DE2355755A1 - EROSION INDICATOR - Google Patents
EROSION INDICATORInfo
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- DE2355755A1 DE2355755A1 DE19732355755 DE2355755A DE2355755A1 DE 2355755 A1 DE2355755 A1 DE 2355755A1 DE 19732355755 DE19732355755 DE 19732355755 DE 2355755 A DE2355755 A DE 2355755A DE 2355755 A1 DE2355755 A1 DE 2355755A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Erosionsxndikator
und insbesondere auf einen Erosionsindikator zur Prüfung und überwachung
des Ausmaßes der in einem Gasturbinen-Triebwerk auftretenden erosiven Beschädigung, ohne daß das Triebwerk teilweise demontiert
werden muß.The invention relates generally to an erosion indicator
and in particular to an erosion indicator for testing and monitoring the extent of erosive damage occurring in a gas turbine engine without having to partially dismantle the engine.
Die der Erfindung zugrunde liegende Hauptaufgabe besteht insbesondere darin, einfache Mittel zur überwachung der erosiven Beschädigung eines Gasturbinen-Triebwerkes ohne periodische Demontage oder Inspektion des Triebwerkes von innen zu schaffen, durch die derThe main object on which the invention is based is in particular therein, simple means of monitoring the erosive damage to a gas turbine engine without periodic dismantling or Inspection of the engine from the inside through which the
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Indikator ohne Demontage des Triebwerkes einfach und schnell herausgenommen und wobei der Indikator durch einen ungeübten Prüfer leicht abgelesen werden kann, um zu ermitteln, ob die Triebwerkskomponenten gefährlich erodiert worden sind.The indicator can be removed quickly and easily without dismantling the engine and wherein the indicator can be easily read by an inexperienced inspector to determine if the engine components have been dangerously eroded.
In einem Gasturbinen-Triebwerk mit einem Kompressor, einem Brenner und einer Turbine, die strömungsmäßig hintereinander angeordnet sind, wird eine Vorrichtung zum überwachen der Erosion innerhalb des Triebwerkes geschaffen. Die die Erosion überwachende Vorrichtung enthält einen Erosionsindikator, der einen Kernabschnitt mit einer Vielzahl dünner Metallschichteri aufweist, wobei jede Schicht im Vergleich zu einer benachbarten Schicht verschieden ist. Die Erosion der verschiedenen Schichten ist leicht sichtbar und ein Maß bzw. eine Anzeige für die Erosion innerhalb des Triebwerkes. Ferner sind Mittel vorgesehen, um den Erosionsindikator in dem Strömungspfad des Triebwerkes zu halten. Durch das Triebwerksgehäuse hindurchführende Zugangsmittel sorgen für ein einfaches Einsetzen und Herausnehmen des Erosionsindikators.In a gas turbine engine with a compressor, a burner and a turbine, which are arranged in series in terms of flow, becomes a device for monitoring the erosion within of the engine created. The erosion monitoring device includes an erosion indicator which is a core portion having a plurality of thin metal layers, wherein each layer is different compared to an adjacent layer. The erosion of the various layers is easy visible and a measure or an indicator for the erosion within the engine. Means are also provided to keep the erosion indicator in the flow path of the engine. By the engine casing through access means provide easy insertion and removal of the erosion indicator.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the following description and the drawing of an exemplary embodiment explained in more detail.
Figur 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht von einem den erfindungsgemäßen Erosionsindikator enthaltenden Gasturbinen-Triebwerk.FIG. 1 is a partially sectioned side view of one containing the erosion indicator according to the invention Gas turbine engine.
Figur 2 ist eine perspektivische Teilansicht und zeigt den erfindungsgemäßen Erosionsindikator, wie er in dem Gasturbinen-Triebwerk gemäß Figur 1 eingebaut ist.FIG. 2 is a partial perspective view showing the invention Erosion indicator as it is installed in the gas turbine engine according to FIG.
Figur 3 ist eine perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Erosionsindikators. ·Figure 3 is a partial perspective view of the invention Erosion indicator. ·
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 4-4 in Figur 3.Figure 4 is a cross-sectional view after a cut along the line 4-4 in Figure 3.
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In Figur 1 ist ein Gasturbinen-Triebwerk 10 gezeigt s das ein zylindrisches Gehäuse oder eine Gondel 12 aufweist, die an dem einen Ende offen ist, um einen Einlaß 13 für einen Axialverdichter 14 zu bilden. Der Verdichter bzw. Kompressor 14 umfaßt eine drehbare Trommel mit einer Anzahl Reihen axial beabstandeter Blätter 18, die von der Oberfläche der Trommel 16 ausgehen, um auf diese Weise der darüber hinweg strömenden Luft einen Geschwindigkeitsdruck zu erteilen. Mit axialem Abstand angeordnete Reihen aus Statorschaufeln 19 erstrecken sich von einem Kompressorring 21 radial nach innens wobei sie abwechselnd zwischen den Rotorblättern angeordnet sind. Eine Reihe stromabwärts angeordneter Austrittsführungsschaufeln 20 und ein Diffusorkanal 22 ermöglichen, daß der statische Druck der Luft für einen Austritt in eine Brennkammer- 24 erhöht wird. In die Brennkammer 24 wird über eine Reihe von Brennstoffdüsen 26 Treibstoff eingespritzt und die dabei entstehende Mischung entzündet, um das Energieniveau der Gase zu erhöhen. Unter Druck' stehender Treibstoff wird den Düsen 26 von einer Quelle zugeführt, die nicht dargestellt ist. Die heißen Verbrennungsgase werden durch eine Turbineneinlaßdüse 28 und über die Turbinenblätter 30 ausgestoßen, die um den Außenumfang eines Turbinenrades 32 herum angeordnet sind, welches den Kompressor über eine Verbindungswelle 34 antreibt. Die heißen Verbrennungsgase werden durch eine übliche Schubdüse35 ausgestoßen, um einen Antriebsschub für das Triebwerk 10 zu erzeugen. In Figure 1, a gas turbine engine 10 is shown, the s a cylindrical housing or pod 12 which is open at said one end to form an inlet 13 for an axial compressor fourteenth Compressor 14 includes a rotatable drum having a number of rows of axially spaced blades 18 extending from the surface of drum 16 so as to impart velocity pressure to the air flowing thereabove. With axially spaced rows of stator blades 19 extend from a compressor ring 21 radially inwardly s and they are arranged alternately between the rotor blades. A series of downstream exit guide vanes 20 and a diffuser duct 22 enable the static pressure of the air to be increased for exit into a combustor 24. Fuel is injected into combustion chamber 24 through a series of fuel nozzles 26 and the resulting mixture is ignited to increase the energy level of the gases. Pressurized fuel is supplied to the nozzles 26 from a source not shown. The hot combustion gases are expelled through a turbine inlet nozzle 28 and via turbine blades 30 which are disposed around the outer periphery of a turbine wheel 32 which drives the compressor via a connecting shaft 34. The hot combustion gases are expelled through a conventional exhaust nozzle 35 in order to generate propulsive thrust for the engine 10.
Das Gasturbinen-Triebwerk 10 umfaßt ferner einen inneren Rahmenteil, der allgemein bei 40 gezeigt ist, und einen äußeren Rahmenteil, der allgemein bei 41 dargestellt -ist. Die Welle 34 ist durch ein vorderes Lager J>G und ein hinteres Lager 38 für eine Rotation in Bezug auf das innere Rahmenteil 40 gelagert. Ein Erosionsindikator 42 ist in der Weise dargestellt, daß er stromabwärts von den Austrittsführungsschaufeln 20 angeordnet ist, um das Ausmaß bzw. die Geschwindigkeit der Erosionsbeschädigung an den K_ompressorblättern 18 und'Statorschaufeln 19 zu überwachen. Eine durch die Gondel 12 hindurch führende Zugängsöffnung 43 ist .-vorgesehen, um eine Herausnahme des Erosionsindikators 42 in demThe gas turbine engine 10 further includes an inner frame portion shown generally at 40 and an outer frame portion shown generally at 41. The shaft 34 is supported by a front bearing J> G and a rear bearing 38 for rotation with respect to the inner frame member 40. An erosion indicator 42 is shown to be positioned downstream of the exit guide vanes 20 to monitor the extent or rate of erosion damage to the compressor blades 18 and 19 stator vanes. An access opening 43 leading through the nacelle 12 is provided in order to allow the erosion indicator 42 to be removed from the gondola
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Gebiet zu erleichtern und eine einfache Inspektion ohne Demontage des Triebwerkes 10 zu gestatten.Area to facilitate and easy inspection without disassembly of the engine 10 to allow.
In Figur 2 ist der Erosionsindikator 42 gezeigt, wie er unmittelbar hinter den Austrittsführungsschaufeln 20 angeordnet ist. Die Austrittsführungsschaufeln 20 umfassen zahlreiche in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete stromlinienförmige Schaufelteile 50, die sich von dem inneren Rahmenteil 40 radial nach außen zu einer äußeren ringförmigen Ummantelung 48 erstrecken. Die Ummantelung48 ist durch eine Umfangslippe 49 in einer festen Relation zum äußeren Rahmenteil 41 gehalten. Die Umfangslippe 49 greift hinten in eine Urnfangsrille 51 ein. Das äußere Rahmenteil 4l umfaßt ferner einen integralen Umfangsflansch 44, der radial nach außen ragtIn Figure 2, the erosion indicator 42 is shown as it is directly is arranged behind the outlet guide blades 20. the Exit guide vanes 20 include numerous circumferentially spaced streamlined vane parts 50, which extends from the inner frame part 40 radially outward to a outer annular sheath 48 extend. The Sheath48 is by a circumferential lip 49 in a fixed relation to the outer Frame part 41 held. The circumferential lip 49 engages in the rear a circumferential groove 51. The outer frame part 4l further comprises an integral peripheral flange 44 projecting radially outward
und zahlreiche in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete, hinweist
durchführende Löcher 46 auf/T"die Bolzen von dem Kompressorgehäuseand numerous circumferentially spaced points
through holes 46 on / T "the bolts from the compressor housing
. 21 für eine Befestigung daran aufnehmen.. Record 21 for attachment to it.
Um den Erosionsindikator bezüglich der Austrittsführungsschaufeln 20 stromabwärts anzubringen, ist ein integraler Ansatz 52 vorgesehen, der von dem äußeren Rahmenteil 41 radial nach außen ragt. Der äußere Abschnitt des Ansatzes 52 ist mit einem Gewinde versehen, wie es bei 54 gezeigt ist, und abgeschrägt, wie es bei 55 ersichtlich ist. Die Gründe hierfür werden aus der folgenden Beschreibung deutlich. About the erosion indicator on the exit guide vanes 20 to be attached downstream, an integral lug 52 is provided, which protrudes radially outward from the outer frame part 41. The outer portion of the lug 52 is threaded as shown at 54 and beveled as shown at 55. The reasons for this will be clear from the following description.
Der Mittelteil des Ansatzes 52 ist hohl gemacht, um den Erosionsindikator 42 aufzunehmen, der an dem einen Ende,eines langgestreckten Schaftes bzw. Schenkels 56 ausgebildet ist. Das andere Ende des langgestreckten Schenkels 56 umfaßt einen integralen Umfangsflansch 58, der senkrecht zur Längsachse des Schaftes verläuft. Eine Hülse 60 ist auf den Schaft 56 geschoben, bis sie mit dem Umfangsflansch 58 in Eingriff kommt, und ist dann mit dem Schaft 5β verschweißt, um eine einheitliche Struktur zu bilden. Die Innenfläche 63 der Hülse 60 erweitert sich nach außen, wie es bei 64 gezeigt ist, um in einen innigen dichtenden Eingriff mit der Abschrägung 55 des Ansatzes. 52 zu kommen. Die Hülse 60 weist ferner einen integralen Umfangsflansch 62 auf, der mit demThe central portion of the extension 52 is made hollow to receive the erosion indicator 42, which at one end, an elongated Shank or leg 56 is formed. The other End of elongate leg 56 comprises an integral Circumferential flange 58 which is perpendicular to the longitudinal axis of the shaft. A sleeve 60 is slid onto the shaft 56 until it engages the peripheral flange 58 and is then with the Shaft 5β welded to form a unitary structure. The inner surface 63 of the sleeve 60 expands outwardly, as shown at 64, for intimate sealing engagement with the bevel 55 of the neck. 52 to come. The sleeve 60 also has an integral peripheral flange 62 which is connected to the
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nach innen ragenden Umfangsflansch 70 einer Haltemutter 66 in Eingriff steht. Die Haltemutter 66 weist einen Gewindeabschnitt 68 auf, der in den Gewindeabschnitt 54 des Ansatzes 56 eingreift.inwardly projecting circumferential flange 70 of a retaining nut 66 is in engagement. The retaining nut 66 has a threaded section 68 which engages in the threaded section 54 of the projection 56.
Damit die Orientierung des Indikators 42 in der Strömungsbahn nach jeder Herausnahme und dem Einsetzen identisch bleibt, ist eine Längsnut 67 vorgesehen, die sich teilweise über die Länge des Schaftes 56 erstreckt. Der hohle Ansatz 52 weist ein im allgemeinen radiales Loch 69 durch seine Seite hindurch auf, um einen Stift 71 aufzunehmen, der durch den Ansatz hindurch bis in die Nut 67 ragt. Alternativ könnten selbstverständlich auch andere Mittel vorgesehen sein j um eine gleichförmige Orientierung des Indikators 42 innerhalb der Strömungsbahn aufrechtzuerhalten.So that the orientation of the indicator 42 in the flow path remains identical after each removal and insertion a longitudinal groove 67 is provided which extends partially over the length of the shaft 56. The hollow extension 52 has a generally radial hole 69 through its side to receive a pin 71 which extends through the extension to in the groove 67 protrudes. Alternatively, of course, other means could also be provided for uniform orientation of the Maintain indicator 42 within the flow path.
Aus den Figuren 3 und 4 ist der Erosionsindikator mit einem Kernabschnitt 7b ersichtlich, der mit zahlreichen dünnen Schichten 72 bis 75 überzogen ist. Die dünnen Schichten sind vorzugsweise abwechselnde Schichten aus Kupfer und Nickel, so daß die Schichten 72 und 7^ dünne überzüge aus Nickel bilden würden, während die Schichten 73 und 75 dünne Überzüge aus Kupfer sein würden. Die Schichten können durch jedes bekannte Verfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise Elektroplattieren. Die Dicke der Schichten würde vorzugsweise in der Größenordnung von 0,0125 mm (0,0005 Zoll) liegen. Somit wird deutlich, daß die Dicke der. Schichten 72 bis 75 zu Darstellungszwecken stark vergrößert worden ist. Der Kern 76 ist zwar mit einem ovalen Querschnitt gezeigt, selbstverständlich könnten aber* auch andere Querschnittsformen wie ein Kreis, Tropfen- oder Flügelform mit gleichem Erfolg verwendet werden. Der Kern 76 kann mit vier oder fünf Schichten überzogen sein, die eine genaue Anzeige der im Kompressor auftretenden Erosion liefern.· Selbstverständlxch kann jedoch irgendeine Anzahl von Schichten verwendet werden, die von der Schwere der erosiven Zustände in der zu untersuchenden Stelle abhängt. Der Kern 76 kann aus rostfreiem Stahl oder einer Nickellegierung hergestellt sein, wie sie beispielsweise unter dem Handelsnamen "Inconel" vertrieben wird. Es kann aber auch jedes andere Material benutzt werden, das eine ausreichende Festigkeit besitzt und mit demFrom Figures 3 and 4, the erosion indicator is with a core portion 7b, the one with numerous thin layers 72 until 75 is coated. The thin layers are preferably alternating layers of copper and nickel so that the layers 72 and 7 ^ would form thin coatings of nickel, while the Layers 73 and 75 would be thin coatings of copper. The layers can be applied by any known method, such as electroplating. The thickness of the layers would preferably be on the order of 0.0125 mm (0.0005 Inches). It is thus clear that the thickness of the. Layers 72 to 75 have been greatly enlarged for illustration purposes. Of the Although core 76 is shown with an oval cross-section, other cross-sectional shapes such as a Circle, teardrop or wing shape used with equal success will. The core 76 may be covered with four or five layers which provide an accurate indication of the erosion occurring in the compressor · Of course, however, any number of layers can be used, depending on the severity of the erosive Conditions in the location to be examined depends. The core 76 may be made of stainless steel or a nickel alloy, such as those sold under the trade name "Inconel" will. But it can also be used any other material that has sufficient strength and with the
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Plattierungsverfahren kompatibel ist.Plating process is compatible.
Figuren 3 und 4 zeigen einen stark erodierten Indikator, wo eine Auswechslung der Kompressorblätter oder -schaufeln wahrscheinlich notwendig sein würde.. Die Anzahl der erodierten Schichten ist auf einfache Weise sichtbar und kann auf einen Blick gezählt v/erden, nacndem der Erosionsindikator 42 herausgenommen ist. Weiterhin sind keine besonderen Erfahrungen für den Prüfer nötig für die Bestimmung, ob eine Auswechslung des Blattes" oder der Schaufel erforderlich ist. Es können auch Standardwerte für die Auswechslung von Schaufeln und Blättern empirisch ermittelt werden, indem die tatsächliche Erosionsbeschädigung an einem Kompressorblatt oder einer Schaufel in Beziehung gesetzt wird zur Anzahl der auf dem Erosionsindikator freiliegenden Schichten. Wenn einmal eine Wechselbeziehung hergestellt ist, würde der Standardwert fest bleiben, so daß alles, was ein Prüfer zu tun hätte, darin besteht, die Anzahl der erodierten Schicht—en zu zählen, um zu bestimmen, ob die Blätter oder Schaufeln ausgewechselt werden sollen.Figures 3 and 4 show a badly eroded indicator where a Replacing the compressor blades or vanes would likely be necessary .. The number of layers eroded is easily visible and can be counted at a glance after the erosion indicator 42 has been removed. Farther no special experience is required for the examiner to determine whether a replacement of the "blade" or the " Shovel is required. Standard values for the replacement of blades and blades can also be determined empirically, by relating the actual erosion damage to a compressor blade or blade to the Number of layers exposed on the erosion indicator. Once a correlation is established, the would So all an inspector would have to do is increase the number of layers that were eroded count to determine whether to replace the blades or blades.
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