DE102006028279A1

DE102006028279A1 - Reparaturverfahren

Info

Publication number: DE102006028279A1
Application number: DE102006028279A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Meier
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: DE102006028279B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für Gasturbinenbauteile, insbesondere für integral beschaufelte Gasturbinenrotoren, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines zu reparierenden Gasturbinenbauteils (10); b) Entfernen eines beschädigten Abschnitts vom zu reparierenden Gasturbinenbauteil (10) unter Ausbildung eines Anbindungsabschnitts (11); c) Bereitstellen eines Ersatzteils (12) mit einem endkonturgenauen Anbindungsabschnitt (13); d) Bereitstellen eines Zwischenstücks (14) mit zwei Anbindungsabschnitten, nämlich einem ersten, endkonturgenauen Andingungsabschnitt (15) zur Anbindung des Zwischenstücks (14) an den endkonturgenauen Anbindungsabschnitt (13) des Ersatzteils (12) und einem zweiten, ein Aufmaß (17) aufweisenden Anbindungsabschnitt (16) zur Anbindung des Zwischenstücks (14) an den Anbindungsabschnitt (11) des zu reparierenden Gasturbinenteils (10); e) Verbinden des Zwischenstücks (14) und des Ersatzteils (12) an deren endkonturgenauen Anbindungsabschnitten (13, 15); f) Verbinden des Ersatzteils (12) über das Zwischenstück (14) an das zu reparierenden Gasturbinenbauteil (10) an deren entsprechenden Anbindungsabschnitten (11, 16); g) Bearbeiten des Verbindungsbereichs von Zwischenstück (14) und zu reparierendem Gasturbinenbauteil (10) durch Fräsen unter zumindest teilweisem Abtragen des Aufmaßes (17) vom Zwischenstück (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für Gasturbinenbauteile, insbesondere für integral beschaufelte Gasturbinenrotoren.
Gasturbinenbauteile, wie zum Beispiel integral beschaufelte Gasturbinenrotoren, unterliegen während des Betriebs einem Verschleiß insbesondere durch Oxidation, Korrosion, Erosion sowie Vogelschlag oder auch Hagelschlag. Durch den oben genannten Verschleiß der Gasturbinenbauteile kann es erforderlich werden, dieselben nach Beschädigung dadurch zu reparieren, dass beschädigte Abschnitte der Gasturbinenbauteile von denselben entfernt sowie nach dem Entfernen der beschädigten Abschnitte dieselben durch Ersatzteile erneuert werden. Bei dem aus der EP 1 052 370 B1 bekannten Reparaturverfahren wird das Ersatzteil direkt an das zu reparierende Gasturbinenbauteil angebunden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde ein neuartiges Reparaturverfahren zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Reparaturverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Reparaturverfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines zu reparierenden Gasturbinenbauteils; b) Entfernen eines beschädigten Abschnitts vom zu reparierenden Gasturbinenbauteil unter Ausbildung eines Anbindungsabschnitts; c) Bereitstellen eines Ersatzteils mit einem endkonturgenauen Anbindungsabschnitt; d) Bereitstellen eines Zwischenstücks mit zwei Anbindungsabschnitten, nämlich einem ersten, endkonturgenauen Anbindungsabschnitt zur Anbindung des Zwischenstücks an den endkonturgenauen Anbindungsabschnitt des Ersatzteils und einem zweiten, einen Aufmass aufweisenden Anbindungsabschnitt zur Anbindung des Zwischenstücks an den Anbindungsabschnitt des zu reparierenden Gasturbinenbauteils; e) Verbinden des Zwischenstücks und des Ersatzteils an deren endkonturgenauen Anbindungsabschnitten; f) Verbinden des Ersatzteils über das Zwischenstück an das zu reparierende Gasturbinenbauteil an deren entsprechenden Anbindungsabschnitten; g) Bearbeiten des Verbindungsbereichs von Zwischenstück und zu reparierendem Gasturbinenbauteil, insbesondere durch Fräsen bzw. ein spanabtragendes Bearbeitungsverfahren oder durch Lasermaterialabtragen oder dergleichen, unter zumindest teilweisem Abtragen des Aufmasses am Anbindungsabschnitt des Zwischenstücks.
Das erfindungsgemäße Reparaturverfahren erlaubt eine hochgenaue und zugleich prozesstechnisch einfache Reparatur von Gasturbinenbauteilen.
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:
1 einen Ausschnitt aus einem zu reparierenden Gasturbinenbauteil zusammen mit einem Ersatzteil und einem Zwischenstück zur Verdeutlichung des erfindungemäßen Reparaturverfahrens.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Reparaturverfahren am Beispiel der Reparatur eines integral beschaufelten Gasturbinenrotors, an welchem ein beschädigtes Schaufelblatt durch ein entsprechendes Ersatzteil ersetzt werden soll, beschrieben. Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäß Verfahren jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist, sondern vielmehr bei der Reparatur anderer Gasturbinenbauteile zum Einsatz kommen kann.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem zu reparierenden, integral beschaufelten Gasturbinenrotor 10, wobei von dem zu reparierenden Gasturbinenrotor 10 ein beschädigter Abschnitt, nämlich ein beschädigtes Schaufelblatt einer Laufschaufel, unter Ausbildung eines Anbindungsabschnitts 11 entfernt wurde.
Zur Reparatur des integral beschaufelten Gasturbinenrotors 10 wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung nach Entfernen des beschädigten Schaufelblatts unter Ausbildung des Anbindungsabschnitts 11 als Ersatzteil 12 ein neues Schaufelblatt bereitgestellt, wobei dieses Ersatzteil 12 bzw. Schaufelblatt einen endkonturgenauen Anbindungsabschnitt 13 aufweist.
Neben dem Ersatzteil 12 wird im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin ein Zwischenstück 14 bereitgestellt, welches bei der Reparatur des integral beschaufelten Gasturbinenrotors 10 zwischen dem Anbindungsabschnitt 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors und dem Anbindungsabschnitt 13 des Ersatzteils 12 angeordnet wird. Das Zwischenstück 14 verfügt über zwei Anbindungsabschnitte, nämlich einen ersten, endkonturgenauen Anbindungsabschnitt 15 zur Anbindung des Zwischenstücks 14 an den endkonturgenauen Anbindungsabschnitt 13 des Ersatzteils 12 und einen zweiten Anbindungsabschnitt 16 zur Anbindung des Zwischenstücks 19 an den Anbindungsabschnitt 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10.
Wie bereits erwähnt, ist das Zwischenstück 14 im Bereich des ersten Anbindungsabschnitts 15 endkonturgenau ausgeführt, im Bereich des zweiten Anbindungsabschnitts 16 hingegen verfügt das Zwischenstück 14 über ein Aufmass 17, wobei das Aufmass 17 sich in Richtung auf den zweiten Anbindungsabschnitt 16 des Zwischenstücks 14 vorzugsweise kontinuierlich vergrößert. Auf die Bedeutung des Aufmasses 17 wird weiter unten im größeren Detail eingegangen.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Zwischenstück 14 sowie das Ersatzteil 12 an ihren entsprechenden Anbindungsabschnitten 13 und 15 miteinander verbunden, und zwar vorzugsweise durch ein Fügeverfahren wie Schweißen oder Löten. Ein entsprechender Fügebereich 18 zwischen dem Ersatzteil 12 und dem Zwischenstück 14 ist in 1 schraffiert dargestellt.
Das zu reparierende Gasturbinenbauteil, nämlich der Gasturbinenrotor 10, wird im Bereich seines Anbindungsabschnitts 11 für das Ersatzteil vermessen, um so eine Ist-Kontur sowie Ist-Lage des Anbindungsabschnitts 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10 zu gewinnen. Hierzu wird der Gasturbinenrotor 10 vorzugsweise auf einer Fräsmaschine eingespannt und in dieser eingespannten Position auf der Fräsmaschine vermessen.
Nach dem Vermessen des Anbindungsabschnitts 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10 wird das Ersatzteil 12 über das Zwischenstück 14 an den zu reparierenden Gasturbinenrotor 10 angebunden, wobei Zwischenstück 14 und Gasturbinenrotor 10 im Bereich der entsprechenden Anbindungsabschnitte 11 und 16 miteinander verbunden werden. Diese Verbindung erfolgt wiederum über ein Fügeverfahren, vorzugsweise über Schweißen oder Löten, wobei eine sich hierbei ausbildende Fügezone 19 in 1 wiederum schraffiert dargestellt ist.
Die Anbindung des Ersatzteils 12 über das Zwischenstück 14 an den Anbindungsabschnitt 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10 erfolgt dabei derart, dass das Ersatzteil 12, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schaufelblatt einer Laufschaufel des integral beschaufelten Gasturbinenrotors 10 ausgebildet ist, derart mit dem Gasturbinenrotor 10 verbunden, dass das Ersatzteil 12 eine Soll-Lage aufweist. Weiterhin ist das Ersatzteil 12 endkonturgenau ausgeführt und verfügt demnach über eine Soll-Kontur.
Aus der bekannten Soll-Kontur und Soll-Lage des Ersatzteils 12 und der zuvor durch Vermessen gewonnenen Ist-Lage sowie Ist-Kontur des Anbin dungsabschnitts 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10 wird sodann ein Bearbeitungsprogramm bzw. Fräsprogramm errechnet, um im Sinne eines adaptiven Fräsens das Aufmaß 17 des Zwischenstücks 13 derart abzutragen, dass ein strömungstechnisch optimierter Übergang von der Ist-Kontur und Ist-Lage des Anbindungsabschnitts 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10 auf die Soll-Kontur und Soll-Lage des Ersatzteils 12 bereitgestellt wird. 1 zeigt in gestrichelter Linienführung innerhalb des Zwischenteils 14 den sich bei einem solchen adaptiven Fräsen ausbildenden, strömungstechnisch optimierten Übergang zwischen dem Anbindungsabschnitt 11 des zu reparierenden Gasturbinenrotors 10 und dem Anbindungsabschnitt 13 des Ersatzteils 12.
Die Ermittlung des Fräsprogramms zum adaptiven Fräsen kann dabei prinzipiell wie in der EP 1 052 370 B1 beschrieben, erfolgen, so dass an dieser Stelle auf den Offenbarungsgehalt der EP 1 052 370 B1 durch Verweis explizit Bezug genommen wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens ist ein konturgenaues und geometriegenaues Anbinden von Ersatzteilen an Anbindungsabschnitte von zu reparierenden Gasturbinenbauteilen möglich, und zwar ohne Kontursprung. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Zwischenstücks zwischen dem Ersatzteil und dem zu reparierenden Gasturbinenbauteil kann das Ersatzteil endkonturgenau bereitgestellt werden. Mit dem Zwischenstück können Schnittspalte sowie Schweißschrumpfungen beim Verbinden ausgeglichen werden. Weiterhin kann mit dem Zwischenstück ein Bearbeitungsaufmass bereitgestellt werden.
Wie bereits erwähnt, erfolgt das Verbinden des Zwischenstücks mit dem Ersatzteil sowie des Zwischenstücks mit dem zu reparierenden Gasturbinenbauteil durch Schweißen oder Löten, wobei vorzugsweise ein Fügeverfahren verwendet wird, bei welchem die jeweiligen Bauteile ohne Einwirkung äußerer Kräfte und demnach spannungsfrei gefügt werden. Vorzugsweise findet Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen zum Fügen der Bauteile Verwendung.

10: Gasturbinenrotor
11: Anbindungsabschnitt
12: Ersatzteil
13: Anbindungsabschnitt
19: Zwischenstück
15: Anbindungsabschnitt
16: Anbindungsabschnitt
17: Aufmass
18: Fügezone
19: Fügezone

Claims

Reparaturverfahren für Gasturbinenbauteile, insbesondere für integral beschaufelte Gasturbinenrotoren, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines zu reparierenden Gasturbinenbauteils (10); b) Entfernen eines beschädigten Abschnitts vom zu reparierenden Gasturbinenbauteil (10) unter Ausbildung eines Anbindungsabschnitts (11); c) Bereitstellen eines Ersatzteils (12) mit einem endkonturgenauen Anbindungsabschnitt (13); d) Bereitstellen eines Zwischenstücks (14) mit zwei Anbindungsabschnitten, nämlich einem ersten, endkonturgenauen Anbindungsabschnitt (15) zur Anbindung des Zwischenstücks (19) an den endkonturgenauen Anbindungsabschnitt (13) des Ersatzteils (12) und einem zweiten, ein Aufmass (17) aufweisenden Anbindungsabschnitt (16) zur Anbindung des Zwischenstücks (14) an den Anbindungsabschnitt (11) des zu reparierenden Gasturbinenbauteils (10); e) Verbinden des Zwischenstücks (14) und des Ersatzteils (12) an deren endkonturgenauen Anbindungsabschnitten (13, 15); f) Verbinden des Ersatzteils (12) über das Zwischenstück (14) an das zu reparierende Gasturbinenbauteil (10) an deren entsprechenden Anbindungsabschnitten (11, 16); g) Bearbeiten des Verbindungsbereichs von Zwischenstück (14) und zu reparierendem Gasturbinenbauteil (10), insbesondere durch Fräsen, unter zumindest teilweisem Abtragen des Aufmasses (17) vom Zwischenstück (14).
Reparaturverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anbindungsabschnitt (11) des zu reparierenden Gasturbinenbauteils (10) vor dem Verbinden mit dem Zwischenstück (14) zur Gewinnung einer Ist-Kontur und Ist-Lage dieses Anbindungsabschnitts vermessen wird.
Reparaturverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzteil (12) über das Zwischenstück (14) derart mit dem zu reparierenden Gasturbinenbauteil (10) verbunden wird, dass das Ersatzteil (12) eine Soll-Lage aufweisen.
Reparaturverfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Ist-Kontur und Ist-Lage des Anbindungsabschnitts (11) des zu reparierenden Gasturbinenbauteils (10) und aus der Soll-Kontur und Soll-Lage des Ersatzteils (12) ein Fräsprogramm errechnet wird, um im Sinne eines adaptiven Fräsens das Aufmass (17) vom Zwischenstück (14) derart abzutragen, dass ein strömungstechnisch optimierter Übergang von der Ist-Kontur und Ist-Lage des Anbindungsabschnitts (11) des zu reparierenden Gasturbinenbauteils (10) auf die Soll-Kontur und Soll-Lage des Ersatzteils (12) bereitgestellt wird.