DE102022201530A1

DE102022201530A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von rohrförmigen Elementen

Info

Publication number: DE102022201530A1
Application number: DE102022201530.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Burbaum
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-02-15
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2023-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen eines rohrförmigen Elements (4'), das eine Schweißanlage (22), die in den inneren Hohlraum (13) der Rohrwand (4') eingeführt oder angewendet werden kann, sowie eine Hülle (16), die einen äußeren Zusatz-Hohlraum (25) um ein einzuschweißendes Ersatzteil (10) bilden kann, aufweist, wobei zumindest der äußere Hohlraum (25) und auch der innere Hohlraum (13) mit Schutzgas geflutet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen von rohrförmigen Elementen.
Während des Betriebs in einer Gasturbine können manchmal Risse im Bereich eines Resonatorrings eines Basket entstehen. Diese Risse könnten dazu führen, dass Bleche oder Coupons zur Reparatur eingeschweißt werden müssen.
Das Laserstrahl-Schweißen eignet sich zum Einschweißen von Blechen (2D Patches) oder mittels 3D-Druck hergestellten Coupons für die Reparatur von Baskets/Brennkörben. Bisher werden Baskets manuell geschweißt
Es ist daher Aufgabe der Erfindung dieses Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen die

1 eine Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem Brennkorb,
2 eine Ansicht eines Brennkorbs mit Resonatorringen
3 einen Resonatorring im Detail
4 ein Ersatzteil für einen Resonatorring,
5 eine Ausgangssituation vor dem Schweißen und
6, 7, 8 jeweils schematisch eine Vorrichtung zum Schweißen.

Die Figuren und die Zeichnungen stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
1 zeigt eine Ansicht eines Gasturbinentriebwerks 105 mit einer Brennkammer 106 als auch einem Brennkorb 107, die einen Resonatorring 111 aufweist.
2 zeigt eine Nahansicht des Brennkorbs 107 und des Resonatorrings 111.
Die Brennkammer 106 produziert Verbrennungsprodukte, die stromabwärts durch den Brennkorb 107 und den Resonatorring 111 in ein Übergangssystem geleitet werden. Von dort strömen heiße Verbrennungsprodukte stromabwärts zu einem Turbinenteil und können zur Stromerzeugung verwendet werden.
Der Resonatorring 111 ist in der Lage verschiedene akustische Frequenzen zu steuern oder absorbieren, die von der Brennkammer 106 während des Betriebs des Gasturbinentriebwerks 105 erzeugt werden.
3 zeigt einen Resonatorring 111 im Detail, wie er bei dem Gasturbinentriebwerk 105 verwendet wird.
Der Resonatorring 111 weist einen Ring 110, vorzugsweise zwei miteinander verbundene Ringe 9, 12 auf.
Die Ringe 9, 12 für den Resonatorring 111 können auch einstückig ausgeführt sein, also einen einzelnen Ring 110 darstellen.
Der Ring 110 oder die Ringe 9, 12 sind im Querschnitt vorzugsweise rund oder oval zur Durchströmungsrichtung ausgeführt bzw. dem Verbrennungssystem angepasst.
Der Ring 110 oder die Ringe 9, 12 weisen an ihrer Umfangsfläche jeweils mehrere Resonatorboxen 121, 122 auf, die dort um den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind.
Die Grundflächen der Resonatorboxen 121, 122 sind insbesondere trapezförmige, ganz insbesondere in Form gleichschenkliger Bereiche 115, 116, die abwechselnd in Umfangsrichtung mit der Grundseite des Trapez nach unten bzw. nach obenstehend angeordnet sind.
Die Bereiche 115, 116 sind um den ganzen Umfang des Rings 110 oder jeweils der Ringe 9, 12 verteilt.
Außen auf dem Ring 110 oder der Ringe 9, 12 ist um die jeweiligen Bereiche 115, 116 jeweils ein entsprechend des trapezförmigen Bereichs 115, 116 ein Rahmen 18 vorhanden, der mit einem entsprechenden schließenden Deckel 23 dann eine geschlossene Box bildet und so Resonatorboxen 121, 122 darstellt.
Rahmen 18 und Deckel 23 für die Resonatorboxen 121, 122 können auch zusammen einstückig ausgebildet sein.
Innerhalb der insbesondere trapezförmigen Bereiche 115, 116 sind Löcher 31 vorhanden, die in Zusammenwirkung mit der Resonatorbox 121, 122 zur Dämpfung bzw. zur Frequenzsteuerung dienen.
4 zeigt beispielhaft ein Ersatzteil 10 für einen Ring 9 oder 12 bzw. 110 gemäß 3.
Aufgrund der Zugänglichkeit eignet sich ein Schweißprozess von der Heißgasseite des Baskets.
Hierzu ist jedoch eine Schutzgas-Schweißung zumindest auf der Kaltgasseite (außen) notwendig.
In 5 ist daher schematisch und allgemein ein zu reparierendes rohrförmiges Element 1', beispielsweise ein Basket 111 dargestellt.
Das rohrförmige Element 1' weist einen inneren Hohlraum 13 auf, der begrenzt wird durch eine Rohrwand 4'.
Die zu reparierende Stelle 7 kann nahe an oder an der Öffnung des rohrförmigen Elements 1' liegen, kann aber auch weiter innen liegen.
Das rohrförmige Element 1` weist eine Lücke 7 auf, an der ein defekter Bereich ausgeschnitten wurde und dort durch ein Ersatzteil 10, insbesondere auch gemäß 4, ersetzt werden soll.
Das Ersatzteil 10 kann eine Resonatorbox oder einen Coupon mit mehreren Resonatorboxen 121, 122 (3) darstellen, die insbesondere mittels 3D-Druck hergestellt wurden.
Das Ersatzteil 10 wird in die Lücke 7 eingefügt und muss dort an den Kontaktstellen 28, insbesondere an dem Innenrand der Lücke 7, mit der Rohrwand 4` (bzw. Ring 9, 12, 110) verschweißt werden.
Dies geschieht vorzugsweise mittels Laserstrahlung.
Weitere Schweißverfahren sind ebenso möglich, Elektronenstrahlschweißen weniger wegen des dafür notwendigen Vakuums.
Dafür wird eine Laserstrahl-Schweißanlage 22 in den Hohlraum 13 eingeführt oder so angeordnet, dass mittels Energiestrahl, hier Laserstrahl 19, das Ersatzteil 10 mit der Rohrwand 4' verschweißt werden kann (6)
Dabei wird vorzugsweise der innere Hohlraum 13 mit einem Schutzgas geflutet.
Ebenso kann die Laserstrahl-Schweißanlage 22 ein Schutzgas um den Laserstrahl 19 ausströmen lassen, so dass die Schweißnaht zwischen Ersatzteil 10 und der Rohrwand 4` vor Oxidation während des Schweißens geschützt wird.
Im äußeren Bereich der Rohrwand 4` ist eine Hülle 16 vorhanden, die einen äußeren Zusatz-Hohlraum 25 um das Ersatzteil 10 bildet, der zumindest ebenfalls mit Schutzgas geflutet wird.
Die Hülle 16 hat im Querschnitt insbesondere ein U-Profil und liegt auf der Rohrwand 4' auf.
Die Hülle 16 kann jedes beliebige Profil aufweisen, also gewölbt sein (7.) insbesondere halbkreisförmig, dreieckförmig, ....
Die Hülle 16 ist ausreichend lang und groß ausgestaltet und breiter, aber mindestens so breit wie die zu verschließende Lücke 7 oder breiter als das Ersatzteil 10.
Die Hülle 16 schließt den Bereich um das zu verbindende Ersatzteil 10 möglichst gasdicht ab, wobei an einer Stelle ebenfalls Schutzgas eingelassen wird.
Die Hülle 16 erstreckt sich hier in axialer Richtung auf der Rohrwand 4'.
In 8 ist eine Variation gemäß 6, 7 gezeigt, bei dem eine Hülle 16' sich in radialer Umfangsrichtung über und um das Ersatzteil 10 sich erstreckt. Der Zugang in den Zusatz-Hohlraum 25 ergibt sich in radialer Richtung 27. Ansonsten gelten die gleichen Voraussetzungen und Zielrichtungen.
Die Verschweißung von Ersatzteil 10 und Rohrwand 4' erfolgt vorzugsweise ohne Zusatzwerkstoff, d.h. durch reine Umschmelzung.
Es kann aber auch mit Schweißzusatzwerkstoff gearbeitet werden.

Claims

Verfahren zum Schweißen eines Ersatzteils (10) in eine Rohrwand (4') eines rohrförmigen Elemente (1'), bei dem in einen inneren Hohlraum (13) des rohrförmigen Elementes (1') eine Schweißanlage (22) eingeführt wird, oder ein Energiestrahl (19) einer Schweißanlage (22) innerhalb des Hohlraums (13) angewendet werden kann, die das Ersatzteil (10) durch Schweißung zumindest von innen im Hohlraum (13) mit der Rohrwand (4') verbindet, wobei insbesondere sowohl der innere Hohlraum (13) aber zumindest ein äußerer Zusatz-Hohlraum (25) mit Schutzgas geflutet wird, wobei eine Hülle (16, 16', 16") außen auf die Rohrwand (4') aufgesetzt wird, um den äußeren Zusatz-Hohlraum (25) um das Ersatzteil (10) herum zu erzeugen.
Vorrichtung zum Schweißen eines rohrförmigen Elements (41), das eine Schweißanlage (22), insbesondere eine Laserstrahl-Schweißanlage (22) aufweist, die in den inneren Hohlraum (13) der Rohrwand (4') eingeführt oder angewendet werden kann, sowie eine Hülle (16, 16', 16''), die einen äußeren Zusatz-Hohlraum (25) um ein einzuschweißendes Ersatzteil (10) bilden kann, und wobei zumindest der äußere Hohlraum (25) und auch der innere Hohlraum (13) mit Schutzgas geflutet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die Hülle (16, 16', 16") im Querschnitt ein U-Profil aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Hülle (16, 16', 16'') mindestens so breit ist wie eine aufzufüllende Lücke (7) oder wie das Ersatzteil (10) .