JP5701555B2 - Crack inspection method for rotor blades of turbo engines - Google Patents

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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。   The present invention relates to a method for inspecting cracks in a rotor blade of a turbo engine.

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。   A rotor of a turbo engine, for example, a rotor of a gas turbine or a steam turbine has a rotor base body and a plurality of blades attached to the rotor base body. The rotor blade attached to the rotor base body is also referred to as a rotating blade. Each blade has a blade leg and a blade wing, and is attached to a corresponding recess in the rotor base body by the blade leg.

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。   During maintenance of the rotor, the blade must be subjected to crack inspection. In practice, dye penetration testing and magnetic particle testing have been demonstrated for crack inspection. However, these methods have the disadvantage that the blade to be subjected to crack inspection must be forcibly removed from the rotor base body and carefully cleaned before crack inspection. Therefore, it is impossible to quickly and efficiently inspect the uncleaned blade attached to the rotor base body by either the dye penetrating flaw detection method or the magnetic particle flaw detection method.

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。   A blade crack inspection method based on ultrasonic inspection is known from Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3. Patent Document 1 relates to a method by which a blade wing portion of a blade can be examined for defects non-destructively by ultrasonic inspection. On the other hand, Patent Document 3 relates to a method for ultrasonic inspection of a blade leg portion of a blade.

独国特許出願公開第10 2005 020 469号明細書German Patent Application Publication No. 10 2005 020 469 欧州特許出願公開第1 610 122号明細書European Patent Application No. 1 610 122 独国特許出願公開第35 30 595号明細書German Patent Application Publication No. 35 30 595

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。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a method for inspecting a crack in a rotor blade of a turbo engine that can perform a simple and efficient crack inspection. This problem is solved by the method according to claim 1. In accordance with the present invention, a rotor having blades attached to a rotor base body is provided, and the blades that remain attached to the rotor base body for crack inspection are separated one by one in time, back and forth, and continuous. For each blade excited by oscillation, the frequency spectrum formed is recorded, an intermediate value is calculated from the recorded frequency spectrum, and the recorded frequency spectrum is an intermediate value. As a result, if the frequency spectrum of the blade is unacceptably deflected from the intermediate value, it is assumed that the blade is cracked, or possibly cracked.

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。   With the method according to the present invention, it is possible to efficiently inspect a blade that remains attached to the rotor base body for crack inspection. It is not necessary to clean the rotor for crack inspection. Rather, crack inspection is performed on an uncleaned rotor. An intermediate value is calculated from the frequency spectrum detected as a response to the oscillating excitation of the blades attached to the rotor base body, the intermediate value is used as a comparison value for each rotor, and based on the intermediate value The blade is inferred. According to the invention, therefore, no fixed reference value is preset, rather individual intermediate values are calculated as comparison values from the detected frequency spectrum for each rotor whose blades are to be subjected to crack inspection. The This allows a simple and efficient crack inspection of the uncleaned rotor blade attached to the rotor base body.

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。   Preferred further forms of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but are not limited thereto.

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。FIG. 2 is a partial view of a rotor of a turbo engine for clarifying the method according to the present invention. 図１の構造体の詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of the structure of FIG. 1. 図１の詳細図の上面図である。It is a top view of the detailed view of FIG.

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。   The present invention relates to a method for inspecting cracks in a rotor blade of a turbo engine such as a gas turbine or a steam turbine.

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。   FIG. 1 shows a partial view of a rotor 10 of a turbo engine. The rotor 10 includes a rotor base body 11 and a plurality of blades 12 attached to the rotor base body 11. The invention at issue here relates to a method in which the blades 12 of such a rotor 10 can be inspected for cracks efficiently and simply and in the blades 12 that are attached to the rotor base body 11 and are not cleaned. Therefore, the blade 12 remains attached to the rotor base body 11 of the rotor 10 in order to inspect the blade 12 for cracks.

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。   In order to inspect the blades 12 for cracks, the blades 12 attached to the rotor base body 11 may be individually excited to swing back and forth in time, that is, swing continuously to each blade 12. Is intended to be excited by an exciter 13 that excites. In doing so, the frequency spectrum formed following successive oscillation excitations is recorded separately for each blade 12 that is individually excited to oscillation. From the frequency spectrum recorded for each blade 12, an intermediate value is calculated for all blades 12, and the intermediate value is used as a comparative value for crack inspection according to the present invention and calculated for all blades 12. The recorded intermediate value is compared with the individual recorded frequency spectrum of the blade, so that the recorded frequency spectrum of the blade 12 is unacceptably deviated from the intermediate value calculated for all blades 12. If so, it will be inferred that the blade 12 is cracked or possibly cracked.

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。   Therefore, according to the present invention, the blades 12 of the rotor 10 are attached to the rotor base body 11 by exciting the swinging of the blades 12 one by one separately and then back and forth in time and continuously. It is based on the recognition that it is subject to crack inspection without being cleaned. From the recorded response frequency spectrum, an intermediate value used as a comparison value is then calculated. By comparing the intermediate value with the recorded frequency spectrum, it is then determined whether the blade is damaged.

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。   As already mentioned, exciters 13 are used to individually excite the blades 12 according to the radius of the blade wings 14 of the blades 12 according to FIGS. On the outside in the direction, in the region of the blade tip 15 of the blade wing 14, a swing is excited for each blade 12 to be excited. For this purpose, the exciter 13 has a swing generator 16 according to FIGS. 2 and 3, which swing fastener 16 acts on the blade tip 15 of each blade 12. 17 excites the oscillation, and the fastener 17 transmits the oscillation of the generator 16 to the blade 12, that is, the blade tip 15 on the radially outer side and the blade wing 14 of the blade 12. 2 and 3, the blade 12 can be moved relative to the fastener 17 and the fastener 17 in the region of the blade tip 15 of the blade 12. The slider 18 cooperating with the tool 17 is sandwiched between the inflow edge 19 and the outflow edge 20, and the slider 18 is in contact with the inflow edge 19 of the blade 12 in the region of the blade tip 15. Works.

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。   Depending on the specific geometrical measurement of the blade 12 to be inspected, the slider 18 is moved relative to the fastener 17 and via the fixing screw 21 the inflow edge of the blade 12 to be inspected. Pressure is applied to the portion 19. The spacer 22 prevents the blade 12 whose oscillation is excited by the exciter 13 or the oscillation generator 16 from being damaged by the fastener 17 during the crack inspection.

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。   As already explained, the exciter 13, ie the fastener 17 and the slider 18 of the exciter 13, are arranged radially in the region of the blade tip 15 on the respective blade 12 to be excited for oscillation. The exciter 13 excites the oscillation continuously to each blade 12, that is, the blade wing part 14 of the blade 12.

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。   The frequency spectrum of each blade 12 formed by the oscillation excitation by the sensor 23 is detected and recorded in the measurement technique. In doing so, the sensor 23 is, in the embodiment shown, the blade wing 14 of the blade 12 located radially inward with respect to the first region of the blade 12, i.e. the blade tip 15, on which the exciter 13 acts. Acting on the second region.

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。   The oscillation excitation of each blade 12 to be excited is performed so that only the blade 12 to be excited is excited to swing, and the rotor base body 10 is not excited to swing. In the case of steam turbines with corresponding large blades, the entire frequency spectrum must be available. In the case of the turbine structure of the present invention, the oscillation excitation of each blade 12 is preferably performed in the ultrasonic frequency region. The exact frequency depends on the rotor configuration and is preferably calculated empirically.

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。   As already explained, preferably all the blades 12 of the rotor 10 are excited one after the other in time, and then continuously excited by the exciter 13 independently of the other blades 12. In this case, the frequency spectrum formed for each blade 12 is individually recorded. Similarly, as already explained, if an intermediate value is calculated from the individual frequency spectrum and the individual frequency spectrum of the individual blade 12 is compared with the intermediate value and is unacceptably deflected from the intermediate value, It can be inferred that the blade is cracked or possibly cracked.

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。   If it is clearly deflected from an intermediate value to a high frequency or small amplitude, it is assumed that the blade 12 is cracked, or possibly cracked.

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。   Based on this crack inspection of the rotor, only the blades 12 that are cracked or possibly found to be cracked are removed from the rotor base body 10 for further crack inspection and / or repair after removal. Just do it.

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。   As a further crack inspection, a dye penetrating flaw detection method or a magnetic particle flaw detection method may be used, and the crack inspection can be performed more accurately or in detail by the flaw detection method.

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。   The method according to the invention therefore makes it possible to subject the blade 12 to an efficient crack inspection in the blade 12 that is mounted with the uncleaned rotor of the turbomachine. In this case, the blade 12 remains attached to the rotor base body 10. The blade is removed from the rotor base body 10 only if it is inferred from this crack inspection that the blade is probably cracked. In particular, a crack in the blade wing portion 14 of the blade 12 can be recognized.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotor 11 Rotor base body 12 Blade 13 Exciter 14 Blade wing | blade part 15 Blade front-end | tip part 16 Swing generator 17 Fastener 18 Slider 19 Inflow edge 20 Outflow edge 21 Fixing screw 22 Spacer 23 Sensor

Claims (8)

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前記ロータの回転軸線と平行な方向に沿って前記ブレードに隣接して配置された振動発生装置によって揺動を励起され、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り、
励起されるべきブレードが、前記振動発生装置を含む励起器であって、前記ブレードを挟んで、かつ、前記ブレードに当接して配置された留め具およびスライダを備える励起器によって、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方法。 A method for inspecting a crack in a blade of a rotor of a turbomachine, comprising: a rotor having a blade attached to a rotor base body; and the blades that remain attached to the rotor base body for crack inspection are provided one by one. The oscillation is excited by a vibration generator arranged adjacent to the blade along a direction parallel to the rotation axis of the rotor, back and forth in time, and each of the excited For the blade, the formed frequency spectrum is recorded, an intermediate value is calculated from the recorded frequency spectrum, and the recorded frequency spectrum is compared with the intermediate value, so that the frequency spectrum of the blade Is unacceptably deflected from the intermediate value, the blade is cracked or possibly It would be inferred that there is a crack,
A blade to be excited is an exciter including the vibration generating device, and the exciter includes a fastener and a slider that are disposed so as to sandwich the blade and abut on the blade. Oscillating excitation to act on the blade to be excited in a first region of the blade . 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。   The blades to be excited are swung so that each blade to be excited is excited to swing, but the rotor base body of the rotor to which the blade is attached is not excited to swing. The method of claim 1, wherein the method is excited. 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または請求項２に記載の方法。 The frequency spectrum for each blade to be the excitation of claim 1 or claim 2, characterized in that it is detected by a sensor acting in the second region of the blade to the blade to be the excitation Method. 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３のいずれか一項に記載の方法。 Excited blade to be found radially outward, the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that excited the swing in the region of the blade tip of the blade wing portion. 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４に記載の方法。 5. The method of claim 4 , wherein the frequency spectrum is detected at the blade wing of each excited blade further radially inward of the blade tip. 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５のいずれか一項に記載の方法。 All of the blades that remain attached to the rotor base body for crack inspection are excited to swing separately, one after the other, in time and continuously. 6. The method according to any one of items 5 . 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６のいずれか一項に記載の方法。 If the blades are cracked or possibly inferred to have cracks, the respective blades are removed from the rotor base body and subsequently subjected to further crack inspection and / or repaired. The method according to any one of claims 1 to 6 . 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７に記載の方法。 The method according to claim 7 , wherein the further crack inspection is performed by a dye penetrating flaw detection method or a magnetic particle flaw detection method.
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