DE102005019077A1 - Process to modify or manufacture a gas turbine engine blade by attachment of supplementary tip - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und/oder Reparatur einer Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenschaufel. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine.The The invention relates to a process for the production and / or repair a blade of a turbomachine, in particular a gas turbine blade. Furthermore, the concerns Invention a blade of a turbomachine, in particular a Gas turbine.
Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. Bei der Entwicklung von Gasturbinen spielt unter anderem die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle. Die wichtigsten, heutzutage für Flugtriebwerke oder sonstige Gasturbinen verwendeten Werkstoffe sind Titanlegierungen, Nickellegierungen (auch Superlegierungen genannt) und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden für Wellenteile, Getriebeteile, Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile. Nickellegierungen sind für die heißen Turbinenteile des Flugtriebwerks geeignet. Als Fertigungsverfahren für Gasturbinenbauteile aus Titanlegierungen, Nickellegierung oder sonstigen Legierungen sind aus dem Stand der Technik in erster Linie das Feingießen sowie Schmieden bekannt. Alle hochbeanspruchten Gasturbinenbauteile, wie zum Beispiel die Schaufeln für einen Verdichter, sind Schmiedeteile. Bauteile für eine Turbine werden hingegen in der Regel als Feingussteile ausgeführt. Für die Fertigung bzw. Herstellung von komplexen Bauteilen stellt das pulvermetallurgische Spritzgießen eine Alternative dar. Das pulvermetallurgische Spritzgießen ist mit dem Kunststoffspritzguss verwandt und wird auch als Metallform-Spritzen oder Metal Injection Moulding-Verfahren (MIM-Verfahren) bezeichnet.modern Gas turbines, in particular aircraft engines, must meet the highest demands in the In terms of reliability, Weight, performance, economy and durability meet. In the development of gas turbines plays, among other things, the choice of materials, the search for new, suitable materials as well as the search for new manufacturing processes are crucial. The most important, for these days Aeroengines or other gas turbines used materials are titanium alloys, nickel alloys (also superalloys called) and high-strength steels. The high-strength steels be for Shaft parts, gear parts, compressor housing and turbine housing used. Titanium alloys are typical materials for compressor parts. nickel alloys are for the hot turbine parts the aircraft engine suitable. As a manufacturing process for gas turbine components Titanium alloys, nickel alloy or other alloys are from the state of the art primarily the investment casting as well Forging known. All highly stressed gas turbine components, such as for example the blades for a compressor, are forgings. Components for a turbine, however, become usually executed as precision castings. For the production or production of complex components is the powder metallurgical injection molding a Alternative dar. The powder metallurgical injection molding is related to plastic injection molding and is also called metal mold spraying or Metal Injection Molding (MIM) method.
Die insbesondere aus Titanlegierungen hergestellten, als Schmiedeteile ausgeführten Schaufeln eines Verdichters einer Gasturbine sowie die vorzugsweise aus Nickellegierungen hergestellten, als Feingussteile ausgeführten Schaufeln einer Turbine einer Gasturbine sind im Betrieb einem Verschleiß ausgesetzt. Dies gilt sowohl für die rotierenden Laufschaufeln als auch für die feststehenden Leitschaufeln eines Verdichters sowie einer Turbine.The in particular made of titanium alloys, as forgings executed Blades of a compressor of a gas turbine and the preferred made from nickel alloys, designed as precision castings blades a turbine of a gas turbine are exposed during operation wear. This applies to both the rotating blades as well as the stationary vanes a compressor and a turbine.
So unterliegen die radial außenliegenden Enden der rotierenden Laufschaufeln einem abrasivem Abrieb an einer feststehenden Gehäusewand, die radial innenliegenden Enden der feststehenden Leitschaufeln hingegen unterliegen einem abrasivem Verschleiß mit der rotierenden Nabe des Rotors. Zur Minimierung des Verschleißes zwischen den radial außenliegenden Enden rotierender Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse einer Gasturbine ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die Schaufelspitzen der Laufschaufeln zum Beispiel mit keramischen Spritzschichten zu panzern. Derartige als Beschichtungen ausgeführte Spritzschichten können jedoch im Betrieb der Gasturbine abplatzen. Weiterhin ist das Herstellen keramischer Spritzschichten aufwendig und teuer.So are subject to the radially outer ends The rotating blades abrasive wear on a fixed Housing wall, the however, radially inward ends of the stationary vanes subject to abrasive wear with the rotating hub of the rotor. To minimize the wear between the radially outer Ends of rotating blades and the stationary housing one Gas turbine, it is already known from the prior art, the blade tips of the blades, for example, with ceramic sprayed layers armor. However, such as spray coatings executed as coatings can flake off during operation of the gas turbine. Furthermore, the manufacturing is ceramic spray coatings consuming and expensive.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung und/oder Reparatur einer Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenschaufel, sowie eine neuartige Schaufel einer Strömungsmaschine zu schaffen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel method for producing and / or repairing a blade a turbomachine, in particular a gas turbine blade, and a novel blade a turbomachine to accomplish.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren zur Herstellung und/oder Reparatur einer Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenschaufel, gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Schaufel mit einem Schaufelblatt; b) Herstellen einer Schaufelspitze für das Schaufelblatt der Schaufel durch pulvertechnisches Spritzgießen; c) Fügen der durch pulvertechnisches Spritzgießen hergestellten Schaufelspitze an das Schaufelblatt; d) Bearbeiten zumindest des Fügebereichs zwischen Schaufelspitze und Schaufelblatt.This Problem is solved by a method of manufacturing and / or repair a blade of a turbomachine, in particular a gas turbine blade, solved according to claim 1. According to the invention the method comprises at least the following steps: a) providing a blade with an airfoil; b) making a blade tip for the Blade of the blade by powder injection molding; c) Add the blade tip produced by powder injection molding to the airfoil; d) editing at least the joining area between blade tip and blade.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, eine Schaufel einer Strömungsmaschine dadurch herzustellen bzw. zu reparieren, dass eine durch pulvertechnisches, insbesondere durch pulvermetallurgisches, Spritzgießen hergestellte Schaufelspitze an ein Schaufelblatt gefügt wird. Bei der Herstellung bzw. Reparatur einer Verdichterschaufel handelt es bei derselben üblicherweise um ein Schmiedeteil aus einer Titanlegierung. Bei der Herstellung bzw. Reparatur einer Turbinenschaufel handelt es bei derselben üblicherweise um ein Feingussteil aus einer Nickellegierung. Nach dem Fügen der durch pulvertechnisches Spritzgießen hergestellten Schaufelspitze an das Schaufelblatt der als Schmiedeteil oder Feingussteil ausgebildeten Schaufel wird zumindest der Fügebereich zwischen Schaufelspitze und Schaufelblatt bearbeitet.in the For the purposes of the present invention, it is proposed to use a blade a turbomachine to manufacture or repair that by a powder-technical, in particular by powder metallurgical injection molding Blade tip is joined to an airfoil. In the preparation of or repair of a compressor blade it is usually the same a forged part of a titanium alloy. In the preparation of or repair of a turbine blade is usually the same around a precision casting made of a nickel alloy. After joining the blade tip produced by powder injection molding on the blade of the designed as a forged or precision casting blade will at least be the joining area processed between blade tip and blade.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, Schaufelspitzen von zum Beispiel Gasturbinen schaufeln mit gewünschten Eigenschaften auszustatten. So sind Schaufelspitzen herstellbar, die hohe Festigkeitswerte besitzen und unempfindlich gegenüber Abrieb und Abplatzen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich gleichermaßen zur Neuteilfertigung sowie zur Reparatur von Schaufeln. Bei der Reparatur können Längenkorrekturen an Schaufeln vorgenommen werden.With the method according to the invention, a simple and cost-effective way is provided to scoop blade tips of, for example, gas turbines with desired properties. Thus, blade tips can be produced which have high strength values and are insensitive to abrasion and spalling. The method according to the invention is equally suitable for manufacturing new parts and for repairing blades. When repairing length corrections be made on blades.
Vorzugsweise wird die Schaufelspitze durch pulvertechnisches Spritzgießen, insbesondere durch pulvermetallurgisches Spritzgießen, derart hergestellt, dass dieselbe eine sich in radialer Richtung ändernde Werkstoffzusammensetzung sowie sich in radialer Richtung ändernde Eigenschaften aufweist.Preferably is the blade tip by powder injection molding, in particular by powder metallurgy injection molding, manufactured such that the same a radially changing material composition as well as changing in the radial direction Features.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Schaufelspitze durch pulvertechnisches Spritzgießen, insbesondere durch pulvermetallurgisches Spritzgießen, derart hergestellt, dass dieselbe am Schaufelblatt vor dem Fügen formschlüssig fixiert werden kann.To An advantageous development of the invention is the blade tip by powder injection molding, in particular by powder metallurgy injection molding, made so that it is positively fixed to the blade before joining can be.
Die erfindungsgemäße Schaufel einer Strömungsmaschine ist in Patentanspruch 15 definiert. Die erfindungsgemäße Schaufel kann als Laufschaufel oder Leitschaufel für einen Verdichter oder eine Turbine einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, ausgeführt sein.The inventive blade a turbomachine is defined in claim 15. The blade according to the invention Can be used as a blade or vane for a compressor or a turbine a turbomachine, in particular a gas turbine, be executed.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention without being limited to this to be closer to the drawing explained. Showing:
Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf
Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird eine Schaufelspitze
Die
Schaufelspitze
Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
der Verdichterlaufschaufel
In dem Fall, in dem eine Schaufelspitze für eine rotierende Laufschaufel hergestellt wird, werden die Eigenschaften der Schaufelspitze derart angepasst, dass dieselbe zu ihrer freien Oberfläche hin zunehmend härter wird. In dem Fall, in dem hingegen eine Schaufelspitze für eine feststehende Leitschaufel hergestellt wird, wird die Werkstoffzusammensetzung beim pulvermetallurgischen Spritzgießen derart eingestellt, dass die Schaufelspitze zu ihrer freien Oberfläche hin zunehmend weicher bzw. weniger abriebfest wird. Dies kann durch Einlagerung von sich beim Sintern zersetzenden bzw. auflösenden Partikeln erreicht werden, die beim Sintern in der Schaufelspitze Poren hinterlassen. Eine derartige, nach radial innen zunehmend weicher werdende Schaufelspitze für eine Leitschaufel kann dann an der rotierenden Nabe definiert abgerieben werden.In the case where a blade tip for a rotating blade is made, the properties of the blade tip so adapted to become increasingly harder towards its free surface. In the case in which, however, a blade tip for a fixed Guide vane is produced, the material composition set in powder metallurgy injection molding such that the blade tip towards its free surface increasingly softer or less resistant to abrasion. This can be done by embedding yourself Sintering decomposing or dissolving Particles are obtained when sintered in the blade tip Leave pores. Such, increasing radially inward softening blade tip for a vane can then be rubbed on the rotating hub defined.
Das
Fügen der
durch pulvermetallurgisches Spitzgießen hergestellten Schaufelspitze
Gemäß
Wie bereits erwähnt, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Reparatur einer Schaufel bzw. eines integral beschaufelten Rotors. In diesem Fall kann dann von einer beschädigten Schaufel die beschädigte Schaufelspitze abgetrennt und durch eine über pulvermetallurgisches Spritzgießen hergestellte Schaufelspitze ersetzt werden. Bei der Reparatur bzw. Instandsetzung von Schaufeln können Längenkorrekturen an den Schaufeln vorgenommen werden.As already mentioned, the method according to the invention is suitable also for repairing a blade or an integrally bladed Rotor. In this case, then from a damaged blade, the damaged blade tip separated and through an over powder metallurgical injection molding replaced blade tip to be replaced. In the repair or Repair of blades can length compensations be made on the blades.
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- Schaufelshovel
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- Schaufelblattairfoil
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- Schaufelfußblade
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- Schaufelspitzeblade tip
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- Fügebereichjoining area
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2005
- 2005-04-23 DE DE200510019077 patent/DE102005019077A1/en not_active Ceased
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
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