DE2442639A1

DE2442639A1 - Einrichtung zur ueberwachung des erosionsverschleisses von gasturbinenschaufeln

Info

Publication number: DE2442639A1
Application number: DE19742442639
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Baumann; Kurt Dr Winkler
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1976-01-15
Also published as: DE2442639C3; CH573151A5; JPS5119223A; FR2276579B3; JPS5526295B2; GB1499550A; DE2442639B2; FR2276579A1; IT1039403B; SE7507247L

Description

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Rrnwn Boveri - Sulzer Turbomaschinen AG, Zürich (Schweiz)

Einrichtung zur Ueberwachung des Erosionsverschleisses von Gas turbinenschaufein.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ueberwachung des Erosionsverschleisses von Gasturbinenschaufeln mit einem in den Strömungsweg der Verbrennungsgase eingebauten, der Erosion ausgesetzten Vergleichskörper.

Bei Gasturbinen, denen Rohöl, Schweröl oder Gas aus einer OeI- oder Kohlevergasungsanlage als Brennstoff dient, kann es zum Erosionsverschleiss der Beschaufelung kommen. Es ist daher üblich, nach der Beschaufelung an geeigneter Stelle einen Stab anzuordnen, an dem das Fortschreiten des Verschlexsses beobachtet werden kann.

Der Nachteil dieser Methode liegt darin, dass es dazu einer

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öfteren Kontrolle, z.B. alle 100 0 Betriebsstunden, mit jedesmaligem Aus- und Einbau des Stabes bedarf. Abgesehen von der Umständlichkeit dieses Vorganges lässt sich ein kritisches Ausmass des Erosxonsverschlexsses, will man nicht die Kontrolle zu oft wiederholen, nicht mit Sicherheit rechtzeitig erkennen.

Es kann beispielsweise vorkommen, dass der Brennstoff unbemerkt ändert und daher die Verbrennungsgase einen viel höheren Gehalt an festen Verbrennungsrückständen aufweisen als vorher. Die Folge ist ein weitaus grösserer Erosionsverschleiss , der, wenn er zwischen zwei Kontrollzeiten fällt, zu nicht rechtzeitig feststellbaren Schaufelschäden bis zu schweren Havarien führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Erosionsverschleiss von Gasturbinenschaufeln ohne periodische Kontrollarbeiten laufend überwachen zu können.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der Vergleichskörper ein Teil einer Messstrecke ist und der fortschreitende Erosionsverschleiss des Vergleichskörpers die Messwertanzeige verändert.

Mit Hilfe dieser Einrichtung genügt es, ein einziges Messinstrument abzulesen, das beispielsweise im Kontrollraum der Kraft-

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anlage untergebracht ist. Selbst eine tägliche Ablesung ist nur ein sehr geringer Aufwand. Ausserdem ist noch die Möglichkeit gegeben, ein Warnsignal auszulösen, sobald der Erosionsverschleiss ein bestimmtes Ausmass erreicht hat. Der Erosionsverschleiss des Vergleichskörpers ist ein Mass dafür, wie stark die Gasturbxnenschaufein durch Erosion angegriffen sind und ob eine Kontrolle und eventueller Austausch derselben notwenig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, dass ein geschlossener Hohlkörper, am zweckmässigsten ein Rohr, als Vergleichskörper dient, dessen Innenraum gegenüber dem umgebenden Raum unter Ueberdruck steht und mit einem Druckanzeigegerät verbunden ist. Sobald der Erosionsverschleiss so weit fortgeschritten ist, dass eine Undichtigkeit entsteht, sinkt der Druck im Rohr ab, was unter Umständen sehr rasch erfolgen kann. Man weiss nun, dass der Verschleiss gerade die Dicke des Rohres beträgt und kann die notwendigen Rückschlüsse auf den Verschleiss der Gasturbinenschaufeln ziehen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den Innendruck im Rohr so zu belassen, wie er sich von selbst einstellt, also ungefähr auf Atmosphärendruck. Doch muss man darauf achten, dass an der betreffenden Einbaustelle ein entsprechend höherer Umgebungsdruck herrscht. Sobald eine Undichtigkeit auftritt, nimmt der

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Druck im Rohr zu, was wieder am Anzeigegerät abgelesen werden kann. - In beiden Fällen kann_s sobald der Messwert eine stärkere Abweichung vom Normalzustand zeigt oder einen festgelegten Grenzwert übersteigt, ein optisches oder akustisches Warnsignal ausgelöst werden.

Bei Gasturbinenschaufeln ist vor allem die Hinterkante dem Verschleiss durch Erosion ausgesetzt. Durch die Materialabtragung wird die Hinterkante zuerst messerscharf und bei weiterem Verschleiss kommt es zu Ausbrechungen, wodurch, sieht man von der Möglichkeit der Beschädigung nachfolgender Schaufeln ab, die Strömung gestört und die Leistung der Gasturbine herabgesetzt wird.

Es ist daher naheliegend, dass insbesondere der Erosionsverschleiss der Schaufelhinterkante berücksichtigt wird. Das kann vorteilhafterweise derart erfolgen, dass die Dicke der Rohrwand des Vergleichskörpers das 0,3- bis 2,0-fache der Dicke der Schaufelhinterkante beträgt. Um nicht nur Analogieschlüsse ziehen zu müssen, sondern eine direkte Vergleichsbasis zu haben, ist es zweckmässig, wenn der Vergleichskörper zumindest annähernd aus dem gleichen Material besteht wie die Gasturbinenschaufeln. Sind in den Verbrennungsgasen auch korrosive Komponenten enthalten, vor deren Auswirkung die Schaufeln durch einen Oberflächenschutz bewahrt werden, dann ist es vor-

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teilhaft, wenn der Vergleichskörper zumindest annähernd den gleichen Oberflächenschutz aufweist wie die Gasturbinenschaufeln.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel besteht der Vergleichskörper aus einem Srab, der unter elektrischerSpannung steht. Mit fortschreitendem Erosionsverschleiss nimmt sein Querschnitt ab und sein Leitungswiderstand wird daher grosser, was wiederum an einem Messinstrument ablesbar und kontrollierbar ist. Auch hier kann bei Ueberschreitung eines festgelegten Grenzwertes ein Warnsignal ausgelöst werden und bezüglich Material und Oberfläche gelten sinngemäss die gleichen Ueberlegungen wir für das Rohr.

Es kann auch ein elektrischer Leiter in einem Rohr untergebracht sein. Wenn der Erosionsverschleiss an einer Stelle die Dicke der Rohrwand erreicht hat, wird nachfolgend auch der Leiter angegriffen und zerstört, was die Anzeige des Messinstrumentes verändert.

Hinsichtlich des Durchmessers des Vergleichskörpers ist festzuhalten, dass er nicht zu gross sein soll, um die Strömung möglichst wenig zu stören, andererseits genügend gross sein muss, damit die notwendige Messgenauigkeit erreicht wird.

Als Einbauort eigent sich praktisch jede Stelle im Strömungs-

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weg der Verbrennungsgase, doch muss eine genügend grosse, mit jener in der Beschaufelung vergleichbare Strömung vorhanden sein. Ferner ist die Temperatur am Einbauort zu berücksichtigen.

Es sei noch erwähnt, dass selbstverständlich an mehreren Stellen Vergleichskörper eingebaut sein können. Auch kann es vorteilhaft sein, mehrere Vergleichskörper mit unterschiedlicher Wanddicke bzw. unterschiedlichem Querschnitt einzubauen, was eine informativere Aussage der Messwerte liefert. So kann z.B. starker Erosionsverschleiss am dünnsten Vergleichskörper als Vorwarnung dienen und besagen, dass der Verschleiss der Gasturbinenschaufeln noch nicht kritisch ist, jedoch die Entstaubungsanlage zu überprüfen oder die Schaufelrevision bereits vorauszuplanen ist.

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Claims

- 7 - BST 071 Patentansprüche

1. Einrichtung zur Ueberwachung des Erosionsverschleisses von Gasturbinenschaufein mit einem in den Strömungsweg der Verbrennungsgase eingebauten, der Erosion ausgesetzten Vergleichskörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichskörper ein Teil einer Messstrecke ist und der fortschreitende Erosionsverschleiss des Vergleichskörpers eine Messwertanzeige verändert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert bei Ueberschreitung eines festgelegten Grenzwertes ein Warnsignal auslöst.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichskörper zumindest annähernd aus dem gleichen Material besteht wie die Gasturbinenschaufeln.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3₅ dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichskörper zumindest annähernd den gleichen Oberflächenschutz aufweist wie die Gasturbinenschaufeln.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rohr

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als Vergleichskörper, dessen Innendruck bei auftretender Undichtigkeit ändert.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Rohr als Vergleichskörper, in welchem ein elektrischer Leiter untergebracht ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Rohrwand das 0,3- bis 2,0-fache der Dicke der Gastr/ubinenschaufel-Hinterkante beträgt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen unter elektrischer Spannung stehenden Stab als Vergleichskörper, dessen Leitungswiderstand durch den fortschreitenden Erosionsverschleiss ändert.

9· Einrichtung nach einem der Ansprüche 5»6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vergleichskörper mit unterschiedlicher Wanddicke bzw. unterschiedlichem Querschnitt eingebaut sind.

Brown, Boveri-Sulzer Turbomaschinen AG

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