EP1558938B1 - Turbo engine - Google Patents

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Publication number
EP1558938B1
EP1558938B1 EP03773525A EP03773525A EP1558938B1 EP 1558938 B1 EP1558938 B1 EP 1558938B1 EP 03773525 A EP03773525 A EP 03773525A EP 03773525 A EP03773525 A EP 03773525A EP 1558938 B1 EP1558938 B1 EP 1558938B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbo engine
blades
measurement signal
rotor blades
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03773525A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1558938A2 (en
Inventor
Thomas Bosselmann
Franz Eiermann
Hans-Peter Heindel
Wilfried Schnell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1558938A2 publication Critical patent/EP1558938A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1558938B1 publication Critical patent/EP1558938B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/14—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to other specific conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/80—Diagnostics

Definitions

  • the present invention relates to methods for determining damage to a surface of at least one blade and / or at least one vane of a turbomachine. Moreover, the present invention relates to corresponding turbomachines for carrying out the method.
  • Turbomachinery with blade assemblies for interacting with a fluid flow passing through the turbomachine are generally known as compressors or turbines and the like.
  • the temperature of a gas flow flowing into the gas turbine is increased to more than 1200 ° C.
  • the blades of the turbine are provided with a coating which withstands a particularly high stress.
  • a coating is, for example, the so-called thermal barrier coating of blades of a gas turbine, hereinafter referred to as TBC, wherein an airfoil is provided on its gas flow-exposed surface with such a coating.
  • This coating of the blade is subject to aging, which depends inter alia on the operating time and the further operating conditions of the blade. After reaching a predetermined operating time, for example, the coating separates from the blade, whereby the blade is exposed unprotected the high stress by the gas flow. Immediate replacement of the bucket is required to avoid destruction of this blade and thus damage to the turbine.
  • a further possibility for determining a damage of a turbine blade takes place via an analysis of the frequency spectrum of an antenna received electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation is accelerated attributed free ions in flowing through the fluid machine fluid. If the turbine blade is damaged, ionized material atoms of the turbine blade enter the fluid and are exposed to magnetic and mechanical forces.
  • the electromagnetic radiation emitted by the material ions has a lower frequency than the fluid ions generated during combustion in the turbomachine. If the frequencies characteristic for the material ions are detected during the analysis of the frequency spectrum, it is possible to deduce damage to the turbine blade.
  • measuring elements indicated which are arranged through sealed passages in the flow channel of a gas turbine.
  • the measuring elements serve to detect electrostatic phenomena within the gas flow of the gas turbine.
  • the measuring elements are subjected to a constant voltage and thus measured ion currents. Based on Schwellwertschreibschreititch the measured ion currents can be concluded that damage in the flow channel of the gas turbine.
  • the present invention is based on the object, with a simple further possibility of damaging a Coat a bucket before the bucket itself is damaged.
  • the electrically conductive material of the blades is electrically connected to a reference potential, and the turbomachine has at least one arranged in the region of the blades measuring element for measuring an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution at the Surface of the blades is caused.
  • the detection of the electric field generated by the charges can be achieved, for example, via a coaxial dipole antenna (capacitive coupling), which protrudes into the gas stream, take place.
  • the detection thus takes place in the low frequency range.
  • a statement about the integrity of the blades can be made in the time domain based on the amplitude height in the frame of eg 80 vibrations (number of blades), or in the frequency range by the appearance of harmonics of the rotational speed of eg 60 Hz. In ideal conditions, all amplitudes would be in the time domain of a frame equal to or in the frequency range below 4800 Hz, for example, no subharmonics should be visible.
  • the invention provides a possibility for monitoring the condition of the blades, in particular also continuously during operation of the turbomachine, and to perform maintenance and / or overhaul of the turbine, in particular the blades, in good time when a predefinable limit of wear is reached.
  • charges preferentially accumulate on insulators while being dissipated thereon by conductive materials. Charges occur in the flow of fluid substances when either the fluid itself is dissociated into corresponding charge carriers or the charge carriers corresponding to the fluid have been supplied.
  • the charge accumulated on an insulating layer may be proportional to its area, but is substantially dependent on the area.
  • the charge carriers accumulated on the rotating blades generate an electric field whose field strength can be detected with the measuring element.
  • An evaluation of the signals of the measuring element can therefore be concluded that the field strength.
  • An intact blade generates in the measuring element a correspondingly pronounced amplitude of the measuring signal (for example electrical voltage).
  • a worn coating on a blade or a defective coating results in the discharge of the charge via the electrically conductive blade to a reference potential electrically connected to the blade.
  • Such a blade can therefore generate a measuring signal with a smaller amplitude in the measuring element.
  • the turbomachine rotatably arranged vanes from a electrically conductive material having an electrically insulating surface, wherein the electrically conductive material of the guide vanes is electrically connected to a reference potential and in the region of the vanes on the rotor shaft at least one measuring element for measuring an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution at the Surface of the vanes is caused, is provided.
  • an insulating surface provided on the vanes can also be monitored.
  • This further embodiment can also be combined with the aforementioned measures, which relate to a determination of damage to the coated blades.
  • the measuring element is formed by a coaxial antenna.
  • the coaxial antenna can advantageously be made very compact and therefore easily integrated into an existing construction.
  • the coaxial antenna has favorable measuring properties, whereby distortions or measurement errors can be kept low due to the measuring principle used.
  • a coaxial antenna can also be designed with simple means such that it withstands the high physical demands on the intended measuring point.
  • other measuring elements are used, such as electrometers and the like.
  • measuring elements can also be provided which generate a corresponding signal on account of the magnetic field generated by the movement of the charge.
  • the measuring element can also be designed as a measuring coil, with which magnetic field changes can be determined, from which the state of the coating of the blades can be determined.
  • the measuring element can be connected to a measuring unit.
  • the measurement result delivered by the measuring element can advantageously be processed for further processing.
  • the measuring unit comprises a monitoring unit.
  • the monitoring unit for example, the achievement of a predefinable threshold value can be determined, upon the achievement of which maintenance of the turbomachine is provided.
  • the measuring unit is in communication with a control center.
  • a measurement result can be continuously transmitted to the control center, for example, to predict a subsequent maintenance or to initiate measures such as maintenance or reserve units depending on the current state of wear.
  • reaching a threshold value can also be transmitted.
  • the communication connection can be implemented, for example, via radio, Internet or the like.
  • the transmitted data can be stored for later processing.
  • the monitoring unit has a signaling and / or a warning device.
  • a warning can be output to the operating personnel, so that appropriate measures can be taken in good time.
  • An announcement device can be formed, for example, by a monitor on which the current measured values can be displayed. However, the values may also be graphically displayed on the monitor and may be further contrasted with adjustable thresholds.
  • a warning device such as a warning light, beacon, a horn or the like can be activated. However, it can also be a message to the headquarters.
  • the turbomachine can be switched off by means of the monitoring unit.
  • the monitoring unit it can be advantageously achieved that upon detection of defects on the Shoveling the machine is switched off before the machine is damaged. Service life, repair costs and repair costs can be reduced.
  • the turbomachine is a turbine, in particular a gas turbine. It can be achieved particularly advantageously that particularly highly stressed blades of gas turbines are continuously monitored for damage to the coating. Prescribing fixed maintenance intervals can be saved. In addition, the maintenance time can be selected as needed depending on the actual condition of the bucket. Service life and costs for early maintenance can be further reduced. In addition, the quality of the blades used can advantageously be monitored by appropriate storage and processing of the measurement data. If quality is reduced, which is reflected in shorter maintenance intervals, a corresponding control of the machining process of the blades can be initiated.
  • the invention further proposes a method for determining a damage of an electrically insulating surface on at least one rotor shaft rotatably mounted in a housing arranged rotor blade made of an electrically conductive material in a turbomachine, wherein by means of a measuring element, an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution on the surface of the blades is caused, measured and a deviation is determined to a predetermined threshold value.
  • a measuring element an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution on the surface of the blades is caused, measured and a deviation is determined to a predetermined threshold value.
  • the condition of the surface of a blade can be monitored and the achievement of a predefinable limit of wear can be determined.
  • a redundancy with regard to the measuring elements can be provided, so that a high reliability the measurement is achievable. This is particularly advantageous for large gas turbines that are used in the power supply, and in which incorrect measurements would lead to high costs.
  • the analogous method for determining a damage of an electrically insulating surface of at least one rotatably arranged in a housing stator made of an electrically conductive material in a turbomachine therefore provides that at least one arranged in the region of the vanes on the rotor shaft measuring element an electrical and / or magnetic Field strength, which is caused by a charge distribution on the surface of the at least one vane, measured and a deviation to a predetermined threshold value is determined.
  • the deviation be transmitted to a central office.
  • a monitoring of several turbomachines can be performed by a common center, so that a monitoring effort can be reduced overall.
  • a warning message be output when the threshold value is exceeded. This can be done for example by a central office, but it can also generate the measuring unit itself and issue a warning message.
  • the output can be made, for example, to a correspondingly suitable display unit which emits an optical or acoustic message.
  • the message can also be issued by the control center, for example, if the turbomachine is operated in normal operation without technical personnel.
  • turbomachine is switched off when the threshold value is exceeded.
  • a protective function can advantageously be achieved, whereby it can be prevented that a damaged surface leads to damage of the entire blade.
  • This measure can also be carried out for example by a central office.
  • corresponding control devices can be provided on the turbomachine, by means of which the operation of the turbomachine can be controlled.
  • the measurement signal supplied by the measuring element is transformed, in particular Fourier-transformed, by means of a measuring unit.
  • the measuring signal supplied by the measuring element has a frequency component which is generated by the passing of the discrete blades on the measuring element. Deviations from the normal value can be determined more clearly by transforming the measurement signal.
  • an FFT transformer unit is used.
  • the FFT transformer unit may be provided, for example, in the measuring unit or in a remote center.
  • the measuring signal can be continuously transformed into a corresponding transformed signal. Continuous monitoring of the transformed signal can be achieved.
  • the result of the transformation be displayed and reported.
  • the result of the transformation can be communicated to an operator in order to inform him in which state the blades are located.
  • the result of the transformation be compared with a predefinable threshold value. So can be beneficial a particularly sensitive and accurate detection of the wear condition of a blade can be achieved. Even a slight decrease, which can be regarded as signs of wear, can be detected so that appropriate measures such as replacement of the blade or repair of the coating can be initiated in good time.
  • the threshold value can also be varied as a function of the blade or coating used in order to be able to take account of different properties of the coating or a different load.
  • the threshold value for a blade at the fluid inlet of the turbomachine can be set differently than, for example, for a blade at the fluid outlet of the turbomachine.
  • the threshold value can also be specified as a function of further operating parameters of the turbomachine.
  • the threshold value can be set higher at high load of the turbomachine than at low load of the turbomachine.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a gas turbine 1 of the prior art with arranged on a rotatably mounted in a housing 2 rotor shaft 3 and 4 rotatably arranged vanes 7.
  • a gas turbine 19 At an axial end an air inlet 18 is provided, which is axially downstream of a compressor 19.
  • the compressor 19 is followed by a combustion chamber 20 with burners 21, to which the turbine region 22 with the gas outlet 23 connects.
  • An enlarged view of the turbine section 22 shows Fig. 4 , In FIG. 4 are denoted by 24 electrical charges present on the surface of the blades 4.
  • Fig. 2 shows a single blade 4 for mounting on the rotor shaft 3, which consists of an electrically conductive material, preferably a metal such as steel or the like.
  • the surface 5 of the blade 4 is provided with an electrically insulating coating, here a ceramic coating.
  • Fig. 3 shows a corresponding vane 7, also made of an electrically conductive material, which also has a ceramic coating on its surface 8.
  • the blades 4 are grounded.
  • the guide vanes 7 are grounded via the housing 2 of the turbine 1.
  • a coaxial antenna 6 is provided which detects the rotation of the rotor shaft 3 caused by the arranged on the blades 4 charge carriers field changes of the electric field.
  • the coaxial antenna 6 generates corresponding electrical signals in the rhythm of the passing charges which are transmitted via a line 25 to a measuring unit 10.
  • the gas turbine 1 used in this example is provided for a speed of 3600 revolutions per minute and has on the coaxial antenna 6 opposite rotor blade 80 radially arranged blades 4. At the intended speed, this results in 4800 pulses per second, which corresponds to a frequency of 4800 Hz.
  • Fig. 5 shows a section of the rotor shaft 3 of the turbine 1 with a rotor blade 4 arranged thereon and a stator blade 7 attached to the housing 2.
  • the coaxial antenna 6 measures the local electric field and transmits a signal corresponding to the measured value via the line 25 to the measuring unit 10.
  • the measuring unit 10 prepares the transmitted signals and this leads to a monitoring unit 11 encompassed by the measuring unit 10.
  • the monitoring unit 11 compares the level of the processed signals with a predefinable threshold value 15 and, when falling below a corresponding warning message to a horn 14 and also gives a message via a radio link 13 to a control center 12.
  • the control unit 12 has a receiving unit 26 which receives the signals transmitted via the radio link 13 and processed.
  • the received signals are Fourier-transformed in an FFT unit 16, eg Mathcad, and displayed on a display 27.
  • the display 27 may be formed, for example, by a screen or by built-in LED housing in a housing.
  • the display 27 also has adjustable thresholds 17, with which an undershooting of the transformed signal levels can be displayed.
  • a monitoring unit 28 carries out a continuous comparison of the transformed signal levels to the threshold values and transmits a corresponding signal to a control unit 29 of the turbine 1 when the threshold falls below a threshold value.
  • the turbine 1 can be switched off via the control unit 29. Thus, when determining a wear, the turbine 1 is turned off and maintenance can be triggered.
  • a coaxial to the rotor shaft 3 gas flow contains ions due to their temperature of about 1200 ° C.
  • the positive charge carriers of the gas stream are deposited on the insulating surfaces 5 of the blades 4.
  • the reduced amount of charge leads to a corresponding signal reduction of Coax antenna 6, which falls below a predetermined threshold value 15, the above measures are automatically initiated.
  • a corresponding monitoring is shown for a connected to the housing 2 of the turbine 1 vane 7, which also has an insulating surface 8.
  • the vanes 7 are charged accordingly positive on their surface 8.
  • a corresponding measuring element 9 is provided, which is formed in this embodiment as an induction sensor.
  • the induction sensor 9 rotates at the axial height of the vane assembly and thus measures a magnetic field generated by the difference in movement.
  • the corresponding signal is transmitted to a suitable measuring unit for this purpose, which may be communicatively connected to the measuring unit 10 to also act on the system of the gas turbine 1 can.
  • a capacitive measuring element such as, for example, the coaxial antenna 6 may be provided at this point.
  • Fig. 6 shows a measurement setup for measuring the signals supplied by the coaxial antenna 6.
  • the coax antenna 6 is connected for this measurement with an amplifier 30 whose output drives the input of a transient recorder 31 whose time signal is transformed by means of an FFT in a PC.
  • Fig. 7 shows a signal level-frequency diagram of a data stored by the transient recorder or in Mathcad data set of the gas turbine 1 according to Fig. 1 when operating at 100% load.
  • the diagram comprises a Cartesian coordinate system whose ordinate represents the relative power level of the measured signal, while the abscissa of which corresponds to the frequency in the heart.
  • Clearly recognizable is a single Peak at the frequency of 4800 Hz, which corresponds to the above-mentioned pulse train.
  • Fig. 8 is a diagram like in Fig. 7 shown, wherein the power is only 30% of the rated power of the turbine 1. Auch.hier is clearly a peak at 4800 Hz recognizable.
  • Fig. 9 shows a diagram like in Fig. 7
  • a leakage of the turbine 1 is shown by 100% load in the resting state. Even here, the peak at 4800 Hz is clearly visible.
  • the threshold value 17 is tracked according to the current power state of the gas turbine 1.
  • the exemplary embodiments illustrated in the figures merely serve to explain the invention and are not restrictive of it.
  • the type of measuring element or the further signal processing as well as the arrangement of the measuring element and also the number of measuring elements used can vary without departing from the scope of the invention.
  • dual elements may be used, for example, a magnetic field sensing element instead of an electric field sensing element, since it is the measurement of charges moved relative to the sensing element.
  • the monitoring of the coating of a guide vane by means of a rotating with the rotor shaft measuring element is included.
  • a plurality of measuring elements arranged one behind the other in the direction of the rotor axis can be arranged.
  • each measuring element is a ring of turbine blades assigned. This makes it possible to determine exactly the damage of the surface coating on the ring. Furthermore, it is possible with the aid of a synchronization pulse, for example correlated with the mains frequency (eg 60 Hz), to determine precisely the damage to the surface coating on the blade.
  • a synchronization pulse for example correlated with the mains frequency (eg 60 Hz), to determine precisely the damage to the surface coating on the blade.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Supercharger (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung einer Beschädigung einer Oberfläche mindestens einer Laufschaufel und/oder mindestens einer Leitschaufel einer Strömungsmaschine. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung entsprechende Strömungsmaschinen zum Durchführen der Verfahren.The present invention relates to methods for determining damage to a surface of at least one blade and / or at least one vane of a turbomachine. Moreover, the present invention relates to corresponding turbomachines for carrying out the method.

Strömungsmaschinen mit Schaufelanordnungen zur Wechselwirkung mit einer durch die Strömungsmaschine strömenden Fluidströmung sind grundsätzlich als Verdichter oder Turbinen und dergleichen bekannt. Um den Wirkungsgrad solcher Maschinen zu erhöhen, werden immer höhere physikalische Anforderungen an die verwendeten Materialien der Strömungsmaschine gestellt. Und zwar wird, um den Wirkungsgrad einer Gasturbine zu erhöhen, die Temperatur einer in die Gasturbine einströmenden Gasströmung auf mehr als 1200°C gesteigert. Um den hohen physikalischen Anforderungen, insbesondere aufgrund der Temperatur, standhalten zu können, werden die Schaufeln der Turbine mit einer Beschichtung versehen, die einer besonders hohen Beanspruchung standhält. Eine solche Beschichtung ist beispielsweise das so genannte Thermal Barrier Coating von Schaufeln einer Gasturbine, im folgenden TBC genannt, wobei ein Schaufelblatt an seiner der Gasströmung ausgesetzten Oberfläche mit einer derartigen Beschichtung versehen wird.Turbomachinery with blade assemblies for interacting with a fluid flow passing through the turbomachine are generally known as compressors or turbines and the like. In order to increase the efficiency of such machines, ever higher physical demands are placed on the materials used in the turbomachine. Namely, in order to increase the efficiency of a gas turbine, the temperature of a gas flow flowing into the gas turbine is increased to more than 1200 ° C. In order to be able to withstand the high physical requirements, in particular due to the temperature, the blades of the turbine are provided with a coating which withstands a particularly high stress. Such a coating is, for example, the so-called thermal barrier coating of blades of a gas turbine, hereinafter referred to as TBC, wherein an airfoil is provided on its gas flow-exposed surface with such a coating.

Diese Beschichtung der Schaufel unterliegt einer Alterung, die unter anderem von der Betriebszeit und den weiteren Betriebsbedingungen der Schaufel abhängig ist. Nach Erreichen einer vorgegebenen Betriebszeit löst sich beispielsweise die Beschichtung von der Schaufel ab, wodurch die Schaufel ungeschützt der hohen Beanspruchung durch die Gasströmung ausgesetzt ist. Ein umgehendes Auswechseln der Schaufel ist erforderlich, um eine Zerstörung dieser Schaufel und damit eine Beschädigung der Turbine zu vermeiden.This coating of the blade is subject to aging, which depends inter alia on the operating time and the further operating conditions of the blade. After reaching a predetermined operating time, for example, the coating separates from the blade, whereby the blade is exposed unprotected the high stress by the gas flow. Immediate replacement of the bucket is required to avoid destruction of this blade and thus damage to the turbine.

Im Stand der Technik werden daher Betriebszeiten für derartige Schaufeln vorgegeben, nach deren Erreichen die Turbine zerlegt und die Schaufeln ausgewechselt bzw. neu beschichtet werden, auch wenn die Schaufeln noch keine Beschädigungen aufweisen. Nachteilig ist hierbei, dass, um Ausfälle von Schaufeln und der Turbine zu vermeiden, die Wartungsintervalle derart kurz bzw. häufig gewählt werden, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Fehler zwischen zwei Wartungsintervallen nicht auftritt. Es wäre daher wünschenswert, eine derartige Strömungsmaschine erst dann einer Wartung unterziehen zu müssen, wenn ein Austausch der Schaufel oder eine Neubeschichtung erforderlich ist, um insbesondere Kosten und Standzeiten gering zu halten.In the prior art, therefore, operating times are given for such blades, after reaching the turbine disassembled and replaced the blades or re-coated, even if the blades still have no damage. The disadvantage here is that in order to avoid failures of blades and the turbine, the maintenance intervals are chosen so short or frequently that with high probability an error between two maintenance intervals does not occur. It would therefore be desirable to have to undergo such a turbomachine maintenance only when replacement of the blade or a new coating is required, in particular to keep costs and downtime low.

Eine Möglichkeit, die Beschädigung einer Beschichtung einer Schaufel festzustellen, bevor die Schaufel selbst beschädigt ist, ist in US 6 512 379 offenbart. Bei der bekannten Vorrichtung übt Gas, das durch die Turbinen strömt, Druck auf die Turbinenschaufeln aus, der zu elastischen Verformungen der Schaufel führt. Zudem wird beim Umströmen der Schaufeln Reibung zwischen Gas und Schaufeln verursacht. Dies führt zu Radiofrequenzsignalen typischerweise im GHz-Bereich, erzeugt durch einen druckinduzierten piezoelektrischen Effekt, einen dehnungsinduzierten elektrostriktiven Effekt oder einen reibungsinduzierten "tribo-charging"-Effekt. Die Radiofrequenzen werden mit einer HF-Antenne detektiert. Eine Beschädigung der Beschichtung einer Turbinenschaufel führt zu einem bezüglich der übrigen Schaufeln abweichenden Signal. Dies lässt auf eine Beschädigung der Oberflächenbeschichtung schließen.One way to detect damage to a coating on a bucket before the bucket itself is damaged is in US 6,512,379 disclosed. In the known device, gas flowing through the turbines exerts pressure on the turbine blades, resulting in elastic deformations of the blade. In addition, friction between the gas and the blades is caused during the flow around the blades. This results in radio frequency signals typically in the GHz range, generated by a pressure-induced piezoelectric effect, a strain-induced electrostrictive effect or a friction-induced tribo-charging effect. The radio frequencies are detected with an RF antenna. Damage to the coating of a turbine blade leads to a signal that deviates from the other blades. This suggests damage to the surface coating.

In der US 5 552 711 ist eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung einer Beschädigung einer Turbinenschaufel angegeben, welche über eine Analyse des Frequenzspektrums von einer Antenne empfangener elektromagnetischer Strahlung erfolgt. Die elektromagnetische Strahlung ist dabei auf beschleunigte freie Ionen im durch die Strömungsmaschine strömenden Fluid zurückzuführen. Bei einer Beschädigung der Turbinenschaufel gelangen ionisierte Werkstoffatome der Turbinenschaufel in das Fluid und werden dort magnetischen sowie mechanischen Kräften ausgesetzt. Die von den Werkstoffionen abgestrahlte elektromagnetische Strahlung weist eine niedrigere Frequenz als die bei der Verbrennung in der Strömungsmaschine erzeugten Fluidionen auf. Werden bei der Analyse des Frequenzspektrums die für die Werkstoffionen charakteristischen Frequenzen nachgewiesen, kann so auf eine Beschädigung der Turbinenschaufel rückgeschlossen werden.In the US 5 552 711 a further possibility for determining a damage of a turbine blade is specified, which takes place via an analysis of the frequency spectrum of an antenna received electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation is accelerated attributed free ions in flowing through the fluid machine fluid. If the turbine blade is damaged, ionized material atoms of the turbine blade enter the fluid and are exposed to magnetic and mechanical forces. The electromagnetic radiation emitted by the material ions has a lower frequency than the fluid ions generated during combustion in the turbomachine. If the frequencies characteristic for the material ions are detected during the analysis of the frequency spectrum, it is possible to deduce damage to the turbine blade.

In der US 4 591 794 sind in einer speziellen Ausführungsform Messelemente angegeben, welche durch abgedichtete Durchführungen hindurch im Strömungskanal einer Gasturbine angeordnet werden. Die Messelemente dienen dazu, elektrostatische Phänomene innerhalb des Gasstroms der Gasturbine nachzuweisen. Hierbei werden die Messelemente mit einer konstanten Spannung beaufschlagt und somit Ionenströme gemessen. Anhand von Schwellwertüberschreitungen der gemessenen Ionenströme kann auf Beschädigungen im Strömungskanal der Gasturbine geschlossen werden.In the U.S. 4,591,794 are in a specific embodiment measuring elements indicated, which are arranged through sealed passages in the flow channel of a gas turbine. The measuring elements serve to detect electrostatic phenomena within the gas flow of the gas turbine. Here, the measuring elements are subjected to a constant voltage and thus measured ion currents. Based on Schwellwertüberschreitungen the measured ion currents can be concluded that damage in the flow channel of the gas turbine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer einfachen weiteren Möglichkeit die Beschädigung einer Beschichtung einer Schaufel festzustellen, bevor die Schaufel selbst beschädigt ist.The present invention is based on the object, with a simple further possibility of damaging a Coat a bucket before the bucket itself is damaged.

Als Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der elektrisch leitfähige Werkstoff der Laufschaufeln mit einem Bezugspotential elektrisch verbunden ist, und die Strömungsmaschine mindestens ein im Bereich der Laufschaufeln angeordnetes Messelement zur Messung einer elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke aufweist, die durch eine Ladungsverteilung an der Oberfläche der Laufschaufeln hervorgerufen ist.As a solution it is proposed with the invention that the electrically conductive material of the blades is electrically connected to a reference potential, and the turbomachine has at least one arranged in the region of the blades measuring element for measuring an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution at the Surface of the blades is caused.

Es wird der Effekt ausgenutzt, dass sich Ladungen bevorzugt auf Isolatoren "festsetzen", während sie auf leitenden Materialien abfliesen. Genau das trifft für die TBC-Keramikschicht zu, auf der sich geladene Teilchen aus dem ionisierten Gasstrom absetzen, während sie auf unbeschichteten Metall abfliesen. Die Ladungsmenge auf der Schicht ist proportional zur TBC-Fläche, wodurch eine Bemaßung für die Integrität der Keramikschicht entsteht. Rotieren nun die Laufschaufeln an einer feststehenden Antenne vorbei, so können die Ladungsdifferenzen detektiert werden, und zwar zum einen zum Bereich ohne Schaufel (Zwischenraum) und zum anderen zwischen den einzelnen Schaufeln, was eine Aussage über Defekte der TBC-Schicht erbringt. Die Detektion des durch die Ladungen erzeugten elektrischen Feldes, dessen Frequenz sich aus der Multiplikation von Umlaufdrehzahl (z.B. 60 Hz) und Anzahl der Schaufeln (z.B. 80) ergibt (z.B. 4800 Hz), kann z.B. über eine koaxial ausgeführte Dipolantenne (kapazitive Kopplung), die in den Gasstrom hineinragt, erfolgen. Die Detektion erfolgt damit im Niederfrequenzbereich. Eine Aussage über die Integrität der Schaufeln kann im Zeitbereich anhand der Amplitudenhöhe im Frame von z.B. 80 Schwingungen (Schaufelanzahl) gemacht werden, bzw. im Frequenzbereich durch das Erscheinen von Harmonischen der Umlaufdrehzahl von z.B. 60 Hz. Bei idealen Verhältnissen wären im Zeitbereich alle Amplituden eines Frames gleich bzw. im Frequenzbereich dürften unterhalb der z.B. 4800 Hz keine Subharmonischen zu sehen sein.It takes advantage of the effect that charges prefer to "settle" on insulators while they drain on conductive materials. This is exactly what applies to the TBC ceramic layer, where charged particles settle out of the ionized gas stream as they strip off onto uncoated metal. The amount of charge on the layer is proportional to the TBC area, which gives a dimension for the integrity of the ceramic layer. Now rotate the blades on a fixed antenna over, so the charge differences can be detected, on the one hand to the area without a blade (gap) and the other between the individual blades, which provides information about defects of the TBC layer. The detection of the electric field generated by the charges, the frequency of which results from the multiplication of rotational speed (eg 60 Hz) and number of blades (eg 80) (eg 4800 Hz), can be achieved, for example, via a coaxial dipole antenna (capacitive coupling), which protrudes into the gas stream, take place. The detection thus takes place in the low frequency range. A statement about the integrity of the blades can be made in the time domain based on the amplitude height in the frame of eg 80 vibrations (number of blades), or in the frequency range by the appearance of harmonics of the rotational speed of eg 60 Hz. In ideal conditions, all amplitudes would be in the time domain of a frame equal to or in the frequency range below 4800 Hz, for example, no subharmonics should be visible.

Erstmals wird mit der Erfindung eine Möglichkeit geschaffen, den Zustand der Schaufeln zu überwachen, insbesondere kontinuierlich auch während des Betriebes der Strömungsmaschine, und rechtzeitig bei Erreichen einer vorgebbaren Verschleißgrenze eine Wartung und/oder Überholung der Turbine, insbesondere der Schaufeln, durchzuführen. Wie oben ausgeführt, wird der Effekt ausgenutzt, dass sich Ladungen bevorzugt auf Isolatoren ansammeln, während sie auf leitenden Materialien durch diese abgeleitet werden. Ladungen treten bei der Strömung fluider Stoffe auf, wenn entweder das Fluid selber in entsprechende Ladungsträger dissoziiert ist oder dem Fluid entsprechende Ladungsträger zugeführt worden sind. Die auf einer isolierenden Schicht akkumulierte Ladung kann proportional zu deren Fläche sein, jedoch ist sie im wesentlichen abhängig von der Fläche. Die auf den rotierenden Laufschaufeln akkumulierten Ladungsträger erzeugen ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke mit dem Messelement detektiert werden kann. Über eine Auswertung der Signale des Messelements kann daher auf die Feldstärke geschlossen werden. Eine intakte Schaufel erzeugt im Messelement eine entsprechend ausgeprägte Amplitude des Messsignals (z.B. elektrische Spannung). Eine verschlissene Beschichtung auf einer Laufschaufel oder eine fehlerhafte Beschichtung führt zu einem Ableiten der Ladung über die elektrisch leitfähige Laufschaufel zu einem mit der Laufschaufel in elektrischer Verbindung stehenden Bezugspotential. Eine solche Schaufel kann daher ein Messsignal mit kleinerer Amplitude im Messelement erzeugen. Mit Drehung der Rotorwelle können nacheinander alle Schaufeln eines Schaufelrades am Messelement vorbeigeführt werden, so dass der Zustand der Laufschaufeln dieses Laufschaufelrades vollständig ermittelbar ist.For the first time, the invention provides a possibility for monitoring the condition of the blades, in particular also continuously during operation of the turbomachine, and to perform maintenance and / or overhaul of the turbine, in particular the blades, in good time when a predefinable limit of wear is reached. As stated above, the effect is exploited that charges preferentially accumulate on insulators while being dissipated thereon by conductive materials. Charges occur in the flow of fluid substances when either the fluid itself is dissociated into corresponding charge carriers or the charge carriers corresponding to the fluid have been supplied. The charge accumulated on an insulating layer may be proportional to its area, but is substantially dependent on the area. The charge carriers accumulated on the rotating blades generate an electric field whose field strength can be detected with the measuring element. An evaluation of the signals of the measuring element can therefore be concluded that the field strength. An intact blade generates in the measuring element a correspondingly pronounced amplitude of the measuring signal (for example electrical voltage). A worn coating on a blade or a defective coating results in the discharge of the charge via the electrically conductive blade to a reference potential electrically connected to the blade. Such a blade can therefore generate a measuring signal with a smaller amplitude in the measuring element. With rotation of the rotor shaft, all blades of a blade wheel can be guided past the measuring element in succession, so that the state of the blades of this blade wheel can be completely determined.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Strömungsmaschine drehfest angeordnete Leitschaufeln aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche aufweist, wobei der elektrisch leitfähige Werkstoff der Leitschaufeln mit einem Bezugspotential elektrisch verbunden ist und im Bereich der Leitschaufeln an der Rotorwelle mindestens ein Messelement zur Messung einer elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke, die durch eine Ladungsverteilung an der Oberfläche der Leitschaufeln hervorgerufen ist, vorgesehen ist. So kann unter Ausnutzung desselben Effektes eine auf den Leitschaufeln vorgesehene isolierende Oberfläche ebenfalls überwacht werden. Diese weitere Ausgestaltung kann auch mit den vorerwähnten Maßnahmen kombiniert werden, die sich auf eine Feststellung von Beschädigungen an den beschichteten Laufschaufeln beziehen.In a further embodiment, it is proposed that the turbomachine rotatably arranged vanes from a electrically conductive material having an electrically insulating surface, wherein the electrically conductive material of the guide vanes is electrically connected to a reference potential and in the region of the vanes on the rotor shaft at least one measuring element for measuring an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution at the Surface of the vanes is caused, is provided. Thus, utilizing the same effect, an insulating surface provided on the vanes can also be monitored. This further embodiment can also be combined with the aforementioned measures, which relate to a determination of damage to the coated blades.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Messelement durch eine Koaxial-Antenne gebildet ist. Die Koaxial-Antenne kann vorteilhaft sehr kompakt ausgebildet sein und demzufolge einfach in eine vorhandene Konstruktion integriert werden. Die Koaxial-Antenne weist darüber hinaus günstige Messeigenschaften auf, wobei Verzerrungen oder Messfehler aufgrund des verwendeten Messprinzips gering gehalten werden können. Eine Koaxial-Antenne kann ferner mit einfachen Mitteln derart ausgestaltet werden, dass sie den hohen physikalischen Anforderungen an der vorgesehenen Messstelle standhält. Grundsätzlich sind natürlich auch andere Messelemente einsetzbar, wie beispielsweise Elektrometer und dergleichen. Daneben können jedoch auch Messelemente vorgesehen sein, die aufgrund des durch die Bewegung der Ladung erzeugten magnetischen Feldes ein entsprechendes Signal erzeugen. So kann das Messelement auch als Messspule ausgebildet sein, mit welchem Magnetfeldänderungen ermittelbar sind, aus denen der Zustand der Beschichtung der Schaufeln bestimmbar ist.It is further proposed that the measuring element is formed by a coaxial antenna. The coaxial antenna can advantageously be made very compact and therefore easily integrated into an existing construction. In addition, the coaxial antenna has favorable measuring properties, whereby distortions or measurement errors can be kept low due to the measuring principle used. A coaxial antenna can also be designed with simple means such that it withstands the high physical demands on the intended measuring point. In principle, of course, other measuring elements are used, such as electrometers and the like. In addition, however, measuring elements can also be provided which generate a corresponding signal on account of the magnetic field generated by the movement of the charge. Thus, the measuring element can also be designed as a measuring coil, with which magnetic field changes can be determined, from which the state of the coating of the blades can be determined.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Messelement mit einer Messeinheit verbindbar ist. Mittels der Messeinheit kann vorteilhaft das durch das Messelement gelieferte Messergebnis zu einer weiteren Verarbeitung aufbereitet werden.Furthermore, it is proposed that the measuring element can be connected to a measuring unit. By means of the measuring unit, the measurement result delivered by the measuring element can advantageously be processed for further processing.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit eine Überwachungseinheit umfasst. Mittels der Überwachungseinheit kann beispielsweise das Erreichen eines vorgebbaren Schwellwertes ermittelt werden, bei dessen Erreichen eine Wartung der Strömungsmaschine vorgesehen ist.In addition, it is proposed that the measuring unit comprises a monitoring unit. By means of the monitoring unit, for example, the achievement of a predefinable threshold value can be determined, upon the achievement of which maintenance of the turbomachine is provided.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Messeinheit mit einer Zentrale in Kommunikationsverbindung steht. So kann einerseits ein Messergebnis permanent an die Zentrale übermittelt werden, um beispielsweise eine folgende Wartung zu prognostizieren oder auch um in Abhängigkeit des aktuellen Verschleißzustands Maßnahmen wie Wartung initiieren oder Reserveeinheiten aktivieren zu können. Es kann jedoch auch ein Erreichen eines Schwellwertes übermittelt werden. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise über Funk, Internet oder dergleichen ausgeführt sein. In der Zentrale können die übermittelten Daten für eine spätere weitere Verarbeitung gespeichert werden.Furthermore, it is proposed that the measuring unit is in communication with a control center. Thus, on the one hand, a measurement result can be continuously transmitted to the control center, for example, to predict a subsequent maintenance or to initiate measures such as maintenance or reserve units depending on the current state of wear. However, reaching a threshold value can also be transmitted. The communication connection can be implemented, for example, via radio, Internet or the like. At the central office, the transmitted data can be stored for later processing.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit eine Melde- und/oder eine Warneinrichtung aufweist. Bei Erreichen eines Schwellwerts kann so eine Warnung an das Bedienpersonal ausgegeben werden, so dass rechtzeitig geeignete Maßnahmen eingeleitet werden können. Eine Meldeeinrichtung kann beispielsweise durch einen Monitor gebildet sein, auf dem die aktuellen Messwerte anzeigbar sind. Die Werte können jedoch auch grafisch auf dem Monitor dargestellt sein und sie können ferner einstellbaren Schwellwerten gegenübergestellt sein. Bei Erreichen eines Schwellwertes kann eine Warneinrichtung wie beispielsweise eine Warnleuchte, Rundumleuchte, ein Signalhorn oder dergleichen aktiviert werden. Es kann jedoch auch eine Meldung an die Zentrale erfolgen.In addition, it is proposed that the monitoring unit has a signaling and / or a warning device. When a threshold value is reached, a warning can be output to the operating personnel, so that appropriate measures can be taken in good time. An announcement device can be formed, for example, by a monitor on which the current measured values can be displayed. However, the values may also be graphically displayed on the monitor and may be further contrasted with adjustable thresholds. Upon reaching a threshold, a warning device such as a warning light, beacon, a horn or the like can be activated. However, it can also be a message to the headquarters.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Strömungsmaschine mittels der Überwachungseinheit abschaltbar ist. So kann vorteilhaft erreicht werden, dass bei Feststellung von Defekten auf den Schaufeln die Maschine abgeschaltet wird, bevor die Maschine beschädigt wird. Standzeit, Reparaturkosten und Reparaturaufwand können reduziert werden.It is also proposed that the turbomachine can be switched off by means of the monitoring unit. Thus, it can be advantageously achieved that upon detection of defects on the Shoveling the machine is switched off before the machine is damaged. Service life, repair costs and repair costs can be reduced.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Strömungsmaschine eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, ist. Besonders vorteilhaft kann erreicht werden, dass besonders hoch beanspruchte Schaufeln von Gasturbinen hinsichtlich einer Beschädigung der Beschichtung kontinuierlich überwacht werden. Das Vorgeben von festen Wartungsintervallen kann eingespart werden. Darüber hinaus kann der Wartungszeitpunkt bedarfsgerecht in Abhängigkeit vom tatsächlichen Zustand der Schaufel gewählt werden. Standzeiten und Kosten für vorzeitige Wartung können weiter reduziert werden. Darüber hinaus kann vorteilhaft durch entsprechende Speicherung und Verarbeitung der Messdaten die Qualität der verwendeten Schaufeln überwacht werden. Bei Qualitätseinbußen, was sich in kürzeren Wartungsabständen äußert, kann ein entsprechendes Steuern des Bearbeitungsprozesses der Schaufeln veranlasst werden.In a further embodiment of the present invention, it is proposed that the turbomachine is a turbine, in particular a gas turbine. It can be achieved particularly advantageously that particularly highly stressed blades of gas turbines are continuously monitored for damage to the coating. Prescribing fixed maintenance intervals can be saved. In addition, the maintenance time can be selected as needed depending on the actual condition of the bucket. Service life and costs for early maintenance can be further reduced. In addition, the quality of the blades used can advantageously be monitored by appropriate storage and processing of the measurement data. If quality is reduced, which is reflected in shorter maintenance intervals, a corresponding control of the machining process of the blades can be initiated.

Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Bestimmung einer Beschädigung einer elektrisch isolierenden Oberfläche auf mindestens einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle angeordneten Laufschaufel aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff in einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, wobei mittels eines Messelements eine elektrische und/oder magnetische Feldstärke, die durch eine Ladungsverteilung an der Oberfläche der Laufschaufeln hervorgerufen ist, gemessen und eine Abweichung zu einem vorgebbaren Schwellwert ermittelt wird. Vorteilhaft kann der Zustand der Oberfläche einer Schaufel überwacht werden und das Erreichen einer vorgebbaren Verschleißgrenze festgestellt werden. Es können jedoch auch mehrere Messelemente vorgesehen sein, deren Messwerte parallel mit entsprechend vorgebbaren Schwellwerten verglichen werden. So kann beispielsweise eine Redundanz hinsichtlich der Messelemente vorgesehen werden, so dass eine hohe Zuverlässigkeit der Messung erreichbar ist. Dies ist insbesondere bei großen Gasturbinen vorteilhaft, die in der Energieversorgung eingesetzt werden, und bei denen Fehlmessungen zu hohen Kosten führen würden. Es kann jedoch auch der Zustand einer Leitschaufel ermittelt werden, wenn ein entsprechendes Messelement an der Rotorwelle vorgesehen wird. Das Messverfahren ist analog anwendbar.The invention further proposes a method for determining a damage of an electrically insulating surface on at least one rotor shaft rotatably mounted in a housing arranged rotor blade made of an electrically conductive material in a turbomachine, wherein by means of a measuring element, an electric and / or magnetic field strength by a charge distribution on the surface of the blades is caused, measured and a deviation is determined to a predetermined threshold value. Advantageously, the condition of the surface of a blade can be monitored and the achievement of a predefinable limit of wear can be determined. However, it is also possible to provide a plurality of measuring elements whose measured values are compared in parallel with correspondingly predefinable threshold values. For example, a redundancy with regard to the measuring elements can be provided, so that a high reliability the measurement is achievable. This is particularly advantageous for large gas turbines that are used in the power supply, and in which incorrect measurements would lead to high costs. However, it is also possible to determine the condition of a guide vane if a corresponding measuring element is provided on the rotor shaft. The measuring method is analogously applicable.

Das analoge Verfahren zur Bestimmung einer Beschädigung einer elektrisch isolierenden Oberfläche mindestens einer in einem Gehäuse drehfest angeordneten Leitschaufel aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff in einer Strömungsmaschine sieht deshalb vor, dass mittels mindestens eines im Bereich der Leitschaufeln an der Rotorwelle angeordneten Messelements eine elektrische und/oder magnetische Feldstärke, die durch eine Ladungsverteilung an der Oberfläche der mindestens einen Leitschaufel hervorgerufen ist, gemessen und eine Abweichung zu einem vorgebbaren Schwellwert ermittelt wird.The analogous method for determining a damage of an electrically insulating surface of at least one rotatably arranged in a housing stator made of an electrically conductive material in a turbomachine therefore provides that at least one arranged in the region of the vanes on the rotor shaft measuring element an electrical and / or magnetic Field strength, which is caused by a charge distribution on the surface of the at least one vane, measured and a deviation to a predetermined threshold value is determined.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Abweichung an eine Zentrale übermittelt wird. Vorteilhaft kann eine Überwachung mehrerer Strömungsmaschinen von einer gemeinsamen Zentrale durchgeführt werden, so dass ein Überwachungsaufwand insgesamt reduziert werden kann.It is also proposed that the deviation be transmitted to a central office. Advantageously, a monitoring of several turbomachines can be performed by a common center, so that a monitoring effort can be reduced overall.

Um vorteilhaft bei Überschreiten des Schwellwerts eine geeignete Maßnahme einleiten zu können, wird vorgeschlagen, dass bei Überschreiten des Schwellwerts eine Warnmeldung ausgegeben wird. Dies kann beispielsweise durch eine Zentrale ausgeführt werden, es kann jedoch auch die Messeinheit selbst eine Warnmeldung erzeugen und ausgeben. Die Ausgabe kann beispielsweise an eine entsprechend geeignete Anzeigeeinheit erfolgen, die eine optische oder akustische Meldung abgibt. Die Meldung kann jedoch auch von der Zentrale abgegeben werden, wenn beispielsweise die Strömungsmaschine im Normalbetrieb ohne technisches Personal betrieben wird.In order to be able to initiate a suitable measure when the threshold value is exceeded, it is proposed that a warning message be output when the threshold value is exceeded. This can be done for example by a central office, but it can also generate the measuring unit itself and issue a warning message. The output can be made, for example, to a correspondingly suitable display unit which emits an optical or acoustic message. However, the message can also be issued by the control center, for example, if the turbomachine is operated in normal operation without technical personnel.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass bei Überschreiten des Schwellwertes die Strömungsmaschine abgeschaltet wird. So kann vorteilhaft eine Schutzfunktion erreicht werden, wodurch verhindert werden kann, dass eine beschädigte Oberfläche zu einer Beschädigung der gesamten Laufschaufel führt. Auch diese Maßnahme kann beispielsweise durch eine Zentrale ausgeführt werden. Dazu können an der Strömungsmaschine entsprechende Steuereinrichtungen vorgesehen sein, mittels derer der Betrieb der Strömungsmaschine steuerbar ist.In addition, it is proposed that the turbomachine is switched off when the threshold value is exceeded. Thus, a protective function can advantageously be achieved, whereby it can be prevented that a damaged surface leads to damage of the entire blade. This measure can also be carried out for example by a central office. For this purpose, corresponding control devices can be provided on the turbomachine, by means of which the operation of the turbomachine can be controlled.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass mittels einer Messeinheit das vom Messelement gelieferte Messsignal transformiert, insbesondere Fourier-transformiert wird. Das vom Messelement gelieferte Messsignal weist einen Frequenzanteil auf, der durch das Vorbeilaufen der diskreten Schaufeln am Messelement erzeugt wird. Durch die Transformation des Messsignals können Abweichungen vom Normalwert deutlicher ermittelt werden.In a further embodiment, it is proposed that the measurement signal supplied by the measuring element is transformed, in particular Fourier-transformed, by means of a measuring unit. The measuring signal supplied by the measuring element has a frequency component which is generated by the passing of the discrete blades on the measuring element. Deviations from the normal value can be determined more clearly by transforming the measurement signal.

Dazu wird vorgeschlagen, dass eine FFT-Transformiereinheit verwendet wird. Die FFT-Transformiereinheit kann beispielsweise in der Messeinheit oder auch in einer entfernten Zentrale vorgesehen sein. Mit der FFT-Transformiereinheit kann das Messsignal kontinuierlich in ein entsprechendes transformiertes Signal transformiert werden. Eine kontinuierliche Überwachung des transformierten Signals kann erreicht werden.For this purpose, it is proposed that an FFT transformer unit is used. The FFT transformer unit may be provided, for example, in the measuring unit or in a remote center. With the FFT transforming unit, the measuring signal can be continuously transformed into a corresponding transformed signal. Continuous monitoring of the transformed signal can be achieved.

Um den Zustand der Schaufeln zu bestimmen, wird ferner vorgeschlagen, dass das Ergebnis der Transformation angezeigt und gemeldet wird. So kann beispielsweise einem Bedienpersonal das Ergebnis der Transformation übermittelt werden, um diesem mitzuteilen, in welchem Zustand sich die Schaufeln befinden.In order to determine the condition of the blades, it is further suggested that the result of the transformation be displayed and reported. For example, the result of the transformation can be communicated to an operator in order to inform him in which state the blades are located.

Um beispielsweise eine Meldung zu erzeugen oder ein Kriterium für den Betrieb der Strömungsmaschine zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass das Ergebnis der Transformation mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird. So kann vorteilhaft eine besonders empfindliche und genaue Detektion des Verschleißzustands einer Schaufel erreicht werden. Auch eine geringfügige Abnahme, die als Verschleißanzeichen betrachtet werden kann, kann detektiert werden, so dass rechtzeitig geeignete Maßnahmen wie Austausch der Schaufel oder Reparatur der Beschichtung eingeleitet werden können.In order, for example, to generate a message or to generate a criterion for the operation of the turbomachine, it is proposed that the result of the transformation be compared with a predefinable threshold value. So can be beneficial a particularly sensitive and accurate detection of the wear condition of a blade can be achieved. Even a slight decrease, which can be regarded as signs of wear, can be detected so that appropriate measures such as replacement of the blade or repair of the coating can be initiated in good time.

Der Schwellwert kann jedoch auch in Abhängigkeit der verwendeten Schaufel bzw. Beschichtung variiert werden, um unterschiedliche Eigenschaften der Beschichtung bzw. eine unterschiedliche Belastung berücksichtigen zu können. So kann beispielsweise der Schwellwert für eine Schaufel am Fluideintritt der Strömungsmaschine anders eingestellt sein als beispielsweise für eine Schaufel am Fluidaustritt der Strömungsmaschine. Ferner kann der Schwellwert auch als Funktion weiterer Betriebsparameter der Strömungsmaschine vorgegeben werden. So kann der Schwellwert bei hoher Belastung der Strömungsmaschine höher eingestellt sein als bei niedriger Belastung der Strömungsmaschine.However, the threshold value can also be varied as a function of the blade or coating used in order to be able to take account of different properties of the coating or a different load. For example, the threshold value for a blade at the fluid inlet of the turbomachine can be set differently than, for example, for a blade at the fluid outlet of the turbomachine. Furthermore, the threshold value can also be specified as a function of further operating parameters of the turbomachine. Thus, the threshold value can be set higher at high load of the turbomachine than at low load of the turbomachine.

Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner wird bezüglich gleicher Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 verwiesen.Further advantages and features can be found in the following description of exemplary embodiments. Substantially identical components are designated by the same reference numerals. Furthermore, with respect to the same features and functions to the description of the embodiment in Fig. 1 directed.

Es zeigen:

Fig. 1
eine perspektivische Darstellung einer Gasturbine mit einem längs aufgeschnittenen Gehäuse,
Fig. 2
eine Seitenansicht einer mit einer Beschichtung versehenen Laufschaufel der Gasturbine in Fig. 1,
Fig. 3
eine Seitenansicht einer mit einer Beschichtung versehenen Leitschaufel der Gasturbine in Fig. 1,
Fig. 4
eine vergrößerte Darstellung des Turbinen- und Verdichtbereichs der Turbine in Fig. 1 mit einem erfindungsgemäßen Messelement,
Fig. 5
ein Prinzipschaltbild, welches einen Betriebsablauf für die in Fig. 1 dargestellte Gasturbine zeigt,
Fig. 6
ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung zur Messung des Messsignals des Messelements,
Fig. 7
ein Diagramm zur Darstellung einer Fourier-Transformation des mit dem Messaufbau in Fig. 6 gemessenen Messsignales bei einer Belastung der Gasturbine mit 100 % Leistung,
Fig. 8
ein Diagramm wie in Fig. 7 mit einem transformierten Messsignal bei einer Belastung der Turbine mit 30 % der Nennleistung und
Fig. 9
ein Diagramm wie in Fig. 7, mit einem transformierten Messsignal beim Abschalten der Gasturbine bei 100 % Leistung.
Show it:
Fig. 1
a perspective view of a gas turbine with a longitudinally cut housing,
Fig. 2
a side view of a provided with a coating blade of the gas turbine in Fig. 1 .
Fig. 3
a side view of a provided with a coating vane of the gas turbine in Fig. 1 .
Fig. 4
an enlarged view of the turbine and compressor of the turbine in Fig. 1 with a measuring element according to the invention,
Fig. 5
a schematic diagram showing an operating sequence for in Fig. 1 shown gas turbine shows
Fig. 6
a block diagram of a measuring device for measuring the measuring signal of the measuring element,
Fig. 7
a diagram illustrating a Fourier transform of the with the measurement structure in Fig. 6 Measured signal at a load of the gas turbine with 100% power,
Fig. 8
a diagram like in Fig. 7 with a transformed measuring signal at a load of the turbine with 30% of rated power and
Fig. 9
a diagram like in Fig. 7 , with a transformed measurement signal when switching off the gas turbine at 100% power.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gasturbine 1 des Stands der Technik mit an einer in einem Gehäuse 2 drehbar gelagerten Rotorwelle 3 angeordneten Laufschaufeln 4 sowie mit drehfest angeordneten Leitschaufeln 7. An einem axialen Ende ist ein Lufteinlass 18 vorgesehen, dem axial ein Verdichter 19 nachgeordnet ist. Der Verdichter 19 wird gefolgt von einer Brennkammer 20 mit Brennern 21, an die sich der Turbinenbereich 22 mit dem Gasauslass 23 anschließt. Eine vergrößerte Darstellung des Turbinenbereichs 22 zeigt Fig. 4. In Figur 4 sind mit 24 elektrische Ladungen bezeichnet, die an der Oberfläche der Laufschaufeln 4 vorhanden sind. Fig. 1 shows a perspective view of a gas turbine 1 of the prior art with arranged on a rotatably mounted in a housing 2 rotor shaft 3 and 4 rotatably arranged vanes 7. At an axial end an air inlet 18 is provided, which is axially downstream of a compressor 19. The compressor 19 is followed by a combustion chamber 20 with burners 21, to which the turbine region 22 with the gas outlet 23 connects. An enlarged view of the turbine section 22 shows Fig. 4 , In FIG. 4 are denoted by 24 electrical charges present on the surface of the blades 4.

Fig. 2 zeigt eine einzelne Laufschaufel 4 zur Anordnung auf der Rotorwelle 3, die aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, vorzugsweise einem Metall wie Stahl oder dergleichen, besteht. Die Oberfläche 5 der Laufschaufel 4 ist mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen, hier eine Keramikbeschichtung. Fig. 2 shows a single blade 4 for mounting on the rotor shaft 3, which consists of an electrically conductive material, preferably a metal such as steel or the like. The surface 5 of the blade 4 is provided with an electrically insulating coating, here a ceramic coating.

Fig. 3 zeigt eine entsprechende Leitschaufel 7, ebenfalls aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, die an ihrer Oberfläche 8 ebenfalls eine Keramikbeschichtung aufweist. Fig. 3 shows a corresponding vane 7, also made of an electrically conductive material, which also has a ceramic coating on its surface 8.

Über die Rotorwelle 3 und eine nicht näher dargestellte Lagerung dieser Rotorwelle 3 sind die Laufschaufeln 4 geerdet. Ebenso sind die Leitschaufeln 7 über das Gehäuse 2 der Turbine 1 geerdet.About the rotor shaft 3 and a non-illustrated storage of this rotor shaft 3, the blades 4 are grounded. Likewise, the guide vanes 7 are grounded via the housing 2 of the turbine 1.

Während des Betriebs strömt heißes Prozessgas von der Brennkammer 20 durch den Turbinenbereich 22 zum Auslass 23. Der Gasstrom weist aufgrund seiner hohen Temperatur von 1200°C ionisierte Teilchen auf, die sich bevorzugt auf den isolierenden Oberflächen absetzen. Hierdurch laden sich die Oberflächen 5, 8 der Schaufeln 4, 7 positiv auf. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist gegenüber der ersten Laufschaufelreihe mit den Schaufeln 4 am Gehäuse 2 eine Koax-Antenne 6 vorgesehen, die bei Rotation der Rotorwelle 3 die durch die auf den Laufschaufeln 4 angeordneten Ladungsträger verursachten Feldänderungen des elektrischen Felds detektiert. Die Koax-Antenne 6 erzeugt im Rhythmus der vorbeilaufenden Ladungen entsprechende elektrische Signale, die über eine Leitung 25 an eine Messeinheit 10 übermittelt werden. Die in diesem Beispiel verwendete Gasturbine 1 ist für eine Drehzahl von 3600 Umdrehungen pro Minute vorgesehen und weist an dem der Koax-Antenne 6 gegenüberliegenden Laufschaufelrad 80 radial angeordnete Laufschaufeln 4 auf. Bei der vorgesehenen Drehzahl ergeben sich somit 4800 Impulse pro Sekunde, was einer Frequenz von 4800 Hz entspricht.During operation, hot process gas flows from the combustor 20 through the turbine section 22 to the outlet 23. The gas stream, due to its high temperature of 1200 ° C, has ionized particles preferentially settling on the insulating surfaces. As a result, the surfaces 5, 8 of the blades 4, 7 load positively. How out Fig. 4 can be seen, compared to the first blade row with the blades 4 on the housing 2, a coaxial antenna 6 is provided which detects the rotation of the rotor shaft 3 caused by the arranged on the blades 4 charge carriers field changes of the electric field. The coaxial antenna 6 generates corresponding electrical signals in the rhythm of the passing charges which are transmitted via a line 25 to a measuring unit 10. The gas turbine 1 used in this example is provided for a speed of 3600 revolutions per minute and has on the coaxial antenna 6 opposite rotor blade 80 radially arranged blades 4. At the intended speed, this results in 4800 pulses per second, which corresponds to a frequency of 4800 Hz.

Schematisch ist der Messablauf in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt der Rotorwelle 3 der Turbine 1 mit einer daran angeordneten Laufschaufel 4 sowie einer am Gehäuse 2 befestigten Leitschaufel 7. Die Koax-Antenne 6 misst das lokale elektrische Feld und übermittelt ein dem Messwert entsprechendes Signal über die Leitung 25 an die Messeinheit 10. Die Messeinheit 10 bereitet die übermittelten Signale auf und führt diese einer von der Messeinheit 10 umfassten Überwachungseinheit 11 zu. Die Überwachungseinheit 11 vergleicht den Pegel der aufbereiteten Signale mit einem vorgebbaren Schwellwert 15 und übermittelt bei Unterschreiten eine entsprechende Warnmeldung an ein Signalhorn 14 und gibt darüber hinaus eine Meldung über eine Funkverbindung 13 an eine Zentrale 12. Die Zentrale 12 weist eine Empfangseinheit 26 auf, die die über die Funkverbindung 13 übermittelten Signale empfängt und aufbereitet. Die empfangenen Signale werden in einer FFT-Einheit 16, z.B. Mathcad, Fourier-transformiert und auf einer Anzeige 27 angezeigt. Die Anzeige 27 kann beispielsweise durch einen Bildschirm oder auch durch in einem Gehäuse eingebaute Leuchtdiodenzeilen gebildet sein. Die Anzeige 27 weist ferner einstellbare Schwellwerte 17 auf, mit denen ein Unterschreiten der transformierten Signalpegel anzeigbar ist. Eine Überwachungseinheit 28 führt einen kontinuierlichen Vergleich der transformierten Signalpegel zu den Schwellwerten durch und übermittelt bei Unterschreiten eines Schwellwertes ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit 29 der Turbine 1. Über die Steuereinheit 29 ist die Turbine 1 abschaltbar. So kann also bei Feststellung eines Verschleißes die Turbine 1 abgeschaltet sowie eine Wartung ausgelöst werden.Schematically, the measurement process is in Fig. 5 shown. Fig. 5 shows a section of the rotor shaft 3 of the turbine 1 with a rotor blade 4 arranged thereon and a stator blade 7 attached to the housing 2. The coaxial antenna 6 measures the local electric field and transmits a signal corresponding to the measured value via the line 25 to the measuring unit 10. The measuring unit 10 prepares the transmitted signals and this leads to a monitoring unit 11 encompassed by the measuring unit 10. The monitoring unit 11 compares the level of the processed signals with a predefinable threshold value 15 and, when falling below a corresponding warning message to a horn 14 and also gives a message via a radio link 13 to a control center 12. The control unit 12 has a receiving unit 26 which receives the signals transmitted via the radio link 13 and processed. The received signals are Fourier-transformed in an FFT unit 16, eg Mathcad, and displayed on a display 27. The display 27 may be formed, for example, by a screen or by built-in LED housing in a housing. The display 27 also has adjustable thresholds 17, with which an undershooting of the transformed signal levels can be displayed. A monitoring unit 28 carries out a continuous comparison of the transformed signal levels to the threshold values and transmits a corresponding signal to a control unit 29 of the turbine 1 when the threshold falls below a threshold value. The turbine 1 can be switched off via the control unit 29. Thus, when determining a wear, the turbine 1 is turned off and maintenance can be triggered.

Eine zur Rotorwelle 3 koaxiale Gasströmung enthält aufgrund ihrer Temperatur von ca. 1200°C Ionen. Die positiven Ladungsträger des Gasstroms lagern sich auf den isolierenden Oberflächen 5 der Schaufeln 4 ab. Die durch die Rotation der Rotorwelle 3 an der Koax-Antenne 6 vorbeigeführten Ladungsträger der Schaufeln 4 bewirken entsprechende Messsignale, die verfahrensgemäß verarbeitet werden. Tritt nun an einer Schaufel 4 eine Beschädigung der isolierenden Oberfläche beispielsweise aufgrund von Verschleiß auf, so nimmt die an der Oberfläche 5 der Schaufel 4 positionierte Ladung ab, indem diese zumindest teilweise über den metallischen Körper der Schaufel 4 nach Erde abgeleitet wird. Die reduzierte Ladungsmenge führt zu einer entsprechenden Signalverminderung der Koax-Antenne 6, wobei bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes 15 die oben genannten Maßnahmen automatisch eingeleitet werden.A coaxial to the rotor shaft 3 gas flow contains ions due to their temperature of about 1200 ° C. The positive charge carriers of the gas stream are deposited on the insulating surfaces 5 of the blades 4. The charge carriers of the blades 4, which are guided past the coaxial antenna 6 by the rotation of the rotor shaft 3, produce corresponding measurement signals which are processed in accordance with the method. If damage to the insulating surface, for example due to wear, occurs on a blade 4, the charge positioned on the surface 5 of the blade 4 decreases as it is at least partially discharged to earth via the metallic body of the blade 4. The reduced amount of charge leads to a corresponding signal reduction of Coax antenna 6, which falls below a predetermined threshold value 15, the above measures are automatically initiated.

Ebenfalls in Fig. 5 dargestellt ist eine entsprechende Überwachung für eine mit dem Gehäuse 2 der Turbine 1 verbundene Leitschaufel 7, die ebenfalls eine isolierende Oberfläche 8 aufweist. Auch die Leitschaufeln 7 werden an ihrer Oberfläche 8 entsprechend positiv aufgeladen. An dem gegenüberliegenden Wellenabschnitt der Rotorwelle 3 ist hier ein korrespondierendes Messelement 9 vorgesehen, welches in dieser Ausgestaltung als Induktionssensor ausgebildet ist. Der Induktionssensor 9 rotiert auf axialer Höhe der Leitschaufelanordnung und misst auf diese Weise ein durch die Bewegungsdifferenz erzeugtes magnetisches Feld. Über nicht näher dargestellte Verbindungen wird das entsprechende Signal an eine hierfür geeignete Messeinheit übermittelt, welche mit der Messeinheit 10 kommunikationstechnisch verbunden sein kann, um ebenfalls auf das System der Gasturbine 1 einwirken zu können. Grundsätzlich kann an dieser Stelle jedoch auch ein kapazitives Messelement wie beispielsweise die Koax-Antenne 6 vorgesehen sein.Also in Fig. 5 a corresponding monitoring is shown for a connected to the housing 2 of the turbine 1 vane 7, which also has an insulating surface 8. The vanes 7 are charged accordingly positive on their surface 8. At the opposite shaft portion of the rotor shaft 3 here a corresponding measuring element 9 is provided, which is formed in this embodiment as an induction sensor. The induction sensor 9 rotates at the axial height of the vane assembly and thus measures a magnetic field generated by the difference in movement. About not shown connections, the corresponding signal is transmitted to a suitable measuring unit for this purpose, which may be communicatively connected to the measuring unit 10 to also act on the system of the gas turbine 1 can. In principle, however, a capacitive measuring element such as, for example, the coaxial antenna 6 may be provided at this point.

Fig. 6 zeigt einen Messaufbau zur Messung der von der Koax-Antenne 6 gelieferten Signale. Die Koax-Antenne 6 ist für diese Messung mit einem Verstärker 30 verbunden, dessen Ausgangssignal den Eingang eines Transientenrekorders 31 treibt, dessen Zeitsignal mittels einer FFT in einem PC transformiert wird. Fig. 6 shows a measurement setup for measuring the signals supplied by the coaxial antenna 6. The coax antenna 6 is connected for this measurement with an amplifier 30 whose output drives the input of a transient recorder 31 whose time signal is transformed by means of an FFT in a PC.

Fig. 7 zeigt ein Signalpegel-Frequenz-Diagramm eines vom Transientenrekorder gespeicherten bzw. in Mathcad transformierten Datensatzes der Gasturbine 1 gemäß Fig. 1 bei Betrieb mit 100 % Last. Das Diagramm weist ein kartesisches Koordinatensystem auf, dessen Ordinate den relativen Leistungspegel des gemessenen Signals darstellt, während dessen Abszisse der Frequenz in Herz entspricht. Deutlich erkennbar ist eine einzelne Spitze bei der Frequenz von 4800 Hz, was der oben angegebenen Impulsfolge entspricht. Fig. 7 shows a signal level-frequency diagram of a data stored by the transient recorder or in Mathcad data set of the gas turbine 1 according to Fig. 1 when operating at 100% load. The diagram comprises a Cartesian coordinate system whose ordinate represents the relative power level of the measured signal, while the abscissa of which corresponds to the frequency in the heart. Clearly recognizable is a single Peak at the frequency of 4800 Hz, which corresponds to the above-mentioned pulse train.

In Fig. 8 ist ein Diagramm wie in Fig. 7 dargestellt, wobei die Leistung nur 30 % der Nennleistung der Turbine 1 beträgt. Auch.hier ist ganz deutlich eine Spitze bei 4800 Hz erkennbar.In Fig. 8 is a diagram like in Fig. 7 shown, wherein the power is only 30% of the rated power of the turbine 1. Auch.hier is clearly a peak at 4800 Hz recognizable.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm wie in Fig. 7, wobei jedoch ein Auslaufen der Turbine 1 von 100 % Last in den Ruhezustand dargestellt ist. Selbst hierbei ist die Spitze bei 4800 Hz deutlich zu erkennen. Hier zeigt sich jedoch, dass der Ordinatenwert der Spitze von der Leistung der Turbine abhängig ist. Um daher eine brauchbare Überwachung der Beschichtung zu erreichen, wird daher der Schwellwert 17 gemäß dem aktuellen Leistungszustand der Gasturbine 1 nachgeführt. So kann bei jedem Leistungszustand der Gasturbine 1 die Wirksamkeit der Beschichtung an der Oberfläche 5, 8 einer Schaufel 4, 7 unabhängig vom Betriebszustand der Gasturbine 1 festgestellt werden. Fig. 9 shows a diagram like in Fig. 7 However, a leakage of the turbine 1 is shown by 100% load in the resting state. Even here, the peak at 4800 Hz is clearly visible. Here, however, it can be seen that the ordinate value of the tip depends on the power of the turbine. Therefore, in order to achieve a useful monitoring of the coating, therefore, the threshold value 17 is tracked according to the current power state of the gas turbine 1. Thus, with each power state of the gas turbine 1, the effectiveness of the coating on the surface 5, 8 of a blade 4, 7 can be determined independently of the operating state of the gas turbine 1.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. So können insbesondere die Art des Messelements oder die weitere Signalverarbeitung sowie die Anordnung des Messelementes und auch die Zahl der verwendeten Messelemente variieren, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können natürlich duale Elemente verwendet werden, beispielsweise ein Messelement für ein magnetisches Feld anstelle eines Messelements für ein elektrisches Feld, da es sich um die Messung von relativ zum Messelement bewegten Ladungen handelt. Insbesondere ist auch die Überwachung der Beschichtung einer Leitschaufel mittels eines mit der Rotorwelle umlaufenden Messelements umfasst. Vorteilhaft können mehrere in Richtung der Rotorachse hintereinander liegende Messelemente angeordnet sein. Vorzugsweise besteht die Möglichkeit, dass jedes Messelement einem Ring von Turbinenschaufeln zugeordnet ist. Damit ist es möglich, auf den Ring genau die Beschädigung der Oberflächenbeschichtung zu bestimmen. Ferner ist es möglich, mit Hilfe eines Synchronisationspulses, beispielsweise korreliert mit der Netzfrequenz (z.B. 60 Hz), die Beschädigung der Oberflächenbeschichtung auf die Schaufel genau zu bestimmen.The exemplary embodiments illustrated in the figures merely serve to explain the invention and are not restrictive of it. Thus, in particular the type of measuring element or the further signal processing as well as the arrangement of the measuring element and also the number of measuring elements used can vary without departing from the scope of the invention. In particular, of course, dual elements may be used, for example, a magnetic field sensing element instead of an electric field sensing element, since it is the measurement of charges moved relative to the sensing element. In particular, the monitoring of the coating of a guide vane by means of a rotating with the rotor shaft measuring element is included. Advantageously, a plurality of measuring elements arranged one behind the other in the direction of the rotor axis can be arranged. Preferably, there is the possibility that each measuring element is a ring of turbine blades assigned. This makes it possible to determine exactly the damage of the surface coating on the ring. Furthermore, it is possible with the aid of a synchronization pulse, for example correlated with the mains frequency (eg 60 Hz), to determine precisely the damage to the surface coating on the blade.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gasturbinegas turbine
22
Gehäusecasing
33
Rotorwellerotor shaft
44
Laufschaufelblade
55
Oberfläche der LaufschaufelSurface of the blade
66
Koax-AntenneCoax antenna
77
Leitschaufelvane
88th
Oberfläche der LeitschaufelSurface of the vane
99
Induktionssensorinductive sensor
1010
Messeinheitmeasuring unit
1111
Überwachungseinheitmonitoring unit
1212
Zentraleheadquarters
1313
Funkverbindungradio link
1414
Signalhornhorn
1515
Schwellwertthreshold
1616
FFT-EinheitFFT unit
1717
Schwellwertthreshold
1818
Lufteinlassair intake
1919
Verdichtercompressor
2020
Brennkammercombustion chamber
2121
Brennerburner
2222
Turbinenbereichturbine area
2323
Gasauslassgas outlet
2424
elektrische Ladungelectric charge
2525
Leitungmanagement
2626
Empfangseinheitreceiver unit
2727
Anzeigedisplay
2828
zweite Überwachungseinheitsecond monitoring unit
2929
Steuereinheitcontrol unit
3030
Verstärkeramplifier
3131
Transientenrekordertransient

Claims (20)

  1. Method for determining damage to a surface (5) of at least one rotor blade (4) in a turbo engine (1), said rotor blade being made of an electrically conducting material and being arranged on a rotor shaft (3) that is rotatably mounted in a housing (2), in which method
    - a measurement signal and a deviation of the measurement signal level from a determinable threshold value (15) are determined by means of at least one measuring element (6) arranged in the region of the rotor blades (4),
    characterised in that
    - the electrically conductive material of the rotor blades (4) is electrically connected to a reference potential, with the surface (5) of the rotor blades (4) being electrically insulating, and
    - the measurement signal is determined for an electrical or magnetic field, which is set up by a charge distribution of charge carriers accumulated on the surface (5) and made of a fluid flowing through the turbo engine.
  2. Method for determining damage to a surface (8) of at least one guide blade (7) in a turbo engine (1), said blade being made of an electrically conducting material and being rotationally fixed in a housing (2), said turbo engine (1) also comprising in the housing (2) rotor blades (4) arranged on a rotatably mounted rotor shaft (3), in which method
    - a measurement signal and a deviation of the measurement signal level from a definable threshold value are determined by means of at least one measuring element (9) arranged in the region of the guide blades (7) on the rotor shaft (3),
    characterised in that
    the electrically conducting material of the guide blades (7) is electrically connected to a reference potential, with the surface (8) of the rotor blades (4) being electrically insulating, and
    - the measurement signal is determined for an electric or magnetic field, which is set up by a charge distribution by charge carriers accumulated on the surface (8) and made of a fluid flowing through the turbo engine.
  3. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the deviation is transmitted to a control centre (12).
  4. Method according to one of the preceding claims, characterised in that an alarm is output when the threshold value (15) is exceeded.
  5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the turbo engine (1) is shut down when the threshold value (15) is exceeded.
  6. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the measurement signal supplied to the at least one measuring element (6, 9) is transformed, in particular by a Fourier transformation, by means of a measuring unit (10).
  7. Method according to claim 6, characterised in that a FFT transformation unit (16) is used.
  8. Method according to claim 6 or 7, characterised in that the result of the transformation is displayed and/or signalled.
  9. Method according to one of claims 6 to 8, characterised in that the result of the transformation is compared with a definable threshold value (17).
  10. Turbo engine (1) for implementing the method according to one of the preceding claims, comprising rotor blades (4) made of an electrically conducting material and arranged on a rotor shaft (3) that is rotatably mounted in a housing (2), with
    - provision being made for at least one measuring element (6) for determining a measurement signal and being arranged in the region of the rotor blades and a monitoring unit (11), with which a deviation of the measurement signal level from a determinable threshold value (15) can be determined,
    characterised by
    - the measurement signal for an electrical or magnetic field, which is set up by a charge distribution by charge carriers accumulated on the surface (5) of the rotor blades and made of fluid flowing through the turbo machine, with
    - the electrically conducting material of the rotor blades (4) being electrically connected to a reference potential, and
    - the surface (5) of the rotor blades (4) being electrically insulating.
  11. Turbo engine (1) for implementing the method according to one of claims 1 to 9, comprising rotor blades (4) arranged on a rotor shaft (3) that is rotatably mounted in a housing (2), and comprising rotationally fixed guide blades (7) made of an electrically conducting material with
    - at least one measurement element arranged in the region of the guide blades (7) for determining a measurement signal and a monitoring unit (11) being provided, with which a deviation of the measurement signal level from a determinable threshold value (15) can be determined,
    characterised by
    - the measurement signal for an electrical or magnetic field, which is set up by a charge distribution by charge carriers accumulated on the surface of the guide blades (7) and made of fluid flowing through the turbo engine, with
    - the electrically conductive material of the guide blades (7) being electrically connected to a reference potential, and
    - the surface (8) of the guide blades (7) being electrically insulating.
  12. Turbo engine (1) according to claim 11, characterised in that the rotor blades (4) are made of an electrically conducting material having an electrically insulating surface (5), with the electrically conducting material of the rotor blades (4) being electrically connected to a reference potential, and wherein at least one measuring element (6), arranged in the region of the rotor blades (4), being provided for measuring an electric and/or magnetic field strength set up by a charge distribution on the surface of the rotor blades.
  13. Turbo engine according to one of the claims 10 to 12, characterised in that the at least one measuring element (6, 9) is formed by a coaxial antenna.
  14. Turbo engine according to one of the claims 10 to 13, characterised in that the at least one measuring element (6, 9) can be connected to a measuring unit (10).
  15. Turbo engine according to claim 14, characterised in that the measuring unit (10) includes a monitoring unit (11).
  16. Turbo engine according to claim 14 or 15, characterised in that the measuring unit (10) has a communication link to a control centre (12).
  17. Turbo engine according to claim 15 or 16, characterised in that the monitoring unit (11) has a signalling and/or an alarm device (14).
  18. Turbo engine according to one of the claims 15 to 17, characterised in that the turbo engine (1) can be shut down by the monitoring unit (11).
  19. Turbo engine according to one of the claims 10 to 18, characterised in that the electrically insulating surface (5, 8) is formed by a coating.
  20. Turbo engine as claimed in one of the claims 10 to 19, characterised in that the turbo engine (1) is a turbine, in particular a gas turbine.
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