[发明专利]确定涡轮机至少一个叶片的热障涂层厚度的方法、实施该方法的相应热障涂层层厚测量装置及该方法和热障涂层厚度测量装置的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定涡轮机的至少一个叶片的TBC涂层厚度的方法。本发明还涉及一种用于确定涡轮机的至少一个叶片的TBC涂层厚度的方法。另外，本发明还涉及一种用于实施上述方法的相应的TBC涂层厚度测量装置以及涉及所述方法和TBC涂层厚度测量装置的应用。

背景技术

涡轮机、例如蒸汽轮机或燃气轮机在技术上作为热力机器使用，为的是将储存在气流中的能量转变为机械能、尤其是转变为旋转运动。

为了达到在充分利用能量方面真正在燃气轮机中获得尽可能高的总效率，要将燃烧室到燃气轮机的流动通道内的气体入口温度选择得尽可能高。在现有技术中这样的气体入口温度例如处于1200℃。

在涡轮机的流动通道内设置的叶片承受热负荷，因此这些叶片设有表面涂层、即所谓的TBC涂层(“Thermal-Barrier-Coating”，热障涂层)。但是这种涂层由于随着与工作寿命相关的叶片使用时间而发生的磨损会出现老化，使得涂层厚度持续减小。在TBC涂层缺损时叶片经受极高的热负荷，这会导致叶片损坏。其结果可能是效率降低或最终损坏涡轮机。

在WO 2004/065918 A2中公开了一种用于确定涡轮机叶片的TBC涂层质量的方法以及一种用于实施该方法的装置。其中在叶片区域内发出电磁波并再由叶片接收和分析电磁波的反射部分。在分析时确定所接收到的电磁波的强度，再从中推断出叶片的表面质量。借助于该方法可以清楚地确认涂层的存在与否。在室温下几乎不能够得到有关涂层厚度的准确信息，因为电磁波的波幅衰减几乎隐没在系统噪声中。

发明内容

在此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法、一种用于实施该方法的TBC涂层厚度测量装置以及一种所述方法和TBC涂层厚度测量装置的应用，通过它们能够尽可能准确地确定、尤其是即便在运行期间也能准确地确定涡轮机叶片的TBC涂层厚度。

为了解决上述技术问题，提供了一种按照独立权利要求1或2的特征部分所述的方法。

本发明的方法涉及一种用于确定涡轮机的至少一个叶片的TBC涂层厚度的方法，其中

-将至少一个电磁波发射到所述至少一个工作叶片的表面上，

-所述至少一个电磁波至少在局部被该至少一个工作叶片反射，以及

-对所述至少一个电磁波的被反射的部分进行接收和进一步处理，

在此该方法的特征在于，

-以与所述TBC涂层的厚度相匹配的频率发射所述至少一个电磁波，

-将该发射的至少一个电磁波的相位与所述至少一个接收到的电磁波的相位进行比较，其中所述至少一个发射的电磁波在反射时获得相位变化，以及

-通过所述相位比较确定所述TBC涂层的层厚。

另外通过本发明还提供了一种用于确定涡轮机的至少一个导向叶片的TBC涂层厚度的方法，其中，

-将至少一个电磁波发射到所述至少一个导向叶片的表面上，

-所述至少一个电磁波至少在局部被该至少一个导向叶片反射，以及

-对所述至少一个电磁波的被反射的部分进行接收和进一步处理。

在此该方法的特征在于，

-以与所述TBC涂层的厚度相匹配的频率发射所述至少一个电磁波，

-将该发射的至少一个电磁波的相位与所述至少一个接收的电磁波的相位进行比较，其中所述至少一个发射的电磁波在反射时获得相位变化，以及

-通过所述相位比较确定所述TBC涂层的层厚。

在此充分利用在TBC涂层的层厚上发射波与反射波部分之间的相位差，通过分析该反射波部分可以确定涂层的层厚。其中相位差取决于TBC涂层的层厚，确切地说，该相位差在不存在TBC涂层时为0°而在涂层厚度逐渐增大时持续增大。

从权利要求1或2的从属权利要求中给出本发明方法的优选扩展设计。

特别有利的是，不仅确定所述至少一个工作叶片的TBC涂层厚度，也确定所述至少一个导向叶片的TBC涂层厚度。由此可以全面监视涡轮机的处于特别负荷下的部件。

另外有利的是，从所述相位变化的数值中求出所述叶片的TBC涂层的厚度。在此，以预定的频率或波长发射至少一个电磁波。尤其是4/(2n+1)倍的波长处于TBC涂层厚度的±50％、优选±20％的数量级上，其中n＝0，1，2，...，由此达到特别大的相位梯度、即相位变化与层厚变化之比。因此能够在本身波幅衰减较小时确定涂层厚度。也就是说，在这种情况下在TBC涂层厚度减小时发射波与反射波部分之间的相位变化或相位差减小。