DE102005015153B4 - Method for repairing or renewing cooling holes of a coated component and coated component with cooling holes of a gas turbine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von Kühllöchern (5) einer beschichteten Komponente (1) einer Gasturbine, mit folgenden Schritten: – Entfernen wenigstens einer alten Beschichtung (3, 4) von einer Außenseite (2) der Komponente (1) zumindest in einem das Kühlloch (5) einfassenden Lochbereich (12), wobei das Kühlloch (5) zumindest nach dem Entfernen der wenigstens einen alten Beschichtung (3, 4) zumindest in einem an die Außenseite (2) der Komponente (1) anschließenden Längsabschnitt (11) einen Alt-Querschnitt (13) aufweist, der größer ist als ein Soll-Querschnitt (6), den das Kühlloch (5) in einem ursprünglichen Neuzustand der fertigen Komponente (1) in diesem Längsabschnitt (11) aufweist, – Anbringen wenigstens einer neuen Beschichtung (3', 4') auf die Komponente (1) zumindest im Lochbereich (12) und zumindest im Längsabschnitt (11) des Kühllochs (5), derart, dass das Kühlloch (5) zumindest im Längsabschnitt (11) und/oder im Lochbereich (12) einen Zwischen-Querschnitt (16) aufweist, der kleiner ist als der Soll-Querschnitt (6), – teilweises Entfernen der wenigstens einen neuen Beschichtung (3', 4') innerhalb des Kühllochs (5) mit einem Laser-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlloch (5) zumindest im Längsabschnitt (11) und/oder im Lochbereich (12) einen Neu-Querschnitt (18) aufweist, der etwa gleich groß ist wie der Soll-Querschnitt (6), dass das Laser-Verfahren als Laser-Abtrag-Verfahren ausgestaltet ist und mit Pulsfrequenzen im Bereich von 1 kHz bis 100 kHz arbeitet.Method for repairing or renewing cooling holes (5) of a coated component (1) of a gas turbine, comprising the following steps: - removing at least one old coating (3, 4) from an outside (2) of the component (1) at least in one cooling hole (5) enclosing hole region (12), wherein the cooling hole (5) at least after the removal of the at least one old coating (3, 4) at least in one of the outer side (2) of the component (1) adjoining longitudinal portion (11) an alt -Cross-section (13) which is greater than a desired cross-section (6), the cooling hole (5) in an original new state of the finished component (1) in this longitudinal section (11), - attaching at least one new coating ( 3 ', 4') on the component (1) at least in the hole region (12) and at least in the longitudinal section (11) of the cooling hole (5), such that the cooling hole (5) at least in the longitudinal section (11) and / or in the hole area (12) an intermediate Que partial removal of the at least one new coating (3 ', 4') within the cooling hole (5) with a laser method, characterized in that the Cooling hole (5) at least in the longitudinal section (11) and / or in the hole region (12) has a Neu-cross section (18) which is about the same size as the desired cross-section (6) that the laser method as laser ablation Method is designed and operates with pulse frequencies in the range of 1 kHz to 100 kHz.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von Kühllöchern einer beschichteten Komponente einer Gasturbine.The present invention relates to a method for repairing or renewing cooling holes of a coated component of a gas turbine.
Komponenten von Gasturbinen, wie zum Beispiel Laufschaufeln, Leitschaufeln, Hitzeschild-Elemente oder andere gekühlte Teile, enthalten häufig Hohlräume, die zur Verteilung von Kühlluft auf eine Vielzahl von Kühllöchern in einer Wand der jeweiligen Komponente dienen. Diese Kühllöcher führen die Kühlluft an eine den heißen Arbeitsgasen der Gasturbine ausgesetzte äußere Oberfläche. Derartige Komponenten sind üblicherweise mit einer Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht versehen, die auch als Basisbeschichtung bezeichnet werden kann. Zusätzlich können die Komponenten auch mit einer Hitzeschutzschicht versehen sein, die einer thermischen Isolation der Komponente dient. Im Betrieb der Gasturbine kommt es dabei häufig zu einem Abbau der Beschichtung beziehungsweise der Beschichtungen, bevor die beschichtete Komponente selbst angegriffen wird. In der Folge müssen zumindest einmal während der Lebenszeit der jeweiligen Komponente die Basisbeschichtung und gegebenenfalls die Hitzeschutzschicht entfernt und neu aufgetragen werden.Components of gas turbines, such as blades, vanes, heat shield elements, or other cooled parts, often contain voids which serve to distribute cooling air to a plurality of cooling holes in a wall of the respective component. These cooling holes lead the cooling air to an outer surface exposed to the hot working gases of the gas turbine. Such components are usually provided with an oxidation and / or corrosion protection layer, which may also be referred to as a base coat. In addition, the components may also be provided with a heat protection layer which serves to thermally insulate the component. During operation of the gas turbine, degradation of the coating or coatings often occurs before the coated component itself is attacked. As a result, at least once during the lifetime of the respective component, the base coat and, if necessary, the heat protection layer must be removed and reapplied.
Beim Auftragen einer neuen Beschichtung sind jedoch die vorhandenen Kühllöcher problematisch. Während bei der Herstellung einer neuen Komponente die Kühllöcher erst nach dem Aufbringen der Beschichtung in die Komponente eingebracht werden, sind die Kühllöcher beim Wiederauftragen einer neuen Beschichtung bereits vorhanden. Beim Auftragen der neuen Beschichtung kann das Beschichtungsmaterial in die Kühllöcher eindringen und deren Querschnitte verändern. Die Komponenten moderner Gasturbinen können dabei hunderte derartiger Kühllöcher enthalten, deren Querschnitte bzw. deren Querschnittverläufe innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen liegen. Die obere Toleranzgrenze für die Kühllochquerschnitte soll die Einblasung nicht benötigter Kühlluft vermeiden, was den Wirkungsgrad der Gasturbine sowie deren Leistungsabgabe drastisch reduzieren würde. Die untere Toleranzgrenze für die Kühllochquerschnitte soll eine Überhitzung der jeweiligen Komponente vermeiden, was zu einer deutlichen Verkürzung der Lebenszeit der jeweiligen Komponente führen würde.When applying a new coating, however, the existing cooling holes are problematic. While in the manufacture of a new component, the cooling holes are introduced after the application of the coating in the component, the cooling holes are already present when re-applying a new coating. When applying the new coating, the coating material can penetrate into the cooling holes and change their cross sections. The components of modern gas turbines can contain hundreds of such cooling holes whose cross sections or their cross-sectional profiles are within very narrow tolerance limits. The upper tolerance limit for the cooling hole cross sections should avoid the injection of unnecessary cooling air, which would drastically reduce the efficiency of the gas turbine and its power output. The lower tolerance limit for the cooling hole cross-sections should prevent overheating of the respective component, which would lead to a significant reduction in the lifetime of the respective component.
Zum Reparieren oder Erneuern der Kühllöcher ist es grundsätzlich möglich, nach dem Entfernen der alten Beschichtung die Kühllöcher zuzuschweißen oder zuzulöten. Danach kann die neue Beschichtung aufgetragen werden. Anschließend können die Kühllöcher neu gebohrt werden. Problematisch ist dabei, dass die hierzu verwendeten Schweißverfahren oder Lötverfahren Schwachstellen in den Werkstoff der Komponente einbringen. Des Weiteren ist ein übliches Bohrverfahren mit Lagetoleranzen verbunden, so dass beim neuen Bohren der Kühllöcher Lageabweichungen zu den alten Kühllöchern auftreten können. Dies hat zur Folge, dass Schweißmaterial oder Lötmaterial im Werkstoff der Komponente verbleibt, so dass die Komponente mit den besagten Schwachstellen in Betrieb genommen wird, was die mechanische Festigkeit der Komponente beeinträchtigt.To repair or renew the cooling holes, it is basically possible to weld or solder the cooling holes after removing the old coating. Then the new coating can be applied. Then the cooling holes can be re-drilled. The problem with this is that the welding methods or soldering methods used for this purpose introduce weak points into the material of the component. Furthermore, a common drilling method is associated with positional tolerances, so that when re-drilling the cooling holes positional deviations can occur to the old cooling holes. As a result, welding material or brazing material remains in the material of the component, so that the component is put into operation with the said weak points, which impairs the mechanical strength of the component.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Des Weiteren ist es aus der
Aus der
Ein weiteres Verfahren, das mit einem Abdeckmittel arbeitet, ist aus der
Des Weiteren ist es aus der
Aus der
Aus der
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Lebenszeit des reparierten oder erneuerten Kühllochs auszeichnet.This is where the present invention begins. The invention, as characterized in the claims, deals with the problem of providing for a method of the type mentioned in an improved embodiment, which is characterized in particular by an increased lifetime of the repaired or renewed cooling hole.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Reparatur bzw. Erneuerung der Kühllöcher so auszuführen, dass die Kühllöcher anschließend im wesentlichen dieselben Querschnitte bzw. im wesentlichen dieselben Querschnittsverläufe aufweisen, wie im ursprünglichen ungebrauchten Zustand der fertiggestellten Komponente. Gleichzeitig soll jedoch ein Längsabschnitt des jeweiligen Kühllochs, der sich bis zur Außenseite der Komponente hin erstreckt, ebenfalls mit der neuen Beschichtung versehen sein. Die Wiederherstellung der ursprünglichen Geometrie des Kühllochs sorgt dafür, dass das Kühlloch die ihm zugedachte Funktion optimal erfüllen kann. Gleichzeitig wird dadurch die Gefahr reduziert, dass heißes Arbeitsgas in das Kühlloch eindringen kann. Außerdem bewirkt die in den Längsabschnitt des Kühllochs hineinreichende neue Beschichtung einen intensiven Schutz des Werkstoffs der Komponente vor den aggressiven heißen Arbeitsgasen, falls diese doch in das jeweilige Kühlloch eindringen sollten. Auf diese Weise kann eine Korrosion des Kühllochs und somit eine Querschnittsaufweitung vermieden werden. Ein sich im Betrieb der Gasturbine aufgrund von Korrosion aufweitender Kühllochquerschnitt erleichtert das Eindringen des aggressiven Arbeitsgases in das Kühlloch und verstärkt dadurch die Korrosionswirkung, was zu einer verstärkten weiteren Querschnittsaufweitung führt.The invention is based on the general idea to carry out the repair or renewal of the cooling holes so that the cooling holes then have substantially the same cross-sections or substantially the same cross-sectional characteristics, as in the original unused state of the finished component. At the same time, however, a longitudinal section of the respective cooling hole, which extends to the outside of the component, should also be provided with the new coating. The restoration of the original geometry of the cooling hole ensures that the cooling hole can fulfill its intended function optimally. At the same time this reduces the risk that hot working gas can penetrate into the cooling hole. In addition, the reaching into the longitudinal section of the cooling hole new coating provides intensive protection of the material of the component from the aggressive hot working gases, if they should penetrate into the respective cooling hole. In this way, corrosion of the cooling hole and thus a cross-sectional expansion can be avoided. A cooling hole cross-section which widens due to corrosion during operation of the gas turbine facilitates the penetration of the aggressive working gas into the cooling hole and thereby increases the corrosive effect, which leads to an increased further cross-sectional widening.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reparatur- bzw. Wiederherstellungsverfahrens besitzen die reparierten Kühllöcher zumindest dieselbe, wenn nicht sogar eine bessere Resistenz gegenüber den aggressiven heißen Arbeitsgasen der Gasturbine.With the aid of the repair process of the present invention, the repaired cooling holes have at least the same, if not better, resistance to the aggressive hot working gases of the gas turbine.
Zur Realisierung der Erfindung wird zum einen das Entfernen der wenigstens einen alten Beschichtung so durchgeführt, dass anschließend das Bohrloch zumindest in besagtem Längsabschnitt einen Alt-Querschnitt bzw. Alt-Querschnittsverlauf aufweist, dessen Öffnungsweite größer ist als ein Soll-Querschnitt bzw. Soll-Querschnittsverlauf, den das Bohrloch im Neuzustand bei ungebrauchter Komponente aufweist. Dies ist beim Entfernen der Beschichtung von selbst der Fall, da im Gebrauch der Komponente eine Aufweitung des Bohrlochs in besagtem Längsabschnitt regelmäßig auftritt, zum Beispiel aufgrund der korrosiven Wirkung der Arbeitsgase. Anschließend wird die Beschichtung mit der wenigstens einen neuen Beschichtung gezielt so durchgeführt, dass der Längsabschnitt des Kühllochs einen Zwischen-Querschnitt bzw. Zwischen-Querschnittsverlauf aufweist, dessen Öffnungsweite kleiner ist als beim Soll-Querschnitt bzw. Soll-Querschnittsverlauf. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim anschließenden ”Aufbohren” der einzelnen Kühllöcher wieder der ursprüngliche Soll-Querschnitt bzw. Soll-Querschnittsverlauf hergestellt werden kann. Bei der Erfindung wird dieses ”Aufbohren” durch ein teilweises Entfernen der neuen Beschichtung innerhalb des Kühllochs realisiert, derart, dass das Kühlloch anschließend im Längsabschnitt und insbesondere in dem die neue Beschichtung durchdringenden Lochbereich einen Neu-Querschnitt bzw. Neu-Querschnittsverlauf aufweist, der im Wesentlichen dem Soll-Querschnitt bzw. dem Soll-Querschnittsverlauf entspricht.For realizing the invention, on the one hand, the removal of the at least one old coating is carried out such that subsequently the borehole has an old cross-section or old cross-sectional profile at least in said longitudinal section whose opening width is greater than a desired cross-section or desired cross-sectional profile that the borehole has when new with unused component. This is the case when the coating is removed, since, during use of the component, a widening of the borehole in said longitudinal section regularly occurs, for example due to the corrosive action of the working gases. Subsequently, the coating with the at least one new coating is selectively carried out such that the longitudinal section of the cooling hole has an intermediate cross-section or intermediate cross-sectional profile whose opening width is smaller than in the desired cross-section or desired cross-sectional profile. In this way, it is ensured that during the subsequent "drilling" of the individual cooling holes, the original desired cross-section or desired cross-sectional profile can be produced again. In the invention, this "drilling" is realized by a partial removal of the new coating within the cooling hole, such that the cooling hole then in the longitudinal section and in particular in the new coating penetrating hole region has a Neu-cross-section or new cross-sectional profile, which in Substantially corresponds to the desired cross-section or the desired cross-sectional profile.
Das teilweise Entfernen der neuen Beschichtung wird zweckmäßig mit einem geeigneten Laser-Verfahren durchgeführt. Hierzu eignen sich insbesondere Laser-Abtrag-Verfahren oder Laser-Fräs- und/oder -Bohr-Verfahren.The partial removal of the new coating is suitably carried out with a suitable laser method. Laser ablation methods or laser milling and / or drilling methods are particularly suitable for this purpose.
Für die neue Beschichtung, die sich bis in den Längsabschnitt des Kühllochs hineinerstreckt, wird zweckmäßig eine Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht verwendet.For the new coating, which extends into the longitudinal section of the cooling hole, it is expedient to use an oxidation and / or corrosion protection layer.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird dementsprechend auch durch eine Komponente einer Gasturbine gelöst, die wenigsten sein Kühlloch aufweist, das in einem an die Außenseite der Komponente angrenzenden Längsbereich ebenfalls beschichtet ist, wobei das Kühlloch im Übrigen entlang seiner gesamten Länge einen erwünschten Soll-Querschnitt bzw. einen Soll-Querschnittsverlauf aufweist.The problem underlying the invention is accordingly also solved by a component of a gas turbine having at least its cooling hole, which is likewise coated in a longitudinal region adjoining the outside of the component, the cooling hole otherwise providing a desired nominal cross section along its entire length or has a desired cross-sectional profile.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the present invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Die
Die jeweils gezeigten Ausschnitte der Komponente
Bei der Komponente
Bei der ersten Beschichtung
In den
Die Ausführungsformen der
Beispielsweise kann dadurch ein aerodynamisch gestalteter Austrittsbereich
Die Ausführungsformen der
Der für den Neuzustand der Komponente
Im Betrieb der Gasturbine kommt es zu einer Abnutzung der Beschichtungen
Durch den Materialabtrag in den Beschichtungen
Um die in den
In einem ersten Verfahrensschritt werden die alten Beschichtungen
In a first process step, the
Das Entfernen der alten Beschichtungen
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens eine neue Beschichtung auf die Komponente
Das Anbringen der neuen Beschichtungen
Entsprechend den
Wie in
Nach dem Herstellen der neuen Beschichtungen
Da das Kühlloch
Die
Um die neuen Beschichtungen
Das zur Anwendung kommende Laser-Abtrag-Verfahren ist insbesondere durch Pulszeiten charakterisiert, die im Bereich von etwa 10 μs bis 1.000 μs liegen. Dies entspricht Pulsfrequenzen im Bereich von etwa 1 kHz bis 100 kHz. Beim Laser-Abtrag-Verfahren ist die Energiedichte im einzelnen Puls erheblich größer als beim Laser-Fräsen oder beim Laser-Bohren. Hierdurch kann insbesondere ein Wiedererstarren der aufgeschmolzenen Bereiche der abzulösenden neuen Beschichtung
Die Laser-Verfahren können entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform mittels einer Querschnittsmesseinrichtung geregelt werden, die insbesondere galvanisch arbeitet.The laser method can be controlled according to an advantageous embodiment by means of a cross-sectional measuring device which operates in particular galvanically.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich selbstverständlich auch bei einer Komponente
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Komponentecomponent
- 22
-
Außenseite von
1 Outside of1 - 33
- alte) erste Beschichtungold) first coating
- 3'3 '
- neue erste Beschichtungnew first coating
- 44
- alte) zweite Beschichtungold) second coating
- 4'4 '
- neue zweite Beschichtungnew second coating
- 55
- Kühllochcooling hole
- 66
- Soll-QuerschnittTarget cross section
- 6'6 '
- Querschnittcross-section
- 77
- Soll-QuerschnittsverlaufTarget cross-sectional profile
- 7'7 '
- QuerschnittsverlaufCross-sectional profile
- 88th
-
Austrittsöffnung bei
1 Outlet opening at1 - 8'8th'
-
Austrittsöffnung bei
10 Outlet opening at10 - 99
- Austrittsbereichexit area
- 1010
- Außenhautshell
- 1111
-
Längsabschnitt von
5 Longitudinal section of5 - 1212
- Lochbereichhole section
- 1313
- Alt-QuerschnittAlt-section
- 1414
- Alt-QuerschnittsverlaufAlt-cross course
- 1515
- LochwandPegboard
- 1616
- Zwischen-QuerschnittIntermediate section
- 1717
- Zwischen-QuerschnittsverlaufIntermediate cross-sectional profile
- 1818
- Neu-QuerschnittNew section
- 1919
- Neu-QuerschnittsverlaufNew cross-sectional profile
Claims (7)
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