DE102008007264A1 - Infrarottestverfahren für Kühlluftbohrungen von HPT blades und vanes von Strahl-Triebwerken - Google Patents

Abstract

Das von mir erdachte Testverfahren verwendet eine Infrarotkamera und eine digitale Auswertung der HPT parts von Triebwerken und ermöglicht dadurch eine genauere und kostengünstigere Prüfungsmethode für Kühlluftbohrungen von HPT blades und vanes. Dieses moderne Verfahren wird, im Gegensatz zu dem bisherigen Waterflow und Licht check, den menschlichen Faktor verringern.

Description

• Die verschiedenen Teile (parts) der Hochdruckturbinen (HPT) verschiedener Triebwerke müssen heute extremen Belastungen durch Temperatur und Kraft widerstehen. Um Temperaturspannungen zu reduzieren, verwendet man bei modernen Triebwerken Abkühllütt. In thermodynamischen Prozessen rund um die HPT blades und vanes (parts) entsteht dadurch ein Kaltlüftfilm. (1)
• All das macht der Konstruktion der verschiedenen parts (blades und vanes) der HPT sehr kompliziert (2–8).
• Bei Produktion, Reparatur und Wartung es ist ganz wichtig zu wissen, ob die Abkühlung effektiv ist, genauer: ob alle Kühlbohrungen auf allen parts offen sind.
• Der gegenwärtige Stand der Technik zur Prüfung der Kühlluftbohrungen ist folgender:
  Es wird mir dem sogenannten Waterflow check der Zustand der HPT blades-Kühlluftbohrungen überprüft, indem Wasser durch die Kühlluftbohrungen gedrückt wird. Mit dieser Methode ist es nicht immer möglich zu erkennen, ob bestimmte Bohrungen offen oder verstopft sind, weil das aus den Bohrungen strömende Wasser sich zum Teil überschneidet.
• Die HPT vanes werden mit Licht geprüft. Dabei werden die vanes mit einer Lichtquelle von Innen abgeleuchtet, um festzustellen, ob die Kühlluftbohrungen blockiert sind. Außerdem ist immer ein menschlicher Faktor vorhanden.
• Wenn ein blade oder vane eine blockierte Kühlluftbohrung im Betrieb aufweist, verkürzt sich die Lebenszeit der jeweiligen parts enorm. Daraus resultieren im geringsten Fall hohe Kosten, unplanmäßige Reparaturen und zuletzt eine bedeutende Gefahr eines Triebwerkschadens.
• Ich schlage einen Infrarotbildtest vor.
• Mit Hilfe einer Infrarotbildkamera kann man die HPT parts scannen, um genau die Stellen zu erkennen, an denen die Abkühlung nicht ausreichend ist, oder wo Kühlbohrungen blockiert sind, oder wo übermäßige thermischen Spannungen entstehen.
• Um scharfe Bilder zu bekommen, schlage ich vor, dass elektronische Bildsensoren mit Abkühlung verwendet werden.
• Das zu prüfende HPT Part in einer passenden Vorrichtung befestigt werden. In die Zulüftöffnungen (Inlet holes, 3–5) lässt man ein kaltes Gas (Stickstoffdampf) zufließen. Am Ende sollte das warme HPT Part so weit abgekühlt werden, dass man möglichst scharfe Bilder erhält.
• Die Infrarottestanlage beinhaltet:
• Hardware
• 1. Komplette Umhausung mit Absaugung.
• 2. Gekühlte Infrarotkamera mit Kühlungsanschluss.
• 3. CCD-Kamera.
• 4. x,y-Tisch.
• 5. Mechanische Achsen.
• 6. Verschiedene Vorrichtungen zur Befestigung der HPT Parts und ein Kühlungsanschluss.
• 7. Aufbau auf stabiler Granitbasis.
• 8. Messrechner, Monitor, Elektronik.
• Software
• 1. Datenanalyse (2D und 3D).
• 2. Erkennung der Muster HPT Parts.
• 3. Erkennung der geschlossenen Kühlbohrungen.
• 4. Erkennung der schlecht gekühlten Bereiche.
• 5. Erkennung möglicher thermischen Spannungen.
• 6. Ausdruck benutzerdefinierter Protokolle.
• 7. Datenimport- und -export.
• Die sich aus diesem Verfahren ergebenden Vorteile sind:
  Viel genauere Erkennung geschlossener Kühlluftbohrungen, schlecht gekühlter Bereiche und thermischer Spannungen im Material. Der menschliche Faktor wird minimiert.
• Ich beanspruche das Patent auf das Infrarottestverfahren, wie es oben geschildert wurde. Das neue an diesem Testverfahren ist folgendes: es wird eine Infrarotkamera für eine digitalisierte Auswertung verwendet, anstatt eines Waterflow oder Licht checks. Die Neuerungen dieses Testverfahrens wird für den Neubau, die Wartung und die Reparatur von Triebwerken große finanzielle und materielle Ersparnis bringen, wie auch eine Beschleunigung der jeweiligen Testphasen. Aufgrund dessen würden sämtliche in diesen Bereichen tätige Werkbetriebe sehr an dieser Prüfungsmethode interessiert sein, weil sie ihren Kunden damit ein modernes und effektives Testverfahren anbieten könnten.

Claims (11)

1. Verfahren zur Überprüfung einer Turbinenschaufel, wobei die Turbinenschaufel eine Kühlstruktur mit Kühlbohrungen für die Durchleitung und den Austritt von Kühlluft aufweist, gemäß dem ein kaltes Gas durch die Kühlstruktur geleitet wird, und von der Turbinenschaufel zumindest ein Infrarotbild aufgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kalte Gas über Zulüftöffnungen der Turbinenschaufel in die Kühlstruktur eingeleitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Gas gasförmiger Stickstoff verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Aufnahme des Infrarotbildes eine Infrarotkamera verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Infrarotkamera zumindest einen Bildsensor aufweist, der während der Aufnahme des mindestens einen Infrarotbildes gekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Infrarotbild automatisch mittels eines Programms durch einen Messrechner ausgewertet wird zum Erkennen von geschlossenen Kühlbohrungen und/oder schlecht gekühlten Bereichen und/oder thermischen Spannungen.
7. Vorrichtung für die Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Infrarotkamera und einen Kühlungsanschluss für die Zuleitung von gekühltem Gas, wobei der Kühlungsanschluss für den Anschluss einer Turbinenschaufel ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruche 7, zusätzlich umfassend zumindest eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen einer oder mehrerer Turbinenschaufeln.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, zusätzlich umfassend eine Umhausung mit einer Gas-Absaugvorrichtung.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Infrarotkamera kühlbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, zusätzlich umfassend einen Messrechner für die Auswertung von mit der Infrarotkamera aufgenommenen Infrarotbildern der Turbinenschaufel zum Erkennen von geschlossenen Kühlbohrungen und/oder schlecht gekühlten Bereichen und/oder thermischen Spannungen.