RU2006594C1 - Method and device for diagnosis of condition of nozzle and working blades of multi-stage turbomachines secured in webs - Google Patents

Abstract

FIELD: multi-stage turbomachines. SUBSTANCE: diagnosis of condition of nozzle and working blades of multi-stage turbomachine and flame tubes of combustion chamber is performed by means of flexible diagnosis device introduced between members being examined in definite order stipulated in Service Log. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению. The invention relates to power engineering.

Известны способ и средство для диагностирования деталей авиационного газотурбинного двигателя без его разборки [1] . Для диагностирования используют выполненные на корпусе специальные окна-лючки, открыв которые, вводят внутрь двигателя диагностический инструмент-бороскоп (эндоскоп) с гибким или жестким элементом (световодом). Вращая ротор двигателя, можно последовательно осмотреть все рабочие лопатки одной ступени. Поворачивая световод бороскопа, можно осмотреть, по крайней мере частично, две сопловые лопатки, образующие канал, в который выходит смотровой лючок. A known method and means for diagnosing parts of an aircraft gas turbine engine without disassembling it [1]. For diagnosis, special hatch windows made on the case are used, opening which the diagnostic tool-borescope (endoscope) with a flexible or rigid element (light guide) is inserted into the engine. Rotating the engine rotor, you can sequentially inspect all the working blades of one stage. By turning the borescope light guide, it is possible to examine, at least in part, two nozzle vanes forming a channel into which the inspection hatch exits.

Недостатком известного способа и средства является невозможность осмотра всего комплекта сопловых лопаток и повышенная трудоемкость осмотра рабочих лопаток вследствие того, что для поворота ротора двигателя необходим дополнительно еще один человек или при автоматическом повороте - специальное устройство. The disadvantage of this method and means is the inability to inspect the entire set of nozzle blades and the increased complexity of the inspection of the working blades due to the fact that an additional person is needed to rotate the rotor of the engine or, when turning automatically, a special device.

Известны также способ диагностирования газотурбинного двигателя - турбомашины и средство для его осуществления [2] . Способ заключается в том, что в смотровой люк (окно), расположенный в корпусе двигателя, вводят направляющее средство, выходной конец которого вводят в проточную часть двигателя, а входной конец размещают снаружи корпуса двигателя, фиксируют направляющее средство в определенном положении проталкивают через него диагностический инструмент с гибким элементом и с дистанционным наблюдением. There is also known a method for diagnosing a gas turbine engine - a turbomachine and a means for its implementation [2]. The method consists in introducing guide means into the inspection hatch (window) located in the engine case, the output end of which is introduced into the engine flow part, and the input end is placed outside the engine case, the guide tool is fixed in a certain position and the diagnostic tool is pushed through it with flexible element and remote monitoring.

Используемое направляющее средство представляет собой трубку соответствующей формы, способную перемещаться относительно смотрового люка в угловом, радиальном и осевом направлениях. The guiding means used is a tube of a corresponding shape capable of moving relative to the inspection hatch in angular, radial and axial directions.

Использвя описанный способ, можно при вращении ротора осмотреть все рабочие роторные лопатки, а статорные - сопловые лопатки могут осматриваться путем перемещения направляющей трубки и гибкого диагностического элемента в другой смотровой люк, при этом для осмотра с одной установки больше одной лопатки необходимо для увеличения сектора обзора убрать стопорный штифт из прорези трубки и поворачивать направляющую трубку в смотровом люке относительно своей оси в угловом направлении. Using the described method, it is possible to inspect all working rotor blades during rotation of the rotor, and stator - nozzle blades can be inspected by moving the guide tube and the flexible diagnostic element into another inspection hatch, while for inspection from one installation more than one blade must be removed to increase the field of view the locking pin from the slot of the tube and turn the guide tube in the inspection hatch about its axis in the angular direction.

Недостатком известного способа и средства являются повышенная трудоемкость диагностирования, обусловленная необходимостью вращения ротора для осмотра рабочих лопаток и невозможность осмотра с одной установки статорных лопаток. The disadvantage of this method and means is the increased complexity of the diagnosis, due to the need for rotation of the rotor to inspect the working blades and the inability to inspect from one installation of stator blades.

Для осмотра всего комплекта сопловых лопаток хотя бы одной ступени необходимо на корпусе по окружности иметь несколько смотровых окон - отверстий, что снижает прочность корпуса. To inspect the entire set of nozzle blades of at least one stage, it is necessary to have several inspection windows - holes on the housing around the circumference, which reduces the strength of the housing.

Недостатком конструкции направляющей трубки является также выполнение в ней прорези, наличие в фиксирующем устройстве штифта, который при повороте трубки нужно выводить из прорези трубки, все это усложняет конструкцию, а манипуляции с трубкой и со штифтом еще более увеличивают трудоемкость и неудобство осмотра. A drawback of the design of the guide tube is also the execution of a slot in it, the presence of a pin in the fixing device, which, when turning the tube, needs to be removed from the tube slot, all this complicates the design, and manipulation of the tube and the pin further increase the complexity and inconvenience of inspection.

Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение удобства при осмотре камеры сгорания и лопаток первой ступени. The aim of the invention is to reduce the complexity and increase convenience when examining the combustion chamber and the blades of the first stage.

На фиг. 1 схематично изображен газотурбинный двигатель; на фиг. 2 выполнен элемент 1 на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2. In FIG. 1 schematically shows a gas turbine engine; in FIG. 2, element 1 of FIG. 1; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2.

Газотурбинный двигатель 1 выполнен по двухконтурной схеме. На корпусе 2 наружного контура напротив турбины 3 выполнены люки 4, заглушенные при работе. The gas turbine engine 1 is made by a dual circuit. On the casing 2 of the external circuit opposite the turbine 3, hatches 4 are made, which were drowned out during operation.

В корпусе 5 внутреннего контура, в кольцах и в лопатках каждого соплового аппарата 6 выполнено по одному смотровому отверстию - окну 7, заглушенному при работе двигателя посредством специальной пробки, закрепленной на кронштейне 8 соплового аппарата 6. Ранее эти смотровые отверстия - окна 7 использовались для осмотра рабочих лопаток диагностическим инструментом с вращением ротора. In the housing 5 of the inner circuit, in the rings and in the blades of each nozzle apparatus 6, there is one inspection hole — a window 7 — plugged during engine operation by means of a special plug fixed to the bracket 8 of the nozzle apparatus 6. Previously, these inspection holes — windows 7 — were used for inspection rotor blades with a diagnostic tool with rotor rotation.

Способ диагностирования (осмотра) заключается в том, что для диагностирования, например, жаровых труб камеры 10 сгорания или сопловых лопаток 11 первой ступени вводят выходной конец 12 направляющего средстве 13 (трубки соответствующей формы) через отверстие 7 в проточную часть двигателя, например, в зазор 14 между выходным сечением 15 (фланцы газосборника) камеры 10 сгорания и входными кромками 16 сопловых лопаток 11 в первой ступени. The method of diagnosis (inspection) is that for diagnosing, for example, the flame tubes of the combustion chamber 10 or nozzle blades 11 of the first stage, the outlet end 12 of the guide means 13 (tubes of the corresponding shape) is introduced through the hole 7 into the engine flow section, for example, into the gap 14 between the output section 15 (gas collection flanges) of the combustion chamber 10 and the inlet edges 16 of the nozzle blades 11 in the first stage.

Укладывают выходной конец 12 направляющего средства 13 на входную кромку 16 сопловой лопатки 11, близлежащей к отверстию 7, ориентируя его в окружном направлении по фронту сопловых лопаток 11 первой ступени. The output end 12 of the guide means 13 is laid on the input edge 16 of the nozzle blade 11 adjacent to the hole 7, orienting it in the circumferential direction along the front of the nozzle blades 11 of the first stage.

Входной конец 17 направляющего средства - трубки 13 для закрепления на корпусе снабжен фланцем 18 с отверстием 19. Правильность постановки направляющего средства 13 проверяют посредством сравнения с зафиксированным положением - по совпадению отверстия 19 во фланце 18 входного конца 17 с резьбовым отверстием 20 на кронштейне 8. При совпадении отверстий 19, 20 фланца 18 и кронштейна 8 фиксируют направляющее средство 13 в этом положении винтом 21. Крепление винтом 21 с опорой выходного конца 12 направляющего средства 13 на входную кромку 16 сопловой лопатки 11, близлежащей к отверстию 7, обеспечивает надежную фиксацию средства 13 в строго определенном требуемом положении. Форма средства 13 и методика его постановки в каждом случае отрабатываются предварительно на отдельном сопловом аппарате 6. The input end 17 of the guide means - the tube 13 for fixing on the housing is equipped with a flange 18 with a hole 19. The correct setting of the guide means 13 is checked by comparing with the fixed position - the holes 19 in the flange 18 of the input end 17 coincide with the threaded hole 20 on the bracket 8. When the coincidence of the holes 19, 20 of the flange 18 and the bracket 8 fix the guiding means 13 in this position with a screw 21. Fastening with a screw 21 with a support for the output end 12 of the guiding means 13 on the input edge 16 of the nozzle blade 11, lizlezhaschey to the opening 7, provides reliable fixation means 13 at a specific desired position. The form of the tool 13 and the methodology for its formulation in each case are worked out previously on a separate nozzle apparatus 6.

После постановки и фиксации направляющего средства - трубки 13 внутрь его через входной конец 17 вводят и проталкивают гибкий диагностический элемент - световод 22 эндоскопа с дистанционным наблюдением и управлением его отклоняющейся концевой части 23. Форма направляющего средства 13 и положение его выходного конца 12 обеспечивают выход световода 22 в проточную часть двигателя, в зазор 14 между кромками 16 сопловых лопаток 11 и выходным сечением - фланцами газосборника 15 камеры 10 сгорания в окружном направлении по фронту лопаток 11 по внутренним полкам 24 лопаток 11. Проталкиваем гибкий диагностический элемент 22 эндоскопа в окружном направлении сразу по всему периметру зазора 14, ориентируя его концевую часть 23 визуально через окуляр эндоскопа на зазор 14 между входными кромками 16 сопловых лопаток 11 первой ступени и выходным сечением камеры сгорания. При проходе нижней части соплового аппарата гибкий элемент 22 переходит на наружные полки 25 сопловых лопаток 11 и перемещается по ним. After setting and fixing the guide means — the tube 13 — a flexible diagnostic element — the endoscope optical fiber 22 with remote monitoring and control of its deviating end portion 23 — is inserted and pushed into it through the input end 17 and the shape of the guide means 13 and the position of its output end 12 provide the output of the optical fiber 22 into the engine flow section, into the gap 14 between the edges 16 of the nozzle blades 11 and the output section — by the flanges of the gas collector 15 of the combustion chamber 10 in the circumferential direction along the front of the blades 11 along the inner to the blades 24 of the blades 11. We push the flexible diagnostic element 22 of the endoscope in the circumferential direction immediately around the entire perimeter of the gap 14, orienting its end part 23 visually through the eyepiece of the endoscope to the gap 14 between the input edges 16 of the nozzle blades 11 of the first stage and the exit section of the combustion chamber. With the passage of the lower part of the nozzle apparatus, the flexible element 22 passes to the outer flanges 25 of the nozzle blades 11 and moves along them.

Появление в поле зрения контролера, наблюдающего через окуляр эндоскопа, отверстия 7 с гибким элементом 22 свидетельствует о проталкивании элемента 22 по всей окружности на 360^о.The appearance in the field of view of the controller, observing through the eyepiece of the endoscope, holes 7 with a flexible element 22 indicates the pushing of the element 22 around the entire circumference of 360 ^about .

Осмотрев канал 26 проточной части сопловых лопаток 11, прилежащих к отверстию 7, а именно: входную 16 и выходную 27 кромки, корыто 28 и спинку 29, наружные 25 и внутренние 24 полки сопловых лопаток 11, осматрвиают внутрениие полости камеры 10 сгорания, рабочие лопатки 9 первой ступени, попадающие в поле видимости, и разрезные кольца 30 первой ступени. Having examined the channel 26 of the flowing part of the nozzle blades 11 adjacent to the hole 7, namely, the input 16 and output 27 edges, the trough 28 and the back 29, the outer 25 and inner 24 shelves of the nozzle blades 11, examine the internal cavity of the combustion chamber 10, the working blades 9 the first stage, falling into the field of view, and split rings 30 of the first stage.

Затем путем последовательного втягивания диагностического гибкого инструмента 22 в направляющее средство 13 с шагом, равным шагу между осматриваемыми лопатками 11, осуществляют осмотр сопловых 11 и рабочих 9 лопаток первой ступени, камеры 10 сгорания, разрезных колец 30 соплового аппарата первой ступени, ориентируясь при втягивании элемента 22 по стыкам 31 боковых кромок полок соседних лопаток 11. Then, by sequentially retracting the diagnostic flexible tool 22 into the guide means 13 with a step equal to the step between the inspected blades 11, the nozzle 11 and the working 9 blades of the first stage, the combustion chamber 10, split rings 30 of the first stage nozzle apparatus are inspected, being guided when retracting the element 22 at the joints 31 of the lateral edges of the shelves of adjacent blades 11.

Диагностирование деталей при втягивании гибкого диагностического элемента 22 в направляющее средство 13 является более удобным и предпочтительным, чем диагностирование при проталкивании элемента 22 вперед от себя, так как в последнем случае концевая часть 23 для осмотра постоянно выводится из зазора 14 между входными кромками 16 сопловых лопаток 11 и выходным сечением камеры 10 сгорания, а после осмотра канала 26 должна быть каждый раз вновь введена в зазор 14 и продвинута вперед, что усложняет осмотр и увеличивает трудоемкость его. Необходимым условием выполнения осмотра лопаток 11 первой ступени и камеры 10 сгорания является то, чтобы диаметр направляющего средства - трубки 13 был выполнен меньше величины между осматриваемыми элементами зазорм, т. е. зазора 14 между кромками 16 сопловых лопаток 11 и выходным сечением 15 (фланцы газосборника) камеры сгорания. Для диагностирования сопловых и рабочих лопаток последующих ступеней, например второй ступени, выходной конец 12 направляющего средства заводят в зазор 32 между рабочими лопатками 9 перовой ступени и сопловыми лопатками 33 второй ступени, выполняя последовательно все операции, описанные выше при диагностировании лопаток 11 первой ступени и камеры 10 сгорания. Необходимым условием выполнения осмотра лопаток 33 второй ступени, а соответственно и последующих ступеней, является также то, чтобы зазоры 34, 35 между буртами внутренних полок рабочих и сопловых лопаток были меньше диаметра гибкого диагностического элемента 22, иначе элемент 22 провалится внутрь турбины и управлять им при диагностировании будет трудно, а также чтобы осевой зазор 32 между кромками рабочих 9 и сопловых 33 лопаток был больше диаметра направляющего средства 13. При диагностировании осмотру подвергается вся проточная часть сопловых лопаток 33 второй ступени, разрезные кольца и рабочие лопатки 9 как первой (предыдущей), так и второй (последующей) ступеней. Diagnosing parts by pulling the flexible diagnostic element 22 into the guide means 13 is more convenient and preferable than diagnosing when pushing the element 22 forward from itself, since in the latter case the end portion 23 for inspection is constantly removed from the gap 14 between the input edges 16 of the nozzle blades 11 and the output section of the combustion chamber 10, and after inspection of the channel 26 should be re-introduced into the gap 14 and advanced forward each time, which complicates the inspection and increases its complexity. A prerequisite for the inspection of the blades 11 of the first stage and the combustion chamber 10 is that the diameter of the guide means - the tube 13 is made smaller than the gap between the inspected elements, i.e., the gap 14 between the edges 16 of the nozzle vanes 11 and the outlet section 15 (gas collector flanges ) combustion chambers. To diagnose nozzle and rotor blades of subsequent stages, for example, the second stage, the output end 12 of the guiding means is inserted into the gap 32 between the rotor blades 9 of the first stage and nozzle blades 33 of the second stage, performing all the steps described above when diagnosing the blades 11 of the first stage and the chamber 10 combustion. A prerequisite for the inspection of the blades 33 of the second stage, and accordingly the subsequent stages, is also that the gaps 34, 35 between the shoulders of the inner shelves of the working and nozzle blades should be less than the diameter of the flexible diagnostic element 22, otherwise the element 22 will fail inside the turbine and control it when it will be difficult to diagnose, and also that the axial clearance 32 between the edges of the working 9 and nozzle 33 vanes should be larger than the diameter of the guide means 13. When diagnosing, the entire flow part of the nozzles is inspected x 33 second stage blades, the split ring and rotor blades 9 as the first (previous) and the second (subsequent) stages.

Таким образом, в заявляемом решении через смотровое отверстие - окно 7, выполненное на корпусе каждого соплового аппарата 6 и использовавшееся ранее лишь для осмотра рабочих лопаток с вращением ротора, удается при наличии диагностического гибкого элемента нужной длины осмотреть без вращения ротора и без перестановки направляющего средства все рабочие лопатки 9, камеру 10 сгорания, все сопловые лопатки 11, 33, разрезные кольца 30, т. е. всю проточную часть двигателя. Отсутствие при диагностировании вращения ротора и перестановки направляющего средства позволяет осуществлять контроль деталей проточной части многоступенчатой турбомашины, какой является авиационный двигатель, как на стенде в заводских условиях, так и на самолете, без снятия его с самолета, что дает возможность производить испытания и эксплуатацию двигателей по их техническому состоянию, т. е. разрешать или запрещать их эксплуатацию по результатам периодического контроля непосредственно на самолете, совмещая его с регламентными работами, что, в целом, повышает надежность ГТД. Thus, in the claimed solution through the inspection hole - the window 7, made on the body of each nozzle apparatus 6 and previously used only to inspect the rotor blades with rotation of the rotor, it is possible to inspect everything without rotating the rotor and without moving the guide means if there is a diagnostic flexible element of the required length working blades 9, a combustion chamber 10, all nozzle blades 11, 33, split rings 30, i.e., the entire flow part of the engine. The absence of diagnostic tools for diagnosing the rotation of the rotor and shifting the guiding means allows monitoring the details of the flowing part of a multistage turbomachine, such as an aircraft engine, both on the bench in the factory and on the plane, without removing it from the plane, which makes it possible to test and operate engines their technical condition, i.e., to permit or prohibit their operation according to the results of periodic monitoring directly on the aircraft, combining it with the regulatory work Tami, that, in general, increases the reliability of GTD.

(56) 1. Скубачевский Г. С. "Авиационные газотурбинные двигатели". Москва, Машинтстроение, 1981, стр. 27. (56) 1. G. Skubachevsky "Aviation gas turbine engines." Moscow, Mechanical Engineering, 1981, p. 27.

2. Патент Великобритании N 2033973, кл. F 01 D 25/00, опубл. 1980.  2. UK patent N 2033973, CL F 01 D 25/00, publ. 1980.

Claims (3)

1. Способ диагностирования состояния закрепленных в полках сопловых и рабочих лопаток многоступенчатой турбомашины и жаровых труб камеры сгорания диагностическим гибким инструментом, закрепленным в направляющем средстве, например направляющей трубке, заключающийся в фиксировании направляющего средства в определенном положении, введении в проточную часть выходного конца направляющего средства, проталкивании через него диагностического гибкого элемента и осмотре последним поверхностей лопаток и жаровых труб, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения удобства при осмотре камеры сгорания и лопаток первой ступени, выходной конец направляющего средства вводят в зазор между входными кромками сопловых лопаток и выходным сечением камеры сгорания, а при осмотре последующих ступеней - в зазор между выходными кромками рабочих лопаток и входными кромками сопловых, ориентируя его в окружном направлении по фронту сопловых лопаток, проверяют правильность его установки посредством сравнения с зафиксированным положением, проталкивание диагностического прибора осуществляют в окружном направлении сразу по всему периметру зазора, а осмотр поверхностей лопаток и жаровых труб осуществляют путем последовательного втягивания диагностического гибкого инструмента в направляющее средство с шагом, равным шагу между осматриваемыми лопатками. 1. A method for diagnosing the condition of nozzle and working blades of a multi-stage turbomachine and flame tubes of a combustion chamber fixed in shelves by a diagnostic flexible tool fixed in a guiding tool, for example a guiding tube, which consists in fixing the guiding means in a certain position, introducing the guiding means into the flowing part, pushing through it a diagnostic flexible element and inspecting the last surfaces of the blades and flame tubes, characterized in that, in order to reduce the complexity and convenience when inspecting the combustion chamber and the first stage blades, the output end of the guide means is introduced into the gap between the input edges of the nozzle blades and the output section of the combustion chamber, and when inspecting the next steps, into the gap between the output edges of the blades and the input edges of the nozzle Orienting it in the circumferential direction along the front of the nozzle blades, check the correctness of its installation by comparing with the fixed position, pushing the diagnostic the device is carried out in the circumferential direction immediately along the entire perimeter of the gap, and the surfaces of the blades and flame tubes are inspected by sequentially pulling the diagnostic flexible tool into the guiding means with a step equal to the step between the examined blades. 2. Устройство для диагностирования состояния закрепленных в полках сопловых и рабочих лопаток многоступенчатой турбомашины и жаровых труб камеры сгорания, содержащее направляющее средство, например направляющую трубку, установленную в смотровом окне турбомашины и закрепленную на ее корпусе посредством фланцевого соединения, пропущенный внутри направляющего средства гибкий диагностический инструмент, отличающееся тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения удобства осмотра, диаметр направляющего средства выполнен меньше величины между осматриваемыми элементами зазора. 2. A device for diagnosing the condition of the nozzle and working blades of a multistage turbomachine and flame tubes of a combustion chamber fixed in the shelves, containing guide means, for example, a guide tube installed in the inspection window of the turbomachine and fixed to its housing by means of a flange connection, a flexible diagnostic tool passed through the guide means characterized in that, in order to reduce the complexity and ease of inspection, the diameter of the guide means is made smaller than Ichin examines gap between elements. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что диаметр диагностического инструмента выполнен больше величины зазора между полками сопловых и рабочих лопаток.  3. The device according to p. 2, characterized in that the diameter of the diagnostic tool is made larger than the gap between the shelves of the nozzle and working blades.

Images