DE102015122872A1

DE102015122872A1 - Verfahren und System zum Bohren mit begrenztem Laser

Info

Publication number: DE102015122872A1
Application number: DE102015122872.6A
Authority: DE
Inventors: Shamgar Elijah McDowell; Abe Denis Darling; Zhaoli Hu; Douglas Anthony Serieno
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2016-07-14
Also published as: US20160199941A1; JP2016137520A; CN105772953A; CH710616A2

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in einer Komponente geschaffen. Das Verfahren enthält ein Positionieren eines begrenzten Laserbohrers innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu einer nahegelegenen Wand der Komponente, um einen begrenzten Laserstrahl des begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine Außenfläche der nahegelegenen Wand zu richten. Der begrenzte Laserstrahl ist aus einer Flüssigkeitssäule und einem innerhalb der Flüssigkeitssäule positionierten Laser ausgebildet. Das Verfahren enthält ferner ein Erfassen einer Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, mit einem Sensor. Außerdem enthält das Verfahren ein Feststellen eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls durch die nahegelegene Wand auf der Basis der außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente erfassten Flüssigkeitsmenge.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bohren eines oder mehrerer Löcher in einer Komponente einer Turbine unter Verwendung eines begrenzten Laserbohrers.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Turbinen werden im industriellen und kommerziellen Betrieb in großem Umfang verwendet. Eine typische kommerzielle Dampf- oder Gasturbine, die zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendet wird, enthält abwechselnde Stufen von stationären und rotierenden Schaufelblättern. Z.B. können stationäre Leitschaufeln an einer stationären Komponente, wie beispielsweise einem Gehäuse, das eine Turbine umgibt, angebracht sein, und rotierende Laufschaufeln können an einem Rotor angebracht sein, der entlang einer axialen Mittellinie der Turbine angeordnet ist. Ein verdichtetes Arbeitsfluid, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Dampf, Verbrennungsgase oder Luft, strömt durch die Turbine, und die Leitschaufeln beschleunigen und richten das verdichtete Arbeitsfluid auf die nachfolgende Stufe rotierender Laufschaufeln, um den rotierenden Laufschaufeln eine Bewegung zu verleihen, womit der Rotor gedreht und Arbeit verrichtet wird.
Ein Wirkungsgrad der Turbine steigt im Allgemeinen mit steigenden Temperaturen des verdichteten Arbeitsfluids. Übermäßige Temperaturen innerhalb der Turbine können jedoch die Langlebigkeit der Schaufelblätter in der Turbine verringern und somit Reparaturen, Wartung und Ausfälle im Zusammenhang mit der Turbine erhöhen. Infolgedessen sind verschiedene Konstruktionen und Verfahren entwickelt worden, um eine Kühlung an den Schaufelblättern zu erzielen. Z.B. kann ein Kühlmedium zu einem Hohlraum im Innern des Schaufelblattes geliefert werden, um Wärme von dem Schaufelblatt auf konvektive und/oder konduktive Weise abzuführen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Kühlmedium aus dem Hohlraum durch Kühlkanäle in dem Schaufelblatt herausströmen, um eine Filmkühlung über der äußeren Oberfläche des Schaufelblattes zu erzielen.
Da Temperaturen und/oder Leistungsstandards weiterhin steigen, werden Materialien, die für das Schaufelblatt verwendet werden, zunehmend dünn, was eine zuverlässige Herstellung des Schaufelblattes zunehmend schwierig gestaltet. Z.B. kann das Schaufelblatt aus einem hochlegierten Metall gegossen sein, und es kann eine Wärmedämmbeschichtung auf die äußere Oberfläche des Schaufelblattes aufgebracht sein, um den Wärmeschutz zu verstärken. Ein Wasserstrahl kann verwendet werden, um Kühlkanäle durch die Wärmedämmbeschichtung und die äußere Oberfläche hindurch zu schaffen, aber der Wasserstrahl kann bewirken, dass Teile der Wärmedämmbeschichtung abblättern. Alternativ kann die Wärmedämmbeschichtung auf die äußere Oberfläche des Schaufelblattes aufgebracht werden, nachdem die Kühlkanäle durch eine Elektroerosionsmaschine (EDM) erzeugt worden sind, aber dies erfordert eine zusätzliche Verarbeitung, um jegliche Wärmedämmbeschichtung, die die neu erzeugten Kühlkanäle bedeckt, zu entfernen. Außerdem wird dieser Prozess des Wiederöffnens der Kühllöcher nach dem Beschichtungsprozess zunehmend schwierig, und er erfordert mehr Arbeitsstunden und Fähigkeiten, wenn die Größen der Kühllöcher abnehmen und die Anzahl der Kühllöcher steigt.
Ein Laserbohrer, der einen fokussierten Laserstrahl verwendet, kann auch dazu verwendet werden, die Kühldurchgänge durch das Schaufelblatt hindurch bei reduziertem Risiko eines Abblätterns der Wärmedämmbeschichtung zu erzeugen. Der Laserbohrer kann jedoch aufgrund der Gegenwart des Hohlraums im Innern des Schaufelblattes eine genaue Steuerung erfordern. Sobald die Laserbohrung eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbricht, kann ein fortgesetzter Betrieb des Laserbohrers durch herkömmliche Verfahren eine Beschädigung an der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums zur Folge haben, was möglicherweise zu einem beschädigten Schaufelblatt führen kann, der überholt oder ausrangiert werden muss.
Demgemäß würde ein verbessertes Verfahren und System zum Bohren eines Lochs in einer Komponente einer Gasturbine von Vorteil sein. Insbesondere würde ein Verfahren und System zum Bohren eines Lochs in einer Komponente einer Gasturbine und zur Bestimmung einer oder mehrerer Betriebsbedingungen während eines derartigen Bohrprozesses besonders nützlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
In einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in einer Komponente geschaffen. Das Verfahren enthält ein Positionieren eines begrenzten Laserbohrers innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu einer nahegelegenen Wand der Komponente. Das Verfahren enthält ferner ein Richten eines begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine Außenfläche der nahegelegenen Wand der Komponente, um ein Loch in der nahegelegenen Wand der Komponente zu bohren. Der begrenzte Laserstrahl enthält eine Flüssigkeitssäule und einen Laser. Die Flüssigkeitssäule ist aus einer Flüssigkeit ausgebildet. Das Verfahren enthält ferner ein Erfassen einer Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, mit einem Sensor. Das Verfahren enthält ferner ein Feststellen eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers durch die nahegelegene Wand der Komponente auf der Basis der außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente erfassten Flüssigkeitsmenge.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann die Komponente ein Schaufelblatt einer Gasturbine sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor eine Kamera enthalten.
Die Kamera des Sensors kann auf den begrenzten Laserbohrer gerichtet werden.
In einer Alternative kann die Kamera des Sensors auf das Loch in der nahegelegenen Wand der Komponente gerichtet werden.
In jeder beliebigen Konfiguration der zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsform kann das Erfassen einer außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhandenen Flüssigkeitsmenge einen Vergleich eines oder mehrerer Bilder, die von der Kamera empfangen werden, mit einem oder mehreren gespeicherten Bildern, um die vorhandene Flüssigkeitsmenge zu bestimmen, aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der begrenzte Laserbohrer einen Rückspritzbereich definieren, in dem Flüssigkeit von dem begrenzten Laserstrahl spritzt, bevor der begrenzte Laserstrahl die nahegelegene Wand der Komponente durchbricht, wobei das Verfahren ferner ein Richten eines Lichtes von einer Lichtquelle durch wenigstens einen Teil des Rückspritzbereiches aufweisen kann.
In dieser bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor ein optischer Sensor sein, wobei das Erfassen einer außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhandenen Flüssigkeitsmenge ein Erfassen einer Intensität eines Lichtes von der Lichtquelle mit dem optischen Sensor aufweisen kann.
Ferner kann die Lichtquelle ein Laser sein.
In einer Konfiguration der zuletzt erwähnten weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Lichtquelle auf den Sensor gerichtet werden, wobei der Sensor ein optischer Sensor sein kann und wobei das Erfassen einer außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhandenen Flüssigkeitsmenge ein Erfassen einer Lichtintensität aufweisen kann, wobei das Erfassen einer Lichtintensität oberhalb einer vorbestimmten Schwelle dafür kennzeichnend sein kann, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl außerhalb der Komponente vorhanden ist.
In einer weiteren Konfiguration kann die Lichtquelle nicht auf den Sensor gerichtet sein, wobei der Sensor ein optischer Sensor sein kann und wobei das Erfassen einer Flüssigkeitsmenge, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, ein Erfassen einer Lichtintensität aufweisen kann, wobei das Erfassen einer Lichtintensität unterhalb einer vorbestimmten Schwelle dafür kennzeichnend sein kann, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl außerhalb der Komponente vorhanden ist.
In einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein System zur Feststellung eines Durchbruchs beim Bohren eines Lochs in einer nahegelegenen Wand einer Komponente mit begrenztem Laser geschaffen. Das System enthält einen begrenzten Laserbohrer, der einen begrenzten Laserstrahl verwendet. Der begrenzte Laserstrahl enthält einen Laser und eine Flüssigkeitssäule, wobei die Flüssigkeitssäule aus einer Flüssigkeit ausgebildet ist. Der begrenzte Laserbohrer ist dazu eingerichtet, ein Loch durch die nahegelegene Wand der Komponente zu bohren. Die nahegelegene Wand der Komponente ist benachbart zu einem Hohlraum, der durch die Komponente definiert ist, positioniert. Das System enthält ferner einen Sensor, der außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente positioniert und eingerichtet ist, um eine Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, zu bestimmen. Das System enthält ferner eine Steuereinrichtung in wirksamer Kommunikationsverbindung mit dem Sensor. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um einen Durchbruch des begrenzten Laserstrahls durch die nahegelegene Wand der Komponente auf der Basis der Flüssigkeitsmenge, die durch den Sensor als vorhanden bestimmt wird, festzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zuvor erwähnten Systems kann der Sensor eine Kamera enthalten.
Die Kamera des Sensors kann auf den begrenzten Laserbohrer gerichtet sein.
In einer Alternative kann die Kamera des Sensors auf das Loch in der nahegelegenen Wand der Komponente gerichtet sein.
In jeder beliebigen Art der zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführuhngsform des Systems kann der Sensor eingerichtet sein, um ein oder mehrere Bilder, die von der Kamera empfangen werden, mit einem oder mehreren gespeicherten Bildern zu vergleichen, um die vorhandene Flüssigkeitsmenge zu bestimmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das System ferner eine von dem begrenzten Laserbohrer gesonderte Lichtquelle aufweisen, wobei der begrenzte Laserbohrer einen Rückspritzbereich definieren kann, in dem Flüssigkeit aus dem begrenzten Laserstrahl spritzt, bevor der begrenzte Laserstrahl die nahegelegene Wand der Komponente durchbricht, wobei die Lichtquelle außerhalb der Komponente positioniert ist, um Licht durch wenigstens einen Teil des Rückspritzbereiches zu richten.
In dieser bevorzugten Ausführungsform des Systems ist die Lichtquelle vorzugsweise ein Laser.
Ferner kann die Lichtquelle auf den Sensor gerichtet sein, wobei der Sensor ein optischer Sensor sein kann und wobei das Erfassen einer Lichtintensität oberhalb einer vorbestimmten Schwelle kennzeichnen kann, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl außerhalb der Komponente vorhanden ist.
Alternativ kann die Lichtquelle nicht auf den Sensor gerichtet sein, wobei der Sensor ein optischer Sensor sein kann und wobei das Erfassen einer Lichtintensität unterhalb einer vorbestimmten Schwelle kennzeichnen kann, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl außerhalb der Komponente vorhanden ist.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden. Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Offenbarung enthalten sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Offenbarung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und befähigende Offenbarung des vorliegenden Offenbarungsgegenstands, einschließlich dessen bester Ausführungsart, für einen Fachmann ist in größeren Einzelheiten in dem Rest der Beschreibung erläutert, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren enthält, in denen:
1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Turbinenabschnitts einer beispielhaften Gasturbine, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufnehmen kann.
2 zeigt eine Perspektivansicht eines beispielhaften Schaufelblattes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung eines Schaufelblattes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt eine schematische Ansicht des beispielhaften Systems nach 3, nachdem ein begrenzter Laserstrahl eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Schaufelblattes gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt eine graphische Darstellung, die Lichtintensitätsmesswerte während eines Betriebs eines begrenzten Laserbohrers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
7 zeigt eine graphische Darstellung, die Wellenlängenmesswerte während eines Betriebs eines begrenzten Laserbohrers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
8 zeigt eine graphische Darstellung, die Rauschen in Lichtintensitätsmesswerten während eines Betriebs eines begrenzten Laserbohrers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
9 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung eines Schaufelblattes gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10 zeigt eine schematische Ansicht des beispielhaften Systems nach 9, nachdem ein begrenzter Laserstrahl eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Schaufelblattes gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
12 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung eines Schaufelblattes gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
13 zeigt eine schematische Ansicht des beispielhaften Systems nach 12, nachdem ein begrenzter Laserstrahl eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat.
14 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung eines Schaufelblattes gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
15 zeigt eine schematische Ansicht des beispielhaften Systems nach 14, nachdem ein begrenzter Laserstrahl eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat.
16 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Schaufelblattes gemäß einem noch weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
17 zeigt eine schematische Ansicht eines Systems zur Herstellung eines Schaufelblattes gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
18 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Schaufelblattes gemäß einem noch weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Offenbarung, nicht zur Beschränkung der Offenbarung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne dass von dem Umfang oder Rahmen der Offenbarung abgewichen wird. Z.B. können Merkmale, die als ein Teil einer einzelnen Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfasst, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für die Zwecke der Veranschaulichung allgemein in dem Kontext der Herstellung eines Schaufelblattes 38 für eine Turbomaschine beschrieben sind, wird ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf andere Herstellungsgegenstände angewandt werden können und nicht auf ein System oder Verfahren zum Herstellen eines Schaufelblattes 38 für eine Turbomaschine beschränkt sind, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist. Z.B. können in anderen beispielhaften Ausführungsformen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dazu verwendet werden, ein Schaufelblatt 38 zur Verwendung im Zusammenhang mit der Luftfahrt herzustellen oder um andere Komponenten einer Gasturbine herzustellen.
In dem hierin verwendeten Sinne können die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ austauschbar dazu verwendet werden, eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sie sollen keine Anordnung oder Bedeutung der einzelnen Komponenten angeben. Ebenso können die Ausdrücke „nahegelegen“ und „entfernt“ dazu verwendet werden, eine relative Position eines Gegenstands oder einer Komponente anzugeben, und sie sollen keine Funktion oder Konstruktion des Gegenstands oder der Komponente angeben.
Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, zeigt 1 eine vereinfachte quergeschnittene Seitenansicht eines beispielhaften Turbinenabschnitts 10 einer Gasturbine gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt, enthält der Turbinenabschnitt 10 allgemein einen Rotor 12 und ein Gehäuse 14, die wenigstens teilweise einen Gaspfad 16 durch den Turbinenabschnitt 10 hindurch definieren. Der Rotor 12 ist mit einer axialen Mittellinie 18 des Turbinenabschnitts 10 im Wesentlichen ausgerichtet und kann mit einem Generator, einem Verdichter oder einer anderen Maschine verbunden sein, um Arbeit zu verrichten. Der Rotor 12 kann abwechselnde Abschnitte von Rotorlaufrädern 20 und Rotorabstandshaltern 22 enthalten, die durch einen Bolzen 24 miteinander verbunden sind, um gemeinsam zu rotieren. Das Gehäuse 14 umgibt wenigstens einen Teil des Rotors 12 längs des Umfangs, um ein verdichtetes Arbeitsfluid 26 aufzunehmen, dass durch den Gaspfad 16 strömt. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 kann z.B. Verbrennungsgase, verdichtete Luft, gesättigten Dampf, ungesättigten Dampf oder eine Kombination von diesen enthalten.
Wie in 1 veranschaulicht, enthält der Turbinenabschnitt 10 ferner abwechselnde Stufen von rotierenden Laufschaufeln 30 und stationären Laufschaufeln 32, die sich in Radialrichtung zwischen dem Rotor 12 und dem Gehäuse 14 erstrecken. Die rotierenden Schaufeln 30 sind längs des Umfangs um den Rotor 12 herum angeordnet und können mit den Rotorlaufrädern 20 unter Verwendung verschiedener Mittel verbunden sein. Im Unterschied hierzu können die stationären Leitschaufeln 32 am Rand um die Innenseite des Gehäuses 14 herum den Rotorabstandshaltern 22 gegenüberliegend angeordnet sein. Die rotierenden Laufschaufeln 30 und die stationären Leitschaufeln 32 weisen im Wesentlichen die Gestalt eines Tragflächenprofils 38 mit einer konkaven Druckseite, einer konvexen Saugseite sowie einer Vorder- und einer Hinterkante auf, wie dies in der Technik bekannt ist. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 strömt entlang des Gaspfades 16 durch den Turbinenabschnitt 10 hindurch von links nach rechts, wie in 1 zu sehen. Während das verdichtete Arbeitsfluid 26 über die erste Stufe der Laufschaufeln 30 strömt, expandiert das verdichtete Arbeitsfluid, wobei es die Laufschaufeln 30, die Laufräder 20, die Rotorabstandshalter 22, den Bolzen 24 und den Rotor 12 zum Rotieren veranlasst. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 strömt anschließend über die nächste Stufe stationärer Leitschaufeln 32, die das verdichtete Arbeitsfluid 26 auf die nächste Stufe von Laufschaufeln 30 hin beschleunigt und umlenkt, und der Prozess wiederholt sich für die folgenden Stufen. In der beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 1 veranschaulicht ist, weist der Turbinenabschnitt 10 zwei Stufen stationärer Leitschaufeln 32 zwischen drei Stufen rotierender Laufschaufeln 30 auf; jedoch wird ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres erkennen, dass die Anzahl von Stufen von rotierenden Laufschaufeln 30 und stationären Leitschaufeln 32 keine Beschränkung für die vorliegende Offenbarung darstellt, sofern dies nicht in den Ansprüchen speziell angegeben ist.
2 zeigt eine Perspektivansicht eines beispielhaften Schaufelblattes 38, wie es in die Laufschaufeln 30 oder die stationären Leitschaufeln 32 aufgenommen werden kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 2 veranschaulicht, enthält das Schaufelblatt 38 allgemein eine Druckseite 42 mit einer konkaven Krümmung und eine Saugseite 44, die der Druckseite 42 gegenüberliegt und eine konvexe Krümmung aufweist. Die Druck- und die Saugseite 42, 44 sind voneinander getrennt, um einen Hohlraum 46 im Innern des Schaufelblattes 38 zwischen der Druck- und der Saugseite 42, 44 zu definieren. Der Hohlraum 46 kann einen serpentinenförmigen oder gewundenen Weg bereitstellen, damit ein Kühlmedium im Innern des Schaufelblattes 38 strömen kann, um in konduktiver und/oder konvektiver Weise Wärme aus dem Schaufelblatt 38 zu entfernen. Zusätzlich sind die Druck- und die Saugseite 42, 44 ferner zusammengefügt, um eine Vorderkante 48 an einem stromaufwärtigen Abschnitt des Schaufelblattes 38 und eine Hinterkante 50 stromabwärts von dem Hohlraum 46 an einem stromabwärtigen Abschnitt des Schaufelblattes 38 zu bilden. Mehrere Kühldurchgänge 52 in der Druckseite 42, der Saugseite 44, der Vorderkante 48 und/oder der Hinterkante 50 können für eine Strömungsverbindung mit dem Hohlraum 46 durch das Schaufelblatt 38 hindurch sorgen, um das Kühlmedium über eine Außenfläche 34 des Schaufelblattes 38 zuzuführen. Wie in 2 veranschaulicht, können die Kühldurchgänge 52 z.B. an der Vorder- und der Hinterkante 48, 50 und/oder entlang entweder der Druck- oder der Saugseite 42, 44 oder entlang beider angeordnet sein. Das beispielhafte Schaufelblatt 38 definiert ferner eine Öffnung 54 an einer Basis des Schaufelblatte 38, wobei ein Kühlmedium, wie beispielsweise Druckluft, aus einem Verdichterabschnitt der Gasturbine dem Hohlraum 46 zugeführt werden kann.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird ohne Weiteres anhand der hierin gegebenen Lehren erkennen, dass die Anzahl und/oder die Lage der Kühldurchgänge 52 gemäß bestimmten Ausführungsformen variieren kann, wie auch die Konstruktion des Hohlraums 46 und die Konstruktion der Kühldurchgänge 52 variieren kann. Demgemäß ist die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeine bestimmte Anzahl oder Positionierung der Kühldurchgänge 52 oder irgendeine Konstruktion der Kühldurchgänge 52 oder des Hohlraums 46 beschränkt, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
In manchen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Wärmedämmbeschichtung 36 über wenigstens einem Teil einer Außenfläche 34 eines Metallteils 40 des Schaufelblattes 38 (vgl. 3) aufgebracht sein, die den darunter liegenden Metallteil 40 des Schaufelblattes 38 bedeckt. Die Wärmedämmbeschichtung 36, wenn sie aufgebracht ist, kann ein geringes Emissionsvermögen oder einen hohen Reflexionsgrad für Wärme, ein glattes Oberflächenfinish und/oder eine gute Adhäsion an der darunter liegenden Außenfläche 34 aufweisen.
Koaxiale Erfassung
Indem nun auf die 3 und 4 Bezug genommen wird, ist eine Perspektivansicht eines beispielhaften Systems 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Das System 60 kann z.B. bei der Herstellung einer Komponente für eine Gasturbine verwendet werden. Insbesondere wird bei der dargestellten Ausführungsform das System 60 für die Herstellung/das Bohren eines oder mehrerer Löcher oder Kühldurchgänge 52 in einem Schaufelblatt 38 einer Gasturbine, wie beispielsweise dem vorstehend unter Bezugnahme auf 2 erläuterten Schaufelblatt 38, verwendet. Es sollte jedoch erkannt werden, dass, obwohl das System 60 hierin in dem Zusammenhang mit der Herstellung des Schaufelblattes 38 beschrieben ist, in anderen beispielhaften Ausführungsformen das System 60 bei der Herstellung einer beliebigen anderen geeigneten Komponente für eine Gasturbine verwendet werden kann. Z.B. kann das System 60 bei der Herstellung von Übergangsstücken, Leitapparaten, Brennkammerflammrohren, Effusions- oder Prallplatten, Leitschaufeln, Deckbändern oder einem beliebigen anderen geeigneten Teil verwendet werden.
Das beispielhafte System 60 enthält allgemein einen begrenzten Laserbohrer 62, der eingerichtet ist, um einen begrenzten Laserstrahl 64 in Richtung auf eine nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 zu richten, um ein Loch 52 in der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 zu bohren. Der begrenzte Laserstrahl 64 definiert eine Strahlachse A, und die nahegelegene Wand 66 ist benachbart zu dem Hohlraum 46 angeordnet. Insbesondere können verschiedene Ausführungsformen des begrenzten Laserbohrers 62 allgemein einen Lasermechanismus 68, einen Kollimator 70 und eine Steuereinrichtung 72 enthalten. Der Lasermechanismus 68 kann eine beliebige Vorrichtung enthalten, die in der Lage ist, einen Laserstrahl 74 zu erzeugen. Nur um ein Beispiel anzugeben, kann der Lasermechanismus 68 in manchen beispielhaften Ausführungsformen ein diodengepumpter Nd:YAG-Laser sein, der in der Lage ist, ein Laserstrahlbündel mit einer Pulsfrequenz von ungefähr 10–50 kHz, einer Wellenlänge von ungefähr einem Mikrometer oder falls die Frequenzverdopplung („SHG“, Second Harmonic Generation) genutzt wird, zwischen 500–550 Nanometern und einer mittleren Leistung von ungefähr 10–200 W zu erzeugen. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen ein anderer geeigneter Lasermechanismus 68 eingesetzt werden.
In der speziellen Ausführungsform, wie sie in den 3 und 4 veranschaulicht ist, richtet der Lasermechanismus 68 das Laserstrahlbündel 74 durch eine fokussierende Linse 75 auf einen Kollimator 70. Der Kollimator 70 formt einen Durchmesser des Strahlbündels 74 um, um ein besseres Fokusmerkmal zu erreichen, wenn das Strahlbündel 74 in ein anderes Medium, wie beispielsweise eine Glasfaser oder Wasser, hinein fokussiert wird. Demgemäß enthält der Kollimator 70, wie hierin verwendet, eine beliebige Vorrichtung, die ein Bündel aus Teilchen oder Wellen einengt und/oder ausrichtet, um zu bewirken, dass der räumliche Querschnitt des Bündels schmäler wird. Z.B. kann der Kollimator 70, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, eine Kammer 76 enthalten, die das Laserstrahlbündel 74 gemeinsam mit einem Fluid, wie beispielsweise deionisiertem oder gefiltertem Wasser, aufnimmt. Eine Öffnung oder Düse 78, die einen Durchmesser zwischen ungefähr 20 und 150 Mikrometern aufweisen kann, richtet den Laserstrahl 74 im Innern einer Flüssigkeitssäule 80 zu dem Schaufelblatt 38 hin – unter Bildung eines begrenzten bzw. eingeengten Laserstrahls 74. Die Flüssigkeitssäule 80 kann einen Druck von ungefähr 2000 bis 3000 Pfund pro Quadratzoll aufweisen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeinen bestimmten Druck für die Flüssigkeitssäule 80 oder Durchmesser für die Düse 78 beschränkt, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist. Außerdem sollte erkannt werden, dass, wie hierin verwendet, Näherungsausdrücke, wie beispielsweise „etwa“ oder „ungefähr“, sich auf eine Fehlerspanne innerhalb von 10% beziehen.
Wie in der vergrößerten Ansicht in den 3 und 4 veranschaulicht, kann die Flüssigkeitssäule 80 von Luft, beispielsweise einem Schutzgas, umgeben sein und als ein Lichtführungs- und -fokussierungsmechanismus für den Laserstrahl 74 dienen. Demgemäß können die Flüssigkeitssäule 80 und der Laserstrahl 74, der durch die Flüssigkeitssäule 80 geführt wird, wie vorstehend erläutert, gemeinsam den begrenzten (eingeengten) Laserstrahl 64 bilden, der durch den begrenzten (eingeengten) Laserbohrer 62 verwendet und auf das Schaufelblatt 38 gerichtet wird.
Wie erwähnt, kann der begrenzte Laserstrahl 64 durch den begrenzten Laserbohrer 62 dazu verwendet werden, z.B. einen oder mehrere Kühldurchgänge 52 durch das Schaufelblatt 38 hindurch zu bohren. Insbesondere kann der begrenzte Laserstrahl 64 die Außenfläche 34 des Schaufelblattes 38 abtragen, wobei er schließlich den gewünschten Kühldurchgang 52 durch das Schaufelblatt 38 erzeugt. Insbesondere zeigt 3 das System 60, bevor der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 „durchbricht“, während 4 das System 60 zeigt, nachdem der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat. In dem hierin verwendeten Sinne beziehen sich die Ausdrücke „Durchbruch“, „bricht durch“ und damit verwandte Bezeichnungen darauf, wann der begrenzte Laserstrahl 64 einen kontinuierlichen Teil des Materials, der die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 bildet, entlang der Strahlachse A des begrenzten Laserstrahls 64 entfernt hat. Nach einem Durchbruch des begrenzten Laserstrahls 64 durch die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 kann wenigstens ein Teil des begrenzten Laserstrahls 64 durch diese hindurch, z.B. in den Hohlraum 46 des Schaufelblattes 38 eintreten.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 3 und 4 enthält das System 60 ferner einen beispielhaften Rückschlagschutzmechanismus 82. Der dargestellte beispielhafte Rückschlagschutzmechanismus 82 enthält ein Gas 84, das im Inneren des Schaufelblattes 38 strömt. In dem hierin verwendeten Sinne kann der Begriff „Gas“ ein beliebiges gasförmiges Medium enthalten. Zum Beispiel kann das Gas 84 ein Inertgas, ein Vakuum, ein gesättigter Dampf, ein Heißdampf oder ein beliebiges sonstiges geeignetes Gas sein, das eine gasförmige Strömung im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 ausbilden kann. Das innerhalb des Schaufelblattes 38 strömende Gas 84 kann einen Druck, der ungefähr dem Druck der Flüssigkeit der Flüssigkeitssäule 80 entspricht, oder einen beliebigen sonstigen Druck aufweisen, der ausreicht, um den begrenzten Laserstrahl 64 zu stören. Insbesondere kann das Gas 84 einen beliebigen sonstigen Druck aufweisen, der ausreicht, um ein hinreichendes kinetisches Moment oder eine Geschwindigkeit zu erzeugen, um die Flüssigkeitssäule 80 innerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 zu stören. Zum Beispiel kann das Gas 84, das im Inneren des Schaufelblattes 38 strömt, in manchen beispielhaften Ausführungsformen einen Druck aufweisen, der größer ist als ungefähr 25 Pfund pro Quadratzoll, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeinen bestimmten Druck für das Gas 84 beschränkt ist, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
Wie am deutlichsten in 4 veranschaulicht, kann das Gas 84 ausgerichtet sein, um den begrenzten Laserstrahl 64 im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 zu kreuzen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Gas 84 im Wesentlichen senkrecht zu der Flüssigkeitssäule 80 ausgerichtet sein, während das Gas 84 in anderen bestimmten Ausführungsformen unter einem schrägen oder spitzen Winkel in Bezug auf die Flüssigkeitssäule 80 und/oder den begrenzten Laserstrahl 64 ausgerichtet sein kann. Während das Gas 84 die Flüssigkeitssäule 80 im Inneren des Schaufelblattes 38 kreuzt, stört das Gas 84 die Flüssigkeitssäule 80 und zerstreut den Laserstrahl 74 des begrenzten Laserstrahls 64 im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38. Auf diese Weise verhindert das Gas 84, dass der begrenzte Laserstrahl 64 auf eine Innenfläche des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 auf der zu dem neu erzeugten Kühldurchgang 52 in der nahegelegenen Wand 66 gegenüberliegenden Seite auftrifft. Insbesondere hindert das Gas 84 den begrenzten Laserstrahl 64 daran, auf eine entfernte Wand 86 des Schaufelblattes 38 aufzutreffen.
Das beispielhafte System 60 gemäß den 3 und 4 enthält zusätzlich einen Sensor 88, der mit der Steuereinrichtung 72 funktionsmäßig verbunden ist, die nachstehend weiter erläutert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Sensor 88 dazu eingerichtet, eine Lichteigenschaft zu erfassen und ein Signal 68 zu der Steuereinrichtung 72 zu senden, das die erfasste Lichteigenschaft kennzeichnet. Insbesondere ist der Sensor 88 positioniert, um eine Eigenschaft des Lichts, das entlang der Strahlachse A von der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 weg gerichtet ist, z.B. von einem von dem Kühldurchgang 52 reflektierten und/oder abgelenkten Licht, zu erfassen. In manchen beispielhaften Ausführungsformen kann der Sensor 88 ein Oszilloskopsensor sein, der sich zur Erfassung einer oder mehrerer der folgenden Eigenschaften von Licht eignet: einer Lichtintensität, einer oder mehrerer Lichtwellenlängen, einer Lichtmenge, einer zeitlichen Form eines Lichtimpulses und einer Frequenzform eines Lichtimpulses. Außerdem ist der Sensor 88 für die dargestellte Ausführungsform gegenüber der Strahlachse A versetzt und dazu eingerichtet, eine Eigenschaft des reflektierten Lichtes entlang der Strahlachse A durch Ablenkung wenigstens eines Teil des reflektierten Lichtes, das entlang der Strahlachse A gerichtet ist, zu dem Sensor 88 mit einer Ablenklinse 90 zu erfassen. Die Ablenklinse 90 ist in der Strahlachse A, d.h. die Strahlachse A schneidend, unter einem Winkel von ungefähr 45° zu der Strahlachse A positioniert. Jedoch kann die Ablenklinse 90 in anderen beispielhaften Ausführungsformen einen beliebigen sonstigen geeigneten Winkel in Bezug auf die Strahlachse A definieren. Obwohl bei der Ausführungsform gemäß den 3 und 4 die Ablenklinse 90 in dem Kollimator 70 angeordnet ist, kann die Linse 90 außerdem in anderen Ausführungsformen stattdessen zwischen dem Kollimator 70 und der Fokussierungslinse 75 oder alternativ zwischen der Fokussierungslinse 75 und dem Lasermechanismus 68 positioniert sein. Die Ablenklinse 90 kann eine Beschichtung auf einer ersten Seite (d.h. auf der zu der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 nächstgelegenen Seite) enthalten, die wenigstens einen Teil des entlang der Strahlachse A strömenden reflektierten Lichtes zu dem Sensor 88 umlenkt. Die Beschichtung kann eine sein, die als „Einweg“-Beschichtung bezeichnet wird, so dass im Wesentlichen kein Licht, das entlang der Strahlachse in Richtung auf die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 strömt, durch die Linse oder ihre Beschichtung abgelenkt wird. Zum Beispiel kann die Beschichtung in manchen Ausführungsformen eine Beschichtung aus einem Elektronenstrahlbeschichtungsverfahrens („EBC“, Electron Beam Coating) sein.
Weiterhin bezugnehmend auf das beispielhafte System 60 gemäß den 3 und 4 kann die Steuereinrichtung 72 eine beliebige geeignete prozessorbasierte Rechenvorrichtung sein, und sie kann mit z.B. dem begrenzten Laserbohrer 62, dem Sensor 88 und dem Rückschlagschutzmechanismus 82 in wirksamer Kommunikationsverbindung stehen. Zum Beispiel können geeignete Steuereinrichtungen 72 einen oder mehrere Personalcomputer, Mobiltelefone (einschließlich Smartphones), persönliche digitale Assistenten, Tablets, Laptops, Desktops, Workstations, Spielekonsolen, Server, andere Computer und/oder beliebige sonstige geeignete Rechenvorrichtungen enthalten. Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, kann die Steuereinrichtung 72 einen oder mehrere Prozessoren 92 und einen zugehörigen Speicher 94 enthalten. Der (die) Prozessor(en) 92 kann (können) im Allgemeinen eine oder mehrere beliebige geeignete in der Technik bekannte Prozessorvorrichtungen sein. Ebenso kann der Speicher 94 allgemein ein beliebiges geeignetes computerlesbares Medium oder mehrere computerlesbare Medien sein, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, RAM, ROM, Festplattenlaufwerke, Flash-Laufwerke oder andere Speichervorrichtungen gehören. Wie allgemein verstanden wird, kann der Speicher 94 eingerichtet sein, um Informationen zu speichern, die für den (die) Prozessor(en) 92 zugänglich sind, einschließlich Instruktionen oder einer Logik 96, die durch den (die) Prozessor(en) 92 ausgeführt werden kann/können. Die Instruktionen oder Logik 96 kann/können ein beliebiger Satz von Instruktionen sein, die, wenn sie durch den (die) Prozessor(en) 92 ausgeführt werden, den (die) Prozessor(en) 92 veranlassen, eine gewünschte Funktionalität bereitzustellen. Zum Beispiel kann/können die Instruktionen oder Logik 96 Softwareinstruktionen sein, die in einer computerlesbaren Form wiedergegeben sind. Wenn Software verwendet wird, kann eine beliebige geeignete Programmierung, Skript-Art oder eine sonstige geeignete Sprache oder können Kombinationen von Sprachen dazu verwendet werden, die hierin enthaltenen Lehren zu implementieren. In besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann/können z.B. die Instruktionen oder die Logik 96 dazu eingerichtet sein, ein oder mehrere der nachstehend unter Bezugnahme auf die 5, 11, 16 oder 18 beschriebenen Verfahren zu implementieren. Alternativ können die Instruktionen durch eine festverdrahtete Logik 96 oder andere Schaltkreise implementiert sein, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, anwendungsspezifische Schaltkreise gehören. Außerdem kann, obwohl die Steuereinrichtung 72 in schematischer Weise von dem Sensor gesondert veranschaulicht ist, in anderen beispielhaften Ausführungsformen der Sensor 88 und die Steuereinrichtung 72 zu einer einzigen Vorrichtung integriert sein, die an einer beliebigen geeigneten Stelle positioniert sein kann.
Indem nun auf die 5 Bezug genommen wird, ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 120 zum Herstellen eines Schaufelblattes einer Gasturbine bereitgestellt. Insbesondere veranschaulicht das Flussdiagramm nach 5 ein beispielhaftes Verfahren 120 zum Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt einer Gasturbine. Das beispielhafte Verfahren 120 nach 5 kann mit dem beispielhaften System verwendet werden, das in den 3 und 4 dargestellt und vorstehend beschrieben ist. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 120, obwohl es in dem Zusammenhang mit dem Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt erläutert ist, alternativ dazu verwendet werden, ein Loch in einer beliebigen sonstigen geeigneten Komponente einer Gasturbine zu bohren.
Das Verfahren 120 enthält allgemein bei 122 ein Richten eines begrenzten Laserstrahls eines begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes, um das Loch in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes zu bohren. Der begrenzte Laserstrahl definiert eine Strahlachse, und die nahegelegene Wand ist benachbart zu einem in dem Schaufelblatt definierten Hohlraum positioniert. Das Verfahren 120 enthält weiterhin bei 124 ein Erfassen einer Eigenschaft eines Lichts, das entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichtet ist, mit einem Sensor. Das entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichtete Licht kann, in manchen Aspekten, sich auf das Licht beziehen, das von der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes reflektiert wird. In manchen beispielhaften Aspekten kann das Erfassen einer Eigenschaft des Lichtes bei 124 ein Erfassen wenigstens einer von einer Lichtintensität, einer oder mehrerer Wellenlängen des Lichtes, einer zeitlichen Form eines Lichtimpulses und einer Frequenzform eines Lichtimpulses enthalten. Außerdem kann der Sensor zu der Strahlachse versetzt angeordnet sein, so dass das Erfassen einer Eigenschaft des Lichtes bei 124 ferner ein Ablenken wenigstens eines Teil des entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichteten Lichtes zu dem Sensor mit einer Linse enthalten kann.
Weiterhin bezugnehmend auf 5 enthält das beispielhafte Verfahren 120 ferner bei 126 ein Bestimmen einer oder mehrerer Betriebsbedingungen auf der Basis der Eigenschaft des mit dem Sensor bei 124 erfassten Lichtes. Die eine oder mehreren Betriebsbedingungen enthalten wenigstens eines von einer Tiefe des Lochs, das mit dem begrenzten Laserbohrer gebohrt wird, und einem Material, in das der begrenzte Laserstrahl des begrenzten Laserbohrer hinein gerichtet wird.
Zum Beispiel kann das Erfassen einer Eigenschaft von Licht bei 124 in manchen beispielhaften Aspekten ein Erfassen einer Lichtintensität enthalten. Zur Darstellung wird nun auch auf 6 Bezug genommen, die eine grafische Darstellung 150 von beispielhaften Lichtintensitätswerten, die bei 124 erfasst werden, liefert. Die beispielhafte Grafik 150 zeigt eine Lichtintensität auf der Y-Achse und Zeit auf der X-Achse. In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann das Bestimmen einer oder mehrerer Betriebsbedingungen bei 126 ein Bestimmen entweder einer reflektierten Pulsrate des begrenzten Laserbohrers oder einer reflektierten Pulsbreite (gemessen in Einheiten der Zeit) des begrenzten Laserbohrers oder beide auf der Basis der Intensität des entlang der Strahlachse A von dem Schaufelblatt weg gerichteten, bei 124 erfassten Lichtes enthalten. Zum Beispiel zeigt, wie in 6 veranschaulicht, die bei 124 erfasste Lichtintensität während Bohrvorgänge – d.h. während einer Operation mit dem begrenzten Laserbohrer 62 – Höhen 152 und Tiefen 154. Die reflektierte Pulsrate kann folglich bestimmt werden, indem die Anzahl der Höhen 152 pro Zeiteinheit gezählt wird, und die reflektierte Pulsbreite kann bestimmt werden, indem die Zeitpunkte der Höhen 152 bestimmt werden.
Insbesondere würden in dem Fall, dass das gesamte auf das Schaufelblatt gerichtete Licht reflektiert werden würde, ohne dass es absorbiert oder in sonstiger Weise verändert würde, die reflektierte Pulsrate und die reflektierte Pulsbreite genau eine tatsächliche Pulsrate und eine tatsächliche Pulsbreite widerspegeln, mit denen der begrenzte Laserbohrer und der begrenzte Laserstrahl funktionieren. Jedoch kann während der Bohrvorgänge eine Größe der Lichtabsorbtion durch das Schaufelblatt basierend z.B. auf einer Tiefe des Lochs, einem Seitenverhältnis des Lochs (das sich in dem hierin verwendeten Sinne auf ein Verhältnis des Lochdurchmessers zu einer Lochlänge bezieht) und/oder dem Material, in das der begrenzte Laserstrahl hinein gerichtet wird (d.h. das Material, durch das gebohrt wird) variieren. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 120 während der Bohrvorgänge ein Vergleichen der Werte von entweder der reflektierten Pulsrate und/oder der reflektierten Pulsbreite, wie bei 126 bestimmt, mit bekannten Betriebsbedingungen des begrenzten Laserbohrers (z.B. der tatsächlichen Pulsrate und/oder der tatsächlichen Pulsbreite des begrenzten Laserbohrers) enthalten. Ein derartiger Vergleich kann einen Fehlerwert aufzeigen. Der Fehlerwert kann dann mit einer Nachschlagetabelle verglichen werden, die derartige Fehlerwerte mit Lochtiefen in Beziehung setzt – unter Berücksichtigung des speziellen Materials, in das hinein gebohrt wird, des Lochdurchmessers, der Lochgeometrie und beliebiger sonstiger relevanter Faktoren – um eine Tiefe des Lochs, das durch den begrenzten Laserbohrer in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes gebohrt wird, zu bestimmten. Die Werte der Nachschlagetabelle können experimentell ermittelt werden.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung das beispielhafte Verfahren zusätzlich oder alternativ bei 124 andere Eigenschaften des Lichts, das entlang der Strahlachse gerichtet ist, erfassen und bei 126 andere Betriebsbedingungen bestimmten kann. Zum Beispiel kann, indem weiterhin auf 5 sowie auf eine beispielhafte grafische Darstellung 160 der erfassten Lichtwellenlängenwerte, die in 7 bereitgestellt ist, Bezug genommen wird, das Erfassen einer Lichteigenschaft bei 124 zusätzlich oder alternativ ein Erfassen einer Wellenlänge des entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichteten Lichtes mit dem Sensor enthalten. In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann die eine oder können die mehreren Betriebsbedingungen, die bei 126 bestimmt werden, das Material, in das der begrenzte Laserstrahl des begrenzten Laserbohrers hinein gerichtet wird, enthalten. Zusätzlich kann das Bestimmen der einen oder mehreren Betriebsbedingungen bei 126 einen Vergleich der erfassten Lichtwellenlänge mit vorbestimmten Werten enthalten. Insbesondere absorbieren und reflektieren unterschiedliche Materialien Licht bei verschiedenen Wellenlängen. Demgemäß kann das reflektierte Licht, das während der Bohrvorgänge entlang der Strahlachse gerichtet wird, eine Wellenlänge definieren, die für das Material, in das der begrenzte Laserstrahl hinein gerichtet wird, kennzeichnend ist. Z.B. kann, indem speziell auf 7 Bezug genommen wird, Licht, das entlang der Strahlachse gerichtet wird, wenn in eine Wärmedämmbeschichtung eines Schaufelblattes hinein gebohrt wird, eine erste Wellenlänge 162 definieren, während Licht, das entlang der Strahlachse gerichtet ist, wenn in einen Metallteil des Schaufelblattes hinein gebohrt wird, eine zweite Wellenlänge 164 definieren kann und Licht, das entlang der Strahlachse gerichtet ist, nachdem der begrenzte Laserstrahl die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, eine dritte Wellenlänge 166 definieren kann. Demgemäß kann das Verfahren 120 in einem derartigen beispielhaften Aspekt die Schicht, in die der begrenzte Laserstrahl hinein bohrt, basierend wenigstens zum Teil auf der erfassten Wellenlänge des entlang der Strahlachse reflektierten Lichtes bestimmen.
In anderen beispielhaften Aspekten kann das Verfahren 120 jedoch ein Erfassen des Lichts bei mehreren Wellenlängen enthalten. Z.B. kann Licht, das entlang der Strahlachse gerichtet ist, beim Bohren durch sowohl die Wärmedämmbeschichtung als auch den Metallteil zusätzlich eine vierte Wellenlänge 163 definieren, und Licht, das entlang der Strahlachse gerichtet ist, wenn durch den Metallteil gebohrt wird und wenn die nahegelegene Wand des Schaufelblattes wenigstens teilweise durchbrochen ist, kann zusätzlich eine fünfte Wellenlänge 165 definieren. Darüber hinaus kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen das Licht ein beliebiges sonstiges ausgeprägtes Muster von Wellenlängen basierend auf vielfältigen Faktoren definieren, zu denen das (die) Material(ien), in das (die) der begrenzte Laserbohrer gerichtet wird, die Tiefe des Lochs, das gebohrt wird, ein Seitenverhältnis des Lochs, das gebohrt wird, etc. gehören. Demgemäß kann das Verfahren 120 ein Verwenden einer Fuzzy-Logik-Methodik enthalten, um die eine oder mehreren Betriebsbedingungen bei 126, einschließlich z.B. des Materials, in das der begrenzte Laserbohrer hinein gerichtet wird, zu bestimmen.
Jedoch kann das beispielhafte Verfahren in noch weiteren beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung zusätzlich oder alternativ bei 124 noch andere Eigenschaften des Lichts, das entlang der Strahlachse gerichtet ist, erfassen und bei 126 weitere Betriebsbedingungen bestimmen. Weiterhin Bezugnehmend auf 5, sowie auf eine beispielhafte graphische Darstellung 170 des erfassten Rauschens in den Lichtintensitätswerten, die in 8 geliefert ist, kann das Erfassen einer Eigenschaft des Lichts bei 124 z.B. zusätzlich oder alternativ ein Erfassen des Rauschens in der Intensität des Lichtes, das entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichtet ist, mit dem Sensor enthalten. Insbesondere zeigt die beispielhafte Graphik 170 nach 8 mit der Linie 172 ein erfasstes Rauschniveau in der Lichtintensität und mit der Linie 174 eine erfasste Lichtintensität. In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann das Bestimmen einer oder mehrerer Betriebsbedingungen bei 126 zusätzlich oder alternativ ein Erfassen/Bestimmen eines Rauschniveaus in der Intensität des entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichteten Lichts enthalten. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „Rauschniveau“ eine Schwankung der mit dem Sensor erfassten Lichtintensität oder einer anderen Charakteristik. Zusätzlich kann in einem derartigen beispielhaften Aspekt das Bestimmen einer oder mehrerer Betriebsbedingungen bei 126 ferner ein Bestimmen einer Tiefe des Lochs, das gebohrt wird, basierend auf dem bestimmten Rauschniveau in der Intensität des entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichteten Lichtes enthalten. Insbesondere ist festgestellt worden, dass während eines Bohrvorgangs mit begrenztem Laser in bestimmten Schaufelblättern oder anderen Komponenten von Gasturbinen ein erhöhter Rauschanteil in der entlang der Strahlachse bei 124 erfassten Lichtintensität durch Faktoren, wie beispielsweise die Tiefe des gebohrten Lochs und ein Seitenverhältnis des gebohrten Lochs, hervorgerufen wird. Demgemäß kann durch Erfassen des Rauschniveaus in der Intensität des entlang der Strahlachse von der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes weg gerichteten Lichts eine Tiefe des Loches bestimmt werden, indem ein derartiges Rauschniveau z.B. mit einer Nachschlagetabelle verglichen wird, die Lochtiefen mit Rauschniveaus in der Lichtintensität in Beziehung setzt, wobei das spezielle Loch, das gebohrt wird, und beliebige sonstige relevante Faktoren mit berücksichtigt werden. Diese Nachschlagetabellenwerte können experimentell ermittelt werden.
Weiterhin bezugnehmend auf 5 enthält das beispielhafte Verfahren ferner bei 128 ein Bestimmen eines angezeigten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes der Gasturbine. Ein Bestimmen des angezeigten Durchbruchs bei 128 kann auch auf der Basis der Eigenschaft des entlang der Strahlachse mit dem Sensor bei 124 erfassten Lichts vorgenommen werden. Erneut Bezug nehmend auf die graphische Darstellung 150 nach 6 kann, wenn die Lichtintensität bei 124 erfasst wird, die erfasste Lichtintensität während des Bohrens des Lochs abnehmen. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 120 einen angezeigten Durchbruch des begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bei 128 auf der Basis einer erfassten Lichtintensität, die unter einen vorbestimmten Schwellen-/Durchbruchwert fällt, bestimmen. Wenn z.B. der vorbestimmte Schwellen-/Durchbruchwert der Linie 156 entspricht, kann das Verfahren 120 einen angezeigten Durchbruch bei 128 an dem Punkt 158 auf der Graphik 150 bestimmen. Dieser vorbestimmte Schwellen-/Durchbruchwert kann experimentell oder basierend auf bekannten Werten ermittelt werden.
Das Verfahren nach 5 enthält ferner bei 130 ein Feststellen eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls 64 durch die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes basierend z.B. auf dem bei 128 bestimmten angezeigten Durchbruch und/oder den bei 126 bestimmten Betriebsbedingungen. Z.B. kann das beispielhafte Verfahren 120 nach 5 einen Durchbruch des begrenzten Laserstrahls bei 130 nach der Bestimmung eines angezeigten Durchbruchs bei 128 und der Bestimmung einer oder mehrerer Betriebseigenschaften bei 126 feststellen. Insbesondere kann das beispielhafte Verfahren 120 nach 5 einen Durchbruch des begrenzten Laserstrahls bei 130 feststellen, sobald ein angezeigter Durchbruch bei 128 bestimmt worden ist, zusätzlich dazu, dass eine oder mehrere Betriebsbedingungen, die bei 126 bestimmt werden, ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen – z.B. die Tiefe des Lochs größer als ein vorbestimmter Wert ist oder das Material, in das der begrenzte Laserstrahl hinein gerichtet ist, nicht der Metallteil oder die Wärmedämmbeschichtung ist. Ein Verfahren zum Bohren eines Lochs entsprechend einem derartigen beispielhaften Aspekt kann eine genauere Durchbruchdetektion beim Bohren mit begrenztem Laser ermöglichen.
Insbesondere kann das Loch, obwohl ein Teil des begrenzten Laserstrahls die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen haben kann, nicht fertiggestellt sein. Spezieller kann das Loch noch nicht eine gewünschte Geometrie entlang einer gesamten Länge des Lochs definieren. Demgemäß enthält das beispielhafte Verfahren 120 nach 5 für den dargestellten beispielhaften Aspekt ferner bei 132 ein weiteres Richten des begrenzten Laserstrahls in Richtung auf die nahegelegene Wand des Schaufelblattes nach der Feststellung eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 130. Das Verfahren 120 kann die Erfassung einer Lichteigenschaft, wie beispielsweise einer Lichtintensität, einer Lichtwellenlänge oder eines Rauschens in der Intensität des entlang der Strahlachse von dem Schaufelblatt weg gerichteten Lichtes mit dem Sensor fortsetzen. Außerdem enthält das Verfahren 120 bei 134 ein Feststellen einer Fertigstellung des Lochs in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes basierend auf der entlang der Strahlachse mit dem Sensor erfassten Lichteigenschaft. Z.B. kann das Feststellen der Fertigstellung des Lochs bei 134 ein Feststellen einer angezeigten Fertigstellung enthalten basierend auf: der erfassten Intensität des reflektierten Lichtes entlang der Strahlachse; einer reflektierten Pulsrate und/oder reflektierten Pulsbreite des entlang der Strahlachse reflektierten Lichtes; einer Wellenlänge des reflektierten Lichtes auf der Strahlachse; und/oder eines Rauschanteils in der Intensität des entlang der einen Strahlachse reflektierten Lichtes.
Das beispielhafte Verfahren nach 5 enthält ferner bei 136 ein Verändern eines Betriebsparameters des begrenzten Laserbohrers, wie beispielsweise einer Leistung des begrenzten Laserbohrers, einer Pulsrate des begrenzten Laserbohrers oder einer Pulsbreite des begrenzten Laserbohrers, basierend auf der bei 126 bestimmten Betriebsbedingung, basierend auf dem bei 128 bestimmten angezeigten Durchbruch und/oder basierend auf der Feststellung eines Durchbruchs bei 130. Z.B. kann das Verfahren 120 ein Verändern eines Betriebsparameters bei 136 als Reaktion auf eine Feststellung, dass der begrenzte Laserstrahl des begrenzten Laserbohrers in den Metallteil des Schaufelblattes verglichen mit der Wärmedämmbeschichtung des Schaufelblattes gerichtet ist, eine Feststellung eines angezeigten Durchbruchs bei 128 und/oder eine Feststellung eines einsetzenden Durchbruchs des begrenzten Laserbohrers bei 130 enthalten.
Außerhalb der Komponente positionierter, ins Innere der Komponente gerichteter Sensor
Indem nun auf die 9 und 10 Bezug genommen wird, ist ein System 60 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geschaffen. Insbesondere zeigt 9 eine schematische Ansicht eines Systems 60 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bevor ein begrenzter Laserstrahl 64 eines begrenzten Laserbohrers 62 eine nahgelegene Wand 66 eines Schaufelblattes 38 durchbricht, und 10 zeigt eine schematische Ansicht des beispielhaften Systems 60 nach 9, nachdem der begrenzte Laserstrahl 64 des begrenzten Laserbohrers 62 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat. Obwohl es im Zusammenhang mit einem Schaufelblatt 38 erläutert ist, kann das System 60 in anderen Ausführungsformen mit einer beliebigen sonstigen geeigneten Komponente einer Gasturbine verwendet werden.
Das beispielhafte System 60, wie es in den 9 und 10 dargestellt ist, kann im Wesentlichen in der gleichen Weise wie das beispielhafte System 60 gemäß den 3 und 4 eingerichtet sein, und die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen können die gleichen oder ähnliche Teile bezeichnen. Z.B. enthält das System 60 einen begrenzten Laserbohrer 62, der einen begrenzten Laserstrahl 64 verwendet, wobei der begrenzte Laserbohrer 62 eingerichtet ist, um ein oder mehrere Löcher oder Kühldurchgänge 52 in einer nahegelegenen Wand 66 eines Schaufelblattes 38 zu bohren. Außerdem ist die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38, wie dargestellt, benachbart zu einem Hohlraum 46, der durch das Schaufelblatt 38 definiert ist, positioniert. Darüber hinaus ist ferner ein Rückschlagschutzmechanismus 82 vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, eine entfernte Wand 86 des Schaufelblattes 38 zu schützen, wobei die entfernte Wand 86 auf der zu der nahegelegenen Wand 66 gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 46 positioniert ist.
Jedoch ist für die Ausführungsform gemäß den 9 und 10 ein Sensor 98 außerhalb des Hohlraums 46 positioniert und in den Hohlraum 46 hinein gerichtet, um eine Lichteigenschaft innerhalb des Hohlraums 46 zu erfassen. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert, ist das System 60 dazu eingerichtet, einen Durchbruch des begrenzten Laserstrahls 64 durch die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 auf der Basis der innerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 erfassten Lichteigenschaft festzustellen. In manchen beispielhaften Ausführungsformen kann der Sensor 98 z.B. ein optischer Sensor, ein Oszilloskopsensor oder ein beliebiger sonstiger geeigneter Sensor sein, der in der Lage ist, eine oder mehrere der folgenden Lichteigenschaften zu erfassen: eine Lichtmenge, eine Lichtintensität und eine Lichtwellenlänge.
Für die dargestellte Ausführungsform ist der Sensor 98 außerhalb des Schaufelblattes 38 positioniert, so dass der Sensor eine Sichtlinie 100 zu der Strahlachse A des begrenzten Laserstrahls 64 definiert. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „Sichtlinie“ eine gerade Linie von einer Position zu einer anderen Position, die frei von jeglichen strukturellen Hindernissen ist. Demgemäß kann der Sensor 98 an einer beliebigen Stelle außerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 positioniert werden, die dem Sensor 98 ermöglicht, die Sichtlinie 100 zu der Strahlachse A innerhalb des Hohlraums 46 zu definieren. Z.B. ist der Sensor 98 in der dargestellten Ausführungsform benachbart zu der (schematisch dargestellten) Öffnung 54 des Schaufelblattes 38 positioniert und durch die Öffnung 54 des Schaufelblattes 38 hindurch in den Hohlraum 46 des Schaufelblattes 38 hinein gerichtet.
Gewöhnlich ist es schwierig Licht von einem Laserstrahl zu erfassen, sofern ein derartiger Laserstrahl nicht mit einer Oberfläche in Kontakt tritt (wenn beispielsweise das Licht reflektiert und/oder abgelenkt wird) oder sofern der Sensor nicht mit einer Achse des Laserstrahls fluchtend ausgerichtet positioniert ist. Für die dargestellte Ausführungsform ist der Rückschlagschutzmechanismus 82 dazu eingerichtet, den begrenzten Laserstrahl 64 innerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 zu stören, nachdem der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat. Insbesondere enthält der begrenzte Laserstrahl 64, wie vorstehend erwähnt, eine Flüssigkeitssäule 80 und einen Laserstrahl 74 innerhalb der Flüssigkeitssäule 80. Insbesondere bezugnehmend auf 10 stört, wenn der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat, ein Gas 84, das durch den Hohlraum 46 von dem Rückschlagschutzmechanismus 82 strömen gelassen wird, die Flüssigkeitssäule 80 des begrenzten Laserstrahls 64 innerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 in einer derartigen Weise, dass wenigstens ein Teil der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitssäule 80 die Strahlachse A und den Laserstrahl 74 schneidet. Die die Strahlachse A schneidende Flüssigkeit kann wenigstens teilweise durch den Laserstrahl 74 des begrenzten Laserstrahls 64 innerhalb des Hohlraums 46 angestrahlt sein. Demgemäß kann der Sensor 98, der in den Hohlraum 46 des Schaufelblattes 38 hinein gerichtet ist, eine Lichteigenschaft, wie beispielsweise eine Lichtintensität, von dem durch den Laserstrahl 74 angestrahlten Teil der Flüssigkeit detektieren.
In manchen Ausführungsformen kann der Sensor 98 derart außerhalb des Hohlraums 46 positioniert und in den Hohlraum 46 hinein gerichtet sein, dass der Sensor 98 konfiguriert ist, um Licht aus dem Innenraum des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 an mehreren Stellen zu detektieren. Insbesondere kann der Sensor 98 außerhalb des Hohlraums 46 positioniert und in den Hohlraum 46 hinein derart gerichtet sein, dass der Sensor eine Sichtlinie 100 mit der Strahlachse A des begrenzten Laserstrahls 64 an einer ersten Lochstelle sowie mit einer zweiten Strahlachse A‘ des begrenzten Laserstrahls 64 an einer zweiten Lochstelle definiert (vgl. 10). Eine derartige Ausführungsform kann ein zeiteffizientes und komfortableres Bohren von z.B. Kühllöchern 52 in einem Schaufelblatt 38 für eine Gasturbine ermöglichen.
Indem nun auf 11 Bezug genommen wird, ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zum Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt einer Gasturbine bereitgestellt. Das beispielhafte Verfahren 200 nach 11 kann mit dem beispielhaften System 60, das in den 9 und 10 dargestellt und vorstehend beschrieben ist, verwendet werden. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 200, obwohl es im Zusammenhang mit dem Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt beschrieben ist, alternativ dazu verwendet werden, ein Loch in einer beliebigen sonstigen geeigneten Komponente einer Gasturbine zu bohren.
Wie veranschaulicht, enthält das beispielhafte Verfahren 200 bei 202 ein Richten eines begrenzten Laserstrahls eines begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine erste Lochposition an einer nahegelegenen Wand des Schaufelblattes. Die nahegelegene Wand kann benachbart zu einem in dem Schaufelblatt definierten Hohlraum positioniert sein. Das Verfahren enthält ferner bei 204 ein Erfassen einer Lichteigenschaft innerhalb des Hohlraums, der durch das Schaufelblatt definiert ist, unter Verwendung eines Sensors, der außerhalb des durch das Schaufelblatt definierten Hohlraums positioniert ist. In manchen beispielhaften Aspekten kann der Sensor benachbart zu einer Öffnung, die durch das Schaufelblatt definiert ist, positioniert und durch die Öffnung hindurch in den Hohlraum hinein gerichtet sein. Der Sensor kann folglich an einer Stelle positioniert sein, die sich nicht mit einer Strahlachse, die durch den begrenzten Laserstrahl definiert ist, kreuzt, sondern eine Sichtlinie zu der Strahlachse, die durch den begrenzten Laserstrahl definiert ist, innerhalb des Hohlraums des Schaufelblattes definiert.
Das Verfahren 200 enthält ferner bei 206 ein Aktivieren eines Rückschlagschutzmechanismus. Das Aktivieren des Rückschlagschutzmechanismus bei 206 kann z.B. als Reaktion auf ein Betreiben des begrenzten Laserbohrers für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgen. Außerdem kann das Aktivieren des Rückschlagschutzmechanismus bei 206 ein Strömenlassen eines Gases durch den Hohlraum des Schaufelblattes in einer derartigen Weise enthalten, dass das Gas die Strahlachse innerhalb des Hohlraums des Schaufelblattes kreuzt. Demgemäß enthält das Verfahren 200, wenn der begrenzte Laserstrahl des begrenzten Laserbohrers die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbricht, ferner bei 208 ein Stören des begrenzten Laserstrahls innerhalb des Hohlraums des Schaufelblattes mit dem Rückschlagschutzmechanismus. Insbesondere kann das Stören des begrenzten Laserstrahls innerhalb des Hohlraums bei 208 ein Stören einer Flüssigkeitssäule des begrenzten Laserstrahls in einer derartigen Weise enthalten, dass eine Flüssigkeit aus der Flüssigkeitssäule die Strahlachse und einen Laserstrahl des begrenzten Laserstrahls schneidet. Die die Strahlachse schneidende Flüssigkeit kann wenigstens teilweise durch den Laserstrahl des begrenzten Laserstrahls innerhalb des Hohlraums des Schaufelblattes angestrahlt sein.
Das beispielhafte Verfahren nach 11 enthält ferner bei 210 ein Feststellen eines ersten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes an der ersten Lochposition basierend auf dem mit dem Sensor bei 204 aus dem Innenraum des Hohlraums erfassten Licht. In manchen beispielhaften Aspekten kann das Erfassen einer Lichteigenschaft bei 204 innerhalb des Hohlraums mit dem Sensor ein Erfassen einer Lichtintensität aus dem Teil der Flüssigkeit des begrenzten Laserstrahls, der durch den Laser des begrenzten Laserstrahls angestrahlt wird, enthalten. Ferner kann in einem derartigen beispielhaften Aspekt das Feststellen des ersten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 210 ein Feststellen des ersten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls basierend auf der erfassten Lichtintensität von dem Teil der Flüssigkeit des begrenzten Laserstrahls, der durch den Laserstrahl des begrenzten Laserstrahls angestrahlt wird, enthalten.
Nach der Feststellung des ersten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 210 kann das beispielhafte Verfahren ein Abschalten des begrenzten Laserbohrers und Neupositionieren des begrenzten Laserbohrers zum Bohren eines zweiten Kühllochs enthalten. Außerdem enthält das beispielhafte Verfahren bei 212 ein Richten des begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine zweite Lochposition an der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes. Das Verfahren 200 enthält ferner bei 214 ein Erfassen einer Lichteigenschaft innerhalb des durch das Schaufelblatt definierten Hohlraums unter Verwendung des Sensors nach dem Richten des begrenzten Laserstrahls in Richtung auf die zweite Lochposition bei 212. Ferner enthält das Verfahren 200 nach 11 bei 216 ein Feststellen eines zweiten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes auf der Basis der erfassten Lichteigenschaft aus dem Innenraum des Hohlraums. Das Feststellen des zweiten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 216 kann in einer Weise durchgeführt werden, die der Feststellung des ersten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 210 im Wesentlichen ähnlich ist. Außerdem bleibt der Sensor für den dargestellten beispielhaften Aspekt zwischen der Feststellung des ersten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 210 und der Feststellung des zweiten Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls bei 216 stationär. Zum Beispiel kann der Sensor derart positioniert sein, dass er eine Sichtlinie mit der Strahlachse des begrenzten Laserstrahls an mehreren Lochpositionen (einschließlich der ersten Lochposition und der zweiten Lochposition) definiert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Aspekten der Sensor bewegt, neu positioniert oder neu ausgerichtet werden kann, um eine Sichtlinie zu nachfolgenden Lochpositionen aufrechtzuerhalten oder zu schaffen, falls z.B. die Kühllöcher, die gebohrt werden, einen nichtlinearen Weg definieren.
Das beispielhafte Verfahren nach 11 kann ein zeiteffizienteres und komfortableres Bohren mehrerer Löcher durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hindurch unter Verwendung eines begrenzten Laserbohrers ermöglichen.
Erfassen der Flüssigkeit außerhalb der Komponente Indem nun auf die 12 und 13 Bezug genommen wird, ist ein System 60 gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geschaffen. Insbesondere zeigt 12 eine schematische Ansicht eines Systems 60 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bevor ein begrenzter Laserstrahl 64 eines begrenzten Laserbohrers 62 eine nahegelegene Wand 66 eines Schaufelblattes 38 durchbrochen hat. Zusätzlich zeigt 13 eine schematische Ansicht des beispielhaften Systems 60 nach 12, nachdem der begrenzte Laserstrahl 64 des begrenzten Laserbohrers 62 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat. Es sollte erkannt werden, dass, obwohl das beispielhafte System 60 gemäß den 12 und 13 im Zusammenhang mit einem Schaufelblatt 38 erläutert ist, das System 60 in anderen Ausführungsformen mit einer beliebigen sonstigen Komponente einer Gasturbine verwendet werden kann.
Das beispielhafte System 60, wie es in den 12 und 13 dargestellt ist, kann im Wesentlichen in der gleichen Weise wie das beispielhafte System 60 gemäß den 3 und 4 eingerichtet sein, und die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen können sich auf die gleichen oder ähnliche Teile beziehen. Zum Beispiel enthält das beispielhafte System 60 gemäß den 12 und 13 einen begrenzten Laserbohrer 62 (der in den 12 und 13 der Einfachheit wegen schematisch dargestellt ist), der einen begrenzten Laserstrahl 64 einsetzt. Der begrenzte Laserstrahl 64 enthält eine Flüssigkeitssäule 80, die aus einer Flüssigkeit und einem Laserstrahl 74 innerhalb der Flüssigkeitssäule 80 ausgebildet ist. Der begrenzte Laserbohrer 62 ist dazu eingerichtet, ein oder mehrere Löcher oder Kühldurchgänge 52 durch eine nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 hindurch zu bohren. Für die dargestellte Ausführungsform ist die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 benachbart zu einem Hohlraum 46 positioniert, der durch das Schaufelblatt 38 definiert ist.
Jedoch enthält das System 60 für die Ausführungsform gemäß den 12 und 13 einen außerhalb der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 positionierten Sensor 102, der dazu eingerichtet ist, eine Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl 64, die außerhalb der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 vorhanden ist, zu bestimmen. Eine Steuereinrichtung 72 steht in wirksamer Kommunikationsverbindung mit dem Sensor 102. Die Steuereinrichtung 72 ist dazu eingerichtet, einen Durchbruch des begrenzten Laserstrahls 64 durch die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 basierend auf der Flüssigkeitsmenge, die durch den Sensor 102 als vorhanden bestimmt wird, festzustellen. Insbesondere kann, bevor der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbricht, Flüssigkeit aus der Flüssigkeitssäule 80 des begrenzten Laserstrahls 64 während der Bohroperation (d.h. während der Operation mit dem begrenzten Laserbohrer 62) von der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 weg zurückspritzen. Die Flüssigkeit aus dem begrenzten Laserstrahl 64 kann eine Fahne 106 der zurückspritzenden Flüssigkeit bilden, die das in der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 gerade gebohrte Loch 52 umgibt. Die Fahne 106 kann in einem Rückspritzbereich 104, der durch das System 60 definiert ist, angeordnet sein. Außerdem kann der begrenzte Laserbohrer 62 in manchen beispielhaften Ausführungsformen, wie beispielsweise in der Ausführungsform gemäß den 12 und 13, innerhalb einer relativ engen Nähe zu der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 positioniert sein, so dass der begrenzte Laserbohrer 62 innerhalb des Rückspritzbereiches 104 positioniert ist. Zum Beispiel kann der begrenzte Laserbohrer 62 in manchen Ausführungsformen einen Abstand zu der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 zwischen etwa 5 Millimetern („mm“) und etwa 25 mm, beispielsweise zwischen etwa 7 mm und etwa 20 mm, beispielsweise zwischen etwa 10 mm und etwa 15 mm, definieren. Jedoch kann der begrenzte Laserbohrer 62 in anderen Ausführungsformen einen beliebigen sonstigen geeigneten Abstand zu der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 definieren.
Im Gegensatz hierzu kann, nachdem der begrenzte Laserbohrer 62 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat (13), Flüssigkeit aus der Flüssigkeitssäule 80 des begrenzten Laserstrahls 64 durch das gebohrte Loch 52 hindurch und in den Hohlraum 46 des Schaufelblattes 38 hinein fließen. Demgemäß kann der begrenzte Laserbohrer 62, nachdem der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat, nicht die Fahne 106 der rückspritzenden Flüssigkeit in dem Rückspritzbereich 104 definieren, oder alternativ kann die Fahne 106 kleiner sein oder ansonsten eine andere Form im Vergleich zu ihrer Größe und Form, bevor der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes durchbrochen hat, definieren.
Für die Ausführungsform gemäß den 12 und 13 kann der Sensor 102 als ein beliebiger Sensor eingerichtet sein, der in der Lage ist, eine Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl 64, die außerhalb der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 vorhanden ist, zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Sensor 102 in manchen beispielhaften Aspekten eine Kamera enthalten. Wenn der Sensor 102 eine Kamera enthält, kann die Kamera des Sensors 102 auf den begrenzten Laserstrahl 62 gerichtet sein, oder alternativ kann die Kamera des Sensors 102 auf das Loch 52 in der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 gerichtet sein. In jeder dieser Ausführungsformen kann der Sensor 102 eingerichtet sein, um ein Bilderkennungsverfahren einzusetzen um festzustellen, ob eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge in dem Rückspritzbereich 104 vorhanden ist oder nicht. Zum Beispiel kann der Sensor 102 eingerichtet sein, um ein oder mehrere Bilder, die von der Kamera des Sensors 102 empfangen werden, mit einem oder mehreren gespeicherten Bildern zu vergleichen, um die Flüssigkeitsmenge, die vorhanden ist, zu bestimmen. Insbesondere kann der Sensor 102 eingerichtet sein, um ein oder mehrere Bilder, die von der Kamera empfangen werden, mit einem oder mehreren gespeicherten Bildern des begrenzten Laserbohrers 62 oder des Lochs 52 mit einer vorhandenen Flüssigkeitsmenge, die dafür kennzeichnend ist, dass der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat, zu vergleichen.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Ausführungsformen ein beliebiger sonstiger geeigneter Sensor 102 vorgesehen sein kann. Zum Beispiel kann der Sensor 102 in anderen beispielhaften Ausführungsformen ein Bewegungssensor, ein Feuchtigkeitssensor oder ein beliebiger sonstiger geeigneter Sensor sein. Wenn der Sensor 102 zum Beispiel ein Bewegungssensor ist, kann der Sensor bestimmen, ob eine Fahne 106 der rückgespritzten Flüssigkeit in dem Rückspritzbereich 104 vorhanden ist oder nicht. Ein Durchbruch kann festgestellt werden, wenn die Fahne 106 der rückgespritzten Flüssigkeit nicht mehr in dem Rückspritzbereich 104 vorhanden ist.
Indem nun auf die 14 und 15 Bezug genommen wird, ist ein System 60 gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform geschaffen. Das beispielhafte System 60 gemäß den 14 und 15 ist im Wesentlichen in der gleichen Weise wie das beispielhafte System 60 gemäß den 12 und 13 eingerichtet. Jedoch ist der Sensor 102 für die beispielhafte Ausführungsform gemäß den 14 und 15 als ein optischer Sensor eingerichtet, und das System 60 enthält ferner eine Lichtquelle 108, die von dem begrenzten Laserbohrer 62 gesondert ist. Die Lichtquelle 108 kann eine beliebige geeignete Lichtquelle sein. Zum Beispiel kann die Lichtquelle 108 eine oder mehrere LED-Glühbirnen, eine oder mehrere Glühlampen, eine oder mehrere Elektroluminiszenzlampen, ein oder mehrere Laser oder Kombinationen von diesen sein.
Wie erwähnt, definiert der begrenzte Laserbohrer 62 einen Rückspritzbereich 104, in dem Flüssigkeit aus dem begrenzten Laserstrahl 64 spritzt, bevor der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbricht. Für die dargestellte Ausführungsform ist die Lichtquelle 108 außerhalb des Schaufelblattes 38 positioniert und dazu eingerichtet, ein Licht durch wenigstens einen Teil des Rückspritzbereiches 104 hindurch zu richten. Außerdem ist die Lichtquelle 108 für die dargestellte Ausführungsform direkt auf der gegenüberliegenden Seite des Rückspritzbereiches 104 zu dem Sensor 102 positioniert, wobei die Lichtquelle 108 auf den Sensor 102 gerichtet ist und der Sensor 102 auf die Lichtquelle 108 gerichtet ist. Jedoch können die Lichtquelle 108 und der Sensor 102 in anderen beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf den Rückspritzbereich 104 zueinander versetzt angeordnet sein, die Lichtquelle 108 kann nicht auf den Sensor 102 gerichtet sein und/oder der Sensor 102 kann nicht auf die Lichtquelle 108 gerichtet sein.
Wie erwähnt, ist der Sensor 102 für die dargestellte Ausführungsform auf die Lichtquelle 108 gerichtet, und die Lichtquelle 108 ist auf den Sensor 102 gerichtet, so dass eine Achse 110 der Lichtquelle den Sensor 102 schneidet. In einer derartigen Ausführungsform kann das Erfassen einer Lichtintensität oberhalb einer vorbestimmten Schwelle anzeigen, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl 64 außerhalb des Schaufelblattes 38 vorhanden ist und dass somit der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat. Wenn Flüssigkeit in dem Rückspritzbereich 104 vorhanden ist, kann insbesondere eine derartige Flüssigkeit Licht aus der Lichtquelle 108 stören oder ablenken, so dass eine durch den Sensor 102 erfasste Lichtintensität relativ gering ist. Im Gegensatz hierzu ist, wenn keine Flüssigkeit oder eine minimale Flüssigkeitsmenge in dem Rückspritzbereich 104 vorhanden ist, das Maß der Störungen zwischen der Lichtquelle 108 und dem Sensor 102 begrenzt, so dass eine relativ hohe Lichtintensität durch den Sensor 102 erfasst werden kann. Demgemäß kann bei einer derartigen Konfiguration ein Erfassen einer relativ hohen Lichtintensität anzeigen, dass der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen, wenn beispielsweise die Lichtquelle 108 nicht auf den Sensor 102 gerichtet ist und der Sensor 102 nicht auf die Lichtquelle 108 gerichtet ist, zeigt jedoch das Erfassen einer Lichtintensität unterhalb einer vorbestimmten Schwelle an, das eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl 64 außerhalb des Schaufelblattes 38 vorhanden ist. Wenn insbesondere die Lichtquelle 108 nicht auf den Sensor 102 gerichtet ist und der Sensor 102 nicht auf die Lichtquelle 108 gerichtet ist, kann der Sensor 102 eine erhöhte Lichtintensität erfassen, wenn Licht aus der Lichtquelle durch die Flüssigkeit in dem Rückspritzbereich 104 abgelenkt und reflektiert wird. Wenn jedoch keine Flüssigkeit oder eine minimale Flüssigkeitsmenge in dem Rückspritzbereich 104 vorhanden ist, wird Licht aus der Lichtquelle durch eine derartige Flüssigkeit nicht abgelenkt oder reflektiert, und der Sensor 102 kann folglich eine relativ geringe Lichtintensität erfassen. Demgemäß kann in einer derartigen beispielhaften Ausführungsform ein Erfassen einer Lichtintensität unterhalb einer vorbestimmten Schwelle anzeigen, dass der begrenzte Laserstrahl 64 die nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat.
Indem nun auf 16 Bezug genommen wird, ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt einer Gasturbine bereitgestellt. Das beispielhafte Verfahren 300 nach 16 kann mit dem beispielhaften System 60, das in den 12 und 13 dargestellt ist, und/oder dem beispielhaften System 60, das in den 14 und 15 dargestellt ist, die beide vorstehend beschrieben sind, verwendet werden. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 300, obwohl es im Zusammenhang mit dem Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt erläutert ist, alternativ dazu verwendet werden, ein Loch in einer beliebigen sonstigen geeigneten Komponente einer Gasturbine zu bohren.
Wie veranschaulicht, enthält das beispielhafte Verfahren 300 bei 302 ein Positionieren eines begrenzten Laserbohrers innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu einer nahegelegenen Wand eines Schaufelblattes einer Gasturbine. Das beispielhafte Verfahren 300 enthält ferner bei 304 ein Richten eines begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine Außenfläche der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes. Der begrenzte Laserstrahl enthält eine Flüssigkeitssäule, die aus einer Flüssigkeit und einem Laserstrahl innerhalb der Flüssigkeitssäule ausgebildet ist. Das beispielhafte Verfahren 300 enthält ferner bei 306 ein Erfassen einer Flüssigkeitsmenge, die außerhalb der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes vorhanden ist, aus dem begrenzten Laserstrahl mit einem Sensor. Außerdem enthält das beispielhafte Verfahren 300 bei 308 ein Feststellen eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes der Gasturbine auf der Basis einer außerhalb der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes bei 306 erfassten Flüssigkeitsmenge.
In manchen beispielhaften Aspekten, in denen der Sensor eine Kamera enthält, kann das Erfassen einer außerhalb der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes vorhandenen Flüssigkeitsmenge bei 306 einen Vergleich eines oder mehrerer Bilder, die von der Kamera empfangen werden, mit einem oder mehreren gespeicherten Bildern enthalten, um die Flüssigkeitsmenge, die vorhanden ist, zu bestimmen. Es kann eine beliebige geeignete Mustererkennungssoftware eingesetzt werden, um eine derartige Funktionalität bereitzustellen.
Verwendung mehrerer Sensoren
Indem nun auf 17 Bezug genommen wird, ist ein System 60 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geschaffen. Es sollte erkannt werden, dass, obwohl das beispielhafte System 60 nach 17 im Zusammenhang mit einem Schaufelblatt 38 erläutert ist, das System 60 in weiteren Ausführungsformen mit einer beliebigen sonstigen Komponente einer Gasturbine verwendet werden kann.
Das beispielhafte System 60 nach 17 kann im Wesentlichen in der gleichen Weise wie das beispielhafte System 60 gemäß den 3 und 4 eingerichtet sein, und die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen können sich auf die gleichen oder ähnliche Teile beziehen. Zum Beispiel enthält das beispielhafte System 60 nach 17 einen begrenzten Laserbohrer 62, der einen begrenzten Laserstrahl 64 einsetzt. Der begrenzte Laserstrahl 62 ist dazu eingerichtet, ein Loch 52 durch eine nahegelegene Wand 66 des Schaufelblattes 38 hindurch zu bohren. Die nahegelegene Wand 66 ist, wie veranschaulicht, benachbart zu einem durch das Schaufelblatt 38 definierten Hohlraum 66 positioniert. Das System 60 enthält ferner eine Steuereinrichtung 72.
Das beispielhafte System 60 nach 17 enthält ferner einen ersten Sensor 110, der dazu eingerichtet ist, eine erste Eigenschaft des Lichtes aus dem Loch 52 in der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 zu erfassen. Das beispielhafte System 60 enthält ferner einen zweiten Sensor 112, der dazu eingerichtet ist, eine zweite Eigenschaft des Lichtes aus dem Loch und der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 zu erfassen. Die zweite Lichteigenschaft unterscheidet sich von der ersten Lichteigenschaft. Außerdem ist die Steuereinrichtung 72 mit dem ersten Sensor 110 und dem zweiten Sensor 112 funktionsmäßig verbunden und ist dazu eingerichtet, einen Fortschritt des Lochs 52, das mit dem begrenzten Laserbohrer 62 gebohrt wird, auf der Basis der erfassten ersten Lichteigenschaft und der erfassten zweiten Lichteigenschaft zu bestimmen.
Für die in 17 dargestellte Ausführungsform ist der erste Sensor 110 außerhalb des Schaufelblattes 38 positioniert, und er ist ferner positioniert, um Licht zu erfassen, das von dem Loch 52 entlang einer Strahlachse A reflektiert und/oder abgelenkt wird, d.h. entlang der Strahlachse A von der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 weg gerichtet ist. Zum Beispiel kann der erste Sensor 110 im Wesentlichen in der gleichen Weise wie der Sensor 88 eingerichtet sein, der vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben ist. Demgemäß kann der erste Sensor 110 ein Oszilloskopsensor oder ein beliebiger sonstiger geeigneter optischer Sensor sein.
Außerdem ist für die Ausführungsform nach 17 der zweite Sensor 112 ebenfalls außerhalb des Schaufelblattes 38 positioniert und in Richtung auf das Loch 52 in der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 gerichtet. Insbesondere ist der zweite Sensor 112 derart positioniert, dass der zweite Sensor 112 eine Sichtlinie 114 mit dem Loch 52 definiert, wobei sich die Sichtlinie 114 in eine zu der Strahlachse A nicht parallele Richtung erstreckt. Der zweite Sensor 112 kann in manchen Ausführungsformen ein optischer Sensor sein, der eingerichtet ist, um eine oder mehrere von einer Lichtintensität, einer Lichtwellenlänge und einer Lichtmenge zu erfassen.
Wie in größeren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf 18 erläutert ist, kann die erste Lichteigenschaft in manchen beispielhaften Ausführungsformen eine Lichtintensität bei einer ersten Wellenlänge sein, und die zweite Lichteigenschaft kann eine Lichtintensität bei einer zweiten Wellenlänge sein. Ein Erfassen des Lichtes bei der ersten Wellenlänge kann dafür kennzeichnend sein, dass der begrenzte Laserstrahl 64 auf eine erste Schicht, wie beispielsweise eine Wärmedämmbeschichtung 36, der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 auftrifft. Im Unterschied hierzu kann das Erfassen eines Lichtes bei der zweiten Wellenlänge dafür kennzeichnend sein, dass der begrenzte Laserstrahl 64 auf eine zweite Schicht, wie beispielsweise einen Metallteil 40, der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 auftrifft. Die Steuereinrichtung 72 kann eingerichtet sein, um die Lichtintensität, die bei der ersten Wellenlänge durch den ersten Sensor 110 erfasst wird, mit der Lichtintensität zu vergleichen, die bei der zweiten Wellenlänge durch den zweiten Sensor erfasst wird, um einen Fortschritt des Loches 52 zu bestimmen.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der erste Sensor 110 und der zweite Sensor 112 an einer beliebigen sonstigen geeigneten Stelle positioniert sein können. Z.B. können der erste Sensor 110 und der zweite Sensor 112 in weiteren beispielhaften Ausführungsformen jeweils positioniert sein, um Licht zu erfassen, das entlang der Strahlachse A von der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 weg gerichtet ist. Alternativ können der erste Sensor 110 und der zweite Sensor 112 jeweils derart positioniert sein, dass jeder jeweilige Sensor 110, 112 eine Sichtlinie zu dem Loch in der nahegelegenen Wand 66 des Schaufelblattes 38 definiert, die zu der Strahlachse A nicht parallel verläuft. Alternativ kann einer von dem ersten Sensor 110 und dem zweiten Sensor 112 oder können beide Sensoren außerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 positioniert und in den Hohlraum 46 des Schaufelblattes 38 hinein gerichtet sein (ähnlich z.B. dem Sensor 98, der vorstehend unter Bezugnahme auf die 9 und 10 erläutert ist) oder kann/können innerhalb des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 positioniert sein. Alternativ kann einer von dem ersten Sensor 110 und dem zweiten Sensor 112 oder können beide Sensoren außerhalb des Schaufelblattes 38 positioniert und auf eine Umgebungsfläche gerichtet sein, um von dem Loch 52 auf die Umgebungsfläche reflektiertes Licht zu detektieren. In einer noch weiteren Alternative können der erste Sensor 110 und der zweite Sensor 112 in manchen beispielhaften Ausführungsformen beide zu einer einzigen Erfassungsvorrichtung an einer beliebigen geeigneten Stelle integriert sein.
Indem nun auf 18 Bezug genommen wird, ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt einer Gasturbine bereitgestellt. Das beispielhafte Verfahren 400 nach 10 kann mit dem beispielhaften System 60, das in 17 dargestellt und vorstehend beschrieben ist, verwendet werden. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren, obwohl es im Zusammenhang mit dem Bohren eines Lochs in einem Schaufelblatt erläutert ist, alternativ verwendet werden, um ein Loch in einem beliebigen sonstigen geeigneten Schaufelblatt einer Gasturbine zu bohren.
Das beispielhafte Verfahren 400 nach 18 enthält bei 402 ein Richten eines begrenzten Laserstrahls eines begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes. Die nahegelegene Wand ist benachbart zu einem in dem Schaufelblatt definierten Hohlraum positioniert, und der begrenzte Laserstrahl definiert eine Strahlachse. Das beispielhafte Verfahren 400 enthält weiterhin bei 404 ein Erfassen einer ersten Eigenschaft eines Lichts aus dem Loch in dem Schaufelblatt mit einem ersten Sensor. In manchen beispielhaften Aspekten kann der erste Sensor außerhalb des Schaufelblattes positioniert sein, und die erste Lichteigenschaft kann eine Lichtintensität bei einer ersten Wellenlänge sein. Das Erfassen des Lichtes bei der ersten Wellenlänge kann dafür kennzeichnend sein, dass der begrenzte Laserstrahl auf eine erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes auftrifft oder gerichtet ist. Z.B. kann das Erfassen des Lichtes bei der ersten Wellenlänge dafür kennzeichnend sein, dass der begrenzte Laserstrahl auf eine Wärmedämmbeschichtung der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes auftrifft.
Das beispielhafte Verfahren 400 enthält ferner bei 406 ein Erfassen einer zweiten Eigenschaft eines Lichts aus dem Loch in dem Schaufelblatt mit einem zweiten Sensor. Die zweite Lichteigenschaft, die mit dem zweiten Sensor bei 406 erfasst wird, unterscheidet sich von der ersten Lichteigenschaft, die mit dem ersten Sensor bei 404 erfasst wird. Z.B. kann in manchen beispielhaften Aspekten die zweite Lichteigenschaft eine Lichtintensität bei einer zweiten Wellenlänge sein. Die zweite Wellenlänge kann dafür kennzeichnend sein, dass der begrenzte Laserstrahl auf eine zweite Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes auftrifft. Z.B. kann das Erfassen des Lichtes bei der zweiten Wellenlänge dafür kennzeichnend sein, dass der begrenzte Laserstrahl auf einen Metallteil der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes auftrifft.
Das Verfahren enthält ferner bei 408 ein Bestimmen eines Lochfortschritts auf der Basis der ersten Lichteigenschaft, die bei 404 erfasst wird, und der zweiten Lichteigenschaft, die bei 406 erfasst wird. In manchen beispielhaften Aspekten kann das Bestimmen des Lochfortschritts bei 408 auf der Basis der ersten Lichteigenschaft, die bei 404 erfasst wird, und der zweiten Lichteigenschaft, die bei 406 erfasst wird, einen Vergleich der Lichtintensität, die bei der ersten Wellenlänge erfasst wird, mit einer Lichtintensität, die bei der zweiten Wellenlänge erfasst wird, enthalten. Z.B. kann ein Verhältnis der bei der ersten Wellenlänge erfassten Lichtintensität zu der bei der zweiten Wellenlänge erfassten Lichtintensität einen Fortschritt des Lochs durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes anzeigen.
In manchen beispielhaften Aspekten kann das Bestimmen des Lochfortschritts bei 408 auf der Basis der bei 404 erfassten ersten Lichteigenschaft und der bei 406 erfassten zweiten Lichteigenschaft ferner ein Feststellen enthalten, dass das Loch um wenigstens ein vorbestimmtes Maß durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes geschaffen ist. Z.B. kann das beispielhafte Verfahren ein Feststellen enthalten, dass das Loch um wenigstens etwa 90% durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes, wie beispielsweise um wenigstens etwa 95% durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes, beispielsweise um wenigstens etwa 98% durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes geschaffen ist.
Zusätzlich kann es, abhängig von bestimmten Faktoren, wie beispielsweise der Materialart, aus der die Wärmedämmbeschichtung hergestellt ist, erwünscht sein, durch die Wärmedämmbeschichtung der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes hindurch mit einer geringen Leistung als durch den darunter liegenden Metallteil des Schaufelblattes zu bohren. Demgemäß kann das Verfahren 400 als Reaktion auf die Bestimmung des Lochfortschrittes bei 408, z.B. in Abhängigkeit von der Feststellung, dass das Loch um wenigstens ein vorbestimmtes Maß durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes geschaffen ist, ferner bei 410 ein Einstellen eines oder mehrerer Betriebsparameter des begrenzten Laserbohrers enthalten. Z.B. kann das Verfahren 400 ein Erhöhen einer Leistung, ein Erhöhen einer Pulsrate und/oder ein Erhöhen einer Pulsbreite des begrenzten Laserbohrers enthalten.
Es wird jedoch erkannt, dass in anderen beispielhaften Aspekten die erste Lichteigenschaft und die zweite Lichteigenschaft jeweils eine beliebige sonstige geeignete Lichteigenschaft sein können. Z.B. kann der erste Sensor in anderen beispielhaften Aspekten ein geeigneter optischer Sensor sein, und die erste Lichteigenschaft kann eine Lichtintensität sein. Ein derartiger beispielhafter Aspekt kann ferner ein Bestimmen entweder einer reflektierten Pulsbreise des begrenzten Laserbohrers und/oder einer reflektierten Pulsfrequenz des begrenzten Laserbohrers enthalten. Ähnlich zu der Art und Weise, wie sie in größeren Einzelheiten vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 erläutert ist, kann das beispielhafte Verfahren 400 nach 18 auf der Basis der bestimmten reflektierten Pulsbreite des begrenzten Laserbohrers und/oder der bestimmten Pulsfrequenz des begrenzten Laserbohrers ferner ein Bestimmen einer Tiefe des Lochs, das mit dem begrenzten Laserbohrer gebohrt wird, enthalten. Außerdem kann der zweite Sensor in einem derartigen beispielhaften Aspekt auch ein optischer Sensor sein, und die zweite Lichteigenschaft kann eine Wellenlänge des Lichtes sein. Wie erwähnt, kann die Wellenlänge des Lichtes für das Material, in das der begrenzte Laserstrahl hinein gerichtet ist, gekennzeichnet sein. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 400 nach 18 ferner ein Bestimmen eines Materials, in das der begrenzte Laserstrahl hinein gerichtet ist, basierend auf der mit dem zweiten Sensor erfassten Lichtwellenlänge enthalten.
In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann das beispielhafte Verfahren 400 nach 18 in Reaktion auf die Bestimmung der Tiefe des Lochs und die Bestimmung des Materials, in das der begrenzte Laserstrahl hinein gerichtet ist, ferner ein Einstellen eines oder mehrerer Betriebsparameter des begrenzten Laserbohrers enthalten. Insbesondere kann das beispielhafte Verfahren 400 nach 18 ferner ein Feststellen, dass das Loch durch die erste Schicht der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes hindurch gebohrt worden ist, und ein Erhöhen einer Leistung, Erhöhen einer Pulsrate und/oder Erhöhen einer Pulsbreite des begrenzten Laserbohrers, um bei dem Bohren durch den Metallteil der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes zu unterstützen, enthalten. Alternativ kann das beispielhafte Verfahren 400 nach 18 ferner ein Feststellen, dass das Loch um wenigstens ein vorbestimmtes Maß durch den Metallteil der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes geschaffen ist, enthalten und kann eine Leistung verringern, eine Pulsrate verringern und/oder eine Pulsbreite des begrenzten Laserbohrers verringern, um eine unnötige Beschädigung z.B. an einer entfernten Wand des Schaufelblattes zu verhindern.
Bei jedem beliebigen der vorstehenden beispielhaften Aspekte sollte erkannt werden, dass das Bestimmen des Lochfortschritts bei 408 auf der Basis der bei 404 erfassten ersten Lichteigenschaft und der bei 406 erfassten zweiten Lichteigenschaft ein Verwenden einer beliebigen geeigneten Steuermethodik enthalten kann. Z.B. kann das Bestimmen des Lochfortschritts bei 408 ein Verwenden von Naschlagetabellen unter Berücksichtigung bestimmter Faktoren enthalten. Diese Nachschlagetabellen können experimentell bestimmt werden. Außerdem oder alternativ kann das Bestimmen des Lochfortschritts bei 408 den Einsatz einer Fuzzy-Logik-Steuermethodik zur Analyse der bei 404 bzw. 406 erfassten ersten bzw. zweiten Lichteigenschaft enthalten.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zu dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Es ist ein Verfahren zum Bohren eines Lochs in einer Komponente geschaffen. Das Verfahren enthält ein Positionieren eines begrenzten Laserbohrers innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu einer nahegelegenen Wand der Komponente, um einen begrenzten Laserstrahl des begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine Außenfläche der nahegelegenen Wand zu richten. Der begrenzte Laserstrahl ist aus einer Flüssigkeitssäule und einem innerhalb der Flüssigkeitssäule positionierten Laser ausgebildet. Das Verfahren enthält ferner ein Erfassen einer Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, mit einem Sensor. Außerdem enthält das Verfahren ein Feststellen eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls durch die nahegelegene Wand auf der Basis der außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente erfassten Flüssigkeitsmenge.

Claims

Verfahren zum Bohren eines Lochs in einer nahegelegenen Wand einer Komponente, wobei das Verfahren aufweist: Positionieren eines begrenzten Laserbohrers in einem vorbestimmten Abstand zu der nahegelegenen Wand der Komponente; Richten eines begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers in Richtung auf eine Außenfläche der nahegelegenen Wand der Komponente, um ein Loch in der nahegelegenen Wand der Komponente zu bohren, wobei der begrenzte Laserstrahl eine Flüssigkeitssäule und einen Laser enthält, wobei die Flüssigkeitssäule eine Flüssigkeit aufweist; Erfassen einer Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, mit einem Sensor; und Feststellen eines Durchbruchs des begrenzten Laserstrahls des begrenzten Laserbohrers durch die nahegelegene Wand der Komponente auf der Basis der außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente erfassten Flüssigkeitsmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Komponente ein Schaufelblatt einer Gasturbine ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor eine Kamera enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Kamera des Sensors auf den begrenzten Laserbohrer gerichtet ist; oder wobei die Kamera des Sensors auf das Loch in der nahegelegenen Wand der Komponente gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Erfassen einer außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhandenen Flüssigkeitsmenge einen Vergleich eines oder mehrerer Bilder, die von der Kamera empfangen werden, mit einem oder mehreren gespeicherten Bildern, um die vorhandene Flüssigkeitsmenge zu bestimmen, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der begrenzte Laserbohrer einen Rückspritzbereich definiert, in dem Flüssigkeit aus dem begrenzten Laserstrahl spritzt, bevor der begrenzte Laserstrahl die nahegelegene Wand der Komponente durchbricht, wobei das Verfahren ferner aufweist: Richten eines Lichts von einer Lichtquelle durch wenigstens einen Teil des Rückspritzbereiches; wobei die Lichtquelle vorzugsweise ein Laser ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Sensor ein optischer Sensor ist und wobei das Erfassen einer außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhandenen Flüssigkeitsmenge ein Erfassen einer Lichtintensität von der Lichtquelle mit dem optischen Sensor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Lichtquelle auf den Sensor gerichtet ist, wobei der Sensor ein optischer Sensor ist und wobei das Erfassen einer Lichtmenge, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, ein Erfassen einer Lichtintensität aufweist, wobei das Erfassen einer Lichtintensität oberhalb einer vorbestimmten Schwelle kennzeichnet, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl außerhalb der Komponente vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Lichtquelle nicht auf den Sensor gerichtet ist, wobei der Sensor ein optischer Sensor ist und wobei das Erfassen einer Flüssigkeitsmenge, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, ein Erfassen einer LIchtintensität aufweist, wobei das Erfassen einer Lichtintensität unterhalb einer vorbestimmten Schwelle kennzeichnet, dass eine verringerte Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl außerhalb der Komponente vorhanden ist.
System zur Feststellung eines Durchbruchs beim Bohren eines Lochs mit begrenztem Laser in einer nahegelegenen Wand einer Komponente, wobei das System aufweist: einen begrenzten Laserbohrer, der einen begrenzten Laserstrahl verwendet, wobei der begrenzte Laserstrahl einen Laser und eine Flüssigkeitssäule enthält, wobei die Flüssigkeitssäule eine Flüssigkeit aufweist, wobei der begrenzte Laserbohrer eingerichtet ist, um ein Loch durch die nahegelegene Wand der Komponente zu bohren, wobei die nahegelegene Wand der Komponente benachbart zu einem durch die Komponente definierten Hohlraum positioniert ist; einen Sensor, der außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente positioniert und eingerichtet ist, um eine Flüssigkeitsmenge aus dem begrenzten Laserstrahl, die außerhalb der nahegelegenen Wand der Komponente vorhanden ist, zu bestimmen; und eine Steuereinrichtung in wirksamer Kommunikationsverbindung mit dem Sensor, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um einen Durchbruch des begrenzten Laserstrahls durch die nahegelegene Wand der Komponente basierend auf der Flüssigkeitsmenge, die durch den Sensor als vorhanden bestimmt wird, festzustellen.