DE3021020C2

DE3021020C2 - Verfahren zur Herstellung von mit Kühlkanälen versehenen Turbinenschaufeln und zur Wanddickenmessung bei der Herstellung

Info

Publication number: DE3021020C2
Application number: DE3021020A
Authority: DE
Inventors: Bernard Hall Skipton Yorkshire Wilkinson
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-06-03
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE3021020A1; JPS55164704A; GB2050918A; FR2458793A1; GB2050918B; US4358882A

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Patentanspruch I angegebenen Gattung. Ein solches Verfahren ist durch die DE-OS 25 36 751 bekannt.

Bei nach diesem Verfahren hergestellten Werkstükken ist die übliche Ultraschallprüfung der Wandstärke Ί5 wegen des gerichteten Kornaufbaus schwierig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren derart zu modifizieren, daß eine nachträgliche sichere Ultraschallmessung der Wanddikke auf piezoelektrischem Wege möglich wird. w

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs I.

Der Anspruch 2 beinhaltet eine Weiterbildung des Verfahren nach Anspruch 1.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindur.g anhand der Zeichnung beschrieben. Die Figur der Zeichnung zeigt einen Querschnitt einer Turbinen· !chaufel mit schematisch dargestellter UltraschalJprüf- »orrichtung.

In der Zeichnung ist das Schaufelblatt 10 einer Turbinenschaufel 12 im Querschnitt dargestellt, Die Schaufel 12 ist nach dem WachsausschmeizVefiähferi bei gerichteter Erstarrung hergestellt. Die Schaufel 12 besitzt Kühlkanäle 14,16,18 und 20, die über ihre Länge &5 verlaufen, so daß beim Einsatz in einem niehl dargestellten Gasturbinentriebwerk Kühlluft durch das Innere der Schaufel geleitet Werden kann. Jeder Kanal ist mit einem Keramikmaterial !9 ausgefüllt, welches derart behandelt wurde, daß piezo-elektrische Eigenschaften entstehen, wie dies weiter unten in der Beschreibung erläutert wird. Das Keramikmaterial wird zunächst in die Form gebracht, die dem jeweiligen Kanälen entspricht, und dann wird es in geeigneter Weise im Wachsmodell eingebettet. Nachdem das Metall vergossen ist, wird das vorgeformte Keramikmaterial ein integraler Bestandteil des Gußstückes.

Vor dem Ausbacken des Keramikmaterials wild jeweils über die Länge eines jeden Kerarrikkerns eine Elektrode 22, 24, 26 und 28 eingeführt, und zwar von wenigstens einem Ende der Kerne. Der durch die Keramikform 19 gefüllte Kanal 14 besitzt zwei weitere Elektroden 30 und 32, die darin eingebettet sind, da dewen Sehnenabmessung relativ groß ist gegenüber den Abmessungen der übrigen Kanäle 16,18 und 20, so daß dort ein längerer Wandabschnitt vorhanden isL

Das benutzte Keramikmaterial muß ein Keramikmaterial sein, welches sich unter elektrischer Beaufschlagung deformiert, d. h. ein elektrostriktives Keramikmateriai, und insbesondere ein ferroelektrisches Keramikmaterial. Ein aus derartigem Keramikmaterial erzeugter Formkörper besteht aus einer Reihe von langgestreckten Bereichen, von denen jeder eine Gruppe von Molekülen aufweist. Wenn keine elektrische Beaufschlagung vorliegt, dann liegen die Sereiche in statistisch zufällig verteilten Winkeln relativ zueinander. Wenn jedoch eine elektrische Spannung angelegt wird, dann richten sich die Bereiche der Länge nach auf das Feld aus, und der Formkörper dehnt sich aus. Beim Anlegen einer Wechselspannung am Keramikmaterial dehnt sich dieses zweimal während jeder Periode aus, und dies ist für die Erfindung nicht tragbar. Daher wird das Keramikmaterial 19 innerhalb der Schaufel 12 permanent polarisiert, indem die Schaufel insgesamt über den Curie-Punkt des Keramikmaterials erwärmt wird, und indem eine Feldstärke von 1000 Volt pro mm Dicke des Keramikmaterials angelegt wird, und indem diese Feldstärke aufrechterhalten wiru, während das Keramikmaterial abkühlt.

Der Erfolg dieser Behandlung besteht dann, daß das Keramikmaterial polarisiert bleibt, und wenn eine geringe Wechselspannung angeligt ist. dann werden nur die Bereiche im Keramikmaterial von ihrer Polarisierungsstellung weg und zurück um einen geringen Betrag ausgelenkt, der größenordnungsmäßig bei 10 ^lom liegt und sie dehnen sich dadurch aus und ziehen sich zusammen, je nach der Richtung der Vorspannung. Das Keramikmaterial hat nunmehr piezo-elektrische Eigenschaften.

Dann wird die Schaufel 12 und ihre Elektroden 22 bis 32 an eine elektrische Schaltung 40 angeschlossen, und es wird eine kleine Wechselspannung über einen Oszillator 42 angelegt, der eine Impulsformstufe 43 zur Erzeugung von Rechteckimpulsen aufweist.

Die Impulse werden in akustische Impulse umgeformt und über ein Trägermedium 44. auf einen piezoelektrischen Wandler 46 geleitet. Das Trägermedium kann aus einem Konus aus Polymethal-methacrylate oder auch aus Wasser bestehen. In letzteren Fall muß natürlich ein Behälter vorgesehen werden. Der Wandler 46 Wandelt die akustischen Impulse in elektrische Impulse um. Und diese gelangen in eine Anzeigevorrichtung 48, wo sie in digitaler und/oder analoger Form angezeigt werden.

Dadurch, daß die Impulse in einer Richtung angelegt werden wird gewährleistet, daß ihre Energie bis zu einem Ausmaß konserviert wird, um genügend starke

Signale zu liefern, au* denen die Wandstärke des betreffenden Kanals ableitbar ist, unabhängig von der großen nachteilig orientierten Kornsiruktur des in einer Richtung erstarrten Gußkörpers.

Das Verfahren wurde entwickelt, um die Schwierigkeiten zu überwinden, die einer Uliraschallmessung der Wanddicke einer Turbinenschaufel entgegenstehen, die durch eine kombinierte Technik nach dem Wachsausschmelzverfahren bei gerichteter Erstarrung hergestellt wurde. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar für

Gegenstände, die durch andere Verfahren hergestellt sind, vorausgesetzt, daß das ferro-elektrische Keiamikmaterial dicht in die Hohlräume des Gegenstandes einpaßt.

Wenn der Kanal in dem Gegenstand geradlinig verläuft, oder wenn er eine Gestalt besitzt, die sich zum Einsatz eines vorgefertigten Keramikkerns nach der Herstellung des Gegenstandes eignet, dann kann der Keramikkern vor Einsatz in den Gegenstand polarisiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von mit Kühlkanälen ausgestatteten Turbinenschaufeln nach dem Wachsausschmeizverfahren bei gerichteter Erstarrung des Metalls, wobei Form und Lage dei Kuhlkanäle durch Vorformung und Vorpositionierung eines auslaugbaren Keramikkerns in einem Wachsmodell der Schaufel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem ferroelektrisehen Keramikmaterial hergestellt wird, daß eine Elektrode in den Kern eingesetzt wird, und daß nach Herstellung der Schaufel durch Ausgießen des durch Ausschmelzen des Wachses entstandenen Hohlraums eine elektrische Spannung an den Kern derart angelegt wird, daß piezo-elektrische Eigenschaften des Kerns entstehen, die eine Ultraschallüberprüfung der Dicke der Kanalwand ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ultraschallüberprüfung der Dicke der Kanalwanc der Kanal mit einem ferro-elektrischen Kcrarnikmateria! ausgefülii wird, daß das Kcramiktnalerial polarisiert wird, daß das Keramikmaterial einem gepulsten elektrischen Kreis derart ausgesetzt wird, daß ein akustischer Impulsausgang vom Keramikmaterial erzeugt wird, daß ein piezo-elektrischer Wandler und ein den Impuls führendes Medium benachbart zur Schaufel so angeordnet werden, daß sie die akustischen Impulse durch die Wanddicke des Kanals und das den Impuls führende Medium hindurch erhalten, und daß bei Empfang der akustischen Impulse durch den Wandler von diesem elektrisch^ Signale geliefert werden, die den akustischen Impulsen entsprechen, und daß eine Darstellung ertolgl, die die Wanddicke -55 der Kanäle anzeigt.