DE102019220021A1

DE102019220021A1 - Überwachungssystem für eine Gasturbine, Boroskopeinrichtung, Auswertungseinrichtung und Gasturbine

Info

Publication number: DE102019220021A1
Application number: DE102019220021.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Kriegl
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24
Also published as: EP4077886A1; US20230132178A1; WO2021121457A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem (12) für eine Gasturbine (10), insbesondere für ein Flugtriebwerk. Das Überwachungssystem (12) umfasst wenigstens eine Boroskopeinrichtung (24), welche in einer Boroskopöffnung (22) eines Gasturbinengehäuses (14) montierbar ist und ein Gehäuse (26) aufweist, in welchem wenigstens eine optischer Sensoreinrichtung (28) zum Akquirieren von Bildern wenigstens eines Innenbereichs der Gasturbine (10) angeordnet ist, und eine Auswertungseinrichtung (34), welche zum Datenaustausch mit der wenigstens einen Boroskopeinrichtung (24) koppelbar und dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Innenbereich anhand des wenigstens einen mittels der Sensoreinrichtung (28) akquirierten Bildes auf das Vorliegen eines Fehlers zu prüfen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Boroskopeinrichtung (24), eine Auswertungseinrichtung (34) und eine Gasturbine (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für eine Gasturbine, eine Boroskopeinrichtung und eine Auswertungseinrichtung für ein solches Überwachungssystem sowie eine Gasturbine mit einem derartigen Überwachungssystem.
Gasturbinen unterliegen im Betrieb regelmäßig hohen Belastungen. Beispielsweise können bei als Flugtriebwerk ausgebildeten Gasturbinen im Flugbetrieb verschiedene unerwünschte Ereignisse wie beispielsweise Vogelschlag, Pumpstoß, kurzzeitige hohe Schwingungen, harte Landungen, sogenannte „Own Object Damages“ und dergleichen auftreten, die eine Sichtinspektion des Innenbereichs der Gasturbine erforderlich machen. In der Regel müssen bei solchen Prüfungen zumindest die Laufschaufeln in der Verdichter- und/oder Turbinestufe begutachtet werden. Derartige Prüfungen werden bei Flugtriebwerken gegenwärtig „on-wing“, das heißt bei montiertem Triebwerk, per Video-Prüfung durchgeführt. Entsprechend erfolgt eine Prüfung bei stationären Gasturbinen ebenfalls in der Regel direkt am Montageort der Gasturbine. Der Nachteil an diesen Prüfungen besteht darin, dass sie sehr zeitintensiv sind und speziell ausgebildetes Personal erfordern, was mit entsprechend hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist. Sogenannte ETM-Daten (Engine Trend Monitoring-Daten) helfen zwar manchmal, eine Veränderung in der Gasturbinenleistung nach derartigen Ereignissen zu detektieren, jedoch können lokale Schäden an einzelnen Schaufeln oder im Gasturbinengehäuse entstehen, die noch keine Veränderung von Triebwerksparametern oder der Gasturbinenperformance bewirken, aber dennoch kritisch sind. Deshalb kann gegenwärtig nicht auf die aufwändige Video-Prüfung nach derartigen Ereignissen verzichtet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Überwachung von Gasturbinen zu ermöglichen und eine Gasturbine mit einem verbesserten Überwachungssystem bereitzustellen.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Überwachungssystem gemäß Patentanspruch 1 für eine Gasturbine, durch eine Boroskopeinrichtung gemäß Patentanspruch 11 und eine Auswertungseinrichtung gemäß Patentanspruch 12 für ein solches Überwachungssystem sowie durch eine Gasturbine gemäß Patentanspruch 13 mit einem derartigen Überwachungssystem gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für eine Gasturbine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens eine Boroskopeinrichtung, welche in einer Boroskopöffnung eines Gasturbinengehäuses montierbar ist und ein Gehäuse aufweist, in welchem wenigstens eine optischer Sensoreinrichtung zum Akquirieren von Bildern wenigstens eines Innenbereichs der Gasturbine angeordnet ist, und eine Auswertungseinrichtung, welche zum Datenaustausch mit der wenigstens einen Boroskopeinrichtung koppelbar und dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Innenbereich anhand des wenigstens einen mittels der Sensoreinrichtung akquirierten Bildes auf das Vorliegen eines Fehlers zu prüfen. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ermöglicht damit eine automatische oder zumindest weitgehend automatisierte Inspektion aller sensiblen Bereiche in der Gasturbine, beispielsweise von Verdichter- bzw. Turbinenstufen, Laufschaufeln, Leitschaufeln oder Gehäuseteilen. Die Prüfung mit Hilfe des Überwachungssystems kann dabei generell nach besonderen Ereignissen oder regelmäßig, beispielsweise während des Abstellvorganges der Gasturbine durchgeführt werden. Anhand des akquirierten Bilds oder der akquirierten Bilder bzw. Videos kann dabei die Prüfung auf das Vorliegen eines oder mehrerer Fehler erfolgen. In Abhängigkeit des Prüfergebnisses kann dann durch die Auswertungseinrichtung eine unmittelbare Rückmeldung erfolgen, dass und gegebenenfalls wo ein Schaden vorliegen könnte bzw. ob und gegebenenfalls wo eine umfassendere automatische und/oder manuelle Inspektion erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem („On Board Failure Detection and Warning System“) kann demnach wahlweise temporär für eine oder mehrere Prüfungen oder dauerhaft für kontinuierliche oder regelmäßige Prüfungen an der Gasturbine installiert werden. Die Prüfung kann beispielsweise während des Abstellvorganges der Gasturbine in einem definierten Drehzahlbereich des Rotors erfolgen, indem ein oder mehrere Bilder von kritischen Innenraumbereichen akquiriert und auf das Vorhandensein von Fehlern hin ausgewertet werden. Generell kann die Auswertungseinrichtung ebenfalls mittelbar oder unmittelbar an der Gasturbine installiert werden. Alternativ kann die Auswertungseinrichtung unabhängig von der Gasturbine installiert werden und die Prüfung auf Fehler erst nach der Koppelung mit der wenigstens einen Boroskopeinrichtung bzw. nach der Übermittlung des oder der akquirierten Bilder durchführen. Das Überwachungssystem kann vorteilhaft auch für bestehende Gasturbinen nachgerüstet werden. Hierzu können derzeit übliche Verschlussstopfen (sog. „Borescope Plugs“) von Boroskopöffnungen bzw. -kanälen mit üblichen Durchmessern von 6, 8 oder 10 mm für die Montage der entsprechend angepassten Boroskopeinrichtung verwendet werden. Als optische Sensoreinrichtung kann grundsätzlich jedes geeignete Kamerasystem verwendet werden, wobei das Kamerasystem vorzugsweise frei von faseroptischen Elementen bzw. von Lichtleitern ausgebildet ist. Generell sind „ein/eine“ im Rahmen dieser Offenbarung als unbestimmte Artikel zu lesen, also ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe immer auch als „mindestens ein/mindestens eine“. Umgekehrt können „ein/eine“ auch als „nur ein/nur eine“ verstanden werden. Allgemein sei zudem angemerkt, dass sich die Begriffe „Axial-“ bzw. „axial“, „Radial-“ bzw. „radial“ und „Umfangs-“ stets auf die Maschinen- bzw. Rotationsachse der Gasturbine beziehen, sofern sich aus dem Kontext nicht implizit oder explizit etwas anderes ergibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Boroskopeinrichtung ein Gewinde aufweist, mittels welcher die Boroskopeinrichtung an einem Gegengewinde des Gasturbinengehäuses montierbar ist. Hierdurch ist eine einfache und grundsätzlich wieder lösbare Montage der Boroskopeinrichtung am Gasturbinengehäuse ermöglicht, so dass wahlweise eine temporäre oder eine dauerhafte Installation am Gasturbinengehäuse besonders einfach durchführbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Boroskopeinrichtung und/oder das Gasturbinengehäuses eine Dichteinrichtung aufweist, die im montierten Zustand der Boroskopeinrichtung das Gasturbinengehäuse gegenüber der Umgebung abgedichtet bzw. mittels welcher die Boroskopöffnung im montierten Zustand dichtend verschlossen wird. Bevorzugt kann die Dichteinrichtung zumindest ein Dichtelement, insbesondere einen Dichtring aufweisen. Hierdurch kann eine gasdichte Verbindung erreicht und ein unerwünschter Druckabfall in der Gasturbine vermieden werden, so dass die Boroskopeinrichtung besonders störungsfrei auch während des Betriebs der Gasturbine montiert bleiben kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Boroskopeinrichtung wenigstens eine Lichtquelle umfasst, mittels welcher der Innenbereich der Gasturbine auszuleuchten ist. Hierdurch können vorteilhafte Lichtverhältnisse für die Akquirierung des Bilds bzw. der Bilder des zu überwachenden Innenbereichs der Gasturbine sichergestellt werden, wodurch eine entsprechend verbesserte Fehlerprüfung erreicht werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Boroskopeinrichtung wenigstens einen Kühlkanal umfasst, durch welchen ein Kühlmedium zum Kühlen zumindest der wenigstens einen Sensoreinrichtung leitbar ist. Hierdurch kann die Boroskopeinrichtung auch unter höheren Umgebungs- bzw. Gastemperaturen zuverlässig betrieben und die wenigstens eine Sensoreinrichtung vor Überhitzung geschützt werden. Als Kühlmedium kann beispielsweise eine in der Regel ohnehin vorhandene Triebwerkskühlluft verwendet werden. Hierzu kann der Kühlkanal einen entsprechenden Ein- und Auslass für die Triebwerkskühlluft aufweisen bzw. fluidisch mit einem solchen Ein- und Auslass gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Boroskopeinrichtung mit einem eigenen flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium versorgt werden, das in einem Kreislauf geführt sein kann.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass ein gaskanalseitiger Endbereich des Gehäuses eine Geometrie aufweist, die an einen vorbestimmten Einbauort der Boroskopeinrichtung am Gasturbinengehäuse angepasst ist und im montierten Zustand der Boroskopeinrichtung eine vorbestimmte Orientierung zumindest der wenigstens einen Sensoreinrichtung innerhalb des Gasturbinengehäuses sicherstellt. Hierdurch ist eine optimale Ausrichtung und Positionierung der Sensoreinrichtung und gegebenenfalls einer ebenfalls vorhandenen Lichtquelle zuverlässig gewährleistet, so dass auf aufwändige Einstellarbeiten bei der Montage verzichtet werden kann. Durch ein solches stufenindividuelles Design mit definierter Einbauposition und -installation der Boroskopeinrichtung (Smart Plug) ist immer eine korrekte Orientierung der Kamera(s) auf die gewünschten Bereiche (z. B. Schaufelspitzen, Eintritts- und Austrittskanten von Schaufeln, Gehäuseteile etc.) der stromaufwärts oder -abwärts liegenden Elemente der Gasturbine gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der gaskanalseitige Endbereich des Gehäuses eine bezüglich des vorbestimmten Einbauorts der Boroskopeinrichtung am Gasturbinengehäuse aerodynamisch angepasste Geometrie aufweist. Hierdurch ist eine Akquirierung von Bildern ohne Störung der Strömung im Gaskanal das Gasturbinengehäuses ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich ist der gaskanalseitige Endbereich des Gehäuses mit einem insbesondere hochtemperaturfesten Schutzglas versehen. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit zum Schutz der Sensoreinrichtung und gegebenenfalls vorhandener Lichtquellen vor dem Betriebsfluid der Gasturbine dar, ohne die Bildaufnahme und gegebenenfalls die Beleuchtung des zu prüfenden Innenbereichs zu beeinträchtigen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Boroskopeinrichtung über eine lösbare Steckerverbindung zum Datenaustausch mit der Auswertungseinrichtung und/oder zur Stromversorgung mit einer elektrischen Energiequelle koppelbar ist. Hierdurch ist eine einfache, flexible und betriebssichere Kopplung zum Datenaustausch, das heißt beispielsweise zur Übermittlung von Bild- und/oder Steuerdaten, und/oder zur Stromversorgung der Sensoreinrichtung und gegebenenfalls der Lichtquelle ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist, zum Datenaustausch mit mehreren Boroskopeinrichtungen gekoppelt zu werden und anhand der jeweils akquirierten Bilder auf das Vorliegen eines Fehlers in einem jeweils zugeordneten Innenbereich des Gasturbinengehäuse zu prüfen. Mit anderen Worten kann eine einzelne Auswertungseinrichtung die Bilddaten mehrerer Boroskopeinrichtungen empfangen und auswerten. Hierdurch werden verschiedene Vorteile wie beispielsweise Gewichtsreduzierung, einfachere Montage und Demontage des Überwachungssystem und verringerte Komplexität und verringerte Fehleranfälligkeit erzielt.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Rotordrehzahl der Gasturbine, insbesondere einer Rotordrehzahl von höchstens 20 U/min, und/oder eines Betriebszustands der Gasturbine eine Prüfung des wenigstens einen Innenraums durchzuführen. Hierdurch ist es möglich, eine automatische bzw. automatisierte Inspektion aller sensiblen Stufen/Airfoils/Gehäusebereiche in der Gasturbine entweder nach besonderen Ereignissen oder regelmäßig beispielsweise während des Abstellvorganges der Gasturbine oder im Leerlauf durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine on-board Prüfung und/oder eine off-board Prüfung der akquirierten Bilder durchzuführen. Mit anderen Worten kann die Analyse je nach Ausgestaltung des Überwachungssystems entweder on-board bzw. ohne Zerlegung oder Entfernung der Gasturbine von ihrem Einsatzort erfolgen oder nach Übertragung der aufgenommenen Bilddaten auf eine externe bzw. nicht mit der Strömungsmaschine verbundene bzw. an der Strömungsmaschine montierte Auswertungseinrichtung (Data Processing & Analysis Unit) auch off-board durchgeführt werden. Dies erlaubt eine besonders hohe Flexibilität bei der Ausgestaltung und Anordnung des Überwachungssystems, so dass auch bestehende Gasturbinen und Strömungsmaschinen besonders einfach nachgerüstet werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Auswertungseinrichtung eine Speichereinheit zum Speichern der akquirierten Bilder und/oder eines Prüfungsergebnisses umfasst und/oder dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist, bei der Prüfung wenigstens ein akquiriertes Bild mit wenigstens einem gespeicherten Bild zu vergleichen und/oder dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens ein historisches Prüfungsergebnis bei der Prüfung zu berücksichtigen, und/oder dass die Auswertungseinrichtung selbstlernend ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Prüfungsqualität vorteilhaft gesteigert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertungseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Ergebnisbericht über die Prüfung zu erstellen und/oder eine Warnung zu erzeugen, wenn bei der Prüfung ein Fehler identifiziert wurde, und/oder eine Entwarnung zu erzeugen, wenn bei der Prüfung kein Fehler identifiziert wurde, und/oder eine Information über die Art und/oder Lage eines bei der Prüfung identifizierten Fehlers zu erzeugen und/oder eine Wartung der Gasturbine zu veranlassen, wenn bei der Prüfung ein Fehler identifiziert wurde. Hierdurch erhält der Bediener des Überwachungssystems eine Rückmeldung über den Zustand der Gasturbine und kann gegebenenfalls weitere Schritte wie etwa eine manuelle Inspektion, eine Wartungsplanung und dergleichen durchführen oder veranlassen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Boroskopeinrichtung für ein Überwachungssystem gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, wobei die Boroskopeinrichtung in einer Boroskopöffnung eines Gasturbinengehäuses einer Gasturbine montierbar ist und ein Gehäuse aufweist, in welchem wenigstens eine optischer Sensoreinrichtung zum Akquirieren von Bildern wenigstens eines Innenbereichs des Gasturbinengehäuses angeordnet ist, wobei die Boroskopeinrichtung zum Datenaustausch mit wenigstens einer Auswertungseinrichtung des Überwachungssystems koppelbar ist. Die erfindungsgemäße Boroskopeinrichtung, die auch als „Smart Plug“ bezeichnet werden kann, kann damit an Stelle der derzeit üblichen Verschlussstopfen (Borescope Plugs) im Verdichter- und/oder Turbinenbereich einer Strömungsmaschine temporär oder dauerhaft eingebaut werden. Das gaskanalseitige Ende der Boroskopeinrichtung enthält je nach verfügbarer Größe (übliche Durchmesser 6, 8 oder 10 mm) ein oder mehrere Sensoreinrichtungen (z. B. Kameras) und gegebenenfalls ein oder mehrere Lichtquellen. Dabei kann ein stufenindividuelles Design der Boroskopeinrichtung mit definierter Einbauposition und -Installation vorgesehen sein, wodurch immer eine korrekte Orientierung der Kamera(s) auf den oder die gewünschten Bereiche (z. B. Schaufelspitzen, Eintritts- und Austrittskanten) der stromaufwärts oder -abwärts liegenden Gehäusestrukturen (z. B. Verdichter- oder Turbinenschaufeln) gewährleistet ist. Die Stromversorgung und/oder der Datenaustausch erfolgen vorzugsweise über integrierte Leitungen in der Boroskopeinrichtung, wobei in bestimmten Ausführungsformen ein oder mehrere Steckverbindungen am strömungskanalfernen Ende vorgesehen sein können. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung der Boroskopeinrichtung im bzw. am Verdichter- oder Turbinengehäuse der Gasturbine durch Ver- bzw. Einschrauben in eine entsprechende Boroskopöffnung. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Auswertungseinrichtung für ein Überwachungssystem gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, welche zum Datenaustausch mit wenigstens einer Boroskopeinrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt koppelbar und dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Innenbereich des Gasturbinengehäuses anhand des wenigstens einen mittels der Sensoreinrichtung akquirierten Bildes auf das Vorliegen eines Fehlers zu prüfen. Dies erlaube eine entsprechend schnelle, einfache und automatisierte bzw. automatisierbare Prüfung der Gasturbine bzw. Strömungsmaschine auf das Vorliegen eventueller Probleme. Vorzugsweise weist die Auswertungseinrichtung eine integrierte Bildverarbeitungssoft- oder hardware auf, welche in der Lage ist, über vorhandene Bauteilmarkierungen oder Bildmerkmale Mehrfachaufnahmen der derselben Strömungsmaschinenstruktur, z. B. derselben Schaufel zuzuordnen, um eine eindeutige Identifizierung zu gewährleisten. Die Auswertungseinrichtung ist vorzugsweise selbstlernend ausgebildet bzw. speichert und verwendet Ergebnisse aus früheren Prüfungen für aktuelle Prüfungen. Die Prüfung kann generell entweder on-board erfolgen oder nach Übertragung der Bilddaten der Boroskopeinrichtung(en) auch off-board bzw. in einer externen Auswertungseinrichtung. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugtriebwerk, umfassend ein Gasturbinengehäuse mit wenigstens einer Boroskopöffnung, wobei erfindungsgemäß wenigstens ein Überwachungssystem gemäß dem ersten Erfindungsaspekt vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Boroskopeinrichtung des Überwachungssystems in der Boroskopöffnung montiert und mit einer Auswertungseinrichtung des Überwachungssystems gekoppelt ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Boroskopeinrichtung, vorzugsweise dauerhaft, im Bereich einer Verdichterstufe und/oder im Bereich einer Turbinenstufe der Gasturbine montiert ist. Dies ermöglicht eine gegebenenfalls regelmäßige automatische Prüfung der Gasturbine auf mögliche Probleme.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass die wenigstens eine Boroskopeinrichtung im Bereich eines Leitschaufelkranzes montiert ist und/oder dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung der Boroskopeinrichtung zur Akquirierung von Bildern eines vorbestimmten Laufschaufelbereich ausgerichtet ist, insbesondere zur Akquirierung von Bildern eines Schaufelspitzenbereichs, eines Schaufelvorderkantenbereichs und/oder eines Schaufelhinterkantenbereichs. Hierdurch können insbesondere Laufschaufeln, die von Ereignissen wie Vogelschlag, Pumpstoß, kurzzeitige hohe Schwingungen, harte Landungen, Own Object Damages und dergleichen in der Regel besonders stark betroffen sind, regelmäßig und zuverlässig überprüft werden, so dass im Fehlerfall sofort reagiert werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt die einzige Figur einen schematischen Ausschnitt einer Gasturbine mit einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem.
Die einzige Figur zeigt einen schematischen Ausschnitt einer Gasturbine 10 mit einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem 12. Von der Gasturbine 10 ist lediglich ein Teil eines Gasturbinengehäuses 14 abgebildet, in welchem ein Rotor (nicht gezeigt) mit zwei Laufschaufelkränzen 16a, 16b und einem dazwischen liegenden Leitschaufelkranz 18 angeordnet ist. Weiterhin sind exemplarisch gehäuseseitige Einlaufbeläge 20 für die Laufschaufelkränze 16a, 16b gezeigt. Im Bereich der Leitschaufelkranzes 18 befindet sich eine Boroskopöffnung 22 mit einem Gegengewinde 23, in welches eine erfindungsgemäße Boroskopeinrichtung 24 zur dauerhaften Montage über ein Gewinde 25 anstelle eines Verschlussstopfens (Borescope Plugs) eingeschraubt ist. Diese weist ein Gehäuse 26 auf, in welchem wenigstens eine optischer Sensoreinrichtung 28, beispielsweise eine Kamera, zum Akquirieren von Bildern wenigstens eines Innenbereichs des Gasturbinengehäuses 14 angeordnet ist. Im montierten Zustand ist das Gehäuse 26 mittels einer vorliegend als O-Ring ausgebildeten Dichteinrichtung 27 gegenüber dem Gasturbinengehäuse 14 gasdicht abgedichtet, so dass die Boroskopeinrichtung 24 dauerhaft und damit auch während des Betriebs der Gasturbine 10 eingebaut bleiben kann. Zusätzlich ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auch eine grundsätzlich optionale Lichtquelle 30 vorhanden, mit welcher die Hinterkanten der Laufschaufeln des Laufschaufelkranzes 16a angeleuchtet wird. Die Sensoreinrichtung 28 ist entsprechend auf die Hinterkanten der Laufschaufeln ausgerichtet und weist den mit dem Bezugszeichen I gekennzeichneten Sichtbereich auf. Die Geometrie des gaskanalseitigen Endes der Boroskopeinrichtung 24 ist hierbei vorzugsweise so gestaltet, dass eine optimale Ausrichtung und Positionierung von Kamera(s) 28 und Lichtquelle(n) 30 möglich ist ohne Beeinflussung der Strömung im Gaskanal. Durch ein stufenindividuelles Design mit definierter Einbauposition und -installation der Boroskopeinrichtung 24 (Smart Plug) ist in entsprechenden Ausführungsformen automatisch eine korrekte Orientierung der Kamera(s) 28 auf die gewünschten Bereiche (z. B. Schaufelspitzen, Eintritts- und Austrittskanten) der stromaufwärts oder - abwärts liegenden Schaufeln (Verdichter- oder Turbinenschaufeln) gewährleistet. Die Stromversorgung und der Datenaustausch der akquirierten Bilder mit einer Auswertungseinrichtung 34 des Überwachungssystems 12 erfolgt im vorliegenden Beispiel über im Gehäuse 26 integrierte Leitungen sowie über eine Steckerverbindung 32 mit einem Anschlusskabel 36 am Verschraubungsende der Boroskopeinrichtung 24. In analoger Weise können weitere Boroskopeinrichtungen 24 an der Auswertungseinrichtung 34 angeschlossen werden. Je nach Gestaltung der Leitschaufeln (Abstand, Airfoilgeometrie etc.) können zwischen den Leitschaufeln 18 ein oder mehrere Boroskopeinrichtungen 24 eingebaut werden, um die gewünschte Sicht zu stromaufwärts und -abwärts liegenden Strukturen zu ermöglichen. Für Einbaupositionen mit höheren Umgebungs- bzw. Gastemperaturen kann die Boroskopeinrichtung 24 beispielsweise mit vorhandener Triebwerkskühlluft gekühlt werden, um Kamera(s) 28 und Lichtquelle(n) 30 zu schützen. Hierzu kann ein Kühlkanal im Gehäuse 26 (nicht gezeigt) vorgesehn sein, durch welchen ein Kühlmedium geleitet werden kann. Ausführungen mit Schutzglas sind ebenfalls möglich.
Bei jedem Abstellvorgang der Gasturbine 10 oder auch wahlweise nach besonderen Ereignissen werden beispielsweise ab Drehzahlen < 20 U/min (rpm) die Bilder der Boroskopeinrichtung(en) 24 aufgezeichnet. Um eine für die Analyse optimale Datenverarbeitbarkeit bei ausreichender Bildqualität zu erzielen, kann der Aufnahmedrehzahlbereich pro Boroskopeinrichtung 24 bzw. pro Einbauposition generell individuell eingestellt werden. Die integrierte Bildverarbeitungssoftware des Überwachungssystems 12 ist hierbei in der Lage, über vorhandene Bauteilmarkierungen oder Bildmerkmale Mehrfachaufnahmen derselben Schaufel bzw. derselben Gehäusestruktur zuzuordnen. Die Bildanalysesoftware der Auswertungseinrichtung 34 führt vorzugsweise einen Vergleich mit früheren Aufnahmen, z. B. vom letzten Abstellvorgang, durch, meldet, an welchen Stellen Veränderungen erkennbar sind und erstellt einen Ergebnisbericht. Vorzugsweise wird nur bei Auffälligkeiten eine manuelle Inspektion zum nächstmöglichen Zeitpunkt empfohlen. Es kann vorgesehen sein, dass die Auswertungseinrichtung 34 selbstlernend ausgebildet ist und Ergebnisse aus historischen Inspektionen speichert und in der Analysesoftware bzw. in den Auswertealgorithmen für die aktuelle Prüfung entsprechend berücksichtigt. Die Analyse kann je nach installiertem System entweder on-board erfolgen oder nach Übertragung der Aufnahmen auf eine externe Auswertungseinrichtung 34 auch off-board durchgeführt werden.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
12: Überwachungssystem
14: Gasturbinengehäuse
16a: Laufschaufelkranzes
18: Leitschaufelkranz
20: Einlaufbeläge
22: Boroskopöffnung
23: Gegengewinde
24: Boroskopeinrichtung
25: Gewinde
26: Gehäuse
27: Dichteinrichtung
28: Sensoreinrichtung
30: Lichtquelle
32: Steckerverbindung
34: Auswertungseinrichtung
36: Anschlusskabel
I: Sichtbereich

Claims

Überwachungssystem (12) für eine Gasturbine (10), insbesondere für ein Flugtriebwerk, umfassend: - wenigstens eine Boroskopeinrichtung (24), welche in einer Boroskopöffnung (22) eines Gasturbinengehäuses (14) montierbar ist und ein Gehäuse (26) aufweist, in welchem wenigstens eine optischer Sensoreinrichtung (28) zum Akquirieren von Bildern wenigstens eines Innenbereichs der Gasturbine (10) angeordnet ist; und - eine Auswertungseinrichtung (34), welche zum Datenaustausch mit der wenigstens einen Boroskopeinrichtung (24) koppelbar und dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Innenbereich anhand des wenigstens einen mittels der Sensoreinrichtung (28) akquirierten Bildes auf das Vorliegen eines Fehlers zu prüfen.
Überwachungssystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Boroskopeinrichtung (24) ein Gewinde (25) aufweist, mittels welcher die Boroskopeinrichtung (24) an einem Gegengewinde (23) des Gasturbinengehäuses (14) montierbar ist und/oder dass die Boroskopeinrichtung (24) im montierten Zustand mittels einer Dichteinrichtung (27) das Gasturbinengehäuse (14) dichtend verschließt.
Überwachungssystem (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Boroskopeinrichtung (24) wenigstens eine Lichtquelle (30) umfasst, mittels welcher der Innenbereich der Gasturbine (10) auszuleuchten ist.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Boroskopeinrichtung (24) wenigstens einen Kühlkanal umfasst, durch welchen ein Kühlmedium leitbar ist.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein gaskanalseitiger Endbereich des Gehäuses (26) eine Geometrie aufweist, die an einen vorbestimmten Einbauort der Boroskopeinrichtung (24) am Gasturbinengehäuse (14) angepasst ist und im montierten Zustand der Boroskopeinrichtung (24) eine vorbestimmte Orientierung zumindest der wenigstens einen Sensoreinrichtung (28) innerhalb des Gasturbinengehäuses (14) sicherstellt, und/oder dass der gaskanalseitige Endbereich des Gehäuses (26) eine bezüglich des vorbestimmten Einbauorts der Boroskopeinrichtung (24) am Gasturbinengehäuse (14) aerodynamisch angepasste Geometrie aufweist und/oder dass der gaskanalseitige Endbereich des Gehäuses (26) mit einem insbesondere hochtemperaturfesten Schutzglas versehen ist.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Boroskopeinrichtung (24) über eine lösbare Steckerverbindung (32) zum Datenaustausch mit der Auswertungseinrichtung (34) und/oder zur Stromversorgung mit einer elektrischen Energiequelle koppelbar ist.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, zum Datenaustausch mit mehreren Boroskopeinrichtungen (24) gekoppelt zu werden und anhand der jeweils akquirierten Bilder auf das Vorliegen eines Fehlers in einem jeweils zugeordneten Innenbereich des Gasturbinengehäuse (14) zu prüfen.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Rotordrehzahl der Gasturbine (10), insbesondere einer Rotordrehzahl von höchstens 20 U/min, und/oder eines Betriebszustands der Gasturbine (10) eine Prüfung des wenigstens einen Innenraums durchzuführen und/oder dass die Auswertungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, eine on-board Prüfung und/oder eine off-board Prüfung der akquirierten Bilder durchzuführen.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (34) eine Speichereinheit zum Speichern der akquirierten Bilder und/oder eines Prüfungsergebnisses umfasst und/oder dass die Auswertungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, bei der Prüfung wenigstens ein akquiriertes Bild mit wenigstens einem gespeicherten Bild zu vergleichen und/oder dass die Auswertungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, wenigstens ein historisches Prüfungsergebnis bei der Prüfung zu berücksichtigen, und/oder dass die Auswertungseinrichtung (34) selbstlernend ausgebildet ist.
Überwachungssystem (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist: - einen Ergebnisbericht über die Prüfung zu erstellen; und/oder - eine Warnung zu erzeugen, wenn bei der Prüfung ein Fehler identifiziert wurde; und/oder - eine Entwarnung zu erzeugen, wenn bei der Prüfung kein Fehler identifiziert wurde; und/oder - eine Information über die Art und/oder Lage eines bei der Prüfung identifizierten Fehlers zu erzeugen; und/oder - eine Wartung der Gasturbine (10) zu veranlassen, wenn bei der Prüfung ein Fehler identifiziert wurde.
Boroskopeinrichtung (24) für ein Überwachungssystem (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Boroskopeinrichtung (24) in einer Boroskopöffnung (22) eines Gasturbinengehäuses (14) einer Gasturbine (10) montierbar ist und ein Gehäuse (26) aufweist, in welchem wenigstens eine optischer Sensoreinrichtung (28) zum Akquirieren von Bildern wenigstens eines Innenbereichs des Gasturbinengehäuses (14) angeordnet ist, wobei die Boroskopeinrichtung (24) zum Datenaustausch mit wenigstens einer Auswertungseinrichtung (34) des Überwachungssystems (12) koppelbar ist.
Auswertungseinrichtung (34) für ein Überwachungssystem (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, welche zum Datenaustausch mit wenigstens einer Boroskopeinrichtung (24) gemäß Anspruch 11 koppelbar und dazu ausgebildet ist, den wenigstens einen Innenbereich des Gasturbinengehäuses (14) anhand des wenigstens einen mittels der Sensoreinrichtung (28) akquirierten Bildes auf das Vorliegen eines Fehlers zu prüfen.
Gasturbine (10), insbesondere Flugtriebwerk, umfassend ein Gasturbinengehäuse (14) mit wenigstens einer Boroskopöffnung (22), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Überwachungssystem (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Boroskopeinrichtung (24) des Überwachungssystems (12) in der Boroskopöffnung (22) montiert und mit einer Auswertungseinrichtung (34) des Überwachungssystems (12) gekoppelt ist.
Gasturbine (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Boroskopeinrichtung (24), vorzugsweise dauerhaft, im Bereich einer Verdichterstufe und/oder im Bereich einer Turbinenstufe der Gasturbine (10) montiert ist.
Gasturbine (10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Boroskopeinrichtung (24) im Bereich eines Leitschaufelkranzes (18) montiert ist und/oder dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung (28) der Boroskopeinrichtung (24) zur Akquirierung von Bildern eines vorbestimmten Laufschaufelbereich ausgerichtet ist, insbesondere zur Akquirierung von Bildern eines Schaufelspitzenbereichs, eines Schaufelvorderkantenbereichs und/oder eines Schaufelhinterkantenbereichs.