DE102008062364A1

DE102008062364A1 - Verfahren zum Schaufelspitzenschleifen einer Kompressortrommel

Info

Publication number: DE102008062364A1
Application number: DE102008062364A
Authority: DE
Inventors: Arno Secherling
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: DE102008062364B4

Abstract

Zum Spitzenschleifen der Schaufeln werden ein BLISK-Trommelteil und ein konventionell mit montierten Schaufeln gefertigtes Trommelteil für eine Kompressortrommel entsprechend dem montierten Einbauzustand in der Turbomaschine fest miteinander verbunden und gemeinsam in einer zum Zentrifugalspitzenschleifen vorgesehenen Hochgeschwindigkeitsschleifvorrichtung (High Speed Grinder), die wahlweise auch ein Spitzenschleifen bei verminderter Geschwindigkeit zulässt, bearbeitet. Zunächst werden bei verminderter Rotationsgeschwindigkeit der Kompressortrommel in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum nur die Schaufelspitzen des integral beschaufelten Trommelteils (BLISK-Trommelteil) geschliffen. Anschließend werden mit derselben Schleifvorrichtung bei einer dem Zentrifugalspitzenschleifen entsprechenden erhöhten Trommeldrehgechwindigkeit nur die Schaufelspitzen des Trommelteils mit den montierten Schaufeln bearbeitet. Durch die gemeinsame Bearbeitung der unterschiedlich ausgebildeten Trommelteile in einem dem Betriebszustand entsprechenden zusammengebauten Zustand in derselben, zum Zentrifugalspitzenschleifen vorgesehenen Hochgeschwindigkeitsschleifanlage unter Schutzgas oder im Vakuum ist es möglich, derart ausgebildete Kompressortrommel mit minimalen Toleranzen im Schaufenspitzenbereich und mit zur Erhöhung des Wirkungsgrades optimalen Spaltverhältnissen im Einbauzustand zu fertigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schaufelspitzenschleifen einer aus mindestens einem integral beschaufelten Trommelteil (BLISK) und mindestens einem mit montierten Schaufeln versehenen Trommelteil zusammengesetzten Kompressortrommel von Turbomaschinen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Kompressortrommel für eine Turbomaschine aus einer BLISK-Trommel, das heißt, zwei oder mehreren miteinander verschweißten Rotorscheiben mit integraler Beschaufelung, und einer mit der BLISK-Trommel verschraubten, konventionell gefertigten Trommel, bestehend aus miteinander verbundenen Rotorscheiben mit am Umfang montierten Scheiben, herzustellen. Generell ist es denkbar, dass die Kompressortrommel aus mehreren integral und konventionell beschaufelten Trommelabschnitten zusammengesetzt ist. Das Schleifen der Schaufelspitzen, mit dem das für den Wirkungsgrad der Turbomaschine notwendige, genaue Spaltmaß erzielt wird, erfolgt auf einem sogenannten „High Speed Grinder”. Bei diesem Schleifverfahren werden die Schaufelspitzen der integral angeformten Schaufeln während der Rotation der BLISK-Trommel bzw. die Spitzen der konventionell montierten Schaufeln bei einer sehr hohen Drehgeschwindigkeit der Trommel geschliffen. Beim Spitzenschleifen der herkömmlichen Trommeln mit am Umfang der Rotorscheiben montierten Schaufeln werden die Schaufelspitzen in einer aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit und der dadurch wirksamen Fliehkräfte radial nach außen gedrängten Lage geschliffen, so dass ein den Betriebsbedingungen in der Turbomaschine entsprechendes Spaltmaß erzielt werden kann. Ein zur Erzielung eines übereinstimmenden Spaltma ßes erforderliches gemeinsames Spitzenschleifen der Schaufeln einer Kompressortrommel, die aus einer BLISK-Trommel und einer herkömmlich beschaufelten Trommel zusammengesetzt ist, mit ein und derselben Schleifvorrichtung (High Speed Grinder) ist insofern nachteilig oder sogar ausgeschlossen, als die Schaufeln der BLISK-Baugruppe infolge der hohen Geschwindigkeiten durch Funkenflug und Vibrationen geschädigt werden und es im Betrieb zu einem Versagen der Schaufeln kommen kann. Bei einem voneinander unabhängigen Schleifen der beiden Baugruppen ist es nicht oder nur mit sehr hohem Arbeitsaufwand (Toleranzaufrechnung, mehrmaliges Rüsten) möglich, die erforderliche Präzision hinsichtlich des übereinstimmenden, für einen hohen Wirkungsgrad optimalen Spaltmaßes zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schleifen von aus mindestens einem integral beschaufelten Rotor und mindestens einem mit montierten Schaufeln versehenen konventionellen Rotor zusammengesetzten Kompressortrommeln von Turbomaschinen anzugeben, das bei geringem Fertigungsaufwand optimale Spaltverhältnisse im Einbauzustand in der Turbomaschine bzw. Fluggasturbine zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass eine aus mindestens einem BLISK-Trommelteil und mindestens einem konventionell mit montierten Schaufeln gefertigten Trommelteil bestehende Kompressortrommel – entsprechend dem montierten Einbauzustand in der Turbo maschine fest miteinander verbunden – in eine zum Zentrifugalspitzenschleifen vorgesehene Hochgeschwindigkeitsschleifvorrichtung (High Speed Grinder), die wahlweise auch ein Spitzenschleifen bei verminderter Geschwindigkeit zulässt, eingebracht wird und in ein und derselben Schleifvorrichtung bei der geringen Geschwindigkeit in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum zunächst nur die Schaufelspitzen des mindestens einen integral beschaufelten Trommelteils (BLISK-Trommelteil) geschliffen werden. Anschließend werden mit derselben Schleifvorrichtung bei einer dem Zentrifugalspitzenschleifen entsprechenden erhöhten Trommeldrehgeschwindigkeit nur die Schaufelspitzen des mindestens einen Trommelteils mit den montierten Schaufeln geschliffen. Vorzugsweise erfolgt auch das Zentrifugalspitzenschleifen des konventionell beschaufelten Teils der Kompressortrommel im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre. Durch die gemeinsame Bearbeitung der unterschiedlich ausgebildeten Trommelteile in zusammengebautem Zustand in derselben, zum Zentrifugalspitzenschleifen vorgesehenen Hochgeschwindigkeitsschleifanlage unter Schutzgas oder im Vakuum ist es überraschenderweise erstmals gelungen, derart ausgebildete Kompressortrommeln mit minimalen Toleranzen im Schaufelspitzenbereich und mit zur Erhöhung des Wirkungsgrades dementsprechend optimierten Spaltverhältnissen im Einbauzustand zu fertigen.
In Ausgestaltung der Erfindung kann die Erzeugung der Inertgasatmosphäre auf den Bereich der Schaufelspitzen beschränkt werden, indem ein aus Düsen austretender Inertgasstrahl nur auf die zu diesem Zeitpunkt bearbeiteten Schaufelspitzen gerichtet wird. Als Inertgas wird vorzugsweise Argon eingesetzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar, dass nur das Spitzenschleifen des mindestens einen BLISK-Trommelteils unter Vakuum oder Schutzgas durchge führt wird, während das anschließende Zentrifugalspitzenschleifen des mindestens einen konventionellen Trommelteils in Luft durchgeführt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Schaufelspitzen beim Zentrifugalspitzenschleifen des mindestens einen konventionell und/oder integral beschaufelten Trommelteils auch mit einer Schleifemulsion beaufschlagt werden. Zum Schutz des jeweils anderen Trommelteils gegenüber Funken, Bearbeitungsspänen oder Schleifmitteln kann im Bereich der Verbindungsstelle eine Abdeckung angeordnet werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es auch möglich, aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehende Trommelteile mit integraler und konventioneller Beschaufelung miteinander zu verbinden und danach in derselben Hochgeschwindigkeitsschleifanlage zu bearbeiten. Insbesondere zum Schleifen von Schaufeln aus unterschiedlichen Werkstoffen können auch unterschiedliche Schleifscheiben eingesetzt werden, die in einem der Schleifvorrichtung zugeordneten Magazin vorgehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden an dem/den integral beschaufelten Trommelteil/en Dämpfungsmittel zur Schwingungsdämpfung während des Spitzenschleifens angebracht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher erläutert:
Eine – erste – BLISK-Trommel, bestehend aus drei miteinander verschweißten Rotorscheiben mit am Außenumfang integral angeformten Schaufeln, und eine – zweite – konventionell ausgebildete Trommel, bestehend aus zwei miteinander verschweißten Rotorscheiben mit am Außenumfang montierten, separat gefertigten Schaufeln, werden in der Funktion als Kompressortrommel entsprechend dem Einbauzu stand in der Turbomaschine miteinander verschraubt. Die so vorbereitete Trommelbaugruppe aus einem Blisktrommelteil und einem konventionellen Trommelteil wird in eine Hochgeschwindigkeitsschleifvorrichtung (High Speed Grinder) mit Inertgasatmospäre, hier Argon, eingebracht. In der Inertgasatmosphäre werden – bei verminderter Drehgeschwindigkeit der Trommelbaugruppe – zunächst nur die Schaufelspitzen des Blisktrommelteils geschliffen. In der inerten Atmosphäre und bei der vergleichsweise geringen Geschwindigkeit wird ein Funkenflug und ein damit verbundener Energieeintrag in die Schaufeloberflächen weitgehend verhindert. Gegenüber dem zur Vermeidung des Funkenflugs einsetzbaren Nassschleifen ist der Anlagenaufwand gering. Zudem wird eine durch das beim Nassschleifen eingesetzte Kühlmittel verursachte Korrosion ausgeschlossen. Anschließend werden in der gleichen Anlage, also auch in der Inertgasatmosphäre, die Schaufelspitzen der separat gefertigten montierten Schaufeln des konventionellen Trommelteils geschliffen, jedoch mit der beim Zentrifugalspitzenschleifen üblichen hohen Trommelrotationsgeschwindigkeit. Nachdem ein beim Schleifen erzeugter Sekundärgrat beispielsweise durch Bürsten entfernt wurde, steht eine mit geringem Aufwand gefertigte und an den Schaufeloberflächen nicht geschädigte, zusammengesetzte Trommelbaugruppe mit minimalen Toleranzen und dementsprechend optimalen Spaltverhältnissen in der Turbomaschine zur Verfügung.

Claims

Verfahren zum Schaufelspitzenschleifen einer aus mindestens einem integral beschaufelten Trommelteil und mindestens einem mit montierten Schaufeln versehenen Trommelteil zusammengesetzten Kompressortrommel von Turbomaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Trommelteile entsprechend dem Einbauzustand in der Turbomaschine miteinander verbunden werden und die zusammengebaute Kompressortrommel in eine zum Zentrifugalspitzenschleifen ausgebildete Hochgeschwindigkeitsschleifvorrichtung eingebracht wird, die wahlweise auch ein Spitzenschleifen bei verminderter Geschwindigkeit zulässt, wobei in ein und derselben Schleifvorrichtung bei der geringen Geschwindigkeit in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum zunächst nur das mindestens eine integral beschaufelte Trommelteil und danach mit derselben Schleifvorrichtung bei einer dem Zentrifugalspitzenschleifen entsprechenden erhöhten Trommeldrehgeschwindigkeit nur die Schaufelspitzen des mindestens einen Trommelteils mit den montierten Schaufeln geschliffen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrifugalspitzenschleifen des mindestens einen Trommelteils mit den montierten Schaufeln auch in einer Inertgasatmosphäre oder unter Vakuum durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertgasatmosphäre auf den Bereich der Schaufelspitzen beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich begrenzte Inertgasatmosphäre durch Inertgasbeaufschlagung der Schaufelspitzen mittels Düsen geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitzen beim Zentrifugalspitzenschleifen des mindestens einen konventionell und/oder integral beschaufelten Trommelteils mit einer Schleifemulsion beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehende Trommelteile mit integraler und konventioneller Beschaufelung miteinander verbunden und bearbeitet werden, wobei im Bereich der Verbindungsstelle eine Abdeckung zum Schutz des jeweils anderen Trommelteils gegenüber Funken, Bearbeitungsspänen oder Schleifmitteln angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schleifen von Schaufeln aus unterschiedlichen Werkstoffen unterschiedliche Schleifscheiben eingesetzt werden, die in einem der Schleifvorrichtung zugeordneten Magazin vorgehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem/den integral beschaufelte/n Trommelteil/en Dämpfungsmittel zur Schwingungsdämpfung während des Spitzenschleifens angebracht werden.