DE3533186A1

DE3533186A1 - Verfahren zur kuehllochpruefung

Info

Publication number: DE3533186A1
Application number: DE19853533186
Authority: DE
Inventors: Thomas Edward Cincinnati Ohio Bantel; David Charles Waukesha Wis. Mack
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-09-20
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1986-03-27
Also published as: GB2164746B; GB8521481D0; JPS6189506A; FR2570498B1; IT1185354B; JPH0619260B2; GB2164746A; US4644162A; FR2570498A1; IT8522210A0

Description

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9665.1-13DV-O8654 General Electric Company

Verfahren zur Kühllochprüfung

^x Die Erfindung.! bezieht sich auf die Prüfung bzw. Inspektion ^'von Löchern, um festzustellen, daß diese richtig hergestellt 'sind, und insbesondere auf die Prüfung bzw. Inspektion von ' Kühlkanälen in den Schaufeln von Gasturbinenmotoren bzw. u -triebwerken.

Die Schaufeln von Gasturbinen enthalten Kanäle, die von einer äußeren Oberfläche zu einer Innenkammer führen. Ein Beispiel ist in Fig. 1 gezeigt, wo eine Schaufel 2 eine Kammer 3 enthält, mit der Kanäle 6 verbunden sind und zu einer äußeren Oberfläche 9 führen. Im Betrieb wird die Kammer 3 mit verdichteter Luft beaufschlagt, damit Kühlluftströmungen 12 durch die Kanäle 6 strömen, wodurch Wärme aus den fänden der Kanäle 6 und auch von der Oberfläche 9 der Schaufeln 2 abgeführt wird, um dadurch die Schaufel 2 zu kühlen.

Damit sie richtig funktionieren, müssen die Kai«a.w 6 eine bekannte Konfiguration haben, da die Verteilung der Luftströmung gesteuert werden muß, um eine richtige Kühlung zu erzielen. Mit anderen Worten dürfen die Kanäle 6 nicht /blockiert sein, nicht einmal teilweise. Jedoch ist die Prüfung bzw. Inspektion von Kanälen 6, um Blockierungen von der äußeren Oberfläche 9 festzustellen, schwierig. Ein Grund besteht darin, daß sie sehr klein sind, üblicherweise haben sie einen Durchmesser von 0,3 mm (12 Tausendstel Zoll), und es ist somit nahezu unmöglich, eine Durchmesserlehre in Kanäle 6 einzusetzen.

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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Prüfeinrichtung und ein Verfahren zum Prüfen von Kanälen zu schaffen. Weiterhin sollen eine neue und verbesserte Prüfeinrichtung und ein Verfahren zum Prüfen von Kühlkanälen in den Schaufeln von Gasturbinentriebwerken geschaffen werden.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Tempera- türen von Kühlkanälen in einer Schaufel eines Gasturbinen- '' triebwerks geändert, indem ein erwärmtes Gas hindurchgedrückt -wird. Die Infrarot-rSignaturen bzw. -bilder der Kanäle werden gemessen, indem die anfänglichen Temperaturübergänge der ;. /|x Kanäle und die Bilder bzw. Signaturen mit einer Referenzgröße verglichen werden. Die Referenzgröße kann die Signatur bzw. das Bild von anderen Kanälen auf der gleichen Schaufel sein. ■*

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen naher erläutert.

Fig. 1 stellt eine Schaufel eines Gasturbinentriebwerks dar, die durch das erfindungsgemäße Verfahren untersucht werden soll.

FLa. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. &

Fig. 3 zeigt sechs verschiedene Arten von Kühllöchern

und Defekten, die in der Schaufel gemäß Fig. 1

vorhanden sein können.

Fig. 4 zeigt eine Tiefenmessung von zwei Löchern gemäß Fig. 3.

Fig. 2 zeigt ein. Ausführungsbeispiel der Erfindung, be,i dem eine Leitung 15 gefilterte, verdichtete Luft empfängt und diese an einen Punkt 18 liefert, wo die Luft der Innenkammer 3 zugeführt wird, die in der Schaufel 2 des GasturbinentriebM Werks enthalten ist. Die Schaufel 2 wird durch eine Befestigung 19 gehalten. Mit der Leitung 15 sind ein Druckregler 21,

ein Lufterwärmer 23, ein.Magnetventil 24 und ein Druckmesser 27 verbunden. Eine bekannte, computerisierte Regelung 30 ■regelt die Luftheiζeinrichtung 23 und die Magnetspule 24 .über entsprechende- elektrische Leitungen 33 und 36. Ein ab-'tastendes Infrarot-Radiometer 39, das hier als eine IR-Kamera bezeichnet wird, wie beispielsweise das Modell Nr. 525 von der Firma Inframetrics in Bedford, MA., macht ein Bild von den Kanälen 6, durch die die erwärmte Luft, die am Punkt 18 zugeführt wird, austritt, und überträgt ein Signal auf der elektrischen Leitung 24 an eine elektronische Einrichtung 45/, die von der Firma Inframetrics erhältlich ist und zu dem Modell Nr. 525 gehört und die Signale an einen Video-Monitor 47 auf einer Leitung 50 überträgt. Auf dem Monitor wird ein entsprechendes Bild 53 gezeigt.

Im Betrieb befestigt eine Bedienungsperson die Turbinenschaufel in der Halterung 19 und betätigt die Regelung 30 durch einen Schalter 57. Die Regelung öffnet das Magnetventil 24 und aktiviert die Heizeinrichtung 23, damit ein erwärmter Luftstrom (nicht speziell gezeigt) in die Kammer 3 eintritt.

Es wurde gefunden, daß die erwärmte Luftströmung bewirkt, daß die Kanäle 6. wenn sie sehr klein sind (einen kleineren Durchmesser als 0,9 mm bzw. 0,035 Zoll) als Schwarzkörper-Hohlraumradiatoren wirken. Als solche nähert sich ihr Verhalten idealisierten Strahlungsquellen gemäß dem bekannten, empirisch gefundenen Planck'sehen Gesetz. Erfindungsgemäß wird diese.Erkenntnis für die Prüfung der Kanäle 6 hinsichtlich irgendwelcher Blockierungen wie folgt ausgenutzt.

Sechs verschiedene Blockierungsarten sind in Fig. 3 in sechs; verschiedenen Bereichen 7OA bis F gezeigt. Der Bereich 70A enthält einen richtig gebildeten Kanal 6A. Der Bereich 7OB enthält einen Kanal, der eine "Versetzung" enthält, die durch zwei benachbarte, scharfe Biegungen 73 und 76 hervorgerufen ist.( Aufgrund von Details, die in; diesem Zusammen- · hang niqht erläutert werden müssen, bilden die Wände 73A

und 76 A eine mehr oder weniger gerade Linie, wenn eine Versetzung gebildet ist). Der Bereich 7OC enthält einen-nicht richtig gebohrten Kanal 6C, der an seinem unteren Ende blockiert ist. Der Bereich 7OD enthält einen zugelöteten Kanal 6D, der mit einer Kappe 79 aus Lot- bzw. Schweißlegierung oder einem Schaufelüberzugsmaterial verschlossen ist. Die fünfte Blockierungsart ist im Bereich 7OE gezeigt und dies ist eine Blockierung, bei der ein Kanal nicht einmal teilweise existiert. Der vollständig blockierte Kanal ist zu Darstellungszwecken mit 6E bezeichnet. Der Bereich 7OF ,enthält einen teilweise blockierten Kanal 6F, der eine Blockierung 83 enthält.(Die Fehler in den zwei Bereichen 7OD und F können aus .Pannen resultieren, bei denen eine Lot- bzw. Schweißlegierung zufällig überströmt und die Kappe 79 im Bereich 7OD bildet oder bei denen sie überströmt und die Blockierung 83 im Bereich 7OF bildet. Eine Lot- bzw. Schweißlegierung wird gelegentlich verwendet, um eine Spitzenkappe 85 in Fig» 1 an einer Schaufel 2 zu befestigen„, Ferner kann die Lot- bzw. Schweißlegierung oder ein anderes überzugsmaterial selbst gelegentlich eine Kappe 79 im Bereich 6D in Fig. 3 bilden.) Es wurde gefunden, daß einige der sechs Blockierungen sich von den anderen unterscheiden auf der Basis von ihren Infrarot-Bildern, wie sie von der IR-Kamera 39 in Fig. 2 gemacht werden.

Beispielsweise strahlen während des ersten Übergangs, unmittelbar nach der Einführung von heißer Luft (vorzugsweise 93 ⁰C oder 200 ⁰F oder mehr) in die Kammer 3 der Schaufel 2, die Kanäle 6A bis E in Fig. 3 mit Intensitäten abnehmender Größe von links nach rechts in der Figur: Der Kanal 6A ist der hellste und der Kanal 6E ist der dunkelste. (Der Kanal 6F wird nicht betrachtet.) Nach etwa 2 Sekunden sind die drei Kanäle 6A, B und C etwa gleich hell, der Kanal 6D is,t weniger hell und der nicht vorhandene Kanal 6E im Bereich 7OE strahlt mit dem gleichen Wert wie der Rest des Hintergrundes .

Aus diesen Unterschieden in dir Helligkeit sind mehrere

wichtige Informationen entnehmbar. Erstens ist während des Übergangs bzw. des transienten Zustandes der blockierte Kanal 6C unterscheidbar von dem offenen Kanal 6A, was auch für den versetzen Kanal 6 B gilt. Zweitens beginnt der mit einer Kappe versehene Kanal 6D ähnlich wie die Kanäle 6A,

6B und 6C zu strahlen nach dem anfänglichen übergang aufgrund des Emissionsvermögens des Lot- bzw. Schweißmaterials, aus dem Kappe 79 aufgebaut ist. Diese Ähnlichkeit gestattet, " daß der Kanal 6D von dem nicht vorhandenen Ka -al i*n Bereich ' 7OE unterschieden werden kann. Die Kanalkappe strahlt stärker ' aufgrund ihrer erhöhten Temperatur. Der nicht vorhandene r\ ' Kanal und der zugedeckte Kanal 6D könnten anderenfalls für einen visuellen Beobachter ähnlich aussehen. Drittens zeigen die Ergebnisse, daß der versetzte Kanal 6B tatsächlich Kühlluft führt und als ein Kühlkanal in einer Schaufel verwendbar sein kann. Ein Beobachter, der den versetzten Kanal 6B mit einer Nadelsonde 88 in Fig. 4 untersucht, würde wahr- - scheinlich den versetzten Kanal 6B mit dem blockierten Kanal 6C verwechseln, da das Einsetzen der Nadelsonde 58 in beiden Kanälen in ähnlicher Weise behindert würde. Der Betrachter, der die Nadelsonde 88 verwendet, würde wahrscheinlich den versetzten Kanal 6B wie einen blockierten Kanal 6C klassifizieren und zu dem Schluß kommen, daß der versetzte Kanal 6B keine Kühlluft führt.

Es ist zwar in der Praxis nicht möglich gewesen, Blockierungen 83 im Kanal 6F zu erhalten, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind. Aufgrund der Erfahrung mit den übrigen Kanälen in Fig. 3 kann jedoch theoretisch angenommen werden, daß der teilweise blockierte Kanal 6F während des transienten Zustands etwas weniger strahlt als der offene Kanal 6A. Ferner sollte der teilweise blockierte Kanal 6F nach dem transienten Zustand nahezu in der gleichen Weise strahlen wie der offene Kanal .6A. Somit gibt die Kombination der transienten Strahlungsfähigkeit und der stationären Strahlungsfähigkeit (d.h. kleinere Strahlurigsfähigkeit als diejenige des ungestörten Kanals 6A zu Beginn, gefolgt von einer größeren Strahlungsfähigkeit "als die des versetzten Kanals 6B oder des blockierten Kanals

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6C) das Vorhandensein der teilweisen Blockierung 83 an.

Es wurde zwar die Verwendung von warmer Luft beschrieben, die durch einen kalten Kanal strömt, erfindungsgemäß kann jedoch auch kalte Luft verwendet werden, die durch einen relativ warinen Kanal strömt. Wichtig ist, daß die Temperatur und somit das Emissionsvermögen der Kanäle 6A bis F in Fig. 3 anders gemacht werden als diejenige des Oberflächenmaterials 9.

Es wurde eine Erfindung beschrieben, mit der Fehler bzw. -> r^ . .Hindernisse in einem Kanal festgestellt werden können, indem /' das Infrarot-Bild, des Kanals gemessen wird, wenn ein erwärmtes (oder gekühltes) Gas, wie beispielsweise Luft, hindurchgedrückt wird und bei dem insbesondere das infrarot-BiId gemessen wird, das während der ersten, trahsi'enten Phase der Lufteinführung auftritt, Die Infrärot-Bilder bzw. infra-" rot-Signaturen werden miteinander verglichen, aber sie können auch mit einer anderen Bezugsgröße verglichen werden, beispielsweise einer Photögraphie von zuvor geprüften Kanälen-

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Prüfen eines Kanals,

gekennzeichnet durch folgende

Schritte:

(a) Ändern der Temperatur des Kanals,

(b) Messen des transienten Zustands der Infrarot-Signatur bzw. des Infrarot-Bildes des Kanals und

(c) Vergleichen des gemessenen transienten Zustands mit einer Bezugsgröße.

Verfahren zum Prüfen von Kühlkanälen in einer Schaufel eines Gasturbinentriebwerks,

gekennzeichnet durch folgende

Schritte:

(a) Ändern der Temperatur der Kanäle, indem ein Gas: durch die Kanäle hindurchgedrückt wird,

(b) Betrachten der Kanäle mit einem abtastenden Infrarot-Radiometer und Erzeugen eines Bildes, das die relativen Intensitäten der von den Kanälen emittierten Strahlung eines schwarzen Körpers angibt, und

(c) Vergleichen der Intensitäten des Schrittes (b) miteinander während des anfänglichen Temperaturübergangs der Kanäle.