DISPOSITIVO DE MEDICION DE LOS PARAMETROS DE UN ROTOR DE ALABES Y PROCEDIMIENTO DE MEDICION CON DICHO DISPOSITIVO.

Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes y procedimiento de medición con dicho dispositivo,

que consta de un elemento (1), en el cual se disponen opuestamente al menos una cámara de alta velocidad (2) y un emisor de haz de luz (3), incorporándose dicho elemento (1) en un soporte móvil que permite ajustar la distancia con respecto al rotor (4) objeto de la medición, y en conexión del conjunto con un procesador (8) de control del proceso de la medición y procesamiento los datos que se obtienen

Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes y procedimiento de medición con dicho dispositivo.

Sector de la técnica

La presente invención esta relacionada con la medición de los diferentes parámetros a controlar de un rotor proponiendo un dispositivo que mediante una cámara digital de alta velocidad realiza tanto la medición de las puntas de los alabes como de los seals a alta velocidad para realizar un correcto rectificado de los mismos.

Estado de la técnica

Para mejorar la eficiencia de una turbina hay que fijar la atención en todos los mecanismos que pueden dar lugar a pérdidas. En este sentido la distancia existente entre las paredes del estator y los álabes del rotor (compresor) es uno de los principales factores que determinan la eficiencia del motor.

De entre los diferentes métodos que se han desarrollado para mejorar la distancia de los álabes, el más importante es el proceso de rectificado durante la fabricación o mantenimiento del motor. Para rectificar los álabes a la dimensión adecuada estos deben ser medidos en función de las especificaciones del rotor del motor, de manera que aquellos que no se encuentren dentro de tolerancias deben ser sustituidos o reciclados para ser sometidos a un proceso de rectificado que los deje en las dimensiones requeridas.

En este sentido se conocen en el Estado de la Técnica diferentes métodos de rectificado, entre ellos el más antiguo pasa por realizar un rectificado de manera manual mientras el rotor se encuentra parado. Sin embargo dada la movilidad de los álabes, los cuales no alcanzan su posición real hasta que el rotor no se encuentra en movimiento, el rectificado manual conlleva a múltiples errores de dimensionado.

En este sentido la Patente alemana DE 24 482 19 de Siemens Aktiengesellschaft solicitada el 7 de Octubre de 1974, describe un método para la medición de las puntas de los álabes del rotor de una turbina.

Este aparato mide la altura del álabe en el rotor mientras que éste gira, para lo que implementa un emisor de un haz de rayos láser. Este haz de rayos láser emitido, es desviado reflejándose en el final del álabe a medir, de manera que mediante un circuito de análisis electrónico se determina la altura del álabe.

Sin embargo para que la medición sea correcta es necesaria una sincronización de la parada del álabe del rotor con la emisión del haz láser desviado, y de éstos con el circuito de análisis, lo cual resulta muy complejo y costoso.

En la Patente americana US 4 566 225 de Societe Nacionale d'Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation solicitada el 18 de Abril de 1984, se describe a su vez un proceso y un aparto para la medición de los álabes de un rotor de una turbina que permite la medición de álabes de la turbina individualmente mediante el uso de un haz de rayos láser controlado estroboscópicamente.

El dispositivo incorpora la emisión de un haz de rayos láser que tiene una altura predeterminada dirigida tangencialmente a través del rotor de la turbina en una dirección generalmente perpendicular a su eje de rotación, de manera que las puntas de los álabes se extienden al menos parcialmente dentro del haz.

Una célula fotoeléctrica está dispuesta en el campo del haz, en el sitio opuesto del rotor de la turbina, de forma que puede recibir la porción del haz de rayo láser que no ha sido oscurecida por la presencia de la punta del álabe de la turbina. Esta célula fotoeléctrica genera una señal eléctrica basada en la intensidad luminosa del haz de rayo láser, que es enviada a un grabador-analizador que graba y muestra la altura del álabe.

El proceso utiliza también unos medios de control estroboscópicos conectados al aparato láser, de manera que cada álabe puede ser medido independientemente.

La Patente ES 2 253 692, del mismo solicitante de la presente invención, describe una máquina rectificadora de un rotor que dispone de un sistema óptico de medición del radio de los álabes durante la operación de rectificado.

Esta máquina comprende un sensor óptico alineado según un eje de referencia con la etapa del rotor y la muela de rectificado que está trabajando y un instrumento de medida (como por ejemplo un ordenador) que transmite una señal representativa de la alineación de la muela y de la medida obtenida del radio a la unidad de control.

El sensor óptico comprende una fuente de luz, que emite un haz colimado, y un fotodetector electrónico, dispuestos ambos en dos brazos opuestos de un soporte en forma de arco de mayor circunferencia que las etapas del rotor. Los brazos se sitúan abarcando la etapa del rotor que se rectifica.

El haz colimado ilumina en su totalidad los álabes que en su rotación pasan por la fuente y el fotodetector, recibiendo este último una imagen de sucesivos claros y oscuros de intensidad de luz correspondiente al cruce de cada álabe con el haz. Esta información es transmitida al ordenador que la combina con una señal de la velocidad del rotor para su posterior procesamiento en la unidad de control.

El principal inconveniente de estas soluciones recogidas en el Estado de la Técnica es la complejidad de desarrollo del sensor óptico que se encuentra en el sistema de medición y la complejidad que entraña el procesamiento de las señales obtenidas, lo cual hace que el sistema de medición resulte lento y costoso.

Por otro lado, la medición de determinados parámetros del rotor como por ejemplo los "seals" o sellos que definen unas juntas móviles que se cierran con el estator y evitan que el aire no vaya por su camino, resulta una medición muy complicada debido a que los "seals" tienen un tamaño muy reducido, con lo que la detección del cambio de intensidad en la luz no se detecta, y debido a que los "seals" realizan un movimiento basculante que obliga a realizar la medición cuando éstos se encuentran expandidos por la velocidad del rotor. Por esta causa precisan de una medición muy exacta además de una localización previa de su ubicación, ya que un cierre entre el rotor y el estator demasiado grande determina un contacto demasiado grande que puede generar un calor excesivo e incluso producir un incendio.

Objeto de la invención

De acuerdo con la presente invención se propone un dispositivo de medida de los parámetros de un rotor que gracias a sus características constructivas y/o funcionales resulta realmente ventajoso frente a las soluciones convencionales para la misma aplicación.

La invención consiste en un dispositivo de medición de las dimensiones de cualquier elemento que gire a alta velocidad, como por ejemplo los álabes o los "seals" de un rotor.

El dispositivo está constituido por un medidor, un procesador y un encoder ubicado en el eje del rotor. El medidor se constituye a su vez por un emisor de haces de luz y una cámara digital de alta velocidad, colocados cada uno de ellos en un brazo de la estructura del mencionado medidor.

En este sentido, para la medición de los álabes de un rotor, cuando el rotor se encuentra en movimiento el encoder va captando el número de vueltas que realiza, mientras que el emisor de haces de luz emite un haz que al paso de los álabes permite que la cámara digital de alta velocidad capte una variación en la luminosidad emitida componiendo la imagen a partir de líneas individuales de pixeles que se capturan secuencialmente a una determinada frecuencia, portando cada pixel información sobre la luz recibida por la cámara.

A partir de la evolución temporal de los datos captados se obtiene una curva de movimiento de los álabes, que una vez procesada da una señal de la que se obtiene una lista de las medidas de cada uno de ellos. Esta señal se compara con una tabla de dimensiones del radio teórico del rotor que se está midiendo, obteniéndose las desviaciones existentes.

Como ya se ha indicado anteriormente, otro de los parámetros del rotor a medir son los "seals", los cuales son unas juntas que se cierran con el estator y evitan el paso de aire por zonas por las que no debe circular, debiendo ser el cierre entre el rotor y el estator perfecto.

Los "seals" tienen forma de aro o anillo y presentan unas puntas que suelen ser medidas para su rectificado, estas puntas son de medición complicada puesto que además de tener un tamaño muy reducido, los anillos presentan un movimiento basculante que implica que para realizar las mediciones el rotor se encuentre en movimiento.

Debido al bandeo de los anillos, puede...

1. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, para realizar mediciones en rotores de motores de aviación o de generación de energía a alta velocidad, caracterizado porque consta de un elemento (1) con forma en "C", disponiendo en oposición, en uno de los extremos al menos una cámara de alta velocidad (2) y en el otro extremo un emisor de haz de luz (3), estableciéndose ese elemento (1) ubicado frente al rotor (4) sobre el que se vayan a realizar las mediciones, en un soporte móvil (5) que permite ajustar la distancia existente entre el elemento (1) y el rotor (4), en función del tipo de rotor (4) cuyos parámetros se vayan a medir, y en conexión del conjunto con un procesador (8) de control del proceso de medición y de procesamiento de los datos obtenidos.

2. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la primera reivindicación, caracterizado porque la cámara de alta velocidad (2) es una cámara de línea de alta velocidad.

3. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la primera reivindicación, caracterizado porque en el eje (6) del rotor (4) sobre el que se realizan las mediciones se coloca un encoder (7) o un detector de paso de vuelta o giro, conectado al procesador (8), que proporciona la posición angular en la que se encuentra el parámetro a medir.

4. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la primera reivindicación, caracterizado porque el procesador (8) va conectado tanto a la cámara de alta velocidad (2) como al sensor emisor del haz de luz (3).

5. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la primera y cuarta reivindicaciones, caracterizado porque el procesador (8) dispone de un digitalizador (10) que realiza la transferencia de los datos que se obtienen en la medición al procesador (8), y una memoria (11) que permite almacenar las características reales de los diferentes tipos de rotores (4) existentes en el mercado.

6. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la primera reivindicación, caracterizado porque según otra realización se prevé la incorporación de dos cámaras (2) de alta velocidad, una de ellas orientada en sentido axial y la otra en sentido transversal, y junto al emisor (3) del haz de luz un divisor de haz ("beam-splitter"), de manera que se realizan simultáneamente tanto mediciones de los álabes (9) como de los "seals" (16, 17 y 18) del rotor (4) a medir.

7. Dispositivo de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la primera reivindicación, caracterizado porque según una realización se prevé la incorporación de una cámara de área como cámara (2) de alta velocidad de forma que se realicen mediciones simultaneas tanto en sentido axial como transversal al eje (6) del rotor (4).

8. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes con el dispositivo de la primera reivindicación, caracterizado porque en función del parámetro a medir, el elemento (1) constitutivo del dispositivo medidor se orienta en sentido axial al eje (6) del rotor (4) a medir o en sentido transversal a dicho eje (6) del rotor (4) a medir.

9. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava reivindicación, caracterizado porque cuando el elemento (1) del dispositivo medidor se encuentra orientado en sentido transversal al eje (6) del rotor (4), se miden los álabes del rotor (4).

10. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava reivindicación, caracterizado porque cuando el elemento (1) del dispositivo medidor se encuentra orientado en sentido axial al eje (6) del rotor (4), se miden los "seals" del rotor.

11. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava y novena reivindicaciones, caracterizado porque para la medición de los álabes del rotor (4) se ajusta la distancia a la que se encuentra el elemento (1) del dispositivo medidor, orientado en sentido transversal, con respecto al eje (6) del rotor (4) en función del tipo de rotor (4) a medir.

12. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava y novena reivindicaciones, caracterizado porque en la medición de los álabes del rotor (4), la cámara de línea (2) se dispone de forma que ve el punto del álabe que se corresponde con el radio máximo teórico respecto del eje (6) del rotor (4) del álabe (9) a medir.

13. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava y novena reivindicaciones, caracterizado porque en la medición de los álabes del rotor (4), el emisor (3) de haz de luz proyecta un haz de luz hacia la cámara de alta velocidad (2).

14. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava, novena y undécima a decimotercera reivindicaciones, caracterizado porque en la medición de los álabes del rotor (4), la cámara (2) capta una imagen de claros- oscuros que se corresponde con la parte de luz que pasa y la que no pasa por la interposición de los álabes (9).

15. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava, novena y undécima decimocuarta reivindicaciones, caracterizado porque, en la medición de los álabes del rotor (4) a partir de la evolución temporal de las captaciones de la cámara (2) de alta velocidad, se obtiene una curva de movimiento de los álabes (9) que se transfiere mediante el digitalizador (10) al procesador (8) y que mediante un algoritmo de procesamiento del procesador (8) genera una lista de medidas de los diferentes álabes (9) del rotor (4) que se compara con las medidas teóricas del tipo de rotor (4) que se está midiendo guardadas en la memoria del mencionado procesador (8), obteniéndose los datos necesarios para el rectificado de los álabes (9).

16. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava y décima reivindicaciones, caracterizado porque para la medición de los "seals" del rotor (4), previamente se ajusta la distancia a la que se encuentra el elemento (1) del dispositivo medidor, orientado en sentido axial, con respecto al eje (6) del rotor (4), correspondiéndose la posición inicial del eje del elemento (1) con un radio de calibración, que es aquel en el que la línea de medición de la cámara de alta velocidad (2) detecta el objeto a medir.

17. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava, décima y decimosexta reivindicaciones, caracterizado porque para la medición de los "seals" del rotor (4), la medición parte del posicionamiento del eje del elemento (1) del dispositivo medidor en el radio mínimo en el que se detectan todos los "seals".

18. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según la octava, décima, decimosexta y decimoséptima reivindicaciones, caracterizado porque la distancia entre el eje del elemento (1) del dispositivo medidor y el eje (6) del rotor (4) se ajusta por cada medición en pequeños incrementos de posición (por ejemplo de unos 10 µm), obteniéndose diferentes imágenes correspondientes a las diferentes posiciones que ocupan los "seals" con respecto a la línea (19) de medición de la cámara (2).

19. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según las reivindicaciones octava, décima y decimosexta a decimooctava, caracterizado porque en la detección de los "seals" del rotor (4), mediante la cámara (2), los detecta por encima de la línea (19) de medición ("oversize"), por debajo de la línea (19) de medición ("undersize") o justo en la línea (19) de medición ("in size").

20. Procedimiento de medición de los parámetros de un rotor de álabes, según las reivindicaciones octava, décima y decimosexta a decimonovena, caracterizado porque la cámara (2) transmite al procesador (8) a través del digitalizador (10), para cada posición del eje del elemento (1) del dispositivo medidor, una lista de todos los "seals" que se encuentran en la línea (19) de medición ("in size"), una lista de aquellos que se encuentran bajo la línea (19) de medición ("undersize") y una lista de los que se encuentran sobre la línea (19) de medición ("oversize").