DE3015058A1

DE3015058A1 - Vorrichtung und verfahren zum ermitteln und messen des wachstums einer turbinenschaufel

Info

Publication number: DE3015058A1
Application number: DE19803015058
Authority: DE
Inventors: Ronald Francis Bogdan; Stuart Jack Frost; Edward James Riley
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1979-04-23
Filing date: 1980-04-18
Publication date: 1980-11-13
Also published as: BE882892A; GB2047897B; AU5752380A; JPS55142907A; US4265023A; FR2455265A1; DE3015058C2; AU529760B2; GB2047897A; JPS6339761B2; CA1143553A; FR2455265B1

Description

PATENTANWÄLTE;: .^: "MERGES & PRAHL " 3015058

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPATMünchen

IhrZeichen/Yourref.

UnserZeichen/Ourref. U 693

Datum/Date 18.4.1980

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln und Messen des Wachstums einer Turbinenschaufel

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln und Messen des Wachstums von Turbinenschaufeln eines Gasturbinentriebwerks.

Wegen der aggressiven Umgebung, der die Turbinenschaufel eines Strahltriebwerks ausgesetzt ist, ist es seit Jahren eine fast unmögliche Aufgabe, ihr Wachstum mit irgendeinem Grad von Genauigkeit zu messen. Bekanntlich ist das Wachstum ein wichtiger Parameter, da er eine Anzeige für ihre Funktionstüchtigkeit, und, was noch wichtiger ist, für ihre voraussichtliche Lebenserwartung ist. Sollte eine Schaufel ein vorbestimmtes Wachstum übersteigen, besteht die Gefahr, daß sie beschädigt wird, und aus Wartungs- und Sicherheitsgründen ist es erwünscht.

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eine solche Schaufel zu ersetzen, bevor das eintritt. Wenn die Messung nicht genau ist, kann die Schaufel offenbar entweder vorzeitig weggeworfen oder sie kann wieder eingebaut werden, obwohl sie einen Lebenserwartungswert hat, der jenseits des Grenzwertes der Schaufel liegt, was zu einem vorzeitigen Schaufelbruch führt. Es ist erwünscht, eine absolute Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei dieser Messung zu erzielen.

Es ist zwar erwünscht, eine direkte körperliche Messung des Schaufelwachstums durch herkömmliche Meßinstrumente, wie beispielsweise ein Mikrometer, durchzuführen, der Schaufelaufbau kann in vielen Fällen jedoch solche Messungen ausschließen. Ein anderes Verfahren, wie beispielsweise das Einritzen einer Linie auf der Fläche der Schaufel, ist ebenfalls nicht akzeptabel, da es nicht nur einen Spannungsbereich hervorrufen würde, sondern weil die eingeritzte Linie infolge von durch die extreme Betriebsumgebung verursachter Erosion mit der Zeit unsichtbar würde. Wenn eine tiefere Nut vorgesehen wird, um diesem Problem zu begegnen, würde die Sache nur noch verschlimmert. Eine tiefe Nut ist sehr schwierig mit Korrosions- und Oxydationsschutzmaterialien zu bedecken, wodurch es zu früher Korrosionseinwirkung und späterem Versagen kommt.

Die Erfinder haben festgestellt, daß ein hoher Grad an Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei der Schaufelwachstumsmessung erzielt werden kann und daß die obigen Probleme beseitigt werden können, indem eine Vertiefung auf der konkaven Außenfläche der Schaufel in zweckentsprechender Weise angebracht wird. Die Vertiefung ist so geformt, daß Erosion und Verschleiß der Schaufel ihre Verfügbarkeit nach wiederholtem Gebrauch nicht beeinträchtigen. Der absolute Oberflächenzustand der Schaufel beeinflußt in keinster Weise die vorzunehmende Messung. Die Lage der Vertiefung macht die Wachstumsmessung von dem tatsächlichen körperlichen Zustand der Schaufel unabhängig. Darüber hinaus beeinflußt die Vertiefung in keinster Weise die Spannungs- und aerodynamischen Eigenschaften der Schaufel.

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Ein Merkmal der Erfindung sind die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit, die beim Messen des Wachstums einer Turbinenschaufel eines Strahltriebwerks erzielt werden, indem eine Vertiefung angebracht wird, die eine im wesentlichen gerundete Bodenfläche und eine nahezu vertikale Seitenwand hat. Die Vertiefung ist im wesentlichen wie eine Suppenschale oder -schüssel geformt, im Gegensatz zu der Form eines Kegels. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Befestigen der Schaufel derart, daß sie mit einer Ebene (der Z-Ebene) in den Spannbacken relativ zu einem optischen Mikrometer ausgerichtet ist. Vorrichtungen sind vorgesehen zum genauen Indexieren und Befestigen der Schaufel, um die Wiederholbarkeit bei der an dieser ausgeführten Messung zu erzielen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Verfahren zum Messen des Schaufelwachstums.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht eine typische Turbinenlauf

schaufel, bei der die Vertiefung auf der konkaven äußeren Fläche der Schaufel gebildet ist,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 von

Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die die Meß

vorrichtung mit einer in ihr befestigten Schaufel zeigt, die zur Messung bereit ist, und

Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht, die die

Einzelheiten der Backe bei nicht vorhandener Schaufel zeigt.

Gemäß Fig. 1 hat eine typische Axialturbinenlaufschaufel 8 ei-

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nen Wurzelteil 10 mit einem Tannenbaum-Befestigungsteil, eine Plattform 12 und einen eigentlichen Schaufelarbeitsteil 14. Die Vertiefung 16 ist auf der konkaven Oberfläche der Schaufel an dem zu dem Wurzelabschnitt entgegengesetzten äußeren Ende gebildet. Gemäß Fig. 2 ist die Vertiefung in etwa schalenförmig ausgebildet, wobei zu erkennen ist, daß die Krümmung der Seitenwand 18 relativ steil ist und daß der Boden 20 der Vertiefung relativ eben ist. Die Vollradiusrundvertiefung 16 ist auf diese Weise gebildet, damit nach dem Gebrauch, bei dem Erosion und Verwindung aufgetreten sind, der Boden der Vertiefung sichtbar bleibt.

Ein willkürlicher, aber konstanter Punkt wird an der Wurzel der Schaufel in der Z-Ebene ausgewählt, und die Messung wird von ihm aus zum Mittelpunkt der Vertiefung ausgeführt. Dieser Abstand ist der Parameter, der als Basis benutzt wird, und das Wachstum wird relativ zu diesem Parameter gemessen. Da viele Schaufeln mit diesem Abstand verglichen werden, wird eine Bezugsschaufel für eine bestimmte Schaufel ausgewählt. Die Bedienungsperson hat daher lediglich die benutzte Schaufel mit der Bezugsschaufel zu vergleichen, und die Bezugsschaufel wird benutzt, um die Vorrichtung 22 (Fig. 3) für das Messen des Wachstums einzustellen, was im folgenden näher beschrieben ist.

Gemäß den Fig. 3 und 4 hat die Vorrichtung 22 einen unteren Abschnitt 24, einen Mikroskoptragabschnitt 26 und einen Schaufeltragabschnitt 30. In den Tragabschnitten 26 und 30 sind Laufschlitze gebildet, welche Schlitten 32 und 34 verschiebbar aufnehmen, die ein Mikroskop 36 bzw. die Tragbacke 38 tragen. Geeignete Verstellschraubenspindeln (die teilweise gezeigt sind) dienen zum geradlinigen Verschieben der Schlitten durch Drehen von gerändelten Drehmuttern 40 und 41.

Für diesen besonderen Verwendungszweck ist in die Tragbacke 38 eine Tannenbaumnut 42 eingeschnitten, die die Tannenbaumwurzel der Turbinenlaufschaufel 8 aufnimmt. Eine Anschlagplatte 46 ist

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auf einer Seite der Nut angebracht, die verhindert, daß die Schaufel herausfällt, und als Anschlag dient. Ein mit Gewinde versehenes Spannteil 50 drückt gegen das Ende der Schaufel und verkeilt diese gegen die Tannenbaumnuten, um die Schaufel relativ zu der Z-Ebene auszurichten. Jede Schaufel wird offenbar in derselben Relativposition zur Durchführung der Messung sein. Eine Verriegelungsschraube 54 liegt an der Schaufel an, um diese in der gezeigten Position festzulegen, nachdem die Schaufel in der Ausrichtung in der Z-Ebene fest gehaltert ist.

Ein geeignetes, im Handel erhältliches optisches Mikrometer, das einen Anzeigeschirm mit feststehenden Abmessungsschritten und mit einer Reihe von konzentrischen Kreisen, die sich mit der Drehung der Mikrometerrundskala 56 bewegen, hat, wird in der bevorzugten Ausführungsform benutzt. Die festen Abmessungsschritte geben den wahren vollen Abstand von der Z-Ebene in Schritten von 0,025 mm (0.001 inch) an. Es sei angemerkt, daß dem Fachmann andere optische Meßvorrichtungen geläufig sind, die im Rahmen der Erfindung benutzt werden können, wie beispielsweise ein Formdiagramm.

Im Betrieb wird das Instrument am Anfang geeicht, indem eine Bezugsschaufel benutzt wird, die in die Tragbacke 38 eingebaut wird, indem das mit Gewinde versehene Spannteil 50 gegen die Unterseite der Wurzel gespannt und die Tannenbaumwurzel gegen die Tannenbaumnut gedrückt und in ihrer Lage verriegelt wird, in der die Schaufel auf die Z-Ebene ausgerichtet ist. Die beweglichen konzentrischen Kreise in dem Mikrometer werden über der Schaufelvertiefung visuell zentriert, indem die Mikrometerrundskalenspindel 56 gedreht wird. Die Lage der Schaufelvertiefung wird direkt an der numerischen Anzeige abgelesen. Es ist zwar vorteilhaft, konzentrische Kreise in dem Mikroskopanzeigeschirm zu benutzen, ein Fadenkreuz kann jedoch ebenfalls benutzt werden. Nachdem das Instrument mit der Bezugsschaufel eingestellt worden ist, werden die zu vermessenden Schaufeln in gleicher Weise in der Vorrichtung befestigt, und die Lage der Vertiefung wird mit dem Mikrometer abgelesen.

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Zusammenfassung ;

Das Turbinenlaufschaufelwachstum wird gemessen, indem eine
vorgeschriebene Vertiefung (16) auf der Schaufel (8) entfernt von der Wurzel zweckentsprechend angebracht und in einer Vorrichtung (22) relativ zu einer Bezugsschaufel indexiert wird. Ein optisches Mikrometer (36), das an der Vorrichtung befestigt ist, kann zur Erleichterung des Meßverfahrens benutzt werden.

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ΛΟ

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Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Wachstums einer Turbinenschaufel, die der aggressiven Umgebung eines Turbinentriebwerks ausgesetzt ist und einen Wurzelabschnitt sowie einen Arbeitsabschnitt mit einer konkaven Fläche hat, gekennzeichnet durch eine schalenförmige Vertiefung (16), deren Seitenwandflache (18) relativ vertikal und deren Bodenfläche (20) relativ eben ist und die in der konkaven Fläche in der Nähe des von dem Wurzelabschnitt (10) entfernten Endes der Schaufel (8) gebildet ist.

2y Vorrichtung zum Messen des Wachstums einer Turbinenschaufel, die der aggressiven Umgebung eines Turbinentriebwerks ausgesetzt ist und eine konkave Arbeitsfläche sowie einen in einer drehbaren Nabe befestigbaren Wurzelabschnitt hat, gekennzeichnet durch eine Vertiefung (16) in der konkaven Arbeitsfläche in der Nähe von, aber mit Abstand von dem von dem Wurzelabschnitt (10) entfernten Ende der Schaufel (8), durch ein optisches Meßinstrument (22) mit zwei in gegenseitigem Abstand angeordneten,

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aufrechten Teilen (26, 30), von denen ein Teil (30) eine Backenanordnung (38) zum Befestigen des Wurzelabschnittes (10) der Schaufel zum Festhalten der Schaufel in der Nähe eines optischen Mikroskops (36) aufweist, welch letzteres an dem anderen Teil (26) zur Ausrichtung auf die Vertiefung befestigt ist, durch eine Einrichtung (50) in der Backenanordnung zum Ausrichten des Wurzelabschnittes auf eine bestimmte Ebene (Z), die den ursprünglichen Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Vertiefung (16) und der Ebene angibt, und durch eine Einrichtung (56) zum Positionieren der optischen Meßeinrichtung, um sie auf die Vertiefung in der neuen Wachstumsposition der Schaufel auszurichten, wobei die neue Position den Wert des Abstandes zwischen dem Mittelpunkt der Vertiefung und der Ebene angibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine (30) der beiden Teile (26, 30) mit der Backenanordnung (38) ein bettartiges Element sowie ein darin verschiebbar gelagertes Verschiebeelement (34) und eine Einrichtung (41) zum Positionieren der Backenanordnung (38) quer zu dem optischen Mikroskop (36) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenanordnung (38) Querschlitze (42) mit offenen Enden aufweist, die so gebildet sind, daß sie mit dem Wurzelabschnitt

(10) der Turbinenschaufel (8) zusammenwirken und diesen aufnehmen, und ein Verschlußteil (46) an einem Ende eines der Schlitze, um die Turbinenschaufel in einer bestimmten Position anzuhalten, wobei die Einrichtung (50) in der Backenanordnung (38) für das Ausrichten der Ebene ein rückführbares Teil ist, das in dem Verschiebeelement (34) gelagert ist und an dem Ende des Wurzelabschnittes (10) anliegt, um die Schaufel axial zu positionieren, so daß diese an der Wandfläche in dem Schlitz an-.

liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein. weiteres bettartiges Element (26) und durch ein vertikal verschieb-

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bares Element (32), das zum Positionieren des optischen Mikroskops (36) in dem weiteren bettartigen Element verschiebbar gelagert ist.

6. Verfahren zum Messen des Wachstums einer Turbinenschaufel/ die der aggressiven Umgebung eines Turbinentriebwerks ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bilden einer kreisscheibenförmigen Vertiefung in der konkav gekrümmten Fläche der Schaufel an einer Stelle, die Abstand von dem von einem bestimmten Punkt an dem Wurzelabschnitt der Schaufel entfernten Arbeitsende aufweist, Eichen des Abstandes von dem bestimmten Punkt zu der kreisscheibenförmigen Vertiefung durch Betrachten der kreisscheibenförmigen Vertiefung, und

Nacheichen des Abstandes von dem bestimmten Punkt zu der kreisscheibenförmigen Vertiefung nach dem tatsächlichen Gebrauch der Schaufel in dem Triebwerk.

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