DE102014213919A1 - Method and test arrangement for determining the deformation of a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmung der Verformung eines Bauteils umfassend eine Bauteiloberfläche mit den folgenden Schritten: – Aufbringen von einem gravierten oder erhabenen geometrischen Muster (1) und/oder einer erhabenen geometrischen Struktur mit bekannten Abmessungen an zumindest einer lokalen Stelle der Bauteiloberfläche im Sollzustand, – Erfassung des gravierten oder erhabenen Musters (1) und/oder der erhabenen Struktur an der zumindest einen lokalen Stelle im Istzustand mittels einer optischen Erfassungseinrichtung, – Bestimmung der Verformung durch einen Soll-/Ist-Vergleich des gravierten oder erhabenen Musters (1) und/oder der erhabenen Struktur im Sollzustand mit dem gravierten oder erhabenen Muster (1) und/oder der erhabenen Struktur im Istzustand. Zudem betrifft die Erfindung eine Prüfanordnung.The invention relates to a method for determining the deformation of a component comprising a component surface with the following steps: application of an engraved or raised geometric pattern (1) and / or a raised geometric structure with known dimensions at at least one local location of the component surface in the desired state - Detecting the engraved or raised pattern (1) and / or the raised structure at the at least one local point in the actual state by means of an optical detection device, - Determining the deformation by a target / actual comparison of the engraved or raised pattern (1) and / or the raised structure in the desired state with the engraved or raised pattern (1) and / or the raised structure in the actual state. In addition, the invention relates to a test arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Prüfanordnung zur Bestimmung der Verformung eines Bauteils umfassend eine Bauteiloberfläche. The invention relates to a method and a test arrangement for determining the deformation of a component comprising a component surface.

Unter Kriechverhalten wird der Verlauf des Kriechens, d. h. der zeitabhängigen plastischen Verformung eines Bauteils oder Werkstücks verstanden. Bei höheren Anwendungstemperaturen und Drücken sind zeitabhängige plastische Verformungen von Bauteilen bei allen Spannungen möglich, d. h. der Verformungsbeitrag stellt sich zeit- und spannungsabhängig ein. Diese zeitabhängige plastische Verformung wird als Kriechen oder Kriechdehnung bezeichnet. Under creep behavior, the course of the creep, i. H. understood the time-dependent plastic deformation of a component or workpiece. At higher application temperatures and pressures, time-dependent plastic deformation of components is possible at all voltages, i. H. the deformation contribution is dependent on time and voltage. This time-dependent plastic deformation is called creep or creep.

Der Auslegung von kriechbeanspruchten Gasturbinenbauteilen liegen vor allem die Auslegungsparameter Temperatur, geplante Betriebszeit und wirkende maximale mechanische Belastung zugrunde. In Verbindung mit üblichen Sicherheitsbeiwerten erlauben diese Parameter eine konservative Auslegung für einen kontinuierlichen Bauteilbetrieb. Infolge der Wirkung von mechanischen Belastungen wie Innendruck, äußere Kräfte und Momente, sowie hohen Materialtemperaturen und großen Temperaturgradienten kann ein Bauteil eine Schädigung erfahren, welche zum Versagen führt. Die Kenntnis dieser Schädigung oder des sich aktuell ergebenden Verformungszustandes ist zum Beispiel bei Bauteilen von Kraftwerksanlagen von hoher Bedeutung für einen reibungslosen Betrieb des gesamten Kraftwerks. Beim Einsatz der Bauteile im technischen Kriechtemperaturbereich, werkstoffabhängig ab Temperaturen oberhalb von 350°C, ergeben sich im Betrieb sicherheitsrelevante geometrische Veränderungen dieses Bauteils. Diese können, wenn die zeitabhängigen Festigkeitskennwerte des Bauteile-Werkstoffs bekannt sind, zeitlich zumindest grob vorhergesagt werden. Bei Erreichen einer bleibenden zu großen Dehnung, ist das Bauteil auszutauschen. Für einen reibungslosen Betrieb sind im Sinne einer zustandsorientierten Instandhaltung Kenntnisse über den Schädigungsgrad der Komponenten im Kraftwerk von höchster Bedeutung. Dies gilt auch für Bauteile aus Werkstoffen mit Anwendungstemperaturen oberhalb von 560°C, bei denen meist schon im Planungsstadium auf Basis theoretischer Werte, in gesetzlich vorgeschriebenen wiederkehrenden Zeitabständen die Dehnungen (Kriechdehnungen, Kriechen) zu vermessen sind. The design of creep-loaded gas turbine components is based primarily on the design parameters temperature, planned operating time and acting maximum mechanical load. In conjunction with conventional safety factors, these parameters allow a conservative design for continuous component operation. Due to the effect of mechanical stresses such as internal pressure, external forces and moments, as well as high material temperatures and large temperature gradients, a component may experience damage resulting in failure. The knowledge of this damage or the current state of deformation, for example, in components of power plants of high importance for a smooth operation of the entire power plant. When using the components in the technical creeping temperature range, depending on the material from temperatures above 350 ° C, safety-relevant geometrical changes of this component occur during operation. These can, if the time-dependent strength characteristics of the component material are known, be predicted at least roughly in terms of time. When a permanent excessive elongation is reached, the component must be replaced. To ensure smooth operation, knowledge of the degree of damage to the components in the power plant is of the utmost importance in terms of condition-based maintenance. This also applies to components made of materials with application temperatures above 560 ° C, where the strains (creep strains, creep) usually have to be measured at the planning stage on the basis of theoretical values, at the legally prescribed recurring time intervals.

Die tatsächliche Belastung von kriechbeanspruchten Gasturbinenbauteilen unterliegen aufgrund von Fahrweise (Brennstoff, Teillast vs. Volllast, usw.) und von lokalen klimatischen Bedingungen einem Streuband. Belastungen unterhalb der zuvor erwähnten Auslegungsparameter führen dazu, dass das tatsächliche Bauteilleben langsamer aufgezehrt wird als ursprünglich vorhergesagt. Aufgrund nicht vorhandener Aufzeichnung von Fahrweise und Temperaturen kann der resultierende Vorteil bisher nicht zuverlässig genutzt werden. The actual load on creep-loaded gas turbine components is subject to a scatter due to driving style (fuel, partial load vs. full load, etc.) and local climatic conditions. Loads below the aforementioned design parameters cause the actual component to be consumed more slowly than originally predicted. Due to non-existent recording of driving style and temperatures, the resulting advantage can not be used reliably so far.

Eine zerstörende Prüfung, z.B. zur Ermittlung der Kriechschädigung eines Bauteils, würde in der Regel zum Verlust des Bauteils führen. Eine Übertragbarkeit von Untersuchungsergebnissen auf Bauteile anderer Gasturbinen ist wegen möglichen großen Unterschiede in der Fahrweise und klimatischen Randbedingungen auch nicht gegeben. A destructive test, e.g. to determine the creep damage of a component, would usually lead to the loss of the component. A transferability of test results on components of other gas turbines is not given because of possible large differences in driving style and climatic constraints.

Da eine kontinuierliche Aufzeichnung von Fahrweise und klimatischen Rahmenbedingungen im Allgemeinen nicht vorhanden ist, müssen Bauteile ungeachtet ihrer tatsächlichen Betriebshistorie nach einer erreichten, konservativ vorhergesagten Betriebszeit verworfen werden. Since a continuous recording of driving style and climatic conditions generally does not exist, components must be discarded regardless of their actual operating history after a conservatively predicted operating time has been reached.

Auf Kamera basierten Verfahren werden vor allem im Labormaßstab bei der Beobachtung der aktuellen Verformung von kleinen Werkstoffproben verwendet. Camera-based methods are used, especially on a laboratory scale, to observe the current deformation of small samples of material.

Zur Früherkennung von Ermüdungsschädigungen infolge mechanischer Wechselbeanspruchung und zur Lebensdauerabschätzung bedient man sich heute kommerzieller Komponentenüberwachungssysteme auf der Basis von Temperatursensoren und/oder Dehnungsmessstreifen sowie entsprechender Berechnungsvorschriften. Dehnungsmessungen mittels Dehnmessstreifen (DMS) sind aus zahlreichen Anwendungen bekannt. Ein Nachteil von Dehnmessstreifen ist darin zu sehen, dass nur eine verringerte örtliche Auflösung, zum Beispiel im Vergleich zu optischen Detektionsverfahren, erreicht werden kann. Außerdem ist die Anwendung verhältnismäßig kompliziert, da eine Abstimmung von Grundwerkstoff, Haftklebstoff zur Befestigung des DMS notwendig ist. Today, commercial component monitoring systems based on temperature sensors and / or strain gauges and corresponding calculation specifications are used for the early detection of fatigue damage due to mechanical cycling and lifetime estimation. Strain measurements by means of strain gauges (DMS) are known from numerous applications. A disadvantage of strain gauges is the fact that only a reduced spatial resolution can be achieved, for example compared to optical detection methods. In addition, the application is relatively complicated, since a vote of base material, pressure-sensitive adhesive for attachment of the DMS is necessary.

Es ist daher eine erste Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, und eine zweite Aufgabe eine entsprechende Prüfanordnung zur Beschreibung und Ermittlung von Verformung eines mechanisch belasteten Bauteils unter Betriebsbedingungen bereitzustellen, das/die eine rasche und zuverlässige Beurteilung des Zustands insbesondere hinsichtlich des Kriechverhaltens ermöglicht, ohne die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile. It is therefore a first object of the invention to provide a method, and a second object, a corresponding test arrangement for describing and determining deformation of a mechanically loaded component under operating conditions, which enables a rapid and reliable assessment of the condition, in particular with respect to the creep behavior, without the disadvantages described in the prior art.

Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird gelöst durch die Angabe eines Verfahrens zur Bestimmung der Verformung eines Bauteils umfassend eine Bauteiloberfläche mit den folgenden Schritten:

  • – Aufbringen von einem gravierten oder erhabenen geometrischen Muster und/oder einer erhabenen geometrischen Struktur mit bekannten Abmessungen an zumindest einer lokalen Stelle der Bauteiloberfläche im Sollzustand,
  • – Erfassung des gravierten oder erhabenen Musters und/oder der erhabenen Struktur an der zumindest einen lokalen Stelle im Istzustand mittels einer optischen Erfassungseinrichtung,
  • – Bestimmung der Verformung durch einen Soll-/Ist-Vergleich des gravierten oder erhabenen Musters und/oder einer erhabenen Struktur im Sollzustand mit dem gravierten oder erhabenen Muster und/oder der erhabenen Struktur im Istzustand.
The object related to the method is achieved by specifying a method for determining the deformation of a component comprising a component surface with the following steps:
  • Application of an engraved or raised geometrical pattern and / or a raised geometric structure with known dimensions at at least one local location of the component surface in the desired state,
  • Detecting the engraved or raised pattern and / or the raised structure at the at least one local location in the actual state by means of an optical detection device,
  • - Determination of the deformation by a target / actual comparison of the engraved or raised pattern and / or a raised structure in the desired state with the engraved or raised pattern and / or the raised structure in the actual state.

Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird gelöst durch die Angabe einer Prüfanordnung umfassend ein Bauteil mit einer Bauteiloberfläche, wobei die Bauteiloberfläche im Sollzustand ein graviertes oder erhabenes Muster und/oder eine erhabene Struktur mit bekannten Abmessungen an zumindest einer lokalen Stelle aufweist, und eine optische Erfassungseinrichtung zur Erfassung des gravierten oder erhabenen Musters und/oder der erhabenen Struktur an der zumindest einen lokalen Stelle im Istzustand sowie eine der optischen Erfassungseinrichtung nachgeschalteten Recheneinheit zur Bestimmung der Verformung durch einen Soll-/Ist-Vergleich des gravierten oder erhabenen Musters und/oder der erhabenen Struktur im Sollzustand mit dem gravierten oder erhabenen Muster und/oder der erhabenen Struktur im Istzustand, vorgesehen ist. The object related to the device is achieved by specifying a test arrangement comprising a component having a component surface, wherein the component surface in the desired state has an engraved or raised pattern and / or a raised structure with known dimensions at at least one local location, and an optical detection device for detecting the engraved or raised pattern and / or the raised structure at the at least one local location in the actual state and a processing unit downstream of the optical detection unit for determining the deformation by a target / actual comparison of the engraved or raised pattern and / or the raised Structure in the desired state with the engraved or raised pattern and / or the raised structure in the actual state, is provided.

Die geschaffene Musterreferenz kann bei Serviceinspektionen leicht Aufschluss über die tatsächlich erreichte Kriechverformung liefern und damit zuverlässige Rückschlüsse auf die wirkliche Restlebensdauer bei Kriechbeanspruchung ermöglichen. Aus dem Vermessen des Musters werden Verformungen in der Bauteiloberfläche flächenhaft und mit hoher Präzision berechnet. Mit diesem Verfahren lässt der sich aufgrund des fortgeschrittenen Kriechens eines Bauteils ergebende Bauteilzustand hinsichtlich seiner noch zu erwartenden, weiteren Lebensdauer zu einem beliebigen Zeitpunkt ermitteln und es lässt sich der zeitliche Verlauf des Kriechens oder der Kriechdehnung darstellen. Die Auswertung der erreichten lokalen Verformung kann hoch-sensitiv und zerstörungsfrei mit optischen Methoden, wie z.B. der Laser-Interferometrie, erfolgen. Optische Scanner, wie z.B. Systeme zur Erfassung der Data-Matrix-Codes können die geometrischen Muster einfach und präzise erfassen. Anstelle von Punkten kann auch jedes beliebig andere geometrische Muster verwendet werden. Erhabene Strukturen können nicht abschließend, beispielsweise Stege, Bögen oder aber konzentrische Kreise sein. Dabei kann die Abmessung im Sollzustand ebenfalls durch eine Erfassung des gravierten oder erhabenen Musters und/oder einer erhabenen Struktur an der zumindest einen lokalen Stelle mittels einer optischen Erfassungseinrichtung bestimmt werden. Zudem wird so auf das aufwendige Aufkleben von Mustern verzichtet. The created sample reference can easily provide information on the actually achieved creep deformation during service inspections and thus enable reliable conclusions to be drawn about the actual residual service life under creep stress. From the measurement of the pattern, deformations in the component surface are calculated areally and with high precision. With this method, the component state resulting from the advanced creep of a component can be determined with regard to its still to be expected, further life at any time and it can be the time course of creep or creep. The evaluation of the local deformation achieved can be highly sensitive and nondestructive with optical methods, such as e.g. Laser interferometry, done. Optical scanners, such as Data matrix code acquisition systems can easily and accurately capture the geometric patterns. Instead of points any other geometric pattern can be used. Raised structures can not be conclusive, for example webs, arches or concentric circles. In this case, the dimension in the desired state can also be determined by detecting the engraved or raised pattern and / or a raised structure at the at least one local location by means of an optical detection device. In addition, the elaborate sticking of patterns is dispensed with.

Das Verfahren und die Prüfungsanordnung ermöglichen eine Lifetime-Extension für beispielsweise teure Gasturbinenkomponenten, die ansonsten aufgrund bei der Neuauslegung vorhergesagter Kriechverformung bzw. Kriechlebensdauer verschrottet werden müssten. The method and test arrangement provide a lifetime extension for, for example, expensive gas turbine components that would otherwise have to be scrapped due to redesign of predicted creep and creep life, respectively.

Erfindungsgemäß wird die tatsächliche Kriechverformung eines Bauteils als Kriterium herangezogen und nicht mehr eine Betriebsdauer, die das Belastungsregime nicht berücksichtigen kann. According to the invention, the actual creep deformation of a component is used as a criterion and no longer an operating time that can not take into account the load regime.

Auch für andere kritische Bauteile in der Gasturbine, die möglicherweise schlechter zugänglich sind und daher nicht ohne weiteres ausgewertet werden können, können Rückschlüsse über bekannte strukturmechanische Zusammenhänge geschlossen werden. Aus der gewonnenen Erkenntnis resultiert weiterhin eine gesteigerte Betriebssicherheit von Bauteilen, die einer Lifetime-Extension zugeführt werden. Also for other critical components in the gas turbine, which may be less accessible and therefore can not be readily evaluated, conclusions about known structural mechanics relationships can be closed. From the knowledge gained further results in an increased reliability of components that are supplied to a Lifetime extension.

Ziel der Erfindung ist es, die lokale Verformung eines bisher nicht beobachteten Bauteils nach dem Betrieb zu ermöglichen und auf die globale Verformung des Bauteiles zurückzuschließen. Anders als im Stand der Technik wird kein zufälliges Muster verwendet, sondern ein standardisiertes für die jeweilige Komponente und Messstelle. Auf diese Weise kann auf ein Kalibrieren und Archivieren für jedes einzelne Bauteil verzichtet werden. The aim of the invention is to allow the local deformation of a previously unobserved component after operation and to infer the global deformation of the component. Unlike the prior art, no random pattern is used, but a standardized one for each component and measurement site. In this way it is possible to dispense with calibrating and archiving for each individual component.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen. In the dependent claims further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in order to achieve further advantages.

Bevorzugt sind das gravierte oder erhabene Muster und/oder die erhabene Struktur symmetrisch ausgestaltet. Somit ist ein einfaches Übereinanderlegen des verformten Istmusters bzw. der verformten Iststruktur mit dem Sollmuster bzw. der Sollstruktur möglich, wodurch sich eine vereinfachte Bestimmung der Verformung ergibt. Preferably, the engraved or raised pattern and / or the raised structure are configured symmetrically. Thus, a simple superposition of the deformed actual pattern or the deformed actual structure with the desired pattern or the desired structure is possible, resulting in a simplified determination of the deformation.

Bevorzugt ist der Sollzustand des Bauteils der Zustand des Bauteils im Neuzustand. Auch kann jedoch z.B. der berechnete Erwartungswert des Kriechzustandes des Bauteils herangezogen werden und die Abweichung hierzu bestimmt werden. The nominal state of the component is preferably the state of the component when new. However, however, e.g. the calculated expected value of the creep condition of the component are used and the deviation is determined for this purpose.

In bevorzugter Ausgestaltung wird anhand des Soll-/Ist-Vergleichs mit Hilfe mathematischer Modelle der aktuelle Schädigungszustands des Bauteils berechnet. Hier kann als mathematisches Modell ein Kriechgesetz nach Norton und/oder Norton-Bailey und/oder Garafalo und/oder Graham-Walles verwendet werden. In a preferred embodiment, the current state of damage of the component is calculated on the basis of the target / actual comparison with the aid of mathematical models. Here, as a mathematical model, a creep law according to Norton and / or Norton Bailey and / or Garafalo and / or Graham-Walles are used.

In bevorzugter Ausgestaltung können mehrere lokale gravierte oder erhabene Muster und/oder erhabene Strukturen auf das Bauteil aufgebracht werden. Dies kann die Bestimmung der Verformung genauer machen und/oder auch vereinfachen. In a preferred embodiment, a plurality of local engraved or raised patterns and / or raised structures may be applied to the component. This can make the determination of the deformation more accurate and / or even simpler.

In einer beispielhaften Ausgestaltung weisen das lokale gravierte oder erhabene Muster und/oder die erhabene Struktur im Sollzustand eine Solllänge und eine Sollbreite auf und im Istzustand eine Istlänge und eine Istbreite und als Verformung eine Dehnung, welche zumindest durch die Differenz von der Istlänge und der Solllänge bestimmt wird, wobei die Differenz anschließend noch durch die Istlänge geteilt wird. Alternativ oder zusätzlich weisen das lokale gravierte oder erhabene Muster und/oder die erhabene Struktur im Sollzustand eine Solllänge und eine Sollbreite auf und im Istzustand eine Istlänge und eine Istbreite und als Verformung eine Dehnung, welche zumindest durch die Differenz von der Istbreite und der Sollbreite bestimmt wird, wobei die Differenz anschließend noch durch die Sollbreite geteilt wird. In an exemplary embodiment, the local engraved or raised pattern and / or the raised structure in the desired state, a desired length and a nominal width and in the actual state, an actual length and an actual width and deformation as an elongation, which at least by the difference of the actual length and the desired length is determined, the difference is then divided by the actual length. Alternatively or additionally, the local engraved or raised pattern and / or the raised structure in the desired state, a desired length and a nominal width and in the actual state an actual length and an actual width and deformation as an elongation, which determined at least by the difference of the actual width and the target width is, with the difference is then divided by the desired width.

Zudem wird eine Grenzdehnung vorgeben. Das Bauteil bleibt bevorzugt weiter im Betrieb, wenn die Dehnung kleiner als die Grenzdehnung ist. In addition, a limit strain will dictate. The component preferably remains in operation when the elongation is less than the limit strain.

Bevorzugt wird das Gravieren chemisch und/oder mechanisch abrasiv und/oder durch Prägen und/oder durch Lasern bewerkstelligt. Auch andere Methoden sind jedoch vorstellbar. Preferably, the engraving is done chemically and / or mechanically abrasive and / or by embossing and / or by lasers. However, other methods are conceivable.

Zudem kann die Bauteiloberfläche zur vereinfachten Bestimmung der Deformation ein graviertes oder erhabenes Muster und/oder eine erhabene Struktur an mehreren lokalen Stellen aufweisen. In addition, for a simplified determination of the deformation, the component surface can have an engraved or raised pattern and / or a raised structure at a plurality of local locations.

Alternativ kann die gesamte Bauteiloberfläche ein graviertes oder erhabenes Muster und/oder eine erhabene Struktur aufweisen. Alternatively, the entire component surface may have an engraved or raised pattern and / or a raised structure.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch: Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures. In it show schematically:

1: ein graviertes Muster bzw. erhabene Struktur im Neuzustand mit der Länge L0, 1 : an engraved pattern or raised structure in the new state with the length L 0 ,

2: graviertes Muster bzw. erhabene Struktur nach Kriechbeanspruchung im verformten Zustand mit der Länge L1, 2 : engraved pattern or raised structure after creep in the deformed state with the length L 1 ,

3: eine Gasturbinenkompressorscheibe im Neuzustand mit einem lokal aufgebrachten gravierten Muster. 3 : A gas turbine compressor disc in new condition with a locally applied engraved pattern.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variationen hiervon können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, zu verlassen. Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples. Variations thereof may be derived by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

Es wurde beispielhaft am Gasturbinenaußengehäuse festgestellt, dass die Verringerung der Temperatur von 500°C auf ca. 493°C bei gleicher Spannung (100M Pa) einer Verdoppelung der Lebensdauer, nämlich von 100kh auf 200kh, entspricht. Dieses aufgeführte Beispiel mit Kriechdaten eines Gehäusebleches zeigt, dass schon relativ geringere Temperaturabsenkungen (z.B. aufgrund kälterer Verbrennungsluft im Winter) die Lebensdauer von Gasturbinenkomponenten erheblich verlängern kann. It has been found by way of example on the outer shell of the gas turbine that the reduction of the temperature from 500 ° C. to about 493 ° C. at the same voltage (100 M Pa) corresponds to a doubling of the service life, namely from 100 kh to 200 kh. This crawled housing creep example shows that even relatively lower temperature reductions (e.g., due to colder combustion air in winter) can significantly extend the life of gas turbine components.

Erfindungsgemäß wird an zumindest einer lokalen Stelle der Bauteiloberfläche ein graviertes oder erhabenes geometrisches Muster 1 und/oder eine erhabene geometrische Struktur mit bekannten Abmessungen auf kriechbeanspruchte Gasturbinenbauteile aufgebracht (1). Das Gravieren kann chemisch, mechanisch abrasiv, oder durch Prägen oder durch Lasern erfolgen. Zudem wird diese lokale Stelle sowohl im Istzustand und im Sollzustand, welcher dem Neuzustand entsprechen kann, mittels einer optischen Erfassungseinrichtung erfasst. Anschließend wird die Verformung, d.h. die Dehnung D (2) durch einen Soll-/Ist-Vergleich des gravierten oder erhabenen Musters 1 und/oder der erhabenen Struktur im Sollzustand mit dem gravierten oder erhabenen Muster 1 und/oder der erhabenen Struktur im Istzustand bestimmt. According to the invention, an engraved or raised geometric pattern is formed on at least one local location of the component surface 1 and / or a raised geometric structure of known dimensions applied to creep loaded gas turbine components ( 1 ). The engraving can be done chemically, mechanically abrasive, or by embossing or by laser. In addition, this local point is detected both in the actual state and in the desired state, which may correspond to the new state, by means of an optical detection device. Subsequently, the deformation, ie the strain D ( 2 ) by a target / actual comparison of the engraved or raised pattern 1 and / or the raised structure in the desired state with the engraved or raised pattern 1 and / or the raised structure in the actual state.

Die so geschaffene Referenz kann bei Serviceinspektionen leicht Aufschluss über die tatsächlich erreichte Kriechverformung liefern und damit zuverlässige Rückschlüsse auf die wirkliche Restlebensdauer bei Kriechbeanspruchung ermöglichen. Die Auswertung der erreichten lokalen Verformung kann somit hoch-sensitiv und zerstörungsfrei mit optischen Methoden, wie z.B. der Laser-Interferometrie, erfolgen. Optische Scanner (Systeme zur Erfassung der Data-Matrix-Codes) können die geometrischen Muster 1 einfach und präzise erfassen. The reference thus created can easily provide information on the actually achieved creep deformation during service inspections and thus enable reliable conclusions to be drawn about the true residual service life under creep stress. The evaluation of the local deformation achieved can thus be highly sensitive and non-destructive using optical methods, such as laser interferometry. Optical scanners (systems for collecting the data matrix codes) can use the geometric patterns 1 easy and precise capture.

Dabei weist das lokale gravierte oder erhabene Muster 1 und/oder die erhabene Struktur im Sollzustand eine Solllänge L0 und eine Sollbreite B0 auf und im Istzustand eine Istlänge von L1 und eine Istbreite von B1. Als Verformung weist das Bauteil zumindest eine Dehnung D (2) auf. Diese kann vereinfacht durch die nachstehende Formel bestimmt werden:

Figure DE102014213919A1_0002
In this case, the local engraved or raised pattern indicates 1 and / or the raised structure in the desired state, a target length L 0 and a target width B 0 and in the actual state, an actual length of L 1 and an actual width of B 1 . As deformation, the component has at least one strain D ( 2 ) on. This can be simplified by the following formula:
Figure DE102014213919A1_0002

Liegt die Dehnung D unterhalb einer vorab festgelegten Grenzdehnung, so kann das Bauteil weiter im Betrieb bleiben. Auch andere mathematische Methoden zur Bestimmung der Verformungen sind jedoch denkbar. If the strain D is below a predetermined limit strain, then the component may continue to operate. However, other mathematical methods for determining the deformations are conceivable.

Erfindungsgemäß wird somit eine Lifetime-Extension (Lebensdauerverlängerung) für teure Gasturbinenkomponenten, die ansonsten aufgrund bei Neuauslegung vorhergesagter Kriechverformung bzw. Kriechlebensdauer verschrottet werden müssten, ermöglicht. Die tatsächliche Kriechverformung eines Bauteils wird als Kriterium herangezogen und nicht mehr eine Betriebsdauer, die das Belastungsregime nicht berücksichtigen kann. Thus, according to the invention, a lifetime extension (lifetime extension) for expensive gas turbine components, which otherwise would have to be scrapped due to redesigned predicted creep deformation or creep life, is made possible. The actual creep of a component is used as a criterion and no longer an operating time that can not take into account the load regime.

Auch für andere kritische Bauteile in der Gasturbine, die möglicherweise schlechter zugänglich sind und daher nicht ohne weiteres ausgewertet werden können, können Rückschlüsse über bekannte strukturmechanische Zusammenhänge geschlossen werden. Aus der gewonnenen Erkenntnis resultiert weiterhin eine gesteigerte Betriebssicherheit von Bauteilen, die einer Lifetime-Extension zugeführt werden. Also for other critical components in the gas turbine, which may be less accessible and therefore can not be readily evaluated, conclusions about known structural mechanics relationships can be closed. From the knowledge gained further results in an increased reliability of components that are supplied to a Lifetime extension.

3 zeigt als Beispiel eine Gasturbinenkompressorscheibe 5 im Neuzustand mit einem lokal aufgebrachten gravierten Muster 1. 3 shows as an example a Gasturbinenkompressorscheibe 5 in new condition with a locally applied engraved pattern 1 ,

Claims (16)

Verfahren zur Bestimmung der Verformung eines Bauteils umfassend eine Bauteiloberfläche mit den folgenden Schritten: – Aufbringen von einem gravierten oder erhabenen geometrischen Muster (1) und/oder einer erhabenen geometrischen Struktur mit bekannten Abmessungen an zumindest einer lokalen Stelle der Bauteiloberfläche im Sollzustand, – Erfassung des gravierten oder erhabenen Musters (1) und/oder der erhabenen Struktur an der zumindest einen lokalen Stelle im Istzustand mittels einer optischen Erfassungseinrichtung, – Bestimmung der Verformung durch einen Soll-/Ist-Vergleich des gravierten oder erhabenen Musters (1) und/oder der erhabenen Struktur im Sollzustand mit dem gravierten oder erhabenen Muster (1) und/oder der erhabenen Struktur im Istzustand. Method for determining the deformation of a component comprising a component surface comprising the following steps: - applying an engraved or raised geometric pattern ( 1 ) and / or a raised geometric structure with known dimensions at at least one local location of the component surface in the desired state, - detection of the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure at the at least one local location in the actual state by means of an optical detection device, - determination of the deformation by a nominal / actual comparison of the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure in the desired state with the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure in the actual state. Verfahren zum Bestimmung der Verformung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gravierte oder erhabene Muster (1) und/oder die erhabene Struktur symmetrisch ausgestaltet wird. Method for determining the deformation according to claim 1, characterized in that the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure is designed symmetrically. Verfahren zum Bestimmen der Verformung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollzustand des Bauteils der Zustand des Bauteils im Neuzustand ausgestaltet wird. Method for determining the deformation according to one of the preceding claims, characterized in that the condition of the component in the new state is configured as the nominal state of the component. Verfahren zum Bestimmen der Verformung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Soll-/Ist-Vergleichs mittels mathematischer Modelle der aktuelle Schädigungszustands des Bauteils berechnet wird. Method for determining the deformation according to one of the preceding claims, characterized in that based on the target / actual comparison by means of mathematical models, the current state of damage of the component is calculated. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematisches Modell ein Kriechgesetz nach Norton und/oder Norton-Bailey und/oder Garafalo und/oder Graham-Walles verwendet wird. A method according to claim 4, characterized in that a creep law by Norton and / or Norton Bailey and / or Garafalo and / or Graham-Walles is used as mathematical model. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere lokale gravierte oder erhabene Muster (1) und/oder erhabene Strukturen auf das Bauteil aufgebracht werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of local engraved or raised patterns ( 1 ) and / or raised structures are applied to the component. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale gravierte oder erhabene Muster (1) und/oder die erhabene Strukturen im Sollzustand eine Solllänge (L0) und eine Sollbreite (B0) aufweisen und im Istzustand eine Istlänge (L1) und eine Istbreite (B1) und als Verformung zumindest eine Dehnung (D), welche zumindest durch die Differenz von der Istlänge (L1) und der Solllänge (L0) bestimmt wird, wobei die Differenz anschließend noch durch die Solllänge (L0) geteilt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the local engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structures in the desired state have a nominal length (L 0 ) and a nominal width (B 0 ) and in the actual state an actual length (L 1 ) and an actual width (B 1 ) and as deformation at least one strain (D), which is determined at least by the difference of the actual length (L 1 ) and the desired length (L 0 ), wherein the difference is then divided by the desired length (L 0 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale gravierte oder erhabene Muster (1) und/oder die erhabene Struktur im Sollzustand eine Solllänge (L0) und eine Sollbreite (B0) aufweisen und im Istzustand eine Istlänge (L1) und eine Istbreite (B1) und als Verformung zumindest eine Dehnung (D), welche zumindest durch die Differenz von der Istbreite (B1) und der Sollbreite (B0) bestimmt wird, wobei die Differenz anschließend noch durch die Sollbreite (B0) geteilt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the local engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure in the desired state have a nominal length (L 0 ) and a nominal width (B 0 ) and in the actual state an actual length (L 1 ) and an actual width (B 1 ) and as deformation at least one strain (D), which is determined at least by the difference of the actual width (B 1 ) and the target width (B 0 ), wherein the difference is then divided by the desired width (B 0 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7–8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzdehnung vorgeben wird und das Bauteil weiter im Betrieb bleibt, wenn die Dehnung (D) kleiner als die Grenzdehnung ist. Method according to one of the preceding claims 7-8, characterized in that a limit strain is set and the component remains in operation, when the strain (D) is smaller than the limiting strain. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gravieren chemisch und/oder mechanisch abrasiv und/oder durch Prägen und/oder durch Lasern bewerkstelligt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the engraving is done chemically and / or mechanically abrasive and / or by embossing and / or by laser. Prüfanordnung umfassend ein Bauteil mit einer Bauteiloberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Bauteiloberfläche im Sollzustand ein graviertes oder erhabenes Muster (1) und/oder eine erhabene Struktur mit bekannten Abmessungen an zumindest einer lokalen Stelle aufweist, und eine optische Erfassungseinrichtung zur Erfassung des gravierten oder erhabenen Musters (1) und/oder der erhabenen Struktur an der zumindest einen lokalen Stelle im Istzustand sowie eine der optischen Erfassungseinrichtung nachgeschalteten Recheneinheit zur Bestimmung der Verformung durch einen Soll-/Ist-Vergleich des gravierten oder erhabenen Musters (1) und/oder einer erhabenen Struktur im Sollzustand mit dem gravierten oder erhabenen Muster (1) und/oder der erhabenen Struktur im Istzustand, vorgesehen ist. Test arrangement comprising a component with a component surface, characterized in that the component surface in the desired state an engraved or raised pattern ( 1 ) and / or having a raised structure of known dimensions at at least one local location, and optical detection means for detecting the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure at the at least one local location in the actual state, and a processing unit connected downstream of the optical detection device for determining the deformation by a nominal / actual comparison of the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or a raised structure in the desired state with the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure in the actual state, is provided. Prüfanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollzustand der Neuzustand des Bauteils ist. Test arrangement according to claim 11, characterized in that the desired state is the new condition of the component. Prüfanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das gravierte oder erhabene Muster (1) und/oder die erhabene Struktur symmetrisch ist. Test arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that the engraved or raised pattern ( 1 ) and / or the raised structure is symmetrical. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Schädigungszustand des Bauteils durch einen Soll-/Ist-Vergleich mittels mathematischer Modelle berechenbar ist. Test arrangement according to one of claims 11-13, characterized in that the current damage state of the component can be calculated by a nominal / actual comparison by means of mathematical models. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 11–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteiloberfläche ein graviertes oder erhabenes Muster (1) und/oder eine erhabene Struktur an mehreren lokalen Stellen aufweist. Test arrangement according to one of claims 11-14, characterized in that the component surface an engraved or raised pattern ( 1 ) and / or having a raised structure at a plurality of local locations. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 11–14, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Bauteiloberfläche ein graviertes oder erhabenes Muster (1) und/oder eine erhabene Struktur aufweist. Test arrangement according to one of claims 11-14, characterized in that the entire component surface an engraved or raised pattern ( 1 ) and / or has a raised structure.
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