DE2909316A1

DE2909316A1 - PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR REMOVING OBSTRUCTIONS IN SMALL DIAMETER DUCTS

Info

Publication number: DE2909316A1
Application number: DE19792909316
Authority: DE
Inventors: George Frederick Thomas Avent; Colin Rodney Weaver
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1978-03-16
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-20
Also published as: JPS551882A; FR2419774A1

Description

FATIFATI
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Augsburg, den 6. März 1979Augsburg, March 6, 1979

Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London 8WlE 6AT, EnglandRolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London 8WlE 6AT, England

Verfahren und Einrichtung zum Beseitigen von Verstopfungen in Kanälen kleinen DurchmessersMethod and device for clearing blockages in small diameter ducts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Beseitigung von Verstopfungen in Kanälen kleinen Durchmessers.The invention relates to a method and a device for removing blockages in small-diameter ducts.

Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Beseitigung von Verstopfungen in Scnaufelküh!kanälen im Hinterkantenbereich von innengekühlten Turbinenschaufel.A particular field of application of the invention is Removal of blockages in scoop cooling channels in the Trailing edge area of internally cooled turbine blade.

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Die Schaufelkühlkanäle von innengekühlten Turbinenschaufeln werden im allgemeinen entweder beim Gießen der Schaufel ausgespart oder nachträglich unter Anwendung elektrochemischer Verfahren oder elektrischer Entladungsverfahren in die Schaufel gebohrt. Danach werden die Schaufeln üblicherweise einer Einsatz-Aluminisierungsbehandlung unterzogen, und trotz der dabei getroffenen Vorsichtsmaßnahmen entstehen dabei Verkrustungen und Ablagerungen in den Schaufelkühlkanälen, die danach nur sehr schwer wieder zu beseitigen sind. Ähnliche Verstopfungen können auch durch lose anhaftende Hartlotteilchen oder Hartlot-Flußmittel, weiter durch während des Gießvorgangs verwendete Quarzglasstäbe oder Quarzröhrchen, durch Schleifmittel, Poliermittel, Metallspäne oder durch im Betrieb der Turbinenschaufel entstandene verkohlte Ö!ablagerungen verursacht sein.The blade cooling channels of internally cooled turbine blades are generally either recessed during the casting of the blade or afterwards using electrochemicals Process or electrical discharge process drilled into the shovel. Thereafter, the blades are usually subjected to an insert aluminizing treatment, and despite the precautionary measures taken, encrustations and deposits arise in the blade cooling channels, which are then very difficult to remove again. Similar blockages can also be caused by loosely adhering Braze particles or braze flux, continue through Quartz glass rods or quartz tubes used during the casting process, by abrasives, polishes, metal chips or caused by the operation of the turbine blade charred oil deposits may be caused.

Bisher ist es bei der großen Mehrzahl derartiger Verstopfungen nicht möglich gewesen, dieseaus den sehr feinen, typischerweise nur einen Durchmesser im Bereich von 0,5 mm aufweisenden Kanälen durch Vibration in einem ultraschallerregten Bad oder durch Durchblasen der Kanäle oder auf mechanische Weise durch Herausstoßen mittels eines in die Kanäle eingeführten feinen Drahtes zu entfernen.So far it has not been possible with the great majority of such blockages typically only a diameter in the range of 0.5 mm having channels by vibration in an ultrasound excited Bath or by blowing through the channels or mechanically by pushing out by means of a into the Remove channels of introduced fine wire.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur einfachen und wirkungsvollen Beseitigung der erwähnten Verstopfungen zu finden, um hierdurch Turbinenschaufeln oder andere Bauteile wieder brauenbar zu machen, die man sonst aufgrund der Verstopfungen verschrotten müßte.The invention is based on the object of a method and to find a device for the simple and effective removal of the aforementioned blockages, in order to thereby Turbine blades or other components can be brewed again that would otherwise have to be scrapped due to the blockages.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonde in den verstopften Kanal eingeführt und mit der Verstopfung in Berührung gebracht sowie gleichzeitig zu Schwingungen im Ultraschallbereich angeregt wird, um dadurch die Verstopfung zu entfernen.To solve this problem, a method is that of the introduction said type according to the invention characterized in that a probe is inserted into the blocked channel and with the blockage is brought into contact and at the same time is stimulated to vibrations in the ultrasonic range, in order to thereby to remove the obstruction.

Eine Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens weist gemäß der Erfindung Mittel zur Erzeugung longitudinaler Ultraschallschwingungen in einem Ultraschallvibrator und eine damit schwingungsubertragend verbundene, in den verstopften Kanal einzuführende Sonde auf, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des verstopften Kanals ist.A device for carrying out this method has, according to the invention, means for generating longitudinal Ultrasonic vibrations in an ultrasonic vibrator and a vibration-transmitting connected to it, in the blocked duct to be inserted, the diameter of which is smaller than the diameter of the blocked duct is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings described. It shows:

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Fig. 1 einen Schnitt durch eine EinrichtungFig. 1 is a section through a device

nach der Erfindung zur Beseitigung von Verstopfungen in Kanälen einer Gasturbinenschaufel, undaccording to the invention for removing blockages in channels a Gas turbine blade, and

Fig. 2 einen Schnitt und eine Stirnansicht2 shows a section and an end view

eines abgewandelten Geschwindigkeitsübertragers der erfindungsgemäßen Einrichtung.a modified speed transmitter of the invention Furnishings.

Der Ultraschallvibrator der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung weist ein verhältnismäßig massives, etwa zylindrisches Gehäuse 10 mit einer Membran 11 auf, mit welcher ein schwingungsfähiger Vibrationskopf 12 verbunden ist« Die Membran 11 ist mit einer kranzartigen Anordnung von Durchtritt soff nungen 13 versehen, die eine hin- und hergehende Vibration des Vibrationskopfes zusammen mit dem mittigen Teil der Membran mit Ultraschallfrequenz ermöglichen, ohne daß eine übermäßige Schwingungsübertragung auf das massivere zylindrische Gehäuse 10 stattfindet.The ultrasonic vibrator of the device shown in FIG has a relatively massive, approximately cylindrical housing 10 with a membrane 11, with which a vibratory vibration head 12 is connected «The Membrane 11 is provided with a ring-like arrangement of passage soff openings 13 which have a reciprocating Allow vibration of the vibrating head together with the central part of the membrane with ultrasonic frequency without that excessive vibration transmission to the more massive cylindrical housing 10 takes place.

Die Ultras cha11vibrationen werden in an sich bekannter Weise durch Erregung eines unmittelbar mit dem Vibrationskopf verbundenen piezomagnetischen Wandler 14 mit Ultraschallfrequenz erzeugt. Der Wandler kann ebenso gut auchThe ultras cha11vibrationen are known per se Way by exciting a piezomagnetic transducer 14 connected directly to the vibration head at an ultrasonic frequency generated. The converter can do just as well

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der piezoelektrischen Bauart angehören.belong to the piezoelectric type.

Ein von einem Motor 16 angetriebenes Gebläse 15 erzeugt einen Kühlluftstrom durch das zylindrische Gehäuse 10 hindurch.A fan 15 driven by a motor 16 generates a flow of cooling air through the cylindrical housing 10 through.

Bei der dargestellten Ausfuhrungsform hat der Vibrationskopf 12 die Form eines im Durchmesser abgestuften zylindrischen Körpers, wobei jeder der beiden Abschnitte dieses Körpers eine Länge aufweist, die der halben Wellenlänge der Wandlerschwingungen entspricht. Derartige Vibrationsköpfe sind an sich bekannt und werden als akustische Koppler oder Geschwindigkeitsübertrager bezeichnet, und sie dienen dazu, die Wandlerschwingungsamplitude zu vergrößern oder die akustische Impedanz des Werkstückes an diejenige des Wandlers anzupassen. Die Form des Vibrationskopfes kann daher nach Bedarf so abgewandelt sein, daß bei einem gegebenen Werkstück die jeweils besten Ergebnisse erzielt werden. Die Berechnungen für eine solche Anpassung sind dem Fachmann beispielsweise auf dem Gebiet der Ultraschall-Bahrvorrichtungen bekannt und beispielsweise in einem in "Journal OEM Design", Februar und März 1972, erschienenen Artikel "An Outline of Power Ultrasonics" kurz abgehandelt.In the embodiment shown, the vibration head 12 has the shape of a cylindrical stepped in diameter Body, each of the two sections of this body having a length which is half the wavelength of the Corresponds to converter vibrations. Such vibrating heads are known per se and are called acoustic couplers or Speed transducer referred to, and they are used to increase the transducer oscillation amplitude or the adapt the acoustic impedance of the workpiece to that of the transducer. The shape of the vibrating head can be therefore be modified as required so that the best results are obtained for a given workpiece will. The calculations for such an adjustment are those skilled in the art, for example, in the field of ultrasonic stretchers known and for example in one published in "Journal OEM Design", February and March 1972 Article "An Outline of Power Ultrasonics" briefly dealt with.

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Am Ende des Vibrationskopfes 12 ist eine geschlitzte, mit Schraubgewinde versehene Befestigungsvorrichtung 17 zum Anschluß einer Sonde 18 an dem Vibrationskopf befestigt. Die Sonde 18, die als Draht kleinen Durchmessers ausgebildet ist, wird in den Schlitz eingeführt, der von einer Seite der Befestigungsvorrichtung aus zur Achse des Vibrationskopfes verläuft, und wird sodann mittels einer durch den Schlitz hindurchverlaufenden Einstellschraube festgeklemmt. Selbstverständlich können auch andere zweckmäßige' Befestigungsmethoden zum Pestklemmen der Sonde Anwendung finden, und eine Alternativmöglichkeit hierzu ist in Fig. 2 dargestellt.At the end of the vibrating head 12 is a slotted, screw-threaded fastening device 17 attached to the vibration head for connection of a probe 18. The probe 18, which is designed as a small diameter wire is formed, is inserted into the slot from one side of the fastening device to the axis of the Vibration head runs, and is then by means of an adjusting screw extending through the slot clamped. Of course, other suitable fastening methods for plaguing the probe can also be used Find application, and an alternative to this is shown in FIG.

Fig. 1 zeigt den Gebrauch der Sonde zur Beseitigung von Verstopfungen aus Bohrungen von Gasturbinen-Laufschaufeln. Eine Gasturbinen-Laufs chaufel 20 weist in ihrem Hinterkantenbereich kleine Kühlkanäle 21 auf, die mit einem in Längsrichtung durch die Schaufel hindurchverlaufenden Kühlkanal 22 in Verbindung stehen. Die kleinen Kühlkanäle haben typischerweise einen Durehmesser von 0,5 mm, jedoch finden bei derartigen Schaufeln auch Kühlkanäle mit Durchmessern im Bereich von nur 0,1 mm bis zu etwa 1,0 mm Anwendung. Die Schaufel 20 wird in der Hand gehalten und nacheinander auf die mit Ultraschall-Fig. 1 shows the use of the probe to clear bores of gas turbine blades. A gas turbine rotor blade 20 has in their trailing edge area on small cooling channels 21, which extend with a in the longitudinal direction through the blade Cooling channel 22 are in communication. The small cooling channels typically have a diameter of 0.5 mm, but such blades also have cooling channels with diameters in the range of only 0.1 mm up to about 1.0 mm application. The shovel 20 is held in the hand and successively on the ultrasonic

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frequenz vibrierende Drahtsonde aufgeschoben, so daß die dabei in die Kühlkanäle hineingleitende Drahtsonde etwa vorhandene Verstopfungen zerstört und entfernt.frequency vibrating wire probe pushed so that the in the process, a wire probe sliding into the cooling channels destroys and removes any blockages that may be present.

Das vollständige Einführen der Sonde, deren Durchmesser geringfügig kleiner als derjenige des betreffenden Kanals ist, stellt sicher, daß der Kanal im Bereich seiner gesamten Länge frei von jeglicher Verstopfung ist, und dient somit auch als Inspektionswerkzeug. Die Sonde ist allerdings nicht in der Lage, außerordentlich harte Verstopfungen, beispielsweise stark anhaftendes Hartlot oder nicht ausgebohrte Materialbereiche, durchzubohren. Die Sonde der vorliegenden erfindungsgemäßen Einrichtung zur Beseitigung von Verstopfungen unterscheidet sich dadurch von an sich bekannten Ultraschall-Bohrwerkzeugen, daß die Sonde der vorliegenden Einrichtung keine mittige Bohrung aufweist und daß die Einrichtung keine Mittel zur Zufuhr einer Schleifschlamme enthält, wie sie beim Ultraschallbohren notwendig ist.Complete insertion of the probe, its diameter is slightly smaller than that of the channel in question, ensures that the channel in the area of his entire length is free from any blockage and thus also serves as an inspection tool. The probe is but not able to clear extremely hard constipations, For example, strongly adhering hard solder or non-drilled material areas to be drilled through. the Probe of the present inventive device for Removal of blockages differs from ultrasonic drilling tools known per se in that the The probe of the present device has no central bore and that the device has no means of supply contains a grinding sludge, as it is in ultrasonic drilling necessary is.

Fig. 2 zeigt eine alternative Form des Vibrationskopfes bzw, Geschwindigkeitsübertragers 12. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist der Vibrations kopf konisch ausgebildet, derart, daß die akustische Energie an seiner Endfläche 23 konzentriert wird. Der Zweck dieser AbwandlungFig. 2 shows an alternative form of the vibration head or speed transmitter 12. In this case modified embodiment, the vibration head is conical designed such that the acoustic energy is concentrated on its end face 23. The purpose of this modification

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liegt darin, daß die Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit Sonden kleinen Durchmessers und unterschiedlicher Länge verwendet werden kann. Die Sonde hat aufgrund ihrer geringen Masse nur wenig Einfluß auf die Energie, so daß zwischen der Endfläche 23 und dem Sondenende keine oder nur geringe Energieverluste auftreten. Daher kann ein einziger Geschwindigkeitsübertrager in Verbindung mit einer Vielzahl verschiedener Sonden verwendet werden. Auch durch dieses Merkmal unterscheidet sich die erfindungsgemäße Einrichtung von Ultraschall-Bohrwerkzeugen, bei denen notwendigerweise die gesamte Energie an derjenigen Stelle konzentriert werden muß, an welcher das Bohrwerkzeug mit dem Werkstück in Berührung steht, d.h. also am Ende des Bohrers.is that the device for carrying out the invention Method can be used in conjunction with probes of small diameters and different lengths can. Due to its low mass, the probe has little influence on the energy, so that between the end face 23 and the end of the probe, there is little or no energy loss. Therefore a single speed transmitter can be used can be used in conjunction with a variety of different probes. Also differs by this feature the device according to the invention of ultrasonic drilling tools, in which the entire energy is necessarily concentrated in that place at which the drilling tool is in contact with the workpiece, i.e. at the end of the drill.

Der Vibrationskopf 12 ist mit einem schmalen, quer durch sein Ende hindurchverlaufenden Schlitz versehen, der zur Aufnahme der Sonde dient, und beiderseits der Achse sind Gewindebohrungen 2 4, 25 zur Aufnahme von Klemmschrauben zum Pestklemmen der Sonde vorgesehen. Die kleine Bohrung 26 dient zur Unterbindung einer Rißbildung und bewirkt eine gewisse Beweglichkeit der Klemmhälften unter dem Einfluß der Klemmkräfte und ermöglicht außerdem die leichtere Entfernung abgebrochener Sondenteile, die in dem Schlitz verklemmt sind.The vibrating head 12 is provided with a narrow slot running transversely through its end, which is used to accommodate the probe, and on both sides of the axis are threaded holes 2, 4, 25 for receiving clamping screws intended for plaguing the probe. The small hole 26 serves to prevent cracking and causes a certain mobility of the clamping halves under the influence of the clamping forces and also enables the easier removal of broken probe parts that are jammed in the slot.

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Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren zur Beseitigung von Verstopfungen unter spezieller Bezugnahme auf Gasturbinenschaufeln beschrieben worden ist, ist es natürlich gleichermaßen auch zur Beseitigung von Verstopfungen aus beliebigen Kanälen mit Durchmessern bis etwa 2,5 mm und einer verhältnismäßig großen Tiefe bzw. Länge geeignet, die ein Ausbohren oder andere übliche Maßnahmen zum Beseitigen der Verstopfungen schwierig oder unmöglich macht.Although the inventive method for elimination of clogging has been described with specific reference to gas turbine blades, it is natural equally also used to clear blockages any channels with diameters up to about 2.5 mm and suitable for a relatively large depth or length, which makes drilling or other common measures to clear the blockages difficult or impossible.

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Claims

^ A method of removing blockages in small-diameter ducts, characterized in that a probe is inserted into the channel concerned and brought into contact with the respective obstruction as well at the same time excited to vibrations in the ultrasonic range will.

2. Application of the method according to claim 1 in channels with a diameter of up to 2.5 mm.

3. Device for performing the method according to claim 1, characterized by one in the one Blockage to be freed channel probe (18) to be introduced, further by a vibrator (12, 14) for generating Vibrations in the ultrasonic range and by means (17, 19) for the vibration-transmitting connection of the probe with the Vibrator.

4. Device according to claim 3, characterized in that that the vibrator has a speed converter (12), which is dimensioned so that it absorbs the acoustic energy at its end connected to the probe (18)

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area (23) concentrated.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the probe (18) is a solid wire.

6. Device according to one of claims 3 to 5 * characterized in that the probe (18) has a diameter of up to 2.5 mm. .

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