DE102017201403A1

DE102017201403A1 - Vorrichtung zur beschleunigten Inspektion von einem Hohlraum, insbesondere von Hitzeschilden in einer Brennkammer

Info

Publication number: DE102017201403A1
Application number: DE102017201403.2A
Authority: DE
Inventors: Paul Max Berlin; Hans-Gerd Brummel; Lars Hoefener; Rayk Lagodka
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-02
Also published as: WO2018137941A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur beschleunigten Inspektion von einem Hohlraum (2), insbesondere von den umschließenden Hitzeschilden in Brennkammern, mit einer Bilddaten-Sensorikbaugruppe (3) zum Aufnehmen von Bilddaten eines zu untersuchenden Objekts in dem Hohlraum (2), einer Positionsdaten-Sensorikbaugruppe (4) zum Bestimmen einer Position der Vorrichtung, und mit einer Positionierungseinrichtung (5) zum Positionieren der Vorrichtung (1) in dem Hohlraum (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur beschleunigten Inspektion von einem Hohlraum, insbesondere von den umschließenden Hitzeschilden in einer Brennkammer.
Bei einer Inspektion von Hohlräumen, wie z.B. von Ringbrennkammern von Gasturbinen, um den Status eines Hitzeschildes, z.B. bestehend aus Hitzeschildkacheln, ceramic heat shields (CHS) und/oder metallic heat shilds (MHS) zu bestimmen werden zur Befundaufnahme Fehler händisch mit Stiften markiert und vermessen. Nachfolgend wird dann eine Entscheidung über den Austausch des betreffenden Bauteils getroffen. Ferner erfolgt eine Protokollierung und gegebenenfalls Übertragung der Befundaufnahme in eine Datenbank.
Hierzu ist ein Betreten der Brennkammer durch einen Befundaufnehmer erforderlich, was eine Abkühlung auf eine Temperatur von mindestens 40°C in dem Hohlraum und ein Einstellen des Drehbetriebs eines Läufers erfordert. Dies führt zu erheblichen Stillstandszeiten. Ferner hängt die Beurteilung von dem jeweiligen Befundaufnehmer ab und weist daher einen subjektiven Charakter auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, Wege aufzuzeigen, wie die Stillstandszeit während einer Inspektion reduziert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zur beschleunigten Inspektion von einem Hohlraum, insbesondere von den Hohlraum umschließenden Hitzeschilden in einer Brennkammer, mit einer Bilddaten-Sensorikbaugruppe zum Aufnehmen von Bilddaten eines zu untersuchenden Objekts in dem Hohlraum, einer Positionsdaten-Sensorikbaugruppe zum Bestimmen einer Position der Vorrichtung, und einer Positionierungseinrichtung zum Positionieren der Vorrichtung in dem Hohlraum.
Durch die Vorrichtung entfällt, dass ein Befundaufnehmer den Hohlraum bzw. die Brennkammer betreten muss. Daher ist es auch nicht erforderlich, auf ein Absinken der Temperatur auf 40-C zu warten. So werden die Stillstandszeiten reduziert und damit insgesamt eine schnellere Inspektion möglich. Ferner entfallen ein händisches Protokollieren der Inspektionsergebnisse sowie ein fehleranfähliges Übertragen von händischen Protokollnotizen in Datenbanken.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest der Bilddaten-Sensorikbaugruppe auf. So kann die Betriebszuverlässigkeit der Bilddaten-Sensorikbaugruppe, insbesondere von Elektronikbausteinen der Bilddaten-Sensorikbaugruppe gesteigert werden. Hierzu kann eine zu kühlende Oberfläche oder zu kühlende Komponenten mit einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden, um z.B. eine Kühlung durch Film- oder Effusionskühlung zu bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung drahtgebunden ausgebildet. Dabei wird unter einer drahtgebunden Ausbildung verstanden, das über Zuleitungen die Vorrichtung mit Kühlmittel, wie z.B. Kühlluft, und/oder elektrischer Betriebsenergie versorgt wird, und/oder über eine Datenleitung Daten, wie Bild- und/oder Positionsdaten, aus dem Hohlraum geleitet werden. So wird in Hohlräumen mit zumindest teilweiser metallischer Wandung die Betriebszuverlässigkeit gesteigert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bilddaten-Sensorikbaugruppe eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Objektes auf. Die Beleuchtungseinrichtung weist eine oder mehrere Lichtquellen, wie z.B. LEDs auf, die eine Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung bereitzustellen. So können z.B. Risse besonders einfach und zuverlässig erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bilddaten-Sensorikbaugruppe eine verstellbare Kameraeinrichtung auf. Z.B. kann die Kameraeinrichtung an einem dreh- und/oder schwenkbaren Arm befestigt sein. So kann ein gewünschter Bildabstand eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bilddaten-Sensorikbaugruppe eine Kameraeinrichtung mit einer 2D Kamera und/oder einer Infrarot-Kamera und/oder einen 3D-Scanner und/oder ein 3D-Fotografie-System und/oder ein Ultraschallsystem auf. So können insbesondere Bilddaten erzeugt werden, die zusätzlich Informationen über eine räumliche Auflösung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Positioniereinrichtung eine erste Befestigungseinrichtung und eine zweite Befestigungseinrichtung auf, zwischen den zumindest die Bilddaten-Sensorikbaugruppe verlagerbar angeordnet ist. Hierzu können Seilzugeinrichtungen oder Schienensysteme vorgesehen sein. So kann die Positioniereinrichtung einen besonders einfachen Aufbau aufweisen und in einer Haupterstreckungsrichtung des Hohlraums, wie zum Beispiel der Strömungsrichtung der die Brennkammer durchströmenden Gase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Befestigungseinrichtung dazu ausgebildet, durch Eingriff mit einer Leitschaufel einer Turbine fixiert zu werden. Bei der Leitschaufel kann es sich um eine Turbinenleitschaufel handeln, z.B. um die erste Stufe.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Positioniereinrichtung zur schrittweisen Verlagerung der Vorrichtung ausgebildet. Hierzu können zwei Fortbewegungseinrichtungen vorgesehen sein, die abwechselnd verlagert werden, während die jeweils andere Fortbewegungseinrichtung ortsfest ist, z.B. aufgrund eines Eingriffs mit einem Abschnitt des Hohlraumes und sich in dem Hohlraum befindlicher Komponenten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Kühleinrichtung dazu ausgebildet, ein Kühlmedium durch ein porös ausgebildetes Gehäuse zu fördern. So kann eine besonders effektive Kühlung bewirkt werden, wobei das Kühlmedium, wie z.B. ein gasförmiges Kühlmedium, aus den Poren austritt und so das Umschließungsgehäuse der Bilddaten-Sensorikbaugruppe kühlt. Ferner kann das Umschließungsgehäuse eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, die an einem Objektiv der Bilddaten-Sensorikbaugruppe angeordnet sind und aus denen das Kühlmedium austritt um das Objektiv zu kühlen.
Ferner gehören zur Erfindung eine derartige Vorrichtung mit einer Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung, eine derartige Steuereinheit sowie ein Computerprogrammprodukt für eine derartige Steuereinheit.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der beigefügten schematischen Zeichnung erläutert.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Inspektion von Hohlräumen.
2 zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt.
3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine.
4 zeigt eine Brennkammer einer Gasturbine.

Dargestellt ist ein Hohlraum 2, bei dem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine Brennkammer, wie z.B. eine Ringbrennkammer, einer Gasturbine, handelt.
Innenseitig weist der Hohlraum 2 einen Hitzeschild auf, der z.B. aus Hitzeschildkacheln, ceramic heat shields (CHS) und/oder metallic heat shilds (MHS) besteht.
Um eine Inspektion des Hitzeschildes im Hohlraum 2 zu ermöglichen ist eine Vorrichtung 1 zur Inspektion des Hohlraums 2 vorgesehen.
Die Vorrichtung 1 weist eine Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 zum Aufnehmen von Bilddaten eines zu untersuchenden Objekts in dem Hohlraum, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Hitzeschildkacheln, eine Positionsdaten-Sensorikbaugruppe 4 zum Bestimmen einer Position der Vorrichtung 1 und eine Positionierungseinrichtung 5 zum Positionieren der Vorrichtung 1 in dem Hohlraum 2 auf.
Ferner kann die Vorrichtung 1 eine Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest der Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 aufweisen. Z.B. kühlt die Kühleinrichtung Oberflächen oder zu kühlende Komponenten, wie z.B. Elektronikbausteine der Bilddaten-Sensorik-baugruppe. Hierzu verwendet im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kühleinrichtung ein gasförmiges Kühlmedium. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Kühlmedium auch flüssig sein.
Ein Gehäuse, wie z.B. ein Umschließungsgehäuse der Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 ist zumindest abschnittsweise porös ausgebildet, so dass ein gasförmiges Kühlmedium aus den Poren austreten kann und so das Umschließungsgehäuse und damit auch die Bilddaten-Sensorik-Baugruppe kühlt. Des Weiteren weist das Umschließungsgehäuse im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine oder mehrere Öffnungen auf, die an einem Objektiv der Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 angeordnet sind. Auch aus diesen Öffnungen tritt das Kühlmedium aus und kühlt so das Objektiv.
Die Vorrichtung 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel drahtgebunden ausgebildet. Somit versorgt eine Versorgungsleitung 8 die Vorrichtung 1 mit dem gasförmigen Kühlmittel und elektrischer Betriebsenergie. Der Versorgungsleitung 8 ist eine Datenleitung 9 zugeordnet, mit der Daten, wie Bild- und/oder Positionsdaten, aus dem Hohlraum 1 geleitet werden können, um sie weiter zu verarbeiten, wie dies später noch erläutert wird.
Die Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 ist dazu ausgebildet, einen Bilddatensatz bereitzustellen. Hierzu kann die Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 eine Kameraeinrichtung mit wahlweise einer konventionellen 2D Kamera, einer Infrarot-Kamera, einen 3D-Scanner oder ein 3D-Fotografie-System oder auch Kombinationen daraus aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 auch ein bildgebendes Ultraschallsystem aufweisen. Die Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 weist dabei eine an einem Arm dreh- und/oder schwenkbare Kameraeinrichtung auf. So kann die Position der Kameraeinrichtung unabhängig von der Position des Vorrichtung 1 verändert werden, um einen gewünschten Bildabstand einzustellen.
Ferner weist die Bilddaten-Sensorikbaugruppe eine Beleuchtungseinrichtung mit einer oder mehreren Lichtquellen auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung bereitstellend ausgebildet ist.
Die Positioniereinrichtung weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste Befestigungseinrichtung 6 und eine zweite Befestigungseinrichtung 7 auf, zwischen den die Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 durch einen Seilzug entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Hohlraums 2 verlagerbar ist. Dabei erstreckt sich die Haupterstreckungsrichtung des Hohlraumes 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Strömungsrichtung eines Gases, dass den als Brennkammer ausgebildeten Hohlraum 2 durchströmt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Befestigungseinrichtung 6 dazu ausgebildet, durch Eingriff mit einer Leitschaufel einer Turbine fixiert zu werden. Z.B. kann hierzu die erste Befestigungseinrichtung 6 radförmig ausgebildet sein, wobei zum Fixieren an der Turbine die erste Befestigungseinrichtung 6 in die Leitschaufel eines ersten Kranzes eingreift.
Die zweite Befestigungseinrichtung 7 ist brennerseitig angeordnet und weist eine Mehrzahl von Laufrollen 10, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Laufrollen 10, auf. Die zweite Befestigungseinrichtung 7 stellt eine axiale Spannung zur ersten Befestigungseinrichtung 6 bereit und bewirkt auch eine horizontale Positionierung. Die Laufrollen 10 sind dabei mit einem Mindestabstand voneinander beabstandet angeordnet, der größer als eine Kantenlänge der Hitzeschildkacheln ist. So wird sichergestellt, dass von den Laufrollen 10 keine Hitzeschildkacheln verdeckt werden, wenn mit der Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 Bilddaten aufgenommen werden.
Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Positioniereinrichtung 5 zur schrittweisen Verlagerung der Vorrichtung 1 ausgebildet sein. Hierzu können zwei Fortbewegungseinrichtungen vorgesehen sein, die abwechselnd verlagert werden, während die jeweils andere Fortbewegungseinrichtung ortsfest ist, z.B. aufgrund eines Eingriffs mit einem Abschnitt des Hohlraumes und sich in dem Hohlraum befindlicher Komponenten. Somit durchwandert die Vorrichtung schrittweise den Hohlraum 2.
Im Betrieb wird die Vorrichtung 1 von einer Steuereinheit 11 gesteuert, die hierzu Hard- und/oder Softwarekomponenten aufweist. Die Steuereinheit 11 kann sich dabei außerhalb des Hohlraumes 2 befinden und ist ▪ er die Versorgungsleitung 7 und/oder Datenleitung 8 mit der Vorrichtung 1 verbunden.
Die Steuereinheit 11 ist dazu ausgebildet, die Vorrichtung 1 durch den Hohlraum 2 zu manövrieren und zugleich zu gewährleisten, dass die Bilddaten-Sensorikbaugruppe 3 unter einem bevorzugten Winkel Bilddaten aufnimmt. Die Steuereinheit 11 ist dabei dazu ausgebildet, die Vorrichtung 1 autonom zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 auch manuell durch den Hohlraum 2 gesteuert werden kann.
Ferner ist die Steuereinheit 11 dazu ausgebildet, die erfassten Bilddaten auszuwerten, um z.B. zu bestimmen, ob eine der Hitzeschildkacheln beschädigt ist, z.B. durch Graustufenauswertung. Ferner kann die Steuereinheit 11 dazu ausgebildet sein, in die Bilddaten Marker einzusetzen bzw. hinzuzufügen, um die Schäden kenntlich zu machen. Des Weiteren kann die Steuereinheit 11 dazu ausgebildet sein, die derart veränderten Bilddaten auszuwerten, um z.B. die Flächenausdehnung der Beschädigung zu vermessen. Schließlich kann die Steuereinheit 11 noch eine Schnittstelle aufweisen, um Bilddaten übertragen zu können, um so eine Ferndiagnose zu ermöglichen.
Die 2 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
Die 3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer).
Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr-8A1-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0,6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al-0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-11Al-0,4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr-10Al-0,4Y-1,5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
Die 4 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1204776 B1 [0046, 0059]
EP 1306454 [0046, 0059]
EP 1319729 A1 [0046, 0059]
WO 9967435 [0046, 0059]
WO 0044949 [0046, 0059]
EP 0486489 B1 [0047, 0066, 0078]
EP 0786017 B1 [0047, 0066, 0078]
EP 0412397 B1 [0047, 0066, 0078]
EP 1306454 A1 [0047, 0066, 0078]
US 6024792 [0065]
EP 0892090 A1 [0065]

Claims

Vorrichtung (1) zur beschleunigten Inspektion von einem Hohlraum (2), insbesondere von umschließenden Hitzeschilden in einer Brennkammer, mit einer Bilddaten-Sensorikbaugruppe (3) zum Aufnehmen von Bilddaten eines zu untersuchenden Objekts in dem Hohlraum, einer Positionsdaten-Sensorikbaugruppe (4) zum Bestimmen einer Position der Vorrichtung (1), und mit einer Positionierungseinrichtung (5) zum Positionieren der Vorrichtung (1) in dem Hohlraum (2).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) eine Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest der Bilddaten-Sensorikbaugruppe (3) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (1) drahtgebunden ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Bilddaten-Sensorikbaugruppe (3) eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Objektes aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bilddaten-Sensorikbaugruppe (3) eine verstellbare Kameraeinrichtung aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bilddaten-Sensorikbaugruppe (3) eine Kameraeinrichtung mit einer 2D Kamera und/oder einer Infarot-Kamera und/oder einen 3D-Scanner und/oder ein 3D-Fotografie-System und/oder ein Ultrasschallsystem aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Positioniereinrichtung (5) eine erste Befestigungseinrichtung (6) und eine zweite Befestigungseinrichtung (7) aufweist, zwischen den zumindest die Bilddaten-Sensorbaugruppe (3) verlagerbar angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die erste Befestigungseinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, durch Eingriff mit einer Leitschaufel einer Turbine fixiert zu werden.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Positioniereinrichtung (5) zur schrittweisen Verlagerung der Vorrichtung (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Kühleinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Kühlmedium durch ein porös ausgebildetes Gehäuse zu fördern.
Vorrichtung (1) mit einer Steuereinheit (11) zum Steuern der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Steuereinheit (11) zum Steuern der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Computerprogrammprodukt für eine Steuereinheit (11) nach Anspruch 12.