Oberflächenanalyse zur Detektierung verschlossener Löcher und Surface analysis for the detection of closed holes and
Vorrichtung contraption
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenanalyse zur Detektierung von verschlossenen Löchern. The invention relates to a method for surface analysis for the detection of sealed holes.
Bei der Reparatur von Turbinenschaufeln muss die verbrauchte Keramikschutzschicht entfernt und nach der Instandsetzung wieder aufgebracht werden. Dabei werden während des Beschich- tungsverfahrens die vorhandenen Kühlluftlöcher teilweise oder komplett verschlossen. Die Position und Orientierung der Bohrlochachsen der Kühlluftlöcher sind nicht oder nur teilweise ermittelbar. Bisher wurden teilweise die Löcher durch Finden von leichten Vertiefungen der Keramikschicht und/oder kleineren Öffnungen identifiziert und mit Hilfe eines Hand¬ prozesses geöffnet. Ein sicheres, regelbares System ist nicht vorhanden . Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen . When repairing turbine blades, remove the used ceramic protective layer and reapply after repair. During the coating process, the existing cooling air holes are partially or completely closed. The position and orientation of the borehole axes of the cooling air holes are not or only partially determined. So far, the holes have been partially identified by finding slight depressions of the ceramic layer and / or smaller openings and opened by means of a hand ¬ process. A safe, controllable system is not available. It is therefore an object of the invention to solve the above-mentioned problem.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, 6 und Vorrichtung gemäß Anspruch 7. The object is achieved by a method according to claim 1, 6 and device according to claim 7.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um weitere Vorteile zu erzielen. In the dependent claims further advantageous measures are listed, which Kings are combined with each other arbitrarily NEN to achieve more advantages.
Es zeigen: Show it:
Figur 1, 2, 3 schematisch den Ablauf des Verfahrens,FIGS. 1, 2, 3 schematically show the sequence of the method;
Figur 4 eine Gasturbine, FIG. 4 shows a gas turbine,
Figur 5 eine Turbinenschaufel, FIG. 5 shows a turbine blade,
Figur 6 eine Brennkammer, FIG. 6 shows a combustion chamber,
Figur 7 eine Liste von Superlegierungen .
Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Figure 7 is a list of superalloys. The description and the figures represent only embodiments of the invention.
In Figur 1 ist ein Beschichtungsmodell 4 von ermittelten Geo¬ metriedaten von zwei Löchern mit Beschichtung (nicht dargestellt) dargestellt. In Figure 1, a coating 4 of model determined Geo ¬ metriedaten of two holes with coating (not shown), respectively.
Ebenso dargestellt ist ein Maskenmodell 19 mit theoretischen Annahmen bezüglich der Position 7', 7'' zumindest eines Lochs und der Ausrichtung 13', 13' 'des Lochs. Also shown is a mask model 19 with theoretical assumptions about the position 7 ', 7 "of at least one hole and the orientation 13', 13" of the hole.
Das Maskenmodell 19 kann auch durch Vermessung des unbe¬ schichteten Bauteils 120, 130 ermittelt werden. The mask pattern 19 may be determined 130 by measurement of the non-coated ¬ member 120.
Vorzugsweise mittels Triangulations-Messverfahren kann die Oberfläche von gekrümmten Flächen in akzeptabler Auflösung und in sehr kurzer Zeit in mehreren Dimensionen ermittelt werden . Preferably, by means of triangulation measuring methods, the surface of curved surfaces can be determined in an acceptable resolution and in a very short time in several dimensions.
Die Schaufel 120, 130, hier als beispielhaftes Bauteil, wird im unbeschichteten Zustand an den relevanten Stellen einge- scannt, um die Position der Löcher und/oder um die Lage der The blade 120, 130, here as an exemplary component, is scanned in the uncoated state at the relevant points in order to determine the position of the holes and / or the position of the holes
Achsen der Löcher zu definieren. Diese Daten werden später in der Recheneinheit 16 als Maskenmodell 19 (Fig. 1, 2) verwen¬ det . Defining axes of the holes. This data is later in the computing unit 16 as the mask pattern 19 (Fig. 1, 2) utilization ¬ det.
Ebenso können bekannte Geometriedaten des Bauteils 120, 130 als Maskenmodell 19 verwendet werden, die vorab z.B. aus der Fertigung bekannt sind. Likewise, known geometry data of the component 120, 130 can be used as the mask model 19, which in advance is e.g. are known from the production.
Jedenfalls müssen Lochachse, Lochwinkel (Position des Lochs) in einem Datensatz vorhanden sein (19 in Fig. 2) . In any case, hole axis, hole angle (position of the hole) must be present in a data set (19 in Fig. 2).
Figur 2 zeigt, dass die Recheneinheit 16 Daten eines Masken¬ modells 19 oder bekannte Geometriedaten 5 erhält, die gemes¬ sen werden. Danach findet eine Beschichtung des Bauteils 120, 130 statt. Dann wird das beschichtete Bauteil 120, 130 wieder vermessen, insbesondere mittels Lasertriangulation, wodurch sich ein Beschichtungsmodell 4 ergibt.
In Kombination mit einer zuvor ermittelten Ausrichtung 7', 7' ' des Lochs oder der Löcher ist eine exakte Positions- und Richtungsangabe von Kühlluftlöchern im beschichteten/verschlossenen Zustand möglich. Figure 2 shows that the computing unit 16 obtains data of a mask pattern 19 or ¬ known geometry data 5 which are gemes ¬ sen. Thereafter, a coating of the component 120, 130 takes place. Then, the coated component 120, 130 is measured again, in particular by means of laser triangulation, resulting in a coating model 4. In combination with a previously determined orientation 7 ', 7''of the hole or holes, an exact position and direction indication of cooling air holes in the coated / closed state is possible.
Hier erfolgt ein iterativer Vergleich 17 der beiden Modelle 4, 19 bis die Position oder Lochmitte und Bohrachse ermittelt ist . Here an iterative comparison 17 of the two models 4, 19 takes place until the position or center of the hole and the drilling axis are determined.
Dabei wird die Lage der Vertiefung einer Mulde 10', 10'' eines vollkommen verschlossenen Lochs oder die Lage 10', 10'' der Öffnung eines teilweise verschlossenen Lochs herangezo¬ gen, um die Lochmitte und Achsenlage des unverschlossenen Lochs zu ermitteln. Ebenso kann die Umrandung der Mulde 10', 10'' mit der Umran¬ dung des Lochs verglichen werden (Fig. 3), um die Lage des Lochs zu ermitteln. Dabei muss die Umrandung der Mulde 10', ob klein oder groß, je nach Beschichtung eine bestimmte Aus¬ richtung in der Umrandung 7' aufweisen, hier beispielsweise konzentrisch (Fig. 3) . Bei mehreren Löchern wird iterativ über alle Löcher der beste Fit ermittelt. Nur so kann das Wiederöffnen durchgeführt werden. Thereby to determine the center of the hole and axis location of the unsealed hole is the position of the well of a trough 10 ', 10''of a completely sealed hole or the position 10', 10 '' of the opening in a partially closed hole herangezo ¬ gene. Likewise, the border of the trough 10 ', 10''with the umran ¬ tion of the hole can be compared (Fig. 3) to determine the position of the hole. Here, the outline of the trough 10 must ', whether small or large, depending on the coating from a certain ¬ direction in the border 7' comprise, here, for example, concentrically (Fig. 3). If there are several holes, the best fit is determined iteratively over all holes. Only then can the reopening be carried out.
Rechnergestützt kann nun der Mittelpunkt eines Lochs kalku- liert werden (17 in Fig. 2) und ein Bearbeitungsprogramm zum Wiederöffnen generiert werden, das die Entfernung des „Coat down" aus dem Loch ermöglicht. Computer-aided, the center point of a hole can now be calculated (17 in FIG. 2) and a reopening program can be generated, which allows the removal of the coat down from the hole.
Neben der rechnergestützten Ermittlung von Positions- und Winkeldaten für Kühlluftlöcher unterhalb einer Beschichtung ist hier vor allem die exakte Position der Kühlluftbohrung für jede einzelne Schaufel und in jedem Fertigungszustand der maßgebliche Vorteil. Der Verzug einer Schaufel 120, 130 während der Beschichtung ist derzeit nur mit empirisch ermittelten Vorgehensweisen vorauszusagen. Die hier In addition to the computer-aided determination of position and angle data for cooling air holes below a coating, the exact position of the cooling air bore for each individual blade and in each production state is the decisive advantage here. The distortion of a blade 120, 130 during coating can currently only be predicted with empirically determined procedures. This one
verwendete Methodik kann diese Vorhersage prüfen und eine exakte Position ermitteln (Schritt 17 in Fig. 2) .
Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt . The methodology used can check this prediction and determine an exact position (step 17 in FIG. 2). FIG. 4 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. The gas turbine 100 has a rotatably mounted about a rotational axis 102 ¬ rotor 103 with a shaft, which is also referred to as the turbine rotor.
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. Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108. The annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125. Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings . As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
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. The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) . Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das ArbeitsmediumDuring operation of the gas turbine 100 104 air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ¬ seals. The 105 ¬ be compressed air provided at the turbine end of the compressor is ge ¬ leads to the burners 107, where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working medium 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium flows
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. 113 along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the blades 120. On the blades 120, the working medium 113 relaxes in a pulse-transmitting manner, so that the blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter- liegen 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 be- lastet. The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the highest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin ( SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Likewise, substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet. As a material for the components, in particular for the turbine blade ¬ 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge¬ stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt . The guide vane 130 has an inner housing 138 of the turbine 108 facing guide vane root (not Darge here provides ¬) and a side opposite the guide-blade root vane root. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
Die Figur 5 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau¬ fel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt. 5 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide vane show ¬ 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis of the 121st
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 auf¬ einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf. The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor. The blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 to each other, a securing region 400, an adjoining blade or vane platform 403 and a blade 406 and a blade tip 415.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge¬ stellt) . Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . As a guide vane 130, the vane 130 having at its blade tip 415 have a further platform (not Darge ¬ asserted). In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich. The blade root 183 is, for example, as a hammerhead out staltet ¬. Other designs as fir tree or Schwäbwschwanzfuß are possible.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau¬ felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab¬ strömkante 412 auf. Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet . The blade 120, 130 has for a medium which flows past the scene ¬ felblatt 406 on a leading edge 409 and a trailing edge 412th In conventional blades 120, 130, in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130, for example, massive metallic materials, in particular superalloys, are used.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt. Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge- fertigt sein. The blade 120, 130 can hereby be manufactured by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun- gen ausgesetzt sind. Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
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. The production of such monocrystalline workpieces, for example, by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy to monocrystalline structure, ie the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
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 be¬ steht 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 ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Here, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole workpiece be ¬ is made of a single crystal. In these methods, you have to avoid solidification transition to globular (polycrystalline), since non-directional growth inevitably forms transverse and longitudinal grain boundaries ¬ which make the good properties of the directionally solidified or single-crystal component naught.
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 Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinenIf the term generally refers to directionally solidified structures, it means both single crystals that have no grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, and stem crystal structures that have grain boundaries running in the longitudinal direction but no transverse grain boundaries. In these second-mentioned crystalline
Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) . Structures are also called directionally solidified structures.
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 AI bekannt. Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1.
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) , Likewise, the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX, M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (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 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI. Nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen The density is preferably 95% of the theoretical
Dichte. Density.
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-llAl-0, 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10A1-0, 4Y-1, 5Re . A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer). Preferably, the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y. Besides these cobalt-based protective coatings, nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0, 4Y-1 are also preferably used , 5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of Zr0 2 , Y2Ü3-Zr02, ie it is not, partially ¬ or fully stabilized by yttria
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The heat insulating layer can comprise porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the
MCrAlX-Schicht . 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 angedeu¬ tet) auf. MCrAlX layer. The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and also has, if necessary, film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
Die Figur 6 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring¬ brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung 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 ermög¬ lichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen. 6 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100. The combustion chamber 110 is configured, for example, as so-called an annular combustion chamber, in which a plurality of in the circumferential direction about an axis of rotation 102 arranged burners 107 open into a common combustion chamber space 154, the flames 156 generate. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around. To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. To even with these operating parameters unfavorable for the materials, a comparatively long operating time to be made ¬ union, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M facing side with a formed from heat shield elements 155. liner.
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. Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system. The heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutz- schicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt. Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
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 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI. These protective layers may be similar to the turbine blades, so for example MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wär¬ medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y203~Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän- dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. On the MCrAlX, for example, a ceramic Wär ¬ medämmschicht be present and consists for example of ZrÜ2, Y203 ~ Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. Suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Other coating methods are conceivable, for example atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The heat insulation layer may have ¬ porous, micro- or macro-cracked compatible grains for better thermal shock resistance.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Turbinen¬ schaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Ein¬ satz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Reprocessing (Refurbishment) means that turbines ¬ blades 120, 130, heat shield elements have to be removed from 155, after ¬ A set of protective layers (for example by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products.
Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.
Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.