RU2732469C1 - Method for detection of gas turbine engine blade crack - Google Patents

Method for detection of gas turbine engine blade crack Download PDF

Info

Publication number
RU2732469C1
RU2732469C1 RU2019110513A RU2019110513A RU2732469C1 RU 2732469 C1 RU2732469 C1 RU 2732469C1 RU 2019110513 A RU2019110513 A RU 2019110513A RU 2019110513 A RU2019110513 A RU 2019110513A RU 2732469 C1 RU2732469 C1 RU 2732469C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas turbine
turbine engine
blade
crack
blades
Prior art date
Application number
RU2019110513A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Юрьевич Толстихин
Федор Владимирович Блинов
Дмитрий Владимирович Зорин
Олег Владимирович Бойко
Original Assignee
ООО "Газпром трансгаз Москва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Газпром трансгаз Москва" filed Critical ООО "Газпром трансгаз Москва"
Priority to RU2019110513A priority Critical patent/RU2732469C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732469C1 publication Critical patent/RU2732469C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: fault detection.SUBSTANCE: invention can be used for non-destructive testing of gas turbine engines blades. Essence of the invention consists in the fact that by means of impact action the self-elastic acoustic oscillations are excited in the blade. Spectral analysis is used to register and record their frequency. Additionally, for the investigated stage the experimental dependence of the natural oscillation frequency is constructed from the installation point of the receiving device for conversion of mechanical vibrations into an electrical signal and allowable spread of oscillations of defect-free blades is determined, when beyond the boundaries of which there is determined presence of a crack of the blade.EFFECT: technical result is simplification of gas turbine engine blades control.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в топливно-энергетической и машиностроительной отраслях промышленности.The invention can be used in the fuel and energy and machine-building industries.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики изделий сложной геометрии, в частности, - лопаток газотурбинных двигателей - по параметрам их колебаний.The invention relates to methods of non-destructive testing and can be used for diagnostics of products of complex geometry, in particular, gas turbine engine blades, according to the parameters of their oscillations.

Известен способ контроля дефектности изделия, заключающийся в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды. На собственных частотах регистрируют временную реализацию упругих колебаний, которую разбивают на последовательные временнЫе отрезки и в каждом из них вычисляют преобразование Фурье. В полученном спектре определяют максимальную амплитуду, которую сравнивают с максимальной амплитудой упругих колебаний на первом временном отрезке, и от полученной нормированной временной последовательности максимальных амплитуд вычисляют амплитудный спектр, по которому определяют конечные разности второго порядка. Максимальное значение разности второго порядка принимают за коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин (Патент на изобретение РФ №2274857, МПК: G01N 29/04).There is a known method for monitoring the defectiveness of a product, which consists in the fact that by means of shock action in a solid, elastic vibrations are excited at natural frequencies and their amplitudes are measured. At the natural frequencies, the time realization of elastic vibrations is recorded, which is divided into successive time intervals, and the Fourier transform is calculated in each of them. In the obtained spectrum, the maximum amplitude is determined, which is compared with the maximum amplitude of elastic vibrations in the first time interval, and the amplitude spectrum is calculated from the obtained normalized time sequence of maximum amplitudes, from which the second-order finite differences are determined. The maximum value of the second-order difference is taken as the coefficient of the presence of a crack, by exceeding the threshold value determined on the basis of measurements of a defect-free solid, the presence of cracks is judged (RF Patent No. 2274857, IPC: G01N 29/04).

Недостатком этого способа является необходимость использования дорогостоящего оборудования и высокоточных измерений, требующих значительных временных затрат и существенно удорожающих процедуру диагностики.The disadvantage of this method is the need to use expensive equipment and high-precision measurements, which require significant time and significantly increase the cost of the diagnostic procedure.

Известен способ контроля дефектности объекта, заключающийся в том, что в контролируемом объекте возбуждают вынужденные колебания, изменяют частоту вынужденных колебаний до возникновения резонансных колебаний в объекте, измеряют параметры этих колебаний, в качестве которых выбирают верхнюю и нижнюю частоты, соответствующие заданной амплитуде отклика, определяют соотношение этих частот, которое используют для суждения о дефектности изделия (Авторское свидетельство СССР №1552091, МПК: G01N 29/04).There is a known method for monitoring the defectiveness of an object, which consists in the fact that forced vibrations are excited in a controlled object, the frequency of forced vibrations is changed until resonant vibrations in the object occur, the parameters of these vibrations are measured, which are selected as the upper and lower frequencies corresponding to a given response amplitude, the ratio these frequencies, which is used to judge the defectiveness of the product (USSR author's certificate No. 1552091, IPC: G01N 29/04).

Недостатками этого способа является невозможность контролировать с достаточной достоверностью объекты, закалка которых по глубине неоднородна.The disadvantages of this method is the inability to control with sufficient reliability objects, the hardening of which is not uniform in depth.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя является способ обнаружения трещин в твердом теле, который состоит в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин, принятых за прототип (Патент на изобретение РФ №2219538, МПК: G01N 29/04).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method for detecting a crack in a gas turbine engine blade is a method for detecting cracks in a solid, which consists in the fact that elastic vibrations are excited in a solid by means of a shock effect at natural frequencies and their amplitudes are measured, on the basis of which the coefficient of the presence of a crack is determined, by exceeding a threshold value determined on the basis of measurements of a defect-free solid, the presence of cracks is judged taken as a prototype (Patent for invention of the Russian Federation No. 2219538, IPC: G01N 29/04).

Недостатком известного способа обнаружения трещин в твердом теле является получение волн на комбинационных частотах. Для получения волн на комбинационных частотах используют возбуждение в твердом теле монохроматической ультразвуковой волны, и обнаружение трещины происходит за счет волн, обусловленных нелинейным взаимодействием на ней ультразвуковой волны и колебаний на собственных частотах, а это требует использования генератора монохроматического сигнала, усилителя мощности ультразвукового сигнала, пьезоэлектрического излучателя и трудоемкой операции приклеивания излучателя к поверхности твердого тела, что приводит к усложнению и удорожанию способа.The disadvantage of the known method for detecting cracks in a solid is the generation of waves at combination frequencies. To obtain waves at combination frequencies, a monochromatic ultrasonic wave is excited in a solid, and a crack is detected due to waves caused by the nonlinear interaction of an ultrasonic wave on it and oscillations at natural frequencies, and this requires the use of a monochromatic signal generator, an ultrasonic signal power amplifier, piezoelectric of the emitter and the laborious operation of gluing the emitter to the surface of a solid body, which leads to the complication and rise in the cost of the method.

Задачей данного изобретения является продление ресурса лопаточного аппарата газотурбинного двигателя и, как следствие, - повышение экономических показателей при ремонте и эксплуатации газотурбинного двигателя.The objective of this invention is to extend the service life of a gas turbine engine blades and, as a consequence, to increase economic performance during the repair and operation of a gas turbine engine.

Техническим результатом при осуществлении данного способа является исключение возможности усталостного разрушения и поломок лопаток газотурбинного двигателя.The technical result in the implementation of this method is to exclude the possibility of fatigue failure and breakage of the blades of a gas turbine engine.

Данная задача решается за счет того, что производится продление ресурса лопаточного аппарата газотурбинного двигателя, благодаря применению способа обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя, включающегоThis problem is solved due to the fact that the resource of the blades of a gas turbine engine is extended, thanks to the use of a method for detecting a crack in a gas turbine engine blade, including

средство механического возбуждения лопатки (например, молоток с мягким наконечником),means for mechanically energizing the blade (for example, a soft-tipped hammer),

приемное устройство для преобразования механических вибраций в электрический сигнал (например, акселерометр),a receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal (for example, an accelerometer),

электронный блок обработки полученного сигнала.electronic unit for processing the received signal.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что, посредством ударного воздействия, в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды. На основании измерений определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещины. Согласно изобретению, дополнительно, при помощи спектрального анализа регистрируется и фиксируется частота собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя, строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний лопатки от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал и, по результатам проведенного вибрационного обследования лопаток газотурбинного двигателя и статической обработки данных, определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины.The essence of the present invention lies in the fact that, by means of impact action, elastic vibrations are excited in a solid at natural frequencies and their amplitudes are measured. On the basis of the measurements, the coefficient of the presence of a crack is determined, by the excess of which the threshold value, determined on the basis of measurements of a defect-free solid, is judged on the presence of a crack. According to the invention, in addition, with the help of spectral analysis, the frequency of natural vibrations of a gas turbine engine blade is recorded and recorded, an experimental dependence of the natural vibration frequency of the blade on the installation site of the receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal and, based on the results of the vibration survey of the gas turbine engine blades and static data processing, the permissible scatter of oscillations of defect-free blades is determined, when going beyond the boundaries of which the presence of a crack is judged.

На фиг. 1 представлена схема способа обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя, где:FIG. 1 shows a diagram of a method for detecting a crack in a gas turbine engine blade, where:

1 - лопатка газотурбинного двигателя;1 - a blade of a gas turbine engine;

2 - средство механического возбуждения лопатки;2 - means for mechanical excitation of the blade;

3 - приемное устройство для преобразования механических вибраций в электрический сигнал;3 - receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal;

4 - электронный блок обработки полученного сигнала.4 - electronic unit for processing the received signal.

На фиг. 2 показана установка приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал на лопатку газотурбинного двигателя в трех сечениях.FIG. 2 shows the installation of a receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal to a blade of a gas turbine engine in three sections.

На фиг. 3 представлены зависимости частоты собственных колебаний лопаток от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал на лопатку газотурбинного двигателя.FIG. 3 shows the dependences of the natural vibration frequency of the blades on the installation location of the receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal to a gas turbine engine blade.

Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя осуществляется следующим образом.The method for detecting a crack in a gas turbine engine blade is carried out as follows.

В лопатке (1) газотурбинного двигателя посредством ударного воздействия средством механического возбуждения (2) возбуждают собственные упругие акустические колебания. Колебания регистрируются при помощи приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал (3), подключенного на вход электронного блока обработки полученного сигнала (4).In the blade (1) of a gas turbine engine, by means of impact action by means of mechanical excitation (2), natural elastic acoustic vibrations are excited. The vibrations are recorded using a receiver for converting mechanical vibrations into an electrical signal (3), connected to the input of the electronic unit for processing the received signal (4).

Измерение частоты собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя проводится в трех сечениях, путем установки устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал на лопатку при помощи магнита. Снятие частоты собственных колебаний производится в режиме измерения ускорения, так как в режиме измерения скорости и смещения осуществляется одно- или двукратное интегрирование. Затухающий процесс имеет широкий частотный спектр, который может выйти за область интегрирования, и это может привести к недостоверным результатам. При помощи спектрального анализа регистрируется и фиксируется частота собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя. Для исследуемой ступени строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний лопатки от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал. По результатам проведенного вибрационного обследования лопаток газотурбинного двигателя и статической обработки данных определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины лопатки.The measurement of the natural vibration frequency of a gas turbine engine blade is carried out in three sections by installing a device for converting mechanical vibrations into an electrical signal on the blade using a magnet. The reading of the natural frequency is performed in the acceleration measurement mode, since in the velocity and displacement measurement mode, one or two integration is performed. The damped process has a wide frequency spectrum that can go beyond the integration region, and this can lead to unreliable results. With the help of spectral analysis, the frequency of natural vibrations of a gas turbine engine blade is recorded and recorded. For the stage under study, an experimental dependence of the frequency of natural vibrations of the blade on the place of installation of the receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal is constructed. Based on the results of the vibration examination of the blades of a gas turbine engine and static data processing, the permissible variation of oscillations of defect-free blades is determined, and when it goes beyond the boundaries of which, the presence of a blade crack is judged.

Предлагаемый способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя позволяет исключить возможность усталостного разрушения и поломок лопатки. Контроль технического состояния, дефектация и отбраковка лопатки по вибрационным характеристикам повышает надежность, эффективность и безопасность эксплуатации газотурбинного двигателя и, как следствие, ведет к улучшению экономических показателей.The proposed method for detecting a crack in a gas turbine engine blade makes it possible to exclude the possibility of fatigue failure and blade breakage. Monitoring the technical condition, flaw detection and rejection of the blade according to vibration characteristics increases the reliability, efficiency and safety of gas turbine engine operation and, as a result, leads to improved economic performance.

Claims (1)

Способ обнаружения трещины лопатки газотурбинного двигателя, заключающийся в том, что посредством ударного воздействия, в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых затем определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещины, отличающийся тем, что при помощи спектрального анализа регистрируется и фиксируется частота собственных колебаний лопатки газотурбинного двигателя, строится экспериментальная зависимость частоты собственных колебаний лопатки от места установки приемного устройства для преобразования механических вибраций в электрический сигнал и, по результатам проведенного вибрационного обследования лопаток газотурбинного двигателя и статической обработки данных, определяется допустимый разброс колебаний бездефектных лопаток, при выходе за границы которого судят о наличии трещины.A method for detecting a crack in a blade of a gas turbine engine, which consists in the fact that by means of a shock effect, elastic vibrations are excited in a solid at natural frequencies and their amplitudes are measured, on the basis of which the coefficient of the presence of a crack is then determined, by exceeding a threshold value determined on the basis of measurements of a defect-free solid body, they judge the presence of a crack, characterized in that, using spectral analysis, the frequency of natural vibrations of a gas turbine engine blade is recorded and recorded, an experimental dependence of the natural vibration frequency of the blade on the installation site of the receiving device for converting mechanical vibrations into an electrical signal is constructed and, based on the results of the vibration inspection of the blades of a gas turbine engine and static data processing, the permissible variation of oscillations of defect-free blades is determined, when it goes beyond the boundaries of which a crack is judged.
RU2019110513A 2017-10-06 2017-10-06 Method for detection of gas turbine engine blade crack RU2732469C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110513A RU2732469C1 (en) 2017-10-06 2017-10-06 Method for detection of gas turbine engine blade crack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019110513A RU2732469C1 (en) 2017-10-06 2017-10-06 Method for detection of gas turbine engine blade crack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732469C1 true RU2732469C1 (en) 2020-09-17

Family

ID=72516559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019110513A RU2732469C1 (en) 2017-10-06 2017-10-06 Method for detection of gas turbine engine blade crack

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732469C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3530595A1 (en) * 1985-08-27 1987-03-05 Kraftwerk Union Ag Method and device for ultrasonic testing of a turbine blade for incipient cracks in the blade base
JPH0450629A (en) * 1990-06-12 1992-02-19 Shinko Denshi Kk Sounding comparison method for same structure
RU2219538C2 (en) * 2002-01-03 2003-12-20 ГУП "Нижегородское отделение" - дочернее предприятие ВНИИЖТ МПС РФ Technique detecting cracks in solid body
RU2335756C1 (en) * 2007-02-01 2008-10-10 Гурий Иштванович Микита Wave method of material properties control
RU2345344C1 (en) * 2007-11-08 2009-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) Method of control and diagnostics of pipeline state and device for its realisation
RU2349911C2 (en) * 2004-06-01 2009-03-20 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine blade flaw location method and device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3530595A1 (en) * 1985-08-27 1987-03-05 Kraftwerk Union Ag Method and device for ultrasonic testing of a turbine blade for incipient cracks in the blade base
JPH0450629A (en) * 1990-06-12 1992-02-19 Shinko Denshi Kk Sounding comparison method for same structure
RU2219538C2 (en) * 2002-01-03 2003-12-20 ГУП "Нижегородское отделение" - дочернее предприятие ВНИИЖТ МПС РФ Technique detecting cracks in solid body
RU2349911C2 (en) * 2004-06-01 2009-03-20 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine blade flaw location method and device
RU2335756C1 (en) * 2007-02-01 2008-10-10 Гурий Иштванович Микита Wave method of material properties control
RU2345344C1 (en) * 2007-11-08 2009-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет) Method of control and diagnostics of pipeline state and device for its realisation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ohtsu et al. Principles of the acoustic emission (AE) method and signal processing
Donskoy et al. Vibro-acoustic amplitude and frequency modulations during fatigue damage evolution
JP2010019622A (en) Ultrasonic flaw detection method and device
RU2732469C1 (en) Method for detection of gas turbine engine blade crack
Rezaei et al. A novel application of a laser Doppler vibrometer in a health monitoring system
JPH0511895B2 (en)
RU2673950C1 (en) Method for determining forms of vibrations of rotating wheels of turbomachines
EP3078967A1 (en) A system and a method for detecting damage
Houhat et al. One-dimensional parametric study of damage detection in a solid material using a Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy (NWMS) technique
RU2570938C1 (en) Diagnostics of crack formation and development in aircraft gas turbine discs at cyclic load
RU2334225C1 (en) Control method of product defectiveness
Korenska et al. Experimental study of the nonlinear effects generated in a concrete structure with damaged integrity
KR101191364B1 (en) System and apparatus for measuring non-linearity of ultrasonic wave
Walker et al. Characterization of fatigue damage in A36 steel specimens using nonlinear rayleigh surface waves
Krasnoveikin et al. Development of the noncontact approach to testing the dynamic characteristics of carbon fiber reinforced polymer composites
RU2320987C1 (en) Method of determining service life of part
Matlack et al. Nonlinear Rayleigh waves to detect initial damage leading to stress corrosion cracking in carbon steel
Li et al. Second harmonic generation of shear horizontal guided wave propagation in plate-like structures
Deng et al. Assessment of fatigue damage in solid plates through the ultrasonic Lamb wave approach
RU2816673C1 (en) Method of detecting latent defects in composite materials by standing waves
RU2797126C1 (en) Device for concrete strength measurement
WO2013074881A1 (en) Resonant ultrasound spectrocopy using surface acoustic wave analysis
Xu et al. A piezoelectric transducer for weld defect detection based on first-order shear horizontal (SH1) mode
RU2616758C1 (en) Method of controlling unit defectiveness
RU2219538C2 (en) Technique detecting cracks in solid body