評估渦輪葉片的疲勞壽命的渦輪葉片疲勞壽命評估方法，提供一種適用于上述渦輪葉片疲勞壽命評估方法中的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，和提供一種將上述渦輪葉片疲勞壽命評估方法應(yīng)用其中的渦輪葉片。
為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下結(jié)構(gòu)。
即，本發(fā)明第一方面的特征是，在渦輪葉片疲勞壽命的評估方法中，如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變小于初始長度的0.5％，則確定渦輪葉片在其疲勞壽命之內(nèi)；如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變?yōu)槌跏奸L度的0.5％或更大，則確定渦輪葉片已經(jīng)超出其疲勞壽命。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在渦輪葉片疲勞壽命的評估方法中，通過采用充分低于2％，例如為0.5％的蠕變伸長應(yīng)變作為評估疲勞壽命的參考，可以迅速確定渦輪葉片的疲勞壽命，使得不會(huì)發(fā)生蠕變?nèi)毕?，與此相對，在現(xiàn)有的渦輪葉片中，當(dāng)由于強(qiáng)度的突然降低而蠕變伸長應(yīng)變超出2％時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的特征是包括第一固定端，連接在渦輪葉片的一端；第二固定端，連接在渦輪葉片的另一端；和測量裝置，用于測量第一固定端和第二固定端之間的間隔尺寸和基于預(yù)定基準(zhǔn)尺寸的間隔尺寸變化。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，在將第一固定端連接到渦輪葉片的一端和將第二固定端連接到渦輪葉片另一端的情況下，蠕變伸長應(yīng)變沒有發(fā)生的情況下預(yù)先測量初始狀態(tài)的渦輪葉片的長度。此外，在渦輪葉片運(yùn)轉(zhuǎn)了預(yù)定時(shí)期后也測量渦輪葉片的長度，并獲得在這種運(yùn)轉(zhuǎn)后的渦輪葉片的長度和上述初始狀態(tài)的長度之間的差別，從而可以精確獲得運(yùn)轉(zhuǎn)后的蠕變伸長應(yīng)變的值。
根據(jù)本發(fā)明第二方面的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的特征是，測量裝置設(shè)置在連接部分，該測量裝置連接第一固定端和第二固定端迫使第一固定端和第二固定端靠近，并且測量連接部分的伸長尺寸，從而測量渦輪葉片的蠕變伸長應(yīng)變。
采用根據(jù)本發(fā)明第三方面的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，僅通過將第一固定端連接到渦輪葉片的一端，并將第二固定端連接到渦輪葉片的另一端，連接部分自動(dòng)調(diào)整第一固定端和第二固定端之間的間隔使得成為最短距離。
根據(jù)本發(fā)明第四方面的渦輪葉片的特征是，渦輪葉片用于燃?xì)廨啓C(jī)，且在其上面標(biāo)明使用前的縱向初始尺寸。
采用根據(jù)本發(fā)明第四方面的渦輪葉片，不需花費(fèi)時(shí)間查閱如設(shè)計(jì)圖等記錄就可以獲得多個(gè)渦輪葉片中任一個(gè)的縱向長度。
采用根據(jù)本發(fā)明第一方面的渦輪葉片疲勞壽命的評估方法，可以定量評估渦輪葉片的疲勞壽命。其結(jié)果，可以防止在渦輪葉片中突然發(fā)生蠕變?nèi)毕荻鴮?dǎo)致整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)嚴(yán)重破壞的問題。
采用根據(jù)本發(fā)明第二方面的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，通過在運(yùn)轉(zhuǎn)前使用渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置來測量渦輪葉片的長度伸長，可以確定蠕變伸長應(yīng)變。因此，可以根據(jù)蠕變伸長應(yīng)變的值來定量估計(jì)在達(dá)到疲勞壽命前還剩余多少小時(shí)。
采用根據(jù)本發(fā)明第三方面的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，因?yàn)檫B接部分自動(dòng)調(diào)整第一固定端和第二固定端之間的間隔尺寸使其成為最小量，可以防止由于不同操作員的操作而引起的測量結(jié)果偏差。
采用根據(jù)本發(fā)明第四方面的渦輪葉片，因?yàn)椴恍杌ㄙM(fèi)時(shí)間查閱如設(shè)計(jì)圖等記錄就可以了解任何期望渦輪葉片的長度，所以能顯著降低為了進(jìn)行渦輪葉片疲勞壽命估計(jì)而測量蠕變伸長應(yīng)變的時(shí)間量。此外，可以預(yù)先防止由于例如錯(cuò)誤辨識(shí)產(chǎn)品號(hào)碼的疏忽而發(fā)生的錯(cuò)誤。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的正視圖。
圖2是沿圖1中箭頭A-A所示方向看的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的側(cè)視圖。
圖3是渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的局部放大圖。
圖4是本發(fā)明一個(gè)變形實(shí)施例的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的正視圖。
圖5是本發(fā)明另一個(gè)變形實(shí)施例的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的正視圖。
圖6是用于說明燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的視圖。
具體實(shí)施例方式
參照以下附圖對利用本發(fā)明渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置的渦輪葉片疲勞壽命評估方法的一個(gè)實(shí)施例，和利用上述方法進(jìn)行評估的渦輪葉片進(jìn)行說明。此外，這里所闡述的特定的結(jié)構(gòu)和功能說明僅為代表性的，并不限定本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的渦輪葉片在圖中沒有表示，是在包括壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪的燃?xì)廨啓C(jī)中構(gòu)成渦輪一部分的構(gòu)件。即，轉(zhuǎn)子沿軸向支撐從而可以在渦輪中旋轉(zhuǎn)，并且多個(gè)渦輪葉片固定在轉(zhuǎn)子周圍。此外，渦輪使在燃燒室產(chǎn)生的燃燒氣體進(jìn)入燃燒氣體流動(dòng)通道以膨脹。此外，通過吹動(dòng)燃燒氣體撞擊每一個(gè)渦輪葉片而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，燃燒氣體的熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)能以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。
圖1表示根據(jù)本實(shí)施例的渦輪葉片10。渦輪葉片10包括安裝在轉(zhuǎn)子上的內(nèi)罩板10a；外罩板10b，在內(nèi)罩板10a和外罩板10b之間的空間形成燃燒氣體流動(dòng)通道；和在內(nèi)罩板10a和外罩板10b之間形成的葉片部分10c。參考符號(hào)CL表示在渦輪葉片10寬度方向的中央的中央軸線。
如圖1所示，在渦輪葉片10的內(nèi)罩板10a的表面上，標(biāo)明在運(yùn)轉(zhuǎn)前的初始狀態(tài)下縱向長度L?？v向長度L是位于中央軸線CL處的內(nèi)罩板10a的外表面與外罩板10b的內(nèi)表面之間的直線尺寸。縱向長度L是在生產(chǎn)后的蠕變伸長應(yīng)變?yōu)?的情況下測量的(例如，圖1中，標(biāo)明“453.025”表示“L＝453.025mm”)。
在圖1和2中，參考數(shù)字20表示用于測量渦輪葉片10的蠕變伸長應(yīng)變的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置。渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20包括第一固定端21，連接在渦輪葉片10的內(nèi)罩板10a(一端)上；第二固定端22，連接在外罩板10b(另一端)上；連接部分23，連接第一固定端21和第二固定端22，并且在該方向上施加力，使得第一固定端21和第二固定端22更靠近；和度盤式指示器24(測量裝置)，用于測量第一固定端21和第二固定端22之間的間隔尺寸L。
第一固定端21是從側(cè)面看接近“L”形狀的金屬構(gòu)件，并且具有適合內(nèi)罩板10a的下游端部分形狀的接觸面。
第二固定端22是從側(cè)面看接近“L”形狀的金屬構(gòu)件，并且具有適合外罩板10b的下游端部分形狀的接觸面。參考數(shù)字22a是調(diào)整螺栓，用于在水平方向調(diào)整關(guān)于第二固定端22位置的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20的軸線20a。必要時(shí)通過對調(diào)整螺栓22a的位置進(jìn)行調(diào)整，可以調(diào)整渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20的軸線20a，使得渦輪葉片10的中央線CL與渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20的軸線20a平行。因此，可以處理渦輪葉片10的各種形狀。
連接部分23包括第一桿31，該第一桿31具有固定在渦輪葉片一端上的第一固定端21；和第二桿32，該第二桿32與在相同軸上的第一桿31的另一端連接，并且具有固定在渦輪葉片另一端上的第二固定端22。
如圖3所示，在第一桿31對應(yīng)第二桿32的連接部分，在軸線20a的方向形成深的凹部31a。在該凹部31a中包含一對直軸套31b和31c，和軸環(huán)31d。直軸套31b和31c是圓柱形構(gòu)件，彼此以預(yù)定的間隔固定在凹部31a中。軸環(huán)31d也是圓柱形構(gòu)件，設(shè)置在直軸套31b下面。
在第二桿32對應(yīng)第一桿31的連接部分，在軸線20a的方向形成深的凹部32a。在該凹部32a中，第一桿31的連接部分安裝在相同的軸以便滑動(dòng)，因此，連接部分23的整個(gè)長度是可以延伸的。
此外，在第二桿32的連接部分，安裝插入凹部31a中的軸32b。軸32b通過直軸套31b、31c和軸環(huán)31d插入，從而導(dǎo)向第二桿32在軸線20a的方向上朝向第一桿31滑動(dòng)。
軸32b的頂端插入壓縮彈簧32c作為施力構(gòu)件。壓縮彈簧32c的一端接觸軸環(huán)31d的底端。壓縮彈簧32c的另一端接觸在軸32b末端形成的彈簧制動(dòng)器32b1。因此，壓縮彈簧32c迫使第一桿31和第二桿32更加接近。
如圖3所示，度盤式指示器24包括安裝在第二桿32上的度盤式指示器單元24a；安裝在第一桿31上的接觸部分24b；和與接觸部分24b接觸的度盤式指示器單元24a的指針24a1。
通過當(dāng)?shù)谝粭U31和第二桿32之間的間隔增加和減小時(shí)，由于與接觸部分24b的接觸而導(dǎo)致的指針24a1的延伸，度盤式指示器單元24a可以精確測量第一桿31和第二桿32之間的間隔尺寸L。對于度盤式指示器單元24a，不僅可以使用測定作為絕對值的間隔尺寸L的測量表，也可以使用測量與預(yù)定的基準(zhǔn)尺寸(例如，初始狀態(tài)時(shí)的間隔尺寸L)相關(guān)的尺寸變化(差別)的測量表。
下面對渦輪葉片疲勞壽命的評估方法進(jìn)行說明，該方法利用具有上述結(jié)構(gòu)的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20。首先，在初始狀態(tài)的渦輪葉片10中，第一固定端21與內(nèi)罩板10a嚙合，當(dāng)?shù)挚褂蓧嚎s彈簧32施加的力而第一桿31和第二桿32之間的間隔延伸時(shí)，第二固定端22與外罩板10b嚙合。從而，壓縮彈簧32c自動(dòng)調(diào)整第一固定端21和第二固定端22之間的間隔使得最小化。因此，度盤式指示器單元24a自動(dòng)精確指示間隔尺寸L。初始狀態(tài)下的測量操作只需進(jìn)行一次，測量結(jié)果應(yīng)該優(yōu)選地在如上所述的渦輪葉片10的表面標(biāo)明。
當(dāng)在預(yù)定的時(shí)期以后，對運(yùn)轉(zhuǎn)后的渦輪葉片10進(jìn)行疲勞壽命評估時(shí)，利用如上述的相同方法進(jìn)行測量。通過獲得與初始狀態(tài)下的測量結(jié)果的差別，可以測定經(jīng)過預(yù)定時(shí)期后的運(yùn)轉(zhuǎn)后的蠕變伸長應(yīng)變。
當(dāng)評估上述蠕變伸長應(yīng)變時(shí)，優(yōu)選的是采用以下方法，如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變小于初始長度的0.5％，則確定渦輪葉片在其疲勞壽命之內(nèi)；如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變?yōu)槌跏奸L度的0.5％或更大，則確定渦輪葉片已經(jīng)超過其疲勞壽命。
在一般的渦輪葉片中，當(dāng)蠕變伸長應(yīng)變超過2％后，渦輪葉片在強(qiáng)度和斷裂方面迅速降低。因此，通過采用低于2％，例如為0.5％的蠕變伸長應(yīng)變作為評估疲勞壽命的基準(zhǔn)，可以確定渦輪葉片的疲勞壽命，使得渦輪葉片10的蠕變?nèi)毕莶粫?huì)發(fā)生。
同樣，通過在每一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)行這種測量操作，可以確定蠕變伸長應(yīng)變經(jīng)時(shí)間的變化。從而，根據(jù)該變化特性可以估計(jì)在達(dá)到疲勞壽命前還剩余多少小時(shí)。
根據(jù)利用這種渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20的渦輪葉片疲勞壽命評估方法，可以定量地估計(jì)渦輪葉片10的疲勞壽命。因此，可以防止在渦輪葉片中突然出現(xiàn)蠕變?nèi)毕?，而?dǎo)致整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)的嚴(yán)重破壞。
同樣，根據(jù)本發(fā)明，通過將初始狀態(tài)下的測量結(jié)果在渦輪葉片10的表面上標(biāo)明，在經(jīng)歷的測量中，不需要花時(shí)間查閱例如設(shè)計(jì)圖的記錄就能知道渦輪葉片的疲勞壽命。因此，可以縮減為了進(jìn)行渦輪葉片10的疲勞壽命評估而測量蠕變伸長應(yīng)變的時(shí)間。此外，由于將期望了解的測量結(jié)果在渦輪葉片的表面上標(biāo)明，可以防止以后由于例如錯(cuò)誤辨識(shí)產(chǎn)品號(hào)碼的疏忽而發(fā)生錯(cuò)誤。
參照圖4和5說明渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20的一個(gè)變形實(shí)施例。如圖4所示的變形例與上述實(shí)施例不同，特別在于，利用不同的方法將渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20安裝在渦輪葉片10上，且設(shè)置測微計(jì)40來代替度盤式指示器24。即，在該變形實(shí)施例中，通過三點(diǎn)支撐的方法支撐渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20，該方法利用第一固定端41，該固定端接觸內(nèi)罩板10a下游端的平坦的上表面；第二固定端42，該固定端具有一個(gè)尖端，該尖端插入在葉片部分10c的下游邊緣并且靠近外罩板10b形成的凹處10c1；和第三固定端43，該固定端位于第一固定端41和第二固定端42之間，使得與葉片部分10c的下游邊緣接觸。此外，由測微計(jì)40測量的測量結(jié)果可以由刻度標(biāo)記40a指示。
如圖5所示的渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20的變形實(shí)施例與上述實(shí)施例不同，特別在于，利用不同的方法將渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20固定在渦輪葉片10上，且設(shè)置測微計(jì)50來代替度盤式指示器24。即，在該變形實(shí)施例中，渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置20由下列部件支撐第一固定端51，該固定端具有尖端，該尖端插入在內(nèi)罩板10a的下游邊緣形成的凹處10a1；和第二固定端52，該固定端具有尖端，該尖端插入在葉片部分10c的下游邊緣并且靠近外罩板10b形成的凹處10c1。此外，由測微計(jì)50測量的測量結(jié)果可以由刻度標(biāo)記50a指示。
這里，優(yōu)選的是當(dāng)在上述實(shí)施例和變形實(shí)施例中考慮渦輪中熱膨脹的影響下進(jìn)行測量，可以得到更精確的結(jié)果。
即，在蠕變膨脹變形為零的第一次測量中，記錄渦輪葉片10壁中的溫度(優(yōu)選的是將以上縱向尺寸L和壁中溫度標(biāo)記在渦輪葉片10的內(nèi)罩板10a上)。然后，當(dāng)評估渦輪葉片10的疲勞壽命時(shí)測量壁中溫度和縱向尺寸L。只要壁中溫度與第一次測量的壁中溫度相等，就不必修正溫度。當(dāng)測量的溫度之間有差別時(shí)，需要考慮熱膨脹量來進(jìn)行修正。即，根據(jù)渦輪葉片10的原始數(shù)據(jù)來計(jì)算熱膨脹量從而確定需要的修正。此外，從縱向尺寸L的測量結(jié)果中減去該熱膨脹量；由此，可以使壁溫情況與第一次測量一致。如果每次都調(diào)整壁溫，根據(jù)第一次測量得到的溫度進(jìn)行測量也是可以的。在這種情況下，可以省略用來修正熱膨脹量的步驟。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片疲勞壽命評估方法，其中，如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變小于初始長度的0.5％，則確定渦輪葉片在其疲勞壽命之內(nèi)；如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變?yōu)槌跏奸L度的0.5％或更大，則確定渦輪葉片超過其疲勞壽命。
2.一種渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，包括第一固定端，連接在渦輪葉片的一端；第二固定端，連接在渦輪葉片的另一端；和測量裝置，用于測量第一固定端和第二固定端之間的間隔尺寸和基于預(yù)定基準(zhǔn)尺寸的間隔尺寸變化。
3.一種渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置，其中，測量裝置設(shè)置在連接部分，該連接部分連接第一固定端和第二固定端而迫使第一固定端和第二固定端更靠近，并且該測量裝置測量連接部分的伸長尺寸，從而測量渦輪葉片的蠕變伸長應(yīng)變。
4.一種燃?xì)廨啓C(jī)中的渦輪葉片，其中，將運(yùn)轉(zhuǎn)前的縱向初始長度標(biāo)明在其上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片疲勞壽命評估方法，該方法具有用來修正渦輪葉片溫度的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪葉片疲勞壽命評估方法，該方法伸長應(yīng)變具有用來修正渦輪葉片溫度的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的渦輪葉片疲勞壽命評估方法，該方法具有用來修正渦輪葉片溫度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種用于定量評估渦輪葉片的疲勞壽命的渦輪葉片疲勞壽命評估方法，如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變小于初始長度的0.5％，則確定渦輪葉片在其疲勞壽命之內(nèi)；如果渦輪葉片縱向的蠕變伸長應(yīng)變?yōu)槌跏奸L度的0.5％或更大，則確定渦輪葉片超過其疲勞壽命。渦輪葉片蠕變伸長應(yīng)變測量裝置(20)包括第一固定端(21)、第二固定端(22)和度盤式指示器(24)?？v向尺寸被標(biāo)明在渦輪葉片的表面上。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1517691SQ20041000243
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者弗里德里?！上Ｍ? 弗里德里希 澤希廷, 埃利斯, 查爾斯·埃利斯, 富田康意, 意, 吾, 德永有吾 申請人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社