DE2847763C2

DE2847763C2 - Verfahren zur Messung der Wandstärke von Hohlschaufeln von Gasturbinen

Info

Publication number: DE2847763C2
Application number: DE19782847763
Authority: DE
Inventors: Michel Henri Issy les Moulineaux Dorval; Bernard Andre Cesson Girault; Jean Fernand Palaiseau Vaerman
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1977-11-04
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1987-01-22
Also published as: GB2009414A; FR2408116A1; FR2408116B1; GB2009414B; DE2847763A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren zum Messen der Wandstärke von Rohren ist aus der GB-PS 5 47 714 zu entnehmen. Bei diesem bekannten Verfahren wird davon ausgegangen, daß die Kraftlinien des Magnetfeldes, das durch eine Spule erzeugt wird, sich abhängig von der Dicke der Rohrwand ändern, innerhalb der sich die Spule befindet. Diese Verteilung des Magnetflusses muß daher notwendigerweise sichtbar gemacht werden. Hierzu werden feine Magnetteilchen verwendet, die in einer Förderflüssigkeit verteilt sind. Bei dem bekannten Verfahren wird eine in besonderer Weise ausgebildete Sonde in das Rohr eingesetzt, und es werden die feinen Magnetteilchen mit Hilfe der Förderflüssigkeit zwischen Spule und Eisenkern eingebracht. Nach Erregung der Spule werden die Magnetteilchen entsprechend dem Verlauf der Magnetflußlinien verteilt, und anschließend wird der Kern soweit entfernt, daß die Verteilung der Magnetteilchen optisch betrachtet werden kann. Es erfolgt also keine Messung, sondern lediglich eine Sichtbarmachung des Verlaufs von Magnetfeldlinien, die dann aufgrund der persönlichen Erfahrung des Betrachters mit einem Soll-Magnetfeldlinienverlauf verglichen werden müssen.
Dieses bekannte Verfahren ist aus mehreren Gründen nachteilig. Ein erster wesentlicher Grund hierfür besteht darin, daß es sich nicht zur Messung der Wandstärken von Hohlräumen komplizierter oder schwer zugänglicher Form eignet. Ein zweiter Grund ist darin zu sehen, daß eine exakte Feststellung der Wandstärken kaum möglich ist, weil ein Vergleich der Vergleichsgrößen selbst für eine erfahrene Bedienungsperson verhältnismäßig schwer ist. Ferner erfordert dieses bekannte Verfahren eine komplizierte Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß die Wandstärke unabhängig von der Form des von ihr begrenzten Hohlraumes rasch und genau ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden der oder die Hohlräume in der Schaufel vollständig mit einer ferromagnetischen Flüssigkeit gefüllt, und es wird die durch eine Magnetspule gebildete Sonde längs der Außenseite der Schaufel bewegt. Deshalb ist das erfindungsgemäße Verfahren zum einen unabhängig von der Form und Zugänglichkeit der Hohlräume, weil lediglich eine Flüssigkeit in die Hohlräume eingefüllt zu werden braucht, und zum anderen mit einfachen Verfahrensschritten durchführbar. Durch die ferromagnetische Flüssigkeit wird die elektromagnetische Umgebung der Magnetspule der Sonde beeinflußt und zwar abhängig von der Wandstärke. Durch die Veränderung der elektromagnetischen Umgebung wird die Impedanz der Magnetspule verändert. Diese Änderung ist eine Funktion der Dicke der die Sonde vom Hohlraum der Schaufel trennenden Wand. Aufgrund der Möglichkeit, die Impedanzänderung der Magnetspule zu messen, läßt sich ein der Wandstärke entsprechender eindeutiger Vergleichswert ermitteln, wodurch auch der Vergleich mit den Bezugswerten eines Musters aufgrund des Vorliegens exakter Werte erleichtert ist.
Es ist zwar aus der GB-PS 10 70 859, DE-AS 10 09 400 und US-PS 24 78 773 an sich bekannt, Dickenabmessungen aufgrund Impedanzänderungen einer Magnetspule zu ermitteln, jedoch bestehen wesentliche Unterschiede zwischen diesem bekannten Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß GB-PS 10 70 859 wird die Dicke eines Drahtes ermittelt, der längs durch die Magnetspule gefördert wird. Das aus DE-AS 10 09 400 entnehmbare Verfahren bezieht sich darauf, die Schichtdicke nicht ferromagnetischer Schichten auf einer ferromagnetischen Unterlage zu messen. Gemäß US-PS 24 78 773 wird bei einem Verfahren zum Messen der Wandstärke von hohlen ferromagnetischen Konstruktionsteilen Natrium in den Hohlraum eingefüllt. Es handelt sich um eine stationäre Erfassung der Wandstärke, wobei Wirbelströme daran gehindert werden sollen, die Wandung zu durchdringen.
Es ist zwar aus der FR-PS 20 17 395 an sich auch bekannt, den Wandstärken der Schaufel einer Turbine entsprechende Meßwerte mit entsprechenden Bezugswerten eines Musters zu vergleichen, wobei eine Flüssigkeit in die Hohlräume eingeführt wird, jedoch werden bei diesem Verfahren die Meßwerte und Bezugswerte in Abhängigkeit von Temperaturgefällen ermittelt, die sich aufgrund durch unterschiedliche Wandstärken bedingter unterschiedlicher Wärmeausbreitung ergeben. Bei diesem Verfahren ist somit nicht die Art bzw. die Zusammensetzung der Flüssigkeit wesentlich, sondern lediglich deren Temperatur.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer vereinfachten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Gerät;
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild für das Gerät.
Im Inneren der Turbinen-Schaufel 1, die in Fig. 1 dargestellt ist, sind Hohlräume in Form von Längskanälen 2 zwecks Kühlung der Schaufel 1 vorgesehen. Um eine wirksame Kühlung sicherzustellen, ist es unerläßlich, daß einerseits die Wände dieser Längskanäle 2 eine Dicke haben, die nicht unter einem bestimmten Wert liegt, und daß andererseits diese Längskanäle 2 weder einen zu engen noch einen zu weiten Querschnitt haben. Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht die Nachprüfung, ob diese Bedingungen angemessen erfüllt sind. In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, welche das Einleiten einer Flüssigkeit in das Innere der Längskanäle 2 ermöglicht. Für diesen Zweck läßt sich vorteilhaft eine ferromagnetische Flüssigkeit verwenden, die durch eine kolloidale Lösung bzw. Dispersion auf der Basis von Wasser und sehr feinen magnetischen Teilchen gebildet ist. Eine solche Flüssigkeit, die eine starke magnetische Permeabilität hat, gibt es im Handel, und sie wird vor allem dazu verwendet, die Abdichtung von Lagern durch Fluiddichtungen zu prüfen.
Die Schaufel 1 ruht mit ihrem Fuß 3 auf einem Träger 4 auf. Zwischen dem Fuß 3 und dem Träger 4 ist dank einer Umfangsdichtung 6 ein Spiel vorgesehen. Das Spiel bildet einen nach außen abgedichteten Freiraum 5, in den die Längskanäle 2 münden.
Es ist vorteilhaft, eine Verriegelungseinrichtung (nicht dargestellt) zu verwenden, um die Schaufel 1 auf dem Träger 4 zu halten und durch einen leichten Druck auf die Dichtung 6 die Abdichtung des Freiraumes 5 sicherzustellen.
Im Inneren des Trägers 4 ist eine Einrichtung zum Einleiten der ferromagnetischen Flüssigkeit vorgesehen, beispielsweise in Form eines Zylinders 7, in welchem ein Kolben 8 verschiebbar ist. Der Zylinder 7 steht über einen Kanal 9 mit dem Freiraum 5 in Verbindung. Eine Betätigung des Kolbens 8 mittels einer Betätigungsstange 10 ermöglicht die Verdrängung der ferromagnetischen Flüssigkeit in den Freiraum 5 und dann in die Längskanäle 2. Vor jeder Messung muß sichergestellt werden, daß die Längskanäle 2 ganz mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt sind.
Außerhalb der Schaufel 1 wird gegen die Wand desselben eine Sonde 11 bewegt, die durch eine Magnetspule 12 gebildet wird, welche auf einem Magnetkern 13 (siehe Fig. 2) angeordnet ist. Die Impedanz der Spule 12 wird durch die benachbarte ferromagnetische Flüssigkeit beeinflußt. Die Impedanzveränderungen der Spule 12 hängen vor allem einerseits von dem Abstand ab, welcher die Sonde 11 von der ferromagnetischen Flüssigkeit trennt, und andererseits von der Masse der ferromagnetischen Flüssigkeit und der Form des Hohlraumes, in welchem sie sich befindet.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Meßverfahrens besteht darin, die Wechselbeziehung der Impedanzveränderungen der Spule 12 mit den Impedanzveränderungen herzustellen, die durch ein Bezugsteil erhalten werden, von dem alle Abmessungen bekannt sind. Zu diesem Zweck wird eine erste Reihe von Impedanzmessungen an dem Bezugsteil vorgenommen, dessen Abmessungen dann durch eine herkömmliche Methode, bei welchem das Bezugsteil zerstört wird, bestimmt werden. Es ist dann möglich, für jede Flüssigkeitsmasse, d. h. für jedes Hohlraumvolumen oder einfacher für jeden Längskanaldurchmesser die Kurve zu zeichnen, welche die Dicke in Abhängigkeit von der Impedanzveränderung anzeigt.
Das Erfassen der Impedanzveränderungen der Spule 12 kann mit der folgenden, in 2 schematisch dargestellten, Anordnung erfolgen
Die Spule 12 bildet einen der Zweige einer Brückenschaltung 14, in deren drei weiteren Zweigen Potentiometer 15, 16 und 17 angeordnet sind. Die erste Diagonale dieser Brückenschaltung 14 wird durch einen Wechselstromgenerator gespeist, der an die Klemmen 18 und 19 angeschlossen ist. Ein Meßgerät 20, das mit den Enden der zweiten Diagonale verbunden ist, ermöglicht die Anzeige der Unsymmetrien der Brückenschaltung. Eine Spule 21, die als Kompensationsspule dient und der Spule 12 identisch, jedoch im entgegegengesetzten Sinn gewickelt ist, ist zur letzteren parallel geschaltet.
Die Arbeitsweise des Gerätes ist wie folgt.
Der Abgleich der Brückenschaltung 14 geschieht, wenn die Sonde 11 von dem zu messenden Teil entfernt wird. Dieser Abgleich wird mit Hilfe des Meßgerätes 20 festgestellt, das ein Gerät von beliebiger Art sein kann, beispielsweise ein Galvanometer, oder besser noch durch den Schirm eines Oszilloskops gebildet ist.
Zum Tarieren der Meßvorrichtung kann ein Richt-Meßstück verwendet werden, dessen Hohlräume mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt sind. Die Sonde 11 wird sodann dem Meßstück an der Stelle eines Hohlraumes genähert, dessen Volumen und dessen Wandstärke in geeigneter Weise markiert werden. Die sich hieraus für die Spule 12 ergebende Impedanzveränderung wird durch das Meßgerät 20 angezeigt, dessen Empfindlichkeit dann verstellt wird, um eine geeignete Ablesung zu erhalten. Die Schwelle der Mindestwandstärke, unter welche es zweckmäßig ist, nicht herunterzugehen, wird sodann markiert. Das Gerät ist nun kalibriert und befindet sich in Bereitschaft zur Verwendung für die Kontrolle der Schaufeln 1.
Wenn eine Schaufel 1 auf den Träger 4 aufgesetzt wird und alle ihre Längskanäle 2 mit ferromagnetischer Flüssigkeit gefüllt sind, wie vorangehend beschrieben, wird die Sonde 11 parallel zur Oberfläche der Schaufel 1 bewegt, wobei darauf zu achten ist, daß die Achse der Sonde 11 zur Oberfläche senkrecht ist. Es wird nun die maximale Amplitude, die auf dem Meßgerät 20 erhalten wird, für jeden der Längskanäle 2 festgestellt, und es wird dieser Wert mit dem vorher markierten Schwellenwert verglichen. Alle Schaufeln 1, die gleiche oder höhere Anzeigen als der Schwellenwert ergeben, müssen als eine ungenügende Wandstärke aufweisend betrachtet werden.
Nach der Überprüfung einer Schaufel 1 ermöglicht es der Kolben 8 dadurch, daß er im Zylinder 7 zurückgezogen wird, die ferromagnetische Flüssigkeit anzusaugen, die sich in den Längskanälen 2 der Schaufeln 1 befinden, um sie auf diese Weise für die nachfolgende Messung zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht eine kontinuierliche Prüfung über die volle Länge jedes Längskanals, wobei es für alle Profile und für alle Querschnittsveränderungen verwendbar ist. Die Präzision der Messung ist zufriedenstellend und liegt bei etwa 0,05 mm für einen Längskanal 2 von 1 mm Durchmesser und eine Wandstärke zwischen 0 und 0,5 mm. Gegenüber einer Anordnung, bei der ein Permanentmagnet verwendet wird, ist der Zeitgewinn beträchtlich und beträgt etwa 10/1. Außerdem können gegenüber dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren Dickenmessungen einfach durchgeführt werden, die bisher schwierig durchzuführen waren.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Wandstärke von Hohlschaufeln von Gasturbinen,
bei dem durch einen Vergleich mit Bezugseigenschaften die elektromagnetischen Eigenschaften eines fließfähigen Materials ausgenutzt werden, das in im Inneren der Schaufel vorgesehene Hohlräume eingeleitet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume vollständig mit einer ferromagnetischen Flüssigkeit gefüllt werden,
daß eine durch eine Magnetspule gebildete Sonde längs der Außenseite der Schaufel bewegt wird und
daß die Impedanzänderungen der Spule aufgrund des Vorhandenseins der ferromagnetischen Flüssigkeit als Meßwerte erfaßt und mit zugeordneten Bezugswerten verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Bezugswerte durch die Impedanzveränderungen der Magnetspule gebildet werden, die mit einer Schaufel erhalten werden, welche Hohlräume von bekannter Wandstärke und bekanntem Volumen aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule auf einem Magnetkern angeordnet ist.