DE102012103991A1

DE102012103991A1 - Verschleissanzeigesystem zur Verwendung an Turbinenmaschinen und Verfahren zur Untersuchung derselben

Info

Publication number: DE102012103991A1
Application number: DE102012103991A
Authority: DE
Inventors: Kurt Neal Laurer; Michael Thomas Hamlin; Eloy Vincent Emeterio; Kraig Martin Sanderson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-11-15
Also published as: FR2975125A1; US20120285226A1; US8695445B2; RU2012118087A

Abstract

Ein Verschleißanzeigesystem beinhaltet eine Verschleißanzeigemarkierung (130), die auf einem Oberflächenkantenrandbereich (132) eines inneren Bauteils (94) einer Turbine (12) angebracht ist. Die Verschleißanzeigemarkierung (130) ist durch boreskopische Prüfung vom Oberflächenkantenrandbereich (132) optisch unterscheidbar. Eine innere Ausdehnung (130a) der Verschleißanzeigemarkierung (130) ist um einen vorausgewählten Abstand von der Oberflächenkante (118) beabstandet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbinenmaschinen und speziell ein Verschleißanzeigesystem zur Verwendung an Turbinenmaschinen.
Zumindest einige bekannte Turbinen haben einen definierten Strömungsweg, der einen Einlass, eine Turbine und einen Auslass in aufeinanderfolgender Strömungsbeziehung beinhaltet. Wenigstens einige bekannte Dampfturbinen beinhalten auch eine Vielzahl von feststehenden Leitapparaten, die einen Dampfstrom in Richtung auf eine Läuferanordnung lenken, die wenigstens eine Reihe von Turbinenschaufeln (Laufschaufeln) beinhaltet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet um ein Laufrad angeordnet sind. Vom Leitapparat zu der Läuferanordnung geleiteter Dampf trifft auf die Schaufelblätter der Turbinenschaufeln und verursacht die Drehung der Laufradanordnung.
Die Umgebung im Inneren der Dampfmaschine kann die Abnutzung und Erosion der Läuferanordnung, insbesondere der Schaufelblätter der Laufschaufeln, ermöglichen. Mit der Zeit führt die Erosion der Schaufelblätter zu rauen, unebenen Schaufelblattoberflächen, die Dampfströmungswege verändern, was den Wirkungsgrad der Turbinen reduzieren und/oder die Leistungsfähigkeit Turbinen begrenzen kann. Die Erosion von Mittel- und Niederdruckschaufelblättern wird gewöhnlich durch im Dampf enthaltenes Wasser verursacht. Zum Beispiel kann der Betrieb unter der Dampfeintrittsauslegungstemperatur oder bei niedriger Last in diesen Stufen Kondensat entstehen lassen, das Erosion verursachen kann. Darüber hinaus kann die Aufnahme von erodierenden Stoffen in den Dampf, wie z.B. Eisenoxid, die Turbinenschaufelblätter ebenfalls erodieren, besonders im Hochdruckbereich der Turbine.
Im typischen Fall wird zum Untersuchen einer Turbine ein Boreskop in das Innere der Turbine eingeführt, um die anfallende Erosion der Laufschaufeln zu ermitteln. Sichtprüfungen ermöglichen aber nur qualitative Ermittlungen der anfallenden Erosion. Eine zuverlässigere und genauere quantitative Ermittlung der anfallenden Erosion ist im Allgemeinen ohne Demontieren der Turbine nicht möglich. Das unter Verwendung eines Boreskops keine zuverlässige und genaue quantitative Ermittlung der anfallenden Erosion durchgeführt werden kann, beruht zumindest teilweise auf der nicht standardisierten Vergrößerung von Boreskopen und auf fehlenden Messreferenzen im Turbineninneren. Eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit von Erosionsuntersuchungen innerer Bauteile einer Turbine kann aber möglicherweise die Zeit zwischen Ausfällen verlängern und die Wirksamkeit der Turbine verbessern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt umfasst ein Verschleißanzeigesystem im Allgemeinen ein Bauteil zur Verwendung in einer Turbine. Das Bauteil umfasst eine Oberfläche, die eine Oberflächenkante definiert. Die Oberflächenkante und ein entsprechender Oberflächenkantenrandbereich sind während des Turbinenbetriebs verschleißanfällig. Auf einem Teil des Oberflächenkantenrandbereichs ist wenigstens eine Verschleißanzeigemarkierung angebracht. Die Verschleißanzeigemarkierung ist durch Sichtprüfung vom Oberflächenkantenrandbereich optisch unterscheidbar. Wenigstens ein Teil der Verschleißanzeigemarkierung ist um einen vorausgewählten Abstand von der Oberflächenkante beabstandet.
In einem weiteren Aspekt ist eine Turbine vorgesehen. Die Turbine umfasst im Allgemeinen ein Gehäuse, das einen Innenraum definiert. In dem Innenraum sind eine Vielzahl von Turbinenschaufeln drehbar miteinander verbunden. Jede der Turbinenschaufeln weist ein Schaufelblatt auf, das eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist. Eine Verschleißanzeigemarkierung ist auf einem Teil eines Vorderkantenrandbereichs, der an die Vorderkante angrenzend definiert ist, und/oder eines Hinterkantenrandbereichs, der an die Hinterkante angrenzend definiert ist, angebracht. Die Verschleißanzeigemarkierung ist bei Sichtprüfung optisch von dem Vorderkantenrandbereich und dem Hinterkantenrandbereich unterscheidbar. Die Verschleißanzeigemarkierung ist um einen vorausgewählten Abstand in Sehnenrichtung von der Vorderkante oder der Hinterkante beabstandet.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Untersuchen eines inneren Bauteils in einem Inneren einer Turbine im Allgemeinen das Anbringen einer Verschleißanzeigemarkierung auf einem Oberflächenkantenrandbereich des Bauteils. Die Verschleißanzeigemarkierung ist durch Sichtprüfung optisch von dem Oberflächenkantenrandbereich unterscheidbar und ein Teil der Verschleißanzeigemarkierung ist um einen vorausgewählten Abstand von einer entsprechenden Oberflächenkante des Oberflächenkantenrandbereichs beabstandet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Dampfturbinenmaschine,
2 ist eine schematische Ansicht eines Teils der in 1 gezeigten Dampfturbinenmaschine und entlang Bereich 2 entnommen,
3 ist eine vergrößerte bruchstückhafte perspektivische Ansicht einer beispielhaften, aus der in 1 gezeigten Turbinenmaschine entfernten Turbinenschaufel,
4 ist ein Aufriss der in 3 gezeigten Turbinenschaufel von rechts,
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 4 gezeigten Turbinenschaufel und entlang Bereich 5 entnommen, sie beinhaltet beispielhafte Verschleißanzeigemarkierungen,
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 5 gezeigten Turbinenschaufel mit alternativen Verschleißanzeigemarkierungen und
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 5 gezeigten Turbinenschaufel mit alternativen Verschleißanzeigemarkierungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Verfahren überwinden wenigstens einige Nachteile bekannter Systeme und Verfahren zur Verwendung beim Ermitteln einer anfallenden Erosion eines inneren Bauteils einer Turbine. Darüber hinaus ermöglichen die hierin beschriebenene Vorrichtungen und Verfahren eine zuverlässige quantitative Ermittlung des zu ermittelnden anfallenden Verschleißes des inneren Bauteils der Turbine. Im Besonderen erfordern die hierin beschriebenen Ausführungsformen jeweils, dass wenigstens eine Verschleißanzeigemarkierung an einer Oberfläche eines inneren Bauteils der Turbine vorgesehen ist, die von der Oberfläche des Bauteils optisch unterscheidbar ist und um einen vorbestimmten Abstand von einer Oberflächenkante des Bauteils, das erosionsanfällig ist, einwärts beabstandet ist. Die hierin beschriebenen veranschaulichten Vorrichtungen und Verfahren richten sich zwar auf eine Dampfturbine, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf Dampfturbinen begrenzt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst daher andere Turbinentypen, einschließlich Gas- und Wasserturbinen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Turbinenschaufel“ mit dem Begriff „Laufschaufel“ austauschbar verwendet und kann daher jede beliebige Kombination einer Laufschaufel, die eine Plattform und einen Schwalbenschwanz hat, und/oder einer Laufschaufel, die mit einem Laufrad einstückig ausgebildet ist, beinhalten, wobei jede Ausführungsform dieser wenigstens ein Schaufelblattsegment beinhalten kann.
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Turbinenmaschine 10. Im Ausführungsbeispiel ist die Turbinenmaschine 10 eine Gegenstrom-Hochdruck- und -Mitteldruck-Dampfturbinenkombination. Alternativ kann die Turbinenmaschine 10 jeder beliebige Dampfturbinentyp sein, wie z.B. eine Niederdruckturbine, eine Einzelstromdampfturbine und/oder eine Doppelstromdampfturbine, ist aber nicht darauf begrenzt. Im Ausführungsbeispiel beinhaltet die Turbinenmaschine 10 eine Turbine 12, die über eine Läuferanordnung 16 mit einem Generator 14 gekoppelt ist. Darüber hinaus beinhaltet die Turbine 12 im Ausführungsbeispiel einen Hochdruck-(HD)-Abschnitt 18 und einen Mitteldruck-(MD)-Abschnitt 20. Ein HD-Gehäuse 22 ist axial in eine obere und eine untere Abschnittshälfte 24 bzw. 26 unterteilt. Des Gleichen ist ein MD-Gehäuse 28 axial in eine obere und eine untere Abschnittshälfte 30 bzw. 32 unterteilt. Ein zentraler Abschnitt 34 verläuft zwischen HD-Abschnitt 18 und MD-Abschnitt 20 und beinhaltet einen HD-Dampfeinlass 36 und einen MD-Dampfeinlass 38. Die Läuferanordnung 16 verläuft zwischen dem HD-Abschnitt 18 und dem MD-Abschnitt 20 und beinhaltet eine Läuferwelle 40, die entlang einer Mittelachse 42 zwischen dem HD-Abschnitt 18 und dem MD-Abschnitt 20 verläuft. Die Läuferwelle 40 ist am Gehäuse 22 und 28 durch Zapfenlager 44 bzw. 46, die jeweils mit entgegengesetzten Endteilen 48 der Läuferwelle 40 gekoppelt sind, gelagert. Dampfdichtungseinheiten 50 und 52 sind zwischen den Läuferwellenendteilen 48 und den Gehäusen 22 und 28 angebracht, um das Abdichten des HD-Abschnitts 18 und des MD-Abschnitts 20 zu ermöglichen.
Ein ringförmiger Trennkörper 54 erstreckt sich zwischen dem HD-Abschnitt 18 und dem MD-Abschnitt 20 von dem mittleren Abschnitt 34 radial einwärts in Richtung auf die Läuferanordnung 16. Im Besonderen erstreckt sich der Trennkörper 54 zwischen dem HD-Dampfeinlass 36 und dem MD-Dampfeinlass 38 in Umfangsrichtung um die Läuferanordnung 16.
Während des Betriebs wird Dampf von einer Dampfquelle, z.B. einem Hochdruckkessel (nicht abgebildet), zur Turbine 12 geleitet, wobei die thermische Energie des Dampfs von der Turbine 12 in mechanische Drehungsenergie und anschließend von Generator 14 in elektrische Energie umgewandelt wird. Im Besonderen wird der Dampf vom HD-Dampfeinlass 36 durch den HD-Abschnitt 18 geleitet, um auf die im HD-Abschnitt 18 positionierte Läuferanordnung 16 zu prallen und die Drehung der Läuferanordnung 16 um die Achse 42 zu veranlassen. Der Dampf verlässt den HD-Abschnitt 18 und wird zu einem Kessel (nicht abgebildet) geleitet, der die Temperatur des Dampfs auf eine Temperatur erhöht, die ungefähr gleich einer Temperatur des in den HD-Abschnitt 18 eintretenden Dampfs ist. Der Dampf wird dann mit einem geringeren Druck als einem Druck des in den HD-Abschnitt 18 eintretenden Dampfs zu dem MD-Dampfeinlass 38 und dem MD-Abschnitt 20 geleitet. Der Dampf prallt auf die Läuferanordnung 16 auf, die in dem MD-Abschnitt 20 positioniert ist, um die Drehung der Läuferanordnung 16 zu veranlassen.
2 ist eine entlang Bereich 2 entnommene schematische Ansicht eines Teils der Turbinenmaschine 10. In der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Turbinenmaschine 10 die Läuferanordnung 16, eine Vielzahl von feststehenden Leitapparatanordnungen 56 und ein Gehäuse 58, das sich in Umfangsrichtung um die Läuferanordnung 16 und die Leitapparatanordnungen 56 erstreckt. Die Läuferanordnung 16 beinhaltet eine Vielzahl von Laufradanordnungen 60, die jeweils im Wesentlichen axial zwischen jedem benachbarten Paar von Leitapparatanordnungen 56 ausgerichtet sind. Jede Leitapparatanordnung 56 ist mit dem Gehäuse 58 gekoppelt und das Gehäuse 58 beinhaltet einen Düsenträger 62, der sich von dem Gehäuse 58 in Richtung auf die Läuferanordnung 16 radial einwärts erstreckt. Jede Leitapparatanordnung 56 ist mit dem Düsenträger 62 gekoppelt, um zu ermöglichen, dass die Leitapparatanordnung 56 daran gehindert wird, sich in Bezug auf die Läuferanordnung 16 zu drehen. Jede Leitapparatanordnung 56 beinhaltet eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Düsen 64, die sich von einem radial äußeren Teil 66 zu einem radial inneren Teil 68 erstrecken. Der äußere Düsenteil 66 ist in einem im Düsenträger 62 definierten ausgesparten Teil 70 positioniert, damit die Leitapparatanordnung 56 mit dem Düsenträger 62 gekoppelt werden kann. Der innere Düsenteil 68 ist an die Laufradanordnung 60 angrenzend positioniert. In einer Ausführungsform beinhaltet der innere Teil 68 eine Vielzahl von Dichtungsanordnungen 72, die einen gewundenen Dichtungsweg zwischen der Leitapparatanordnung 56 und der Laufradanordnung 60 bilden.
Im Ausführungsbeispiel beinhaltet jede Laufradanordnung 60 eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 74, die jeweils mit einem Laufrad 76 gekoppelt sind. Das Laufrad 76 beinhaltet einen Laufradkörper 78, der zwischen einem radial inneren Teil 80 und einem radial äußeren Teil 82 verläuft. Der radial innere Teil 80 definiert eine mittige Bohrung 84, die allgemein axial durch das Laufrad 76 verläuft. Der Laufradkörper 78 erstreckt sich von der mittigen Bohrung 84 radial auswärts und verläuft allgemein axial zwischen einem zuströmseitigen Element 86 und einem entgegengesetzten abströmseitigen Element 88. Das Laufrad 76 ist mit einem benachbarten Laufrad 76 verbunden, so dass das zuströmseitige Element 86 mit einem benachbarten abströmseitigen Element 88 gekoppelt ist.
Jede Turbinenschaufel 74 ist mit einem äußeren Laufradteil 82 gekoppelt, so dass Laufschaufeln in Umfangsrichtung um das Laufrad 76 voneinander beabstandet sind. Jede Turbinenschaufel 74 verläuft vom Laufrad 76 radial auswärts in Richtung auf das Gehäuse 58. Benachbarte Laufräder 76 sind miteinander gekoppelt, so dass zwischen jeder axial benachbarten Reihe 91 von in Umfangsrichtung beabstandeten Turbinenschaufeln 74 ein Spalt 90 definiert wird. Die Düsen 64 sind zwischen benachbarten Reihen 91 von Turbinenschaufeln 74 in Umfangsrichtung um jedes Laufrad 76 beabstandet, um Dampf in Abströmrichtung zu den Turbinenschaufeln 74 hin zu leiten. Zwischen dem Turbinengehäuse 58 und jedem Laufrad 76 ist ein Dampfströmungsweg 92 definiert.
In einem Ausführungsbeispiel ist jede Turbinenschaufel 74 mit einem äußeren Teil 82 eines jeweiligen Laufrads 76 gekoppelt, so dass jede Turbinenschaufel 74 sich in den Dampfströmungsweg 92 hinein erstreckt. Spezieller beinhaltet jede Turbinenschaufel 74 ein Schaufelblatt 94, das sich von einem Schwalbenschwanz 96 radial auswärts erstreckt. Jeder Schwalbenschwanz 96 ist in eine Schwalbenschwanznut 98 eingesetzt, die in einem äußeren Teil 82 des Laufrads 76 definiert ist, damit die Turbinenschaufel 74 mit dem Laufrad 76 gekoppelt werden kann.
Während des Betriebs der Turbinenmaschine 10 wird Dampf durch einen Dampfeinlass 102 in die Turbine 12 und in den Dampfströmungsweg 92 geleitet. Die Eintrittsdüse 104 und die Leitapparatanordnungen 56 leiten jeweils den Dampf in Richtung auf die Turbinenschaufeln 74. Beim Aufprallen des Dampfs auf jede Turbinenschaufel 74 werden die Turbinenschaufel 74 und das Laufrad in Umfangsrichtung um die Achse 42 gedreht.
3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer beispielhaften Laufschaufel 74 und 4 ist eine Querschnittansicht der Laufschaufel 74. Es versteht sich, dass jede Laufschaufel 74 in der entsprechenden Laufradanordnung 60 im Wesentlichen identisch sein kann oder dass alternativ wenigstens einige der anderen Laufschaufeln in der Anordnung 60 anders als die Laufschaufel 74 sein können. Im Ausführungsbeispiel beinhaltet die Turbinenschaufel 74 das Schaufelblatt 94, eine Plattform 197 und einen Schaft 108 (der Schwalbenschwanz 96 wurde zu Veranschaulichungszwecken weggelassen). Das Schaufelblatt 94 beinhaltet eine erste Seitenwand 110 und eine gegenüberliegende zweite Seitenwand 112. Im Ausführungsbeispiel ist die erste Seitenwand 110 konvex und definiert eine Saugseite 114 des Schaufelblatts 94 und die zweite Seitenwand 112 ist konkav und definiert eine Druckseite 116 des Schaufelblatts 94. Die erste Seitenwand 110 ist entlang einer Vorderkante 118 und entlang einer entgegengesetzten Hinterkante 120 mit der zweiten Seitenwand 112 gekoppelt. Spezieller ist die Hinterkante 120 des Schaufelblatts in Sehnenrichtung und abströmseitig von der Vorderkante 118 des Schaufelblatts beabstandet. Die erste Seitenwand 110 und die zweite Seitenwand 112 verlaufen jeweils von einem Schaufelfuß 122 radial auswärts in Richtung auf eine Schaufelblattspitze 124. Der Schaufelfuß 122 erstreckt sich von der Plattform 107. Im Ausführungsbeispiel ist eine Spitzenabdeckung 126 neben dem Düsenträger 62 mit der Schaufelblattspitze 124 gekoppelt. Die Spitzenabdeckung 126 kann eine Vielzahl von Dichtungsanordnungen (nicht abgebildet) beinhalten, die einen gewundenen Dichtungsweg zwischen dem Düsenträger 62 und der Turbinenschaufel 74 bilden.
5 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Ansicht eines oberen Teils 132 der Schaufelblattvorderkante 118. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 5 gezeigten Turbinenschaufel mit alternativen Verschleißanzeigemarkierungen. Eine Vielzahl von Verschleißanzeigemarkierungen 130 sind in Gruppen 131 auf dem Vorderkantenrandbereich 132 der Schaufelblattdruckseite 116 angebracht. Speziell im Ausführungsbeispiel sind zehn Markierungen 130 in zwei Gruppen 131 angebracht, so dass die Markierungen 130 sich neben der Schaufelblattspitze 124 befinden. Alternativ kann eine beliebige geeignete Zahl von Verschleißanzeigemarkierungen 130, einschließlich einer, und eine beliebige geeignete Zahl von Gruppen 131, einschließlich einer, auf einer Oberfläche (z.B. Seite) angebracht werden, so dass sich die Markierungen 130 in einem vordefinierten Abstand von einer Kante befinden. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130 sind durch boreskopische Prüfung vom Vorderkantenrandbereich 132 unterscheidbar und jede Markierung 130 hat eine innere Ausdehnung 130a, die um einen vorausgewählten Abstand D in Sehnenrichtung von der Vorderkante 118 beabstandet ist. Von daher kann jede Verschleißanzeigemarkierung 130 zum Ermitteln eines ab der Vorderkante 118 gemessenen Abstands verwendet werden und zeigt diesen an. Inbesondere sind die Markierungen 130 im Ausführungsbeispiel Erosionsanzeigemarkierungen und jede Markierung 130 ist so ausgelegt, dass sie vom Schaufelblatt 94 verschwindet, erodiert wird oder sich anderweitig ablöst oder entfernt wird, nachdem ein Teil des Schaufelblatts, auf dem die Verschleißanzeigemarkierung 130 angebracht ist, um einen vorbestimmten Betrag abgerieben oder abgenutzt worden ist. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130 sind zwar auf dem Schaufelblatt 94 angebracht dargestellt, die Markierungen 130 können aber alternativ oder zusätzlich dazu auf anderen inneren Bauteilen der Turbine 12 angebracht sein, einschließlich anderen Bauteilen der Laufschaufel 74, einschließlich der Plattform 107, des Schafts 108 und des Schwalbenschwanzes, aber nicht darauf begrenzt.
Im Ausführungsbeispiel sind die Verschleißanzeigemarkierungen 130 auf dem Vorderkantenrandbereich 132 an der Schaufelblattdruckseite 116 entlang aufgebracht, so dass die Markierungen 130 sich neben der Schaufelblattspitze 124 befinden, weil der Vorderkantenrandbereich 132 als am erosionsanfälligsten gilt. Darüber hinaus sind die Gruppen 131 des Ausführungsbeispiels so auf dem Schaufelblatt 94 angebracht, dass sie sich im Wesentlichen über etwa ein Drittel eines oberen Teils des Schaufelblatts 94 neben der Schaufelblattspitze 124 erstrecken. Alternativ kann die Gruppe bzw. können Gruppen 131 sich über einen anderen oder kleineren Teil des Schaufelblatts 94 erstrecken, wie z.B. etwa ein Viertel des Schaufelblatts 94 oder etwa ein Fünftel des Schaufelblatts 94, aber nicht darauf begrenzt. Andere Teile des Schaufelblatts 94 sind ebenfalls erosionsanfällig und daher können Markierungen 130 auf einem Hinterkantenrandbereich 134 der Druckseite 116, auf einem Vorderkantenrandbereich 136 der Saugseite 114 und/oder einem Hinterkantenrandbereich (nicht gezeigt) der Saugseite 114 angebracht werden. Jede beliebige oder alle dieser Verschleißanzeigemarkierungen 130 können zusätzlich zu den auf dem Vorderkantenrandbereich 132 der Druckseite angebrachten Markierungen 130 oder anstatt dieser auf dem Schaufelblatt 94 angebracht werden. Darüber hinaus können die Verschleißanzeigemarkierungen 130 an anderen Teilen der jeweiligen Kantenränder 132, 134 und/oder 136 oder zusätzlich zu Teilen neben der Schaufelblattspitze 124 angebracht werden.
Im Ausführungsbeispiel sind die Verschleißanzeigemarkierungen 130 in jeder Gruppe 131 diskret, haben eine im Wesentlichen einheitliche Größe und Gestalt (z.B. kreisförmig) und haben innere Ausdehnungen 130a, die im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung von der Vorderkante 118 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130 in jeder Gruppe 131 sind auch in Bezug auf die Vorderkante 118 längs voneinander beabstandet, so dass die Markierungen 130 nicht in Sehnenrichtung in Bezug auf die Vorderkante ausgerichtet sind. Es versteht sich, dass die Markierungen 130 möglicherweise keine einheitliche Größe und Gestalt haben und/oder dass die inneren Ausdehnungen 130a in einer Sehnenrichtung von der Vorderkante 118 möglicherweise nicht gleichmäßig voneinander beabstandet sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können benachbarte innere Ausdehnungen 130a von Verschleißanzeigemarkierungen 130, die der Vorderkante 118 am nächsten sind, enger voneinander beabstandet sein als benachbarte innere Ausdehnungen 130a der Verschleißanzeigemarkierungen 130, die weiter von der Vorderkante 118 entfernt sind. Darüber hinaus können Verschleißanzeigemarkierungen 130 im Wesentlichen in Sehnenrichtung aufeinander ausgerichtet sein anstatt voneinander in Längsrichtung beabstandet zu sein.
In der in 5 veranschaulichten Ausführungsform haben Erosionsanzeigemarkierungen 130 die Form von kreisförmigen Grübchen oder Vertiefungen auf dem Schaufelblatt 94. Spezieller haben die Markierungen 130 im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einheitliche Durchmesser von etwa 1,2 Zoll (30 mm) bis etwa 1,6 Zoll (40 mm). Die Grübchen oder Vertiefungen können mit einem geeigneten Verfahren hergestellt werden, einschließlich Stanzen und/oder Prägen, aber nicht darauf begrenzt. Darüber hinaus können die Markierungen 130 auch andere Formen und/oder Konfigurationen haben als Grübchen oder Vertiefungen. Beispielsweise können die Markierungen 130 erhabene Höcker oder andere vorspringende Markierungen sein, die mit einem beliebigen geeigneten Verfahren produziert werden können, einschließlich Stanzen und/oder Prägen, aber nicht darauf begrenzt.
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 5 gezeigten und alternative Verschleißanzeigemarkierungen beinhaltenden Turbinenschaufel. In dem in 6 veranschaulichten Beispiel können die Verschleißanzeigemarkierungen 130 Linien oder von Linien gebildete Formen sein. Derartige Linien können mit jedem beliebigen geeigneten Verfahren hergestellt werden, einschließlich durch Einritzen oder durch Auftragen eines farbigen Stoffs (z.B. Lack oder Färbstoff) auf das Schaufelblatt 94. In noch einem weiteren Beispiel können die Verschleißanzeigemarkierungen 130 die Form von Bildern haben, die mit einem geeigneten Verfahren auf das Schaufelblatt 94 aufgebracht werden, einschließlich zum Beispiel durch Einritzen, Bedrucken, Bemalen und/oder Färben, aber nicht darauf begrenzt. Die Bilder können ein beliebiges geeignetes Bild einer/eines geeigneten Form, Symbols oder Designs sein und können eine beliebige geeignete Farbe haben. Zum Beispiel kann in einer solchen Ausführungsform wenigstens eine Verschleißanzeigemarkierung 130 eine andere Farbe als die anderen Anzeigemarkierungen 130 haben.
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 5 gezeigten und alternative Verschleißanzeigemarkierungen beinhaltenden Turbinenschaufel. Im Ausführungsbeispiel von 7 sind Verschleißanzeigemarkierungen an 130′ angedeutet und gleiche Bauteile werden durch entsprechende Bezugszeichen mit Einzelstrichsymbol (′) angezeigt. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130′ haben die Form diskreter Linien in Sehnenrichtung, die jeweils an der Vorderkante 118′ beginnen und verschiedene innere Ausdehnungen 130a′ haben, die um einen ausgewählten Abstand von der Vorderkante 118′ beabstandet sind. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130′ sind in Bezug auf die Vorderkante 118 längs voneinander beabstandet. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130′ können eine beliebige geeignete Gestalt haben, mit der die Markierungen wie hierin beschrieben funktionieren können. Die Verschleißanzeigemarkierungen 130′ können mit einem beliebigen geeigneten Verfahren auf dem Schaufelblatt 94′ angebracht werden, einschließlich Stanzen, Prägen, Einritzen, Aufdrucken, Anmalen und/oder Färben, aber nicht darauf begrenzt.
Je nach einem Ausmaß der Erosion des Schaufelblatts 94 in Sehnenrichtung verschwinden während der Benutzung der Turbine 12 eine oder mehrere der Verschleißanzeigemarkierungen 130 und/oder 130′ vom Vorderkantenrandbereich 132 des Schaufelblatts 94 oder werden von ihm aberodiert oder anderweitig von ihm abgelöst. Während der Untersuchung des Schaufelblatts 94 und/oder 94′ mithilfe eines Boreskops kann ein Techniker die anfallende Erosion des Schaufelblatts 94 und/oder 94′ ermitteln, indem er die Zahl der auf dem Schaufelblatt 94 und/oder 94′ verbleibenden Verschleißanzeigemarkierungen 130 und/oder 130′ zählt. In 5 gibt es zum Beispiel zehn Verschleißanzeigemarkierungen 130 und 130′, die innere Ausdehnungen 130a bzw. 130a′ haben, die in Abständen von etwa 0,4 Zoll (10 mm) von der Vorderkante 118 und/oder 118′ beabstandet sind. Wenn ein Techniker in diesem Beispiel drei auf dem Schaufelblatt 94, 94′ verbleibende Verschleißanzeigemarkierungen 130, 130′ zählt, dann kann der Techniker ermitteln, dass das Schaufelblatt 94 und/oder 94′ ein Erosionsausmaß in Sehnenrichtung von etwa 2,8 Zoll (70 mm) hat. Sofern die Abstände von der Vorderkante 118, 118′ (oder anderen Oberflächenkanten) zu den Verschleißanzeigemarkierungen 130 und/oder 130′ bekannt oder herleitbar sind, lässt sich ungeachtet dessen, ob die zwischen benachbarten Verschleißanzeigemarkierungen 130, 130′ definierten Abstände in Sehnenrichtung einheitlich sind oder nicht, eine anfallende Erosion des Schaufelblatts 94 und/oder 94′ in Sehnenrichtung leicht dadurch ermitteln, dass die verbleibenden Verschleißanzeigemarkierungen 130, 130′ mithilfe eines Boreskops identifiziert werden.
Eine Abmessung in Sehnenrichtung (z.B. ein Durchmesser) jeder Verschleißanzeigevorrichtung 130 kann ebenfalls vorausgewählt und bekannt sein. Von daher kann ein anfallendes Erosionsausmaß des Schaufelblatts 94 noch genauer ermittelt werden, wenn ein Teil (z.B. ein Viertel, eine Hälfte oder drei Viertel) von einer der Verschleißanzeigemarkierungen 130 auf dem Schaufelblatt verbleibt und von dem Techniker identifiziert werden kann. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform jede Anzeigemarkierung 130 einen Durchmesser von etwa 1,2 Zoll (40 mm) bis etwa 1,6 Zoll (40 mm) haben.
Das oben beschriebene Verschleißprüfungssystem und Anwendungsverfahren sieht ein kosteneffektives und zuverlässiges Verfahren zum Untersuchen innerer Bauteile einer Turbine auf Erosion vor. Insbesondere ermöglicht das oben beschriebene Erosionsprüfungssystem die Verbesserung der quantitativen Beurteilung des Ermittelns der anfallenden Erosion eines inneren Bauteils der Turbine, wie einer oder mehrerer Laufschaufeln. Von daher können das Erosionsprüfungssystem und -verfahren eine technische Beurteilung zulassen, die die Zeit zwischen Ausfällen verlängert und des Weiteren die Verbesserung des Wirkungsgrads der Turbine ermöglicht.
Oben werden beispielhafte Ausführungsformen des Erosionsprüfungssystems und der Erosionsprüfungsverfahren ausführlich beschrieben. Die Verfahren und Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen begrenzt, es können vielmehr Systembauteile und/oder Schritte des Verfahrens unabhängig und separat von anderen hierin beschriebenen Bauteilen und/oder Schritten genutzt werden. Beispielsweise können die Verfahren und Systeme auch in Kombination mit anderen Drehkraftmaschinen und -verfahren verwendet werden und sind nicht auf die Ausführung ausschließlich mit der Gasturbinenanordnung begrenzt, wie sie hierin beschrieben wird. Vielmehr kann die beispielhafte Ausführungsform in Verbindung mit vielen anderen Drehkraftsystemanwendungen realisiert und eingesetzt werden.
Es kann zwar sein, dass spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen gezeigt werden und in anderen nicht, dies ist aber nur aus praktischen Gründen der Fall. Des Weiteren darf die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform“ in der obigen Beschreibung nicht als das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen, die die genannten Merkmale ebenfalls beinhalten, ausschließend ausgelegt werden. Gemäß den Grundsätzen der Erfindung kann jedes beliebige Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem beliebigen Merkmal einer anderen Zeichnung in Bezug gesetzt und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der verschiedenen Ausführungsformen, einschließlich der besten Art der Ausführung der Erfindung, und auch, um einer Fachperson die Ausübung der verschiedenen Ausführungsformen zu ermöglichen, einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die der Fachperson einfallen werden. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Sprachen der Ansprüche beinhalten.
Ein Verschleißanzeigesystem beinhaltet eine Verschleißanzeigemarkierung 130, die auf einem Oberflächenkantenrandbereich 132 eines inneren Bauteils 94 einer Turbine 12 angebracht ist. Die Verschleißanzeigemarkierung 130 ist durch boreskopische Prüfung vom Oberflächenkantenrandbereich 132 optisch unterscheidbar. Eine innere Ausdehnung 130a der Verschleißanzeigemarkierung 130 ist um einen vorausgewählten Abstand von der Oberflächenkante 118 beabstandet.
Bezugszeichenliste

10: Turbinenmaschine
12: Turbine
14: Generator
16: Läuferanordnung
18: Hochdruck-(HD)-Abschnitt
20: Hochdruck-(IP)-Abschnitt
22: HD-Gehäuse
24: Obere Abschnittshälfte des HD-Gehäuses
26: Untere Abschnittshälfte des HD-Gehäuses
28: MD-Gehäuse
30: Obere Abschnittshälfte des MD-Gehäuses
32: Untere Abschnittshälfte des MD-Gehäuses
34: Zentraler Abschnitt
36: HD-Dampfeinlass
38: MD-Dampfeinlass
40: Läuferwelle
42: Mittelachse
44: Zapfenlager
46: Zapfenlager
48: Endteile der Läuferwelle
50: Dampfdichtungseinheit
52: Dampfdichtungseinheit
54: Rindförmiger Trennkörper
56: Feststehende Leitapparatanordnungen
58: Gehäuse
60: Laufradanordnungen
62: Düsenträger
64: In Umfangsrichtung voneinander beabstandete Düsen
66: Radial äußerer Teil der Leitapparatanordnung
68: Radial innerer Teil der Leitapparatanordnung
70: Ausgesparter Teil des Düsenträgers
72: Dichtungsanordnungen
74: Turbinenschaufeln
76: Laufrad
78: Laufradkörper
80: Radial innerer Teil des Laufrads
82: Radial äußerer Teil des Laufrads
84: Mittige Bohrung 84
86: Zuströmseitiges Element
88: Abströmseitiges Element
90: Spalt
91: Reihe von Turbinenschaufeln
92: Dampfströmungsweg
94: Schaufelblatt
96: Schwalbenschwanz
98: Schwalbenschwanznut
102: Dampfeinlass
104: Eintrittsdüse
107: Plattform
108: Schaft
110: Erste Seitenwand des Schaufelblatts
112: Zweite Seitenwand des Schaufelblatts
114: Saugseite
116: Druckseite
118: Vorderkante
120: Hinterkante
122: Schaufelfuß
124: Schaufelblattspitze
126: Spitzenabdeckung
130: Verschleißanzeigemarkierungen
132: Vorderkantenrandbereich der Druckseite
134: Hinterkantenrandbereich der Druckseite
136: Vorderkantenrandbereich der Saugseite
130a: Innere Ausdehnung der Verschleißanzeigemarkierungen

Claims

Verschleißanzeigesystem, umfassend: ein Bauteil (94) zur Verwendung in einer Turbine (12), wobei das genannte Bauteil eine Oberfläche (116) aufweist, die eine Oberflächenkante (118) definiert, wobei die genannte Oberflächenkante und ein entsprechender Oberflächenkantenrandbereich (132) während des Turbinenbetriebs verschleißanfällig sind; wenigstens eine Verschleißanzeigemarkierung (130), die auf einem Teil des genannten Oberflächenkantenrandbereichs angebracht ist, wobei die genannte Verschleißanzeigemarkierung durch Sichtprüfung vom genannten Oberflächenkantenrandbereich optisch unterscheidbar ist, wobei wenigstens ein Teil der genannten Verschleißanzeigemarkierung um einen vorausgewählten Abstand von der genannten Oberflächenkante beabstandet ist.
Verschleißanzeigesystem nach Anspruch 1, wobei die genannte wenigstens eine Verschleißanzeigemarkierung (130) dafür ausgelegt ist, um bei Korrosion des genannten Oberflächenkantenrandbereichs (132), auf dem die Verschleißanzeigemarkierung angebracht ist, zu korrodieren.
Verschleißanzeigesystem nach Anspruch 1, wobei die genannte wenigstens eine Verschleißanzeigemarkierung (130) dafür ausgelegt ist, um sich von dem genannten Bauteil (94) abzulösen, nachdem der genannte Oberflächenkantenrandbereich (132), der die genannte Verschleißanzeigemarkierung enthält, um einen vorbestimmten Betrag abgenutzt worden ist.
Verschleißanzeigesystem nach Anspruch 1, wobei das genannte Bauteil ein Schaufelblatt (94) für eine Turbinenschaufel (74) umfasst, die genannte Oberfläche von einer Druckseite (116) oder einer Saugseite (118) des genannten Schaufelblatts definiert wird, die genannte Oberflächenkante eine Vorderkante (118) und/oder eine Hinterkante (120) des genannten Schaufelblatts umfasst, wobei wenigstens ein Teil der genannten Verschleißanzeigemarkierung (130) um einen vorausgewählten Abstand in Sehnenrichtung von der genannten Oberflächenkante beabstandet ist.
Turbine (12), umfassend: ein Gehäuse (22), das einen Innenraum definiert, eine Vielzahl von Turbinenschaufeln (74), die in dem genannten Innenraum drehbar miteinander verbunden sind, wobei jede der genannten Turbinenschaufeln ein Schaufelblatt (94) aufweist, das eine Vorderkante (118) und eine Hinterkante (120) aufweist, und eine Verschleißanzeigemarkierung (130), die auf einem Teil eines Vorderkantenrandbereichs (132), der an die genannte Vorderkante angrenzend definiert ist, und/oder eines Hinterkantenrandbereichs (134), der an die genannte Hinterkante angrenzend definiert ist, angebracht ist, wobei die genannte Verschleißanzeigemarkierung (130) bei Sichtprüfung optisch von dem genannten Vorderkantenrandbereich und dem genannten Hinterkantenrandbereich unterscheidbar ist, und wobei die genannte Verschleißanzeigemarkierung um einen vorausgewählten Abstand in Sehnenrichtung von der genannten Vorderkante oder der genannten Hinterkante beabstandet ist.
Turbine (12) nach Anspruch 5, wobei die Verschleißanzeigemarkierung (130) eine Vielzahl von diskreten Verschleißanzeigemarkierungen umfasst, der vorausgewählte Abstand in Sehnenrichtung von der entsprechenden Vorderkante (118) bzw. Hinterkante (120) des Schaufelblatts (94) eine Vielzahl von verschiedenen vorausgewählten Abständen in Sehnenrichtung umfasst.
Turbine (12) nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von diskreten Verschleißanzeigemarkierungen (130) in einer Richtung allgemein in Sehnenrichtung zu der entsprechenden Vorderkante (118) bzw. Hinterkante (120) des Schaufelblatts (94) gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Verfahren zum Untersuchen eines inneren Bauteils (94) in einem Inneren einer Turbine (12), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Anbringen einer Verschleißanzeigemarkierung (130) auf einem Oberflächenkantenrandbereich (132) des Bauteils, wobei die Verschleißanzeigemarkierung durch Sichtprüfung optisch von dem Oberflächenkantenrandbereich unterscheidbar ist und wobei ein Teil der Verschleißanzeigemarkierung um einen vorausgewählten Abstand von einer entsprechenden Oberflächenkante (118) des Oberflächenkantenrandbereichs beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das genannte Auftragen der genannten Verschleißanzeigemarkierungen (130) das Auftragen einer Vielzahl von diskreten Verschleißanzeigemarkierungen auf den Oberflächenkantenrandbereich (132) umfasst, wobei die inneren Ausdehnungen (130a) der Verschleißanzeigemarkierungen um verschiedene vorausgewählte Abstände von der Oberflächenkante (118) beabstandet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Maschinenbauteil ein Schaufelblatt (94) für eine Laufschaufel (74) umfasst, die Oberfläche von einer Druckseite (116) oder einer Saugseite (114) des Schaufelblatts definiert wird, die Oberflächenkante eine Vorderkante (118) und/oder eine Hinterkante (120) zwischen der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblatts umfasst, wobei wenigstens ein Teil der genannten Verschleißanzeigemarkierung (130) um einen vorausgewählten Abstand in Sehnenrichtung von der genannten Oberflächenkante beabstandet ist.