DE3109342A1

DE3109342A1 - Verfahren zum reparieren einer luftgekuehlten gasturbinentriebwerksschaufel und dafuer vorgesehenes ersatzteil

Info

Publication number: DE3109342A1
Application number: DE19813109342
Authority: DE
Inventors: Alexander Fairfield Ohio Raeburn Jr.; John William West Chester Ohio Zelahy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1981-12-24
Also published as: JPS56154104A; IT1139322B; GB2071778B; CA1156441A; NL8101355A; JPS641641B2; IL62193A0; FR2478733B1; IT8120583A0; IL62193A; GB2071778A; DE3109342C2; NL188707C; NL188707B; FR2478733A1; US4326833A

Description

Verfahren zum Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufel und dafür vorgesehenes Ersatzteil

Die Erfindung bezieht sich auf luftgekühlte Gasturbinentriebwerksschaufeln und betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren sowie ein Ersatzteil zum Reparieren einer solchen Schaufel im Bereich ihrer Randteile.

Es ist erwünscht, solche Schaufeln, die im Betrieb des Gasturbinentriebwerkes verschlissen oder beschädigt worden sind, zu reparieren statt auszutauschen. Es ist beispielsweise festgestellt worden/ daß ein wesentlicher Teil dieses Verschleißes oder dieser Beschädigung an der Vorderrandwand durch eine Kombination von Vorkommnissen, wie Aufprallen und Warmrißbildung, sowie an den Hinterrandteilen, beispielsweise durch Warmrißbildung, auftreten kann. Eine solche Schaufel ist zwar bereits durch Schmelzschweißen repariert worden, dieses Reparaturverfahren hat jedoch Beschränkungen aufgrund

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der Verwindung und aufgrund des Schweißens. Darüber hinaus ist in einigen Fällen eine erneute Rißbildung der Reparaturschweißungen aufgetreten.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung bezieht sich, kurz gesagt, auf das Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufel, die eine Wurzel, einen Flügelprofilabschnitt und dazwischen eine Plattform hat, welch letztere über den Flügelprofilabschnitt vorsteht. Der Flügelprofilabschnitt steht in Längsrichtung von der Plattform vor und hat einen Vorder- und einen Hinterrandteil, die in Profilsehnenrichtung gegenseitigen Abstand haben und durch konkave und konvexe Seitenwände miteinander verbunden sind. Wenigstens einer der Randteile hat eine Randkammer, die sich in Längsrichtung des Flügelprofilabschnittes und in Profilsehnenrichtung in den Flügelprofilabschnitt zu dem anderen Randteil hin erstreckt. Diese Erstreckung in Profilsehnenrichtung geht bis zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kammerwand. Das Verfahren beinhaltet folgende Schritte: Abtragen wenigstens eines Schaufelsegments, welches den Randteil umfaßt, eines Teils der Kammerwand, die vorzugsweise eben, mit dem Randteil verbunden und diesem zugewandt ist, und eines Teils der Plattform, die vorzugsweise eben, mit dem Randteil verbunden ist, von diesem vorsteht und mit der Kammerwand verbunden ist, von der Schaufel. Somit ist für die Schaufel auf den Flächen, an denen das Schaufelsegment abgetragen worden ist, eine erste Paß- und Verbindungsfläche vorhanden. Diese Flächen, die vorzugsweise sich schneidende ebene Flächen sind, werden dann gereinigt, .um jedwede Oberflächenoxide und andere Verunreinigungen zu beseitigen. Zur Verwendung bei diesem Reparaturverfahren ist als Ersatz für das Schaufelsegment ein Ersatzteil im wesentlichen desselben Materialtyps und mit einer Größe und Form, die mit dem abgetragenen Schaufelsegment übereinstimmen, vorgesehen, wobei das Ersatzteil eine zweite Paß- und Verbindungsfläche aufweist, die mit der ersten Paß- und Verbindungs-

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fläche, die auf der Schaufel verbleibt, zusammenpaßt. Die erste und die zweite Paß- und Verbindungsfläche werden in Deckung gebracht, und das Ersatzteil wird mit der Schaufel an den Paß- und Verbindungsflächen durch ein Nichtschmelzverfahren metallurgisch verbunden. Das Ersatzteil hat somit einen Längsteil, der den Randteil und einen Teil der Kammerwand umfaßt,und einen Fußteil, der die Plattform umfaßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufel und eines entfernt von dieser dargestellten Ersatzteils; und

Fig. 2 eine Teilschnittansicht der Schaufel von Fig. 1.

In der folgenden Beschreibung und in der Zeichnung werden gleiche Bezugszahlen zum Bezeichnen gleicher Teile benutzt. In der Zeichnung hat die Schaufel eine insgesamt mit 10 bezeichnete Wurzel, einen insgesamt mit 12 bezeichneten Flügelprofilabschnitt und dazwischen eine insgesamt mit 14 bezeichnete und insgesamt über den Flügelprofilabschnitt vorstehende Plattform. Der Flügelprofilabschnitt 12, der von der Plattform 14 vorsteht, hat einen Vorderrandteil 16 und einen Hinterrandteil 18, die in Profilsehnenrichtung gegenseitigen Abstand haben und durch eine konkave Seitenwand 20 und eine konvexe Seitenwand 22, welche in Fig. 1 teilweise gezeigt sind, miteinander verbunden sind. In dem Flügelprofilabschnitt 12 befinden sich Randkammern, beispielsweise eine Vorderrandkämmer 24 und eine Hinterrandkammer 26. Die Vorderrandkammer 24 ist von dem übrigen inneren Teil des Flügelprofilabschnittes durch eine Vorderrandkammerwand 28

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getrennt. Ebenso ist die Hinterrandkammer 26 von dem übrigen inneren Teil des Flügelprof ilabschnittea durch eine Uinterrandkammerwand 30 getrennt, die in Fig. 2 gezeigt ist.

Im Betrieb einer solchen luftgekühlten Schaufel in einem Gasturbinentriebwerk können Verschleiß, Beschädigung, Warmrißbildung usw. an dem Flügelprofilabschnittvorderrandteil und an dem Flügelprofilabschnitthinterrandteil auftreten. Die Erfindung, die sich mit dem Reparieren solcher Schaden befaßt, wird hier in Verbindung mit dem Austausch des Vorderrandteils beschrieben, obwohl jedoch klar ist, daß das Reparieren des Hinterrandteils in gleicher Weise, allein oder in Kombination mit der Reparatur des Vorderrandteils, erfolgen kann.

Obgleich das Ersetzen der Randteile, wie beispielsweise des Vorderrandteils einer solchen Schaufel, bereits versucht worden ist, haben Probleme hinsichtlich der formschlüssigen Deckung und Ausrichtung der Ersatzteile die praktische Anwendung eines solchen Verfahrens ausgeschlossen. Die Erfindung sorgt jedoch für eine formschlüssige Deckung und Ausrichtung eines Ersatzteils durch die Verwendung von unbeschädigten Teilen der Schaufel, eines Teils der Randkammerwand, wie der Wand 28 für den Vorderrand und der Wand 30 für den Hinterrand, und eines Teils der Plattform 14 an dem betreffenden Rand, der repariert wird, um einen Fußteil für ein Ersatzteil zu bilden.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird von der Schaufel ein Schaufelsegment entfernt, beispielsweise an dem in der Zeichnung gezeigten Vorderrandteil. Das Segment umfaßt den Randteil, einen Teil der dem Randteil zugewandten Kammerwand, beispielsweise die mit 28b bezeichnete Vorderwand für den Vorderrand, und einen Teil der Plattform 14, wie beispielsweise der mit 14b bezeichnete Teil, der mit dem betreffenden

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Randteil und der betreffenden Kammerwand verbunden ist. In Fig. 2 bezeichnet die gestrichelte Linie 32 die im wesentlichen ebenen Flächen des Schaufelsegments, das von dem Vorderrandteil entfernt wird, während die gestrichelte Linie 34 die im wesentlichen ebenen Flächen des Schaufelsegments bezeichnet, das gemäß der Erfindung von dem Hinterrandteil entfernt wird. Ein solches Schaufelsegment kann durch Materialabtragungsverfahren entfernt werden, beispielsweise durch Schleifen, spanabhebende mechanische Bearbeitung, Bearbeitung mittels elektrischer Entladung, usw. Nach diesem Abtragen eines Schaufelsegments bleibt ein innerer Teil der Kammerwand zurück, beispielsweise ein hinterer ebener Teil der Kammerwand 28a und eine untere Fläche der Plattform, beispielsweise die im wesentlichen ebene Fläche 14a, die mit einem Kammerwandteil verbunden ist, beispielsweise mit der Wand 28a, wie in Fig. 1 gezeigt. Zusammen bilden die verbleibende Kammerwandfläche und die Plattformfläche eine erste Paß- und Verbindungsfläche an der Schaufel, die nach dem Abtragen des Schaufelsegments zurückbleibt. Nach diesem Abtragen wird die Paß- und Verbindungsfläche gereinigt, um Oberflächenoxide und andere Verunreinigungen zu entfernen, die nach dem Abtragen des Schaufelsegments zurückbleiben könnten, damit eine metallurgische Verbindung, beispielsweise eine Diffusionsverbindung, hergestellt werden kann.

Ein Ersatzteil für dieses entfernte Schaufelsegment, das in Fig. 1 insgesamt mit 36 bezeichnet ist, wird hergestellt, beispielsweise durch Feingießen unter Verwendung des Wachsausschmelzverfahrens, durch spanabhebende Bearbeitung aus einer anderen Schaufel, usw., und passend gereinigt, um es für das metallurgische Verbinden vorzubereiten. Dieses Ersatzteil ist im wesentlichen vom selben Materialtyp und stimmt in Größe und Form mit dem abgetragenen Schaufelsegment überein, wie es als Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist. Das Vorderrandersatzteil 36 hat einen Längsteil, der durch einen Ersatz-

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vorderrandteil 16 und einen Ersatzkammervorderwandteil 28b gebildet ist, sowie einen Fußteil, der den oberen Ersatzplattformteil 14b bildet. Die Innenfläche 17 des Vorderrandteils 16 ist mit der Fläche 29 4er Wand 28 verbunden, und diese bilden gemeinsam die Wände der Randkammer 24. Die im wesentlichen ebenen Flächen der Teile 14b und 28b bilden gemeinsam eine zweite Paß- und Verbindungsfläche, die mit der durch die im wesentlichen ebenen Flächen 14a und 28a gebildeten ersten Paß- und Verbindungsfläche zusammenpaßt.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird das Ersatzteil 36 mit der übrigen Schaufel so zusammengefügt, daß die Flächen 14a und 14b ebenso wie die Flächen 28a und 28b in Dekkung sind, um das Ersatzteil 36 auf den übrigen Teil der Schaufel formschlüssig auszurichten. Anschließend werden die erste und die zweite Paß- und Verbindungefläche metallurgisch miteinander verbunden, um eine reparierte Schaufel herzustellen. Dieses metallurgische Verbinden kann auf verschiedenerlei Weise erfolgen, beispielsweise gemäß der US-PS 4 098 450 über einer schmalen Verbindungsstelle oder einem schmalen Spalt zwischen den Paß- und Verbindungsflächen, durch Hartlöten im Vakuum, durch isostatisches Warmpressen, durch Diffusionsverbindung, usw. Es ist, wie oben erwähnt, erkannt worden, daß das Schmelz verbinden, wie beispielsweise das Schmelzschweißen, zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung von Spannungen in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Ersatzteil und der übrigen Schaufel, die repariert wird, führen kann. Schließlich können solche Spannungen zur Rißbildung sowie zur Verwindung führen. Deshalb soll der hier verwendete Begriff "metallurgisches Verbinden" keine Schmelzverbindungsverfahren umfassen.

Bei einer Auswertung der Erfindung wurde eine Schaufel benutzt, wie sie gegenwärtig in einem kommerziellen Gasturbinentriebwerk benutzt wird. Ein Vorderrandschaufelsegment wurde von der Schaufel durch Schleifen längs einer durch die

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Linie 32 in Fig. 2 dargestellten Ebene entfernt, wobei die im wesentlichen ebene Kammerwand 28a und die Plattformwand 14a als eine erste Paß- und Verbindungsfläche an der Schaufel zurückblieben. Dann wurde ein Vorderrandersatzteil aus der Legierung "Rene¹ 80" mit einer Größe und Form hergestellt, die mit dem entfernten Schaufelsegment übereinstimmten. Ein solches Teil wird zweckmäßig durch Feingießen unter Verwendung des Wachsausschmelzverfahrens hergestellt, obgleich es durch maschinelle Bearbeitung aus einer anderen Schaufel, beispielsweise aus einer Ausschußschaufel hergestellt werden kann. Ein solches Ersatzteil des in Fig. 1 an der Stelle 36 gezeigten Typs hatte eine Kammerwandfläche 28b und eine Plattformwandfläche 14b, die mit den Flächen 28a bzw. 14a zusammenpaßten und eine zweite Paß- und Verbindungsfläche an dem Ersatzteil bildeten. Nach dem Reinigen der ersten und der zweiten Paß- und Verbindungsfläche wurde das Vorderrandersatzteil 36 mit der übrigen Schaufel zusammengefügt, um die erste und die zweite Paß- und Verbindungsfläche in Deckung zu bringen. Daran anschließend wurden diese Paß- und Verbindungsflächen durch ein Verfahren metallurgisch verbunden, das manchmal auch als aktiviertes Diffusionsverbinden (Activated Diffusion Bonding) bezeichnet wird und in der US-PS 3 632 319 ausführlicher beschrieben ist.

Weil die meisten Schaufeln, die gemäß der Erfindung repariert werden, von dem Typ sind, der bereits in einem Gasturbinentriebwerk im Einsatz war, werden im allgemeinen zusätzliche Reinigungsschritte angewandt, um Oberflächenverunreinigungen sowie überzüge, die zur Oxidations- und SuIfidationsbeständigkeit aufgebracht wurden, zu entfernen.

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Claims

A h Sprüche:

1/ Verfahren zum Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinenschaufel, die eine Wurzel, einen Flügelprofilabschnitt und
eine dazwischen angeordnete und insgesamt über den Flügelprofilabschnitt überstehende Plattform hat, wobei der Flügelprofilabschnitt in Längsrichtung von der Plattform vorsteht und einen Vorder- und einen Hinterrandteil hat, die in Profilsehnenrichtung gegenseitigen Abstand haben und durch eine konkave und eine konvexe Seitenwand miteinander verbunden
sind, und wobei wenigstens ein Randteil eine Randkammer hat, die sich in Längsrichtung des Flügelprofilabschnittes und in Profilsehnenrichtung in den Flügelprofilabschnitt zu dem anderen Randteil hin bis zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kammerwand erstreckt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Entfernen eines Schaufelsegments von der Schaufel, das einen Randteil, einen Teil der Kammerwand, der mit dem Randteil
verbunden und diesem zugewandt ist, und einen Teil der

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Plattform umfaßt, der mit dem Randteil verbunden ist, von diesem vorsteht und mit der Kammerwand verbunden ist, um eine erste Paß- und Verbindungsfläche an der verbleibenden Schaufel zu schaffen;

Reinigen der ersten Paß- und Verbindungsfläche, um Oberflächenoxide zu beseitigen;

Herstellen eines Ersatzteils im wesentlichen desselben Typs von Material und mit einer Größe und Form, die mit dem entfernten Schaufelsegment übereinstimmen, wobei das Ersatzteil eine Kammerwand und eine Plattformwand aufweist, die gemeinsam eine zweite Paß- und Verbindungsfläche bilden, welche mit der ersten Paß- und Verbindungsfläche zusammenpaßt;

Indeckungbringen der ersten und der zweiten Paß- und Verbindungsfläche an ihren Wand- und Plattformflächen; und dann

metallurgisches Verbinden des Ersatzteils mit der Schaufel an den Paß- und Verbindungsflächen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelsegement entfernt wird^um an der verbleibenden Schaufel im wesentlichen ebene Flächen an der Kammerwand und an der Plattform zu schaffen, die die erste Paß- und Verbindungsfläche bilden, welche überwiegend aus sich schneidenden ebenen Flächen besteht; und

daß die zweite Paß-Und Verbindungsfläche an dem Ersatzteil mit überwiegend sich schneidenden ebenen Flächen gebildet wird, die mit der ersten Paß- und Verbindungsfläche zusammenpassen.
3. Ersatzteil für sein Segment einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufel, die eine Wurzel (10), einen Flügelprofilabschnitt (12) und dazwischen eine Plattform (14) aufweist, welche insgesamt über den Flügelprofilabschnitt vor-

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steht, der in Längsrichtung von der Plattform vorsteht und in Profilsehnenrichtung in gegenseitigem Abstand einen Vorder- und einen Hinterrandteil (16, 18) aufweist, die durch eine konkave und eine konvexe Seitenwand (20, 22) miteinander verbunden sind, wobei wenigstens ein Randteil eine Randkammer (24) hat, die sich in Längsrichtung des Flügelprofilabschnittes und in Profilsehnenrichtung in das Flügelprofil zu dem anderen Randteil hin bis zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kammerwand (28) erstreckt, gekennzeichnet durch:
einen Längsteil mit

a) einem Randteil (16); und

b) einem Teil (28b) der Kammerwand (28), der mit den Randteilen verbunden und diesen zugewandt ist;

c) wobei der Randteil (16) und eine Innenfläche (28a) des dem Randteil zugewandten Kammerwandteils die Wände der Randkammer (24) bilden; und

einen Fußteil (14b), der mit dem Längsteil (16) verbunden

(14)
ist und einen Teil der Plattform/umfaßt, der von dem Randteil aus vorsteht und mit diesem und mit der'Randkammer verbunden ist.
4. Ersatzteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (28a) der Kammerwand (28), der mit dem Randteil (16) verbunden und diesem zugewandt ist, eine Außenfläche aufweist, die im wesentlichen eben ist; und

daß der Teil der Plattform (14) des Fußteils eine Fläche (14b) entfernt von dem Längsteil aufweist, die im wesentlichen eben ist und mit der im wesentlichen ebenen äußeren Fläche (14a) des TeiJs der Kammerwand verbunden ist.

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