DE19720461A1 - Method and device for checking the internal cooling structure of turbine blades, in particular stationary gas turbines - Google Patents
Method and device for checking the internal cooling structure of turbine blades, in particular stationary gas turbinesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der inneren Kühlstruktur von Turbinenschaufeln, insbesondere von stationären Gasturbinen.The invention relates to a method and an apparatus for Checking the internal cooling structure of turbine blades, especially of stationary gas turbines.
In der DE 35 33 186 A1 wird ein Verfahren zur Kühllochprü fung, insbesondere zur Prüfung von Kühlkanälen in Turbinen schaufeln von Gasturbinentriebwerken, beschrieben. In diesem Verfahren wird kontinuierlich ein erwärmtes Gas in die Kühl kanäle einer Gasturbinenschaufel gedrückt. Mit Hilfe einer Infrarotkamera werden Wärmebilder der Kühlkanalöffnungen an den Oberflächen der Turbinenschaufel zeitaufgelöst aufgenom men. Die Kontrolle der Kühlkanäle erfolgt insbesondere da durch, daß sich zeitlich ändernde Wärmebilder der Kühlka nalöffnungen aufgenommen und Wärmebilder von verschiedenen Kühlkanalöffnungen miteinander verglichen werden. Dem Verfah ren liegt zugrunde, daß die Kanäle durch das kontinuierlich strömende Gas erwärmt werden und als Schwarzkörper-Hohlraum radiatoren wirken.DE 35 33 186 A1 describes a method for cooling hole testing fung, especially for testing cooling channels in turbines blades of gas turbine engines, described. In this Process is a heated gas continuously in the cooling channels of a gas turbine blade. With the help of a Infrared cameras display thermal images of the cooling channel openings recorded the surfaces of the turbine blade in a time-resolved manner men. The cooling channels are checked in particular there due to the fact that thermal images of the Kühlka openings and thermal images of various Cooling channel openings are compared. The procedure ren is based on the fact that the channels through the continuously flowing gas and heated as a black body cavity radiators work.
In dem Artikel "Impuls-Video-Thermographie", Materialprüfung 36 (1994) 3 von G. Walle ist das Prinzip der Impuls-Video- Thermographie beschrieben. Es werden die physikalischen Grundlagen sowie Anwendungsbeispiele der Impuls-Video-Thermo graphie erläutert. Es wird ausschließlich die Impuls-Video- Thermographie in Reflexion beschrieben, wobei mittels einer Hochleistungs-Blitzlampe der zu prüfende Körper bestrahlt und ein Wärmebild mittels einer Infrarotkamera erstellt wird. Auch eine Delaminationsprüfung an einer keramikbeschichteten Turbinenschaufel erfolgt in Reflexion mittels einer Blitz lampe. Die Auswertung der Thermographieprüfung erfolgt über die Bildung eines Differenzbildes aus einer Thermographieauf nahme einer intakten Referenzschaufel und der Thermographie aufnahmen der zu untersuchenden Turbinenschaufel.In the article "Pulse Video Thermography", material testing 36 (1994) 3 by G. Walle is the principle of impulse video Thermography described. It is the physical Basics and application examples of impulse video thermo graph explained. Only the impulse video Thermography described in reflection, using a High power flash lamp irradiated and the body to be tested a thermal image is created using an infrared camera. Also a delamination test on a ceramic coated Turbine blade is made in reflection by means of a flash lamp. The evaluation of the thermography test takes place via the formation of a difference image from a thermography taking an intact reference scoop and thermography recordings of the turbine blade to be examined.
In der US-PS 3,566,669 ist beschrieben, wie Wanddicken von Kühlkanälen einer Turbinenschaufel durch eine Thermographie messung bestimmt werden können. Dazu werden die zu prüfende Turbinenschaufel und ein Referenzkörper, welcher unterschied liche, bekannte Wanddicken aufweist, parallel an eine zu schaltbare Fluidquelle angeschlossen. Turbinenschaufel und Referenzkörper werden zunächst auf der gleichen, definierten Temperatur gehalten. Ein Fluid, welches eine von der Tempera tur der Turbinenschaufel bzw. des Referenzkörpers abweichende Temperatur aufweist, wird sodann impulsartig sowohl in den Kühlkanal der zu prüfenden Turbinenschaufel, als auch in den Referenzkörper geleitet. Mittels eines Infrarotscanners wird die von der Turbinenschaufel und die von dem Referenzkörper emittierte Wärmestrahlung aufgenommen. Aus einem Vergleich des Temperaturverlaufs an der Turbinenschaufel mit dem Tempe raturverlauf des Referenzkörpers kann über die bekannten Wanddicken des Referenzkörpers auf die Wanddicken der Kühlka näle der zu prüfenden Turbinenschaufel geschlossen werden.In US Pat. No. 3,566,669 it is described how wall thicknesses of Cooling channels of a turbine blade by thermography measurement can be determined. For this, the ones to be checked Turbine blade and a reference body, which made a difference Liche, known wall thicknesses, parallel to one switchable fluid source connected. Turbine blade and Reference bodies are initially defined on the same Temperature maintained. A fluid that is one of the tempera the turbine blade or the reference body deviating Has temperature, is then pulsed both in the Cooling channel of the turbine blade to be tested, as well as in the Headed reference body. Using an infrared scanner that of the turbine blade and that of the reference body emitted thermal radiation added. From a comparison of the temperature profile on the turbine blade with the tempe ratur history of the reference body can be known Wall thicknesses of the reference body to the wall thicknesses of the refrigerator channels of the turbine blade to be tested are closed.
In der US-PS 5,111,046 ist ebenfalls ein Verfahren zur Überprüfung von Kühlkanälen von Turbinenschaufeln beschrieben. Der Kühlstruktur einer zu prüfenden Turbinenschaufel ist Gas zuführbar. In einem Aufwärmzyklus wird heißes Gas in die Kühlstruktur geleitet. In einem anschließenden Abkühlzyklus wird kaltes Gas in die Kühlstruktur der Turbinenschaufel ge leitet. Mit Hilfe eines Infrarotradiometers werden der Auf wärm- und der Abkühlzyklus und die damit verbundenen Änderun gen der Abstrahlung von Wärmestrahlung aus der Turbinenschau fel aufgenommen. Defekte in der Kühlstruktur können durch ei nen Vergleich dieser Aufnahme mit einer Aufnahme einer Refe renzschaufel aufgefunden werden.US Pat. No. 5,111,046 also has a method for checking described by cooling channels of turbine blades. The cooling structure of a turbine blade to be tested is gas feedable. In a warm-up cycle, hot gas is injected into the Headed cooling structure. In a subsequent cooling cycle cold gas is ge into the cooling structure of the turbine blade directs. With the help of an infrared radiometer, the up heating and cooling cycle and the associated changes against the radiation of heat radiation from the turbine show fel added. Defects in the cooling structure can be caused by ei NEN comparison of this recording with a recording of a ref renzschaufel be found.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überprüfung der inneren Kühlstruktur von Turbinenschaufeln anzugeben, welches auf einer Thermographiemessung beruht und eine besonders gute Auswertung einer solchen Thermographie messung ermöglicht. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die An gabe einer entsprechenden Vorrichtung.The invention has for its object a method for Checking the internal cooling structure of turbine blades indicate which is based on a thermographic measurement and a particularly good evaluation of such a thermography measurement enabled. Another object of the invention is the appropriate device.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Angabe eines Verfahrens zur Überprüfung der inneren Kühlstruktur einer Turbinenschaufel, insbesondere einer Turbinenschaufel für eine stationäre Gasturbine, bei demAccording to the invention, this object is achieved by specifying a Method for checking the internal cooling structure of a Turbine blade, in particular a turbine blade for a stationary gas turbine in which
- a) von der zu prüfenden Turbinenschaufel ein Ausgangs-Thermo graphiebild mittels einer ersten Infrarotkamera aufgenommen,a) an output thermo of the turbine blade to be tested graphic image recorded by means of a first infrared camera,
- b) die zu prüfende Turbinenschaufel mittels Einblasen von Heißluft in deren Kühlstruktur kurzzeitig aufgeheizt,b) the turbine blade to be tested by blowing in Hot air is briefly heated in its cooling structure,
- c) mindestens ein Thermographiebild von der so aufgeheizten Turbinenschaufel durch eine zweite Infrarot-Kamera aufgenom men undc) at least one thermographic image of the one so heated Turbine blade picked up by a second infrared camera men and
- d) ein Differenzbild aus diesem mindestens einem Thermogra phiebild und dem Ausgangs-Thermographiebild erstellt wird.d) a difference image from this at least one Thermogra phiebild and the output thermographic image is created.
Durch die Differenzbilderstellung können besonders schnell und sicher Abweichungen und Fehler im Kühlsystem erkannt wer den. Eine solches Differenzbild ist z. B. dadurch erstellbar, daß das Ausgangs-Thermographiebild und das Thermographiebild oder die Thermographiebilder der aufgeheizten Turbinenschau fel in Form eines eine Vielzahl von Rastereinheiten aufwei senden Rasters in gleicher Weise gespeichert und dann vonein ander durch Differenzbildung von je zwei äquivalenten Rastereinheiten subtrahiert werden. In den Rastereinheiten können die dort jeweils auftretenden Intensitäten eines Thermographiebildes z. B. als Zahl gespeichert werden, so daß die Subtraktion eine einfache mathematische Subtraktion zweier Zahlen sein kann. In dem Differenzbild wird die durch das Aufheizen erzeugte Temperaturdifferenz an der Turbinen schaufeloberfläche gegenüber dem Wärmestrahlungsuntergrund, der immer vorhanden ist, herausgearbeitet, so daß die Thermo graphiemessung durch eine Betonung der aufgeheizten Kühlstruktur besser auswertbar ist. Die erste und die zweite Infrarotkamera müssen nicht notwendigerweise verschiedene In frarotkameras sein, daß heißt, die erste und die zweite In frarotkamera können auch ein und dieselbe Infrarotkamera sein.Due to the difference image creation can be particularly fast and reliably discrepancies and errors in the cooling system are recognized the. Such a difference image is e.g. B. can be created that the output thermographic image and the thermographic image or the thermographic images of the heated turbine show fel in the form of a variety of grid units send grid saved in the same way and then from one other by forming differences of two equivalents each Raster units are subtracted. In the grid units can the intensities occurring there in each case Thermographic image z. B. stored as a number, so that the subtraction is a simple mathematical subtraction can be two numbers. In the difference image, the through the heating generated temperature difference on the turbines blade surface compared to the heat radiation surface, which is always there, worked out so that the thermo graphical measurement by emphasizing the heated Cooling structure is easier to evaluate. The first and the second Infrared cameras do not necessarily have to be different be infrared cameras, that is, the first and the second In infrared cameras can also use the same infrared camera be.
Bevorzugtermaßen wird die Turbinenschaufel vor der Aufnahme des Ausgangs-Thermographiebildes geschwärzt. Mit dieser Schwärzung wird ein im wesentlichen einheitliches Wärmestrah lungsbild der Turbinenschaufeloberfläche erreicht. Damit sind Änderungen des Wärmestrahlungsbildes durch ein kurzzeitiges Aufheizen der Turbinenschaufel mittels Einblasen von Heißluft in ihre Kühlstruktur, wie sie in einem Thermographiebild sichtbar werden, deutlicher zu beobachten. Dies hat eine wei tere Verbesserung der Auswertbarkeit der Thermographiemessung zur Folge. Eine Schwärzung wird vorzugsweise durch ein Auf sprühen schwarzer Farbe auf die Turbinenschaufeloberfläche erreicht. Bevorzugt wird diese schwarze Farbe, vorzugsweise durch eine Ultraschallreinigung, nach erfolgter Prüfung wie der entfernt.The turbine blade is preferred before the intake of the output thermographic image blackened. With this Blackening becomes an essentially uniform heat beam reached the turbine blade surface. With that Changes in the thermal radiation pattern due to a short-term Heating up the turbine blade by blowing in hot air in their cooling structure, as in a thermographic image become visible, to observe more clearly. This has a white tere improvement of the evaluability of the thermography measurement result. A blackening is preferably by an up spray black paint onto the turbine blade surface reached. This black color is preferred, preferably by ultrasonic cleaning, after testing like who removed.
Bevorzugtermaßen wird Heißluft mit einer Temperatur von bis zu 280°C eingeblasen. Weiter bevorzugt wird Heißluft über eine Zeitdauer von 0,5 bis 5 Sekunden, vorzugsweise von 0,5 Sekunden, eingeblasen. Weiter bevorzugt wird das mindestens eine Thermographiebild in einem Mindest-Temperaturbereich von 0°C bis 200°C bei einer Temperaturauflösung von mindestens 0,05°C aufgenommen. Bevorzugtermaßen wird das mindestens eine Thermographiebild mit einer örtlichen Auflösung von min destens 0,4 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm aufgenommen. Bevorzugt werden zeitlich aufeinanderfolgend mehrere Thermo graphiebilder mit einer Aufzeichnungsfrequenz von mindestens 25 Hz aufgenommen.Hot air with a temperature of up to is preferred blown in at 280 ° C. Hot air is more preferred over a period of 0.5 to 5 seconds, preferably 0.5 Seconds, blown. At least this is further preferred a thermographic image in a minimum temperature range of 0 ° C to 200 ° C with a temperature resolution of at least 0.05 ° C added. At least that is preferred a thermographic image with a local resolution of min least 0.4 mm, preferably at least 0.3 mm. Several thermos in succession are preferred graphic images with a recording frequency of at least 25 Hz recorded.
Erfindungsgemäß besteht eine weitere Lösung der Aufgabe in der Angabe eines Verfahrens zur Überprüfung der inneren Kühlstruktur einer Turbinenschaufel, insbesondere einer Tur binenschaufel für eine stationäre Gasturbine, bei demAccording to the invention there is a further solution to the problem in specifying a procedure for checking the internal Cooling structure of a turbine blade, in particular a door Binschaufel for a stationary gas turbine, in which
- a) die zu prüfende Turbinenschaufel geschwärzt,a) the turbine blade to be tested is blackened,
- b) die zu prüfende Turbinenschaufel mittels Einblasen von Heißluft in deren Kühlstruktur kurzzeitig aufgeheizt undb) the turbine blade to be tested by blowing in Hot air is briefly heated up in its cooling structure and
- c) mindestens ein Thermographiebild von der so aufgeheizten Turbinenschaufel durch eine Infrarot-Kamera aufgenommen wird.c) at least one thermographic image of the one so heated Turbine blade is picked up by an infrared camera.
Die Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich entsprechend den obigen Ausführungen.The advantages of this method result from the above statements.
Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungs gemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wobei vorgesehen sind:The object directed to a device is fiction according to solved by a device for performing the above described method, which are provided:
- - eine computergestützte Steuereinheit zur Steuerung der Vor richtungskomponenten und des Meßabverlaufes,- A computerized control unit to control the front directional components and the measurement sequence,
- - ein Heißluftreservoir, das über eine Versorgungsleitung mit der zu prüfenden Turbinenschaufel kurzzeitig verbindbar ist,- A hot air reservoir with a supply line the turbine blade to be tested can be connected for a short time is
- - eine IR-Thermographie-Kamera zur Aufnahme eines Thermogra phiebildes der aufgeheizten Turbinenschaufel, und- an IR thermography camera for recording a Thermogra picture of the heated turbine blade, and
- - eine computergestützte Auswerte- und Anzeigeeinheit zur Er stellung eines Differenzbildes aus einem Ausgangs-Thermo graphiebild und dem Thermographiebild der aufgeheizten Tur binenschaufel.- A computer-aided evaluation and display unit for the Er position of a differential image from an output thermo graphic image and the thermographic image of the heated door bin scoop.
Die Vorteile dieser Vorrichtung ergeben sich gemäß den Vor teilen des entsprechenden Verfahrens.The advantages of this device result from the previous share the appropriate procedure.
Bevorzugt ist das Heißluftreservoir ein Heißlufttank von vor zugsweise etwa 100 Liter Rauminhalt mit einer Heißlufttempe ratur von bis zu 280°C. Weiter bevorzugt weist das Heißluftreservoir einen Druck von etwa 6 bar auf.The hot air reservoir is preferably a hot air tank from before preferably about 100 liters of volume with a hot air temperature temperature of up to 280 ° C. This more preferably points Hot air reservoir to a pressure of about 6 bar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich nung näher erläutert werden. Es zeigen:An embodiment of the invention is based on the drawing tion are explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Thermographie-Prüfstandes, Fig. 1 is a schematic perspective view of a thermal imaging test stand,
Fig. 2 ein Ablaufschema zur Darstellung des funktionalen Ablaufs bei der Funktionsüberprüfung einer Turbi nenschaufel und der Verknüpfung der dabei einge setzten Funktionseinheiten, Fig. 2 is a flow chart illustrating the functional sequence for the functional testing of a blade or vane Turbi and the linkage of the introduced translated functional units,
Fig. 3 eine Ansicht einer Turbinenschaufel einer stationä ren Gasturbine in geschnittener Darstellung und Fig. 3 is a view of a turbine blade of a stationary gas turbine in a sectional view and
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV nach Fig. 3. Fig. 4 shows a section along the section line IV-IV of FIG. 3.
Der in Fig. 1 dargestellte Thermographie-Prüfstand weist eine Blitzlampeneinheit 1, eine Infrarot-Thermographie-Kamera 2, eine Prüfteilaufnahme 3 sowie eine Steuereinheit 4 auf. Der gesamte Prüfstand ist dabei in einer Kammer 5 untergebracht, die über Lüfter 6 klimatisiert wird.The thermography test stand shown in FIG. 1 has a flash lamp unit 1 , an infrared thermography camera 2 , a test part holder 3 and a control unit 4 . The entire test bench is housed in a chamber 5 , which is air-conditioned via fans 6 .
Die vorstehend grob umrissenen Prüfstandskomponenten dienen der Durchführung eines Impuls-Video-Thermographie-Verfahrens. Um den Prüfstand für ein transmissionsthermographisches Meß verfahren, wie es im Fall der vorliegenden Erfindung zum Ein satz kommt, geeignet zu machen, weist er ferner einen Heiß lufttank 7 und einen Kaltlufttank 8 auf, die über eine Zulei tung 9 mit der Prüfteilaufnahme 3 kurzzeitig verbindbar sind.The roughly outlined test bench components are used to carry out a pulse video thermography process. In order to make the test stand suitable for a transmission thermographic measurement, as is the case in the case of the present invention, it also has a hot air tank 7 and a cold air tank 8 , which can be connected to the test part receptacle 3 via a feed line 9 for a short time are.
Für die Energieversorgung der Blitzlampeneinheit sind Konden satorblöcke 10 vorgesehen. Ebenfalls schematisch angedeutet ist ein Temperaturregelgerät 11 für den Prüfstand. For the power supply of the flash lamp unit capacitor blocks 10 are provided. A temperature control device 11 for the test bench is also indicated schematically.
Die Blitzlampeneinheit 1 weist vier im Viereck angeordnete und an einem Gestell 12 aufgehängte Blitzlampen 13 auf, die jeweils pro emittiertem Lichtblitz eine Lichtenergie von bis zu 6,4 kJ abstrahlen. Die Impulsdauer der Blitze beträgt 5 Millisekunden. Im übrigen ist das Gestell 12 der Blitzlam peneinheit 1 quer zur Aufnahmerichtung A der Kamera 2 an ei ner Führung 14 verschiebbar, um die Transmissionsprüfung durchführen zu können.The flash lamp unit 1 has four flash lamps 13 arranged in a square and suspended from a frame 12 , each of which emits a light energy of up to 6.4 kJ per light flash emitted. The pulse duration of the flashes is 5 milliseconds. Otherwise, the frame 12 of the Blitzlam peneinheit 1 is displaceable transversely to the shooting direction A of the camera 2 on egg ner guide 14 in order to be able to carry out the transmission test.
Die Infrarot-Thermographie-Kamera 2 arbeitet in einem Tempe raturbereich von 0°C bis 200°C mit einer Auflösung von 0,05°C. Sie ist auf einem kreuzschlittenartigen Manipulator 16 montiert, mit dem die Kamera 2 entlang der drei Raumachsen x, y und z in Fig. 1 über die Steuereinheit 4 manövrierbar ist. Zusammen mit der Anordnung der Prüfteilaufnahme 3 auf einem Drehteller 17 ist eine automatische Positionierung von Kamera 2 und zu prüfender Turbinenschaufel 15 zueinander über die Steuereinheit 4 möglich.The infrared thermography camera 2 works in a temperature range from 0 ° C to 200 ° C with a resolution of 0.05 ° C. It is mounted on a cross slide-like manipulator 16 , with which the camera 2 can be maneuvered along the three spatial axes x, y and z in FIG. 1 via the control unit 4 . Together with the arrangement of the test part receptacle 3 on a turntable 17 , the camera 2 and the turbine blade 15 to be tested can be automatically positioned relative to one another via the control unit 4 .
Bei dieser Steuereinheit 4 handelt es sich um einen ersten Rechner des Gesamtsystems, der auch die Temperatur- und Span nungsregelung durchführt sowie die Auslösesteuerung der Ka mera 2 und der Blitzlampeneinheit 1 vornimmt. Bei dem Perso nalcomputer der Steuereinheit 4 handelt es sich also um den eigentlichen Steuerrechner für die Systemkomponenten.This control unit 4 is a first computer of the overall system, which also carries out the temperature and voltage regulation and carries out the triggering control of the camera 2 and the flash lamp unit 1 . The personal computer of the control unit 4 is therefore the actual control computer for the system components.
Zur Spezifizierung der Infrarot-Thermographie-Kamera 2 ist noch festzuhalten, daß sie einen Infrarot-Detektor mit einer Auflösung von 768 × 600 Linien aufweist, die zu einer örtli chen Auflösung von etwa 0,3 mm bei der Erfassung des thermo graphischen Bildes des Prüfteils führt. Die Aufzeichnungsfre quenz beträgt 25 Hz, es kann also alle 40 Millisekunden ein Thermographiebild des Prüfteils 15 aufgenommen werden. Insge samt werden beispielsweise 30 Bilder in dem genannten zeitli chen Abstand aufgenommen, was zu einer Meßzeit von 1,2 Sekun den führt. Die Kamera 2 kann ferner in einem Line-Scan-Modus arbeiten, das heißt, zeilenweise ein Objekt abtasten, was insbesondere zur Erfassung schneller Prozesse vorteilhaft ist.To specify the infrared thermography camera 2 , it should also be noted that it has an infrared detector with a resolution of 768 × 600 lines, which has a local resolution of approximately 0.3 mm when the thermographic image of the test part is recorded leads. The frequency of recording is 25 Hz, so a thermographic image of the test part 15 can be recorded every 40 milliseconds. Altogether, for example, 30 pictures are taken at the aforementioned time interval, which leads to a measuring time of 1.2 seconds. The camera 2 can also operate in a line scan mode, that is, scan an object line by line, which is particularly advantageous for the detection of fast processes.
Zur Kontrolle der Kühlstruktur 27 einer Turbinenschaufel 15 - wie dies Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist - wird die Oberfläche zu untersuchende Turbinenschaufel 15 zunächst mit einer Farbsprühpistole 24 einheitlich geschwärzt, vorzugs weise mit einem wasserlöslichen Lack 8 (s. Fig. 2A). Es wird dann mit der Infrarot-Thermographie-Kamera 2 ein Ausgangs- Thermographiebild von der noch nicht aufgeheizten Turbinen schaufel 15 erstellt und über einen Personalcomputer 19 (s. Fig. 2B) abgespeichert. Die Kühlstruktur 27 der Turbinen schaufel 15 wird sodann kurzzeitig mit Heißluft aus dem Heiß lufttank 7 beaufschlagt, wonach der zeitliche Verlauf der Ab kühlung der Turbinenschaufel 15 mit der Infrarot-Thermogra phie-Kamera 2 durch eine Erstellung von Thermographiebildern aufgenommen wird. Von den so erstellten Thermographiebildern wird jeweils das Ausgangs-Thermographiebild mittels des Per sonalcomputers 19 subtrahiert. Aus den so gewonnenen Diffe renzbildern ist besonders gut die Kühlstruktur 27 und ein in dieser eventuell auftretender Fehler erkennbar. Wie aus Fig. 2B deutlich wird, ist zur Ankopplung der Turbinenschaufel 15 an die Heißluftzuleitung 9 ein Ankoppeladapter 18 vorgesehen. To control the cooling structure 27 of a turbine blade 15 - as is the subject of the present application - the surface of the turbine blade 15 to be examined is first blackened uniformly with a paint spray gun 24 , preferably with a water-soluble lacquer 8 (see FIG. 2A). It is then created with the infrared thermography camera 2, an output thermography image of the turbine 15 , which has not yet been heated, and is stored via a personal computer 19 (see FIG. 2B). The cooling structure 27 of the turbine blade 15 is then briefly pressurized with hot air from the hot air tank 7 , after which the timing of the cooling of the turbine blade 15 with the infrared thermography camera 2 is recorded by creating thermographic images. From the thermographic images thus created, the output thermographic image is subtracted by means of the personal computer 19 . From the difference images obtained in this way, the cooling structure 27 and any error that may occur can be seen particularly well. As is clear from FIG. 2B, a coupling adapter 18 is provided for coupling the turbine blade 15 to the hot air supply line 9 .
Ferner ist aus Fig. 2B erkennbar, daß zur Steuereinheit 4 der Personalcomputer 19 mit Farbmonitor 20, Farbdrucker 21 und externem Datenspeicher 22 gehört. Der Personalcomputer 19 dient dabei auch zur Eingabe der Prüf- und Steuerparameter, die durch die Systemverknüpfung zwischen dem Personalcomputer 19 und dem Steuerrechner 4 an diesen übergeben werden. Mit diesen Eingabewerten führt die Steuereinheit 4 dann - wie er örtert - die eigentliche Steuerung durch, wobei über jewei lige Steuerleitungen 23 entsprechende Treiber für die An triebe des Manipulators 16 und des Drehtellers 17 zur automa tischen Positionierung der Kamera 2 und der Turbinenschaufel 15 angesprochen werden.It can also be seen from FIG. 2B that the personal computer 19 with a color monitor 20 , color printer 21 and external data memory 22 belongs to the control unit 4 . The personal computer 19 also serves to enter the test and control parameters which are transferred to the control computer 4 by the system link between the personal computer 19 and the control computer 4 . With these input values, the control unit 4 then - as he discusses - performs the actual control, with respective control lines 23 corresponding drivers for the drives of the manipulator 16 and the turntable 17 for automatic positioning of the camera 2 and the turbine blade 15 to be addressed .
Zur Reinigung der Turbinenschaufel 15 nach erfolgter Thermo graphie-Messung ist ein Ultraschallbad 26 vorgesehen, in dem die Schwärzung wieder entfernt wird (s. Fig. 2C).To clean the turbine blade 15 after the thermo graphical measurement, an ultrasonic bath 26 is provided, in which the blackening is removed again (see FIG. 2C).
Anhand der Fig. 3 und 4 wird der stark strukturierte Innen aufbau der gezeigten Turbinenschaufel 15 deutlich. So sind durch entsprechende Auslegung der Feingußform Kühlkanäle 27.1, 27.2, 27.3, 27.4 und 27.5 mit Austrittsbohrungen 28 und weiteren Feinstrukturen 29 vorhanden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind und daher keiner näheren Erörterung be dürfen. . 3 and 4 of highly textured inner construction is of the turbine blade 15 shown clearly with reference to FIGS. Thus, through appropriate design of the investment mold, cooling channels 27.1 , 27.2 , 27.3 , 27.4 and 27.5 with outlet bores 28 and further fine structures 29 are available, which are known from the prior art and should therefore not be discussed in more detail.
Das erfindungsgemäße Funktionsprüfungsverfahren ist nun an
hand von Fig. 1 und 2 wie folgt zu beschreiben:
Nach dem gleichmäßigen Schwärzen der zu überprüfenden Tur
binenschaufel 15 mit einem wasserlöslichen, ungiftigen Lack
(Fig. 2A), wird die Turbinenschaufel 15 auf den Ankoppeladap
ter 18 auf dem Drehteller 17 gesetzt. Dabei sind für unter
schiedliche Turbinenschaufeltypen unterschiedliche Ankop
peladapter 18 zum Einbringen der Heißluft in den Turbinen
schaufelfuß vorgesehen. Dabei sind die Adapter so zu konzi
pieren, daß am gesamten Eintrittsquerschnitt eine gleich
mäßige Heißluftströmung durch die Kühlkanäle 27 der Turbinen
schaufel 15 erreicht wird. Von der montierten Turbinenschau
fel 15 wird ein Ausgangs-Thermographiebild erstellt und abge
speichert. Der Adapter 18 steht über eine Zuleitung mit dem
Heißlufttank 7 in Verbindung, der einen Heißluftvorrat von
100 Liter bei einer Temperatur von bis zu 280°C und einem
Druck von bis zu 6 bar bereithält. Über nicht näher darge
stellte Ventile, die über eine Steuerleitung 23 von der Steu
ereinheit 4 angesteuert werden, wird durch die ordnungsgemäß
positionierte Turbinenschaufel 15 ein kurzzeitiger Heißluft
stoß mit einer Zeitdauer von bis zu 5 Sekunden geleitet. Der
nachfolgende zeitliche Verlauf der Temperaturverteilung auf
der von der Kamera 2 erfaßten Oberfläche der zu prüfenden
Turbinenschaufel 15 wird von der Kamera aufgezeichnet und vom
Personalcomputer 19 durch ein entsprechendes Auswerte- und
Bildverarbeitungsprogramm on-line digitalisiert und davon je
weils daß Ausgangs-Thermographiebild subtrahiert. Diese Dif
ferenzbilder werden mit den Aufnahmen einer Referenzschaufel
verglichen und bewertet. Aus Unterschieden kann auf Fehler
innerhalb der inneren Kühlstruktur der Turbinenschaufel, wie
z. B. verschlossene Kühlbohrungen oder falsch dimensionierte
Kühlkanäle geschlossen werden.The functional test method according to the invention can now be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows:
After the uniform blackening of the turbine bucket 15 to be checked with a water-soluble, non-toxic paint ( FIG. 2A), the turbine blade 15 is placed on the Ankoppeladap ter 18 on the turntable 17 . Here, different Ankop peladapter 18 are provided for introducing the hot air into the turbine blade root for different turbine blade types. The adapters are to konzi pieren that a uniform hot air flow through the cooling channels 27 of the turbine blade 15 is achieved over the entire inlet cross-section. From the assembled Turbinenschau fel 15 an output thermographic image is created and saved. The adapter 18 is connected via a feed line to the hot air tank 7 , which holds a hot air supply of 100 liters at a temperature of up to 280 ° C. and a pressure of up to 6 bar. About not Darge presented valves, which are controlled via a control line 23 from the control unit 4 , a short-term hot air burst with a period of up to 5 seconds is passed through the properly positioned turbine blade 15 . The subsequent time profile of the temperature distribution on the surface of the turbine blade 15 to be tested, which is recorded by the camera 2 , is recorded by the camera and digitized on-line by the personal computer 19 by means of a corresponding evaluation and image processing program, and each of which subtracts the initial thermographic image. These difference images are compared with the recordings of a reference blade and evaluated. Differences can indicate errors within the internal cooling structure of the turbine blade, such as. B. closed cooling holes or incorrectly dimensioned cooling channels.
Claims (11)
- a) von der zu prüfenden Turbinenschaufel (15) ein Ausgangs- Thermographiebild mittels einer ersten Infrarotkamera (2) aufgenommen,
- b) die zu prüfende Turbinenschaufel (15) mittels Einblasen von Heißluft in deren Kühlstruktur (27) kurzzeitig aufge heizt,
- c) mindestens ein Thermographiebild von der so aufgeheizten Turbinenschaufel (15) durch eine zweite Infrarot-Kamera (2) aufgenommen und
- d) ein Differenzbild aus diesem mindestens einem Thermogra phiebild und dem Ausgangs-Thermographiebild erstellt wird.
- a) an output thermographic image of the turbine blade to be tested ( 15 ) is recorded by means of a first infrared camera ( 2 ),
- b) the turbine blade ( 15 ) to be tested is briefly heated by blowing hot air into its cooling structure ( 27 ),
- c) at least one thermographic image of the turbine blade ( 15 ) thus heated is recorded by a second infrared camera ( 2 ) and
- d) a difference image is created from this at least one thermographic image and the initial thermographic image.
- a) die zu prüfende Turbinenschaufel (15) geschwärzt,
- b) die zu prüfende Turbinenschaufel (15) mittels Einblasen von Heißluft in deren Kühlstruktur (27) kurzzeitig aufge heizt und
- c) mindestens ein Thermographiebild von der so aufgeheizten Turbinenschaufel (15) durch eine Infrarot-Kamera (2) auf genommen wird.
- a) the turbine blade ( 15 ) to be tested is blackened,
- b) the turbine blade ( 15 ) to be tested is briefly heated up by blowing hot air into its cooling structure ( 27 ) and
- c) at least one thermographic image of the turbine blade ( 15 ) thus heated is taken by an infrared camera ( 2 ).
- - eine computergestützte Steuereinheit (4) zur Steuerung der Vorrichtungskomponenten und des Meßabverlaufes,
- - ein Heißluftreservoir (7), das über eine Versorgungsleitung (9) mit der zu prüfenden Turbinenschaufel (15) kurzzeitig verbindbar ist,
- - eine IR-Thermographie-Kamera (2) zur Aufnahme eines Thermo graphiebildes der aufgeheizten Turbinenschaufel (15), und
- - eine computergestützte Auswerte- und Anzeigeeinheit (19, 20, 21) zur Erstellung eines Differenzbildes aus einem Aus gangs-Thermographiebild und dem Thermographiebild der aufge heizten Turbinenschaufel (15).
- - a computer-aided control unit ( 4 ) for controlling the device components and the measurement sequence,
- a hot air reservoir ( 7 ), which can be connected briefly to the turbine blade ( 15 ) to be tested via a supply line ( 9 ),
- - An IR thermography camera ( 2 ) for taking a thermo graphic image of the heated turbine blade ( 15 ), and
- - A computer-aided evaluation and display unit ( 19 , 20 , 21 ) for creating a differential image from an output thermographic image and the thermographic image of the heated turbine blade ( 15 ).
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