DE2029544A1

DE2029544A1 - Prüfvorrichtung fur gewölbte Schaufeln

Info

Publication number: DE2029544A1
Application number: DE19702029544
Authority: DE
Inventors: Raymond Beryl Cincinnati Ohio(V StA) GOIb Miller
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-06-30
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1971-01-07
Also published as: US3832785A; CA943756A; FR2051345A5; GB1313610A; ES379768A1; BE751616A; NL7008397A; CH511419A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an Gasturbinen, insbesondere Verbesserungen bei der Reparatur von in Gasturbinen verwendeten gewölbten Schaufeln.

Derartige gewölbte Schaufeln werden sowohl in dem Kompressor als auch in der Turbine von Gasturbinen verwendet. Der Ausdruck "Leitschaufel" wird normalerweise für feststehende Schaufeln verwendet, während der Ausdruck "Laufschaufel" bei einer Turbine benützt wird, um die sich drehenden Schaufeln zu bezeichnen.

Solche Lauf- und Leitschaufeln haben komplexe ineinander übergehende Kurven, die die Reparatur und Prüfung von Gasturbinen

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während der Wartungsarbeiten sehr komplizieren. Z.B. kann eine relativ große Abweichung von der ursprünglichen Form einer Le it- oder Laufschaufel für eine sichere und ausreichende Arbeitsweise der Maschine toleriert werden, auch dann noch, wenn ihre Leistung etwas zurückgeht. Wenn eine Maschine geprüft wird, ist es notwendig zu bestimmen, ob die Leit- und Laufschaufeln Reparatur oder Austausch erfordern. Es gibt viele

Arten von Schäden, die auftreten können. Die hauptsächlichen Schäden sind Kerben in den Eintritts- und Austrittskanten der Laufschaufeln, Dellen an ihren Oberflächen und Einrollen der Spitzen.

Mit Ausnahme von Dellen können solche Schäden durch das Entfernen von Material von den Leit- oder Laufschaufeln repariert werden, wenn sich der erforderliche Materialabtrag in bestimmten Grenzen hält. Auf diese Weise kann, wenn die Eintrittskante eingekerbt ist, die Schaufel in Betrieb bleiben, wenn sie mit neuen Konturen versehen wird, um Spannungsanhäufungen zu ver-. meiden und wenn eine vorbestimmte Sehnenlänge nach der Bearbeitung verbleibt. Auf ähnliche Weise kann das eingerollte Ende einer Schaufel entfernt werden, um unzulässige Turbulenzverluste zu beseitigen und kann in Betrieb bleiben solange der Materialabtrag nicht vorherbestimmte Grenzen überscbreitet.

Wenn sich Dellen auf den Lauf- oder Leitschaufeln befinden, so aind nur solche, die sich in kritischen Zonen befinden, von Wichtigkeit. Dellen außerhalb solcher Zonen können in einem großen Auemaß, soweit es ihre Tiefe betrifft, ignoriert werden.

Obwohl es vom analytischen oder empirischen Standpunkt relativ leicht ist, die kritischen Grenzen der Reparaturfähigkeit und dor Betriebsfähigkeit von Schaufeln zu bestimmen, ist es äußerst schwierig festzustellen, ob eine einzelne Lauf- oder leitschaufel innerhalb solcher Grenzen liegt. Bis heute wird daher In der Praxis die Lauf- oder Leitschaufel in Augenschein genommen oder es worden Meßwerkzeuge des Maschinenbaus verwendet, mit denen man die Schaufeln aussnißt, um ihre

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Betriebsfähigkeit oder ihre Reparaturfähigkeit zu bestimmen. Im ersten Falle ist ein hohes Maß an Ausbildung erforderlich, um eine einigermaßen genaue "Messung" zu erhalten. Das an zweiter Stelle erwähnte Verfahren muß sorgfältig durchgeführt werden und ist zeitraubend, wenn überhaupt eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden kann.

In jedem Falle ist eine solche Prüfung von Leit- und Laufschaufeln relativ wenig leistungsfähig, da sie in vielen Fällen dazu führte, daß eine ungewöhnlich hohe Zahl von Leit- oder Laufschaufeln aussortiert wurden, die in Wirklichkeit noch betriebsfähig oder reparaturfähig waren. Dadurch ergibt sich nicht nur eine Verschwendung durch unnötigen Austausch von Teilen, sondern es wurden auch Maschinen vorzeitig außer Betrieb genommen, obwohl man sie durch eine Reparatur betriebsfähig erhalten konnte. Andererseits wurden in anderen Fällen Leit- und Laufschaufeln weiter benutzt, obwohl sie nicht mehr voll den Anforderungen in der Maschine genügten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Prüfung von Leit- und Laufschaufeln zu vereinfachen, mit der man ihre Betriebsfähigkeit und'oder Reparaturfähigkeit bei der Wartung der Gasturbinen feststellt.

Dies wird erreicht durch eine transparente Prüf- oder Abnahmelehre, die der ursprünglichen Form einer gegebenen Leit- oder Laufschaufel entspricht. Mit Hilfe von Markierungen auf der Lehre können bequem kritische Zonen der Schaufel festgestellt werden, wenn die Lehre darauf aufgesteckt ist.

Vorzugsweise zeigen diese Markierungen die noch erlaubte Mindestsehnenlänge, so daß die Reparaturfähigkeit des Schadens an der Eintritts- oder Austrittskante einer Lauf- oder Leitschaufel leicht bestimmt werden kann. Die Markierungen können außerdem hochbeanspruchte Teile der Schaufeln definieren, an denen der Schaden sorgfältiger gemessen werden muß.

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Im Falle einer Lehre für Austrittsschaufeln definiert die Länge der Lehre die Mindestschaufellänge und Markierungen erlauben festzustellen, wieviel zusätzliches Material ohne Gefahr entfernt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine Prüflehre für gewölbte Schaufeln, deren Kennzeichen darin besteht, daß ein transparenter Körper durch seine Formgebung an einen wesentlichen Teil mindestens einer Seite einer einzelnen zu prüfenden Schaufel sich anschmiegend ausgebildet ist und Markierungen aufweist, welche es erlauben festzustellen, ob eine Beschädigung kritisch ist.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer. Lehre, die auf einer Kompressorschaufel aufgesteckt ist,

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II in Figur 1 und

Figur 3, 4, 5 und 6 Teilansichten, die den Gebrauch der Lehre zeigen.

Die Figur 1 zeigt die Laufschaufel 10 eines Kompressors mit einer Lehrenflache, welche so geformt ist, daß sie sich mit einem wesentlichen Teil an die Oberfläche einer Seite der Schaufel anschmiegt. Des weiteren ist die Lehre vorzugsweise selbsttragend ausgebildet, um die ausgeformte Kontur beizubehalten. Die Lehre 12 ist so geformt, daß sie an dem Hauptteil der konvexen Oberfläche der Schaufel 10 anliegt. Der untere Teil der Lehre 12 ist so geformt, daß er mit dem Unterteil der Schaufel lo übereinstimmt, wo es in die Plattform 14 der Schaufel übergeht. Die Lehre 12 ist mit ihrem Umriß an die Plattform der Schaufel angepaßt.

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pie Lehre 12 enthält ferner integrale Klammern 15, welche über die Eintritts- und Austrittskante der Schaufeln einschnappen und diese sich exakt anschmiegend zum Anliegen an die konvexe Fläche der Schaufel IO bringen. Vorzugsweise sind die Klammern am unteren Teil der Lehre so geformt, daß Schäden durch Einrollen der Schaufelenden die Befestigung der Lehre nicht beeinträchtigen.

Die Lehre 12 weist Markierungslinien 16, 18 auf, die im allgemeinen parallel zu ihrer Eintrittskante verlaufen und Markierungslinien 20, 22, die im allgemeinen der Austrittskante parallel sind. Unter einem Winkel stehende Markierungslinien 24, sind an den äußeren Enden vorgesehen und eine Markierung 28 definiert eine Zone in dem mittleren und unteren Teil der Schaufeln, welche die Form eines umgekehrten T aufweist. Vorzugsweise sind die verschiedenen Markierungen an der Oberfläche der Lehre an der Seite der Schaufeln angebracht, die an diese angrenzt, so daß Parallaxenfehler vermieden werden.

Die Lehre 12 dient bei der Prüfung der Schaufeln 10 verschiedenen Zwecken. Die Markierungslinien 16, 18, 20, 22 werden angewendet, um die Reparaturfähigkeit von Kerben oder anderen Schäden zu bestimmen, die an der Eintritts- oder Austrittskante der Schaufeln aufgetreten sind. Bei einer bestimmten' Schaufel wurde herausgefunden, daß wenn eine vorbestimmte Mindestsehnenlänge beibehalten wird, die Schaufel betriebsfähig bleibt. Die Lehre hat eine Breite, die der ursprünglichen Sehnenlänge der Schaufel entspricht. Der Abstand von der Eintrittskante der Lehre zur Markierungslinie 20, der Abstand von der Markierungslinie 18 zur Austrittskante der Schaufel und der Abstand zwischen den Markierungslinien 16 und 22 stellen jeweils die erlaubte Mindestsehnenlänge an verschiedenen radialen Punkten der Schaufel dar.

Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei Formen von Schäden an den Kanten, welche durch die Lehre leicht als reparaturfähig

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erkennbar sind. In Figur 3 erstreckt sich die Kerbe m nicht über die Markierungslinie 18 hinaus. Dies stellt daher keinen Schaden an der Austrittskante des gleichen Radialpunktes dar. Das bedeutet, daß die Schaufel mit Sicherheit repariert werden kann. Die Reparatur besteht darin, daß man Material ent* lang der unterbrochenen Linie, wie in Figur 3 dargestellt, an der Schaufel abträgt und die ursprüngliche Krümmung an der so geformten neuen Schaufelkante wieder herstellt.

In Figur 4 reichen die Kerben ii und ο nicht über die Markierungslinien 18 und 22 hinaus. Die gleiche Reparatur kann daher angewendet werden. Mit Sicherheit kann die erlaubte Mindest sehne η länge eingehalten werden.

Die Fig. 5 zeigt die gegenüberliegenden Kerben ρ und £ und eine Kerbe s_ an der Austrittskante, welche mit Sicherheit als nicht reparaturfähig erkennbar sind, weil die erlaubte Mindestsehnenlänge, wie durch die Markierungslinien gezeigt wird, nicht aufrechterhalten werden kann.

Die radiale Länge der Lehre ist absichtlich kleiner gewählt als die der Schaufel, um die erlaubte Mindestsehäufelhöhe zu definieren. Die unter einem Winkel stehenden Markierungslinien 24, 26 zeigen die erlaubten Grenzen an, in denen man Material von den Spitzen der Schaufeln entfernen kann. Wenn die Spitzen der Schaufeln eingerollt sind, wird man bei der Reparatur, um hohe Verluste, die durch solche abgebogenen Teile veranlaßt werden, zu vermeiden, die von ihrer ursprünglich gewölbten Schaufelform abweichende Ausbiegung der Schaufelteile entfernen. Dabei kann nicht nur das gesamte Material oberhalb der Lehre entfernt werden, sondern es kann auch das Material oberhalb jeder der Linien 24 oder 26 entfernt werden. Ebenso kann alles Material oberhalb der Linie 24 entfernt werden, wenn eine Eintrittskante der Schaufel eingerollt ist. Wie aus Figur 6 ersichtlich, wird dann das Ende der Schaufel mit einem Winkel versehen belassen.

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Nach dieser Art von Reparatur kann die Lehre benützt werden, um festzustellen, ob alle eingerollten Teile entfernt wurden. Die Tatsache, daß die Lehre auf der ursprünglichen Schaufelwölbung ausgeformt wurde, macht eine solche Prüfung einfach und genau.

Die Lehre 12 kann ebenfalls benützt werden, um kritische Teile der Schaufel festzustellen, bei denen Dellen oder ähnliches sorgfältig überprüft werden müssen. Diese kritische Zone befindet sich in der höher beanspruchten konvexen Fläche der Schaufel innerhalb der Zone, die durch ein umgekehrtes T begrenzt ist (Markierungslinie 28). Es ist bequem feststellbar, daß Dellen in dieser Zone eine Messung erfordern, um sicherzustellen, daß bestimmte kritische Grenzen nicht überschritten werden.

Die Lehre 12 ist ganz besonders für die Prüfung von Laufschaufeln ausgestaltet. Eine Lehre, um Leitschaufeln zu prüfen, würde ähnlich sein, wobei man berücksichtigen muß, daß Leitschaufeln im allgemeinen an ihren äußeren und inneren Enden montiert oder getragen werden. Eine Lehre für Laufschaufeln würde vorzugsweise einen transparenten Teil aufweisen, der der ursprünglichen Form der vollen Länge der konvexen Schaufelfläche angepaßt ist. Die Markierungen 24 und können entfallen, da ein Einrollen der Enden, wenn es auftreten sollte, nicht repariert werden kann. Die kritische Zone (definiert durch die Linie 28) würde eine abweichende Form haben, um die andersartige Beanspruchung einer Leitschaufel zu berücksichtigen.

Da alle Le it- oder Laufschaufeln in einer gegebenen Reihe die gleiche gewölbte Schaufelform aufweisen, sind relativ wenige Lehren notwendig, um die gesamte Maschine zu prüfen. Die Lehren können durch Vakuumabsaugung hergestellt werden. Dabei kann eine neue Le it- oder Laufschaufel selbst die Form bilden,

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so daß ihre Kosten minimal sind, insbesondere wenn man die Ersparnisse an Zeit und Material berücksichtigt.

Obwohl spezielle Markierungen beschrieben wurden, können auch andere Markierungslinien innerhalb des allgemeinen Erfindungsgedankens angewandt werden.

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Claims

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- 9 -Patentansprüche

fl.j Prüflehre für gewölbte Schaufeln, dadurch g e ^k e η π ζ e ic h η e t, daß ein transparenter Körper (12) durch seine Formgebung an einen wesentlichen Teil mindestens einer Seite einer einzelnen zu prüfenden Schaufel (10) sich anschmiegend ausgebildet ist und der transparente Körper (12) Markierungen (16, 18, 20, 22, 24, 26) aufweist', welche es erlauben festzustellen ob eine Beschädigung kritisch ist.
2. Prüflehre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungslinien (16, 18, 20, 22) im allgemeinen parallel zur Eintritts- und Austrittskante der zu prüfenden Schaufel (10) verlaufen und einen Abstand von diesen aufweisen, um mit Leichtigkeit festzustellen, ob eine Beschädigung kritisch ist.
3. Prüflehre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper (12) an der konvexen Seite der zu prüfenden Schaufel (10) sich anschmiegend ausgebildet ist und daß zusätzliche Markierungslinien (28) Zonen relativ hoher Spannung in der Schaufel definieren.
4. Prüflehre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Körper (12) so geformt ist, daß er mit der Kontur eines wesentlichen Teiles der einen Seite der zu prüfenden Schaufel (10) übereinstimmt und daß der transparente Körper (12) selbsttragend ausgebildet ist, um seine ausgeformte Kontur beizubehalten.
5. Prüflehre nach Anspruch 4, dadurch gekennz e ic h η e t , daß der transparente Körper (12) eine

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Breite aufweist, die der ursprünglichen Sehnenlänge der zu prüfenden Schaufel (10) entspricht und daß die Markierungslinien (16, 18, 20, 22) im allgemeinen parallel zur Eintrittsund Austrittskante d@s Körpers verlaufen und von den Kanten einen Abstand aufweisen, um mit Leichtigkeit festzustellen ob eine Beschädigung kritisch ist.
6. Prüflehre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von der Eintrittskante des transparenten Körpers (12) zu einer Markierungslinie (20) neben der Austrittskante und der Abstand von einer

W Markierungslinie (18) neben der Eintrittskante des transparenten Körpers (12) zur Austrittskante des transparenten Körpers (12) die erlaubte Mindestsehnenlänge darstellt, die bei einer Reparatur eingehalten werden muß und daß weitere Markierungslinien (16, 22) an den Kanten des transparenten Körpers (12) und neben den Markierungslinien (18, 20) angeordnet sind, wobei diese weiteren Markierungslinien (16, 22) ebenfalls einen Abstand entsprechend der erlaubten minimalen Sehnenlänge für die Schaufel (10) aufweisen.
7. Prüflehre nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß integrale Klammern (15) sich zur

" anderen Seite der Schaufel (10) hin erstrecken und die

Eintritts- und Austrittskanten der Schaufel übergreifen, um die Lage der Prüflehre (12) auf dieser festzulegen.
8. Prüf lehre nach Anspruch 5, die insbesondere zur Prüfung von gewölbten !laufschaufeln dient, die auf rotierenden Teilen montiert werden und an ihren Unterteilen Plattformen aufweisen, dadurch gekenn zeichnet, daß der transparente Körper (12) eine Höhe von dem Unterteil aus aufweist, weiche geringer ist als die Höhe der ursprünglichen Schaufel (10), um äußere Endteile der Schaufel zu bezeichnen, die mit Sicherheit abgetragen werden können.

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9. Prüflehre nach Anspruch 8, d ad u r c h g e k e η η -ze lehne t , daß der transparente Körper (12) an der konvexen Seite der Schaufel (10) anliegt und einen Teil enthält, der der Kontur und dem Umriß der Schaufelplattform (14) angepaßt ist, daß Markierungslinien (24, 26) an den oberen Endteilen des transparenten Körpers (12) von der Eintritts- und Austrittskante abgewinkelt sind, um weitere Teile der Schaufel zu definieren, die mit Sicherheit abgetragen werden können und daß eine weitere Markierungslinie (28) eine Zone der Spannungsanhäufung in der Schaufel markiert, die die Form eines umgekehrten T aufweist.

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