이 애플리케이션 노트에서는 중공 금속 터빈 블레이드의 벽 두께를 측정하는 방법을 설명합니다.
터빈 블레이드 벽 두께
항공기 엔진과 기타 고성능 시스템에 사용되는 다양한 터빈 블레이드는 속이 비어 있어 블레이드 내에서 냉각수가 순환할 수 있습니다. 주조 중의 코어 이동, 잘못된 가공, 작동 과정의 정상적인 표면 마모로 인해 블레이드 벽 두께가 허용 한계보다 더 얇아질 수 있습니다. 기계적으로 벽 두께를 측정하는 것은 일반적으로 블레이드를 손상시키지 않고는 불가능합니다. 그러나 적절한 변환기와 계측 기기를 사용하면 초음파를 통해 벽 두께를 측정할 수 있습니다.
터빈 블레이드의 벽 두께 측정에 사용되는 초음파 장비
정밀 두께 측정기는 보통 터빈 블레이드 측정에 사용됩니다. 여기에는 단일 요소 소프트웨어와 파형 디스플레이 옵션을 갖춘 38DL PLUS™ 측정기와 45MG 측정기가 포함됩니다. 일반적으로 이러한 기기는 측정할 두께와 형상에 따라 침수 변환기 또는 지연선 변환기를 선택하여 함께 사용됩니다. 숙련된 작업자는 측정기의 파형 디스플레이를 통해 파형을 모니터링하여 유효한 에코를 감지할 수 있습니다. 또한 변환기가 최적의 상태로 작동하도록 정렬할 수도 있습니다.
72DL PLUS™ 고속 측정기는 터빈 블레이드의 제조와 검사를 위해 빠른 측정을 제공할 수 있습니다. 이 측정기는 60Hz의 디스플레이 업데이트 속도와 최대 2kHz의 측정 속도를 제공합니다. 또한 기기에 장착된 넓은 7인치 터치 스크린이 다양한 각도에서 뛰어난 가시성을 제공합니다. 다양한 연결 옵션(무선 LAN, Bluetooth®, 이더넷)과 데이터 관리 도구를 갖춘 72DL PLUS 측정기는 검사 워크플로를 최적화하고 처리량을 높일 수 있습니다.
터빈 블레이드의 벽 두께 측정 절차
특정한 터빈 블레이드 적용 분야에 권장되는 정확한 측정 시스템은 고객의 요구사항과 블레이드의 음향 특성에 따라 달라집니다. 다음은 몇 가지 기본적인 고려사항입니다.
변환기 유형: 지연선 변환기와 침수 변환기 모두 터빈 블레이드 분야에 사용됩니다. 그러나 작은 터빈 블레이드의 곡률 때문에 지연선 변환기를 오목한 면에 적절하게 결합하지 못할 수 있습니다. 0.125인치(3mm) 지연선 변환기(M203 및 M208)는 일반적으로 약 4인치(100mm)까지 오목한 반경에 적절하게 결합됩니다. 지연선의 윤곽선을 통해, 어떤 경우에는 곡률이 더 급격한 반경에도 결합할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 곡률이 급격한 표면(특히 블레이드의 앞쪽 가장자리)은 침수 변환기를 사용할 때 더 잘 측정됩니다. B-120 버블러의 20MHz V316-B 변환기는 블레이드를 침수 변환기로 측정하기 위한 편리한 휴대용 장치를 제공합니다. 많은 경우, V260-SM Sonopen™ 집중 지연선 변환기를 사용하여 기존 지연선으로 측정할 수 없는 오목한 표면에도 결합할 수 있습니다.
침수 변환기와 지연선 변환기의 일반적인 제품군 외에도, 당사는 3개의 특수한 소형 20MHz 지연선 변환기를 제공하여 블레이드 사이의 공간이 제한적이고 접근하기 어려운 다중 블레이드 조립체에서 터빈 블레이드의 두께를 측정할 수 있습니다. M2054는 3인치(75mm) 핸들에 두께가 0.27인치(6.75mm)에 불과한 20MHz 지연선 변환기입니다. M2055는 두께가 0.4인치(10mm)인 변환기/지연선 계측 기기와 유사합니다. V2034 지연선 변환기에는 6인치(300mm) 각진 핸들에 0.4인치(10mm) 헤드가 있습니다. 이 변환기의 개략도는 요청 시 제공됩니다.
측정 모드: 지연선 변환기와 침수 변환기를 사용하여 모드 2(인터페이스 대 첫 번째 후면 에코) 또는 모드 3(인터페이스 이후 에코 대 에코)에서 두께를 측정할 수 있습니다. 모드 3은 모드 2보다 더 얇은 재료 분해능을 제공하지만, 이는 터빈 블레이드에서 측정할 지점이 다중 후면 벽 에코를 생성하는 경우에만 가능합니다. 사용 가능한 후면 벽 에코가 단 하나인 경우(곡률 또는 감쇠로 인해) 모드 2에서 측정해야 합니다. 38DL PLUS 및 45MG 측정기는 모드 2 또는 모드 3에서 작동할 수 있습니다. 측정해야 할 다양한 두께 및 형상과 함께 참조 표준을 사용하여 특정한 터빈 블레이드 분야에 대한 최적의 설정을 구성하십시오.
두께 범위: 일반적인 금속 블레이드에서 20MHz 지연선 변환기 또는 침수 변환기의 분해 가능한 최소 두께는 모드 3에서 약 0.006인치(0.15mm)이고 모드 2에서 약 0.02인치(0.5mm)입니다. 0.006인치(0.15mm) 미만의 더 얇은 재료의 경우에는 고주파 72DL PLUS 측정기를 사용할 수 있습니다. 대부분의 터빈 블레이드 측정은 10MHz 또는 20MHz에서 이루어집니다.
데드 스폿: 중공 터빈 블레이드는 보통 블레이드 내부에 여러 가지 구조를 갖추고 있어 냉각수 흐름을 유도하거나 블레이드에 강도를 더합니다. 일반적으로, 베인 또는 립이 있는 지점에서는 이러한 구조가 만족스러운 반사에 필요한 매끄러운 내부 표면을 방해하기 때문에 후면 벽 에코를 측정할 수 없습니다. 이러한 구조가 밀접하게 배치되어 있는 경우, 스폿 크기가 작은 집중 침수 변환기가 지연선 변환기에 비해 더 우수한 후면 벽 에코를 생성합니다. 어떤 경우에는 급격하게 얇아지는 블레이드 두께로 인해 내부 벽과 외부 벽의 평행도가 크게 차이가 나는 상황이 발생하여, 에코 왜곡과 잠재적인 측정 오류가 나타날 수도 있습니다.
모든 경우에, 실제 제품 샘플을 사용한 테스트 결과에 따라 변환기와 계측 기기의 조합을 결정하십시오. 터빈 블레이드 형상이 매우 다양하기 때문에 샘플 평가가 중요합니다.
그림 1~3은 38DL PLUS 측정기로 수행한 터빈 블레이드 측정치와 관련된 일반적인 파형을 보여줍니다. 측정기 디스플레이 화면은 실시간 초음파 파형과 게이트 및 두께 측정값을 즉시 제공합니다. 이는 까다로운 적용 분야에서 또는 설정 매개 변수를 자세히 검토해야 하는 경우에 적합합니다.
그림 1. 모드 3 터빈 블레이드 측정
그림 1은 M208 변환기를 사용하여 0.041인치(1.05mm) 두께의 오목한 터빈 블레이드 트레일링 에지에 대해 수행하는 모드 3 측정을 보여줍니다. 측정 지점에서 곡률의 반경이 충분히 크기 때문에 M208 변환기가 재료에 잘 결합되며, 다중 에코가 명확해 모드 3 측정이 가능합니다.
그림 2. 모드 2 터빈 블레이드 측정
그림 2는 M208 변환기를 사용하여 0.07인치(1.8mm) 두께의 볼록한 터빈 블레이드 벽에 대해 수행하는 모드 2 측정을 보여줍니다. 여기에 내부 립이 있어 에코가 어느 정도 감소되며, 다중 에코가 명확하지 않을 경우 모드 2 측정이 권장됩니다.
그림 3. 곡률이 있는 볼록한 블레이드 단면을 측정하는 수침법
그림 3에서는 더 두껍고(0.051인치, 즉 1.3mm) 곡률이 급격한(반경 1인치 또는 25mm) 볼록한 블레이드 단면을 확인하기 위해 B-120 휴대용 버블러와 함께 V316-BB 20MHz 침수 변환기를 사용한 수침법을 보여줍니다. 곡률이 급격한 볼록한 형태로 인해 지연선 변환기를 사용하는 것이 어려울 경우 적용됩니다. 이 유형의 측정에서는, 특히 오목한 표면에서 변환기를 최적으로 정렬하기 위해 작업자가 반드시 파형을 모니터링해야 합니다.
그림 4: 72DL PLUS 측정기로 얇은 강철의 얇은 두께 측정(0.0032인치)
그림 4는 0.0032인치(0.076mm)의 얇은 금속에 직접 접촉되는 M2104 125MHz 변환기를 보여주며 72DL PLUS 측정기의 최소 두께 측정 능력을 보여줍니다. 30MHz~125MHz의 고주파 변환기의 전체 제품군은 얇은 두께의 다양한 적용 분야에서 72DL PLUS 측정기와 함께 사용할 수 있습니다.
참고: 큰 입자의 합금으로 주조된 특정 터빈 블레이드는 비등방성 입자 구조 때문에 지점마다 상당한 속도 변화를 보일 수 있습니다. 이 경우, 초음파 두께 측정의 정확도는 속도 변화의 정도에 따라 제한됩니다. 이 제한은 특정 경우에 대해 실험에 기초하여 결정해야 합니다.
