DE102007019951A1

DE102007019951A1 - Reparaturverfahren für die Reparatur von Integralrotoren einer Gasturbine

Info

Publication number: DE102007019951A1
Application number: DE200710019951
Authority: DE
Inventors: Bernd Stimper
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-10-30
Also published as: WO2008131723A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für die Reparatur von beschaufelten Integralrotoren einer Gasturbine mit den Schritten: - Bereitstellen von Daten, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden Integralrotors zumindest für einen Bereich dieses Integralrotors anzeigen, - Ermitteln der Ist-Geometrie eines zu reparierenden Integralrotors für zumindest einen Bereich dieses zu reparierenden Integralrotors und - Ermitteln eines Fräsprogramms und/oder von Fräsbahnen für das Fräsen des zu reparierenden Integralrotors in Abhängigkeit dieser Soll-Geometrie und in Abhängigkeit dieser Ist-Geometrie.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reparaturverfahren für die Reparatur von Integralrotoren, insbesondere BLISK oder BLING, einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks.
Integralrotoren von Gasturbinen, insbesondere von Flugtriebwerken, bzw. deren Schaufelprofile können während ihrer Lebensdauer Form- und/oder Lageabweichungen erfahren, die von den konkreten Einsatzbedingungen abhängen. Zur besseren Verdeutlichung sei folgendes Beispiel diesbezüglich erwähnt: Wenn zwei Integralrotoren mit Schaufelblättern bzw. deren Schaufelblätter entsprechend dem gleichen Sollmodell bzw. entsprechend den gleichen Solldaten gefertigt werden, ist die Ist-Kontur dieser Schaufelblätter nach der Herstellung (idealerweise bzw. unter Außerachtlassung von Fertigungstoleranzen) identisch. Wenn solche, hinsichtlich der Ist-Kontur nach der Neuteilfertigung identische, mit Schaufelblättern versehene Integralrotoren unterschiedlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise einerseits in Flugzeugen, die in Wüstenregionen fliegen, eingesetzt, und andererseits in Flugzeugen eingesetzt, die in kühleren und nicht-sandigen Regionen fliegen, werden die Schaufelblätter in diesen beiden beispielhaften Fällen nach einer gewissen Betriebsdauer aller Voraussicht nach unterschiedliche Form- und/oder Lageabweichungen aufweisen. Überdies sind bzw. können dabei Form- und/oder Lageabweichungen gegenüber der Sollkontur bzw. gegenüber der im Rahmen der Neuteilfertigung erzeugten Ist-Kontur jeweils bestehen.
Wenn nun derartige, mit Form- und/oder Lageabweichungen versehene Schaufelprofile nach einer gewissen Betriebsdauer instandgesetzt werden sollen bzw. Abschnitte der Schaufelprofile entfernt und durch neue ersetzt werden sollen, kann eine Instandsetzung, die rein auf Basis des im Rahmen der Neuteilfertigung verwendeten Sollmodells bzw. der im Rahmen der Neuteilfertigung verwendeten Solldaten erfolgt, zu unzureichenden Ergebnissen führen, wenn das entsprechende Schaufelprofil infolge seines Betriebs Form- und/oder Lageabweichungen aufweist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mittels welcher betriebssichere Daten im Hinblick auf die Form- und/oder Lageabweichungen von 3-D-Schaufelprofilen bereitgestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird also insbesondere ein Reparaturverfahren für die Reparatur von beschaufelten Integralrotoren einer Gasturbine vorgeschlagen. Gemäß diesem Reparaturverfahren werden Daten bereitgestellt, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden Integralrotors zumindest für einen Bereich dieses Integralrotors anzeigen. Diese Daten können beispielsweise als digitale Daten bereitgestellt sein. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass diese Daten Daten sind, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden beschaufelten Integralrotors nur für einen Bereich dieses beschaufelten Integralrotors anzeigen. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese Daten Daten sind, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden beschaufelten Integralrotors vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig anzeigen. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass diese Daten Daten sind, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden beschaufelten Integralrotors derart anzeigen, dass einzelne Punkte und/oder Linien, insbesondere nicht-zusammenhängende Punkte und/oder Linien, der Soll-Geometrie angezeigt werden.
Ferner wird gemäß der Erfindung die Ist-Geometrie eines zu reparierenden beschaufelten Integralrotors für zumindest einen Bereich dieses zu reparierenden beschaufelten Integralrotors ermittelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass Daten erzeugt bzw. bereitgestellt werden, die diese Ist-Geometrie anzeigen. Diese Daten, die die Ist-Geometrie anzeigen, können beispielsweise als digitale Daten erzeugt bzw. bereitgestellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Ist-Geometrie (bzw. die diese beschreibenden Daten) derart ist (sind), dass die vollständige Ist-Geometrie des zu reparierenden Integralrotors beschrieben wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ist-Geometrie (bzw. die diese beschreibenden Daten) derart ist (sind), dass die Ist- Geometrie des zu reparierenden Integralrotors in einem (Teil-)Bereich dieses zu reparierenden Integralrotors beschrieben wird. Gemäß einer weiteren, beispielhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass diese die Ist-Geometrie beschreibenden Daten derart sind, dass sie einzelne Punkte und/oder Linien, insbesondere nicht-zusammenhängende Punkte und/oder Linien, der Ist-Geometrie des zu reparierenden beschaufelten Intergralrotors anzeigen.
Das Ermitteln der Ist-Geometrie des zu reparierenden Integralrotors kann insbesondere mittels bzw. durch eine Messung bzw. durch Messungen erfolgen. Derartige Messungen können beispielsweise berührungsfreie Messungen oder Messungen mit Berührung sein. Die Messungen können beispielsweise optische Messungen (z. B. mittels Laser) oder mechanische Messungen (z. B. mittels Taster) oder akustische Messungen (z. B. mittels Ultraschall) sein.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass für das Fräsen des zu reparierenden Integralrotors ein Fräsprogramm und/oder Fräsbahnen ermittelt wird bzw. werden, und zwar in Abhängigkeit der erwähnten Soll-Geometrie und in Abhängigkeit der erwähnten Ist-Geometrie, bzw. in Abhängigkeit der Daten, die die Soll-Geometrie anzeigen bzw. die die Ist-Geometrie anzeigen.
In bevorzugender Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden Integralrotors oder in Abhängigkeit der Daten, die ein derartige Soll-Geometrie anzeigen, ein erstes Fräsprogramm bzw. erste Fräsbahnen ermittelt wird bzw. ermittelt werden. Dieses erste Fräsprogramm bzw. diese ersten Fräsbahnen sind dabei insbesondere zum Fräsen der Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigende Integralrotoren vorgesehen. Es werden also insbesondere zur Reparatur eines Rotors Daten bzw. Informationen herangezogen, die ursprünglich für die Neuteilfertigung eines Rotors bereitgestellt bzw. geschaffen wurden.
Ferner wird bei dieser Gestaltung in Abhängigkeit dieses ersten Fräsprogramms bzw. dieser ersten Fräsbahnen und in Abhängigkeit der ermittelten Ist-Geometrie bzw. der die Ist-Geometrie des beschaufelten Integralrotors beschreibenden Daten ein zweites Fräsprogramm bzw. zweite Fräsbahnen ermittelt. Dieses zweite Fräsprogramm bzw. diese zweiten Fräsbahnen werden zur Reparatur des Integralrotors bzw. einer oder mehrere Schaufeln dieses Integralrotors verwendet.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der zu reparierende beschaufelte Integralrotor durch Fräsen bearbeitet wird, und zwar durch ein Fräsen entsprechend dem zweiten Fräsprogramm bzw. entsprechend den zweiten Fräsbahnen.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Fräsprogramm ein NC-Programm ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Fräsprogramm ein NC-Programm ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Fräsprogramm bzw. die zweiten Fräsbahnen automatisch generiert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das zweite Fräsprogramm bzw. die zweiten Fräsbahnen bzw. das zweite NC-Programm automatisch generiert wird, und zwar insbesondere vollständig.
Das Ermitteln der Ist-Geometrie erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung durch ein Messen.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fräsen mittels des zweiten Fräsprogramms bzw. des Fräsen mittels einem NC-Programms bzw. das Fräsen mittels der zweiten Fräsbahnen zum bzw. im Rahmen von mechanischem Nachbearbeiten instandgesetzter BLISKen bzw. instandzusetzender BLISKen erfolgt.
Im Folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher erläutert werden. Dabei zeigt:
1 eine beispielhafte Architektur eines BLISK-Reparatur-Systems (BLISK-Repair-Systems) entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung bzw. eine Struktur, aus der sich beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren ergibt;
2 eine beispielhafte Struktur einer BLISK-Fertigung und BLISK-Reparatur entsprechend 1 in grober Darstellung, wobei die Gestaltung gemäß 1 detaillierter ist.
Die Architektur des BLISK-Reparatur-Systems (BLISK-Repair-Systems) weist in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 vier Blöcke auf, nämlich einen Block "NC-Programmierung", der mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist, einen Block" BLISK-Reparatur-System" (BLISK-Repair-System), der mit dem Bezugszeichen 12 versehen ist, einen Block "NC-Fertigung", der mit dem Bezugszeichen 14 versehen ist, sowie einen Block "Auftragsabwicklung", der mit dem Bezugszeichen 16 versehen ist.
Wie gut in 1 erkannt werden kann, wird die Geometrie bzw. die Nominal-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden beschaufelten Integralrotors zumindest für einen Bereich dieses beschaufelten Integralrotors bzw. für den gesamten beschaufelten Integralrotor bereitgestellt, was gut bei den Bezugszeichen 18 und 20 in 1 zu erkennen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies so, dass die entsprechenden Daten in CAD erzeugt werden bzw. von einem CAD-System bereitgestellt werden.
Ferner ist 1 gut zu entnehmen, dass Messstrategien zum Vermessen der BLISK angewendet werden bzw. die BLISK vermessen wird (Schritt 22) und die entsprechenden Messdaten digitalisiert werden. Damit wird die Ist-Geometrie der BLISK in digitalisierter Form bereitgestellt (Bezugszeichen 24). Anschließend wird in Abhängigkeit der Nominal-Geometrie, die für eine Neuteilfertigung bereitgestellt wird, bzw. der Soll-Geometrie für die Neuteilfertigung (Bezugszeichen 20) und in Abhängigkeit der Ist-Geometrie (Bezugszeichen 24) sowie unter Berücksichtigung von Fräsbahnen, die basierend auf den Soll- bzw. Nominal-Geometrien für die Neuteilfertigung ermittelt wurden (vergleiche Bezugszeichen 30), eine Berechnung für das Reparieren der BLISK durchgeführt (Bezugszeichen 26). Anhand dieser Berechnung werden Fräsbahnen bereitgestellt bzw. definiert, die für das Reparieren der BLISK vorgesehen sind (Bezugszeichen 28). Anhand dieser Fräsbahnen für die Reparatur und gegebenenfalls in Abhängigkeit bzw. unter Berücksichtigung der Fräsbahnen für die Neuteilfertigung wird anschließend ein NC-Programm erstellt. Dies kann beispielsweise auch so ein, dass dieses NC-Programm als Modifikation eines NC-Programms erstellt wird, das für die Neuteilfertigung vorgesehen ist.
Das NC-Programm (Bezugszeichen 32) wird anschließend zur Steuerung einer Mehr-Achs-Fräsmaschine 34, insbesondere 5-Achs-Fräsmaschine 34, benutzt, um die BLISK entsprechend zu fräsen.
Während im Stand der Technik eine Instandsetzung von beschaufelten Integralrotoren (BLISKen) nicht bzw. äußerst mäßigen Erfolg durchführbar ist, wird dies zumindest gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ermöglicht, wie insbesondere auch das Ausführungsbeispiel zeigt. Es kann vorgesehen sein, dass eine Software eingesetzt wird, die in der Lage ist, aufgrund gemessener Ist-Daten eines Bauteils, insbesondere BLISK, einen Abgleich zur Soll-Geometrie durchzuführen und aus diesem Abgleich heraus ein – insbesondere 100% – automatisch generiertes NC-Programm zu erzeugen. Es ist insbesondere vorgesehen – auch wenn dies ohne Software erfolgt –, dass auf Basis gemessener Ist-Daten eines Bauteils bzw. BLISK ein Abgleich zur Soll-Geometrie durchgeführt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass aus diesem Abgleich heraus ein Steuerungsprogramm, insbesondere NC-Programm, erzeugt wird.
In vorteilhafter Gestaltung kann dieses Programm bzw. dieses NC-Programm dann zum Beispiel zur mechanischen Nachbearbeitung instandgesetzter BLISKen durch Fräsen eingesetzt werden.
Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, erlaubt es die Flexibilität des Systems offline den Prozess des Fräsens mit CAM Tools zu 100% vorzubereiten. Damit kann anders als im Blackbox System nahezu jede BLISK programmiert bzw. deren Instandsetzung Unter Verwendung der aus der Neuteilfertigung bekannten CAD-Daten gesteuert werden. Es ist im Ausführungsbeispiel kein manuelles Einrichten der BLISKEN notwendig.
Es sei angemerkt, dass die angesprochenen Vorteile nicht zwangsläufig gegeben sein müssen. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass eine Vielzahl weiterer Modifikationen unter die Erfindung fällt, auch wenn sie nicht in einzelnen Beispielen erwähnt sind.
In Verbindung mit dem Modul 16 können 100% automatische Abläufe erstellt werden. Diese garantieren – zumindest im Ausführungsbeispiel – eine mannlose Instandsetzung und 100%ige Reproduzierbarkeit.
Anzumerken ist, dass im Ausführungsbeispiel sowie in der allgemeinen Beschreibung und in den Ansprüchen vom Fräsen bzw. von Fräsprogrammen gesprochen wird, wobei allerdings alternativ auch andere abtragende Verfahren, wie insbesondere Schleifen, bzw. entsprechende Programme für die Erfindung eingesetzt werden können.

Claims

Reparaturverfahren für die Reparatur von beschaufelten beschaufelten Integralrotoren einer Gasturbine mit den Schritten: – Bereitstellen von Daten, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden beschaufelten Integralrotors zumindest für einen Bereich dieses beschaufelten Integralrotors anzeigen, – Ermitteln der Ist-Geometrie eines zu reparierenden beschaufelten Integralrotors für zumindest einen Bereich dieses zu reparierenden beschaufelten Integralrotors, und – Ermitteln eines Fräsprogramms und/oder von Fräsbahnen für das Fräsen des zu reparierenden beschaufelten Integralrotors in Abhängigkeit dieser Soll-Geometrie und in Abhängigkeit dieser Ist-Geometrie.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Daten, die die Soll-Geometrie eines im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden Integralrotors zumindest für einen Bereich dieses beschaufelten Integralrotors anzeigen, ein erstes Fräsprogramm bzw. erste Fräsbahnen ermittelt wird bzw. werden, welches bzw. welche zum Fräsen der Soll-Geometrie dieses im Rahmen einer Neuteilfertigung zu fertigenden beschaufelten Integralrotors vorgesehen sind, und dass in Abhängigkeit dieses ersten Fräsprogramms bzw. dieser ersten Fräsbahnen und in Abhängigkeit der ermittelten Ist-Geometrie ein zweites Fräsprogramm bzw. zweite Fräsbahnen ermittelt wird bzw. werden, welches bzw. welche zur Reparatur des beschaufelten Integralrotors bzw. einer oder mehrerer Schaufeln dieses beschaufelten Integralrotors vorgesehen ist bzw. sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu reparierende beschaufelte Integralrotor durch Fräsen bearbeitet wird, und zwar durch ein Fräsen entsprechend dem zweiten Fräsprogramm bzw. entsprechend den zweiten Fräsbahnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste bzw. zweite Fräsprogramm ein NC-Programm ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das erste und/oder zweite Fräsprogramm bzw. das erste und/oder zweite NC-Programm, insbesondere vollständig, automatisch generiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fräsen mittels des zweiten Fräsprogramms bzw. das Fräsen mittels des zweiten NC-Programms bzw. das Fräsen mittels der zweiten Fräsbahnen zum bzw. im Rahmen vom mechanischen Nachbearbeiten instand gesetzter BLISKen erfolgt.