专利名称：用于测定在涡轮叶片中的裂纹的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测定在涡轮叶片中的裂纹的方法，其中，在运行期间测定涡轮叶片的叶片振动并且在运行期间可测定裂纹。
背景技术：
涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机，在运行时承受高的机械负荷和热负荷。流体机械基本上包括固定的构件以及可围绕转动轴线旋转地支承的构件。在该可旋转支承的构件处通常设置有涡轮叶片，涡轮叶片将蒸汽的热能转化成转动能。在运行时出现高的热负荷和机械力时，涡轮叶片可进行叶片振动。此外，在涡轮叶片中可能产生裂纹。这种裂纹的检测通常很困难。现在，在检验或者修理工作期间，在停止运转时在裂纹方面对涡轮叶片进行检查。 这种检查方法是耗时的并且不能在运行期间进行。期望的是，能够具有可在运行期间测定在涡轮叶片中的裂纹的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种方法，借助该方法可在运行期间测定在涡轮叶片中的裂纹。该目的通过一种用于测定在涡轮叶片中的裂纹的方法得以实现，其中在运行期间测定涡轮叶片的叶片振动，其中求出叶片固有频率，其中计算理论的叶片固有频率并且将所测得的叶片固有频率与理论的叶片固有频率进行比较，其中求出在所测得的叶片固有频率和理论的叶片固有频率之间的偏差，其中只要偏差超过所限定的极限值，就进行错误报告的生成，其中当检测到频率漂移时生成错误报告。因此，本发明给出在运行期间测定在涡轮叶片中的裂纹的新途径。这首先以如下方式进行，即首先根据理论模型计算叶片固有频率并且将其与所测得的叶片固有频率进行比较。此外，该理论的叶片固有频率与如温度和转动频率的不同的运行参数有关。只要所测的叶片固有频率相对于理论计算出的叶片固有频率具有超过所限定的极限值的偏差，就生成错误报告。在从属权利要求中示出有利的改进方案。因此，在第一有利的改进方案中无接触地测量叶片振动。这提供了如下优点，即该测量方法首先大致上不对涡轮叶片的叶片振动施加影响，并且此外实现足够精确的频率测量。借助无接触的测量测定叶片振动以及转子的转动频率。在有利的改进方案中，借助有限元计算来求出理论的叶片固有频率。借助有限元计算提供了一种相对精确的用于求出涡轮叶片的固有频率的方法。首先大致上，所有以圈状设置在转子上的涡轮叶片的叶片固有频率是相同的。在有利的改进方案中，求出每个涡轮叶片的个别的叶片固有频率，其中必须强制地测定所述涡轮叶片在转子圈中的位置。在一种有利的改进方案中，所测得的叶片频率通过快速傅里叶变换求出。首先，无接触地测量叶片振动。随后，作为时间记录存在的数据记录借助快速傅里叶变换转化成频率信号。在这种情况下，快速傅里叶变换是将时间信号变成频率信号的合适的方法，因为其可相对快速地进行。在一种有利的改进方案中，依据裂纹并且依据转速偏差和温度偏差求出叶片固有频率，由此产生多个数据记录。借助理论的计算模型，首先假定在涡轮叶片中的裂纹，并且就此依据转子的转速并且依据温度计算固有频率。如果现在在实际运行时首先大致地能够检测裂纹，那么可通过变化的条件，例如变化的转速或者变化的温度，清楚地识别裂纹。此外，可持续地观察裂纹生长，因为变大的裂纹依据转速和温度条件在变化的频率特性方面表现出来。由此获得的数据记录被储存并且与实际测得的叶片固有频率进行比较。只要产生偏差并且所述偏差超过极限值，这就被检测为呈裂纹形式的缺陷。只要偏差超过所限定的极限值，就发出缺陷信号。在有利的改进方案中，以限定的时间间隔观察所测得的叶片频率，并且在可能的情况下由所测得的叶片频率的在时间上的发展测定裂纹。在此，该思想基于，只要测定裂纹，就以时间间隔观察裂纹并且在可能的情况下测定裂纹生长。对此，将所测得的固有频率与理论上求出的固有频率进行比较，其中，在这种情况下在用于理论计算的固有频率的模型中假定导致不同的固有频率的裂纹。
根据实施例详细地解释本发明。附图示出图1示出该方法的示意图。
具体实施例方式在局部图1中可看到具有多个涡轮叶片3的转子圈2，其中，出于概览的原因，涡轮叶片仅设有附图标记3。在运行时，这些涡轮叶片3经历非期望的振动，该振动在最坏的情况下能够导致在涡轮叶片3中产生裂纹。借助无接触的传感器4测定振动。在这种情况下，无接触的传感器4设置在轴上。无接触的传感器4的位置被固定地设置。通过无接触的传感器4测定的时间信号5被暂存在时间记录6中。在下一方法步骤中，将该时间信号5转化成频率信号7。这通过傅里叶变换或者类似的谱分析实现。通过有限元计算来计算涡轮叶片3的叶片固有频率。在这种情况下，在考虑裂纹影响和如转速偏差和温度偏差的干扰影响的情况下计算叶片固有频率。由此获得的数据记录被储存并且在下一方法步骤中在模块9中进行评估。在此，将所测得的叶片频率与理论计算的叶片频率进行比较，如果求出了偏差，只要偏差超过所限定的极限值，就生成错误报
生 I=I ο在模块9中分析时，基本上测定当前的η阶固有频率相对于在用于下面的固有频率k的参考时间点上的η阶固有频率的不同。在替代的评估方法中能够考虑在当前的时间点和参考时间点上的在η阶固有频率和m阶固有频率之间的差值的不同。大致上在裂纹处产生频率漂移，该频率漂移能以简单的方式进行识别和分析。
权利要求
1.用于测定在涡轮叶片(3)中的裂纹的方法，其中，在运行期间测定所述涡轮叶片(3) 的叶片振动，具有如下步骤-求出所测的叶片固有频率； -计算理论的叶片固有频率；-将所述所测的叶片固有频率与所述理论的叶片固有频率进行比较； -求出在所述所测的叶片固有频率与所述理论的叶片固有频率之间的偏差； -只要所述偏差超过限定的极限值，就生成错误报告， -只要检测到频率漂移，就生成错误报告。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，无接触地测量所述叶片振动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助有限元计算来求出理论的叶片固有频率。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，通过傅里叶变换或者类似的谱分析来求出所测的叶片频率。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，依据裂纹并且依据转速偏差和温度偏差进行叶片固有频率的计算，并且由此产生多个数据记录。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，以限定的时间间隔观察所测的叶片固有频率，并且能够由所测的叶片频率的在时间上的发展来测定裂纹。
全文摘要
本发明涉及一种用于测定在涡轮叶片(3)中的裂纹的方法，其中，在运行期间进行测定，其中，首先通过有限元计算在理论上求出叶片固有频率，并且随后与所测得的叶片固有频率进行比较，并且只要观察到偏差超过所限定的极限值就生成错误报告。
文档编号G01H1/00GK102498372SQ201080040946
公开日2012年6月13日 申请日期2010年9月13日 优先权日2009年9月14日
发明者乌韦·林内曼, 克里斯托夫·赫尔曼·里克特, 兰多·斯特克尔, 彼得·申德勒, 迈克尔·容 申请人:西门子公司