DE19642980C1 - Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen von Verdichter- und Turbinenschaufel - Google Patents

Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen von Verdichter- und Turbinenschaufel

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen von Verdichter- und Turbinenschaufeln.
Die Schaufeln von Turbinen, wie etwa die Verdichter- und Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken unterliegen einem Verschleiß, insbesondere an den Schaufelspit­ zen. Anstelle eines Austauschs der gesamten Turbinenschaufel wird aus Kostengrün­ den vorzugsweise der Weg einer Instandsetzung der verschlissenen Schaufelspitzen beschritten. Derzeit erfolgt die Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen da­ durch, daß die Schaufelspitzen mittels spanender Bearbeitung auf ein definiertes Maß abgearbeitet wird. Anschließend wird z. B. mittels Mikroplasmaauftragschweißen das fehlende Material wieder aufgebracht.
Ein derartiges Verfahren ist im BWK Bd. 45 (1993), Nr. 5 - Mai, Seite 242 bis 246 beschrieben. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der mechanische Nachbearbeitungsaufwand, der um so größer ist, je breiter die Schweißraupe des aufgebrachten Materials ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit geringem Arbeitsaufwand durchführbares Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Turbinenschaufeln zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.
Bei einem Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen von Turbi­ nenschaufeln werden gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
  • a) Entfernen der verschlissenen Schaufelspitze, so daß die Höhe des verbleibenden Restschaufelblattes einer standardisierten Höhe h entspricht;
  • b) Messen der Ist-Geometrie des Endes des Restschaufel­ blattes in der Höhe h;
  • c) Herstellen eines Reparaturprofils mit einer im wesentli­ chen der Differenz zwischen einer Soll-Höhe H des instandgesetzten Schaufelblatts und der standardi­ sierten Höhe h des Restschaufelblatts entsprechenden Dicke d = H - h aus einem Reparaturmaterial mit einer der Ist-Geometrie des Endes des Restschaufelblattes entsprechenden Kontur als Reparaturprofil;
  • d) Anbringen des Reparaturprofils an dem Restschaufel­ blatt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß verschlissene Turbinenschaufeln präzise erneuert werden, wobei bei der Instandsetzung einer größeren Anzahl von Schaufeln diese alle in gleicher Weise erneuert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß aufgrund der Durchführung gleicher Verfahrens­ schritte für alle zu erneuernden Schaufeln einer Turbine oder Verdichters die einzelnen Verfahrensschritte we­ sentlich rationalisiert und damit kostengünstig ausge­ führt werden können.
Das Entfernen der verschlissenen Schaufelspitze kann durch spanende Bearbeitung erfolgen.
Vorzugsweise wird das Entfernen der verschlissenen Schau­ felspitze durch Laserstrahlschneiden vorgenommen.
Das Reparaturprofil wird vorzugsweise durch Schneiden eines Blechs mit der Dicke d hergestellt.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß das Schneiden des Blechs zur Herstellung des Reparaturprofils als Laserstrahlschneiden vorgenommen wird.
Vorteilhafterweise erfolgt das Messen der Ist-Geometrie durch Bildverarbeitung.
Gemäß einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, daß die durch Bildverarbeitung gemes­ sene Ist-Geometrie in ein CNC-Laserschneidprogramm zur nummerischen Steuerung des Laserstrahlschneidens zur Her­ stellung des Reparaturprofils übernommen wird.
Das Anbringen des Reparaturprofils an dem Restschaufel­ blatt kann durch Schweißen erfolgen.
Vorteilhafterweise wird ein solches Schweißen als Induk­ tionsschweißen vorgenommen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfin­ dung wird das Anbringen des Reparaturprofils an dem Rest­ schaufelblatt durch Löten vorgenommen.
Das Löten kann als Ofenlötung durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise wird das Löten als Induktionslötung durchgeführt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Anbringen des Repa­ raturprofils an dem Restschaufelblatt durch Löten er­ folgt, wird das Löten unter Verwendung von Lot in Form einer Lötfolie mit einer Dicke Δ durchgeführt, wobei die Dicke Δ der Lötfolie bei der Bemessung der Dicke d des Blechs für das Reparaturprofil berücksichtigt wird, d = H - h - Δ.
Vorteilhafterweise wird die Lötfolie mit einer dem Profil des Restschaufelblatts bzw. des Reparaturteils entspre­ chenden Kontur geschnitten.
Das Schneiden der Lötfolie wird vorteilhafterweise mit­ tels Laserstrahlschneiden ausgeführt.
Von Vorteil ist es, das Löten mit einem definierten An­ preßdruck vorzunehmen.
Erforderlichenfalls kann es vorgesehen werden, die Schweißnaht bzw. Lötnaht nach dem Anbringen des Repara­ turprofils an dem Restschaufelblatt nachzuarbeiten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt das Schneiden des Blechs zur Herstellung des Reparaturprofils unter zweidimensionaler Schnittführung mit einem Schnittwinkel von 90° zur Blechoberfläche. Der Vorteil hiervon ist, daß das Schneiden des Blechs mit geringem Aufwand vorgenommen werden kann.
Gemäß einem anderen, alternativen Aspekt der Erfindung wird das Schneiden des Blechs zur Herstellung des Repara­ turteils unter dreidimensionaler Schnittführung mit einem an jedem Punkt der Kontur des Reparaturprofils an den Verlauf des Profils des Restschaufelblatts in der Höhe h angepaßten Schnittwinkel vorgenommen. Der Vorteil von einem solchen, aufwendigeren, Vorgehen zum Schneiden des Blechs ist es, daß die Geometrie des Reparaturprofils exakt an die Geometrie des Schaufelblatts im Bereich von deren Spitze vorgenommen werden kann, so daß die Ver­ dichter- und Turbinenschaufel praktisch identisch mit ih­ rem Neuzustand instandgesetzt werden kann.
Das Schneiden des Reparaturprofils wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren vorzugsweise so durchgeführt, daß die Schnittspaltbreite kompensiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich mit großem Vorteil für die Verwendung zur Instandsetzung von Ver­ dichter- und Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungs­ gemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in stark vereinfachter, schematisierter Darstel­ lung eine Seitenansicht einer Turbinenschaufel, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung instandge­ setzt wird;
Fig. 2 Ansichten des Querschnitts von Soll-Geometrie und Ist-Geometrie einer Turbinenschaufel in der Höhe h der abgeschnittenen verschlissenen Schaufelspitze in stark übertriebener Form;
Fig. 3 eine stark vereinfachte, schematisierte Darstel­ lung einer Turbinenschaufel entsprechend Fig. 1, bei der die Schaufelspitze gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erneuert worden ist; und
Fig. 4 eine stark vereinfachte, schematisierte Darstel­ lung eines Induktionslötprozesses, wie er im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Instandsetzung der Spit­ ze einer Turbinenschaufel zur Anwendung gebracht werden kann.
Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter, schematisierter Dar­ stellung eine Turbinenschaufel 1, die aus einem noch in­ takten Restschaufelblatt 2, einem Ansatz 3 zur Befesti­ gung des Schaufelblatts und einer verschlissenen Schau­ felspitze 4 besteht. Bis zu der von der Basis des Ansat­ zes 3 gemessenen Höhe h ist das Restschaufelblatt 2 noch brauchbar, während die Schaufelspitze 4 aufgrund ihres Verschleisses der Erneuerung bedarf.
Die Instandsetzung der verschlissenen Schaufelspitze 4 erfolgt in der Weise, daß zunächst die verschlissene Schaufelspitze 4 in der Höhe h des Schaufelblatts 2 ent­ fernt wird. Diese Höhe h soll als standardisierte Höhe bezeichnet werden, da bei der Instandsetzung mehrerer Turbinenschaufeln desselben Verdichters oder derselben Turbine diese alle in der gleichen Höhe h abgeschnitten werden. Das Entfernen der verschlissenen Schaufelspitze 4 erfolgt durch spanende Bearbeitung oder vorzugsweise mit­ tels Laserstrahlschneiden.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, welche den Querschnitt der Turbinenschaufel 1 in der Höhe h zeigt, kann der Querschnitt der Turbinenschaufel in der Höhe h in seiner tatsächlichen Ist-Geometrie von der gewünschten Soll-Geo­ metrie abweichen, wobei diese Abweichung in Fig. 2 zum Zwecke der Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt ist. Neben Lageabweichungen, welche im Hinblick auf die Erneuerung der Schaufelspitze keine Rolle spielen, können sich auch Formabweichungen ergeben, welchen bei der Er­ neuerung der verschlissenen Schaufelspitze Rechnung zu tragen ist. Dazu wird die tatsächliche Ist-Geometrie des Endes des Restschaufelblatts 2 in der standardisierten Höhe h gemessen. Diese Messung erfolgt vorzugsweise durch ein Bildverarbeitungsverfahren, bei welchem die Ist-Geo­ metrie numerisch erfaßt und die gewonnenen Daten für eine numerische Steuerung der weiteren Bearbeitungsschritte verwendet werden, sofern die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Geometrie innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. Falls diese Abweichung die Toleranz überschreitet, wird die Turbinenschaufel entweder in größerem Umfang repariert oder vollständig erneuert.
Als nächstes wird aus einem geeigneten Reparaturmaterial ein exakt zur Schaufelspitze 4 des Restschaufelblatts 2 passendes Reparaturprofil 4a geschnitten. Dieses Blech hat eine solche Dicke, daß die Gesamthöhe H des Schaufel­ blatts nach dessen Instandsetzung einer gewünschten Soll- Höhe H entspricht. Das Blech wird so geschnitten, daß die Kontur des dabei erhaltenen Reparaturprofils 4a der Ist- Geometrie am Ende des Restschaufelblatts 2 in der stan­ dardisierten Höhe h entspricht. Dafür werden die beim Messen der Ist-Geometrie erhaltenen Daten verwendet. Das Schneiden der Kontur des Reparaturprofils 4a erfolgt vor­ zugsweise durch einen CNC-gesteuerten Laserschneidprozeß unter numerischer Steuerung durch die beim Messen der Ist-Geometrie erhaltenen Daten. Die Dicke d des Blechs entspricht im wesentlichen der Differenz zwischen der Soll-Höhe H des Schaufelblatts 1 nach dessen Instandset­ zung und der standardisierten Höhe h des Restschaufel­ blatts 2.
Das Schneiden des Blechs zur Herstellung des Reparatur­ profils 4a kann entweder unter zweidimensionaler Schnitt­ führung erfolgen, wobei zwischen der Schnittkante und der Blechoberfläche ein konstanter Schnittwinkel von 90° ein­ gehalten wird. Wahlweise kann das Schneiden unter dreidi­ mensionaler Schnittführung erfolgen, wobei der Schnitt­ winkel an jedem Punkt der Kontur des Reparaturprofils 4a so gewählt ist, daß er mit dem Verlauf des Profils des Restschaufelblatts 2 in der Höhe h übereinstimmt, so daß das Reparaturprofil 4a nicht nur in der Kontur seines Querschnitts an die Schnittfläche am Ende des Restschauf­ elblatts 2 angepaßt ist, sondern daß auch der Verlauf des Schaufelprofils vom Restschaufelblatt 2 zu dem Reparatur­ profil 4a glatt fortgesetzt wird. In jedem Fall wird beim Schneiden des Reparaturprofils 4a ein Aufmaß zur Kompensa­ tion der Schnittspaltbreite berücksichtigt.
Schließlich wird das Reparaturprofil 4a unter exakter Aus­ richtung der Konturen des Reparaturprofils 4a und des En­ des des Restschaufelblatts 2 an dieses angesetzt und mit diesem verbunden. Dieses Verbinden kann wahlweise durch Schweißen oder durch Löten erfolgen. Im Falle des Schwei­ ßens ist ein Induktionsschweißen vorzuziehen. Vorzugswei­ se wird das Verbinden aber durch Löten vorgenommen, wobei das Löten als Ofenlötung oder als Induktionslötung durch­ geführt werden kann. Vorzugsweise erfolgt das Löten unter Verwendung von Lot in Form einer Lötfolie 5, welche eine bestimmte Dicke Δ hat, vgl. Fig. 3. Die Dicke Δ der Löt­ folie ist zusammen mit der Dicke d des zur Herstellung des Reparaturprofils 4a verwendeten Blechs so bemessen, daß die standardisierte Höhe h des Restschaufelblatts 2 zusammen mit der Dicke d des Reparaturprofils 4a und der Dicke Δ der Lötfolie 5 die Soll-Höhe H des Schaufelblatts 1 nach dessen Instandsetzung ergibt, oder anders ausge­ drückt, d = H - h - Δ.
Vorzugsweise wird die Lötfolie 5 vor dem Lötvorgang mit einer solchen Kontur zugeschnitten, daß diese der Kontur des Restschaufelblatts 2 in der Höhe h bzw. der Kontur des Reparaturprofils 4a entspricht. Dieses Zuschneiden der Lötfolie wird vorzugsweise mittels Laserstrahlschneiden ausgeführt, wobei wiederum die bei der Messung der Ist- Geometrie des Querschnitts des Restschaufelblatts 2 in der Höhe h gewonnenen Daten verwendet werden. Das Löten erfolgt sodann unter Schutzgas oder im Vakuum, wobei das Reparaturprofil 4a mit einem definierten Anpreßdruck gegen das Ende des Restschaufelblatts 2 gepreßt wird. Sollte eine Lötfolie verwendet werden, deren Dicke sich unter dem Anpreßdruck vermindert, so ist unter der oben genann­ ten Dicke Δ der Lötfolie diejenige zu verstehen, welche sich unter dem Anpreßdruck ergibt.
Nach dem Verbinden des Reparaturprofils 4a und des Rest­ schaufelblatts 2 wird erforderlichenfalls die Nahtstelle nachbearbeitet, so daß sich ein völlig glatter, präziser Übergang ergibt.
Vorzugsweise aber wird die Lötfolie so bemessen, daß auf eine Nachbearbeitung der Lötnaht verzichtet werden kann.
Fig. 4 zeigt in stark vereinfachter, schematisierter Dar­ stellung eine Anordnung zur Durchführung des Induktions­ lötens zur Verbindung des Reparaturprofils 4a und des Restschaufelblatts 2. Im Bereich der Verbindungsstelle der beiden Teile ist eine Induktionsspule 6 vorgesehen, welche mit einem Hochfrequenzstrom gespeist wird, so daß sich das Ende des Restschaufelblatts 2 und das Reparatur­ profil 4a sowie die dazwischen befindliche Lötfolie 5 auf eine zur Durchführung der Lötung geeignete Temperatur erhitzen. Während des Lötvorgangs und bis zur Erkaltung der Lötstelle wird das Reparaturprofil 4a in der vorher genannten Weise mit einem Anpreßdruck p gegen das Ende des Restschaufelblatts 2 gepreßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Instandsetzung der Schaufelblätter von Verdichtern und Turbinen von Strahltriebwerken.

Claims (22)

1. Verfahren zur Instandsetzung verschlissener Schaufelspitzen (4) von Ver­ dichter- und Turbinenschaufeln (1), bei dem die Schaufelspitze (4) entfernt wird und ein Reparaturprofil an dem verbleibenden Restschaufelblatt (2) an­ gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des verbleibenden Restschaufelblattes (2) einer standardisierten Höhe h entspricht, und daß das Verfahren die weiteren Schritte umfaßt:
  • a) Messen der Ist-Geometrie des Endes des Restschaufelblattes (2) in der Höhe h und
  • b) Herstellen eines Reparaturprofils (4a) mit einer im wesentlichen der Differenz zwischen einer Soll-Höhe H des instandgesetzten Schaufel­ blatts und der standardisierten Höhe h des Restschaufelblatts (2) ent­ sprechenden Dicke d = H - h aus einem Reparaturmaterial mit einer der Ist-Geometrie des Endes des Restschaufelblattes (2) entsprechenden Kontur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der verschlissenen Schaufelspitze (4) durch spanende Bearbeitung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der verschlissenen Schaufelspitze (4) durch Laserstrahlschneiden erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Reparaturprofil (4a) durch Schneiden eines Blechs mit der Dicke d hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden des Blechs zur Herstellung des Repara­ turprofils (4a) als Laserstrahlschneiden vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Messen der Ist-Geometrie durch Bildverarbeitung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durch Bildverarbeitung gemessene Ist- Geometrie in ein CNC-Laserschneidprogramm zur geomeri­ schen Steuerung des Laserstrahlschneidens zur Herstellung des Reparaturprofils (4a) übernommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringen des Reparaturprofils (4a) an dem Restschaufelblatt (2) durch Schweißen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen als Induktionsschweißen durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringen des Reparaturprofils (4a) an dem Restschaufelblatt (2) durch Löten erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Löten als Ofenlötung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Löten als Induktionslötung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Löten unter Verwendung von Lot in Form einer Lötfolie mit einer Dicke Δ durchgeführt wird, wobei die Dicke Δ der Lötfolie bei der Bemessung der Dicke des Blechs für das Reparaturprofil (4a) berücksichtigt wird, d = H - h - Δ.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötfolie mit einer dem Profil des Restschaufel­ blatts (2) bzw. des Reparaturprofils (4a) entsprechenden Kontur ge­ schnitten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden der Lötfolie mittels Laserstrahlschnei­ den ausgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Löten mit einem definierten Anpreß­ druck erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schweißnaht nachbearbeitet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lötnaht nachbearbeitet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden des Blechs zur Herstel­ lung des Reparaturprofils (4a) unter zweidimensionaler Schnittführung mit einem Schnittwinkel von 90° zur Blech­ oberfläche vorgenommen wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden des Blechs zur Herstel­ lung des Reparaturprofils (4a) unter dreidimensionaler Schnitt­ führung mit einem an jedem Punkt der Kontur des Repara­ turprofils (4a) an den Verlauf des Profils des Restschaufel­ blatts (2) in der Höhe h angepaßten Schnittwinkel vorgenommen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Schneiden die Schnittspaltbreite kom­ pensiert wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung zur Instandsetzung von Ver­ dichter- und Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken.
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