CH698184B1 - Verfahren zur Inspektion der Schwalbenschwanzverbindungszapfen von einem Turbinenrad oder einer Turbinenschaufel auf Risse. - Google Patents

Abstract

Eine Ultraschallsonde (40) wird dazu verwendet, Schwalbenschwanzverbindungszapfen (13) von einem Turbinenrad oder einer Turbinenschaufel auf Risse in dem Material zu inspizieren, das die Bolzenlöcher (22) umgibt, und in die Bolzen (26) einführbar sind, welche die die Schaufeln und das Rad aneinander befestigen. Es braucht nur eine minimale Anzahl von Bolzen - beispielsweise einer von drei bezüglich des Turbinenrades radial aufeinander ausgerichteten Bolzen, mit denen die Schwalbenschwanz-Verbindungszapfen von Turbinenrad und -schaufeln aneinander befestigt sind - an jeder zweiten umfänglichen Position der Bolzen entlang des Rades herausgenommen zu werden. Eine phasengesteuerte Ultraschallsonde (40) wird in das vom Bolzen befreite Bolzenloch eingeführt und vollführt eine umfängliche Abtastung der Schwalbenschwanzverbindungszapfen, um Risse neben den Bolzenlöchern zu erkennen. Alternativ kann auch eine Sonde mit einem oder mehreren piezoelektrischen Ultraschallelementen, die einen oder mehrere radiale Ultraschallstrahlen erzeugen, mechanisch in dem Bolzenloch gedreht werden. Eine statistische Probennahme kann als Indikator für das Ausmass der Rissbildung verwendet werden. Somit wird eine In-situ-Inspektion ausgeführt, wobei keine Schaufeln vom Rad abgenommen werden müssen und wobei nur eine minimale Anzahl von Bolzen herausgenommen zu werden braucht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Inspektion der Schwalbenschwanzverbindungszapfen nach den Ansprüchen 1 und 3.

In Turbinen, beispielsweise Dampfturbinen, sind die Radkränze der Turbinenräder oft mit axial voneinander beabstandeten, sich ringförmig erstreckenden Zapfen versehen, die Schwalbenschwänze definieren, welche allgemein komplementär geformte einzelne Schwalbenschwanzverbindungszapfen aufnehmen, die sich an Schaufeln befinden, welche an dem Rad befestigt werden. Die Schwalbenschwänze von Schaufeln und Rad greifen ineinander ein, und wenigstens zwei, meist drei, Bolzenlöcher sind axial durch die Verbindungszapfen von Rad und Schaufeln entlang des Radkranzes des Rades aufeinander ausgerichtet, wobei die Bolzenlöcher an jeder Schaufelposition entlang eines Radius angeordnet sind. Die Bolzen werden axial in die aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher eingeschoben, um die Schaufeln am Rad zu befestigen. Es versteht sich, dass die Bolzen die radiale Belastung der Schaufeln an dem Rad aufnehmen. Im Lauf der Zeit und bei längerem Betrieb kann die radiale Belastung die Entstehung von Spannungsrissen an – oder in dem allgemeinen Bereich von – einem oder mehreren Schwalbenschwanzverbindungszapfen verursachen, insbesondere an den Bolzenlöchern in den Turbinenrad-Schwalbenschwanzverbindungszapfen. Die Spannungsrisse haben eine allgemein tangentiale Ausrichtung und breiten sich in der Regel umfangsmässig von den Bolzenlöchern ausgehend aus.

Mitunter verbinden sich die Risse mit angrenzenden Bolzenlöchern. Es versteht sich, dass die Bildung von Rissen an den Schwalbenschwanzverbindungszapfen des Rades und/oder der Schaufeln zum Ausfall der Schwalbenschwanzverbindung des Rades oder der Schaufeln, zum Verlust der Schaufel bei Drehzahl und zu Schäden an der Turbine und/oder dem Kraftwerk führen kann.

Die Industrie hat diese Möglichkeit des Turbinenausfalls erkannt. Darum werden periodische Inspektionen der Schwalbenschwanzverbindungszapfen des Rades und der Schaufeln vorgegeben. Periodische Inspektionen können natürlich in der Weise durchgeführt werden, dass man die Schaufeln vom Turbinenrad abnimmt. Um aber jede Schaufel oder auch nur Stichproben-Schaufeln vom Turbinenrad abzunehmen, nachdem die Turbine in Betrieb war, ist arbeits-, zeit- und somit kostenaufwändig. Überdies sind die Bolzen, mit denen die Schaufeln am Turbinenrad befestigt sind, oft ausserordentlich schwierig zu entfernen, um anschliessend die Schaufel vom Rad lösen zu können. In der Regel werden die Bolzen herausgehämmert, oder es wird eine Kartusche mit einer Sprengladung verwendet, um die besonders schwierig zu entfernenden Bolzen herauszuschiessen. Es wurden auch schon Bohr- und Elektroerosionsverfahren zum Entfernen der Bolzen angewendet. Nachdem die Bolzen und die Schaufeln vom Rad abgenommen wurden, können die Schwalbenschwanzverbindungszapfen inspiziert werden, beispielsweise mittels Magnetpulverprüfungstechniken. Nach der Prüfung müssen die Schaufeln und die Bolzen wieder am Rad befestigt werden. Es kann jedoch sein, dass einige Bolzen bei ihrer Herausnahme beschädigt wurden und ersetzt werden müssen. Ausserdem erfordert eine Magnetpulverprüfung eine Oberflächenvorbehandlung. Überdies ist ein erheblicher logistischer Aufwand in Form von Kränen, Ablageflächen und dergleichen erforderlich, um die Demontage, die Inspektion und das Wiedereinführen der Bolzen zur Befestigung der Schaufeln am Rad durchführen zu können. Somit ist ein Bedarf an einer zerstörungsfreien In-situ-Inspektion von Schwalbenschwanzverbindungszapfen zwischen Turbinenrad und -schaufeln entstanden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Demgemäss, und in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren zur In-situ-Inspektion von Material neben den Bolzenlöchern in den Schwalbenschwanzverbindungszapfen des Rades und der Schaufeln auf Rissbildung bereitgestellt, wobei nur eine minimale Anzahl an Bolzen entfernt wird und gar keine Schaufeln vom Rad abgebaut werden. Das heisst, es werden Bolzen aus den Bolzenlöchern in vorzugsweise regelmässigen Abständen um das Rad herum herausgenommen, beispielsweise an jeder zweiten Schaufel, und dann wird nur ein einziger, und vorzugsweise der mittlere, der drei Bolzen, mit denen die Schaufel am Rad befestigt ist, herausgenommen. Nach der Herausnahme der gewählten Bolzen wird eine Ultraschallsonde – mit entweder einem oder mehreren diskreten Elementen – oder alternativ eine phasengesteuerte Ultraschallsonde in die Bolzenlöcher eingeführt, um eine Rissbildung sowohl in umfangsmässig als auch radial benachbarten Bolzenlöchern zu erkennen. Im Fall einer Ultraschallsonde mit einem oder mehreren Elementen wird die Sonde mechanisch in den aufeinander ausgerichteten Bolzenlöchern sowie um die Achsen der aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher gedreht, wodurch eine vollumfängliche Abtastung des Materials um die aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher erfolgt. Die Ultraschalldaten werden dann auf die Erkennung von Rissen hin analysiert.

Im Fall einer phasengesteuerten Ultraschallsonde wird die Sonde von ihrer Grösse her auf die Bolzenlöcher abgestimmt, wodurch der Ultraschallstrahl elektronisch um den Umfang herum abgetastet werden kann, ohne dass die Sonde mechanisch bewegt werden muss, d.h. ohne Drehung der Sonde um die Achse des Bolzenlochs. Der Ultraschallstrahl kann auch auf verschiedene Entfernungen fokussiert werden. Die Position der Sonde kann kodiert und mit den Ultraschalldaten kombiniert werden, was eine präzise Bilddarstellung der Inspektionsdaten für die Analyse ermöglicht. Die Kombination der mechanischen Bewegung der Ultraschallsonde in axialer Richtung und der umfangsmässigen Drehung des Ultraschallstrahls durch Pulsen einzelner phasengesteuerter Elemente, d.h. piezoelektrischer Elemente, um den Umfang der Sonde herum mit entsprechenden Verzögerungen gestattet eine vollständige Abtastung des Materials um das Bolzenloch. Durch Synchronisieren der axialen Abtastung mit dem Ultraschall-Pulsieren kann ein durchgängiger schraubenförmiger Abtastungspfad erzeugt werden. Alternativ kann auch eine umfängliche Abtastung in einem axialen Abstand vorgenommen werden, und die Sonde kann dann schrittweise und wiederholt axial weiterbewegt werden, so dass mehrere Abtast- oder Indexierschritte entstehen, um das Material neben der axialen Länge des Bolzenlochs zu inspizieren. Es versteht sich, dass der Ultraschallstrahl auf diese Weise Rissbildungen erkennt, die sich neben dem Bolzenloch, das die Sonde aufnimmt, zu Löchern öffnen. Rissbildungen in dem Bolzenloch, das die Sonde aufnimmt, lassen sich mit einer anderen Prüftechnik, wie beispielsweise der Wirbelstromprüfung, feststellen, nachdem die Sonde wieder herausgezogen wurde. Infolge des oben Gesagten kann der Inspektionsprozess in situ vorgenommen werden, wobei nur eine minimale Anzahl an Bolzen aus den Bolzenlöchern entfernt wird und gar keine Schaufeln vom Turbinenrad abgebaut werden, aber dennoch eine hohe Empfindlichkeit der Erkennung von Rissen in den Schwalbenschwanzverbindungszapfen von Rad und Schaufeln gegeben ist.

Als eine weitere Technik kann das Inspektionsverfahren der vorliegenden Erfindung eine Stichprobennahme der Schwalbenschwanzverbindungszapfen in Intervallen um das Rad herum umfassen, die nicht ausreichen, um alle Risse zu erkennen.

Das heisst, die Ultraschall-Stichprobensonde könnte auch nur in weit voneinander beabstandeten Bolzenlöchern verwendet werden, so dass sie nicht in einer Position liegt, mit der alle Risse erkannt werden. Auf diese Weise lässt sich eine statistische Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung ermitteln, beispielsweise nicht vorhandene, sehr niedrige, hohe Wahrscheinlichkeit oder dergleichen. Sobald die Sonde Risse erkennt, die im Schwalbenschwanzmaterial vorhanden sind, können die Risse eingehender untersucht werden, beispielsweise durch Abmontieren der Schaufel und Durchführung weiterer Prüfungen zur Ermittlung des Ausmasses des Risses. Es kann auch das Inspektionsintervall um das Rad verringert werden, um alle Risse zu erkennen, anstatt nur Stichproben zu nehmen.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Inspektion von Schwalbenschwanzverbindungszapfen entweder eines Turbinenrades oder einer Turbinenschaufel oder von beiden nach Anspruch 1 bereitgestellt.

Alternativ wird ein Verfahren zur Inspektion von Schwalbenschwanzverbindungszapfen entweder eines Turbinenrades oder einer Turbinenschaufel oder von beiden nach Anspruch 3 bereitgestellt.

In einer weiteren Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur In-situ-Inspektion von Schwalbenschwanzverbindungszapfen von Turbinenrad und -schaufeln nach Anspruch 10, umfassend die Schritte (a) des Herausnehmens eines Bolzens, mit welchem eine Schaufel an dem Rad befestigt ist, aus einem Bolzenloch, (b) des Einführens einer phasengesteuerten Ultraschallsonde in das Bolzenloch und (c) des Aktivierens der Sonde dergestalt, dass sie elektronisch Material umfänglich um das Bolzenloch herum abtastet, um Risse zu erkennen, die in dem Material um Bolzenlöcher neben dem Bolzenloch, das die phasengesteuerte Ultraschallsonde aufnimmt, vorhanden sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

<tb>Fig. 1<sep>ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt der Peripherie eines Turbinenrades und einer an dem Rad befestigten Schaufel veranschaulicht. <tb>Fig. 2<sep>ist eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in der die Herausnahme ausgewählter Bolzen gemäss einem bevorzugten Verfahren der Ultraschallprüfung des Schwalbenschwanzverbindungszapfens von Turbinenrad und -schaufel gemäss der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. <tb>Fig. 3<sep>ist eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Ansicht, in der das Einführen einer Ultraschallsonde in die Bolzenlöcher, aus denen die Bolzen entfernt wurden, veranschaulicht ist. <tb>Fig. 4<sep>ist eine schematische Veranschaulichung eines Abtastvorganges der Ultraschallsonde zum Auffinden von Rissen, die in den Schwalbenschwanzverbindungszapfen nahe benachbarten Bolzenlöchern vorhanden sind. <tb>Fig. 5<sep>ist eine schematische Darstellung einer phasengesteuerten Ultraschallsonde. <tb>Fig. 6<sep>ist eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine andere Form einer phasengesteuerten Ultraschallsonde in den aufeinander ausgerichteten Bolzenlöchern veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Laufrad 10 veranschaulicht, an dessen Peripherie mehrere Schaufeln 12 angebracht werden, wobei nur eine einzige Schaufel 12 dargestellt ist. Das Laufrad 10 enthält eine sich umfangsmässig erstreckende Schwalbenschwanzkonfiguration, allgemein mit 13 bezeichnet, die aus mehreren sich umfangsmässig erstreckenden, radial nach aussen hervorstehenden Schwalbenschwanzverbindungszapfen 14 bestehen, zwischen denen Nuten 16 definiert sind. Die Schwalbenschwanzverbindungszapfen erstrecken sich um den gesamten Rand des Rades 10. Die Nuten 16 nehmen eine komplementär geformte Schwalbenschwanzkonfiguration auf, allgemein mit 17 bezeichnet, die aus mehreren Schwalbenschwanzverbindungszapfen 18 besteht, die einen Abschnitt der Schwalbenschwanzkonfiguration 20 der Schaufeln bilden. Es versteht sich, dass die Schwalbenschwanzverbindungszapfen 14, welche die Schwalbenschwanzkonfiguration 13 des Rades definieren, mit den Schwalbenschwanzverbindungszapfen 18, welche die Schwalbenschwanzkonfiguration 17 der Schaufeln definieren, in Eingriff gelangen. Wie veranschaulicht, weisen die hervorstehenden Schwalbenschwanzverbindungszapfen des Rades und der Schaufeln an jeder umfangsmässigen Position der Schaufeln um das Rad mehrere sich axial erstreckende und miteinander übereinstimmende Löcher oder Bolzenlöcher 22 bzw. 24 auf, wobei für jede Schaufel an jeder umfänglichen Position der Schaufeln um das Rad herum drei radial aufeinander ausgerichtete Löcher veranschaulicht sind. Es versteht sich, dass die aufeinander ausgerichteten und miteinander übereinstimmenden Bolzenlöcher 22 und 24 auf Radien des Rades liegen und um den Umfang des Rades herum umfänglich gleichmässig voneinander beabstandet sind. Die Bolzen 26 dienen der Befestigung der Schaufeln 12 an den Rändern 10 und werden in den miteinander übereinstimmenden Öffnungen 22 und 24 aufgenommen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind drei Bolzenlöcher und somit drei Bolzen vorgesehen, um jede Schaufel an dem Rad zu befestigen. Es versteht sich, dass die Schaufeln mit ihren Schwalbenschwanzverbindungszapfen so nebeneinandergesteckt werden, dass eine umfänglich verlaufende Anordnung von Schaufeln um das Rad herum entsteht und dass die Schaufeln 12 im Betrieb im Pfad des heissen Fluids der Turbine, d.h. im Dampfpfad einer Dampfturbine, liegen.

Beim Betrachten von Fig. 1wird deutlich, dass die radial aufeinander ausgerichteten Bolzen 26 und die Schwalbenschwanzverbindungszapfen 14 des Rades 10 den Zentrifugalkräften, die während des Turbinenbetriebes auf die Schaufeln einwirken, entgegenwirken. Im Verlauf der Zeit und im Betrieb können in den Schwalbenschwanzverbindungszapfen 14 und 18 des Rades bzw. der Schaufeln Risse 30 entstehen, insbesondere in dem Material um das Bolzenloch durch die Radzapfen 14. Die Risse erstrecken sich in der Regel in einer allgemein umfänglichen Richtung und breiten sich umfänglich oder tangential aus. Oft breiten sie sich dabei von einem Bolzenloch dergestalt aus, dass sie zu einem benachbarten Loch verlaufen. Wie zuvor angemerkt, lassen sich diese Risse nach der Demontage der Schaufeln vom Rad 10 erkennen, indem die Bolzen 26 und die Schaufeln abgenommen werden und man bestimmte Prüfverfahren anwendet. Die Demontage aller Bolzen und Schaufeln ist jedoch arbeits-, zeit- und somit kostenaufwändig, was jedoch gemäss der vorliegenden Erfindung vermieden wird.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur In-situ-Inspektion der Schwalbenschwanzverbindungszapfen 13 und 17 bereitgestellt, d.h. ohne dass die Schaufeln vom Radkranz des Rades abgenommen werden müssen, und wobei nur eine sehr begrenzte Anzahl Bolzen entlang des Rades herausgenommen werden müssen. Zum Beispiel – und unter Bezugnahme auf Fig. 2– kann zu den ersten Schritten des bevorzugten Verfahrens der vorliegenden Erfindung das Herausnehmen des mittleren Bolzens der drei radial aufeinander ausgerichteten Bolzen, die jede zweite Schaufel entlang des Randes des Rades 10 halten, gehören. Die umfangsmässig voneinander beabstandeten Bolzen, die entfernt werden, um das Inspektionsverfahren der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, können auch in grösseren umfangsmässigen Distanzen voneinander beabstandet sein. So kann beispielsweise der mittlere Bolzen jeder dritten oder vierten Bolzengruppe entlang des Umfangsrandes herausgenommen werden. Das heisst, ein mittlerer Bolzen der drei aufeinander ausgerichteten Bolzen 26 wird an bestimmten umfangsmässigen Stellen entlang des Randes des Rades herausgenommen. Die Bolzen können in der Weise entfernt werden, dass man sie aus den aufeinander ausgerichteten Bolzenlöchern heraushämmert. Die Bolzen können aber auch herausgebohrt werden, oder es kann eine Kartusche mit einer Sprengladung verwendet werden, um einen oder mehrere der Bolzen aus den Bolzenlöchern herauszutreiben, oder es kann ein elektroerosives Verfahren verwendet werden, um einen oder mehrere Bolzen zu entfernen.

Sobald die Bolzen herausgenommen wurden, kann eine diskrete Ultraschallsonde mit einem oder mehreren piezoelektrischen Elementen oder eine phasengesteuerte Ultraschallsonde 40 (Fig. 5) in die aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher an jeder Stelle, wo ein Bolzen entfernt wurde, eingeführt werden, um die Schwalbenschwanzverbindungszapfen von Rad und Schaufeln auf Risse in dem Material der Schwalbenschwanzkonfigurationen um Bolzenlöcher neben den die Sonde aufnehmenden Bolzenlöchern herum zu inspizieren. Es versteht sich, dass, obgleich die Sonde 40 im vorliegenden Text als eine phasengesteuerte Ultraschallsonde beschrieben ist, eine Sonde ebenso ein oder mehrere piezoelektrische Elemente an ihrer Oberfläche enthalten kann, wobei eine solche Sonde in den aufeinander ausgerichteten Bolzenlöchern mechanisch gedreht werden muss, um eine vollumfängliche Abtastung um die Bolzenlochachsen herum zu ermöglichen, um die Ultraschalldaten für die Analyse und die Risserkennung zu gewinnen. In beiden Fällen hat die Sonde 40 vorzugsweise – wenn auch nicht notwendigerweise – eine zylindrische Form, um möglichst genau auf die Umfangsausdehnung der aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher ausgerichtet zu sein. In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der die phasengesteuerte Ultraschallsonde 40 zur Anwendung kommt, sind mehrere allgemein rechteckige piezoelektrische Elemente 42 (Fig. 5) bereitgestellt, die um die Peripherie der Sonde 40 herum voneinander beabstandet sind. In Fig. 5 ist ebenfalls dargestellt, dass die lange Seite eines jeden piezoelektrischen Elements 42 in axialer Richtung der Sonde verläuft. Die piezoelektrischen Elemente 42 können auf ihren Aussenflächen gekrümmt oder flach sein. Die Sonde ist von ihrem Durchmesser her so bemessen, dass sie dergestalt in die aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher eingeführt werden kann, dass zwischen der zylindrischen Oberfläche der Sonde und den Oberflächen der aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher nur ein möglichst kleiner Spalt bleibt, was die Auflösung verbessert. Es versteht sich, dass die einzelnen piezoelektrischen Elemente 42 der Ultraschallsonde mit geeigneten Verzögerungen zwischen den Elementen 42 gepulst werden können, um die Erzeugung eines Ultraschallstrahls zu ermöglichen, der so fokussiert und gelenkt werden kann, dass das Material, welches die Löcher umgibt, untersucht werden kann. Das heisst, der Ultraschallstrahl kann um 360° in dem Loch gelenkt werden, ohne dass die Sonde um ihre zylindrische Achse mechanisch gedreht werden muss. So lässt sich die umfangsmässige Abtastung der Schwalbenschwanzverbindungszapfen bewerkstelligen, ohne dass die Sonde in einer anderen Richtung als der axialen verschoben werden muss. Die Kombination des Verschiebens der phasengesteuerten Sonde in axialer Richtung auf mechanische Weise (nicht gezeigt) und des Drehens des Ultraschallstrahls auf elektronische Weise in einem Kreis durch Pulsen der einzelnen Elemente 42 mit geeigneten Zeitverzögerungen gestattet ein vollständiges Abtasten des Materials um die Löcher. Durch Synchronisieren der axialen Abtastung mit dem Ultraschall-Pulsieren kann ein durchgängiges schraubenförmiges Abtastmuster erzeugt werden, während die Sonde kontinuierlich innerhalb der Bolzenlöcher verschoben wird. Alternativ kann auch eine umfängliche Abtastung in einem axialen Abstand vorgenommen werden, und die Sonde kann dann schrittweise in axialer Richtung weiterbewegt werden, so dass ein Abtast- oder Indexierungspfad entsteht. Beide Alternativen ermöglichen ein vollständiges Erfassen des zu inspizierenden Materials mit nur einem einzigen Grad an mechanischer Bewegungsfreiheit, d.h. mit axialer Bewegung der Sonde.

Es versteht sich, dass die Sonde auch andere und unterschiedliche Formen als die beiden oben besprochenen annehmen kann. Beispielsweise, und wie in Fig. 6veranschaulicht, kann eine weitere Sonde 43 piezoelektrische Elemente 44 aufweisen, die Ultraschallenergie in eine axiale Richtung leiten. Die Elemente 44 sind axial auf einen Spiegel 46 an einem Ende der Sonde ausgerichtet, wobei der Spiegel konisch und in einem Winkel relativ zur Achse der Sonde 43 angeordnet ist. Der sich axial erstreckende Ultraschallstrahl wird dann vom Spiegel zurückgeworfen und dadurch in einer allgemein radialen Richtung in das Material der Schwalbenschwanzverbindungszapfen hinein gerichtet. Durch sequenzielles Pulsen der Elemente 44 wird der gepulste Ultraschallstrahl um die Sondenachse herum gedreht. Es versteht sich des Weiteren, dass der Ultraschallstrahl auf verschiedene Entfernungen von der Sonde fokussiert werden kann. Die Position der Sonde kann kodiert werden und – wenn sie mit den Ultraschalldaten kombiniert wird, die eine Reflexion des Strahls vom Riss zurück zur Sonde darstellen – ermöglicht eine präzise Bilddarstellung der Inspektionsdaten für die Analyse.

In Fig. 4 ist schematisch eine Demonstration veranschaulicht, wie das mittlere Bolzenloch der radial aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher von der Sonde benutzt werden können, um eine Inspektion auf Risse in dem Schwalbenschwanzmaterial neben Bolzenlöchern um das die Sonde aufnehmende Bolzenloch herum durchzuführen. Wenn also die Sonde 40 in ein mittleres Bolzenloch 50 – wie in Fig. veranschaulicht – eingeführt ist und der Ultraschallstrahl umfangsmässig um das Bolzenloch 50 gepulst oder physisch per mechanischer Drehung um die Sondenachse in den Bolzenlöchern gedreht wird, so kann das Schwalbenschwanzmaterial, das die Bolzenlöcher umgibt, die radial neben dem die Sonde aufnehmenden Bolzenloch angeordnet sind, wie auch das Schwalbenschwanzmaterial, das die Bolzenlöcher umgibt, die umfangsmässig neben dem die Sonde aufnehmenden Bolzenloch angeordnet sind, auf Rissbildung untersucht werden. Es versteht sich des Weiteren, dass jegliche Risse, die sich von dem Bolzenloch ausgebreitet haben, in das die Sonde eingeführt wird, schwierig zu entdecken sind. Das heisst, die Auflösung der Sonde ist so beschaffen, dass Risse in dem Schwalbenschwanzmaterial, die von Bolzenlöchern ausgehen, die neben dem die Sonde aufnehmenden Bolzenloch angeordnet sind, leichter zu erkennen sind. Daraus ergibt sich, dass, wenn die Ultraschallprüfung durchgeführt und die Sonde aus dem Bolzenloch 50 herausgezogen wurde, das Bolzenloch 50 selbst mittels eines anderen Verfahrens inspiziert werden kann, beispielsweise mittels Wirbelströmen.

Es versteht sich des Weiteren, dass, während das Material, das die radial aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher auf umfangsmässig gegenüberliegenden Seiten des die Sonde aufnehmenden Bolzenlochs umgibt, inspiziert wird, wie in Fig. 4 veranschaulicht, die Sonde als Teil einer Stichprobennahme-Technik benutzt werden kann, bei der weniger Bolzenlöcher verwendet werden (wodurch auch weniger Bolzen herausgenommen werden müssen). Das heisst, durch das Herausnehmen von Bolzen in grösseren umfangsmässigen Abständen oder Intervallen um den Rand des Rades herum kann das Schwalbenschwanzmaterial des Rades und der Schaufeln im Rahmen einer statistischen Stichprobennahme auf Rissbildung untersucht werden. Durch eine Stichprobenkontrolle auf Rissbildung kann die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung bei einer bestimmten Rad-Schaufel-Kombination mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad prognostiziert werden. Wenn also die Stichprobennahme-Technik keine Risse offenbart, so besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich in den Schwalbenschwanzverbindungszapfen keine Risse gebildet haben. Wenn mit einer Stichprobennahme-Technik nur ein oder mehrere Risse entdeckt wurden, so besteht möglicherweise nur eine geringe Wahrscheinlichkeit weiterer Risse in der betreffenden untersuchten Rad-Schaufel-Kombination. Es ist darum möglich, nur jene Schwalbenschwanzverbindungszapfen zu reparieren, in denen ein oder mehrere Risse entdeckt wurden, wobei ein hoher Grad an Gewissheit besteht, dass keine weiteren Risse in der Rad-Schaufel-Kombination vorhanden sind. Wenn anderseits die Stichprobennahme eine erhebliche Anzahl an Rissen offenbart, so kann es notwendig sein, alle Schaufeln abzunehmen, um eine eingehendere Inspektion der Schwalbenschwanzverbindungszapfen und gegebenenfalls eine Reparatur vorzunehmen.

Es versteht sich daher, dass das Inspektionsverfahren der vorliegenden Erfindung die Herausnahme nur einer minimalen Anzahl von Bolzen um das Rad herum erfordert, ohne dass eine oder mehrere Schaufeln vom Rad abgenommen werden müssen. Das Inspektionsverfahren ist daher relativ schnell und bietet einen hohen Grad an Sensibilität für das Erkennen von Rissen, die sich von Bolzenlöchern in Schwalbenschwanzkonfigurationen von Rad und Schaufeln ausgehend ausbreiten.

Obgleich die Erfindung anhand dessen beschrieben wurde, was derzeit als die praktischste und bevorzugteste Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform zu beschränken ist, sondern sich ganz im Gegenteil auch auf verschiedene Modifikationen und äquivalente Ausführungsformen erstreckt, die in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Inspektion von Schwalbenschwanzverbindungszapfen (14) von einem Turbinenrad (10) oder einer Turbinenschaufel (12), wobei die Turbinenschaufel Bolzenlöcher (22, 24) aufweist, die auf Bolzenlöcher ausgerichtet sind, die durch die Schwalbenschwanzverbindungszapfen (14, 18) des Turbinenrades hindurch verlaufen, um das Rad und die Schaufel miteinander durch Bolzen zu verbinden, welche in die aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher einführbar sind, umfassend die Schritte: des Einführens einer Ultraschallsonde (40) in eines der genannten Bolzenlöcher (50, 22, 24) der aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher im Rad bzw. in der Schaufel und des Drehens der Sonde um die Achse dieses Bolzenlochs um mittels Ultraschall der Ultraschallsonde das Material um das Bolzenloch herum abzutasten und so Risse zu erkennen, die in dem Material um das Bolzenloch vorhanden sind.

   Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Drehens der Sonde das Abtasten des Materials der Schwalbenschwanzverbindungszapfen enthält, um Risse zu erkennen, die in dem Material enthalten sind, welches ein bezüglich des Turbinenrads (10) umfangsmässig oder radial benachbartes Bolzenloch umgibt.

   Verfahren zur Inspektion von Schwalbenschwanzverbindungszapfen entweder eines Turbinenrades oder einer Turbinenschaufel oder von beiden, wobei die Turbinenschaufel Bolzenlöcher aufweist, die auf diejenigen Bolzenlöcher ausgerichtet sind, die durch die Schwalbenschwanzverbindungszapfen des Turbinenrades hindurch verlaufen, um das Rad und die Schaufel miteinander durch die Bolzen zu verbinden, welche in die aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher einführbar sind, umfassend die Verfahrensschritte: des Einführens einer phasengesteuerten Ultraschallsonde in eines der genannten und aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher im Rad bzw. der Schaufel und des Betriebs der Sonde dergestalt, dass sie mittels Ultraschall der Ultraschallsonde das Material eines Schwalbenschwanzverbindungszapfens des Rades bzw. der Schaufel umfänglich um das Bolzenloch herum abtastet, um Risse zu erkennen, die in dem Material um das eine der genannten Bolzenlöcher vorhanden sind.

   Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Betriebs das Lenken eines Ultraschallstrahls umfänglich um das Bolzenloch herum enthält, wobei die Sonde mechanisch relativ zum Bolzenloch um die Bolzenlochachse feststeht.

   Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sonde eine Sonde von zylinderförmiger Gestalt ist, mit bezüglich der Achse der Ultraschallsonde länglichen rechteckigen piezoelektrischen Ultraschallelementen (42) um diese zylindrische Oberfläche der Sonde herum.

   Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sonde eine Sonde von zylinderförmiger Gestalt ist, mit piezoelektrischen Ultraschallelementen, die so angeordnet sind, dass sie Ultraschallenergie in eine axiale Richtung leiten und dass das Verfahren ausserdem den Schritt umfasst, dass axial gerichtete Energie in eine allgemein radiale Richtung reflektiert wird.

   Verfahren nach Anspruch 3, enthaltend den Schritt des axialen Einführens der Sonde in das Bolzenloch bei gleichzeitigem elektrisch bewirktem Drehen des Ultraschallstrahls um die Achse des Bolzenlochs, dergestalt, dass ein durchgängiger schraubenförmiger Abtastpfad entsteht.

   Verfahren nach Anspruch 3, enthaltend den Schritt des schrittweisen Voranschiebens der Sonde in axialer Richtung in dem Bolzenloch und des elektrisch bewirkten Drehens des Ultraschallstrahls um die Achse des Bolzenlochs dergestalt, dass das Material umfänglich um das Bolzenloch herum an jeder schrittweisen axialen Bolzenlochposition abgetastet wird, so dass umfängliche Abtastpfade an axial voneinander beabstandeten Stellen entlang der Länge des Bolzenlochs entstehen.

   Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Betriebs das Abtasten des Materials der Schwalbenschwanzverbindungszapfen enthält, um Risse (30) zu erkennen, die in dem Material vorhanden sind, welches ein bezüglich des Turbinenrads (10) umfangsmässig oder radial benachbartes Bolzenloch umgibt.

   Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zur In-situ-Inspektion der Schwalbenschwanzverbindungszapfen (13, 17) ein Bolzen (26), mit welchem eine Schaufel an dem Rad befestigt ist, aus einem Bolzenloch herausgenommen wird.

   Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Betriebs das Lenken eines Ultraschallstrahls umfänglich um das leere Bolzenloch herum enthält, wobei die Sonde mechanisch relativ zum Bolzenloch gedreht wird.

   Verfahren nach Anspruch 10, enthaltend den Schritt des Bereitstellens einer zylinderförmigen Sonde mit bezüglich der Sondenachse länglichen rechteckigen piezoelektrischen Elementen um diese Oberfläche der Sonde herum.

   Verfahren nach Anspruch 10, enthaltend den Schritt des axialen Einführens der Sonde in das leere Bolzenloch bei gleichzeitigem elektrisch bewirktem Drehen eines Ultraschallstrahls um die Achse dieses Bolzenlochs, so dass ein durchgängiger schraubenförmiger Abtastpfad entsteht.

   Verfahren nach Anspruch 10, enthaltend den Schritt des schrittweisen Voranschiebens der Sonde in axialer Richtung in dem leeren Bolzenloch und des elektrisch bewirkten Drehens des Ultraschallstrahls dergestalt, dass das Material umfänglich um das leere Bolzenloch herum an jeder schrittweisen axialen Position des Bolzenlochs abgetastet wird, so dass umfängliche Abtastpfade an axial voneinander beabstandeten Stellen entlang der Länge des leeren Bolzenloches entstehen.

   Verfahren nach Anspruch 10, wobei jede Schaufel wenigstens zwei Bolzenlöcher (24) und Bolzen (26) zum Verbinden der Schaufeln mit dem jeweiligen Rad aufweist und wobei der Schritt des Herausnehmens auf wenigstens jedes zweite Bolzenloch in umfänglicher Richtung entlang des Rades beschränkt ist und die Schritte des Einführens und Betriebs der Ultraschallsonde auf dieses wenigstens jede zweite Bolzenloch beschränkt sind.

   Verfahren nach Anspruch 15, enthaltend die Schritte des Herausziehens der Sonde aus diesem wenigstens jedem zweiten Bolzenloch und des Wiedereinsetzens eines neuen oder eines genannten herausgezogenen Bolzens in das jeweilige zweite Bolzenloch.

   Verfahren nach Anspruch 16, enthaltend – vor dem Wiedereinsetzen eines neuen oder eines genannten herausgezogenen Bolzens in das Bolzenloch – den Schritt des Inspizierens des Bolzenlochs auf Risse.

   Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Betriebs das Abtasten des Materials der Schwalbenschwanzverbindungszapfen auf Risse (30) enthält, die in dem Material vorhanden sind, welches Bolzenlöcher bezüglich des Turbinenrads (10) umfänglich oder radial neben dem Bolzenloch umgibt, in das gemäss dem Schritt des Hineinführens die Sonde eingeführt ist.

   Verfahren nach Anspruch 10, wobei jede Schaufel drei im Wesentlichen bezüglich des Turbinenrads radial aufeinander ausgerichtete Bolzenlöcher (24) und darin aufgenommene Bolzen aufweist, um die Schaufeln und das jeweilige Rad aneinander zu befestigen, und wobei der Schritt des Herausnehmens darauf beschränkt ist, den Bolzen aus einem mittigen Bolzenloch der radial bezüglich des Turbinenrads aufeinander ausgerichteten Bolzenlöcher und aus wenigstens jedem zweiten dieser mittigen Bolzenlöcher in einer umfänglichen Richtung entlang des Rades herauszunehmen, und wobei die Schritte des Einführens und des Betriebs auf dieses wenigstens jede zweite mittige Bolzenloch beschränkt sind.