CH698579B1 - Zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Prüfen eines Turbinenrades. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrades (12), das mit axialen Schlitzen (20) entlang seines Umfangs, die so ausgelegt sind, dass sie zu den Flügelelementen passen und diese am Umfang des Rades (12) befestigen, und mit einem ringförmigen Schlitz (18) ausgestattet ist, der die axialen Schlitze (20) schneidet. Das Verfahren verwendet eine oder mehr Wirbelstromsonden (14), die in dem ringförmigen Schlitz (18) eingesetzt sind, um den ringförmigen Schlitz (18) und mindestens einen axialen Schlitz (20) auf Risse in ihren Oberflächen zu prüfen. Die Sonde (14) ist Teil einer Sondenanordnung, die ein Montageelement (52) enthält, um mit mindestens einem ringförmigen und axialen Schlitz (18, 20) in Eingriff zu stehen. Die Sondenanordnung dient dazu, die Sonde (14) in einem feststehenden Abstand von den Oberflächen des ringförmigen Schlitzes (18) zu halten, während sich die Sonde (14) durch den ringförmigen Schlitz (18) bewegt.

Description

  Allgemeiner Stand der Technik

Gebiet der Erfindung

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein zerstörungsfreie Prüfverfahren. Genauer gesagt, betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Abtasten eines Turbinenrades mit einer Wirbelstromsonde, und insbesondere von Oberflächenbereichen von Schlitzen in dem Rad.

Beschreibung des Standes der Technik

  

[0002]    Verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP) werden zum zerstörungsfreien Prüfen von Gegenständen eingesetzt. Ein Beispiel dafür ist die Prüfung mit der Wirbelstromsonde an Bauelementen von Turbinen, die in den bereits erteilten Patentschriften Nr. US 4 706 020, US 6 426 622 und US 6 545 467 beschrieben werden, wobei sich diese Beschreibungen auf die Offenlegungen, die den Aufbau, den Betrieb und die Anwendung von Wirbelstromsonden betreffen, beziehen. Bauelemente von besonderem Interesse sind die Räder von Industrie-Gasturbinen, an denen die Turbinenschaufeln montiert sind.

   In Anbetracht der harten Betriebsbedingungen von Gasturbinen ist die strukturelle Unversehrtheit des Turbinenrades innerhalb seines Turbinenabschnitts von grosser Bedeutung im Hinblick auf die hohe mechanische Beanspruchung, der die Räder bei hohen Temperaturen dauerhaft standhalten müssen. Die Bereiche eines Rades, die die Schlitze ausbilden, in denen die Schaufeln befestigt werden, typischerweise in der Form sogenannter Keilschlitze, bilden bekanntermassen im Laufe der Zeit Risse aus, so dass das Rad in diesen Bereichen überwacht werden muss.

   Bei bestimmten Radkonstruktionen, etwa bei den Rädern der Stufen 1, 2 und 3 in der 7FA-Gasturbine von General Electric, wird das Kühlen der Schaufeln und des Radumfangs durch einen Kühlschlitz unterstützt, der in der Nähe des Radumfangs angeordnet ist und in den sich die Keilschlitze erstrecken. Über längere Zeiträume hinweg und unter den harten Betriebsbedingungen eines Rades können Risse an gemeinsamen Kanten entstehen, die dort ausgebildet sind, wo sich die Keilschlitze und der Kühlschlitz schneiden. Das Erfassen von Rissen bei Längen von gerade einmal 60 mils (etwa 1,5 mm) oder sogar weniger ist eine frühzeitige Erfassung wünschenswert, um einen katastrophalen Ausfall der Turbinenräder zu verhindern.

  

[0003]    Ein Turbinenrotor kann vollständig auseinandergenommen werden, um sich Zugang zu seinen Einzelrädern zu verschaffen, aber zur Reduzierung der Stillstandzeiten werden Prüfverfahren bevorzugt, die eingesetzt werden können, wenn nur eine begrenzte Demontage möglich ist, umdie Ausfallzeiten einer Gasturbine gering zu halten, die zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Da Schaufeln zur Prüfung in der Regel abgenommen werden, sollten die Keil- und Kühlschlitze eines Turbinenrades möglichst überprüft werden können, wenn nur die Schaufeln entfernt werden. Der Zugang zu dem Kühlschlitz ist jedoch sehr begrenzt, und jedes Prüfverfahren, das mit einer Wirbelstromsonde arbeitet, begegnet dem Problem, die Sonde in eine stabile Lage in die unmittelbare Nähe zu den zu prüfenden Flächen zu bringen.

Kurzdarstellung der Erfindung

  

[0004]    Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrades bereit, das entlang seines Umfangs mit axialen Schlitzen, die so ausgelegt sind, dass sie zu den Flügelelementen passen und diese am Umfang des Rades befestigen, und einem ringförmigen Schlitz ausgestattet ist, der die axialen Schlitze schneidet. Das Verfahren verwendet mindestens eine Wirbelstromsonde, die so dimensioniert und ausgelegt ist, dass sie in den ringförmigen Schlitz passt, um den ringförmigen Schlitz und die axialen Schlitze elektromagnetisch auf Risse in deren Oberflächen zu prüfen.

  

[0005]    Ein Prüfsystem zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens enthält allgemein eine Sondenanordnung, die mit einer Wirbelstromsonde ausgestattet ist, die so dimensioniert und ausgelegt ist, dass sie in dem ringförmigen Schlitz aufgenommen wird. Die Sondenanordnung enthält weiter ein Montageelement, das mit Mitteln zum Eingreifen mindestens eines ringförmigen oder axialen Schlitzes ausgestattet ist, um die Wirbelstromsonde in einem feststehenden Abstand zu den Flächen des ringförmigen Schlitzes zu halten, wenn die Wirbelstromsonde durch den ringförmigen Schlitz bewegt wird.

   Das Prüfsystem enthält weiter ein Mittel, mit dem sich die Wirbelstromsonde in einer umfänglichen Richtung des Turbinenrades durch den ringförmigen Schlitz bewegen kann, so dass die Wirbelstromsonde den ringförmigen Schlitz und mindestens einen der axialen Schlitze elektromechanisch prüfen kann. Das dieser Erfindung zugrundeliegende Verfahren enthält allgemein das Anordnen einer in der vorhergehend beschriebenen Weise ausgelegten Wirbelstromsonde in dem ringförmigen Schlitz. Nach dem Einsetzen wird die Wirbelstromsonde zum elektromagnetischen Prüfen des ringförmigen Schlitzes in einer umfänglichen Richtung des Turbinenrades durch den ringförmigen Schlitz bewegt.

  

[0006]    Die Wirbelstromsonde kann einzeln in den ringförmigen Schlitz eingesetzt werden, um eine Prüfung unmittelbar auf den Flächen des ringförmigen Schlitzes auszuführen, oder eine der Mehrfach-Wirbelstromsonden, die als durchgehende Einheit miteinander verbunden sind, die sich durch den ringförmigen Schlitz bewegt, um die Prüfungen auf den Flächen des ringförmigen Schlitzes auszuführen. In allen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung einen Prüfvorgang für Turbinenräder bereit, die mit Keilschlitzen ausgestattet sind, die einen ringförmigen Kühlschlitz schneiden, und insbesondere zum Prüfen der Flächen des Kühlschlitzes.

   Gemäss einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Wirbelstromsonde so dimensioniert und ausgelegt, dass sie durch einen der Keilschlitze in den Kühlschlitz eingesetzt werden kann, so dass das Prüfverfahren durch Herausnehmen der Schaufeln aus den Keilschlitzen ausgeführt werden kann, um Zugang zu dem Kühlschlitz zu gewinnen, ohne dass das Rad weiter auseinandergenommen werden muss.

  

[0007]    Andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden im Folgenden ausführlich beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  

[0008]    
<tb>Fig. 1<sep>ist eine perspektivische Ansicht einer Wirbelstromsondenanordnung gemäss einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung.


  <tb>Fig. 2 und 3<sep>sind zwei perspektivische Ansichten aus unterschiedlichen Winkeln der Sondenanordnung in Fig. 1, die in einem Kühlschlitz eines Turbinenrades zum Prüfen der Keilschlitze in der Nähe des Kühlschlitzes gemäss der ersten Ausführungsform dieser Erfindung angeordnet sind.


  <tb>Fig. 4<sep>ist eine axiale Ansicht des Turbinenrades, das eine Vorrichtung zum Bewegen der Sonde in Fig. 1durch den Kühlschlitz gemäss der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.


  <tb>Fig. 5 und 6<sep>sind Seitenansichten einer Wirbelstromsonde gemäss einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung.


  <tb>Fig. 7<sep>ist eine axiale Ansicht eines Abschnitts eines Turbinenrades, das die Sonde in Fig. 5und 6 zeigt, die in einem Kühlschlitz des Turbinenrades gemäss einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung angeordnet ist.


  <tb>Fig. 8<sep>ist eine perspektivische Ansicht einer Wirbelstromsondenanordnung gemäss einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung.


  <tb>Fig. 9<sep>ist eine Grundrissansicht eines Trägerblocks der Sondenanordnung in Fig. 8.


  <tb>Fig. 10<sep>ist eine axiale Ansicht eines Abschnitts eines Turbinenrades, die die Sondenanordnung in Fig. 8zeigt, die in einem Kühlschlitz des Turbinenrades gemäss der dritten Ausführungsform dieser Erfindung eingesetzt ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

  

[0009]    Fig. 1 zeigt eine Wirbelstromsondenanordnung 10, die so ausgelegt ist, dass sie eine zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) eines Turbinenrades 12 erlaubt, wie es in Fig. 2und 3 gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Sondenanordnung 10 umfasst eine Sonde 14, an der zwei biegsame Kabel 16 an gegenüberliegenden länglichen Enden der Sonde 14 befestigt sind. Die Kabel 16 müssen stark genug sein, um die Sonde 14 durch einen ringförmigen Kühlschlitz 18 ziehen zu können, der in einer axialen Fläche des Turbinenrades 12 ausgebildet ist, wie es in Fig. 2 und 3gezeigt ist.

   Hierfür kann jedes Kabel 16 aus einer einzelnen Drahtader, aus umflochtenen Drähten oder aus einem Elektrokabel gebildet sein, wobei Letztere zum elektrischen Verbinden der Sonde 14 mit einem geeigneten Gerät (nicht gezeigt) dient, das typischerweise eine elektrische Brücke (z.B. Wheatstone-Brücke) enthält. Der Kühlschlitz 18 erstreckt sich von sich radial einwärts erstreckenden Keilschlitzen 20 radial nach innen, die am Umfang des Rades 12 entlang in Abständen angeordnet sind, wie es bei Turbinenrädern von Industrie-Gasturbinen üblich ist. Bekannt ist auch, dass die Geometrie jedes Keilschlitzes 20 umrissene Flächen mit zugewandten Flügeln umfasst und dass die Symmetrieebene jedes Keilschlitzes 20 nicht parallel zur Achse des Rades 12 liegt, sondern um einen spitzen Winkel zur Radachse versetzt ist.

   Die in den Figuren gezeigte besondere Anordnung ist die des 7FA-stage-1-Rades von General Electric, wobei auch andere Radanordnungen im Rahmen dieser Erfindung sind. Die Keilschlitze 20 schneiden den Kühlschlitz 18 an ihren radial einwärts gerichteten äusseren Enden, so dass der Kühlstrom die Wärme durch den Kühlschlitz 18 von den Schaufeln (nicht gezeigt) wegführt, die in den Keilschlitzen 20 befestigt sind.

  

[0010]    Fig. 2 zeigt, dass jede auf die Kabel 16 in der umfänglichen Richtung durch den Kühlschlitz 18 aufgebrachte Spannung eine Kraftkomponente in einer radial einwärts gerichteten Richtung zu der Achse des Rades 12 erzeugt, die die Sonde 14 aus dem Schlitz 18 durch ihre radial nach innen gewandte Schlitzöffnung 22 herausdrückt. Entsprechend erfordert die Sondenanordnung 10 eine Struktur, mit der die Sonde 14 in dem Kühlschlitz 18 getragen werden kann. Fig. 2 zeigt, dass eine solche Struktur in der Form einer Platte 52 (von der ein begrenzter Abschnitt in Fig. 2gezeigt ist) ausgeführt sein kann, um mindestens einen ausreichenden Abschnitt der Schlitzöffnung 22 zum Tragen der Sonde 14 in dem Schlitz 18 zu schliessen.

   In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Platte 52 mit einer ringförmigen Form ausgestattet, die so dimensioniert ist, dass sie genau an einer Lippe 26 anliegt, die eine Hälfte der Schlitzöffnung 22 und eine axial nach aussen gerichtete Wand 28 des Kühlschlitzes 18 definiert. Verschiedene Werkstoffe sind für die Platte 52 verwendbar, etwa Edelstahl mit einer Stärke von ca. 127 bis 245 [micro]m (etwa 0,005 bis 0,010 Zoll).

  

[0011]    Fig. 1 und 2 zeigen, dass die Kabel 16 an den Enden der Sonde 14 mit Stiften 34 befestigbar sind, die zwischen an den Enden der Sonde 14 definierten Kauschen angeordnet sind. Zusätzlich zum Ziehen der Sonde 14 durch den Kühlschlitz 18 dienen die entgegengesetzten Spannungen, die durch die Kabel 16 auf die Sonde 14 aufgebracht werden, dazu, die Sonde 14 in dem Kühlschlitz 18 zu stabilisieren und zu halten. Zur Erhöhung der Stabilität ist die Sonde 14 relativ zu dem Kühlschlitz 18 vorzugsweise so dimensioniert, dass die Seitenwände 28 und 30 des Kühlschlitzes 18 die Ausrichtung der Sonde 14 in dem Schlitz 18 halten, während die Platte 52 die Sonde 14 relativ zur radial nach aussen gerichteten Wand 32 des Schlitzes 18 anordnet.

   Auf diese Weise begünstigen die Spannung der Kabel 16 und der passgenaue Sitz zwischen der Sonde 14 und dem Kühlschlitz 18 die gesteuerte Bewegung der Sonde 14, wenn sie mit den Kabeln 18 beim Abtasten bewegt wird.

  

[0012]    Der Körper 36 der Sonde 14 kann aus Hartkunststoff oder Metall ausgebildet sein, wobei Werkstoffe vorgezogen werden, die die Wände 28, 30 und 32 des Kühlschlitzes 18 nicht verkratzen oder beschädigen. Geeignete Grössen für die Sonde 14 hängen teilweise von den Querschnitten und dem Radius der Biegung des Schlitzes 18 ab. Bei einem 7FA-stage-1-Rad von General Electric beträgt die geeignete Länge für die Sonde 14 etwa 1,1 cm. Der Sondenkörper 36 enthält Hohlräume 38, die Prüfspulen (nicht gezeigt) einer beliebigen Art enthalten, die für Wirbelstromprüfungen geeignet sind, etwa ferritgeschirmte Sondenspulen von Stavely NDT Technologies, und mit Spulendurchmessern von ca. 2,8 mm (ca. 0,110 Zoll) ausgestattet sind. Wie vorhergehend beschrieben, kann die elektrische Verbindung zu den Prüfspulen durch ein oder beide Kabel 16 hergestellt werden.

   In dem in Fig. 1gezeigten Aufbau sind die Prüfspulen in einer versetzten zweidimensionalen Reihe angeordnet. Die Prüfspulen können auf eine beliebige Weise betrieben werden, etwa gleichzeitig gepulst oder im Multiplexbetrieb zum Simulieren der Bewegung in der umfänglichen Richtung durch den Kühlschlitz 18. Durch geeignetes Ausrichten der Prüfspulen in dem Sondenkörper 36 kann die Sonde 14 verwendet werden, um alle drei Wände 28, 30 und 32 des Kühlschlitzes 18 zu erfassen, wie es in Fig. 3 gezeigt wird. Die Ausführungsform in Fig. 1bis 4 verwendet vorzugsweise Referenzspulen, die vorzugsweise in der Sonde 14 angeordnet sind, wobei Referenzspulen natürlich auch extern in einem Verteilerkasten (nicht gezeigt) angeordnet sein können.

  

[0013]    Da das elektrische Ausgangssignal einer Wirbelstromsonde durch Halten von Kontakt zwischen der Sonde und der abgetasteten Fläche maximiert wird (wodurch das Abnahme-Rauschen minimiert wird), wird die Sonde 14 vorzugsweise in Kontakt mit der nach aussen gerichteten Wand 32 des Kühlschlitzes 18 gedrückt. Ein anderer Vorteil des Haltens von Kontakt zwischen der Sonde 14 und der nach aussen gerichteten Wand 32 ist die erhöhte Stabilität der Sonde 14, wodurch das Taumel-Rauschen in dem Ausgangssignal der Sonde 14 reduziert wird. Zum Halten des Kontaktes zeigt die Fig. 1die Sonde 14 mit einem Paar Stifte 40, die von dem Sondenkörper 36 mit Federn (nicht gezeigt) oder anderen Spannvorrichtungen nach aussen gedrückt werden.

   Die Stifte 40 sind zur Platte 52 gewandt gezeigt, so dass es zwischen den Stiften 40 und einer Fläche 54 zu einem Gleitkontakt kommt, wobei die Platte 52 zum Kühlschlitz 18 weisend ist. Zum Minimieren der Reibung zwischen den Stiften 40 und der Plattenfläche 54 können die Stifte 40 aus Silikon oder einem Verbund ausgebildet sein, der Graphit in einem Duroplast enthält, obwohl viele andere Werkstoffe für die Stifte verwendet werden können. Die Oberfläche 42 des Sondenkörpers 36 gegenüber den Stiften 40 wird mit der nach aussen gerichteten Wand 32 des Kühlschlitzes 18 in einen Flächen-Flächen-Kontakt gedrückt. Dafür hat die Kontaktfläche 42 vorzugsweise einen Biegungsradius, der etwa gleich dem der Schlitzaussenwand 32 ist.

  

[0014]    In der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform können die Kabel 16 verwendet werden, um eine oder mehr Sonden 14 durch den ganzen Umfang des Kühlschlitzes 18 zu ziehen. Zum Beispiel kann die Sonde 14 an einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) mit den Kabeln 16 angeschlossen werden, die durch zwei verschiedene Keilschlitze 20 mit Träger- und Montageblöcken 56 und 58 geführt werden können, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Der Montageblock 58 trägt eine Welle 60, die sich durch den Trägerblock 56 erstreckt und mit einer Riemenscheibe 62 endet, deren Position in dem Kühlschlitz 18 mit der Welle 60 verstellt werden kann, um zur gewünschten radialen Position der Sonde 14 zu kommen. Ein Sondenkabel 16 dient zum Ziehen der Sonde 14, während die andere dazu dient, die Spannung der Kabel 16 durch einen zweiten Motor zu halten, gegen den der Antriebsmotor arbeitet.

   Durch ein elektronisches Steuersystem, das in Bewegungssteuersystemen bekannt ist, z.B. von der Compumotor Division of Parker Hannifin, Inc., werden die Spannung in den Kabeln 16 und die Geschwindigkeit der Sonde 14 durch den Kühlschlitz 18 genau gesteuert. Durch Überwachen der Positionen der Kabel 16 kann die Anordnung der Sonde 14 in dem Kühlschlitz 18 gemessen, aufgezeichnet und überwacht werden, so dass jeder erfasste Riss einer Position in dem Kühlschlitz 18 zugeordnet werden kann. Hierfür kann ein Computersystem (nicht gezeigt) verwendet werden, um die Bewegung der Sonde 14 fernzusteuern und die Position und die Wirbelstromsignale von der Sonde 14 aufzuzeichnen. Ein bevorzugtes System enthält eine Auswertungs-Software zum Steuern, Bedienen und Auswerten der Wirbelstromdaten sowie geeignete Anzeigegeräte.

   Der Betrieb der Sonde kann einzeln oder gebündelt (multiplexed) für den Reihenbetrieb oder einen Teil dieser Anordnungen erfolgen. Mehrkanal-Parallelbetrieb ist auch möglich. Eine Einzelsonde 14 oder mehrere miteinander verbundene Sonden 14 können für die vollständige Fernsteuerung ausgelegt werden, indem ein Akkumulator, ein motorbetriebenes Friktionsgetriebe, Wirbelstromsprüfspulen, Wirbelstromreferenzspulen, Messgeräte und Onboard-Steuerungen und eine drahtlose Schnittstelle für die Verbindung zu einer Fernsteuerung eingebaut werden.

  

[0015]    In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 5, 6und 7gezeigt wird, ist eine Sondenanordnung 110 bereitgestellt, die keine Platte 52 erforderlich macht und auch auf die Kabel 16 in der ersten Ausführungsform verzichten kann, während ein Prüfverfahren durchführbar ist, das ferngesteuert werden kann. Anstelle der Kabel verwendet die Sondenanordnung 110 mehrere drehbar verbundene Sondensegmente 114, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, von denen eins in Fig. 5und 6 gezeigt ist. Ähnlich der Sonde 14 in den Fig. 1 bis 3ist die äussere Fläche 142 jedes Segmentes 114 passend zur Biegung des Kühlschlitzes 18 gebogen. Ebenfalls ähnlich sind die Sondensegmente 114 mit Prüfspulen (nicht gezeigt) ausgestattet, die in einer Vertiefung 138 in einer Seitenwand des Segmentes 114 enthalten sind.

   Wie in der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform verwendet die zweite Ausführungsform vorzugsweise Referenzspulen, die in der Sonde 114 oder ausserhalb angeordnet sein können. Ein Paar Kissen 140 steht aus der gegenüberstehenden Seitenwand jedes Segmentes 114 vor, um die axiale Ausrichtung der Segmente 114 in dem Kühlschlitz 18 zu unterstützen.

  

[0016]    Länge, Breite und Form jedes Sondensegmentes 114 sind so gewählt, dass die Segmente 114 durch den Schaufelkeilschlitz 20 in den Kühlschlitz 18 eingesetzt werden können. Nebeneinanderliegende Sondensegmente 115 können mit ihren Enden durch Stifte oder Clips 134 verbunden werden. Eine beliebige Anzahl Sondensegmente 114 kann auf diese Weise miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann eine ausreichende Anzahl Sondensegmente 114 so angeordnet werden, dass sie 360 Grad des Kühlschlitzes 18 vollständig umfassen. In einer Sondenanordnung 110, die aus mehreren Sondensegmenten 114 hergestellt sind, können Prüfspulen von einigen Segmenten 114 weggelassen werden, so dass diese inaktiven Segmente 114 nur zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Anordnung 110 dienen.

   Im Rahmen der Erfindung können alle Segmente 114 mit Prüfspulen ausgestattet werden und so als aktive Wirbelstromsonden arbeiten. Die miteinander verbundenen Segmente 114 können durch einen der Keilschlitze 20 in den Kühlschlitz 18 eingesetzt werden. Das erste Segment 114 kann mit einer gängigen dreiarmigen biegsamen Zange gefasst werden, die durch einen benachbarten Keilschlitz 20 eingesetzt wird, um die Sondenanordnung 110 durch den Kühlschlitz 18 zu ziehen. Ein biegsames Kabel (nicht gezeigt) kann ebenfalls an der Sondenanordnung 10 befestigt werden, um die Positionierung der Anordnung 110 in dem Kühlschlitz 18 zu unterstützen. Das Kabel kann auch als Leitung für die elektrische Verbindung der Anordnung 110 für geeignete Messgeräte (nicht gezeigt) dienen.

  

[0017]    Um jedes Sondensegment 114 mit der Aussenwand 32 des Kühlschlitzes 18 in Kontakt zu halten, wird eine radial nach aussen wirkende mechanische Kraft mit einer Trägerwelle 144 auf die Sondensegmente 114 aufgebracht. Ein Lagerträger 156 ist an dem unteren Ende der Welle 144 montiert gezeigt und so ausgerichtet, dass er sich unter den Teil des Sondensegmentes 114 erstreckt, der in den Keilschlitz 20 reicht. Der Raum zwischen den Kissen 140 des Sondensegmentes 114 stellt eine Lücke bereit, durch die die Welle 144 zu der radial einwärts zeigenden Fläche des Segmentes 114 hindurchreichen kann. Die Welle 144 wird radial nach aussen gerichtet durch die Verbindung aus einer Feder 148 und einer Mutter 150 gehalten, die auf die Welle 144 geschraubt ist.

   Die Feder 148 wird gegen einen Trägerblock 152 gedrückt, dessen geformtes Profil 154 mindestens einem Abschnitt der Keilschlitzgeometrie 24 entspricht, so dass der Trägerblock 152 axial in den Keilschlitz 20 eingesetzt werden kann, wie wenn eine Schaufel in den Keilschlitz 20 eingesetzt würde. Die federbeaufschlagte Welle 144 und der Trägerblock 152 stellen sicher, dass das Sondensegment 114 mit der nach aussen gerichteten Wand 32 des Schlitzes 18 in Kontakt bleibt, während der Träger 156 das Sondensegment 114 so trägt, dass sich das Segment 114 in der umfänglichen Richtung des Schlitzes 18 bewegen kann. Durch das Beaufschlagen der Welle 144 mit der Feder sind die Hände der Bedienungsperson frei, so dass sie die Sondenanordnung 110 durch den Kühlschlitz 18 abtasten kann, während sie die Messgeräte für die Wirbelstromsondenanlage 110 bedient.

  

[0018]    Das vorher Beschriebene zeigt, dass die Ausführungsform der Fig. 5 bis 7 so bedient werden kann, dass ein Bereich des Kühlschlitzes 18 in der unmittelbaren Nachbarschaft des Keilschlitzes 20, von dem die Sondenanordnung 110 getragen wird, abgetastet wird. Anstelle eines Lagers, das an der Welle 144 befestigt ist, können Lager an dem Sondensegment 114 bereitgestellt sein, um eine Gleitreibung zwischen dem Sondensegment 114, dem Träger 156 und der zu prüfenden Fläche zu verringern. Eine motorbetriebene Fernsteuerung des Abtastvorgangs kann im Wesentlichen durch den für die Ausführungsform in Fig. 1bis 4 beschriebenen Ansatz erhalten werden.

  

[0019]    Alternativ zu der federbeaufschlagten Welle 144 der vorhergehenden Ausführungsform, kann/können ein oder mehr Segmente 114 mit einer Feder oder einem anderen Vorspannelement (nicht gezeigt) ausgestattet sein, um eine umfängliche Vorspannung aufzubringen, so dass eine Mehrsegmentesondenanordnung 110 zusammengestellt werden kann, um einen vollständigen Ring auszubilden, in dem die von dem einen oder den mehreren Segmenten 114 erzeugte umfängliche Vorspannung die ganze Anordnung 110 dazu bringt, sich radial nach aussen mit der nach aussen gerichteten Fläche 32 des Kühlschlitzes 18 in Kontakt auszudehnen. Alternativ kann ein Linearbetätigungsteil anstelle des oder der Segmente 114 verwendet werden.

   Da sich die Welle 144 unter das Probensegment 114 durch einen zwischen dem Segment 114 und einer der Wände des Kühlschlitzes 18 durch die Kissen 140 auf dem Segment 114 (Fig. 7) erzeugten Zwischenraum erstreckt, verhindern die Kissen 140 eine vollständige umfängliche Bewegung einer aus mehr Segmenten bestehenden Sondenanlage 110, die als vollständiger Ring ausgebildet ist. Dadurch werden die Kissen 140 beim Abtasten des Kühlschlitzes 18 nach Bedarf oder vollständig entfernt. Eine andere Alternative ist, die Kissen durch ein Drehkreuzzahnrad (nicht gezeigt) zu ersetzen, das eine Stützung bewirkt und durch das die Welle 144 hinter das Zahnrad geschoben werden kann.

  

[0020]    Fig. 8, 9 und 10zeigen eine einfachere Sondenanordnung 210, mit der der Kühlschlitz 18 und die direkt umgebenden Flächenbereiche eines Keilschlitzes 20, in dem die Sondenanordnung 210 angeordnet ist, geprüft werden können. Die Sondenanordnung 210 enthält eine Sonde 214, die an einem Ende einer Welle 244 befestigt ist. Prüfspulen sind in den Hohlräumen 238 enthalten, die in der Sonde 214 ausgebildet sind, und an einem Verbindungsblock 240 angeschlossen, der an dem gegenüberliegenden Ende der Welle 244 angeordnet ist.

   Ein Verstellring 242 ist auf die Welle 244 geschraubt, so dass die Position der Sonde 214 radial relativ zum Keilschlitz 20 verstellt werden kann, in dem die Anordnung 210 von einem Trägerblock 252 gehalten wird. Ähnlich dem Trägerblock 152 der zweiten Ausführungsform, ist der Trägerblock 252 mit einem Profil 254 ausgestattet, das einen Abschnitt der Keilschlitzgeometrie 24 ergänzt, so dass der Trägerblock 252 axial in den Keilschlitz 20 eingesetzt werden kann. Fig. 9, in der der Trägerblock 252 von der übrigen Sondenanordnung 210 getrennt gezeigt ist, zeigt deutlicher, dass der Trägerblock 252 durch Schieben der Welle 244 durch einen Schlitz 234, der an einem Ende des Trägerblocks 252 definiert ist, angebracht wird.

   Der Schlitz 234 ist in der Richtung parallel zur Welle 244 gesehen mit einem allgemeinen t-förmigen Profil ausgestattet, so dass die Welle 244 nach dem Einsetzen in dem Schlitz 234 in einem Quer-Nockenabschnitt 256 des Schlitzes 234 beweglich ist. Fig. 10zeigt, dass der Trägerblock 252 die ganze Sondenanordnung 210 festhält und den Positionsbezug herstellt, wenn die Position der Sonde 214 relativ zu den Kühl- und Keilschlitzen 18 und 20 geprüft wird.

  

[0021]    Ein Gleitblock 236 ist zwischen dem Verstellring 242 und dem Trägerblock 252 angeordnet und an dem Trägerblock 252 mit dem Ring 242 befestigt. Der Gleitblock 236 liegt gegen eine Schulter 258 an der oberen Fläche des Trägerblocks 252 an. Die Schulter 258 ist in demselben Winkel zur axialen Richtung angeordnet wie der Nockenabschnitt 256 des Schlitzes 234, so dass die Gleitbewegung des Gleitblocks 236 und der Welle 244 in derselben Richtung erfolgen. Diese Bewegung des Gleitblocks 236 und der Welle 244 erlaubt das begrenzte bidirektionale Abtasten der Sonde 214 durch den Kühlschlitz 18. Die Winkelverschiebung des Nockenabschnitts 256 und der Schulter 258 soll den Winkel der Keilschlitze 20 relativ zu der Achse des Rades 12 aufnehmen. Bei dem 7FA-stage-1-Rad von General Electric beträgt dieser Winkel etwa 74,5 Grad zur Radachse.

  

[0022]    Fig. 8 und 10 zeigen, dass der oberste Hohlraum 238, der eine Prüfspule enthält, in einem Winkel von etwa fünfundvierzig Grad relativ zu den anderen Hohlräumen 238 angeordnet ist, so dass seine Prüfspule die Kehle des Kühlschlitzes, die der radialen Ebene des Rades 12 am nächsten ist, prüfen kann. Der Verbindungsblock 240 ist mit einer abgestuften Reihe von Hohlräumen 246 ausgestattet, in der die Referenzspulen für das Wirbelstromsystem angeordnet werden können. Die Referenzspulen werden vorzugsweise als eine Reihe von Wirbelstromsensoren betrieben, was für ein Differential-Sondensystem üblich ist.

   Eine andere Möglichkeit ist, die Referenzspulen in der Nähe des Messgeräteendes des Elektrokabelbündels (nicht gezeigt) der Sondenanordnung 210 anzuordnen, was den Vorteil hat, dass das Kabelbündel an seinem Befestigungspunkt an der Sondenanordnung 210 kleiner wird. Nach dem Montieren der Referenzspulen in ihren gewünschten Orten kann die Leistung der Reihe Referenzspulen durch Abdecken der Spulen mit einer Platte aus derselben Legierung, aus der das Rad 12 ausgebildet ist, verstellt werden. Idealerweise sind die Referenzspulen in ihre Hohlräume 258 zurückgezogen, so dass sie von der Platte um einen Abstand entfernt sind, der dem mittleren Zwischenraum entspricht, der zwischen den Prüfspulen der Sonde 214 und der Oberfläche 28, 30 und 32 entsteht, die sie abtasten.

  

[0023]    Die Erfindung wurde hier anhand besonderer Ausführungsformen beschrieben, aber auch andere Formen sind vom Durchschnittsfachmann durchführbar. Beispielsweise können die physikalischen Anordnungen der Sondenanordnungen 10, 110 und 210 und des zu prüfenden Rades 12 anders als gezeigt ausgeführt sein.

Titel: Zerstörungsfreies Prüfverfahren und System dafür

  

[0024]    
<tb>10<sep>Anordnung


  <tb>12<sep>Rad


  <tb>14<sep>Sonde


  <tb>16<sep>Kabel


  <tb>18<sep>Schlitz


  <tb>20<sep>Schlitz


  <tb>22<sep>Öffnung


  <tb>24<sep>Keilschlitzgeometrie


  <tb>26<sep>Lippe


  <tb>28<sep>Wand


  <tb>30<sep>Wand


  <tb>32<sep>Wand


  <tb>34<sep>Stifte


  <tb>36<sep>Körper


  <tb>38<sep>Hohlräume


  <tb>40<sep>Stifte


  <tb>42<sep>Fläche


  <tb>52<sep>Platte


  <tb>54<sep>Fläche


  <tb>56<sep>Blöcke


  <tb>58<sep>Blöcke


  <tb>60<sep>Welle


  <tb>62<sep>Riemenscheibe


  <tb>110<sep>Anordnung


  <tb>114<sep>Segmente


  <tb>134<sep>Klammern


  <tb>138<sep>Vertiefung


  <tb>140<sep>Kissen


  <tb>142<sep>Fläche


  <tb>144<sep>Welle


  <tb>148<sep>Feder


  <tb>150<sep>Mutter


  <tb>152<sep>Block


  <tb>154<sep>Profil


  <tb>156<sep>Träger


  <tb>210<sep>Anordnung


  <tb>214<sep>Sonde


  <tb>234<sep>Schlitz


  <tb>236<sep>Block


  <tb>238<sep>Hohlräume


  <tb>240<sep>Block


  <tb>242<sep>Ring


  <tb>244<sep>Welle


  <tb>246<sep>Hohlräume


  <tb>252<sep>Block


  <tb>254<sep>Profil


  <tb>256<sep>Abschnitt


  <tb>258<sep>Schulter

  

[0025]

Claims (8)

1. Verfahren zum Prüfen eines Turbinenrades (12), das entlang seines Umfangs mit axialen Schlitzen (20) und einem ringförmigen Schlitz (18) ausgestattet ist, der die axialen Schlitze (20) schneidet, wobei die axialen Schlitze (20) mit einer Geometrie (24) ausgestattet sind, die so ausgelegt ist, dass sie zu den Flügelelementen passen und diese am Umfang des Rades (12) befestigen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Anordnen einer Wirbelstromsonde (14, 114, 214) einer Sondenanordnung (10, 110, 210) in dem ringförmigen Schlitz (18), wobei die Sondenanordnung (10, 110, 210) ein Montageelement (52, 152, 252) umfasst, an dem die Wirbelstromsonde (14, 114, 214) angeordnet ist, wobei das Montageelement Eingreifmittel (54, 154, 254) umfasst, um mit mindestens einem der ringförmigen und axialen Schlitze (20) in Eingriff zu stehen, um die Wirbelstromsonde (14, 114, 214) in einem feststehenden Abstand von den Flächen (28, 30, 32) des ringförmigen Schlitzes (18) zu halten, wenn die Wirbelstromsonde (4, 114, 215) durch den ringförmigen Schlitz (18) bewegt wird, und

Bewegen der Wirbelstromsonde (14, 114, 214) durch den ringförmigen Schlitz (18) in einer umfänglichen Richtung zum Turbinenrad (12) und elektromagnetisches Prüfen des ringförmigen Schlitzes (18) und mindestens eines der axialen Schlitze (20) auf Risse in ihren Oberflächen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromsonde (14, 114, 214) durch den ringförmigen Schlitz (18) anhand von ersten und zweiten biegsamen Kabeln (16) bewegt wird, die sich durch den ringförmigen Schlitz (18) erstrecken und an gegenüberliegenden Enden der Wirbelstromsonde (14, 114, 214) befestigt sind, und dass dieser Schritt das Ziehen der Wirbelstromsonde (14, 114, 214) durch den ringförmigen Schlitz (18) mit dem ersten biegsamen Kabel (16) umfasst, während das zweite biegsame Kabel (16) stramm gehalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Schlitz (18) mit einer ringförmigen Öffnung (22) ausgestattet ist, und das Montageelement (52, 152, 252) ein ringförmiges Element (52) umfasst, wobei das Verfahren weiter einen Schritt umfasst, in dem das ringförmige Element (52) an das Turbinenrad (12) montiert wird, um die ringförmige Öffnung (22) mit seiner Fläche (54) zu schliessen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das weiter den Schritt umfasst, in dem die Wirbelstromsonde (14, 114, 214) von dem ringförmigen Element (52) weg und zu der gegenüberliegend angeordneten Fläche (32) des ringförmigen Schlitzes (18) gedrückt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromsonde (114) eine von mehreren Wirbelstromsonden (114) ist, die miteinander verbunden sind, und jede dieser Wirbelstromsonden (114) während des Schritts des Bewegens der Wirbelstromsonde (14, 114, 214) durch den ringförmigen Schlitz (18) bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wirbelstromsonden (114) miteinander verbunden sind, um eine durchgehende ringförmige Reihe von Wirbelstromsonden (114) zu bilden, die sich über die gesamte umfängliche Länge des ringförmigen Schlitzes (18) erstreckt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Eingreifmittel (54, 154, 254) des Montageelementes (52, 152, 252) ein Profil (154, 254) des Montageelementes (152, 252) darstellt, das so ausgelegt ist, dass es mit der Geometrie (24) eines beliebigen axialen Schlitzes (20) in Eingriff steht, das Anordnen das axiale Einsetzen des Montageelementes (152, 252) in einen der axialen Schlitze (20) umfasst, um das Profil (154, 254) des Montageelementes (152, 252) mit der Geometrie (24) des einen axialen Schlitzes in Eingriff zu bringen, wobei das Verfahren weiter die Wirbelstromsonde (114, 214) zum Montageelement (52, 152, 252) hin drückt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromsonde (14, 114, 214) durch einen der axialen Schlitze (20) in den ringförmigen Schlitz (18) eingesetzt wird.