SE458396B - Apparat foer att avsoeka ytan av en bulthaalsknopp paa en gasturbinrotor med anvaendning av en virvelstroemssond - Google Patents

Description

458 596 Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figurerna 2 ArC visar ett remskivesystem, fig- 1. som ingår i utföringsformen i Figur 3 visar schematiskt funktionen av remskivesystemet i fig. 2 ArC.

Figur 4 ArC visar avsökning av en ojämnhet med en virvelströmssond.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Figur 1 visar en del av en gasturbinrotor 2 vilken är försedd med lax- stjärtspår 4 A-B i vilka turbinskovlar (ej visade) passas in. Rotorn 2 är också försedd med knoppar 7 A-D. Knopparna 7 A-D är försedda med bulthål 10 ArD vilka mottager bultar i syfte att montera andra motordelar på rotorn 2.

D har flata toppytor 12 och rundade hålkäl 11 A- A-D är fästade vid rotorn 2.

Knopparna 7 A- D i de områden där knopparna 7 En form av föreliggande uppfinning visas som en apparat 15 anbringad ovan- på knoppen 7 C. Ett stativ 18 innehåller en cylindrisk stav 21 för införing i bulthålet 10 C. Införing av staven 21 placerar stativet 18 mot toppytan 12.

Staven 21 låses i hålet 10 C genom verkan av en kamhävarm 24 fästad överst på staven 21 och en konisk kam 27 fästad nederst- Hävarmen 24 drar staven 21 uppåt så att kammen 27 dras upp mot väggarna hos hålet 10 C och därigenom förhindrar rotation av staven 21 genom att låsa staven 21 i hålet 10 C- Staven 21 utgör en axel runt vilken anordningen 15 kan vridas på sätt som beskrivs senare. På så vis bildar staven en vridaxel 31 och denna vridaxel 31 är företrädesvis stavens centrumaxel när staven 21 är cylindrisk.

En hållare 35 hålls uppe av en arm 33 som är mnterad på stativet 18.

Armen 33 är rörlig i pilarnas 36 riktningar genom vridning av en ratt 34 som är förbunden med armen 33 med ett skruvstift (ej visat). Armen 33 kan låsas i en godtycklig position på sätt som ej visas. Armen 33 och hållaren 35 är närmare bestämt rörliga i radialriktningarna 36 med avseende på staven 21.

Hållaren 35 innefattar en bågformad yta 38, som innehåller ett bâgformat spår 41, som stödjer en ihålig cylinder 44 , som glider längs med spåret 41 i pilarnas 47 riktningar.

Cylindern 44 är tvingad att förbli vinkelrät mot ytan 38. En räfflad skruvmutter 45 A samverkar med en bricka 45 B för att pressa brickan 45_B mot en T-mutter (ej visad) på vilken skruvmuttern 45 A är gängad.

På så vis spänns kanterna av det bågformade spåret 41 fast mellan brickan_45 B och T-muttern för att därigenom låsa cylindern 44 i ett bestämt läge längs det 7 På så sätt kan cylindern 44 placeras 1 en förutbestämd vinkel 53 med avseende på vridaxeln 31. bågformade spåret 41. 1 458 396 En mikrometermatningsmekanism 54 av känd typ är monterad i änden av cy- lindern 44 och den för en kolv 55 längs cylindern 44. En virvelströmssond 56 passar i den ihåliga cylindern 44 i kontakt med kolven 55 och sondens axel 63 sammanfaller företrädesvis med cylinderns 44 centralaxel (ej visad separat).

Sonden 56 innehåller en spole 56 A (ej visad i fig. 1 men 1 fig. 4 A) nära dess ände 121 vilken utstrålar ett elektromagnetiskt fält i knoppens 7 C yta. Fältet utbreder sig i huvudsak längs med axeln 63 och vinkelrätt mot det krökta hålkä- let ll C.

Sonden 56 är rörlig längs axeln 63 i pilarnas 61 riktningar. Sonden S6 kan låsas i cylindern 44 i ett förutbestämt läge längs med axeln 63 med hjälp av den visade mikrometermatningsmekanismen 54 så att ett särskilt avstånd mellan sonden 56 och hålkälet ll C kan väljas när en särskild vinkel S3 har valts. På grund av att sonden 56 är rörlig längs axeln 63, så har den en rörelsekomposant längs vridaxeln 31. Komposanten är en funktion av cosinus för vinkeln 53. Sålunda kan man säga att sonden 56 kan placeras i en förutbestämd vinkel i förhållande till, i ett förutbestämt läge längs med och på ett förutbestämt avstånd frân, vrid- axeln 31.

Ett första kedjehjul 68 är monterat på staven 2l och eftersom staven Zl är låst 1 hålet 10 C så är det första kedjehjulet 68 också förhindrat att rotera.

Ett andra kedjehjul 71, som drivs av en motor 73, driver en kedja 76 som är förbunden med det första kedjehjulet 68 och ett tredje kedjehjul 79. Det tredje kedjehjulet 79 driver en potentiometer 81 genom en axel 82. Potentiome- tern 81 är fästad vid apparaten 15 och medger därmed att en vridaxelvinkel 83 avgränsas mellan axeln 82 och potentiometern 81. Betydelsen av denna vinkel 81 kommer strax att bli klargjord. De tre kedjehjulens funktion är bättre illustre- rade på figur 2 A-C, vilka är schematiska figurer visade uppifrån.

I figur 2 A är kedjehjulen 68, 71 och 79 angivna som cirklar och kedjan 76 som en rem. För enkelhetens skull har kvartscirkeln 86 satts lika lång som sträckan 89. På kedjan 76 är ett referensmärke 91 markerat. Referenspilar 92 A-C är markerade på de tre kejdehjulen. Symbolen 94 vill visa att första kedjehjulet 68 ej roterar. Axlarna 99 A-C förenar de tre kedjehjulens centra. Dessa axlar 99 A-C bildar en triangel som har ett konstant vinkelförhållande till apparaten 15. _ Eftersom det motordrivna kedjehjulet 71 roterar som visas av pilen 101, så drar kedjan de andra och tredje kedjehjulen 71 och 79 runt det första kedje- hjulet 68 så att det andra och tredje kedjehjulet rör sig i en cirkulär bana 103 och successivt intar positionerna som visas i figur 2 A-C. Detta gör att appa- raten 15 roterar så som visas av pilarna 102 i figur 1. Om första och tredje 458 396 kedjehjulet i figur 2 A-C har samma diameter, så kommer vinkeln 104 att vara lika med vinkeln 106 genom hela rotationsförloppet. Eftersom vinkeln 104 också är potentiometerns vridaxelvinkel 83 i figur 1, och eftersom vinkeln 104 anger apparatens 15 relativa position i förhållande till det första kedjehjulet 68, så kommer likheten mellan vinklarna 104 och 106 att medföra att man kan härleda apparatens 15 läge i förhållande till knoppen 7 C i figur 1 från potentiometerns 81 utspänning. Detta förklaras vidare md hänvisningar till figur 3.

I figur 3 visas potentionmetern 81 , som har ett uttag 107 (överensstämman- de med läget av pilen 92 B i figur 2 A), som vrids i ett krökt motstånd 109 och som strömförsörjs genom ett likströmsaggregat 110, belägen på de tre kedjehjulen 68, 71 och 79- En geometrisk analys visar att, eftersom det första kedjehjulet 68 ej roterar, så har uttaget 107 samma vinkelrelation, visad av vinkeln 104, i förhållande till axeln 99 A som referenspilen 92 A på det första kedjehjulet 68 1 figur 2 A- Vinkeln 104 A är alltså lika med vinkeln 106 under vridning. Efter- som vinkeln 104 A ändras under vridning, så kommer potentiometerns 81 utspän- ning Vp att ändras och denna spänning Vp utvisar båda vinklarna 104 A och 106.

Potentiometerns 81 utspänning utvisar alltså vridningsläget hos apparaten 15 i figur l i förhållande till den låsta staven 21 och sålunda även till knoppen 7 C.

Vp jämförs medelst två komparatorer 107 A och 109 A i figur 3 med två förutbestämda spänningar V1 och V2 som uttages från två variabla motstånd 112 och 115. Komparatorernas 107 A och 109 A utgångar är anslutna till kretser visade som block 119 och 121. Kretsarna i dessa block 119 och 121 reagerar på komparatorerna 107 A och 109 A genom att bringa motorn 73 i figur 1 att gå åt motsatt håll så fort den varierande spänningen Vp i figur 3 när värdet av an- tingen V1 eller V2. På så vis utgör V1 och V2 gränser mellan vilka potentiome- terns 81 spänning Vp är begränsad. Detta begränsar vridningen av motorn 73 i figur 1 mellan vinkelpositioner som motsvarar dessa spänningar. Spänningarna V1 vridningsläget av en cirkelbåge utefter Således får man en vindrutetorkarlik avsök- ning med virvelströmssonden 56 i figur-1 mellan de två gränser som är uppsatta med hjälp av de två variabla motstånden 112 och 115 i figur 3. och V2 definierar sålunda längden och vilken sonden avsöker knoppen 7 C.

Företrädesvis låter motorn 73 i figur 1 virvelströmssonden 56 avsöka med en konstant hastighet, eftersom det är känt att detta underlättar analys äv signalerna från virvelströmssonden 56. Före avsökning måste emellertid virvel- strömssonden 56 placeras så att änden 121 av sonden 56 befinner sig ungefär 0,05 mm (ca 2/1000") ovanför ytan som avsökas. Vikten av denna-placering kommer nu att diskuteras. ß __ , _ , _ V __ _ . _ r ..~«.. .. .V-';.=~,1:..-.._-.->;-.... ,_«_,»..,---;f.:,. 41--, _ 458 396 Som visas i figur 4 A avsöker en virvelströmssond 56 en yta 123 och närmar sig ett utsprång eller en ytojämnhet 127, som kan vara en svetssöm eller en formdelningslinje efter elektrokemisk bearbetning. Den elektromagnetiska energin som sonden 56 utsänder är illustrerad med den streckade loben 130, vilken är en mycket schematisk polärskiss av den utstrâlade energifördelningen. Som är väl känt, så reagerar sonden 56 på ändringar av det aktuella materialets elektromag- netiska egenskaper inuti loben 130.

När sonden 56 når ojämnheten 127, om sonden 56 följer konturen av ojämnhe- ten 127 (dvs om sonden rör sig 1 pilens 133 riktning), så kommer materialets elektromagnetiska egenskaper inom loben 130 att drastiskt ändras- Innan sonden 56 når ojämnheten 127, så är områdena 134 A hos loben i figur 4 A alltså upptag- na av materialytan 123. När den når ojämnheten 127 kommer områdena 134 A hos loben 130 att upptas av det omgivande dielektriska mediumet (dvs luft) som visas i figur 4 B. På så vis, fast inte nödvändigtvis visat exakt skalenligt i figur 4 B, blir den procentuella ändringen av det omgivande dielektriska mediet i loben 130 vid mötet med oregelbundenheten 127 relativt stor (jämförd med ändringen som snart skall diskuteras) och sålunda är ändringen i induktans hos sonden 56 orsakad av ytojämnheten 127 likaledes stor.

Om sonden emellertid placeras på ett bestämt avstånd (sträckan 128), t ex 0,05 mm (två tusendelar av en tum), från ytan 123 under avsökning såsom visas i figur 4 C (dvs sonden 56 har ett avstånd på 0,05 mm) så kommer ändringen i induktans orsakad av ojämnheten 127 att reduceras. En förklaring till detta är att den proportionella ändringen i mängden omgivande dielektriskt medium (näm- ligen mängden i det skuggade området 135) som byts ut mot ojämnheten 127 är en relativt liten del av det totala dielektriska mediet i loben 130. Ändringen av dielektriskt medium angivet som skuggar område 138 1 figur 4 B är alltså större än ändringen angiven som skuggar område 135 i figur 4 C. Sålunda är ojämnhetens 127 inverkan på virvelströmssondens 56 induktans minskad. Följaktligen döljer en ytojämnhet 127 inte så mycket en induktanssignal alstrad av en spricka såsom 140 i figur 4 C, som befinner sig under ytojämnheten 127. På så sätt har ytojämn- heters effekt på signaler producerade av virvelströmssonden 56 minskats.

I figur 4 B visas sonden 56 i kontakt med ojämnheten 127. Sonden kan emel- lertid, som nämndes i "Bakgrund till uppfinningen", oavsiktligt studsa bort från materialytan 123 genom sammanstötning med ojämnheten 127 eller avsiktligt_höjas för att undvika ojämnheten 127. I sådana fall kommer sonden 56 troligen inte att vara i kontakt med ojämnheten 127, såsom visas i figur 4 B, utan vara placerad en bit ifrån ojämnheten 127. 458 396 Troligtvis kommer inte heller placeringen av sonden 56 på ett förutbestämt avstånd av 0,05 m att resultera i kontakt mellan sonden 56 och ojämnheten 127 såsom visas 1 figur 4 C. Figur 4 C visar kontakt endast för enkelhetens skull- Naturligtvis är det förutbestämda avståndet 128 ej bibehåller 1 närheten av ojämnheten 127 såsom visas i figur 4 C: avståndet 128 minskar. Följaktligen är den förutbestämda sträckan 128 inte absolut avståndet mellan sonden 56 och ytan 123, utan är liksom sträckan 129 avståndet mellan sonden och en förutbestämd referenslinje såsom den streckade linjen 129 A. Avståndet 129 ändras ej i när- heten av ojämnheten 127.

Vidare har man funnit att en signal alstrad av en spricka 145 belägen i r eller på ytan av ojämnheten 127 själv är mindre dold vid avsökning med sonden 56 då avstånd används än utan. Man tror att en orsak till detta är att, medan sond- induktansen ändras, såsom beskrivits i anslutning till figur 4 A-C, materialet i ojämnheten 127 fortfarande ger en någorlunda regelbunden virvelströmsbana.

Sprickan 145 tjänar emellertid till att bryta regelbundenheten och alstra vir- velströmssignaler.

En uppfinning har beskrivits i vilken en virvelströmssond 56 kan placeras på ett förutbestämt sätt i förhållande till en första referens, nämligen vrid- axeln 31 i figur l.

Detta uppnås genom den kombinerade placeringen av aonden längs med axeln 63, genom att reglera vinkeln 53, och genom reglering av sonden 56 i radialriktningen längs med pilarna 36. En motor 73 vrider sonden 56 kring vridaxeln 31 mellan valda gränser för att sonden 56 skall avsöka ytan av ett föremål på ett vindrutetorkarlikt sätt. Uppfinningen medger höjning av sonden 56 ovanför ytan på ett bestämt avstånd under avsökning för att undvika ytojämnhe~ ter. Ett avståndskännetecken åstadkomms alltså för att minska den maskerings- effekt ytojämnheter har på sprickor.

I beskrivningen ovan har det varit under- förstått att axeln 63 ligger i samma plan som vridaxeln 31. Detta är emellertid ej nödvändigt och andra relationer mellan sondaxeln 63 och vridaxeln 31 kan användas 1 olika situationer.

Sett ur en annan synvinkel är apparaten 15 lagrad runt den låsta staven 21 som utgör ett stöd som används av apparaten 15 för att föra virvelströmssonden 56 längs en cirkelbåge som följer ytan på knoppen 7 C. Sonden 56 kan närmas eller dras ifrån knoppen 7 C på godtyckliga avstånd. Ett vridorgan utgörs av motorn 73. Ett styrorgan, som inkluderar kretsarna som alstrar spänninga rna V1 och V2 , styr motorn 73 så att sonden 56 svänges längs en förutbesämd båge, vilkens läge och längd bestäms av spänningarn Vl och V2.

Claims (2)

458 396 Patentkrav.

1. Apparat för att avsöka ytan av en bulthålsknopp på en gasturbinrotor, med användning av en virvelströmssond (56), k ä n n e t e c k n a d av att en stödanordning fästad på och vridbar kring knoppen (7 C) för att bära virvel- strömsonden (56) längs en förutbestämd båge, innefattar en stav (21) för in- föring i bulthålet för att åstadkomma ett rotationscentrum för stödanordningen, att en hållare (35) är anordnad att placera virvelströmssonden (56) allmänt i samma plan som staven (21) och i en godtycklig vinkel i förhållande till densam- ma, och innefattar organ inrättade att föra virvelströmssonden till kontakt med knoppytan och sedan dra tillbaka sonden till ett förutbestämt avstånd (128) från ytan 123, varvid en arm (39) är anordnad att placera hållaren på ett godtyckligt avstånd från staven (21), att en drivanordning är anordnad att vrida stödanord- ningen med en huvudsakligen konstant hastighet kring stavens (21) rotations- centrum, samt att en begränsningsanordning är anordnad att fastställa längden av bågen.

2. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att begränsningsanord- ningen innefattar organ för att alstra en lägessignal som indikerar den relativa vridningspositionen mellan virvelströmssonden (56) och knoppen (7 C), organ för att åstadkomma två gränssignaler som indikerar två bestämda punkter på nämnda båge, samt organ för att ta emot lägessignalen och gränssignalerna, och begränsa sondens rörelse längs med bågen så att lägessignalen förblir inom det område som bestäms av gränssignalerna.