CH704112B1 - Verfahren und Überwachungssystem zum Bestimmen der Turbinenschaufelverformung. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der radialen Verformung einer Schaufel (4, 9) in einer Gasturbine (2), das Folgendes einschliesst: 1) Vornehmen einer anfänglichen Messung der Schaufel (4, 9) mit einem oder mehreren Näherungssensoren, die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln (4, 9) angeordnet sind, 2) nach der anfänglichen Messung, Vornehmen einer zweiten Messung der Schaufel (4, 9) mit dem einen oder den mehreren Näherungssensoren, und 3) Durchführen einer Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel (4, 9) durch Vergleichen der anfänglichen Messung mit der zweiten Messung. Die anfängliche Messung und die zweite Messung können vorgenommen werden, während die Turbine (2) arbeitet.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Diese vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und ein Überwachungssystem zum Bestimmen der Turbinenschaufelverformung.

Allgemeiner Stand der Technik

[0002] Die Turbinenschaufeln von stationären Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken arbeiten in einer Hochtemperaturumgebung, wo die Temperaturen regelmässig zwischen 600 °C und 1500 °C erreichen. Darüber hinaus besteht die allgemeine Tendenz dazu, die Turbinenbetriebstemperaturen zu steigern, um die Leistung und die Turbinenwirkungsgrade zu steigern. Die an die Turbinenschaufeln angelegten thermischen Beanspruchungen, die mit diesen Bedingungen verbunden sind, sind stark.

[0003] Im Allgemeinen unterliegen Turbinenschaufeln auf Grund der über die Drehgeschwindigkeit der Turbine ausgeübten Kräfte einem hohen Niveau an mechanischer Beanspruchung. Diese Beanspruchungen sind auf ein noch höheres Niveau getrieben worden in einer Bemühung, sich einer Turbinenschaufelgestaltung anzupassen, die höhere Ringflächen einschliesst, die während des Betriebs ein höheres Abtriebsdrehmoment ergeben. Zusätzlich hat der Wunsch, Turbinenschaufel-Spitzendeckbänder mit einer grösseren Oberfläche zu gestalten, zusätzliches Gewicht am Ende der Turbinenschaufel hinzugefügt, was die während des Betriebs auf die Schaufeln ausgeübten mechanischen Beanspruchungen weiter gesteigert hat. Wenn diese mechanischen Beanspruchungen mit den starken thermischen Beanspruchungen gekoppelt werden, ist das Ergebnis, dass die Turbinenschaufeln an oder nahe den konstruktiven Grenzen des Materials arbeiten. Unter solchen Bedingungen unterliegen Turbinenschaufeln im Allgemeinen einer langsamen Verformung, die häufig als «Metallkriechen» bezeichnet wird. Das Metallkriechen bezeichnet einen Zustand, in dem ein Metallteil durch ein ausgedehntes Ausgesetztsein gegenüber Beanspruchung und hohen Temperaturen langsam die Form verändert. Turbinenschaufeln können sich in der radialen oder der axialen Richtung verformen.

[0004] Ähnlich unterliegen Verdichterschaufeln einem hohen Niveau von mechanischer Beanspruchung auf Grund der über die Drehgeschwindigkeit des Verdichters ausgeübten Kräfte. Im Ergebnis dessen können Verdichterschaufeln ebenfalls der langsamen Verformung unterliegen, die mit dem Metallkriechen verbunden ist.

[0005] Im Ergebnis dessen ist die Ausfallart von Turbinenschaufeln und Verdichterschaufeln von vorrangiger Bedeutung bei einer Turbine das Metallkriechen und insbesondere das radiale Metallkriechen (d.h. die Längung der Turbinen- oder Verdichterschaufel). Falls es unbehandelt bleibt, kann das Metallkriechen schliesslich verursachen, dass die Turbinen- oder Verdichterschaufel zerreisst, was eine extreme Beschädigung der Turbineneinheit verursachen und zu einer bedeutenden Reparaturstillstandszeit führen kann. Im Allgemeinen schliessen herkömmliche Verfahren zum Überwachen des Metallkriechens ein, entweder: <tb>(1)<sep>zu versuchen, die akkumulierte Kriechlängung der Schaufeln in Abhängigkeit von der Zeit vorherzusagen, durch die Verwendung von analytischen Werkzeugen, wie beispielsweise Finite-Elemente-Analyseprogrammen, welche die Kriechdehnung aus Algorithmen berechnen, die auf Kriechdehnungsversuchen beruhen, ausgeführt in einem Laboratorium an isothermischen Kriechversuchsstäben, oder <tb>(2)<sep>Sichtprüfungen und/oder Handmessungen, ausgeführt während der Stillstandszeit der Einheit. Jedoch sind die vorhersagenden analytischen Werkzeuge häufig ungenau. Und die Sichtprüfungen und/oder Handmessungen sind arbeitsintensiv, kostenaufwändig und liefern häufig ebenfalls ungenaue Ergebnisse.

[0006] In jedem Fall können ungenaue Vorhersagen über den Funktionszustand der Turbinen- oder Verdichterschaufel, ob durch die Verwendung von analytischen Werkzeugen, Sichtprüfung oder Handmessungen vorgenommen, kostenaufwändig sein. Einerseits können ungenaue Vorhersagen ermöglichen, dass die Schaufeln über ihre nutzbare Betriebslebensdauer hinaus arbeiten und zu einem Schaufelausfall führen, was eine ernste Beschädigung der Turbineneinheit und eine Reparaturstillstandszeit verursachen kann. Andererseits können ungenaue Vorhersagen eine Turbinen- oder Verdichterschaufel zu früh (d.h., bevor ihre nutzbare Betriebslebensdauer vollendet ist) stilllegen, was zu Ineffizienz führt. Dementsprechend kann die Fähigkeit, die Metallkriechverformung von Turbinen- und/oder Verdichterschaufeln genau zu überwachen, die Gesamteffizienz der Turbinentriebwerkseinheit steigern. Eine solche Überwachung könnte die Nutzungsdauer der Schaufeln auf ein Maximum steigern, während die Gefahr eines Schaufelausfalls vermieden wird. Zusätzlich würden, falls eine solche Überwachung ohne den Aufwand von zeitaufwändigen und arbeitsintensiven Sichtprüfungen oder Handmessungen vorgenommen werden könnte, weitere Nutzeffekte verwirklicht werden.

[0007] Folglich besteht eine Aufgabe darin, ein verbessertes, Verfahren und Überwachungssystem zum Überwachen und Messen der Metallkriechverformung von Turbinen- und Verdichterschaufeln bereitzustellen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0008] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der radialen Verformung einer Schaufel in einer Gasturbine, das Folgendes einschliesst: <tb>1)<sep>Vornehmen einer anfänglichen Messung der Schaufel mit einem oder mehreren Näherungssensoren, die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln angeordnet sind, <tb>2)<sep>nach der anfänglichen Messung, Vornehmen einer zweiten Messung der Schaufel mit dem einen oder den mehreren Näherungssensoren, und <tb>3)<sep>Durchführen einer Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel durch Vergleichen der anfänglichen Messung mit der zweiten Messung.

[0009] Beispielsweise können die anfängliche Messung und die zweite Messung jeweils den Abstand von einer Spitze der Schaufel bis zu dem einen oder den mehreren Näherungssensoren anzeigen. Die anfängliche Messung und die zweite Messung können vorgenommen werden, während die Turbine arbeitet.

[0010] Beispielsweise kann das Verfahren ferner den Schritt einschliessen, eine Warnung an einen Turbinenbediener zu schicken, wenn ein vorbestimmtes Niveau an radialer Verformung bestimmt worden ist.

[0011] Vorzugsweise schliesst das Verfahren ferner die folgenden Schritte ein: <tb>1)<sep>Messen eines radialen Temperaturprofils der Schaufel, und <tb>2)<sep>Bestimmen des Ausmasses, in dem die radiale Verformung gleichförmig ist, aus dem radialen Temperaturprofil.

[0012] Vorzugsweise beträgt die Zahl der Näherungssensoren zwei oder mehr, und schliesst das Verfahren ferner die folgenden Schritte ein: <tb>1)<sep>Bestimmen einer Laufradverschiebung aus den durch die zwei oder mehr Näherungssensoren vorgenommenen Messungen, und <tb>2)<sep>Berücksichtigen der Laufradverschiebung, wenn die Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel ausgeführt wird.

[0013] Vorzugsweise ist ein einziger Näherungssensor umfasst, und schliesst das Verfahren ferner die folgenden Schritte ein: <tb>1)<sep>Messen einer Laufradverschiebung mit einer oder mehreren Laufradsonden, und <tb>2)<sep>Berücksichtigen der Laufradverschiebung, wenn die Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel ausgeführt wird.

[0014] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Überwachungssystem zum Bestimmen der radialen Verformung einer Schaufel in einer Gasturbine, das Folgendes einschliesst: <tb>1)<sep>einen oder mehrere Näherungssensoren, die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln angeordnet sind, wobei der eine oder die mehreren Näherungssensoren dafür konfiguriert sind, wenigstens eine anfängliche Messung und eine zweite Messung der Schaufel vorzunehmen, und <tb>2)<sep>ein Steuerungssystem, welches dafür konfiguriert ist Messdaten von den Näherungssensoren zu empfangen. Das Steuerungssystem ist dafür konfiguriert, eine radiale Verformung der Schaufel zu bestimmen durch Vergleichen einer anfänglichen Messung mit der zweiten Messung der Schaufel.

[0015] Beispielsweise können die anfängliche Messung und die zweite Messung jeweils den Abstand von einer Spitze der Schaufel bis zu dem einen oder den mehreren Näherungssensoren anzeigen. Die anfängliche Messung und die zweite Messung können vorgenommen werden, während die Turbine arbeitet.

[0016] Vorzugsweise schliesst das Überwachungssystem ein Infrarot-Pyrometer ein, wobei das Infrarot-Pyrometer dafür konfiguriert ist, das radiale Temperaturprofil der Schaufel zu messen und die radialen Temperaturprofildaten an das Steuerungssystem zu liefern. Das Steuerungssystem ist dafür konfiguriert, aus den radialen Temperaturprofildaten das Ausmass zu bestimmen, in dem die radiale Verformung gleichförmig ist.

[0017] Beispielsweise kann das Steuerungssystem dafür konfiguriert sein, eine Warnung zu erzeugen und an einen Turbinenbediener zu schicken, wenn ein vorbestimmtes Niveau an radialer Verformung bestimmt worden ist.

[0018] Beispielsweise kann die Zahl der Näherungssensoren zwei oder mehr betragen. Bei solchen Beispielen kann das Steuerungssystem eine Laufradverschiebung aus den von den zwei oder mehr Näherungssensoren vorgenommenen Messungen bestimmen. Das Steuerungssystem kann ferner die Laufradverschiebung berücksichtigen, wenn die Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel ausgeführt wird.

[0019] Beispielsweise ist ein einziger Näherungssensor umfasst. Beispielsweise kann das Steuerungssystem eine Laufradverschiebung mit einer oder mehreren Laufradsonden messen. Das Steuerungssystem kann ferner die Laufradverschiebung berücksichtigen, wenn die Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel ausgeführt wird.

[0020] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen der axialen Verformung einer Schaufel in einer Gasturbine, das Folgendes einschliesst: <tb>1)<sep>Vornehmen einer anfänglichen Messung eines Abstandes von festgelegten Positionen an einem Turbinengehäuse bis zu der Schaufel mit einem oder mehreren Näherungssensoren, die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln angeordnet sind, wobei die festgelegten Positionen entweder stromaufwärts von der axialen Position der Stufe von Schaufeln, stromabwärts von der axialen Position der Stufe von Schaufeln oder sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts von der axialen Position der Stufe von Schaufeln liegen, <tb>2)<sep>nach der anfänglichen Messung, Vornehmen einer zweiten Messung des Abstandes mit dem einen oder den mehreren Näherungssensoren, und <tb>3)<sep>Durchführen einer Bestimmung der axialen Verformung der Schaufel durch Vergleichen der anfänglichen Messung mit der zweiten Messung.

[0021] Vorzugsweise zeigen die anfängliche Messung und die zweite Messung jeweils den Abstand von einer Seite der Schaufel bis zu dem einen oder den mehreren Näherungssensoren an.

[0022] Beispielsweise können die anfängliche Messung und die zweite Messung vorgenommen werden, während die Gasturbine arbeitet.

[0023] Vorzugsweise schliesst das Verfahren ferner die folgenden Schritte ein: <tb>1)<sep>Messen eines radialen Temperaturprofils der Schaufel, und <tb>2)<sep>Bestimmen des Ausmasses, in dem die axiale Verformung gleichförmig ist, aus dem radialen Temperaturprofil.

[0024] Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen und den angefügten Ansprüchen betrachtet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0025] <tb>Fig. 1<sep>ist eine perspektivische aufgeschnittene Ansicht einer Gasturbine, die eine beispielhafte Turbine demonstriert. <tb>Fig. 2<sep>ist eine Querschnittsansicht der Gasturbine von Fig. 1. <tb>Fig. 3<sep>ist eine Querschnittsansicht der Gasturbine von Fig. 1, welche die umlaufende Anordnung der Näherungssensoren demonstriert. <tb>Fig. 4<sep>ist eine Querschnittsansicht der Gasturbine von Fig. 1. <tb>Fig. 5<sep>ist eine Querschnittsansicht der Gasturbine von Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0026] Es ist eine Technik entwickelt worden, um die Verformung von Turbinenschaufeln genau, zuverlässig und mit verhältnismässig niedrigen Kosten in Echtzeit, d.h. während die Gasturbine arbeitet, zu messen. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun eine typische Gasturbine 2 illustriert. Wie gezeigt wird, kann die Gasturbine 2 einen Verdichter 4 einschliessen, der mehrere Stufen von Verdichterschaufeln 5 einschliessen kann, der ein Arbeitsfluid, d.h., Luft, verdichtet. Die Gasturbine 2 kann eine Brennkammer 6 einschliessen, die einen Treibstoff mit der verdichteten Luft verbrennt. Die Gasturbine 2 kann ferner eine Turbine 8 einschliessen, die mehrere Stufen von Flügeln oder Turbinenschaufeln 9 einschliesst, welche die Energie von den sich ausdehnenden heissen Gasen in mechanische Rotationsenergie umwandeln. Wie er hierin verwendet wird, wird der Begriff «Schaufeln» dafür verwendet, entweder Verdichterschaufeln oder Turbinenschaufeln zu bezeichnen. Die Turbine 8 kann ebenfalls Zwischenböden 10, wie in Fig. 2gezeigt, einschliessen, die feststehende Bestandteile sind, die den Strom von heissen Gasen auf die Turbinenschaufeln 9 leiten. Die Gasturbine 2 kann ein Laufrad 11 einschliessen, an dem die Verdichterschaufeln 5 und die Turbinenschaufeln 9 angebracht sind. Ein Turbinengehäuse 12 kann die Gasturbine 2 umschliessen.

[0027] Wie in Fig. 2 illustriert, kann ein Überwachungssystem 20 für die radiale Schaufelverformung einen oder mehrere Näherungssensoren 22 umfassen, die mit Zwischenraum um den Umfang einer einzelnen Stufe von Verdichterschaufeln 5 oder Turbinenschaufeln 9 angeordnet sind. Im Einzelnen können die Näherungssensoren 22 derart in dem Turbinengehäuse 10 angeordnet sein, dass die Näherungssensoren 22 einer Stufe von Verdichterschaufeln 5 oder, wie gezeigt, einer Stufe von Turbinenschaufeln 9 von einer in Radialrichtung äusseren Position aus gegenüberliegen. Auf diese Weise können die Näherungssensoren 22 den Abstand von dem Näherungssensor 22 bis zur Spitze der Verdichterschaufel 5 oder Turbinenschaufel 9, was immer der Fall sein mag, messen. Bei einigen Beispielen kann der Näherungssensor 22 ein Wirbelstromsensor, ein kapazitiver Sensor, ein Mikrowellensensor, ein Lasersensor oder eine andere ähnliche Art von Gerät sein.

[0028] Durch herkömmliche Mittel können die Sensoren mit einem Steuerungssystem (nicht gezeigt) verbunden sein, das die durch die Näherungssensoren 22 gewonnenen Näherungsdaten empfangen, speichern und auf deren Grundlage Berechnungen ausführen kann. Das Steuerungssystem kann eine beliebige geeignete Festkörper-Hochleistungsschaltvorrichtung umfassen. Das Steuerungssystem kann ein Rechner sein; dies ist jedoch nur beispielhaft für ein geeignetes Hochleistungssteuerungssystem, das im Rahmen der Patentanmeldung liegt. Zum Beispiel, aber nicht als Begrenzung, kann das Steuerungssystem wenigstens einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), einen Thyristor, einen MOS-gesteuerten Thyristor (MCT) oder einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschliessen. Das Steuerungssystem kann ebenfalls als ein integrierter Einzweck-Spezialschaltkreis, wie beispielsweise ein ASIC, umgesetzt sein, der eine Haupt- oder Zentralprozessorsektion für die Gesamtsteuerung und gesonderte Sektionen, die dafür bestimmt sind, unter der Steuerung der Zentralprozessorsektion mehrere unterschiedliche spezifische Kombinationen, Funktionen und andere Prozesse auszuführen. Fachleute auf den Gebiet werden erkennen, dass das Steuerungssystem ebenfalls unter Verwendung einer Vielzahl von gesonderten dedizierten oder programmierbaren integrierten oder anderen elektronischen Schaltkreisen oder Geräten, wie beispielsweise fest verdrahteten elektronischen oder logischen Schaltkreisen, einschliesslich von diskreten Elementschaltkreisen oder programmierbaren logischen Geräten, wie beispielsweise PLD, PAL, PLA oder dergleichen, umgesetzt sein kann. Das Steuerungssystem kann ebenfalls unter Verwendung eines passend programmierten Allzweckrechners, wie beispielsweise eines Mikroprozessors oder einer Mikrosteuerung, oder eines anderen Prozessorgeräts, wie beispielsweise einer CPU oder einer MPU, allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren peripheren Daten- und Signalverarbeitungsgeräten, umgesetzt sein.

[0029] Bei Anwendung kann das Überwachungssystem 20 für die radiale Schaufelverformung wie folgt arbeiten. Die Näherungssensoren 22 können eine anfängliche Messung jeder der Turbinenschaufeln 9 während des Anfahrens der Gasturbine 2 vornehmen. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, können Oberflächenunterschiede jeder der Schaufeln jede einzelne Schaufel durch das von den Näherungssensoren 22 gemessene Profil für das Steuerungssystem identifizieren. Im Einzelnen können die winzigen Oberflächenunterschiede jeder der Schaufeln es ermöglichen, dass das Steuerungssystem die einzelne Schaufel identifiziert und folglich die Verformung jeder einzelnen Schaufel verfolgt. Die anfängliche Messung kann die anfängliche Länge jeder der Turbinenschaufeln 9 anzeigen. Diese kann durch die bekannte Grösse und Position des Laufrades 11 und den gemessenen Abstand von dem Näherungssensor 22 bis zur Spitze jeder der Turbinenschaufeln 9 bestimmt werden. Das heisst, aus diesen zwei Werten kann die Länge der Turbinenschaufel 9 berechnet werden. Die anfänglichen Messdaten können durch das Steuerungssystem gespeichert werden.

[0030] Wenn die Gasturbine 2 arbeitet, kann eine spätere oder zweite Messung vorgenommen werden. Diese Messungen können periodisch vorgenommen werden, zum Beispiel können sie jede Sekunde oder jede Minute oder jede Stunde oder mit einer längeren Periode vorgenommen werden. Die zweite Messung kann die Länge jeder der Turbinenschaufeln 9 zum Zeitpunkt der Messung anzeigen. Diese Länge kann erneut durch die bekannte Grösse und Position des Laufrades und den gemessenen Abstand von dem Näherungssensor 22 bis zur Spitze der Turbinenschaufel 9 bestimmt werden. Aus diesen zwei Werten kann die Länge der Turbinenschaufel 9 berechnet werden. Die zweiten Messdaten können durch das Steuerungssystem gespeichert werden.

[0031] Das Steuerungssystem kann die Messdaten verarbeiten, um festzustellen, ob sich die Turbinenschaufel 9 in der Radialrichtung verformt hat, d.h., ob sich die Turbinenschaufel während der Verwendung «gedehnt» hat. Im Einzelnen kann das Steuerungssystem die zweite Messung mit der anfänglichen Messung vergleichen, um das Ausmass der Verformung oder des Kriechens, die stattgefunden haben, zu ermitteln. Das Steuerungssystem kann dafür programmiert sein, einen Turbinenbediener zu warnen, sobald die Verformung ein bestimmtes Niveau erreicht. Zum Beispiel kann das Steuerungssystem eine Blinklichtwarnung an ein bestimmtes Rechnerendgerät liefern, eine E-Mail oder eine Seite an einen Turbinenbediener schicken oder ein anderes Verfahren verwenden, um den Turbinenbediener zu warnen. Diese Warnung kann gesendet werden, wenn das Verformungsniveau darauf hinweist, das sich die Turbinenschaufel 9 dem Ende ihrer Nutzungsdauer nähert oder dasselbe erreicht hat. An diesem Punkt können die Turbinenschaufeln 9 aus der Gasturbine 2 gezogen und repariert oder ersetzt werden.

[0032] Wie erklärt, kann das Überwachungssystem 20 für die radiale Schaufelverformung einen oder mehrere Näherungssensoren 22 einschliessen. Wie in Fig. 3illustriert, kann das Überwachungssystem 20 für die radiale Schaufelverformung drei Näherungssensoren 22 einschliessen, die mit gleichem Zwischenraum um den Umfang der Schaufeln angeordnet sind; jedoch werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkennen, dass mehr oder weniger Näherungssensoren 22 verwendet werden können. Der Vorteil des Vorhandenseins mehrerer Sensoren ist, dass die relative Position des Laufrades 11 im Gehäuse 12 bestimmt und beim Berechnen der tatsächlichen Verformung oder des Kriechens der Schaufeln berücksichtigt werden kann. Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Veränderungen bei der relativen Position des Laufrades in Bezug auf das Turbinengehäuse auf Grund von Laufraddurchhang, Lagerbewegung, Unrundheit des Turbinengehäuses und anderen Fehlern auftreten. Diese Verschiebung kann für die Schaufelverformung gehalten werden, falls sie nicht durch die mehreren Näherungssensoren 22 berücksichtigt wird. Folglich kann die Verschiebung der Schaufeln, die auf die Laufradbewegung zurückgeführt werden kann, derart berücksichtigt werden, dass die tatsächliche Schaufelverformung bestimmt wird. Zum Beispiel können im Fall von drei Sensoren, wie in Fig. 3 gezeigt, die Messdaten anzeigen, dass sich für einen der Näherungssensoren 22 eine der Schaufeln gedehnt hat und für die anderen zwei Näherungssensoren 22 die Schaufel geschrumpft ist. Diese Ergebnisse zeigen an, dass sich das Laufrad innerhalb des Gehäuses zu dem Näherungssensor 22 hin verschoben hat, der die Dehnung zeigt. Über herkömmliche Verfahren kann das Steuerungssystem einen Algorithmus verwenden, um angesichts der drei Messungen die Laufradverschiebung zu bestimmen. Danach kann das Steuerungssystem die Laufradverschiebung eliminieren, um die tatsächliche radiale Verformung jeder der Schaufeln zu bestimmen.

[0033] Wie erklärt, kann bei einigen Beispielen nur ein Näherungssensor 22 verwendet werden. Bei einem solchen Überwachungssystem kann es vorteilhaft sein, herkömmliche Laufradsonden, wie beispielsweise eine Bently-Sonde, zu verwenden, um die Laufradposition zu bestimmen. Die Laufradsonden können an einem beliebigen Punkt am Laufrad angeordnet sein und können die tatsächliche radiale Position des Laufrades in Echtzeit messen. Wie erklärt, wird es sich für Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass sich das Laufrad während des Betriebs in Radialrichtung verschieben kann. Diese Verschiebung kann als Verformung der Schaufeln erscheinen, falls die tatsächliche Laufradpositionierung nicht berücksichtigt wird. Falls andererseits die tatsächliche Laufradverschiebung durch die Laufradsonden berechnet wird, kann das Steuerungssystem die tatsächliche Verformung der Schaufeln berechnen.

[0034] Bei einigen Beispielen können die Näherungssensoren 22 derart angeordnet sein, dass sie die axiale Verformung messen. Wie in Fig. 4 illustriert, kann dies dadurch erreicht werden, dass die Näherungssensoren 22 derart in einer Position angeordnet werden, dass sie die Schaufeln von einer Position aus beobachten, die stromaufwärts von oder vor der axialen Position der Schaufel liegt, oder von einer Position aus, die stromabwärts von oder hinter der axialen Position der Schaufel liegt (d.h., die Näherungssensoren blicken nicht hinab auf die Stufe, sondern aus einer abgewinkelten Position). Folglich kann ein Überwachungssystem 30 für die axiale Schaufelverformung einen stromaufwärts gelegenen Näherungssensor 32, einen stromabwärts gelegenen Näherungssensor 34 oder beide an einer oder mehreren Positionen um den Umfang der Stufe einschliessen. Der stromaufwärts gelegene Näherungssensor 32 kann den Abstand von einer festgelegten stromaufwärts gelegenen Position im Turbinengehäuse 12 bis zur Seite der Schaufel messen. Auf gleiche Weise kann der stromabwärts gelegene Näherungssensor 34 den Abstand von einer festgelegten stromabwärts gelegenen Position im Turbinengehäuse 12 bis zur Seite der Schaufel messen. Folglich kann jegliche axiale Verformung in der Richtung stromaufwärts oder stromabwärts von der Schaufel durch Überprüfen der aufeinanderfolgenden Messungen bestimmt werden, die durch den stromaufwärts gelegenen Näherungssensor 32, den stromabwärts gelegenen Näherungssensor 34 oder beide vorgenommen werden.

[0035] Ähnlich wie das Überwachungssystem 20 für die radiale Schaufelverformung kann es vorteilhaft sein, dass das Überwachungssystem 30 für die axiale Schaufelverformung mehrere Näherungssensoren 22 hat, die mit Zwischenraum um den Umfang der Stufe angeordnet sind. Der Vorteil des Vorhandenseins mehrerer Sensoren ist, dass die relative Position des Laufrades bestimmt und beim Berechnen des tatsächlichen Kriechens der Schaufeln berücksichtigt werden kann.

[0036] Wie in Fig. 5 illustriert, können das Überwachungssystem 20 für die radiale Schaufelverformung und/oder das Überwachungssystem 30 für die axiale Schaufelverformung mit herkömmlichen Infrarot-Pyrometern 40 erweitert werden, die ein radiales Temperaturprofil jeder der Schaufeln liefern. Die bei solchen Beispielen verwendeten Infrarot-Pyrometer können ein beliebiges herkömmliches Infrarot-Pyrometer oder ähnliche Geräte sein. Bei Anwendung können die Infrarot-Pyrometer 40 während des Betriebs das radiale Temperaturprofil jeder der Schaufeln messen. Das Steuerungssystem kann das radiale Kriechen, wie es durch die Näherungssensoren 22 gemessen wird, und/oder das axiale Kriechen, wie es durch einen stromaufwärts gelegenen Näherungssensor 32 gemessen wird, und das radiale Temperaturprofil für jede der Schaufeln verfolgen. Das radiale Temperaturprofil wird es ermöglichen, dass das Steuerungssystem feststellt, ob eine der Schaufeln während des Betriebs einen «heissen Fleck» (d.h., einen Bereich mit gesteigerter Temperatur) entwickelt. Mit dieser Information kann das Steuerungssystem feststellen, ob ein grösserer Prozentsatz des gemessenen entweder axialen oder radialen Kriechens auf den Bereich der Schaufeln zurückgeführt werden kann, der mit dem heissen Fleck übereinstimmt, da Bereiche mit höherer Temperatur einer Verformung oder einem Kriechen mit einer höheren Geschwindigkeit unterliegen. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, beeinflusst die Tatsache, ob das Kriechen durch die gesamte Schaufel gleichförmig oder konzentriert ist, die zu erwartende Lebensdauer des Teils. Falls folglich, auf Grund eines gemessenen heissen Flecks, festgestellt wird, dass die Schaufel wahrscheinlich einem konzentrierten Kriechen oder Verformen unterlag, wird die zu erwartende Lebensdauer des Teils vermindert. Falls andererseits, wegen des Fehlens jeglicher heisser Flecken, festgestellt wird, dass die Schaufel wahrscheinlich einem gleichförmigen Kriechen unterlag, wird die zu erwartende Lebensdauer des Teils nicht vermindert. Auf diese Weise kann ein Ausfall auf Grund von konzentriertem Kriechen vermieden werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bestimmen der radialen Verformung einer Schaufel (4, 9) in einer Gasturbine (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vornehmen einer anfänglichen Messung der Schaufel (4, 9) mit einem oder mehreren Näherungssensoren (22), die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln (4, 9) angeordnet sind, nach der anfänglichen Messung, Vornehmen einer zweiten Messung der Schaufel (4, 9) mit dem einen oder den mehreren Näherungssensoren (22), und Durchführen einer Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel (4, 9) durch Vergleichen der anfänglichen Messung mit der zweiten Messung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die anfängliche Messung und die zweite Messung jeweils den Abstand von einer Spitze der Schaufel (4, 9) bis zu dem einen oder den mehreren Näherungssensoren (22) anzeigen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen eines radialen Temperaturprofils der Schaufel (4, 9), und Bestimmen des Ausmasses, in dem die radiale Verformung gleichförmig ist, aus dem radialen Temperaturprofil.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zahl der Näherungssensoren (22) zwei oder mehr umfasst, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Verschiebung eines Laufrades (11) aus den durch die zwei oder mehr Näherungssensoren (22) vorgenommenen Messungen, und Berücksichtigen der Laufradverschiebung, wenn die Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel (4, 9) ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein einziger Näherungssensor (22) umfasst ist, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen einer Laufradverschiebung mit einer oder mehreren Laufradsonden, und Berücksichtigen der Laufradverschiebung, wenn die Bestimmung der radialen Verformung der Schaufel (4, 9) ausgeführt wird.

6. Überwachungssystem (20) zum Bestimmen der radialen Verformung einer Schaufel (4, 9) in einer Gasturbine (2), wobei das Überwachungssystem (20) Folgendes umfasst: einen oder mehrere Näherungssensoren (22), die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln (4, 9) angeordnet sind, wobei der eine oder die mehreren Näherungssensoren (22) dafür konfiguriert sind, wenigstens eine anfängliche Messung und eine zweite Messung der Schaufel (4, 9) vorzunehmen, und ein Steuerungssystem, welches dafür konfiguriert ist Messdaten von den Näherungssensoren (22) zu empfangen, wobei das Steuerungssystem dafür konfiguriert ist, eine radiale Verformung der Schaufel (4, 9) zu bestimmen durch Vergleichen der anfänglichen Messung mit der zweiten Messung.

7. Überwachungssystem (20) nach Anspruch 6, das ferner ein Infrarot-Pyrometer (40) umfasst, wobei das Infrarot-Pyrometer (40) dafür konfiguriert ist das radiale Temperaturprofil der Schaufel (4, 9) zu messen und die radialen Temperaturprofildaten an das Steuerungssystem zu liefern, und wobei das Steuerungssystem dafür konfiguriert ist, aus den radialen Temperaturprofildaten das Ausmass zu bestimmen, in dem die radiale Verformung gleichförmig ist.

8. Verfahren zum Bestimmen der axialen Verformung einer Schaufel (4, 9) in einer Gasturbine (2), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Vornehmen einer anfänglichen Messung eines Abstandes von festgelegten Positionen an einem Turbinengehäuse (12) bis zu der Schaufel (4, 9) mit einem oder mehreren Näherungssensoren (22), die um den Umfang einer Stufe von Schaufeln (4, 9) angeordnet sind, wobei die festgelegten Positionen entweder stromaufwärts von der axialen Position der Stufe von Schaufeln (4, 9), stromabwärts von der axialen Position der Stufe von Schaufeln (4, 9) oder sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts von der axialen Position der Stufe von Schaufeln (4, 9) liegen, nach der anfänglichen Messung, Vornehmen einer zweiten Messung des Abstandes mit dem einen oder den mehreren Näherungssensoren (22), und Durchführen einer Bestimmung der axialen Verformung der Schaufel (4, 9) durch Vergleichen der anfänglichen Messung mit der zweiten Messung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die anfängliche Messung und die zweite Messung jeweils den Abstand von einer Seite der Schaufel (4, 9) bis zu dem einen oder den mehreren Näherungssensoren (22) anzeigen.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Messen eines radialen Temperaturprofils der Schaufel (4, 9) und Bestimmen des Ausmasses, in dem die axiale Verformung gleichförmig ist, aus dem radialen Temperaturprofil.