JP2011107127A - ターボ機関のロータブレードの亀裂検査法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ効率的な亀裂検査のできるターボ機関のロータブレードの亀裂検査法を提供する。
【解決手段】本発明はターボ機関のロータ(10)のブレード(12)の亀裂検査法に関し、ロータベースボディ(11)に取り付けられたブレード(12)を有するロータが提供され、亀裂検査のためにロータベースボディ(11)に取り付けられたままのブレード(12)が、一つひとつ別々に、時間的に前後してかつ連続して揺動を励起され、その際、励起されたそれぞれのブレード(12)のために、形成された周波数スペクトルが記録され、記録された周波数スペクトルから中間値が算定され、かつ記録された周波数スペクトルは中間値と比較されて、その結果、ブレードの周波数スペクトルが中間値から許容できないほど偏向している場合、ブレード(12)に亀裂があるかあるいはおそらくは亀裂があると推量されることになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機関のロータブレードの亀裂検査法に関する。

ターボ機関のロータ、たとえばガスタービンあるいは蒸気タービンのロータは、ロータベースボディと、当該ロータベースボディに取り付けられた複数のブレードとを有している。ロータベースボディに取り付けられたロータブレードは、回転ブレードとも称される。それぞれのブレードは、ブレード脚部とブレード翼部とを有し、ブレード脚部によって、ロータベースボディの対応する凹部に取り付けられている。

ロータのメンテナンスの際には、ブレードは亀裂検査に付されなくてはならない。亀裂検査のために実際は、染色浸透探傷法と磁粉探傷法とが実証されている。しかしながらこれらの方法には、亀裂検査に付されるべきブレードを強制的にロータベースボディから取り外し、亀裂検査前に念入りに洗浄しなくてはならない、という欠点がある。それゆえに、染色浸透探傷法によっても、磁粉探傷法によっても、ロータベースボディに取り付けられた洗浄されていないブレードを、迅速かつ効率的に亀裂検査することは不可能である。

超音波検査に基づく、ブレードの亀裂検査法は、特許文献１、特許文献２および特許文献３から知られている。特許文献１は、ブレードのブレード翼部が、超音波検査によって非破壊で欠陥を調査されることのできる方法に関する。これに対し特許文献３は、ブレードのブレード脚部を超音波検査するための方法に関する。

独国特許出願公開第10 2005 020 469号明細書 欧州特許出願公開第1 610 122号明細書 独国特許出願公開第35 30 595号明細書

以上のことから本発明の課題は、簡単かつ効率的な亀裂検査のできる、ターボ機関のロータブレードの亀裂検査法を提供することにある。この課題は、請求項１に記載の方法によって解決される。本発明に従えば、ロータベースボディに取り付けられたブレードを有するロータが提供され、亀裂検査のためにロータベースボディに取り付けられたままのブレードが、一つひとつ別々に、時間的に前後してかつ連続して揺動を励起され、その際励起されたそれぞれのブレードのために、形成された周波数スペクトルが記録され、記録された周波数スペクトルから中間値が算定され、かつ記録された周波数スペクトルは中間値と比較されて、その結果、ブレードの周波数スペクトルが中間値から許容できないほど偏向している場合、ブレードに亀裂がある、あるいはおそらくは亀裂があると推量されることになる。

本発明に係る方法によって、亀裂検査のためにロータベースボディに取り付けられたままのブレードを、効率的に亀裂検査することができる。亀裂検査のために、ロータを洗浄する必要はない。むしろ、洗浄されていないロータで亀裂検査が行われる。ロータベースボディに取り付けられたブレードの揺動励起に対する反応として検出される周波数スペクトルから、中間値が算定され、当該中間値はそれぞれのロータのために比較値として用いられ、かつ当該中間値に基づいてブレードの欠陥が推量される。本発明に従えば、それゆえに固定参照値は予め設定されず、むしろブレードが亀裂検査に付されるべきそれぞれのロータのために、検出された周波数スペクトルから個々の中間値が比較値として算定される。これによって、ロータベースボディに取り付けられた、洗浄されていないロータブレードの、簡単かつ効率的な亀裂検査が可能となる。

本発明の好ましいさらなる形態は、従属請求項と以下の記述とから明らかとなる。本発明の実施例は、図に基づいて詳述されるが、それに限定されることはない。

本発明に係る方法を明確化するための、ターボ機関のロータの部分図である。 図１の構造体の詳細図である。 図１の詳細図の上面図である。

本発明は、たとえばガスタービンあるいは蒸気タービンのようなターボ機関のロータブレードの亀裂検査法に関する。

図１はターボ機関のロータ１０の部分図を示しており、ロータ１０は、ロータベースボディ１１と、当該ロータベースボディ１１に取り付けられた複数のブレード１２とを備えている。ここで問題となっている発明は、そのようなロータ１０のブレード１２が効率的かつ簡単に、しかもロータベースボディ１１に取り付けられ洗浄されないブレード１２において、亀裂を検査され得る方法に関する。それゆえに、ブレード１２を亀裂検査するために、当該ブレード１２はロータ１０のロータベースボディ１１に取り付けられたままである。

ブレード１２を亀裂検査するために、ロータベースボディ１１に取り付けられたブレード１２が、一つひとつ別々に、時間的に前後して揺動を励起されよう、すなわち、それぞれのブレード１２に連続して揺動を励起する励起器１３によって励起されるよう、意図される。その際、個々に揺動を励起されるそれぞれのブレード１２のために別々に、連続した揺動励起に続いて形成される周波数スペクトルが記録される。それぞれのブレード１２のために記録された周波数スペクトルから、全てのブレード１２について中間値が算定され、当該中間値は本発明に係る亀裂検査のために比較値として用いられ、全てのブレード１２について算定された中間値は、ブレード個々の記録された周波数スペクトルと比較されて、その結果、ブレード１２の記録された周波数スペクトルが、全てのブレード１２について算定された中間値から許容できないほど偏向している場合、ブレード１２に亀裂がある、あるいはおそらくは亀裂があると推量されることになる。

それゆえに本発明は、まずブレード１２が一つひとつ別々に、その後、時間的に前後してかつ連続して揺動を励起されることによって、ロータ１０のブレード１２は、ロータベースボディ１１に取り付けられた状態で、洗浄されることなく、亀裂検査に付されるという認識に基づいている。記録された応答周波数スペクトルから、その後、比較値として用いられる中間値が算定される。中間値を、記録された周波数スペクトルと比較することによって、その後、ブレードが損傷を受けているか否かが確定される。

既に言及されたように、ブレード１２を個々に揺動励起するために励起器１３が用いられ、当該励起器１３は、図２と図３とに従えば、ブレード１２のブレード翼部１４の半径方向外側で、ブレード翼部１４のブレード先端部１５の領域において、励起されるべきそれぞれのブレード１２に揺動を励起する。そのために励起器１３は、図２と図３とに従えば、揺動発生装置１６を有しており、当該揺動発生装置１６は、それぞれのブレード１２のブレード先端部１５に作用する留め具１７に揺動を励起し、当該留め具１７は発生装置１６の揺動を、ブレード１２、すなわち半径方向外側のブレード先端部１５と、ブレード１２のブレード翼部１４とに伝達する。その際、ブレード１２は、図２と図３とに従えば、当該ブレード１２のブレード先端部１５の領域において、留め具１７と、当該留め具１７に対して相対的に移動され得、当該留め具１７と協働するスライダ１８とによって、流入縁部１９の箇所と流出縁部２０の箇所とで挟まれており、スライダ１８はブレード先端部１５の領域において、ブレード１２の流入縁部１９に作用する。

検査されるべきブレード１２の具体的な幾何学的測定に依存して、スライダ１８は留め具１７に対して相対的に移動され、固定ネジ２１を介して、検査されるべきブレード１２の流入縁部１９に対して圧力をかけられている。スペーサ２２は、励起器１３もしくは揺動発生装置１６によって揺動を励起されるブレード１２が、亀裂検査の際に留め具１７によって損傷を受けるのを防ぐ。

既に説明されたように、励起器１３、すなわち当該励起器１３の留め具１７とスライダ１８とは、半径方向外側で、ブレード先端部１５の領域において、揺動を励起されるべきそれぞれのブレード１２に作用し、励起器１３は、それぞれのブレード１２、すなわち当該ブレード１２のブレード翼部１４に、連続して揺動を励起する。

センサ２３によって、揺動励起により形成された、それぞれのブレード１２の周波数スペクトルは、測定技術上検出され記録される。その際、センサ２３は、示された実施例においては、励起器１３が作用する、ブレード１２の第１領域すなわちブレード先端部１５に対して半径方向内側に位置する、ブレード１２のブレード翼部１４の第２領域に作用する。

揺動を励起されるべきそれぞれのブレード１２の揺動励起は、励起されるべきそれぞれのブレード１２のみが揺動を励起され、ロータベースボディ１０は揺動を励起されないように行われる。対応する大きなブレードを有する蒸気タービンの場合には、全周波数スペクトルが利用可能とならなくてはならない。本発明のタービン構造の場合には、それぞれのブレード１２の揺動励起は、好適には超音波周波数領域で行われる。正確な周波数は、ロータの構造形態に依存し、好適には経験的に算出される。

既に説明されたように、好適にはロータ１０の全てのブレード１２が、時間的に前後して一つひとつ、その後、他のブレード１２とは独立して、励起器１３によって連続して揺動を励起され、その際、それぞれのブレード１２のために、形成された周波数スペクトルが個々に記録される。同様に既に説明されたように、当該個々の周波数スペクトルから中間値が算定され、個別のブレード１２の個々の周波数スペクトルは当該中間値と比較され、中間値から許容できないほど偏向している場合、ブレードに亀裂がある、あるいはおそらくは亀裂があると推量できるようになる。

中間値から、高い周波数あるいは小さな振幅へとはっきりと偏向していれば、ブレード１２に亀裂がある、あるいはおそらくは亀裂があると推量される。

ロータのこの亀裂検査に基づいて、亀裂があるあるいはおそらくは亀裂があると認められるブレード１２のみが、取り外しの後にさらなる亀裂検査に付されかつ／あるいは修理されるために、ロータベースボディ１０から取り外されるだけでよい。

さらなる亀裂検査としては、染色浸透探傷法あるいは磁粉探傷法が用いられてよく、当該探傷法によって、亀裂検査はより正確もしくはより詳細に行われることができる。

それゆえ本発明に係る方法によって、ターボ機関の洗浄されていないロータで、取り付けられたブレード１２において、当該ブレード１２を効率的な亀裂検査に付すことが可能である。この場合ブレード１２は、ロータベースボディ１０に取り付けられたままである。この亀裂検査でブレードにおそらく亀裂があると推量される場合にのみ、当該ブレードはロータベースボディ１０から取り外される。特に、ブレード１２のブレード翼部１４における亀裂を認識することができる。

１０ ロータ
１１ ロータベースボディ
１２ ブレード
１３ 励起器
１４ ブレード翼部
１５ ブレード先端部
１６ 揺動発生装置
１７ 留め具
１８ スライダ
１９ 流入縁部
２０ 流出縁部
２１ 固定ネジ
２２ スペーサ
２３ センサ

Claims (9)

1. ターボ機関のロータのブレードの亀裂検査法であって、ロータベースボディに取り付けられたブレードを有するロータが提供され、亀裂検査のために前記ロータベースボディに取り付けられたままのブレードが、一つひとつ別々に、時間的に前後してかつ連続して揺動を励起され、その際、励起されたそれぞれのブレードのために、形成された周波数スペクトルが記録され、該記録された周波数スペクトルから中間値が算定され、かつ前記記録された周波数スペクトルは前記中間値と比較されて、その結果、ブレードの周波数スペクトルが前記中間値から許容できないほど偏向している場合、ブレードに亀裂があるか、あるいはおそらくは亀裂があると推量されることになることを特徴とする方法。
2. 励起されるべきブレードが、該励起されるべきそれぞれのブレードは揺動を励起されるが、該ブレードが取り付けられている、前記ロータの前記ロータベースボディは揺動を励起されないように、揺動を励起されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 励起されるべきブレードが励起器によって、該励起器が、前記励起されるべきブレードに該ブレードの第１領域で作用するように、揺動を励起されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記励起されるそれぞれのブレードのための前記周波数スペクトルが、前記励起されるブレードに該ブレードの第２領域で作用するセンサによって検出されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 励起されるべきブレードが、半径方向外側で、ブレード翼部のブレード先端部の領域において揺動を励起されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記周波数スペクトルが、前記ブレード先端部に対してさらに半径方向内側で、前記励起されるそれぞれのブレードの前記ブレード翼部で検出されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
7. 亀裂検査のために前記ロータベースボディに取り付けられたままの全てのブレードが、一つひとつ別々に、時間的に前後してかつ連続して揺動を励起されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. ブレードに亀裂があるかあるいはおそらく亀裂があると推量される場合、前記それぞれのブレードが前記ロータベースボディから取り外され、続いてさらなる亀裂検査に付されかつ／あるいは修理されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記さらなる亀裂検査は、染色浸透探傷法あるいは磁粉探傷法によって行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。

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