DE102012204777B4 - Method for producing a cladding element and cladding element - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungselementes (1) für eine Brennkammer einer Strömungsmaschine, das einen Grundkörper (2) und mehrere integrale Befestigungsmittel (10) zur Befestigung an einem Tragelement hat, mit den Schritten: – Abtrennen mindestens eines alten Befestigungsmittels (10) von einem alten Verkleidungselement (16), – Herstellen des Grundkörpers (2), wobei an dem Grundkörper (2) mindestens ein Anbindungsbereich (24) zur Anbindung des alten Befestigungsmittels (10) vorgesehen wird, und – Anbinden des zumindest einen alten Befestigungsmittels (10) an dem Grundkörper (2) im Anbindungsbereich (24) mittels Rotationsreibschweißens.A method for producing a cladding element (1) for a combustion chamber of a turbo-engine, which has a base body (2) and several integral fastening means (10) for fastening to a support element, with the steps: - Separating at least one old fastening means (10) from an old one Cladding element (16), - producing the base body (2), at least one connection area (24) being provided on the base body (2) for connecting the old fastening means (10), and - connecting the at least one old fastening means (10) to the Base body (2) in the connection area (24) by means of rotary friction welding.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungselementes für eine Brennkammer einer Strömungsmaschine und ein derartiges Verkleidungselement.The invention relates to a method for producing a cladding element for a combustion chamber of a turbomachine and such a cladding element.
Brennkammern in Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerken sollen eine stabile Verbrennung bei optimaler Brennstoffausnutzung auf kleinstem Raum und für einen großen Bereich eines Brennstoff/Luft-Verhältnisses ermöglichen. Je nach Anwendung und Anforderung existieren verschiedene Brennkammerbauarten.Combustion chambers in turbomachines such as aircraft engines are intended to enable stable combustion with optimum fuel utilization in the smallest space and for a wide range of fuel / air ratio. Depending on the application and requirement, there are different types of combustion chamber.
Eine Ringbrennkammer wird häufig bei Triebwerken mit Axialverdichter eingesetzt. Sie hat ein ringförmiges Flammrohr und beispielsweise zwei ringförmige Sekundärluftkanäle zur Kühlung. Rohrbrennkammern hingegen werden häufig bei Triebwerken mit Radialverdichtern eingesetzt, da der Luftstrom bereits durch Austrittsdiffusoren des Radialverdichters geteilt ist. Eine gesamte Triebwerksbrennkammer hat beispielsweise acht bis zwölf konzentrisch um das Triebwerk angeordnete Rohrbrennkammern, denen jeweils ein eigener Sekundärluftkanal zugeordnet ist. Eine Ringrohrbrennkammer ist eine Kombination von Rohr- und Ringbrennkammer. Sämtlichen Flammrohren der Ringrohrbrennkammern ist ein gemeinsamer Sekundärluftkanal zugeordnet.An annular combustion chamber is often used in engines with axial compressor. It has an annular flame tube and, for example, two annular secondary air channels for cooling. Tube combustion chambers, however, are often used in engines with centrifugal compressors, since the air flow is already divided by outlet diffusers of the centrifugal compressor. An entire engine combustion chamber has, for example, eight to twelve concentrically arranged around the engine tube combustion chambers, each associated with its own secondary air duct. A ring tube combustion chamber is a combination of tube and ring combustion chamber. All flame tubes of the annular tube combustion chambers are assigned a common secondary air channel.
Das Flammrohr bzw. die Flammrohre der Brennkammern ist/sind wegen der hohen Temperatur mit Schindeln aus warmfestem Material ausgekleidet. Die Schindeln bzw. Verkleidungselemente haben einen plattenförmigen Grundkörper, welcher mittels rückseitigen Befestigungsmitteln an einem Tragelement lösbar befestigbar ist. Aufgrund der hohen thermischen Beanspruchung sind die Verkleidungselemente jedoch einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Dieser äußert sich beispielsweise in abgebrannten Bereichen der Grundkörper, was regelmäßig einen Austausch des jeweils beschädigten Verkleidungselementes erfordert. Aufgrund des warmfesten Grundmaterials sind die Verkleidungselemente jedoch sehr teuer.The flame tube or the flame tubes of the combustion chambers is / are lined because of the high temperature with shingles made of heat-resistant material. The shingles or cladding elements have a plate-shaped base body, which is releasably fastened by means of rear fastening means to a support element. Due to the high thermal stress, however, the cladding elements are exposed to high wear. This manifests itself, for example, in spent areas of the body, which regularly requires an exchange of the respective damaged cladding element. Due to the heat-resistant base material, however, the cladding elements are very expensive.
Aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungselementes für eine Brennkammer einer Strömungsmaschine mit einer reduzierten Neumaterialmenge sowie ein derartiges Verkleidungselement zu schaffen.The object of the invention is to provide a method for producing a cladding element for a combustion chamber of a turbomachine with a reduced amount of virgin material and such a cladding element.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verkleidungselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.This object is achieved by a method having the features of
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungselementes für eine Brennkammer einer Strömungsmaschine, das einen Grundkörper und mehrere integrale Befestigungsmitteln zur Befestigung an einem Tragelement hat, wird zumindest ein altes Befestigungsmittel von einem alten Verkleidungselement abgetrennt. Zudem wird ein Grundkörper hergestellt, an dem mindestens ein Anbindungsbereich zur Anbindung des alten Befestigungsmittels vorgesehen wird. Anschließend wird das zumindest eine alte Befestigungsmittel an dem Grundkörper im Anbindungsbereich mittels Rotationsreibschweißens angebunden.In a method according to the invention for producing a cladding element for a combustion chamber of a turbomachine, which has a main body and a plurality of integral fastening means for attachment to a support element, at least one old attachment means is separated from an old cladding element. In addition, a base body is produced, to which at least one connection area for connecting the old fastening means is provided. Subsequently, the at least one old fastening means is connected to the base body in the connection region by means of rotary friction welding.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Prinzip der Wiederverwendung. Hierzu werden intakte Teilbereiche eines alten Verkleidungselementes in ein neues Verkleidungselement integriert, wodurch Neumaterial zum Aufbau des Verkleidungselementes reduziert wird. Dabei sind insbesondere die Befestigungsmittel geeignet, da diese außerhalb eines Heißgaspfades angeordnet und somit thermisch nicht hochbelastet waren bzw. sind. Eine Materialermüdung der Befestigungsmittel ist somit nicht zu befürchten bzw. nahezu ausgeschlossen. Zudem werden die Befestigungsmittel intensiv durch einen Sekundärluftstrom gekühlt. Das Rotationsreibschweißen ermöglicht dabei die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung bei nicht schmelzschweißgeeigneten Werkstoffen, da beim Rotationsreibschweißen der Schmelzpunkt nicht überschritten wird und typische Fehlerbilder von Schmelzschweißverbindungen somit nicht entstehen können. Beispielhafte Werkstoffe sind Nickellegierungen wie die hochlegierte Nickellegierung B1900 + HF.The solution according to the invention is based on the principle of reuse. For this intact parts of an old cladding element are integrated into a new cladding element, whereby new material is reduced to the construction of the cladding element. In this case, the fastening means are particularly suitable, since they were arranged outside a hot gas path and thus were not thermally highly loaded or are. A material fatigue of the fasteners is thus not to be feared or almost impossible. In addition, the fasteners are intensively cooled by a secondary air flow. Rotational friction welding makes it possible to use the solution according to the invention for materials which are not suitable for fusion welding, since the melting point is not exceeded in rotary friction welding and typical faulty images of fusion-welded joints can thus not arise. Exemplary materials are nickel alloys such as the high-alloyed nickel alloy B1900 + HF.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden bei der Herstellung des Grundkörpers neue Befestigungsmittel integral ausgebildet, die um die Anzahl der Anbindungsbereiche reduziert sind. Hierdurch sind nur so viele Rotationsreibschweißvorgänge notwendig, wie alte Befestigungsmittel wiederverwendet werden. In one embodiment, new fasteners are integrally formed in the manufacture of the body, which are reduced by the number of attachment areas. As a result, only as many Rotationsreibschweißvorgänge necessary as old fasteners are reused.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden nach der Herstellung des Grundkörpers neue Befestigungsmittel mittels Rotationsreibschweißens angebunden, die um die Anzahl der alten Befestigungsmittel reduziert sind. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt eine von dem Grundkörper getrennte und somit parallele Herstellung der Befestigungsmittel, wodurch die Fertigung des Verkleidungselementes zeitlich verkürzt wird.In an alternative embodiment, after the manufacture of the body new fasteners are connected by means of rotary friction welding, which are reduced by the number of old fasteners. This embodiment allows a separate from the body and thus parallel production of the fastening means, whereby the production of the cladding element is shortened in time.
Bevorzugterweise wird der Grundkörper gegossen. Das Gießen ermöglicht insbesondere eine wiederholbare hohe Maßgenauigkeit und einen vollständigen bzw. nahezu vollständigen Verzicht auf Zugaben für eine mechanische Nachbearbeitung.Preferably, the base body is poured. In particular, casting allows for repeatable high dimensional accuracy and complete or nearly complete omission of mechanical post-processing allowances.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen wird es bevorzugt, wenn flammenseitig eine Wärmeschutzschicht und/oder eine Haftschicht aufgetragen wird/werden. Vorzugsweise wird die zumindest eine Schweißnaht hierzu nachgearbeitet, bspw. geglättet und/oder gereinigt. Durch das nachträgliche Auftragen der zumindest einen Schicht kann der Grundkörper zum Rotationsreibschweißen bequem eingespannt werden, da keine Rücksicht auf irgendwelche vor Beschädigungen zu schützende Schichten genommen werden muss.In all embodiments, it is preferred if a thermal protection layer and / or an adhesive layer is / are applied to the flame side. Preferably, the at least one weld is reworked for this purpose, for example, smoothed and / or cleaned. By the subsequent application of the at least one layer of the base body for rotational friction welding can be easily clamped because no consideration must be taken to any damage to be protected layers.
Ein bevorzugtes Verkleidungselement für eine Brennkammer einer Strömungsmaschine hat einen Grundkörper und eine Vielzahl von integralen Befestigungsmitteln, wobei zumindest ein Befestigungsmittel ein wiederverwendbares altes Befestigungsmittel ist. Ein derartiges Verkleidungselement zeichnet sich durch eine reduzierte Verwendung von Neumaterial aus.A preferred trim element for a combustion chamber of a turbomachine has a main body and a plurality of integral fasteners, wherein at least one fastener is a reusable old fastener. Such a cladding element is characterized by a reduced use of virgin material.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:In the following preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to schematic representations. Show it:
In den Figuren tragen gleiche konstruktive Elemente gleiche Bezugsziffern, wobei bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen in einer Figur lediglich ein Element mit einer Bezugsziffer versehen ist.In the figures, the same structural elements have the same reference numerals, wherein in several identical structural elements in a figure, only one element is provided with a reference numeral.
In den
Der Grundkörper
Zum Schutz des Grundkörpers
Die Befestigungsmittel
In den
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Verkleidungselementes
Wie in
As in
Zudem wird, wie in
Nach der Herstellung des Grundkörpers
Nach der Nacharbeit der Schweißnähte werden, wie in
Offenbart sind ein Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungselementes für eine Brennkammer einer Strömungsmaschine, an dessen Grundkörper eine Vielzahl von integralen Befestigungsmitteln angebunden sind, wobei zumindest einige der Befestigungsmittel wiederverwendete benutzte Befestigungsmittel von auszutauschenden Verkleidungselementen sind, die mittels Rotationsreibschweißens an den Grundkörper angebunden werden, sowie ein derartig hergestelltes Verkleidungselement.Disclosed are a method for producing a lining element for a combustion chamber of a turbomachine, to the base of a plurality of integral fasteners are attached, wherein at least some of the fasteners are reused used fasteners of exchangeable cladding elements, which are connected by means of rotary friction welding to the body, and such manufactured cladding element.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verkleidungselementcladding element
- 22
- Grundkörperbody
- 44
- FlammseiteFlash page
- 66
- Rückseiteback
- 88th
- Durchlasspassage
- 1010
- Befestigungsmittelfastener
- 1212
- WärmeschutzschichtThermal protection layer
- 1414
- Haftschichtadhesive layer
- 1616
- altes Verkleidungselementold paneling element
- 1818
- Grundkörperbody
- 2020
- BereichArea
- 2222
- Fußabschnittfoot section
- 2424
- Anbindungsbereichconnecting region
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20141107 |
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