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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein den Bereich der zerstörungsfreien
Werkstoffprüfung
und spezieller die zerstörungsfreie
Prüfung
von Bereichen einer Dampfturbinenvorrichtung und dort insbesondere
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung des Einlasshülsenbereichs
einer Hochdruckdampfturbine aus der Ferne.
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Dampfturbinen
sind in der Energieerzeugungsindustrie wohl bekannt. Eine Dampfturbine
ist eine Vorrichtung, die dazu dient, einem Dampfstrom, der unter
hohem Druck steht und eine hohe Temperatur hat, Wärmeenergie
zu entziehen und diese Wärmeenergie
in mechanische Energie in Form der Drehung einer Welle umzuwandeln.
Der Dampfstrom kann mithilfe jeder bekannten Art von Dampferzeuger
erzeugt werden, beispielsweise einem mit fossilen Brennstoffen betriebenen
Kessel oder einer nuklear betriebenen Dampferzeugungsanlage. Die
rotierende Welle der Turbine ist im Allgemeinen mit einer Rotorwelle
eines Stromgenerators verbunden, um die mechanische Energie der
rotierenden Welle weiter in elektrische Energie umzuwandeln, die über das Elektrizitätsnetz verteilt
wird.
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Eine
typische Dampfturbine ist in 1 dargestellt.
Die Dampfturbine 10 umfasst eine Rotorwelle 12,
die zur Drehung in einem Innenzylinder 14 und einem Außenzylinder 16 gelagert
ist. Der Innenzylinder 14 umfasst neben anderen Bauteilen
einen Schaufelträgerring 18 und
mehrere Düsenkammereinheiten 20,
die jeweils an den Innenzylinder geschweißt sind, um ein integrierter
Bestandteil davon zu werden. Der Außenzylinder 16 umfasst
einen oder mehrere Hochdruckdampfeintritte 22 und eine
Anzahl von Einlasshülseneinheiten 24,
von denen sich jede in teleskopartiger Verbindung mit der zugehörigen Düsenkammer 20 in
den Innenzylinder 14 erstreckt. Dampf tritt in den Turbineneintritt 22 aus
einer Hochdruckdampfleitung (nicht dargestellt), die in Strömungsrichtung
hinter einem oder mehreren Regelventilen (nicht dargestellt) angeordnet
ist, in eine Düsenkammer 20 ein,
die als integrierter Bestandteil am Innenzylinder 14 befestigt
ist. Der Dampf strömt danach
durch die Düse
und rotierenden Schaufeln 26 der Regelstufe, die an der
Rotorwelle 12 befestigt sind. Dampf aus mehreren parallelen
Eintrittspfaden strömt
in eine Regelstufenkammer 27 und um die verschiedenen Düseneinheiten 20,
um sich zu vereinigen und durch den Rest der Turbinenanordnung zu strömen, die
aus Turbinenstufen aus feststehenden 28 und rotierenden
Schaufeln 29 besteht. Der expandierte Dampf, der aus der
letzten Turbinenstufe austritt, tritt in einen Dampfauslasskranz 36 ein,
der zwischen dem Innen- und dem Außenzylinder 14, 16 ausgebildet
ist, und wird zu einem Austritt 38 geführt.
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Der
eintretende Dampfstrom muss zwischen dem Innen- und dem Außenzylinder 14, 16 leckfrei zwischen
den Zylindern hindurchströmen.
Dies erfordert eine statische Dichtung, die extrem hohen Drücken, hohen
Temperaturen und unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen widersteht.
Die Dichtung muss im Wesentlichen fluiddicht und stabil unter Bedingungen
eines Dampfstroms sein, der extrem hohe Geschwindigkeiten aufweist
und mitunter pulsiert. Bei der Dichtungsbaugruppe kommt es im Betrieb
wiederholt zu dynamischer Instabilität, Schwingungen und Thermoschock.
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Es
ist bekannt, dass für
diese Anwendung eine Glockendichtung 30 verwendet wird.
Einige bekannte Konstruktionen derartiger Glockendichtungen werden
im US-Patent 3.907.308 vom 23. September 1975, US-Patent 4.802.679
vom 7. Februar 1989 und US-Patent 4.812.105 vom 14. März 1989
beschrieben.
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Der
zuverlässige
Betrieb einer Dampfturbine ist erwünscht, um eine schwankungsfreie
Stromversorgung zu gewährleisten
und ungeplante und daher kostspieligere Reparaturen zu verhindern,
die auf Störungen
des Turbinenbetriebs beruhen. Eine Vielzahl von Routineprüfungen werden
an einer Dampfturbine durchgeführt,
um den Zustand der Maschine während
ihrer nutzbaren Betriebslebensdauer zu beurteilen und Zustandsverschlechterungen
festzustellen, bevor sie zum Ausfall eines Teils führen. Der
Einlasshülsenbereich
einer Turbine ist Extremwerten für Temperatur,
Thermoschock, Schwingungen und unterschiedliche Ausdehnungen ausgesetzt
und somit ein Bereich, der anfällig
für mechanischen
Verschleiß und
Rissbildung ist. Insbesondere ist bekannt, dass die Oberfläche 32 des
Innenzylinders 14, die mit der Glockendichtung 30 in
Kontakt ist, Verschleiß unterliegt.
Ein derartiger Verschleiß kann
die Wirksamkeit der Glockendichtung 30 herabsetzen und
zu einem größeren Leckageverlust
zwischen dem Innenzylinder 14 und dem Außenzylinder 16 als
erwünscht
führen.
Darüber
hinaus ist bekannt, dass der gerundet hinterdrehte Bereich 34 der
Einlasshülse 24 des
Außenzylinders
in einigen Turbinen Ermüdungsrisse aufgrund
von Dauerschwingbeanspruchung entwickelt. Es ist bekannt, Bereiche
einer Dampfturbine durch Einführen
einer Miniaturkamera in die Turbine durch die Hauptdampfeintrittsdüse 22 zu
prüfen,
wie dies im US-Patent 5.164.826 vom 17. November 1992 beschrieben
wird. Allerdings sind für
Prüfungen,
die an der Glockendichtung und den gerundet hinterdrehten Bereichen 30, 34 durchgeführt wurden, bisher
die Turbine außer
Betrieb gesetzt und das Turbinengehäuse zerlegt worden, um Zugang
zu diesen Komponenten zu erhalten. Dementsprechend sind diese Prüfungen zeitaufwändig und
kostspielig.
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Wenn
die Turbine zerlegt ist, können
eine Sichtprüfung
und eine Verschleißmessung
der Glockendichtung 30 erfolgen. Der gerundet hinterdrehte Bereich 34 ist
allerdings zu schwer einsehbar, um eine zuverlässige Sichtprüfung durchzuführen. Es
ist bekannt, diesen Bereich mithilfe eines speziellen magnetischen
Gummimaterials zu prüfen.
Der gerundet hinterdrehte Bereich 34 muss zunächst von
Belägen und
Verschmutzungen gereinigt werden, zum Beispiel durch Sandstrahlen.
Spezielle Hohlkörper
werden in den rillenartigen Hohlraum 35 eingeführt, um darin
einen abgeschirmten Hohlraum bereitzustellen. Eine Spule mit mehreren
Windungen wird um die Außenseite
der Einlasshülse 24 gewickelt
und ein flüssiges
magnetisches Gummimaterial wird anschließend in den abgeschirmten Hohlraum
gepumpt. Ein elektrischer Strom wird durch die Spule mit mehreren Windungen
geleitet, um ein Magnetfeld in der Einlasshülse 24 zu erzeugen.
Risse im hinterdrehten Bereich 34 wirken als Magnetflussstörstellen
und ziehen kleine magnetische Partikel aus dem flüssigen magnetischen
Gummimaterial zu den Magnetflussstörstellen hin. Wenn der flüssige Gummi
erhärtet, werden
die Ansammlungen von magnetischen Partikeln festgehalten und können von
einem Fachmann für
zerstörungsfreie
Prüfung
als Anzeichen für
Risse im hinterdrehten Bereich 34 interpretiert werden.
Diese Art der Prüfung
wird in der Regel nur während
geplanter Abschaltungen zur Turbinenwartung durchgeführt, wenn
die Turbine für
andere Zwecke zerlegt wird, und die Informationen, die über Defekte
im gerundet hinterdrehten Bereich geliefert werden, sind von den
Einschränkungen
beeinflusst, die mit elektromagnetischen Prüfverfahren verbunden sind.
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EP0667527 offenbart eine
Vorrichtung zur Ultraschallprüfung
eines Rohrs, das horizontal von einem vertikalen Hauptgefäß abzweigt.
Die Vorrichtung umfasst einen Ultraschallprüfkopf, der zwischen zwei mit
Luft befüllbaren
Hohlkörpern
um die Rohrachse drehbar ist, die einen Bereich des Rohrinneren abtrennen,
um eine Kammer auszubilden, in der Wasser umgewälzt wird. Die Vorrichtung umfasst eine
obere Montageplatte, die dafür
ausgelegt ist, eine ähnliche
Platte mit einem unteren Ende eines Gelenkträgerarms zu verbinden, ferner
einen Motor und ein Getriebe zum Drehen des Prüfkopfs, die sich ausnahmslos
im Gefäß befinden,
während
der Prüfkopf
und die Hohlkörper
in das Rohr ragen. Das Getriebe umfasst einen Schneckenantrieb,
der so ausgelegt ist, dass er die Drehung des Prüfkopfs auf 360 Grad beschränkt, wenn
er die Innenwand des Rohrs abtastet, und einen Monitor, der die
Winkelposition des Kopfes anzeigt.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Somit
besteht besonderer Bedarf an einem Prüfverfahren, das eine verbesserte
zerstörungsfreie Prüfung des
Turbineneinlasshülsenbereichs
bereitstellt, ohne dass die Turbine zerlegt werden muss.
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Dementsprechend
wird eine Vorrichtung zur Prüfung
der Einlasshülse
einer Turbine bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
einen
Führungstubus,
der für
die Einführung
in eine Dampfleitung beschaffen ist, die mit einer Turbine verbunden
ist;
einen Ultraschallprüfkopf,
der beweglich mit einem Prüfbereich
des Führungstubus
verbunden ist;
eine Stellvorrichtung, die zwischen dem Führungstubus
und dem Ultraschallprüfkopf
angeschlossen ist, um den Prüfkopf
gezielt und aus der Ferne relativ zum Prüfbereich zu bewegen, um eine
umgebende Struktur zu prüfen;
einen
mit Luft befüllbaren
Führungshohlkörper und einen
nachgeführten,
mit Luft befüllbaren
Hohlkörper, die
jeweils auf gegenüberliegenden
Seiten des Prüfbereichs
am Führungstubus
befestigt sind; und
eine Koppelflüssigkeitszuleitung mit einer Öffnung zwischen
dem Führungs-
und dem nachgeführten Hohlkörper, die
mit Luft befüllbar
sind, um gezielt Koppelflüssigkeit
in eine Kammer zwischen dem Führungs-
und dem nachgeführten
Hohlkörper
zu füllen,
die den Ultraschallprüfkopf
enthält.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine optische Positionierungsvorrichtung,
die am Führungstubus
befestigt ist, um ein Fernsehbild der Position des Prüfbereichs
zu liefern.
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Die
optische Positionierungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen:
einen
Laser zum Projizieren eines Lichtstrahls;
eine Kamera zur Fernüberwachung
des Orts, an dem der Lichtstrahl auftrifft.
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Die
optische Positionierungsvorrichtung kann in einem vorgegebenen Abstand
zum Prüfbereich
am Führungstubus
befestigt sein und kann ferner ein elastisches Gelenk umfassen,
das im Führungstubus
zwischen der optischen Positionierungsvorrichtung und dem Prüfbereich
ausgebildet ist.
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Das
elastische Gelenk kann in der Nähe
des mit Luft befüllbaren
Führungshohlkörpers angeordnet
sein.
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Die
Vorrichtung kann ferner Folgendes umfassen:
ein biegsames Element,
das mit dem Führungstubus verbunden
ist; und
eine biegsame Leitung, die an dem biegsamen Element
befestigt ist, zum Einführen
der Vorrichtung in die Dampfleitung.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Prüfung des
Einlasshülsenbereichs
einer Dampfturbine bereit, wobei das Verfahren folgende Schritte
umfasst:
Bereitstellen eines Prüfwerkzeugs, das zum Einführen in
einen Eintritt der Dampfturbine beschaffen ist, wobei das Prüfwerkzeug
zwei mit einem Abstand zueinander angeordnete, mit Luft befüllbare Hohlkörper und
einen Ultraschallprüfkopf
umfasst, der zwischen diesen angeordnet ist;
Einführen des
Prüfwerkzeugs
in den Eintritt und Bewegen desselben in eine Prüfposition in der Nähe einer
Einlasshülse;
Druckbeaufschlagen
der beiden mit Luft befüllbaren Hohlkörper, um
eine abgeschirmte Kammer auszubilden, die den Ultraschallprüfkopf umgibt;
Einfüllen von
Koppelflüssigkeit
in die abgeschirmte Kammer;
Betreiben des Ultraschallprüfkopfs,
um eine zerstörungsfreie
Prüfung
der Einlasshülse
durchzuführen;
Druckablassen
aus den beiden mit Luft befüllbaren Hohlkörpern; und
Herausziehen
des Prüfwerkzeugs
aus dem Eintritt. Das Verfahren umfasst ferner folgende Schritte:
Bereitstellen
einer Lichtquelle und einer Kamera auf dem Prüfwerkzeug; und
Überwachen
der Ausgabedaten der Kamera während
des Schritts des Einführens
des Prüfwerkzeugs, um
die Prüfposition
festzustellen, wenn von der Lichtquelle erzeugtes Licht auf eine
vorgegebene Struktur in der Nähe
des Prüfwerkzeugs
auftrifft.
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Die
Lichtquelle kann ein Laser sein, und das Verfahren kann ferner das
Einführen
des Prüfwerkzeugs
an eine Position umfassen, wo das vom Laser erzeugte Licht auf eine
Haltemutter einer Glockendichtung der Dampfturbine auftrifft.
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Das
Verfahren kann ferner folgende Schritte umfassen:
Bereitstellen
einer Führungsscheibe,
die am Prüfwerkzeug
befestigt ist; und
Blasen von Luft gegen die Führungsscheibe
während des
Schritts des Einführens
des Prüfwerkzeugs,
um eine auf die Führungsscheibe
wirkende Kraft in Richtung der Bewegung des Prüfwerkzeugs zu erzeugen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung ersichtlich, wenn diese zusammen mit
den beigefügten
Zeichnungen studiert wird. Gleiche, in mehr als einer Abbildung dargestellte
Anordnungen sind in den Abbildungen einheitlich nummeriert.
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1 ist
eine Darstellung im Schnitt eines Teils einer Dampfturbine nach
dem bisherigen Stand der Technik, die die wichtigsten Elemente der
Turbine zeigt einschließlich
des hinterdrehten Bereichs der Einlasshülse und der Glockendichtung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Prüfwerkzeugs, das im Einlasshülsenbereich
einer Dampfturbine positioniert ist.
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3 ist
eine Explosionszeichnung des Prüfwerkzeugs
aus 2.
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4 ist
die Darstellung einer Einzelheit eines Teils des Prüfwerkzeugs
der 2 und 3, die den Mechanismus zeigt,
der verwendet wird, um für
eine Längs-
und eine Drehbewegung der Ultraschallprüfköpfe zu sorgen.
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5 ist
eine Darstellung im Schnitt eines flexiblen Balgelements, das am
Prüfwerkzeug
aus 2 befestigt wird.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Prüfwerkzeugs 40, das
im Einlasshülsenbereich 24 einer
Dampfturbine 10 positioniert ist. Die Vorrichtung 40 ist
so beschaffen, dass sie, wie in 1 dargestellt,
in den Dampfeintritt 22 der Dampfturbine 10 eingeführt werden
kann. 3 zeigt eine Explosionszeichnung der verschiedenen
Komponenten der Prüfvorrichtung 40,
und 4 zeigt eine detailliertere Ansicht eines Teils
des Antriebsmechanismus der Vorrichtung 40. Die nachfolgende
Beschreibung wird bei gleichzeitigem Studium der 2–4 besser
verständlich.
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Die
Vorrichtung 40 umfasst eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Prüfung,
die in der Lage ist, die Prüfung
des gerundet hinterdrehten Bereichs 34 der Einlasshülse 24 aus
der Ferne zu erleichtern. Bei der dargestellten Ausführungsform
besteht die Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung aus
zwei Ultraschallprüfköpfen 42, 44,
die so beschaffen sind, dass sie eine Prüfung der Einlasshülse 24 durchführen. Es können ein
oder mehrere Prüfköpfe 42, 44 bereitgestellt
werden, um jede Art bekannter Ultraschallprüfungen durchzuführen, wie
etwa Longitudinal- und Transversalwellenprüfungen. Ein geeignetes Prüfverfahren
gemäß bekannten
Ultraschallprüfverfahren kann
entwickelt werden, um die Wanddicke zu messen, die korrekte Position
des Prüfwerkzeugs 40 zu bestätigen, Risse
zu entdecken und/oder Informationen in Bezug auf die Größe von Rissen
zu liefern. Die Ultraschallprüfköpfe 42, 44 sind
als Einführvorrichtungen
dargestellt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Alternativ können
Kontaktprüfköpfe verwendet
werden, um eine Ultraschallprüfung durchzuführen. Darüber hinaus
können
weitere Arten von Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Prüfung eingesetzt
werden, zum Beispiel elektromagnetisch-akustische Wandler (EMAT-Prüfsensoren),
Wirbelstromsensoren, Fernfeld-Wirbelstromprüfsensoren,
Infrarotsensoren usw. Die Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung, die
mechanisch am Werkzeug 40 befestigt ist, ist elektrisch
oder optisch mit einem geeigneten Elektroniksystem (nicht dargestellt) verbunden,
das sich außerhalb
der Turbine befindet. Ein Fachmann kann hierdurch den in-situ-Prüfkopf fernbedienen,
so dass eine Prüfung
der Einlasshülse 24 durchgeführt wird
und keine Notwendigkeit besteht, die Turbine 10 zu zerlegen.
Der Anmelder hat festgestellt, dass die dargestellten Einführ- Ultraschallprüfköpfe ein
bevorzugtes Prüfverfahren
für die dargestellte
Anwendung zur Verfügung
stellen.
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Ein
Führungshohlkörper 46 für Luft und
ein nachgeführter
Hohlkörper 48 für Luft sind
auf einander gegenüberliegenden
Seiten der Ultraschallprüfköpfe 42, 44 angeordnet.
Wenn sie mit Luft gefüllt sind,
definieren die Hohlkörper 46, 48 eine
abgeschirmte Kammer 50, die die Ultraschallprüfköpfe 42, 44 in
der Bohrung der Einlasshülse 24 umgibt.
Koppelflüssigkeit
(nicht dargestellt) kann in diese abgeschirmte Kammer 50 eingefüllt und
daraus abgelassen werden über
eine oder mehrere Koppelflüssigkeitsleitungen 52,
die eine Öffnung
zur abgeschirmten Kammer 50 besitzen. Der Führungs-
und der nachgeführte
Hohlkörper 46, 48 sind
unmittelbar oder mittelbar an einem Führungstubus 54 befestigt, der
so beschaffen ist, dass er in eine Dampfleitung eingeführt werden
kann, die mit der Turbine 10 verbunden ist. Der Führungstubus 54 kann
auf eine Länge
ausgefahren werden, die ausreichend ist, um die Vorrichtung 40 von
einer Zugangsöffnung
in der Dampfleitung, etwa einem demontierten Hauptdampfventil, aus
zu dem Bereich der Einlasshülse 24 zu
bewegen, der geprüft
werden soll. Alternativ kann der Führungstubus 54 unmittelbar
oder mittelbar mit einer biegsamen Leitung oder einem anderen Mittel zum
Einführen
der Vorrichtung in die Turbine verbunden sein. Bei einer Ausführungsform
wird eine hohle, biegsame Leitung mit einer dünnen, biegsamen Glasfaserstange
verwendet, um eine ausreichende Eindrückkraft zum Einführen der
Vorrichtung 40 bereitzustellen. Eine oder mehrere Führungsscheiben 56 können unmittelbar
oder mittelbar am Führungstubus 54 befestigt
sein, um das Prüfwerkzeug 40 in
der Bohrung der Einlasshülse 24 zu
zentrieren, und auch als Segelschirm während der luftunterstützten Einführung des
Werkzeugs 40 in die Turbine 10. Indem während der
Einführung
des Prüfwerkzeugs
in die Turbine 10 Luft gegen die Führungsscheiben geblasen wird,
wird eine auf die Führungsscheiben 56 wirkende
Kraft in Richtung der Bewegung des Prüfwerkzeugs 40 erzeugt.
Diese Kraft kann allein ausreichend sein oder in Verbindung mit
einer Eindrückkraft verwendet
werden, die direkt auf den Führungstubus 54 oder
die befestigte biegsame Leitung einwirkt. Das Werkzeug 40 kann
aus der Turbine 10 herausgezogen werden, indem am Führungstubus 54 oder
an der befestigten biegsamen Leitung gezogen wird. Auch wenn dies
nicht dargestellt ist, kann ein stabiles flexibles Kabel, zum Beispiel
ein Litzenkabel aus Metall („Flugzeugseil") an der vorangeführten Führungsscheibe 56 befestigt
sein, um für
einen betriebssicheren Mechanismus zum Zurückholen aller Teile der Vorrichtung 40 aus
der Turbine 10 zu sorgen.
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Die
Prüfvorrichtung 40 kann
an einer gewünschten
Prüfposition
angeordnet werden durch den Betrieb einer optischen Positionierungsvorrichtung 58,
die unmittelbar oder mittelbar am Führungstubus 54 befestigt
ist. Die optische Positionierungsvorrichtung ist einschließlich einer
Miniatur-CCTV-Kamera
(Closed Circuit TV, in sich geschlossene Fernsehanlage) 60 dargestellt,
die in der Nähe
eines Laserlinienprojektors 62 angeordnet ist. Der Laserlinienprojektor 62 projiziert
in der Nähe
der Prüfvorrichtung 40 einen
Lichtstrahl auf die umgebende Struktur. Die Miniaturkamera 60 dient
dazu, ein Fernsehbild auf einem Monitor zu liefern, der sich außerhalb
der Turbine befindet, das den Auftreffpunkt des Laserlichtstrahls
auf der umgebenden Struktur zeigt. Der Laserlinienprojektor 62 ist
durch einen hohlen biegsamen Tubus 64 mit einer vorgegebenen
Länge in
einer vorgegebenen Entfernung von den Ultraschallprüfköpfen 42, 44 angeordnet.
Der Abstand zwischen dem Laserlinienprojektor 62 und der
Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Prüfung
wird gewählt
als Funktion des Abstands zwischen einer bekannten Struktur, die
von der Bohrung der Einlasshülse
der Dampfturbine 10 aus sichtbar ist, bis zu einem Bereich
der Einlasshülse 24,
der geprüft
werden soll. Zum Beispiel ist der Abstand zwischen der Glockendichtung 30 und
dem hinterdrehten Bereich 34 der Einlasshülse 24 eine
bekannte Größe. Der
Abstand zwischen dem Laserlinienprojektor 62 und den Ultraschallprüfköpfen 42, 44 kann
so gewählt
werden, dass die Ultraschallprüfköpfe 42, 44 in
der Nähe des
Bereichs angeordnet sind, der geprüft werden soll, wenn das vom
Laserlinienprojektor 62 erzeugte Licht auf die Haltemutter
auftrifft, die die Glockendichtung in der Dampfturbine 10 hält.
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Die
Anwendung der meisten Arten von Vorrichtungen zur zerstörungsfreien
Prüfung
in einem tubusförmigen
Produkt erfordert die Bewegung des Prüfkopfs relativ zum zu prüfenden Bereich.
Die Prüfvorrichtung 40 umfasst
einen Mechanismus 66, der in 4 dargestellt
ist, um sowohl eine axiale als auch eine drehende Bewegung bereitzustellen.
Eine Zahnwelle 68 weist einen oberen, allgemein glatten
Bereich auf, an dem die Ultraschallprüfköpfe 42, 44 befestigt
sind. Die Welle 68 ist allgemein hohl und passt über einen
Prüfbereich
des Führungstubus 54.
Ein unterer Bereich der Oberfläche
der Welle 68 ist mit einer Verzahnung 69 ausgestattet.
Die Verzahnung wird ausgebildet, indem eine gerade Stirnverzahnung
in einer umlaufenden Richtung an der Oberfläche der Welle 68 ausgebildet
wird, und mit einer Zahnstangenverzahnung kombiniert wird, die in
einer Längsrichtung
an der Oberfläche
der Welle 68 ausgebildet wird. Eine derartige Kombination
von Verzahnungen kann mit Standardschneidwerkzeugen für sowohl
die gerade Stirnverzahnung als auch die Zahnstangenverzahnung hergestellt
werden. Zum Beispiel kann mit Standardschneidwerkzeugen zunächst eine
gerade Stirnverzahnung am gesamten Umfang der Welle 68 ausgebildet
werden. Ein CNC- Bearbeitungszentrum
kann anschließend
mit einem Standard-Zahnstangenverzahnungsschneidwerkzeug
zur Bearbeitung der Zahnstangenverzahnung ausgerüstet werden. Anstelle des Standardbetriebs,
bei dem eine Welle bewegungslos gehalten wird, während ein Zahnstangenverzahnungsschneidwerkzeug
mit Spannung über
die Oberfläche
der Welle geführt
wird, wird die Welle 68 um ihre Längsachse gedreht, wenn das
Zahnstangenverzahnungsschneidwerkzeug gegen die Oberfläche der
Welle 68 gehalten wird. Nach einer vollständigen Drehung
der Welle um ihre Achse wird das Schneidwerkzeug axial in eine zweite
Zahnposition weitergeschaltet und der Vorgang wird wiederholt. Auf
diese Weise wird eine Verzahnung auf der Zahnwelle 68 ausgebildet,
die eine Reaktionsfläche
für sowohl
ein Zahnrad für
den Drehantrieb 70 als auch ein Axialantriebszahnrad 72 bereitstellt.
Das Zahnrad für
den Drehantrieb 70 weist eine Verzahnung am Innendurchmesser
auf, die mit der Verzahnung an der Zahnwelle im Eingriff ist, um eine
relative Drehung am Umfang zwischen beiden zu verhindern. Das Zahnrad
für den
Drehantrieb 70 ist allerdings frei für eine Bewegung in axialer
Richtung relativ zur Zahnwelle 68. In ähnlicher Weise wird das Axialantriebszahnrad 72 mit
einer Verzahnung auf seinem Außendurchmesser
ausgebildet für
den Eingriff mit der kombinierten Verzahnung 69 auf der Zahnwelle 68,
um für
den Eingriff in axialer Richtung zu sorgen und zugleich zu ermöglichen,
dass das Axialantriebszahnrad 72 sich am Umfang der Zahnwelle 68 dreht.
Eine Motorbefestigungsspange 74 wird unmittelbar oder mittelbar
am Führungstubus 54 befestigt
und dient als Basis zur Montage des Motors für die Drehbewegung 76 und
der Axialantriebsmotoren 78, 80. Das Ritzel des
Motors für
die Drehbewegung 76 ist mit dem Zahnrad für den Drehantrieb 70 im
Eingriff, um die relative Drehbewegung der Zahnwelle 68 zu
bewirken und die der an dieser befestigten Ultraschallprüfköpfe 42, 44 relativ
zu den Motorbefestigungsspangen 74 und dem Führungstubus 54.
In ähnlicher
Weise sind die Ritzel der Axialantriebsmotoren 78, 80 jeweils
mit dem Axialantriebszahnrad 72 im Eingriff mittels zweier
entsprechender Kegelräder,
die mit einer Welle 86 verbunden sind, die wiederum mit
dem Axialantriebszahnrad 72 verbunden ist. Die beiden Axialantriebsmotoren 78, 80 werden
verwendet, um das verfügbare
Drehmoment zum Antrieb des Axialantriebszahnrads 72 zu
vergrößern. Wegen
des mechanischen Vorteils, den das Zahnrad für den Drehantrieb 70 bietet,
wird bei dieser Ausführungsform
nur ein einziger Motor für
die Drehbewegung 76 verwendet, allerdings wären andere Anwendungen
vorstellbar, bei denen eine Vielzahl von Motoren für die Drehbewegung
verwendet werden könnten.
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3 zeigt
eine Explosionszeichnung der verschiedenen Komponenten des Prüfwerkzeugs 40. Die
Motorbefestigungsspange 74 ist an der unteren Spindelplatte 88 der
nachgeführten
Hohlkörperbaugruppe 48 befestigt.
Ein unterer Konus 90 ist ebenfalls an der unteren Spindelplatte 88 und
dadurch indirekt am Führungstubus 54 befestigt
und dient dazu, ein Gehäuse
für die
Motoren 76, 78, 80 bereitzustellen. Ein
oberer Konus 92 ist an einer oberen Spindelplatte 94 der
Führungshohlkörperbaugruppe 46 befestigt,
um einen Schutz für
den Koppelflüssigkeitsschlauch 52 und
den Luftbefüllungsschlauch 96 für den Führungshohlkörper bereitzustellen
wie es in 2 dargestellt ist. Ein oberer
Bereich des Führungstubus 54 wird
in eine Kugel 98 eingeführt,
die in einem Kugelsitz 100 angeordnet ist, der in einer
unteren Spindelplatte 102 der Führungshohlkörperbaugruppe 46 ausgebildet
ist. Kugel 98 und Kugelsitz 100 bilden ein elastisches
Gelenk im Führungstubus 54 aus,
so dass der hohle biegsame Tubus 64 und die optische Positionierungsvorrichtung 58 durch Biegungen
in der Dampfleitung geführt
werden können.
Das obere Ende eines Tubusbereichs 106 wird in das untere
Ende des biegsamen Tubus 64 eingeführt und in die obere Spindelplatte 94 des
Führungshohlkörpers 46.
Verschiedene O-Ringe werden bereitgestellt, um zu gewährleisten,
dass die Koppelflüssigkeit
in den Hohlkörpern 42, 44 bleibt
und nicht an der Zahnwelle 68 oder dem Führungstubus 54 austritt.
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Der
Einlasshülsenbereich
einer Dampfturbine kann geprüft
werden, indem ein Prüfwerkzeug 40 bereitgestellt
wird, das für
die Einführung
in einen Dampfeintritt 22 einer Dampfturbine 10 beschaffen ist.
Das Prüfwerkzeug 40 kann
durch ein eröffnetes Dampfleitungsventil
durch den Dampfeintritt 22 eingeführt werden und in eine Prüfposition
in der Nähe der
Einlasshülse 24 bewegt
werden. Die beiden Hohlkörper 46, 48 können anschließend mit
Luft befüllt
werden, um einen abgeschirmten Bereich 50 bereitzustellen,
der die Ultraschallprüfköpfe 42, 44 umgibt.
Eine Koppelflüssigkeit
wird über
die Leitungen 52 in den abgeschirmten Bereich 50 eingefüllt, und die
Ultraschallprüfköpfe 42, 44 werden
betrieben, um eine zerstörungsfreie
Prüfung
des Einlasshülsenbereichs
durchzuführen.
Nach Abschluss der Prüfung kann
die Koppelflüssigkeit
aus dem abgeschirmten Bereich 50 abgelassen werden und
die Luft aus den Hohlkörpern 46, 48 entzogen
werden, um das Zurückziehen
des Prüfwerkzeugs 40 aus
dem Dampfeintritt 22 zu ermöglichen. Die korrekte Positionierung
des Prüfwerkzeugs 40 kann
erreicht werden, indem eine Lichtquelle wie ein Laserlinienprojektor 62 und
eine Fernsehvorrichtung wie eine Miniaturkamera 60 auf
dem Prüfwerkzeug 40 bereitgestellt
werden, und die Kameraausgabedaten während des Schritts des Einführens des
Prüfwerkzeugs überwacht
werden. Man weiß,
dass das Prüfwerkzeug 40 in
einer gewünschten
Prüfposition
ist, wenn das vom Laserlinienprojektor 62 erzeugte Licht
in der Nähe
des Prüfwerkzeugs 40 auf
eine vorgegebene Struktur der Dampfturbine 10 auftrifft.
Die Einführung des
Prüfwerkzeugs 40 kann
unterstützt
werden, indem verdichtete Luft gegen die Führungsscheiben 56 geblasen
wird, um eine auf die Führungsscheiben wirkende
Kraft in Richtung der Bewegung des Prüfwerkzeugs 40 zu erzeugen.
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5 ist
eine Vorrichtung, die die Einführung
des Prüfwerkzeugs 40 in
eine Turbine erleichtert. Ein flexibles, luftdichtes Balgelement 120 kann zwischen
dem unteren Konus 90, der am Führungstubus 54 befestigt
ist, und einer biegsamen Leitung 121 befestigt sein, die
verwendet wird, um das Werkzeug 40 in eine Dampfleitung
zu schieben. Das flexible Balgelement kann durch Schlauchschellen 122 in
Position gehalten werden. Das flexible Balgelement 120 bietet
ein Mittel zum Abwinkeln zwischen dem relativ starren Werkzeug 40 und
dem Führungstubus 54,
wodurch ermöglicht
wird, dass das Werkzeug 40 einfacher durch die Biegungen
in der Dampfleitung eingeführt
werden kann, die zum Eintritt 22 der Dampfturbine 10 führt. Das
Balgelement kann aus einem Gummimaterial mit ausreichender Steifigkeit
ausgebildet sein, um den unteren Konus 90 relativ zur biegsamen
Leitung 121 zu positionieren, jedoch mit angemessener Elastizität, für die der
Balg sorgt, um ein Abwinkeln zu ermöglichen, wenn das Werkzeug 40 eine
Biegung in der Dampfleitung passiert.
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Obwohl
in dieser Anmeldung die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dargestellt und beschrieben werden, ist offensichtlich,
dass derartige Ausführungsformen
lediglich beispielhaft sind. Zahlreiche Varianten, Änderungen
und Substituierungen sind für
Fachleute offensichtlich, ohne dass der Schutzbereich dieser Erfindung
verlassen wird.