AT12744U1 - Method for functional testing of turbomachinery, and testing device therefor - Google Patents
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Im Zuge eines Verfahrens für die Funktionsprüfung von Turbomaschinen, vorzugsweise Abgasturboladern (1, 2, 3), wird der Prüfling mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagt und dadurch betrieben.Für eine einfache, wirtschaftliche und dennoch aussagekräftige Prüfung ist dabei der Prüfling (1, 2, 3) in eine Prüfeinrichtung eingebunden und wird mittels dieser Prüfeinrichtung mit zumindest einem Gasdruckimpuls, vorzugsweise zumindest einem Druckluftimpuls, beaufschlagt, wobei aus dem daraus resultierenden dynamischen Verhalten des Prüflings (1, 2, 3) allfällige Fehler ermittelt werden.In the course of a method for the functional testing of turbomachines, preferably exhaust gas turbochargers (1, 2, 3), the test specimen is pressurized with gas and thereby operated. The test specimen (1, 2, 3) is used for a simple, economical and nevertheless meaningful test , 3) is integrated in a test device and is acted upon by means of this test device with at least one gas pressure pulse, preferably at least one compressed air pulse, wherein from the resulting dynamic behavior of the test specimen (1, 2, 3) any errors are determined.
Description
österreichisches Patentamt AT12 744U1 2012-10-15Austrian Patent Office AT12 744U1 2012-10-15
Beschreibungdescription
VERFAHREN FÜR DIE FUNKTIONSPRÜFUNG VON TURBOMASCHINEN, SOWIE PRÜFEINRICHTUNG DAFÜRMETHOD FOR FUNCTIONAL TESTING OF TURBOMA MACHINES, AND TEST EQUIPMENT THEREFOR
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Funktionsprüfung von Turbomaschinen, vorzugsweise Abgasturboladern, wobei der Prüfling mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagt und dadurch betrieben wird, sowie eine Prüfeinrichtung für Turbomaschinen, vorzugsweise Abgasturbolader, mit einer Aufnahme für den Prüfling, einer Quelle für unter Druck stehendes Gas, vorzugsweise für Druckluft, mit welcher der Prüfling verbunden werden kann, sowie einer Auswerteeinrichtung.The invention relates to a method for the functional testing of turbomachinery, preferably exhaust gas turbochargers, wherein the specimen is acted upon by pressurized gas and thereby operated, and a test device for turbomachinery, preferably exhaust gas turbocharger, with a receptacle for the specimen, a source for pressurized gas, preferably for compressed air, with which the test specimen can be connected, as well as an evaluation device.
[0002] Die systematische Integration von Qualitätssicherungsprüfständen (Funktionsprüfstän-den) in den Produktionsprozess von Motoren, Getrieben und anderen Aggregaten in der Automobilindustrie bereits seit vielen Jahren üblich. Aus den Anforderungen von Verbrauchern und der Gesetzgebung resultiert die Forderung nach immer effizienteren Motoren, wofür u.a. die Aufladung mittels mechanischer oder turbo-getriebener Lader angewendet wird. Daher wurde auch für diese Komponenten nach entsprechenden Prüfverfahren gesucht.The systematic integration of quality assurance test stands (Funktionsprüfstän-the) in the production process of engines, transmissions and other units in the automotive industry for many years usual. From the requirements of consumers and the legislation results in the demand for more efficient engines, for what u.a. the charge is applied by means of mechanical or turbo-driven loaders. Therefore, these components were searched for corresponding test methods.
[0003] Turbomaschinen sind prinzipiell relativ einfach aufgebaute rotierende Maschinen mit -verglichen z.B. mit einem Verbrennungsmotor - wenigen rotierenden Teilen. Stark vereinfacht kann man davon ausgehen, dass die Maschine „in Ordnung" ist, wenn sie sich frei drehen lässt. In der Praxis tauchen aber doch viele Detailprobleme auf, wie z.B. die Fehlerstatistiken der Automobilhersteller für die eingesetzten Turbolader oder die teilweise sehr hohen Reparaturanteile in den Betriebsprüfständen der Triebwerkhersteller belegen. Bedingt durch das Funktionsprinzip dieser Strömungsmaschinen ist man bisher davon ausgegangen, dass eine sinnvolle Prüfung der Maschinen nur in der Nähe der normalen Betriebspunkte möglich ist, was große Gasmassenströme erfordert, die dazu auch noch entweder erhitzt werden müssen (bei Gasturbinen) oder durch die Maschine erhitzt werden (bei Turbokompressoren). Das Ergebnis dieser Anforderungen ist dann regelmäßig ein „klassischer" Heißprüfstand, in dem die Maschinen im Betriebsbereich überprüft werden. Die großen Nachteile dieser Prüfung am Ende des Produktionsprozesses sind eine späte Fehlererkennung, erhöhte Reparaturkosten durch zusätzliche Ab-und Aufrüstvorgänge, erhöhte Betriebskosten durch mehrfache Prüfung im Fehlerfall, das Risiko eines größeren Maschinenschadens durch von Fehlern ausgelöste Folgeschäden, die Verletzungsgefahr durch heiße Bauteile und die Wartezeiten zur Abkühlung des Prüflings, bevor mit der Fehlerdiagnose und -behebung begonnen werden kann.Turbomachines are in principle relatively simply constructed rotating machines with -compensated e.g. with an internal combustion engine - few rotating parts. Simplified, one can assume that the machine is "okay". is when she lets herself turn freely. In practice, however, there are many detail problems, such as the fault statistics of the automobile manufacturers for the turbocharger used or the sometimes very high repair rates in the operating test stands of the engine manufacturers. Due to the functional principle of these turbomachines, it has been assumed that a meaningful testing of the machines is possible only in the vicinity of the normal operating points, which requires large gas mass flows, which also still need to be either heated (gas turbines) or heated by the machine (in turbo compressors). The result of these requirements is then regularly a "classic" Hot test bench in which the machines are checked in the operating area. The major drawbacks of this test at the end of the production process are late fault detection, increased repair costs due to additional removal and upgrade processes, increased operating costs due to multiple checks in the event of a fault, the risk of major machine damage due to consequential damage caused by errors, the risk of injury from hot components and waiting times to cool down the test specimen before troubleshooting can be started.
[0004] Um diese Probleme zu vermeiden, hat man in der Vergangenheit versucht, eine Prüfung von Turbomaschinen mit komprimiertem Gas (Druckluft) durchzuführen. Dabei wird versucht, im normalen Betrieb vorkommende Betriebspunkte so weit wie möglich mit einem stationären Gasmassenstrom zu simulieren. Aufgrund des hohen Energieaufwands, der zur Erzeugung der benötigten großen Gasmassenströme erforderlich ist, hat sich diese Art der Prüfung bisher aber nicht breitflächig durchgesetzt.In order to avoid these problems, attempts have been made in the past to conduct a test of turbomachinery with compressed gas (compressed air). An attempt is made to simulate operating points occurring in normal operation as far as possible with a stationary gas mass flow. Due to the high energy required to generate the required large gas mass flows, this type of test has not been widely accepted.
[0005] Bei Flugzeugtriebwerken findet meist eine Endprüfung der fertig hergestellten Turboma-schine unter Betriebsbedingungen bei Volllast statt, während bei Grossserienprodukten wie etwa Turboladern für Automobilmotoren vielfach eine ungeprüfte Auslieferung der Turboma-schine an den Kunden stattfindet, da eine vollständige Prüfung aller Teile unter Betriebsbedingungen nicht wirtschaftlich wäre. In der EP 1 426 578 B1 ist eine kalte Funktionsprüfung von Turboladern im eingebauten Zustand am Verbrennungsmotor beschrieben, die aber ebenso wie die Prüfung unter Betriebsbedingungen den Nachteil der späten Erkennung von Fehlern aufweist. Diese späte Fehlererkennung führt im besten Fall zu erhöhten Reparaturkosten (zusätzliche Ab- und Aufrüstvorgänge im Prüfstand, zusätzliche Arbeitsschritte in der Reparatur durch Demontage/Montage zusätzlicher Teile, erneute Prüfung nach der Reparatur) und im schlechtesten Fall zu einem größeren Schaden der Turbomaschine durch vom Fehler ausgelöste Folgeschäden. Daher bestand weiterhin die Anforderung nach einem kostengünstigen und in allen Belangen sicheren Prüfverfahren, da eine 100% Heißprüfung aller Turbolader aus wirtschaftli- 1 /13 österreichisches Patentamt AT12 744U1 2012-10-15 chen Überlegungen nicht realisierbar erscheint.For aircraft engines usually takes a final check of the finished manufactured Turboma machine under operating conditions at full load, while in mass production products such as turbochargers for automotive engines often unchecked delivery of the Turboma machine takes place at the customer, as a complete examination of all parts under operating conditions would not be economical. EP 1 426 578 B1 describes a cold functional test of turbochargers in the installed state on the internal combustion engine, which however, like the test under operating conditions, has the disadvantage of the late detection of errors. This late fault detection leads in the best case to increased repair costs (additional dismantling and Aufrüstvorgänge in the test, additional steps in the repair by disassembly / assembly of additional parts, retesting after repair) and in the worst case to greater damage to the turbomachine by the error triggered consequential damage. Therefore, the requirement remained for a cost-effective and in all respects safe test procedure, since a 100% hot test of all turbochargers from economic 1/13 Austrian Patent Office AT12 744U1 2012-10-15 considerations does not seem feasible.
[0006] Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Prüfeinrichtung für Turbomaschinen anzugeben, das eine einfache, wirtschaftliche und dennoch aussagekräftige Prüfung dieser Komponenten gestattet.It was therefore the object of the present invention to provide a method and a test device for turbomachinery, which allows a simple, economical and yet meaningful test of these components.
[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling in eine Prüfeinrichtung eingebunden und mittels dieser Prüfeinrichtung mit zumindest einem Gasdruckimpuls, vorzugsweise zumindest einem Druckluftimpuls, beaufschlagt wird, wobei aus dem daraus resultierenden dynamischen Verhalten des Prüflings allfällige Fehler ermittelt werden. Damit kann auf eine Heißprüfung wie auch auf die Prüfung stationärer Betriebspunkte mittels komprimiertem Gas verzichtet werden. Stattdessen wird als Basis die drehende Prüfung mit einem Gasdruckimpuls in Verbindung mit einer dynamischen Messwerterfassung und -auswertung durchgeführt, was eine frühzeitige und kostengünstige Fehlererkennung ermöglicht.To solve this problem, the method according to the invention is characterized in that the specimen is incorporated into a test device and by means of this test device with at least one gas pressure pulse, preferably at least one compressed air pulse, is applied, which determines any errors from the resulting dynamic behavior of the specimen become. This can be dispensed with a hot test as well as the test stationary operating points by means of compressed gas. Instead, the rotating test is performed with a gas pressure pulse in conjunction with a dynamic measured value acquisition and evaluation, which allows early and cost-effective error detection.
[0008] Vorzugweise werden dabei zumindest zwei Gasdruckimpulse für die Prüfung verwendet, gegebenenfalls mit unterschiedlichem Energieinhalt.Preferably, at least two gas pressure pulses are used for the test, optionally with different energy content.
[0009] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann der Energieinhalt zumindest eines Gasdruckimpulses durch eine zusätzliche Beheizung oder Befeuerung erhöht werden.According to an advantageous embodiment, the energy content of at least one gas pressure pulse can be increased by an additional heating or firing.
[0010] Eine andere Ausführungsvariante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling in normaler Betriebsrichtung betrieben wird, in dem ein Gaseintritt oder gegebenenfalls alle Gaseintritte in den Prüfling mit dem Gasdruckimpuls beaufschlagt werden.Another embodiment of the method is characterized in that the device under test is operated in the normal operating direction, in which a gas inlet or optionally all gas inlets are subjected to the test sample with the gas pressure pulse.
[0011] Eine andere Variante zur rotierenden Prüfung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling durch Beaufschlagung des oder jedes Gasaustrittes des Prüflings mit zumindest einem Gasdruckimpuls in zur normalen Betriebsrichtung umgekehrter Strömungsrichtung betrieben wird.Another variant of the rotating test is characterized in that the specimen is operated by applying the or each gas outlet of the specimen with at least one gas pressure pulse in the normal operating direction reverse flow direction.
[0012] Vorteilhafterweise kann zur genaueren Abstimmung auf den jeweiligen Prüfling oder die konkrete Prüfaufgabe der Gasdruckimpuls am oder in der Nähe des Prüflings vorzugsweise variabel gedrosselt werden.Advantageously, for a more accurate vote on the test specimen or the specific test task, the gas pressure pulse at or near the specimen preferably be throttled variable.
[0013] In ähnlicher Weise kann eine Abstimmung der Prüfung dadurch erfolgen, dass eine durch Betätigung des Prüflings mittels des Gasdruckimpulses bewirkte und von diesem separate Gasströmung aus dem Prüfling am oder in der Nähe des Prüflings vorzugsweise variabel gedrosselt wird.Similarly, a vote of the test can be done by a preferably caused by actuation of the test specimen by means of the gas pressure pulse and is preferably throttled by this separate gas flow from the specimen at or near the specimen variable.
[0014] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zur rotierenden Prüfung, vorzugsweise vor deren Durchführung, weitere Prüfungen erfolgen, beispielsweise eine Vollständigkeits- und/oder Maßkontrolle, eine mechanische, akustische, optische und/oder visuelle Kontrolle, eine Dichtheitsprüfung des Prüflings auf interne und/oder externe Undichtheit, eine Durchflussprüfung des Schmiersystems mit einem Prüfgas, vorzugsweise mit Luft, oder eine Überprüfung der zum Prüfling gehörenden Sensoren und Aktoren erfolgt, wobei vorzugsweise die zum Prüfling gehörenden Aktoren mit zusätzlichen Kräften beaufschlagt werden und/oder die zum Prüfling gehörenden Sensoren mit externen Signalen beaufschlagt werden.A further embodiment of the invention provides that in addition to the rotating test, preferably before their implementation, further tests, such as a completeness and / or dimensional control, a mechanical, audible, visual and / or visual inspection, a leak test of Test specimens for internal and / or external leakage, a flow test of the lubrication system with a test gas, preferably with air, or a review of belonging to the DUT sensors and actuators, preferably the actives belonging to the DUT are acted upon with additional forces and / or the Probe belonging to sensors with external signals are applied.
[0015] Vorteilhafterweise wird vor dem Prüflauf eine automatisierte Identifizierung zumindest des Produkttyps des Prüflings durch das Mess- und/oder Steuerungssystem der Prüfeinrichtung vorgenommen und der Prüflauf dann abhängig vom Ergebnis der Identifizierung durchgeführt, erfolgt die Identifizierung des Produkttyps vorzugsweise durch die Erfassung physikalischer Eigenschaften des Prüflings wie beispielsweise Größe, Gewicht oder Form, bzw. die Identifizierung des Produkttyps oder des Prüflings an sich durch die Abfrage bzw. Erkennung einer individuellen Kennzeichnung, oder wird die Identifizierung des Produkttyps oder des Prüflings an sich durch elektronischer Informationen aus dem Prozessleitsystem abgeleitet.Advantageously, before the test run an automated identification of at least the product type of the test specimen made by the measuring and / or control system of the test device and the test run then carried out depending on the result of the identification, the identification of the product type is preferably carried out by the detection of physical properties DUTs such as size, weight or shape, or the identification of the product type or the DUT itself by the query or recognition of an individual identification, or the identification of the product type or the DUT itself is derived by electronic information from the process control system.
[0016] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mittels Verbindung zumindest einiger Sensoren und Aktoren des Prüflings sowie zumindest einiger Sensoren und Aktoren des Prüfstands an zumindest ein Mess- und/oder Steuerungssysteme ein zumindest teilau- 2/13 österreichisches Patentamt AT12 744U1 2012-10-15 tomatischer Ablauf der Prüfung erfolgt, wobei ein gegebenenfalls variables Prüfprogramm durchlaufen wird und wobei vorzugsweise zumindest einige der Messwerte teil- oder vollautomatisch aufgenommen, gespeichert und für eine manuelle und/oder automatische Auswertung zur Verfügung gestellt werden.A further embodiment of the invention provides that by means of connecting at least some sensors and actuators of the test object as well as at least some sensors and actuators of the test bench to at least one measuring and / or control systems, at least partially AT12 744U1 2012 The test is carried out automatically, with an optionally variable test program being run through, and wherein preferably at least some of the measured values are recorded partially or fully automatically, stored and made available for manual and / or automatic evaluation.
[0017] Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Prüf lauf variabel in Abhängigkeit von dem Ergebnis einer oder mehrerer vorhergehenden Prüfungen und/oder abhängig von Umgebungsbedingungen durchgeführt wird.Advantageously, it can be provided that the test run is performed variable depending on the result of one or more previous tests and / or depending on environmental conditions.
[0018] Eine weitere vorteilhafte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Auswertung der Prüfergebnisse im Hinblick auf Abweichungen von vorgebbaren festen Werten oder in Abhängigkeit von dem Ergebnis einer oder mehrerer vorhergehender Prüfungen und/oder Umgebungsbedingungen variablen Werten vorgenommen, der Prüfling entsprechend klassifiziert und vorzugsweise die Prüfergebnissen abgespeichert und/oder angezeigt werden, wobei vorzugsweise einzelne oder alle verwendeten Prüfparameter und Mess- und Auswerteergebnisse in Verbindung mit einer eindeutigen Identifikationskennzeichnung des Prüflings lokal in der Prüfeinrichtung und/oder einem übergeordneten System gespeichert werden.A further advantageous variant is characterized in that an automatic evaluation of the test results made in terms of deviations from predefinable fixed values or depending on the result of one or more previous tests and / or environmental conditions variable values, the test specimen classified and preferably the test results are stored and / or displayed, wherein preferably single or all test parameters used and measurement and evaluation results are stored in conjunction with a unique identification marking of the test sample locally in the test device and / or a higher-level system.
[0019] Vorzugsweise werden eine automatische Auswertung der Prüfergebnisse im Hinblick auf mögliche Ursachen von Abweichungen vom Normalzustand vorgenommen, entsprechende Hinweise zur Beseitigung der Abweichungen ausgegeben und mit den Prüfergebnissen abgespeichert und/oder angezeigt.Preferably, an automatic evaluation of the test results are made in terms of possible causes of deviations from the normal state, issued appropriate instructions for eliminating the deviations and stored with the test results and / or displayed.
[0020] Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Messwert dynamisch zeitbasiert, dynamisch drehzahlbasiert oder dynamisch drehwinkelbasiert erfasst wird.It can be provided that at least one measured value is dynamically time-based, dynamic speed-based or dynamically recorded based on rotation angle.
[0021] Eine weitere alternative Ausführungsvariante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling ohne externe Schmiermittelversorgung betrieben wird.A further alternative embodiment of the invention is characterized in that the device under test is operated without external lubricant supply.
[0022] Alternativ kann eine Schmierung des Prüflings mit einem an die Prüfung angepassten Schmiermittel erfolgen, welches mit konstanten technischen Eigenschaften zugeführt bzw. entsprechend den Prüfanforderungen konditioniert wird.Alternatively, a lubrication of the test piece can be done with a matched to the test lubricant, which is supplied with constant technical characteristics or conditioned according to the test requirements.
[0023] Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das dem Prüfling zugeführte Schmiermittel überwacht wird, beispielsweise dessen Volumen- und/oder Massenstrom oder die Temperatur des aus dem Prüfling austretenden Schmiermittels erfasst und ausgewertet werden.It is preferably provided that the lubricant supplied to the test piece is monitored, for example, the volume and / or mass flow or the temperature of the emerging from the test specimen lubricant are detected and evaluated.
[0024] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlerfassung und/oder Drehwinkelerfassung des Prüflings mittels eines berührungslosen Verfahrens erfolgt, beispielsweise optisch, magnetisch, akustisch, elektromagnetisch oder radioelektrisch, und vorzugsweise so hochauflösend, dass über den gesamten Drehzahlbereich der Prüfaufgabe die einzelnen Turbinen- und/oder Kompressorblätter erkannt werden können.A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the speed detection and / or rotational angle detection of the specimen by means of a non-contact method, such as optical, magnetic, acoustic, electromagnetic or radioelectric, and preferably so high resolution that over the entire speed range of Test task the individual turbine and / or compressor sheets can be detected.
[0025] Vorzugsweise werden dabei Volumen- und/oder Massenstrom und/oder Temperatur und/oder Druck des Gasdruckimpulses am Eintritt und/oder des Gases am Austritt des Prüflings vorzugsweise dynamisch vermessen.Preferably, volume and / or mass flow and / or temperature and / or pressure of the gas pressure pulse at the inlet and / or the gas at the outlet of the specimen are preferably measured dynamically.
[0026] Es können auch Körper- und/oder Luftschallemissionen an einer oder mehreren Stellen am Prüfling und/oder im Prüfstand statisch und/oder dynamisch, gegebenenfalls auch berührungslos, erfasst werden.It can also body and / or airborne sound emissions at one or more locations on the test specimen and / or in the test stand static and / or dynamic, possibly also contactless, are detected.
[0027] Auch eine vorzugsweise dynamische Vermessung von Volumen- und/oder Massenstrom und/oder Temperatur und/oder Druck des Gases am Eintritt und/oder am Austritt einer mechanisch mit dem Prüfling gekoppelten zweiten Maschine, beispielsweise einem Kompressor, ist möglich.A preferably dynamic measurement of volume and / or mass flow and / or temperature and / or pressure of the gas at the inlet and / or at the outlet of a mechanically coupled to the test specimen second machine, such as a compressor, is possible.
[0028] Für die Prüfeinrichtung wie eingangs beschrieben wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Quelle zur Beaufschlagung des oder jedes Gaseintritts in den Prüfling, gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich auch des oder jedes Gasaustritts, mit zumindest einem Gasdruckimpuls ausgelegt ist, und dass in der Auswerteeinrichtung das aus dem 3/13 österreichisches Patentamt AT12 744U1 2012-10-15For the test device as described above, the object is achieved according to the invention that the source for loading or each gas inlet into the specimen, optionally alternatively or additionally, the or each gas outlet is designed with at least one gas pressure pulse, and that in of the evaluation device that is part of the 3/13 Austrian Patent Office AT12 744U1 2012-10-15
Druckluftimpuls resultierende dynamische Verhalten des Prüflings überwacht und daraus Fehler ermittelt werden.Compressed air pulse resulting dynamic behavior of the device under test monitored and from it errors are determined.
[0029] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle zur Beaufschlagung des Prüflings mit zumindest zwei Gasdruckimpulsen, gegebenenfalls mit unterschiedlichem Energieinhalt, ausgelegt ist.An advantageous embodiment of the device is characterized in that the source for applying the test specimen with at least two gas pressure pulses, optionally with different energy content, is designed.
[0030] Vorzugsweise ist eine zusätzliche Einrichtung zur Beheizung oder Befeuerung des unter Druck stehenden Gases vorgesehen.Preferably, an additional device for heating or firing of the pressurized gas is provided.
[0031] Weiters kann vorteilhafterweise eine vorzugsweise einstellbare Drosseleinrichtung für das unter Druck stehende Gas am oder in der Nähe des oder jedes Gaseintritts in den Prüfling und/oder am oder in der Nähe des oder jedes allfälligen Gasaustritts aus dem Prüfling vorgesehen sein.Furthermore, advantageously a preferably adjustable throttle means for the pressurized gas may be provided at or near the or each gas inlet into the specimen and / or at or near the or any gas exit from the specimen.
[0032] Vorteilhafterweise können weitere Prüfeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise für eine Vollständigkeits- und/oder Maßkontrolle, eine mechanische, akustische, optische und/oder visuelle Kontrolle, eine Dichtheitsprüfung des Prüflings auf interne und/oder externe Undichtheit, eine Durchflussprüfung des Schmiersystems mit einem Prüfgas, vorzugsweise mit Luft, oder eine Überprüfung der zum Prüfling gehörenden Sensoren und Aktoren, vorzugsweise durch Beaufschlagung mit externen Kräften und/oder Signalen.Advantageously, further testing devices may be provided, for example, for a completeness and / or dimensional control, a mechanical, audible, visual and / or visual inspection, a leak test of the specimen for internal and / or external leakage, a flow test of the lubrication system with a Test gas, preferably with air, or a check of the sensors and actuators belonging to the DUT, preferably by applying external forces and / or signals.
[0033] Eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass Einrichtungen zur automatisierten Identifizierung zumindest des Produkttyps des Prüflings in das Mess- und/oder Steuerungssystem der Prüfeinrichtung integriert sind, und dass vorzugsweise im Steuerungssystem der Prüfeinrichtung ein Ablauf implementiert ist, bei welchem der Prüflauf abhängig vom Ergebnis der Identifizierung durchgeführt wird.A test device according to the invention can also be characterized in that means for automated identification of at least the product type of the test specimen are integrated into the measuring and / or control system of the test device, and preferably in the control system of the test device, a sequence is implemented in which the Test run is performed depending on the result of the identification.
[0034] Dabei sind vorzugsweise Einrichtungen zur Identifizierung des Produkttyps vorzugsweise durch die Erfassung physikalischer Eigenschaften des Prüflings wie beispielsweise Größe, Gewicht oder Form, oder durch die Abfrage bzw. Erkennung einer individuellen Kennzeichnung, oder durch elektronische Informationen aus dem Prozessleitsystem vorgesehen.Preferably means for identifying the product type are preferably provided by the detection of physical properties of the specimen such as size, weight or shape, or by the query or detection of an individual marking, or by electronic information from the process control system.
[0035] Vorteilhafterweise kann die Prüfeinrichtung auch die Merkmale aufweisen, dass zumindest einige Sensoren und Aktoren des Prüflings sowie zumindest einige Sensoren und Aktoren des Prüfstands mit zumindest einem Mess- und/oder Steuerungssystem verbunden sind, in welchem ein zumindest teilautomatischer Ablauf der Prüfung implementiert ist, bei welchem zumindest einige der Messwerte teil- oder vollautomatisch aufgenommen, gespeichert und für eine manuelle und/oder automatische Auswertung zur Verfügung gestellt werden.Advantageously, the tester may also have the features that at least some sensors and actuators of the test specimen and at least some sensors and actuators of the test stand are connected to at least one measurement and / or control system in which an at least semi-automatic sequence of the test is implemented in which at least some of the measured values are recorded partially or fully automatically, stored and made available for a manual and / or automatic evaluation.
[0036] Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Prüfeinrichtung ist ein System zur Versorgung des Prüflings mit einem an die Prüfung angepassten Schmiermittel vorgesehen, gegebenenfalls umfassend ein Konditioniersystem für das Schmiermittel.According to a possible embodiment of the test device, a system for supplying the test specimen is provided with a matched to the test lubricant, optionally comprising a conditioning system for the lubricant.
[0037] Eine derartige Ausführungsform ist vorteilhafterweise zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Überwachung des dem Prüfling zugeführten Schmiermittels, beispielsweise dessen Volumen- und/oder Massenstrom oder der Temperatur des aus dem Prüfling austretenden Schmiermittels, vorgesehen sind.Such an embodiment is advantageously additionally characterized in that means are provided for monitoring the lubricant supplied to the test specimen, for example, its volume and / or mass flow or the temperature of the emerging from the test specimen lubricant.
[0038] Eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur berührungslosen und vorzugsweise hochauflösenden Drehzahlerfassung und/oder Drehwinkelerfassung des Prüflings vorgesehen sind, beispielsweise mittels optischer, magnetischer, akustischer, elektromagnetischer oder radioelektrischer Aufnehmer.A further alternative embodiment of the invention is characterized in that means are provided for non-contact and preferably high-resolution speed detection and / or rotational angle detection of the test specimen, for example by means of optical, magnetic, acoustic, electromagnetic or radioelectric transducer.
[0039] Auch können Einrichtungen zur vorzugsweise dynamischen Ermittlung des Volumen-und/oder Massenstroms und/oder der Temperatur und/oder des Drucks des Gasdruckimpulses am Eintritt und/oder des Gases am Austritt des Prüflings vorgesehen sein.Also means may be provided for preferably dynamic determination of the volume and / or mass flow and / or the temperature and / or the pressure of the gas pressure pulse at the inlet and / or the gas at the outlet of the specimen.
[0040] Weiters ist eine Ausführungsform möglich, bei welcher gegebenenfalls berührungslose Einrichtungen zur Ermittlung der Körper- und/oder Luftschallemissionen an einer oder mehreren Stellen am Prüfling und/oder im Prüfstand vorgesehen sind. 4/13 österreichisches Patentamt AT 12 744 Ul 2012-10-15 [0041] In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.Furthermore, an embodiment is possible, in which optionally non-contact devices for determining the body and / or airborne sound emissions are provided at one or more points on the specimen and / or in the test bed. In the following description, the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
[0042] Die Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung für Turbomaschinen.The drawing figure shows a schematic diagram of a testing device according to the invention for turbomachinery.
[0043] Die im Folgenden beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen die zuverlässige, frühzeitige und kostengünstige Erkennung von Fehlern an Turbomaschinen, die alternativ auch als Prüfling bezeichnet werden. Unter den Begriff Turbomaschinen sind hier alle Arten von Turbinen, die die Energie eines gasförmigen oder flüssigen Energieträgers in mechanische Energie umwandeln, und alle Arten von rotierenden Kompressoren oder Pumpen, die mechanische Energie in eine Gas- oder Flüssigkeitsenergie umwandeln. Auch direkt oder über ein Getriebe mechanisch gekoppelte Kombinationen dieser Maschinen fallen unter den Begriff des Prüflings im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ob dies nun beispielsweise Turbolader für Verbrennungsmotoren oder Turbotriebwerke für Flugzeuge sind. Die nachfolgend erläuterten Merkmale sind für alle Arten der genannten Prüflinge einzeln und in Kombination einsetzbar.The methods and devices described below allow the reliable, timely and cost-effective detection of errors in turbomachinery, which are alternatively referred to as DUT. The term turbo machinery here includes all types of turbines that convert the energy of a gaseous or liquid energy source into mechanical energy, and all sorts of rotating compressors or pumps that convert mechanical energy into gas or liquid energy. Also, directly or via a transmission mechanically coupled combinations of these machines fall under the concept of the specimen in the context of the present invention, whether these are now, for example, turbochargers for internal combustion engines or turbojet engines for aircraft. The features explained below can be used individually and in combination for all types of the test specimens mentioned.
[0044] Nach den beschriebenen Verfahren geprüfte Turbomaschinen können anschließend unter Betriebsbedingungen (Leistungsnachweis) geprüft werden, ohne Funktionsausfälle befürchten zu müssen. Dadurch lassen sich die Prüfprozeduren verkürzen und eine Mehrfachbelegung mit fehlerhaften und anschließend reparierten Turbomaschinen wird vermieden, was zu einer deutlich verbesserten Wirtschaftlichkeit der oftmals mehrere Prüfstände umfassenden Prüfanlage führt. In der Grossserie können die nach den beschriebenen Verfahren geprüften Turbomaschinen überwiegend ohne einen abschließenden Test unter Betriebsbedingungen ausgeliefert werden. Für die zuverlässige Qualitätssicherung ist eine stichprobenweise Kontrolle der Leistungs- und/oder Emissionsdaten nach den anerkannten Regeln der statistischen Prozesskontrolle (SPC) ausreichend. Ausgehend von der bislang meist ungeprüften Auslieferung der Turbomaschinen wird mit den beschriebenen Verfahren eine wesentliche Qualitätsverbesserung und eine Rückverfolgbarkeit der produzierten Turbomaschinen erreicht. Im Vergleich zu einer Prüfung der Turbomaschinen unter Betriebsbedingungen können erhebliche Einsparungen an Energie, Arbeitszeit und Invest erreicht werden.After the described method tested turbomachinery can then be tested under operating conditions (performance), without having to fear functional failures. This reduces test procedures and avoids duplication of faulty and subsequently repaired turbomachinery, leading to significantly improved cost-effectiveness of the test rig, which often includes several test benches. In large series, the turbomachinery tested according to the described methods can be delivered predominantly without a final test under operating conditions. For reliable quality assurance, spot checks of the performance and / or emission data according to the recognized rules of statistical process control (SPC) are sufficient. Based on the hitherto mostly unchecked delivery of the turbomachinery, the methods described achieve a significant improvement in quality and traceability of the turbomachinery produced. Considerable savings in energy, working hours and investment can be achieved in comparison to testing turbomachinery under operating conditions.
[0045] Mit einer Turbine 1 ist beispielsweise ein Kompressor 2 über die mechanischen Verbindung 3 mechanisch gekoppelt, wobei hier diese gesamte Anordnung den Prüfling darstellt. Für den Antrieb des Prüflings 1, 2, 3 im Rahmen der erfindungsgemäßen Funktionsprüfung wird nun ein Gasdruckimpuls aus einer Gasdruckquelle 4 verwendet und das daraus resultierende dynamische Verhalten des Prüflings 1, 2, 3 für die Fehlererkennung genutzt. Dabei wird vorzugsweise Druckluft verwendet, bei Bedarf können aber auch andere Gase zur Anwendung kommen. Als Gasdruckquelle 4 dient üblicherweise ein an die erforderliche Prüfung angepasster Gasdruckbehälter in der Nähe der Prüfeinrichtung, die Teil eines Systems sein kann, das aus mehreren, vorzugsweise vernetzten Prüfeinrichtungen besteht.With a turbine 1, for example, a compressor 2 is mechanically coupled via the mechanical connection 3, in which case this entire arrangement represents the candidate. For the drive of the test specimen 1, 2, 3 in the context of the functional test according to the invention, a gas pressure pulse from a gas pressure source 4 is now used and the resulting dynamic behavior of the specimen 1, 2, 3 used for error detection. In this case, preferably compressed air is used, but if necessary, other gases can be used. The gas pressure source 4 is usually a gas pressure container adapted to the required test in the vicinity of the test device, which may be part of a system consisting of a plurality of preferably cross-linked test devices.
[0046] Vorteilhafterweise wird mehr als nur ein einzelner Gasdruckimpuls für die Prüfung verwendet, wobei vorzugsweise Gasdruckimpulse mit unterschiedlichem Energieinhalt verwendet werden. Der Energieinhalt eines beliebigen Gasdruckimpulses kann durch eine zusätzliche Beheizung oder Befeuerung mittels etwa einer Gasbeheizung 5 erhöht werden.Advantageously, more than a single gas pressure pulse is used for the test, wherein preferably gas pressure pulses are used with different energy content. The energy content of any gas pressure pulse can be increased by an additional heating or firing by means of about a gas heating 5.
[0047] Der die Turbomaschine 1, 2, 3 als Prüfling antreibende Gasdruckimpuls kann über das Ventil 6 gesteuert und vorzugsweise über eine Drosselvorrichtung 7 am oder in der Nähe des Gaseintrittes des Prüflings 1, 2, 3 gedrosselt werden, wobei die Drosselvorrichtung 7 vorzugsweise einstellbar ausgeführt ist. Über eine Messeinrichtung 8 für den Massendurchfluss und/oder Volumenstrom und/oder Druck und/oder Temperatur am Gaseintritt des Prüflings 1, 2, 3 und eine Messeinrichtung 9 für den Massendurchfluss und/oder Volumenstrom und/oder Druck und/oder Temperatur am Gasaustritt des Prüflings 1, 2, 3 werden entsprechende Messwerte ermittelt und der Auswertevorrichtung des Prüfstandes übermittelt.The turbo-engine 1, 2, 3 as the specimen driving gas pressure pulse can be controlled via the valve 6 and preferably throttled via a throttle device 7 at or near the gas inlet of the specimen 1, 2, 3, wherein the throttle device 7 is preferably adjustable is executed. About a measuring device 8 for the mass flow and / or flow rate and / or pressure and / or temperature at the gas inlet of the DUT 1, 2, 3 and a measuring device 9 for the mass flow and / or flow and / or pressure and / or temperature at the gas outlet of DUTs 1, 2, 3, corresponding measured values are determined and transmitted to the evaluation of the test bench.
[0048] Wie oben für den Gaseintritt beschrieben, kann auch der Gasaustritt am oder in der Nähe des Austritts aus dem Prüfling 1,2,3 statisch oder variabel gedrosselt werden, wofür die 5/13 österreichisches Patentamt AT 12 744 Ul 2012-10-15 vorzugsweise einstellbare Drosselvorrichtung 10 vorgesehen ist.As described above for the gas inlet, the gas outlet at or in the vicinity of the exit from the test piece 1,2,3 can be statically or variably throttled, for which the AT 12 744 Ul 2012-10- 15 preferably adjustable throttle device 10 is provided.
[0049] Eine Beeinflussung der drehenden Bewegung des Prüflings 1, 2, 3 mit Aufschluss über dessen Zustand ist aber auch über die mechanisch gekoppelte Maschine 2 möglich. Um diese Beeinflussung genau steuern zu können, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Gaseintritt in diese meist als Kompressor ausgeführte Maschine 2 statisch oder variabel gedrosselt. Dafür ist eine vorzugsweise einstellbare Drosselvorrichtung 11 am Gaseintritt der gekoppelten Maschine 2 vorgesehen. Auch hier können vorteilhafterweise zumindest eine Messeinrichtung 12 für den Massendurchfluss und/oder Volumenstrom und/oder Druck und/oder Temperatur am Gaseintritt der gekoppelten Maschine 2 sowie auch zumindest eine Messeinrichtung 13 für den Massendurchfluss und/oder Volumenstrom und/oder Druck und/oder Temperatur am Gasaustritt der gekoppelten Maschine 2 vorgesehen sein. Besonders feine Abstimmung ist möglich, wenn über eine Drosselvorrichtung 14, vorzugsweise einstellbar, am Gasaustritt der gekoppelten Maschine 2 der Gasaustritt dieser Maschine 2 vorzugsweise variabel gedrosselt wird.An influence on the rotating movement of the test piece 1, 2, 3 with information on the condition is also possible via the mechanically coupled machine 2. In order to be able to control this influence precisely, according to an embodiment of the invention, the gas inlet into this machine 2, which is usually designed as a compressor, is statically or variably throttled. For a preferably adjustable throttle device 11 is provided at the gas inlet of the coupled machine 2. Here, too, advantageously at least one measuring device 12 for the mass flow and / or volume flow and / or pressure and / or temperature at the gas inlet of the coupled machine 2 and at least one measuring device 13 for the mass flow and / or flow and / or pressure and / or temperature be provided at the gas outlet of the coupled machine 2. Particularly fine tuning is possible if, via a throttle device 14, preferably adjustable, at the gas outlet of the coupled machine 2, the gas outlet of this machine 2 is preferably variably throttled.
[0050] Überhaupt kann mittelbar über die mechanisch gekoppelte Maschine 2 auf den Prüfling 1, 2, 3 eingewirkt werden, was auch über zusätzlich antreibend und/oder bremsend auf die Maschine 2 einwirkende Gasdruckimpulse bewerkstelligt werden kann. Dafür kann an, oder in der Nähe von, einem oder mehreren Gasein- und/oder -austritten der mechanisch gekoppelten zweiten Maschine 2 ein an die Prüfung angepasster starrer oder flexibler Gasspeicher 21 angeschlossen sein. Allenfalls kann die Gasdruckquelle 4 zusätzlich auch als Gasdruckquelle für die Maschine 2 herangezogen werden.In general, can be acted indirectly on the mechanically coupled machine 2 to the test specimen 1, 2, 3, which can also be accomplished via additionally driving and / or braking acting on the machine 2 gas pressure pulses. For this purpose, a rigid or flexible gas reservoir 21 adapted to the test can be connected to, or in the vicinity of, one or more gas inlets and / or outlets of the mechanically coupled second machine 2. At most, the gas pressure source 4 can also be used as a gas pressure source for the machine 2.
[0051] Die Gasdruckquelle 4 kann aber nicht nur den Gaseintritt des Prüflings 1, 2, 3 beaufschlagen, sondern auch dessen Gasaustritt, so dass die Turbomaschine als Prüfling 1, 2, 3 allenfalls auch in der umgekehrten Strömungsrichtung betrieben werden kann.However, the gas pressure source 4 can not only act on the gas inlet of the test specimen 1, 2, 3, but also its gas outlet, so that the turbomachine can be operated as a specimen 1, 2, 3 at best in the reverse flow direction.
[0052] Wie bereits weiter oben erwähnt, können eine oder mehrere der beschriebenen Prüfeinrichtungen in den Produktionsprozess der Turbomaschinen integriert sein. Anstelle einer natürlich auch möglichen manuellen Be- bzw. Entladung bzw. Adaption bzw. Deadaption der Prüfeinrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Prüflinge 1, 2, 3 der Prüfeinrichtung mittels eines Fördersystems teil- oder vollautomatisch zugeführt und/oder von dieser abgeführt werden. Auch die Montage bzw. Demontage und/oder Adaption bzw. Deadaption der Prüflinge 1,2, 3 im Prüfstand wird vorzugsweise teil- und/oder vollautomatisch vorgenommen. Dabei werden vorteilhafterweise alle Abläufe zur Be- und Entladung sowie zur Montage/Demontage und Adapti-on/Deadaption von einem Steuerungssystem überwacht und/oder teil- oder vollautomatisch gesteuert.As already mentioned above, one or more of the described testing devices can be integrated into the production process of the turbomachines. Instead of a course also possible manual loading and unloading or adaptation or deadaptation of the test device is advantageously provided that the specimens 1, 2, 3 of the test device by means of a conveyor system partially or fully automatically fed and / or discharged therefrom. The assembly and disassembly and / or adaptation or deadaption of the test pieces 1,2, 3 in the test stand is preferably carried out partially and / or fully automatically. In this case, all processes for loading and unloading and for assembly / disassembly and adaptation / deadaption are advantageously monitored by a control system and / or controlled partially or fully automatically.
[0053] Über das Steuerungssystem des Prüfstands oder der gesamten Anlage wird vorteilhafterweise der genaue Produkttyp des Prüflings 1, 2, 3 vor und/oder während der Anlieferung ermittelt und der weiteren Prozess der Montage/Demontage, Adaption/Deadaption und natürlich auch die Prüfung entsprechend anpasst. Die Typermittlung kann dabei sowohl durch Erfassung physikalischer Eigenschaften des Prüflings 1, 2, 3 selbst (z.B. Größe, Gewicht, Form oder spezielle Kennzeichnung) als auch durch die Abfrage und/oder Bereitstellung mechanischer oder elektronischer Informationen (z.B. mechanische Kodierung, Datenträger oder übergeordneter Rechner) oder einer Kombination dieser Möglichkeiten erfolgen.About the control system of the test bed or the entire system advantageously the exact product type of the test specimen 1, 2, 3 is determined before and / or during delivery and the further process of assembly / disassembly, adaptation / deadaption and of course the test accordingly adapts. The type determination can be done both by detecting physical properties of the test specimen 1, 2, 3 itself (eg size, weight, shape or special marking) as well as by retrieving and / or providing mechanical or electronic information (eg mechanical coding, data carrier or higher-level computer ) or a combination of these options.
[0054] Vor der rotierenden Prüfung wird zweckmäßigerweise eine Vollständigkeits- und/oder Maßkontrolle mit geeigneten Prüfverfahren (z.B. mechanisch, akustisch, optisch und/oder visuell (Kamerasystem)) durchgeführt, ebenso wie vorteilhafterweise eine Dichtigkeitsprüfung einer oder mehrerer Kammern der Maschine auf interne und/oder externe Undichtigkeiten. Weitere zusätzliche Verfahrensschritte können sein, dass vor und/oder während der rotierenden Prüfung die zum Prüfling gehörenden Sensoren und Aktoren geprüft und/oder betätigt werden, dass vor und/oder während der rotierenden Prüfung die zum Prüfling gehörenden Aktoren mit zusätzlichen Kräften beaufschlagt werden und/oder dass vor und/oder während der rotierenden Prüfung die zum Prüfling gehörenden Sensoren mit externen Signalen beaufschlagt werden. 6/13 österreichisches Patentamt AT 12 744 Ul 2012-10-15 [0055] Für die eigentliche Prüfung der Turbomaschine 1, 2, 3 ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass einzelne oder alle Sensoren und Aktoren des Prüflings 1, 2, 3 sowie alle Sensoren und Aktoren des Prüfstands an eines oder mehrere Mess- und/oder Steuerungssysteme angeschlossen sind, welche den teil- oder vollautomatischen Ablauf der Prüfung überwachen und steuern. Dabei kann das jeweils aktive Mess- und/oder Steuerungssystem eine teil- oder vollautomatische Prüfung des Prüflings nach einem fest vorgegebenen und/oder variablen Prüfprogramm (z.B. in Abhängigkeit von vorhergehenden Prüfergebnissen aus anderen Prüfständen und/oder vorhergehenden Prüfungen im gleichen Prüfstand und/oder Umgebungsbedingungen) ausführen. Die dabei resultierenden Messwerte werden von dem einen oder den mehreren Mess- und/oder Steuerungssystemen teil- oder vollautomatisch aufgenommen, gegebenenfalls gespeichert und/oder für eine manuelle und/oder automatische Auswertung zur Verfügung gestellt. Einige oder alle Messwerte können sowohl statisch als auch dynamisch zeitbasiert erfasst werden, alternativ oder zusätzlich auch sowohl statisch als auch dynamisch drehzahlbasiert und/oder drehwinkelbasiert erfasst werden.Prior to the rotating test a completeness and / or dimensional control is suitably carried out with suitable test methods (eg mechanical, acoustic, optical and / or visual (camera system)), as well as advantageously a leak test of one or more chambers of the machine on internal and / or external leaks. Further additional method steps may be that the sensors and actuators belonging to the test object are tested and / or actuated before and / or during the rotating test, that the actuators belonging to the test object are subjected to additional forces before and / or during the rotating test and / or or that before and / or during the rotating test, the sensors belonging to the DUT are subjected to external signals. For the actual test of the turbomachine 1, 2, 3 is advantageously provided that individual or all sensors and actuators of the DUT 1, 2, 3 and all sensors and Actuators of the test stand are connected to one or more measuring and / or control systems, which monitor and control the partially or fully automatic sequence of the test. In this case, the respectively active measuring and / or control system can be a partially or fully automatic test of the test specimen according to a fixed and / or variable test program (eg depending on previous test results from other test benches and / or previous tests in the same test bench and / or environmental conditions ) To run. The resulting measured values are partially or fully automatically recorded by the one or more measuring and / or control systems, optionally stored and / or made available for manual and / or automatic evaluation. Some or all measured values can be recorded both statically and dynamically on a time-based basis, alternatively or additionally also detected both statically and dynamically based on speed and / or rotation angle-based.
[0056] Besonders vorteilhaft ist eine berührungslose Drehzahlerfassung des Prüflings 1, 2, 3 über den berührungslosen Drehzahlaufnehmer 15, beispielsweise optisch, magnetisch, akustisch, elektromagnetisch (Wirbelstrom), oder radioelektrisch (Radar). Vorzugsweise erfolgt dabei die Drehzahlerfassung so hochauflösend, dass über den gesamten Drehzahlbereich der Prüfaufgabe die einzelnen Turbinen- und/oder Kompressorblätter erkannt werden können.Particularly advantageous is a non-contact speed detection of the device under test 1, 2, 3 via the non-contact Drehzahlaufnehmer 15, for example, optical, magnetic, acoustic, electromagnetic (eddy current), or radioelectric (radar). Preferably, the speed detection is carried out so high resolution that over the entire speed range of the test task, the individual turbine and / or compressor sheets can be detected.
[0057] Auch der Volumen- und/oder Massenstrom und/oder Temperatur und/oder Druck des Gasdruckimpulses werden statisch und/oder dynamisch vermessen, sei es am Austritt der Turbomaschine 1 und/oder am Eintritt und/oder Austritt der mechanisch gekoppelten zweiten Maschine 3 (z.B. Kompressor). Als weitere Prüfungsverfahren können auch über Körperschallaufnehmer 16, 17 am Prüfling 1, 2, 3 und der gekoppelten Maschine 2 sowie über gegebenenfalls Luftschallaufnehmer 18 Körper- und/oder Luftschallemissionen an einer oder mehreren Stellen am Prüfling 1, 2, 3 und/oder im Prüfstand statisch und/oder dynamisch erfasst werden. Die Körperschallerfassung kann dabei mit bauteilberührenden oder im Prüfstand fest verbauten Schwingungsaufnehmern und/oder mit berührungslosen Schwingungsaufnehmern (z.B. Laser oder Ultraschall) erfolgen.Also, the volume and / or mass flow and / or temperature and / or pressure of the gas pressure pulse are statically and / or dynamically measured, be it at the outlet of the turbomachine 1 and / or at the inlet and / or outlet of the mechanically coupled second machine 3 (eg compressor). As further test methods, body and / or airborne sound emissions at one or more points on the test piece 1, 2, 3 and / or in the test stand can also be transmitted via structure-borne sound pickups 16, 17 on the test piece 1, 2, 3 and the coupled machine 2 and via optionally airborne sound pickup 18 be detected statically and / or dynamically. The structure-borne noise detection can be carried out with vibration-sensing elements fixed to the component or permanently installed in the test stand and / or with contactless vibration sensors (for example laser or ultrasound).
[0058] Während der Prüfling 1, 2, 3 während der erfindungsgemäßen Prüfung gegebenenfalls auch ohne Schmiermittel betrieben werden kann, ist vorzugsweise eine Schmierung mit einem an die Prüfung angepassten Schmiermittel vorgesehen, welches mit konstanten technischen Eigenschaften zugeführt wird. Das Schmiermittel kann insbesondere entsprechend den Prüfanforderungen erwärmt und/oder gekühlt werden. Auch die Eigenschaften und Zustände des Schmiermittels können zusätzlichen Aufschluss über den Prüfling 1, 2, 3 geben, so dass auch zumindest eine Messeinrichtung 19 für den Massendurchfluss und/oder Volumenstrom und/oder Druck und/oder Temperatur am Schmiermitteleintritt sowie auch eine Messeinrichtung 20 für die Temperatur am Schmiermittelaustritt vorgesehen sein können.While the test specimen 1, 2, 3 may optionally be operated without lubricant during the test according to the invention, lubrication with a lubricant adapted to the test is preferably provided, which is supplied with constant technical properties. The lubricant may in particular be heated and / or cooled in accordance with the test requirements. The properties and conditions of the lubricant can provide additional information about the test specimen 1, 2, 3, so that at least one measuring device 19 for the mass flow and / or flow rate and / or pressure and / or temperature at the lubricant inlet as well as a measuring device 20 for the temperature at the lubricant outlet can be provided.
[0059] Vor der rotierenden Prüfung des Prüflings 1, 2, 3 ist dabei eine Durchflussprüfung des Schmiersystems mit Luft oder einem Prüfgas vorteilhaft. Im Rahmen der Prüfung ist dann vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Volumen-und/oder Massenstrom der Schmiermittelversor-gung statisch und/oder dynamisch erfasst und ausgewertet wird, ebenso wie die Temperatur des austretenden Schmiermittels statisch und/oder dynamisch erfasst und ausgewertet werden kann.Before the rotating test of the test specimen 1, 2, 3, a flow test of the lubricating system with air or a test gas is advantageous. As part of the test is then advantageously provided that the volume and / or mass flow of the lubricant supply statically and / or dynamically recorded and evaluated, as well as the temperature of the escaping lubricant can be statically and / or dynamically recorded and evaluated.
[0060] Die während der Prüfung des Prüflings 1,2, 3 von einem oder mehreren Mess- und/oder Steuerungssystemen automatisch aufgenommenen und gespeicherten Messwerte können vorteilhafterweise gleich von diesem oder diesen Systemen oder aber einem weiteren unabhängigen System automatisch auf Abweichungen von fest definierten und/oder variablen Grenzwerten überprüft werden. Je nach dem Ergebnis dieser Überprüfung kann der Prüfling 1, 2, 3 automatisch klassifiziert und auch gekennzeichnet werden, beispielsweise per Markierung am Bauteil selbst, per Ausdruck oder elektronisch auf einem Datenträger oder in einem dezentralen oder zentralen Rechner. Zweckmäßigerweise wird die Klassifizierung mit den Prüfergeb- 7/13 österreichisches Patentamt AT12 744U1 2012-10-15 nissen abgespeichert und/oder angezeigt. Eine weitere Möglichkeit ist die automatische Auswertung der Prüfergebnisse im Hinblick auf mögliche Ursachen von Abweichungen vom Normalzustand, wobei zusätzlich gleich entsprechende Hinweise zur Beseitigung der Abweichungen ausgegeben und mit den Prüfergebnissen abspeichert und/oder anzeigt werden können. Das oder mehrere Mess- und/oder Steuerungssysteme können einzelne oder alle erfassten Messwerte und ermittelten Prüfergebnisse nach einer lokalen Zwischenspeicherung automatisch an einen übergeordneten Rechner weiterleiten, wo sie für weitere Auswertungen unabhängig vom Produktionsbetrieb am Prüfstand gesichert, ausgewertet und archiviert werden können. Umgekehrt kann jedes der Mess- und/oder Steuerungssysteme die aktuellsten Prüfparameter automatisch von einem übergeordneten zentralen Rechner beziehen und lokal Zwischenspeichern, beispielsweise um einen Produktionsstopp bei einem Netzwerkausfall zu vermeiden. Dabei ist es natürlich auch zweckmäßig, wenn einzelne oder alle verwendeten Prüfparameter und Mess- und Auswerteergebnisse in Verbindung mit einer eindeutigen Identifikationskennzeichnung des geprüften Bauteils im lokalen Mess- und/oder Steuerungssystem und/oder auf dem übergeordneten Rechner gespeichert werden.The measured values which are automatically recorded and stored by one or more measuring and / or control systems during the test of the test piece 1, 2, 3 can advantageously be automatically determined by deviations from fixedly defined parameters and / or these systems or else a further independent system / or variable limits are checked. Depending on the result of this check, the test object 1, 2, 3 can be automatically classified and also marked, for example by marking on the component itself, by printout or electronically on a data carrier or in a decentralized or central computer. The classification with the test results is expediently stored and / or displayed. A further possibility is the automatic evaluation of the test results with regard to possible causes of deviations from the normal state, whereby in addition equal instructions for eliminating the deviations can be outputted and stored with the test results and / or displayed. The one or more measurement and / or control systems can automatically forward individual or all recorded measured values and determined test results to a higher-level computer after local caching, where they can be backed up, evaluated and archived for further evaluations independently of the production operation on the test bench. Conversely, each of the measurement and / or control systems can automatically obtain the most up-to-date test parameters from a higher-level central computer and locally buffer them, for example to avoid a production stop in the event of a network failure. Of course, it is also expedient if individual or all test parameters and measurement and evaluation results used are stored in conjunction with a clear identification marking of the tested component in the local measuring and / or control system and / or on the higher-level computer.
[0061] Zur Sicherung der Rückverfolgbarkeit aller Teile werden diese üblicherweise mit einer eindeutigen Identifikationskennzeichnung versehen und alle im Produktionsprozess anfallenden Daten dieser Identifikationskennzeichnung zugeordnet. Gegebenenfalls kann die Identifikationskennzeichnung zum Beginn des Prozesses auch virtuell vergeben und auf geeigneten Speichermedien (z.B. Datenträger des Werkstückträgers oder übergeordneter Rechner) zwischengespeichert werden, bevor die endgültige Kennzeichnung im Laufe oder am Ende des Produktionsprozesses physisch am Bauteil angebracht wird (z.B. Kennzeichnung erst nach abschließender IO Prüfung).To ensure the traceability of all parts they are usually provided with a unique identification marking and assigned all incurred in the production process data identification identification. Optionally, at the beginning of the process, the identification tag can also be allocated virtually and temporarily stored on suitable storage media (eg data carriers of the workpiece carrier or higher-level computer) before the final marking is physically attached to the component during or at the end of the production process (eg identification only after the final IO Exam).
[0062] Die oben dargelegten Merkmale des Verfahrens der Prüfung sowie des Prüfsystems sind auch im übergeordneten Kontext der Qualitätssicherung in der Fertigung der Turboma-schinen zu sehen. Bereits heute werden in praktisch allen Produktionsprozessen in der Serienfertigung einzelne Qualitätsprüfungen integriert. In den meisten Anwendungsfällen werden in diesen Prüfungen spezifische Fehlermerkmale überprüft - verbunden mit dem Nachteil, dass per Definition mit einem geringeren Risiko verbundene Fehler nicht gesucht und somit auch nicht erkannt werden. Das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Qualitätssicherung von Turbomaschinen in der Serienproduktion verringert das Risiko der mangelhaften Erkennung von Fehlern im Produktionsprozess und führt zu einer erheblichen Kostenersparnis gegenüber einer (heute in der Regel nicht eingesetzten) vollständigen Prüfung aller Einzelteile auf spezifische Fehlermerkmale.The above-mentioned features of the method of testing and the test system are also seen in the overall context of quality assurance in the production of turbomachines. Already today, individual quality checks are integrated in virtually all production processes in series production. In most applications, these tests examine specific error characteristics - with the disadvantage that, by definition, errors associated with a lower risk are not sought and therefore not recognized. The procedure for quality assurance of turbomachinery in series production described below reduces the risk of poor detection of errors in the production process and results in a significant cost savings compared to a (now generally not used) complete testing of all items for specific error characteristics.
[0063] Anstelle von einzelnen Prüfungen auf spezifische Fehlermerkmale an einzelnen Teilen werden Prüfungen von Funktionseinheiten durchgeführt, bei denen eine große Anzahl von möglichen (und möglicherweise unerwarteten) Fehlern zu einem vom „Normalzustand" abweichenden Prüfergebnis führen. Ausgangspunkt für die Definition der im Rahmen dieses Verfahrens benötigten Prüfeinrichtungen ist die Erstellung einer in der Entwicklung- und Produktionsplanung allgemein bekannten „Prozess-FMEA" (Fehler-Möglichkeits-Einfluss-Analyse). In dieser werden die als kritisch zu bewertenden Fehler herausgefiltert und Gegenmaßnahmen zur Risikominderung definiert. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch in der Praxis fast nie möglich, alle Fehler (also auch die mit einem niedrigen prognostizierten Risiko) mit Hilfe von Gegenmaßnahmen am Ort oder in der Nähe ihrer Entstehung zu verhindern.Instead of performing individual checks for specific fault features on individual parts, checks are performed on functional units in which a large number of possible (and possibly unexpected) faults become one of "normal state". lead to a different test result. The starting point for the definition of the testing equipment required in this process is the creation of a "process FMEA" well-known in development and production planning. (Failure Mode Effect Analysis). In this, the errors that are to be assessed as critical are filtered out and countermeasures for risk reduction are defined. However, for economic reasons it is almost never possible in practice to prevent all errors (including those with a low predicted risk) by means of countermeasures at or near their origin.
[0064] Hier setzt jetzt das neue Verfahren für die Qualitätssicherung im Produktionsprozess an. In einem ersten Schritt wird zunächst versucht, mögliche Fehler mit hohem Risiko am Ort oder in der Nähe der Entstehung zu verhindern (z.B. durch konstruktive Maßnahmen oder Prozessverbesserungen). In einem zweiten Schritt wird die (verbesserte) FMEA-Analyse dahingehend überprüft, mit welchen Prüfmethoden und an welchen Stellen im Produktionsprozess jeder einzelne Fehler erkennbar gemacht werden kann. Im dritten Schritt wird überprüft, welche Prüfmethoden an welchen Stellen im Produktionsprozess die größte Bandbreite an Fehlern detektieren können und welche unterschiedlichen Prüfmethoden an einer Stelle des Produktionsprozesses zusammengefasst werden können. 8/13 österreichisches Patentamt AT12 744U1 2012-10-15 [0065] Ziel ist dabei die Definition von möglichst wenigen Prüfeinrichtungen, die an „strategisch" wichtigen Stellen des Produktionsprozesses angeordnet werden und praktisch als „Sicherheitsnetz" wirken. In Summe sollen die definierten Prüfeinrichtungen in der Lage sein, eine maximale Anzahl unterschiedlicher Fehler zu erkennen - im Idealfall auch solche, die „eigentlich" nicht Vorkommen dürften.This is where the new process for quality assurance in the production process begins. In a first step, an attempt is first made to prevent possible high-risk errors at or near the point of origin (e.g., by design measures or process improvements). In a second step, the (improved) FMEA analysis is checked with which test methods and at which points in the production process each individual error can be identified. The third step is to examine which test methods at which points in the production process can detect the largest range of errors and which different test methods can be summarized at one point in the production process. 8/13 Austrian Patent Office AT12 744U1 2012-10-15 [0065] The aim is to define as few test facilities as possible which are connected to "strategically". important places of the production process are arranged and used practically as "safety net". Act. In sum, the defined test facilities should be able to detect a maximum number of different errors - ideally also those that are "actually". not likely to occur.
[0066] Im letzten Schritt erfolgt eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des entwickelten Qualitätssicherungskonzepts. Darin müssen neben den Investitionskosten für die Prüfeinrichtung(en) (die für eine einzelne komplexe Prüfeinrichtung höher sein können als für mehrere einfache Prüfeinrichtungen) auch die Kosten für die Infrastruktur (z.B. Gebäude), die Ver- und Entsorgungseinrichtungen, die Energiekosten, die Betriebskosten und vor allem auch die Wartungskosten einfließen (die bei wenigen zentralen Prüfeinrichtungen in der Regel deutlich geringer sind als bei vielen dezentralen Prüfeinrichtungen). Ein wichtiger Faktor in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sind aber auch die Kosten für die Reparatur (oder Vernichtung) des geprüften Produkts in dem Fall, in dem in der Prüfstation ein Fehler erkannt wird. Je höher diese Kosten im Verlauf des Produktionsprozesses werden, desto eher führt die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung dazu, die Prüfprozesse auf mehrere Einrichtungen im Produktionsprozess zu verteilen.In the last step, a profitability analysis of the developed quality assurance concept takes place. In addition to the investment costs for the test equipment (s) (which may be higher for a single complex test equipment than for several simple test equipment), the costs for the infrastructure (eg buildings), the supply and disposal facilities, the energy costs, the operating costs and above all, the maintenance costs are included (which are generally much lower in the case of a few central test facilities than in many decentralized test facilities). However, an important factor in the economic analysis is the cost of repair (or destruction) of the tested product in the event that a fault is detected in the test station. The higher these costs become in the course of the production process, the sooner profitability analysis leads to the distribution of testing processes among several facilities in the production process.
[0067] Für die spezielle Anwendung dieser Grundsätze im Produktionsprozess von Turboma-schinen stehen aus der Serienproduktion von Motoren und Getrieben in der Automobilindustrie bekannten Einzelverfahren zur Verfügung, umfassend die Prüfung aller Einzelteile während und nach Abschluss des Fertigungsprozesses auf Einhaltung der geforderten physikalischen Eigenschaften, die Vermeidung von Auswahl- und Montagefehlern durch Poka-Yoke-Methoden, die Überwachung von Fertigungs- und Montageprozessen (z.B. Werkzeugüberwachung in Fertigungsmaschinen, Kraft/Weg-Überwachung von Fügevorgängen, Drehmoment/Drehwinkelüber-wachung von Schraubvorgängen, Auftragskontrolle von Flüssigdichtungen), die Überprüfung von teilweise oder vollständig montierten Baugruppen auf Vollständigkeit, Dichtigkeit, Reibkräfte, Kontaktierung und Funktion, die Überprüfung des vollständig oder übenwiegend vollständig montierten Endprodukts auf Vollständigkeit, Dichtigkeit, Reibkräfte, Kontaktierung und Funktion ohne es dafür unter normalen Betriebsbedingungen zu betreiben (wie weiter oben ausführlich beschrieben ist), sowie die Überprüfung des vollständig oder überwiegend vollständig montierten Endprodukts auf Vollständigkeit, Dichtigkeit, Reibkräfte, Kontaktierung, Funktion, Leistung und Emission unter normalen Betriebsbedingungen - entweder als 100%-Prüfung zur Leis-tungs- und Emissionseinstellung und -Überprüfung oder als Qualitätskontrolle im Rahmen einer statistischen Prozesskontrolle (SPC) - auf einem speziellen Leistungsprüfstand oder eingebaut im Endprodukt.For the specific application of these principles in the production process of turbomachines are known from the series production of engines and transmissions in the automotive industry single method available, comprising the examination of all items during and after completion of the manufacturing process to comply with the required physical properties Prevention of selection and assembly errors through poka-yoke methods, monitoring of manufacturing and assembly processes (eg tool monitoring in manufacturing machines, force / distance monitoring of joining operations, torque / rotation angle monitoring of screwing operations, order control of liquid seals), verification of partially or completely assembled assemblies for completeness, tightness, frictional forces, contacting and function, the verification of the fully or predominantly fully assembled final product for completeness, tightness, friction, contact u function without operating it under normal operating conditions (as described in detail above), as well as checking the completeness or tightness of the final product for completeness, tightness, friction, contact, function, performance and emission under normal operating conditions - either as 100 % Test for performance and emission adjustment and verification or as quality control in the context of statistical process control (SPC) - on a special dynamometer or incorporated in the final product.
[0068] Gemäß den Ergebnissen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden die notwendigen, sinnvollen und wirtschaftlich vertretbaren Prüfverfahren aus den zuvor aufgeführten Verfahren ausgewählt. Das Ziel ist dabei, eine möglichst große Anzahl von möglichen Fehlern mit möglichst wenigen Prüfungen zu erkennen. Besondere Bedeutung kommt dabei der Überprüfung der teilweise bis vollständig montierten Baugruppen und Endprodukte auf Vollständigkeit, Dichtigkeit, Reibkräfte, Kontaktierung und Funktion zu. Abschließend erfolgt eine nahtlose Integration in den vorgesehenen Produktionsprozess.According to the results of the economic analysis, the necessary, meaningful and economically acceptable test methods are selected from the methods listed above. The goal is to identify the largest possible number of possible errors with as few checks as possible. Particular importance is attached to the verification of the partially to completely assembled assemblies and end products for completeness, tightness, frictional forces, contacting and function. Finally, a seamless integration into the intended production process takes place.
[0069] Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Überprüfung des vollständig oder übenwiegend vollständig montierten Endprodukts auf Vollständigkeit, Dichtigkeit, Reibkräfte, Kontaktierung, Funktion, Leistung und Emission unter normalen Betriebsbedingungen zur Leistungsein-stellungs- und/oder Emissionseinstellung und/oder -Überprüfung (100% Prüfung) durchgeführt wird oder nur als Qualitätskontrolle im Rahmen einer statistischen Prozesskontrolle (SPC) an einem Teil der produzierten Gesamtmenge durchgeführt wird. 9/13It is particularly advantageous if the verification of the fully or predominantly fully assembled end product for completeness, tightness, frictional forces, contacting, function, performance and emission under normal operating conditions for Leistungssein-setting and / or emission adjustment and / or -Überprüfung (100% test) or only as a quality control in the context of a statistical process control (SPC) on a part of the total produced quantity. 9/13
Claims (31)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATGM8019/2012U AT12744U1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Method for functional testing of turbomachinery, and testing device therefor |
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| AT12744U1 true AT12744U1 (en) | 2012-10-15 |
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ID=47048890
Family Applications (1)
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| ATGM8019/2012U AT12744U1 (en) | 2011-02-24 | 2011-02-24 | Method for functional testing of turbomachinery, and testing device therefor |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008005679A2 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-10 | International Engine Intellectual Property Company, Llc | Turbocharger performance qualification method and apparatus |
| DE102008031274B3 (en) * | 2008-07-02 | 2009-10-22 | Continental Automotive Gmbh | Impulse-loaded characteristic diagram determining method for exhaust-gas turbo-charger of motor vehicle, involves predetermining operating point of turbo-charger to be examined, and positioning operating point on test bed device |
-
2011
- 2011-02-24 AT ATGM8019/2012U patent/AT12744U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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