DE102004030501B4

DE102004030501B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine

Info

Publication number: DE102004030501B4
Application number: DE200410030501
Authority: DE
Inventors: Rolf Gerstner; Renate Landensperger; Lothar Dr. Peichl
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: DE102004030501A1

Abstract

Verfahren zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere von Hohlschaufeln oder Hohlschaufelsegmenten oder mit Hohlschaufeln beschaufelten Rotoren einer Gasturbine, bei dem entlang einer äußeren Oberfläche eines zu inspizierenden Bauteils mindestens eine Magnetoskopsonde bewegt wird, um das Vorhandensein und/oder das Ausmaß eines durch Sulfidation verursachten Korrosionsangriffs an einer inneren Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils zu ermitteln, wobei in Abhängigkeit einer dreidimensionalen Kontur der Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils eine Bewegungsbahn für die oder jede Magnetoskopsonde generiert wird, wobei die oder jede Magnetoskopsonde mit Hilfe eines computergesteuerten Manipulators entlang der äußeren Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils sowie entlang dieser Bewegungsbahn derart bewegt wird, dass die oder jede Magnetoskopsonde an definierte Punkte bzw. Bereiche der Oberfläche zur Ermittlung von Messwerten bewegt wird, wobei die oder jede Magnetoskopsonde in möglichst vielen Punkten bzw. Bereichen zur Messwertermittlung mit einem optimalen Winkel von 90° auf die Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils aufgesetzt wird, wobei dann, wenn...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Gasturbinenschaufeln, so zum Beispiel Schaufeln einer Niederdruckturbine eines Flugtriebwerks, werden in zunehmendem Maße als Hohlschaufeln gefertigt. Die inneren Oberflächen sowie äußeren Oberflächen solcher Hohlschaufeln werden durch spezielle Beschichtungen vor Korrosion, insbesondere vor durch Sulfidation verursachte Heißgaskorrosion, geschützt. Trotz solcher Beschichtungen stellt sich dennoch nach einiger Betriebszeit ein Korrosionsangriff an den Hohlschaufeln ein, und zwar bevorzugt ausgehend von den Innenflächen der Hohlschaufeln. Der von den Innenflächen der Hohlschaufeln ausgehende Korrosionsangriff ist von außen nicht sichtbar und lässt sich erst relativ spät zerstörungsfrei feststellen, was die Gefahr eines Schaufelbruchs während des Betriebs eines Flugtriebwerks mit sich bringt.
Nach dem Stand der Technik werden Hohlschaufeln bzw. Hohlschaufelsegmente bzw. mit Hohlschaufeln beschaufelte Rotoren einer Gasturbine mithilfe eines Magnetoskops im Hinblick auf einen von der Innenseite der Hohlschaufeln ausgehenden Korrosionsangriff überprüft. Ein derartiges magnetoskopisches Messverfahren bzw. Inspektionsverfahren beruht darauf, dass die Hohlschaufeln im Neuzustand aus nicht-magnetisierbaren Substanzen bestehen, während durch einen Sulfidationsangriff daraus magnetisierbare Substanzen entstehen. Nach dem Stand der Technik wird zur Inspektion von Hohlschaufeln bzw. von Hohlschaufelsegmenten bzw. von mit Hohlschaufeln beschaufelten Rotoren ein Magnetoskop bzw. eine Magnetoskopsonde von Hand über eine äußere Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils bewegt. Entsprechende Messwerte der Magnetoskopsonde werden aufgezeichnet, wobei dann, wenn ein maximaler Messwert bzw. eine bestimmte Anzahl von Messwerten, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, vorliegen, auf eine nicht mehr zulässige Korrosion des zu inspizierenden Bauteils geschlossen wird.
Das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine verfügt über den Nachteil, dass aufgrund der manuellen Messung die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse begrenzt ist. Des weiteren ist die Anzahl der Messwerte begrenzt, sodass nicht zwischen kleinflächigen, tiefen und großflächigen, flachen Korrosionsangriffen auf das zu inspizierende Bauteil geschlossen werden kann.
Aus der WO 92/21039 A1 ist ein Verfahren zur Inspektion von Bauteilen bekannt, bei welchem entlang einer äußeren Oberfläche eines zu inspizierenden Bauteils eine Magnetoskopsonde bewegt wird, bei welchem die Magnetoskopsonde mit Hilfe eines computergesteuerten Manipulators entlang der äußeren Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils derart bewegt wird, dass die Magnetoskopsonde an definierte Punkte bzw. Bereiche der Oberfläche zur Ermittlung von Messwerten bewegt wird, und bei welchem die Magnetoskopsonde zur Messwertermittlung mit einem definierten Winkel zur Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils ausgerichtet wird.
Hinsichtlich weiteren Standes der Technik sei auf die US 5,537,037 und auf die US 3,739,262 verweisen. Auch dieser Stand der Technik betrifft jeweils Inspektionsverfahren für Bauteile, wobei die US 3,739,262 die elektromagnetische Untersuchung von Bauteilen einer Gasturbine durch deren Abtasten mit einer Sonde betrifft.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine zu schaffen, mit welchen auch Bauteile mit komplexen Oberflächenkonturen inspiziert werden können.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine im Sinne von Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Bewegungsbahn für die oder jede Magnetoskopsonde in Abhängigkeit von einer dreidimensionalen Kontur der Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils erzeugt, es liegt demnach eine Kopplung zu Konstruktionsdaten des zu inspizierenden Bauteils vor. Hierdurch ist es möglich, für jedes zu untersuchende Bauteil eine individuelle und optimale Bewegungsbahn für die oder jede Magnetoskopsonde zu ermitteln und so dafür Sorge zu tragen, dass in jedem Punkt der Bewegungsbahn die oder jede Magnetoskopsonde mit einem optimalen Messwinkel von 90° auf die Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils aufgesetzt werden kann. Vorzugsweise wird dann, wenn an einigen der Punkte bzw. Bereiche der optimale Messwinkel von 90° aufgrund der Oberflächenkontur des zu inspizierenden Bauteils nicht eingehalten werden kann, der an diesen Punkten bzw. Bereichen ermittelte Messwert automatisch korrigiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine ist im unabhängigen Patentanspruch 4 definiert.
Bevorzugte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 in größerem Detail beschrieben.
1 zeigt stark schematisiert ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine zusammen mit einem als Hohlschaufel 10 ausgebildeten Gasturbinenbauteil. Die Hohlschaufel 10 verfügt gemäß 1 über einen Schaufelfuß 11 sowie ein Schaufelblatt 12, wobei das Schaufelblatt 12 hohl ausgebildet ist und demnach über eine äußere Oberfläche 13 sowie eine innere. Oberfläche 14 verfügt.
Derartige Hohlschaufeln 10 sind zur Gewährleistung eines Korrosionsschutzes bzw. Sulfidationsschutzes sowohl an ihrer äußeren Oberfläche 13 als auch an ihrer inneren Oberfläche 14 mit einer speziellen Beschichtung versehen. Trotz solcher Beschichtungen unterliegen die Hohlschaufeln nach längerer Betriebszeit einem Korrosionsangriff infolge von Sulfidation, wobei dieser Korrosionsangriff insbesondere von der inneren Oberfläche 14 der Hohlschaufel 10 ausgeht. Von außen ist demnach dieser Korrosionsangriff ausgehend von der inneren Oberfläche nicht sichtbar.
Die hier vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Inspektion einer Hohlschaufel 10 vor, um auf sichere und repro duzierbare Art und Weise einen durch Sulfidation verursachten Korrosionsangriff auf die innere Oberfläche 14 der Hohlschaufel 10 zerstörungsfrei ermitteln zu können. Dabei wird einerseits auf das Vorhandensein und andererseits auf das Ausmaß des durch Sulfidation verursachten Korrosionsangriffs an der inneren Oberfläche 14 der Hohlschaufel 10 geschlossen. Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht lediglich zur Inspektion einzelner Hohlschaufeln eignet, sondern vielmehr auch bei der Inspektion von Hohlschaufelsegmenten oder von mit Hohlschaufeln beschaufelten Gasturbinenrotoren zum Einsatz kommen kann.
Im Ausführungsbeispiel der 1 verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion der Hohlschaufel 10 über eine Magnetoskopsonde 15, wobei die Magnetoskopsonde 15 auf einem Manipulator 16 angeordnet ist. Der Manipulator 16 ist als computergesteuerter Manipulator ausgebildet und demnach von einer Steuereinrichtung 17 steuerbar. Die Steuereinrichtung 17 gibt eine Bewegungsbahn für der Magnetoskopsonde 15 und damit für den Manipulator 16 vor, um im Sinne der hier vorliegenden Erfindung die Magnetoskopsonde 15 automatisiert bzw. maschinell an definierte Punkte bzw. Bereiche an der äußeren Oberfläche 13 der Hohlschaufel 10 zur Ermittlung von Messwerten zu bewegen. Die Magnetoskopsonde 15 kann hierzu translatorisch und rotatorisch im Raum bewegt werden, um so die Magnetoskopsonde 15 an nahezu jede beliebige Position relativ zu der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 zu bewegen. Mithilfe des Manipulators 16 wird dabei die Magnetoskopsonde 15 in möglichst vielen Punkten bzw. Breichen zur Messwertermittlung mit einem optimalen Messwinkel von 90° auf die äußere Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 aufgesetzt.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach die Magnetoskopsonde 15 mithilfe des computergesteuerten Manipulators 16 automatisiert bzw. maschinell relativ der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 derart bewegt, dass die Magnetoskopsonde 15 an definierte Messpunkte bzw. Messbereiche an der äußeren Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 bewegt wird, wobei der computergesteuerte Manipulator 16 die Magnetoskopsonde 15 an diesen Messpunkten bzw. Messbereichen vorzugsweise mit einem optimalen Messwinkel von 90° auf die äußere Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 aufsetzt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung wird von der Steuereinrichtung 17 die Bewegungsbahn des Manipulators 16 bzw. der Magnetoskopsonde 15 in Abhängigkeit von einer dreidimensionalen Oberflächenkontur der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 erzeugt. Hierzu wer den der Steuereinrichtung 17 Daten 18 über die dreidimensionale Kontur der äußeren Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 zur Verfügung gestellt. Abhängig von der äußeren Oberflächekontur der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 wird demnach für die Magnetoskopsonde 15 eine individuelle Bewegungsbahn erzeugt, wobei entlang dieser individuellen Bewegungsbahn individuelle Messpunkte bzw. Messbereiche an der äußeren Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 wiederum derart angefahren werden, dass in möglichst vielen dieser Messpunkte bzw. Messbereiche ein optimaler Messwinkel der Magnetoskopsonde 15 relativ zur äußeren Oberfläche 13 von 90° eingehalten werden kann.
Gemäß 1 werden im Sinne des Pfeils 19 von der Magnetoskopsonde 15 ermittelte Messwerte an eine Einrichtung 20 zur automatischen Messwertauswertung übermittelt. Zusätzlich übermittelt vorzugsweise die Steuereinrichtung 17 im Sinne des Pfeils 21 Daten über die Bewegungsbahn sowie die Messpunkte bzw. Messbereiche entlang dieser Bewegungsbahn an die Einrichtung 20 zur automatischen Messwertauswertung. In der Einrichtung 20 zur automatischen Messwertauswertung wird demnach jeder von der Magnetoskopsonde 15 ermittelte Messwert mit einem Messort bzw. Messbereich entlang einer Bewegungsbahn der Magnetoskopsonde 15 relativ zur äußeren Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 in Korrelation bzw. in Verbindung gesetzt. Diese erfolgt innerhalb des Blocks 22 der Einrichtung 20 zur automatischen Messwertauswertung. Die Einrichtung 20 zur automatischen Messwertauswertung erzeugt im Block 23 aus den im Block 22 in Verbindung gesetzten Daten bzw. Messwerten im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ein oberflächengetreues Messbild der zu inspizierenden Hohlschaufel 10. Es wird demzufolge ein Gesamtbild der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 über die lokale sowie globale Korrosion derselben erzeugt. Es liegen dann Informationen darüber vor, in welchen Abschnitten der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 Korrosionsangriffe auf die Hohlschaufel 10 stattgefunden haben, und ob es sich bei diesen Korrosionsangriffen um kleinflächige oder großflächige sowie tiefe oder flache Korrosionsangriffe handelt. Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dieses Gesamtbild über den Korrosionsangriff auf die zu inspizierende Hohlschaufel 10 in einer Anzeigeeinrichtung 24 zu visualisieren.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden der Einrichtung 20 zur automatischen Messwertauswertung nicht lediglich im Sinne des Pfeils 19 die Messwerte der Magnetoskopsonde 15 sowie im Sinne des Pfeils 21 Daten über die Bewegungsbahn sowie die Messpunkte bzw. Messbereiche der Magnetoskopsonde 15 entlang dieser Bewegungsbahn übermittelt, sondern vielmehr zusätzlich auch Daten darüber, mit welchem Winkel die Magnetoskopsonde 15 im Bereich der Messpunkte bzw. Messwerte relativ zur äußeren Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 bei der Messung ausgerichtet ist. Wie bereits erwähnt, erzeugt die Steuereinrichtung 17 eine Bewegungsbahn für den computergesteuerten Manipulator 16 und damit für die Magnetoskopsonde 15 derart, dass in möglichst allen Messbereichen bzw. Messpunkten die Magnetoskopsonde 15 mit einem optimalen Messwinkel von 90° auf die äußere Oberfläche 13 der zu inspizierenden Hohlschaufel 10 aufgesetzt wird. Kann jedoch aus Gründen der Oberflächenkontur des zu inspizierenden Bauteils die Magnetoskopsonde 15 in einem oder mehreren der Messpunkte bzw. Messbereiche nicht mit dem optimalen Messwinkel von 90° auf die äußere Oberfläche 13 des Bauteils aufgesetzt werden, so erfolgt in der Einrichtung 20 in einem Block 25 eine automatisierte Korrektur der entsprechenden Messwerte der Magnetoskopsonde 15. Eine derartige Korrektur wird insbesondere dann auftreten, wenn es sich bei dem zu inspizierende Bauteil um ein Hohlschaufelsegment oder um einen mit Hohlschaufeln beschaufelten Rotor einer Gasturbine handelt. Bei diesen Bauteilen kann sich ein geringer Abstand zwischen zwei benachbarten Hohlschaufeln ergeben, sodass dann in einigen Abschnitten der Oberflächen der Hohlschaufeln die Magnetoskopsonde nicht mit dem optimalen Messwinkel von 90° auf die äußere Oberfläche derselben aufgesetzt werden kann. Für diese Messpunkte bzw. Messbereiche findet dann im Block 25 eine elektronische Korrektur der Messsignale statt.
Mithilfe der Erfindung kann ein lückenloses sowie dreidimensionales Bild des Korrosionsgrads eines zu inspizierenden Bauteils ermittelt werden. Die Inspektion ist personenunabhängig und damit reproduzierbar. Aus der Flächenverteilung des Korrosionsangriffs und den entsprechenden, lokalen Messwerten des Magnetoskops kann auf die Tiefe der Korrosionsangriffe und die dadurch bewirkte Beschädigung des zu inspizierenden Bauteils geschlossen werden.

10: Hohlschaufel
11: Schaufelfuß
12: Schaufelblatt
13: äußere Oberfläche
14: innere Oberfläche
15: Magnetoskopsonde
16: Manipulator
17: Steuereinrichtung
18: Daten
19: Pfeil
20: Einrichtung
21: Pfeil
22: Block
23: Block
24: Anzeigeinrichtung
25: Block

Claims

Verfahren zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere von Hohlschaufeln oder Hohlschaufelsegmenten oder mit Hohlschaufeln beschaufelten Rotoren einer Gasturbine, bei dem entlang einer äußeren Oberfläche eines zu inspizierenden Bauteils mindestens eine Magnetoskopsonde bewegt wird, um das Vorhandensein und/oder das Ausmaß eines durch Sulfidation verursachten Korrosionsangriffs an einer inneren Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils zu ermitteln, wobei in Abhängigkeit einer dreidimensionalen Kontur der Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils eine Bewegungsbahn für die oder jede Magnetoskopsonde generiert wird, wobei die oder jede Magnetoskopsonde mit Hilfe eines computergesteuerten Manipulators entlang der äußeren Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils sowie entlang dieser Bewegungsbahn derart bewegt wird, dass die oder jede Magnetoskopsonde an definierte Punkte bzw. Bereiche der Oberfläche zur Ermittlung von Messwerten bewegt wird, wobei die oder jede Magnetoskopsonde in möglichst vielen Punkten bzw. Bereichen zur Messwertermittlung mit einem optimalen Winkel von 90° auf die Oberfläche des zu inspizierenden Bauteils aufgesetzt wird, wobei dann, wenn aus Gründen der Oberflächenkontur des zu inspizierenden Bauteils die oder jede Magnetoskopsonde in einem oder mehreren der Punkte bzw. Bereiche zur Messwertermittlung nicht mit einem optimalen Winkel von 90° auf die äußere Oberfläche aufgesetzt werden kann, der entsprechende Messwert automatisch korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die Abweichung vom optimalen Winkel ermittelt wird und auf Grund dieser Abweichung der entsprechende Messwert der Magnetoskopsonde korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in jedem Punkt bzw. Bereich ermittelten Messwerte derart ausgewertet werden, dass aus den Messwerten ein oberflächengetreues Messbild des zu inspizierenden Bauteils generiert wird.
Vorrichtung zur Inspektion von Bauteilen einer Gasturbine, vorzugsweise von Hohlschaufeln oder von Hohlschaufelsegmenten oder von mit Hohlschaufeln beschaufelten Rotoren einer Gasturbine, mit mindestens einer entlang einer äußeren Oberfläche (13) eines zu inspizierenden Bauteils (10) bewegbaren Magnetoskopsonde (15), wobei aus Messwerten der oder jeder Magnetoskopsonde (15) das Vorhandensein und/oder das Ausmaß eines durch Sulfidation verursachten Korrosionsangriffs an einer inneren Oberfläche ermittelbar ist, wobei der oder jeder Magnetoskopsonde (15) ein computergesteuerter Manipulator (16) zugeordnet ist, wobei der computergesteuerte Manipulator (16) aus Daten (18) einer dreidimensionalen Kontur der äußeren Oberfläche (13) des zu inspizierenden Bauteils (10) eine Bewegungsbahn für die oder jede Magnetoskopsonde generiert, wobei die oder jede Magnetoskopsonde (15) mit Hilfe des computergesteuerten Manipulators (16) entlang der äußeren Oberfläche (13) des zu inspizierenden Bauteils (10) sowie entlang dieser Bewegungsbahn derart bewegbar ist, dass die oder jede Magnetoskopsonde (15) an definierte Punkte bzw. Bereiche der Oberfläche (13) zur Ermittlung von Messwerten bewegbar und in möglichst vielen Punkten bzw. Bereichen die oder jede Magnetoskopsonde mit einem optimalen Winkel von 90° auf die Oberfläche (13) des zu inspizierenden Bauteils (10) aufsetzbar ist, und wobei eine Einrichtung (20) zur automatischen Messwertauswertung dann, wenn aus Gründen der Oberflächenkontur des zu inspizierenden Bauteils (10) die oder jede Magnetoskopsonde (15) in einem oder mehreren der Punkte bzw. Bereiche zur Messwertermittlung nicht mit einem optimalen Winkel von 90° auf die äußere Oberfläche (13) aufsetzbar ist, den entsprechenden Messwert automatisch korrigiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (20) zur automatischen Messwertauswertung aus den Messwerten eine oberflächengetreures Messbild des zu inspizierenden Bauteils (10) generiert.