DE1551220B2 - Verfahren zur herstellung einer erosionsschutzschicht auf einer dampfturbinenschaufel - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer erosionsschutzschicht auf einer dampfturbinenschaufelInfo
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Erosionsschutzschicht auf
einer Dampfturbinenschaufel aus warmfestem Werkstoff, wobei die Schaufel mindestens an ihrer Eintrittskante
mit einem aufgesinterten Hartmetallbelag versehen wird. Ein derartiges Verfahren ist aus der
Schweizer Patentschrift 213 483 bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren wird der aus der Laufradscheibe herausragende Teil der Dampfturbinenschaufel
mit einem auf gesinterten Belag aus verschleiß- und temperaturfesten Metallkarbiden versehen,
während der Träger des Belages, d. h. die
Schaufel aus einem Werkstoff hoher Warmfestigkeit besteht. Der Belag wird in naß aufbereitetem Zustand
aufgebracht und dann durch die Einwirkung von Hitze auf den Träger gesintert. Dabei wird empfohlen,
die Temperatur bei der Sinterung über dem dazu notwendigen Wert zu halten. Wohl wird dadurch
die Sinterzeit verkürzt, und es können Belagstoffe verwendet werden, die bei höheren als der
Schmelztemperatur des Trägerwerkstoffes sintern. Dieses Verfahren ist für kurze Schaufeln geeignet,
namentlich für Brennkraftturbinenschaufeln, führt jedoch bei langen Schaufeln unweigerlich zum Verziehen
derselben und ist zudem für Dampfturbinen mit ihren niedrigeren Betriebstemperaturen unwirtschaftlich.
Andere Verfahren sehen vor, eine Erosionsschutzschicht durch Flammsprühen von Metall zu erhalten.
Als Metall wird im einen Fall rostfreier Stahl, im anderen Fall Aluminium oder eine Mischung aus
Aluminium und Zirkonium vorgeschlagen. Diese Verfahren sind an und für sich für kurze Schaufeln
brauchbar, führen aber wegen der Temperatureinwirkungen des aufgesprühten Metalls bei langen
Schaufeln ebenfalls zum Verziehen derselben. Außerdem setzen sie zu ihrer Durchführung besonders
geschulte Fachkräfte voraus.
Es ist auch schon eine Schaufel bekanntgeworden, bei welcher die Erosionsschutzschicht nicht aufgesprüht
wird, sondern einen Teil der Schaufel selber, und zwar den äußeren bildet, der mit dem (radial) inneren
Teil auf geeignete Weise verbunden ist. Als Material für diesen äußeren Teil ist eine Kombination aus
Kobalt, Chrom und.Wolfram oder Molybdän vorgeschlagen. Die Herstellung einer solchen Schaufel
ist jedoch kostspielig, da die Verbindung der beiden Schaufelteile besonders sorgfältig ausgeführt werden
muß. ,·
Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, daß sie, wie bereits erwähnt, sich nur für kurze Schaufeln
eignen. Im heutigen Dampfturbinenbau kommen jedoch Schaufellängen bis zu 1,7 m vor, bei denen
die obigen Verfahren wesentlich erweitert und ergänzt werden müssen, um einwandfreie Ergebnisse zu
erzielen.
Es liegt die Aufgabe vor, ein Verfahren zu schaffen, mit dem in besonders einfacher und wirtschaftlicher
Weise Dampfturbinenschaufeln mit einer Erosionsschutzschicht versehen werden können, ohne
daß für die Dampfturbinenschaufeln die Gefahr des Verziehens gegeben ist. Diese Aufgabe wird bei
einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Aufeinanderfolge der
nachstehenden Schritte gelöst:
a) die Schaufel wird bei einer Temperatur oberhalb 100° C mechanisch gereinigt und aufgerauht,
b) die Schaufel wird an ihrem Fußende starr und
an ihrem Kopfende in axialer Richtung verschieblich und gegen Drehung gesichert eingespannt,
c) die Schaufel wird auf eine Temperatur zwischen 400° C und 750° C erwärmt,
d) die Schaufel wird mit einem Belag durch Auftragen eines vorgewärmten Metallpulvers mittels
Flammsprühen versehen, wobei das Metallpulver vorzugsweise aus 10 bis 20 °/o Cr, bis 4 °/o
Fe, 1 bis 5«/o Si, bis 5% C und bis 5°/o B, sowie der Rest aus mindestens Nickel oder wahlweise
Nickel und Kobalt besteht,
e) die Schaufel wird bis zum Aufsintern des Metallpulvers
erhitzt,
f) die Schaufel wird getempert, und zwar derart, daß die Temperatur zuerst während mindestens
einer Stunde auf einen Wert, der unterhalb der Sintertemperatur liegt, konstant gehalten wird
und anschließend gesenkt wird.
Der hierdurch erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß sowohl das Naßauftragen der Schutzschicht,
bei dem stets die Gefahr von Feuchtigkeitskondensation und damit die Gefahr von ungleichmäßiger
Haftung der Schutzschicht auf der Schaufel besteht, als auch das die Schaufel verziehende Metallsprühen
vermieden werden. Ferner wird die Sintertemperatur niedrig gehalten, was ebenfalls die Gefahr
des Verziehens der Dampfturbinenschaufel herabsetzt.
Zur Ausführung des Verfahrens wird vorteilhafterweise eine Vorrichtung so ausgebildet, daß mindestens
zwei Halteeinrichtungen gegeneinander verschiebbar und verdrehungsfrei angeordnet und mit
Mitteln zur Befestigung der Dampfturbinenschaufel versehen sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Dampfturbinenschaufel mit der Erosionsschutzschicht,
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum verdrehungsfreien Befestigen der
Schaufel.
Die in Fig. 1 gezeigte Dampfturbinenschaufel besitzt einen Schaufelfuß 10 mit den Nuten 11, 12
bzw. 13,14. Der Schaufelfuß 10 geht in das Schaufelblatt 15 über. In die Stirnfläche 16 des Kopfendes des
Schaufelblattes sind drei zylindrische Bolzen 17, 18, 19 eingelassen, deren Achsen in der Längsrichtung
der Schaufel verlaufen. Die schraffierte Fläche 20 auf dem Schaufelblatt bezeichnet die mit der Erosionsschutzschicht
versehene Zone.
Die Vorrichtung nach F i g. 2 besitzt zwei horizontal nebeneinander angeordnete auf einem (nicht
gezeigten) Traggestell befestigte Träger 30,31 mit einem dreieckigen Querschnitt. Eine erste Halteeinrichtung
32, deren untere Fläche mit zwei dreieckigen Ausfräsungen versehen ist, ruht auf diesen Trägern
und ist mit Hilfe einer angeschraubten Gegenplatte 33 so fest an die Träger angepreßt, daß er sich nicht
verschieben oder bewegen kann. Von der Vorderseite der Halteeinrichtung 32 steht ein Zylinder 34 vor,
in dessen ebene Frontseite drei Löcher 36, 37, 38 gebohrt sind. Im Abstand von dieser ersten Halteeinrichtung
32 ist eine zweite Halteeinrichtung 40 mit einem etwa U-förmigen Querschnitt vorgesehen.
In der Oberfläche des einen U-Schenkels 41 sind zwei Führungsnuten eingefräst, deren Abmessungen
mit den Trägern 31, 32 übereinstimmen und in denen
der zweite Haltebock auf diesen Trägern geführt ist. Der U-Schenkel 41 ist mit einer Gegenplatte 42, die
so angepaßt ist, daß die zweite Halteeinrichtung 40 in der Längsrichtung der Träger 30, 31 verschiebbar
ist, verschraubt. Der andere U-Schenkel 43 enthält zwei Gewindelöcher für die Schrauben 44, 45. Neben
der zweiten Halteeinrichtung 40 ist noch ein Feststeller 50 vorgesehen, in dessen Unterseite wieder
zwei Führungsnuten ausgefräst sind, die zu den beiden Trägern 30, 31 passen. Der Feststeller 50 ist
mit einer Gegenplatte 51 verschraubt und auf den Trägern festklemmbar. Der Feststeller ist mit der
zweiten Halteeinrichtung 40 durch eine kräftige Feder 55, die eine Verschiebung der Halteeinrichtung
gegenüber dem Feststeller in der Richtung der Gleitschiene erlaubt, verbunden.
Bei der Herstellung einer Erosionsschutzschicht für eine Turbinenschaufel nach der Erfindung wird
zuerst die fertig bearbeitete Schaufel auf etwas über 100° C erwärmt und dann sandgestrahlt.
Die noch warme Schaufel wird dann in die beschriebene
Vorrichtung eingelegt, wobei der Schaufelfuß 10 in den freien Raum zwischen den beiden
U-Schenkeln 41 und 43 der zweiten Halteeinrichtung 40 gelegt wird. Die Schaufel wird so ausgerichtet,
daß die drei aus ihrer Stirnseite hervorstehenden Bolzen 17, 18, 19 in die Löcher 36, 37, 38 der Frontseite
des Zylinders 34 eingeschoben werden können. Anschließend wird der Schaufelfuß 10 der Schaufel
mit einer geeigneten Unterlage 46 unterlegt und in dieser Stellung durch Anziehen der Schrauben 44,
45 fest mit der zweiten Halteeinrichtung verbunden. Der Feststeller 50 und die zweite Halteeinrichtung 40
werden dann so weit in Richtung auf die erste Halteeinrichtung 32 verschoben, bis die Bolzen 17,18,19
vollkommen in den Löchern 36, 37, 38 versenkt und die Stirnseite der Schaufel auf der Frontseite des
Zylinders 34 anliegt. Durch weiteres Verschieben des Feststellers 50 in der gleichen Richtung wird dann
die Feder 55 unter Spannung gesetzt und der Feststeller durch Anziehen der (nicht gezeigten) Verbindungsschrauben
zur Gegenplatte 51 auf den Trägern blockiert. Auf diese Weise ist die Schaufel gegen Verdrehen gesichert, kann sich aber, z. B.
infolge der Wärmeeinwirkung, in axialer Richtung ausdehnen. Schließlich wird der Teil des Schaufelblattes
15, der nicht mit der Schutzschicht versehen werden soll, mit einer Maske 70 aus Stahlblech abgedeckt.
Nachdem das Schaufelblatt in der beschriebenen Art befestigt ist, wird es durch beidseitig angebrachte
mehrflammige Brenner 60 gleichmäßig bis auf etwa 500° C erwärmt. Wenn diese Temperatur erreicht
ist, wird die Schutzschicht mit Hilfe einer Metallsprühpistole auf die Vorderkante des Turbinenblatts
aufgesprüht. Während dieser Zeit steigt die Temperatur der Schaufel bis auf etwa 700° C. Dann wird
die Zufuhr des Metallpulvers abgestellt und die nun mit Metallpulver belegte Vorderkante der Turbinenschaufel
nur noch mit der Flamme aus der Sprühpistole erhitzt, bis sie eine Temperatur von wenig
unterhalb des Schmelzpunktes des Metallpulvers erreicht, bei der das Pulver in die Oberfläche der
Schaufel einsintert. Die glühende Turbinenschaufel wird dann aus der Einspannvorrichtung gelöst und in
einen auf 700° C vorgeheizten Temperofen gebracht und 5 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Die
Ofentemperatur wird dann bis auf Zimmertemperatur gesenkt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung einer Erosionsschutzschicht auf einer Dampfturbinenschaufel
aus warmfestem Werkstoff, wobei die Schaufel mindestens an ihrer Eintrittskante mit einem
aufgesinterten Hartmetallbelag versehen wird, gekennzeichnet durch die Aufeinanderfolge
der nachstehenden Schritte:
a) die Schaufel wird bei einer Temperatur oberhalb 100° C mechanisch gereinigt und
aufgerauht,
b) die Schaufel wird an ihrem Fußende starr und an ihrem Kopfende in axialer Richtung
verschieblich und gegen Drehung gesichert eingespannt,
c) die Schaufel wird auf eine Temperatur zwischen 400° C und 750° C erwärmt,
d) die Schaufel wird mit einem Belag durch Auftragen eines vorgewärmten Metallpulvers
mittels Flammsprühen versehen, wobei das Metallpulver vorzugsweise aus 10 bis 2O°/o
Cr, bis 4 »/0 Fe, 1 bis 5 °/o Si, bis 5 °/o C und
bis 5°/o B, sowie der Rest aus mindestens Nickel oder wahlweise Nickel und Kobalt
besteht,
e) die Schaufel wird bis zum Aufsintern des Metallpulvers erhitzt,
f) die Schaufel wird getempert, und zwar derart, daß die Temperatur zuerst während
mindestens einer Stunde auf einen Wert, der unterhalb der Sintertemperatur liegt, konstant
gehalten wird und anschließend gesenkt wird.
2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Halteeinrichtungen (32, 40) gegeneinander verschiebbar und verdrehungsfrei
angeordnet und mit Mitteln zur Befestigung der Dampfturbinenschaufeln versehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Halteeinrichtungen
(32, 40) eine dritte verschiebbar und verdrehungsfrei angeordnete Halteeinrichtung
vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Halteeinrichtungen
(32, 40) ein gemeinsamer Träger (30, 31) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der beiden Längsseiten
des Trägers (30) ein mehrflammiger Brenner (60) zum Erhitzen der Dampfturbinenschaufel
angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH970866A CH449053A (de) | 1966-07-05 | 1966-07-05 | Turbinenschaufel für Dampfturbinen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE1551220A1 DE1551220A1 (de) | 1970-03-26 |
DE1551220B2 true DE1551220B2 (de) | 1971-07-22 |
Family
ID=4354785
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19671551220 Withdrawn DE1551220B2 (de) | 1966-07-05 | 1967-06-10 | Verfahren zur herstellung einer erosionsschutzschicht auf einer dampfturbinenschaufel |
Country Status (3)
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---|---|
AT (1) | AT265319B (de) |
CH (1) | CH449053A (de) |
DE (1) | DE1551220B2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013224566A1 (de) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Maskierung auf Wolframlegierungsbasis und eine Wolframlegierung |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4576874A (en) * | 1984-10-03 | 1986-03-18 | Westinghouse Electric Corp. | Spalling and corrosion resistant ceramic coating for land and marine combustion turbines |
US4874290A (en) * | 1988-08-26 | 1989-10-17 | Solar Turbines Incorporated | Turbine blade top clearance control system |
-
1966
- 1966-07-05 CH CH970866A patent/CH449053A/de unknown
- 1966-08-16 AT AT776266A patent/AT265319B/de active
-
1967
- 1967-06-10 DE DE19671551220 patent/DE1551220B2/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013224566A1 (de) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zur Maskierung auf Wolframlegierungsbasis und eine Wolframlegierung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT265319B (de) | 1968-10-10 |
CH449053A (de) | 1967-12-31 |
DE1551220A1 (de) | 1970-03-26 |
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