DE2847763A1 - METHOD OF MEASURING THE WALL THICKNESS OF GAS TURBINE BLADES - Google Patents
METHOD OF MEASURING THE WALL THICKNESS OF GAS TURBINE BLADESInfo
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Description
SOCIETE NATIONALE D"ETÜDE
ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS
D1AVIATION (S.N.E.C.M.A.)
2, Boulevard Victor
F-75015 Paris / FrankreichSOCIETE NATIONALE D "ETÜDE
ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS
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2, Boulevard Victor
F-75015 Paris / France
Verfahren zur Messung der Wandstärke von Hohlschaufeln von Gasturbinen.Method for measuring the wall thickness of hollow blades of gas turbines.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Wandstärke von Hohlschaufeln von Gasturbinen und insbesondere von Turbinen für TL-Triebwerke für Flugzeuge, bei welchen die Turbinenschaufeln in einem Gasstrom von besonders hoher Temperatur, die von einer Brennkammer stammen, angeordnet sind. Es ist bekannt, daß die Betriebstemperatur dieser Turbinen durch das mechanische und thermische Verhalten ihrer Beschaufelungen begrenzt wird und daß die Kühlung der Schaufeln daher die Erhöhung der Betriebstemperatur ermöglicht. Eines der herkömmlichen Mittel besteht darin, die Kühlung der Turbinenschaufeln durch Konvektion mittels eines Fluids sicherzustellen, das im Inneren der Schaufeln umläuft, gewöhnlich in Kanälen oder in Hohlräumen, die in den Schaufeln herausgearbeitet worden sind.The invention relates to a method for measuring the wall thickness of hollow blades of gas turbines and in particular of turbines for TL engines for aircraft, in which the turbine blades in a gas flow of particularly high Temperature, which originate from a combustion chamber, are arranged. It is known that the operating temperature of these turbines is limited by the mechanical and thermal behavior of their blades and that the cooling of the blades therefore enables the operating temperature to be increased. One of the traditional means is cooling to secure the turbine blades by convection by means of a fluid that circulates inside the blades, usually in channels or in cavities that have been carved out in the blades.
Die Kühlkanäle im Inneren der Turbinenschaufeln können auf verschiedene Weise erhalten werden. Man kann beispielsweise, wie dies bereits bekannt ist, diese Kanäle unmittelbar beimThe cooling channels inside the turbine blades can be obtained in various ways. For example, you can as is already known, these channels are immediately available
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Gießen herstellen oder durch elektrochemische Verfahren herausarbeiten. Unabhängig davon, auf welche Weise die erwähnten Kanäle erhalten werden, muß geprüft werden, ob die Wandstärke nicht unter einen bestimmten Wert abfällt, da dies das einwandfreie Verhalten der Schaufeln im Betrieb beeinträchtigen kann. Ausserdem ist es wichtig, das Volumen dieser Kanäle zu kennen, beispielsweise um sicherzustellen, daß sie nicht durch Teilchen des Kerns teilweise verstopft werden und daß nach einer bestimmten Betriebsdauer keine zu starke Korrosion erhalten wird.Produce casting or work out by electrochemical processes. Regardless of how the mentioned channels are obtained, it must be checked whether the wall thickness is not below a certain value drops, as this can impair the proper behavior of the blades during operation. It is also important to know the volume of these channels, for example to ensure that they are not carried by particles of the nucleus are partially clogged and that no excessive corrosion is obtained after a certain period of operation.
Ein Verfahren zum Messen der Wandstärke von Hohlschaufeln, die häufig verwendet werden, besteht darin, im Inneren des Hohlraums gegen die Wand einen Dauermagneten von geringer Größe anzubringen, der am Ende einer Betätigungsstange angeordnet ist. Die Sonde eines Feldstärkemessers wird dann gegen die Wand der Schaufel und ausserhalb derselben bewegt. Die Messung des Magnetfeldes ergibt durch Vergleich mit geeichten Dicken-Meßwerten den Wert der Wandstärke der Hohlschaufel. Es ist leicht verständlich, daß dieses Verfahren eine bestimmte Anzahl Nachteile aufweist. Im besonderen ermöglicht es nur Ablesungen Punkt für Punkt an den Stellen, an welchen der Dauermagnet angeordnet ist, und es eignet sich ausserdem nicht zur Messung der Wandstärken von Hohlräumen, die komplizierte Formen haben oder schwer zugänglich sind. Die Anordnung des Dauermagnets im Inneren der Hohlräume kann ihrerseits wieder die Ursache von wesentlichen Fehlern sein, wenn er nicht voll gegen die Wand an der Stelle des Teils angesetzt wird, dessen Dicke gemessen werden soll. Ein solches Verfahren erfordert ferner umständliche und schwierig durchzuführende Maßnahmen.One method of measuring the wall thickness of hollow blades, which are often used, is to measure inside the Cavity against the wall to attach a permanent magnet of small size, which is at the end of an operating rod is arranged. The probe of a field strength meter is then against the wall of the blade and outside it emotional. The measurement of the magnetic field gives the value of the wall thickness by comparison with calibrated thickness measurements the hollow blade. It will be readily understood that this method suffers from a number of disadvantages. In particular, it only allows readings point by point at the points where the permanent magnet is arranged is, and it is also not suitable for measuring the wall thickness of cavities that have complex shapes or difficult to access. The arrangement of the permanent magnet inside the cavities can for its part again be the cause of material failure if it is not fully seated against the wall at the point of the part whose thickness is to be measured. Such a procedure is also cumbersome and difficult actions to be taken.
Die Erfindung ist auf ein rasches und genaues Meßverfahren für die Handstärke von Hohlschaufeln gerichtet. Das Ver_The invention is based on a rapid and accurate measurement method directed for the hand strength of hollow shovels. The Ver_
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fahren besteht darin, an der Aussenseite der Schaufel eine Sonde zu bewegen, die durch eine Magnetspule gebildet wird, deren Impedanz durch die elektromagnetischen Eigenschaften eines Fluids modifiziert wird, welches in die im Inneren der Schaufel vorgesehenen Hohlräume eingeleitet worden ist, um die Impedanzveränderung der Spule zu messen und die Wechselbeziehung dieser Impedanzveränderung mit geeigneten Bezugswerten herzustellen, beispielsweise mit den ImpedanzVeränderungen, die vorher mtt einer Schaufel erhalten wurden, die Hohlräume von bekannter Wandstärke und von bekanntem Volumen aufweist.Driving consists in moving a probe on the outside of the shovel, which is formed by a magnetic coil whose impedance is modified by the electromagnetic properties of a fluid, which has been introduced into the cavities provided in the interior of the blade in order to reduce the impedance change of the To measure the coil and to establish the correlation between this impedance change and suitable reference values, for example with the impedance changes that were made before with a blade having cavities of known wall thickness and of known volume.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das verwendete Fluid eine ferromagnetische Flüssigkeit. Gemäß einer Abänderung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die verwendete Flüssigkeit eine elektrisch leitende Flüssigkeit.According to a preferred embodiment of the invention is the fluid used is a ferromagnetic liquid. According to a modification of the method according to the invention the liquid used is an electrically conductive liquid.
Die Magnetspule, welche die Sonde bildet, kann vorteilhaft auf einem Magnetkern angeordnet sein.The magnetic coil which forms the probe can advantageously be arranged on a magnetic core.
Im folgenden wird die Erfindungbeispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigernIn the following the invention is exemplified by means of accompanying drawings explained in more detail and that show
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein zur Durchführung der Erfindung geeignetes Gerät;1 shows a schematic representation of an apparatus suitable for carrying out the invention;
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines elektrischen Meßverfahrens, das zur Durchführung der Erfindung angewendet werden kann.2 shows a basic circuit diagram of an electrical measuring method which is used to carry out the invention can be.
Im Inneren der Turbinenschaufel 1, die in Fig. 1 dargestellt ist, sind Längekanäle 2 vorgesehen. Um eine wirksame Kühlung der Schaufel sicherzustellen, ist es unerläßlich, daß einerseits die Wände dieser Längskanäle 2In the interior of the turbine blade 1, which is shown in FIG. 1, length channels 2 are provided. To be effective To ensure cooling of the blade, it is essential that on the one hand the walls of these longitudinal channels 2
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eine Dicke haben, die nicht unter einem bestimmten Wert liegt, und daß andererseits diese Kanäle weder einen zu engen noch einen zu weiten Querschnitt haben. Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht die Nachprüfung, ob diese Bedingungen angemessen erfüllt sind. In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, welche das Einleiten einer Flüssigkeit in das Innere der Kanäle ermöglicht. Für diesen Zweck läßt sich vorteilhaft eine ferromagnetische Flüssigkeit verwenden, die durch eine kolloidale Lösung auf Basis von Wasser mit Dispersion von sehr feinen magnetischen Teilchen gebildet wird. Eine solche Flüssigkeit, die eine starke magnetische Permeabilität hat, gibt es im Handel und wird vor allem dazu verwendet, die Abdichtung von Lagern durch Fluiddichtungen sicherzustellen.have a thickness which is not less than a certain value and that, on the other hand, these channels neither have a too narrow nor too wide a cross-section. The measuring method according to the invention enables the verification, whether these conditions are adequately met. In the drawing, a device is shown schematically, which allows a liquid to be introduced into the interior of the channels. For this purpose can be advantageous Use ferromagnetic fluid made by a colloidal solution based on water with dispersion is made up of very fine magnetic particles. Such a liquid that has a strong magnetic permeability has, is commercially available and is mainly used to seal bearings by means of fluid seals to ensure.
Die Schaufel 1 ruht mit ihrem Fuß 3 auf einem Träger 4 auf. Zwischen dem Schaufelfuß 3 und dem Träger 4 ist dank einer ümfangsdichtung 6 ein Spiel 5 vorgesehen. Das Spiel 5 bildet einen nach aussen abgedichteten Raum, in das jedoch die Kanäle 2 münden.The shovel 1 rests with its foot 3 on a carrier 4. Between the blade root 3 and the carrier 4 is thanks a circumferential seal 6 a game 5 is provided. The game 5 forms an outwardly sealed space in However, the channels 2 open.
Es ist vorteilhaft, eine Verriegelungseinrichtung (nicht dargestellt) zu verwenden, um die Schaufel 1 auf dem Träger 4 zu halten, in dem die Abdichtung des Spielraumes 5 durch einen leichten Druck auf die Dichtung 6 sichergestellt wird.It is advantageous to use a locking device (not shown) to hold the shovel 1 on the carrier 4, in which the sealing of the clearance 5 is ensured by a slight pressure on the seal 6 will.
Im Inneren des Teils 4 ist eine Einrichtung zum Einleiten einer ferromagnetischen Flüssigkeit vorgesehen, beispielsweise in Form eines Zylinders 7, in welchem sich ein Kolben 8 bewegen kann. Der Zylinder 7 steht über einen Kanal 9 mit dem Spielraum 5 in Verbindung. Eine Betätigung des Kolbens 8 mittels einer Betätigungsstange 10 ermöglicht die Verdrängung der ferromagnetischen FlüssigkeitA device for introducing a ferromagnetic liquid is provided in the interior of the part 4, for example in the form of a cylinder 7 in which a piston 8 can move. The cylinder 7 is above a Channel 9 in connection with the game room 5. An actuation of the piston 8 by means of an actuating rod 10 is made possible the displacement of the ferromagnetic liquid
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in das Innere des Spielraumes 5 und dann in das Innere der Kanäle 2. Vor jeder Messung muß sichergestellt werden, ob die Kanäle ganz mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt sind.into the interior of the clearance 5 and then into the interior of the channels 2. Before each measurement it must be ensured that whether the channels are completely filled with ferromagnetic fluid.
Ausserhalb der Schaufel 1 wird gegen die Wand desselben eine Sonde 11 bewegt, die durch eine Magnetspule 12 gebildet wird, welche auf einem Magnetkern 13 (siehe Fig. 2) angeordnet ist. Die Impedanz der Magnetspule 12 wird natürlich durch die benachbarte ferromagnetische Flüssigkeit beeinflußt. Die ImpedanzVeränderungen der Spule 12 hängen vor allem einerseits von dem Abstand ab, welcher die Sonde 11 von der ferromagnetischen Flüssigkeit trennt, und andererseits von der Masse der ferromagnetischen Flüssigkeit und der Form des Hohlraumes, in welchem sie sich befindet.Outside the shovel 1, a probe 11, which is formed by a magnetic coil 12, is moved against the wall of the same which is arranged on a magnetic core 13 (see FIG. 2). The impedance of the solenoid 12 becomes naturally influenced by the neighboring ferromagnetic fluid. The impedance changes of the coil 12 depend on the one hand on the distance that separates the probe 11 from the ferromagnetic liquid, and on the other hand on the mass of the ferromagnetic liquid and the shape of the cavity in which it is located is located.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Meßverfahrens besteht darin, die Wechselbeziehung der Impedanzveränderungen der Spule 12 mit den Impedanzveränderungen herzustellen, die durch einen Bezugsteil erhalten werden, von dem alle Abmessungen bekannt sind. Zu diesem Zweck wird eine erste Reihe von Impedanzmessungen an dem Bezugsteil vorgenommen, dessen Abmessungen dann durch eine herkömmliche Methode, bei welchem der Teil zerstört wird, bestimmt werden. Es ist dann möglich, für jede Flüssigkeitsmasse, d.h. für jedes Hohlraumvolumen oder einfacher für jeden Kanaldurchmesser die Kurve zu zeichnen, welche die Dicke in Abhängigkeit von der Impedanzveränderung anzeigt.The principle of the measuring method according to the invention consists in the interrelation of the impedance changes of the coil 12 with the impedance changes obtained by a reference part, all of which Dimensions are known. For this purpose, a first series of impedance measurements is made on the reference part, the dimensions of which are then determined by a conventional method in which the part is destroyed. It is then possible for every mass of liquid, i.e. for every cavity volume or, more simply, for every channel diameter draw the curve showing the thickness as a function of the change in impedance.
Das Erkennbarmachen der Impedanzveränderungen der Spule 12 kann nach der folgenden, in Fig. 2 schematisch dargestellten, Methode erfolgen.The impedance changes of the coil 12 can be made recognizable according to the following, shown schematically in FIG. Method.
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Die Spule 12 bildet einen der Zweige einerürückenschaltung 14, deren drei weitere Zweige durch Potentiometer 15, und 17 gebildet werden. Die erste Diagonale dieser Brückenschaltung 14 wird durch einen Wechselstromgenerator gespeist, der an die Klemmen 18 und 19 angeschlossen ist. Ein Meßgerät 20, das mit den Enden der zweiten Diagonale verbunden ist, ermöglicht die Anzeige der ünsymmetrien der Brückenschaltung. Eine Spule 21, die als Kompensationsspule dient und der Spule 12 identisch, jedoch im entgegengesetzten Sinn gewickelt ist, ist zur letzteren parallelgeschaltet. The coil 12 forms one of the branches of a back circuit 14, the three further branches of which by potentiometer 15, and 17 are formed. The first diagonal of this bridge circuit 14 is fed by an alternating current generator, which is connected to terminals 18 and 19. A measuring device 20, which with the ends of the second diagonal is connected, enables the display of the asymmetries of the bridge circuit. A coil 21, which serves as a compensation coil and is identical to the coil 12, but in the opposite direction Sense is wound, is connected in parallel to the latter.
Die Arbeitsweise ist wie folgt.The way it works is as follows.
Der Abgleich der Brückenschaltung geschieht, wenn die Sonde 11 von dem zu messenden Teil entfernt wird. Dieser Abgleich wird mit Hilfe des Meßgerätes 20 festgestellt, das ein Gerät von beliebiger Art sein kann, beispielsweise ein Galvanometer oder besser noch durch den Schirm eines Oszilloskops.The alignment of the bridge circuit takes place when the probe 11 is removed from the part to be measured. This comparison is determined with the help of the measuring device 20, which can be a device of any type, for example a Galvanometer or better still through the screen of an oscilloscope.
Zum Tarieren der Meßvorrichtung kann ein Richtmeßstück verwendet werden, dessen Hohlräume mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt sind. Die Sonde wird sodann im Meßstück an der Stelle eines Hohlraumes genähert, dessen Volumen und dessen Wandstärke in geeigneter Weise markiert werden. Die sich hieraus für die Spule 12 ergebende Impedanzveränderung wird durch das Meßgerät 20 angezeigt, von dem dann die Empfindlichkeit geregelt wird, um eine geeignete Ablesung zu erhalten. Die Schwelle der Mindestwandstärke, unter welche es zweckmässig ist, nicht herunterzugehen, wird sodann markiert. Das Gerät ist nun geeicht und befindet sich in Bereitschaft zur Verwendung für die Kontrolle der Schaufeln.To tare the measuring device, a directional measuring piece can be used, the cavities of which are ferromagnetic Liquid are filled. The probe is then approached in the measuring piece at the location of a cavity, its Volume and its wall thickness are marked in a suitable manner. The resulting change in impedance for coil 12 is indicated by the measuring device 20, of which the sensitivity is then regulated to an appropriate one Get reading. The threshold of the minimum wall thickness, below which it is advisable not to go down, is then marked. The device is now calibrated and is ready to be used for the control of the shovels.
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Wenn eine Schaufel 1 auf den Träger 4 aufgesetzt wird und alle ihre Kanäle 2 mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt sind, wie vorangehend beschrieben, wird die Sonde 11 parallel zur Oberfläche des Werkstücks bewegt, wobei darauf geachtet wird, daß die Achse der Sonde 11 zu dieser Fläche senkrecht ist. Es wird nun die maximale Amplitude, die auf dem Meßgerät 20 erhalten wird, für jeden der Kanäle festgestellt und es wird dieser Wert mit dem vorher markierten Schwellenwert verglichen. Alle Schaufeln, die gleiche oder höhere Anzeigen als der Schwellenwert ergeben, müssen als eine ungenügende Wandstärke aufweisend betrachtet werden.When a blade 1 is placed on the carrier 4 and all of its channels 2 with ferromagnetic liquid are filled, as described above, the probe 11 is moved parallel to the surface of the workpiece, care being taken that the axis of the probe 11 is perpendicular to this surface. It will now be the maximum The amplitude obtained on the meter 20 is determined for each of the channels and it becomes that Value compared with the previously marked threshold value. All blades, the same or higher ads than the threshold value must be regarded as having insufficient wall thickness.
Nach der Überprüfung einer Schaufel ermöglicht es der Kolben 8 dadurch, daß er im Zylinder 7 zurückgezogen wird, die ferromagnetische Flüssigkeit anzusaugen, die sich in den Kanälen der Schaufel befindet, um sie auf diese Weise für die nachfolgende Messung zu verwenden.After checking a shovel it allows the Piston 8 by being withdrawn in cylinder 7 to suck in the ferromagnetic liquid which is in the ducts of the blade in order to use them in this way for the subsequent measurement.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht eine kontinuierliche Prüfung über die volle Länge jedes Kanals, sie ist für alle Profile und für alle Querschnittsveränderungen verwendbar bzw. anpaßbar. Die Präzision der Messung ist zufriedenstellend und liegt bei etwa 0,05 mm für einen Kanal von 1 mm Durchmesser und eine Wandstärke zwischen 0 und 0,5 mm. Gegenüber der vorangehend beschriebenen Methode, bei der ein Permanentmagnet verwendet wird, ist der Zeitgewinn beträchtlich und beträgt etwa 10/1. Ausserdem können gegenüber dem genannten früheren Verfahren Dickenmessungen ausgeführt werden, die bisher schwierig durchzuführen waren.The measuring method according to the invention enables a continuous test over the full length of each channel, it can be used or adapted for all profiles and for all changes in cross-section. The precision of the Measurement is satisfactory and is about 0.05 mm for a channel 1 mm in diameter and a wall thickness between 0 and 0.5 mm. Compared to the method described above, in which a permanent magnet is used, the time gain is considerable and is about 10/1. In addition, compared to the earlier procedure mentioned Thickness measurements are carried out which were previously difficult to carry out.
Der PatentanwaltThe patent attorney
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Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
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| FR7733679A FR2408116A1 (en) | 1977-11-04 | 1977-11-04 | METHOD OF MEASURING THE THICKNESS OF HOLLOW ROOM WALLS AND THE VOLUME OF CELLARS |
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| DE2847763C2 (en) | 1987-01-22 |
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| GB2009414A (en) | 1979-06-13 |
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