DE3109342C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren einer luft­ gekühlten Gasturbinenschaufel gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Es ist erwünscht, Schaufeln, die im Betrieb eines Gasturbinen­ triebwerkes verschlissen oder beschädigt worden sind, zu re­ parieren statt auszutauschen. Es ist beispielsweise festge­ stellt worden, daß ein wesentlicher Teil dieses Verschleißes oder dieser Beschädigung an der Vorderrandwand durch eine Kom­ bination von Vorkomnissen wie Aufprallen und Warmrißbildung, sowie an den Hinterrandteilen beispielsweise durch Warmriß­ bildung auftreten kann. Eine solche Schaufel ist zwar bereits durch Schmelzschweißen repariert worden, dieses Reparaturver­ fahren hat jedoch Beschränkungen aufgrund der Verwindungen und aufgrund des Schweißens. Darüber hinaus ist in einigen Fällen eine erneute Rißbildung der Reparaturschweißung aufgetreten.

Aus der US 35 74 924 ist ein Verfahren zum Reparieren von Gasturbinenschaufeln bekannt, bei dem ein Schaufelsegment entfernt und ein Ersatzteil hergestellt wird, woraufhin die beiden Teile in Deckung gebracht und anschließend miteinander verbunden werden. Da die Druckschrift keinerlei Aufschluß über den Aufbau der Schaufeln gibt, ist das Problem, wie hier­ bei eine formschlüssige Deckung und Ausrichtung der Ersatz­ teile erreicht werden kann, in der US-35 74 924 weder an­ gesprochen noch gelöst.

Die GB 9 85 772 offenbart die Herstellung von luftgekühlten Laufradschaufeln durch metallurgisches Verbinden mindestens zweier Schaufelteile, die ausschließlich an vertikalen Ver­ bindungsflächen zusammengesetzt werden. Die vertikalen Schnitt­ linien verlaufen dabei durch eine hohle Innenkammer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reparieren einer Gasturbinenschaufel der eingangs angegebenen Art anzugeben, mit dem eine formschlüssige Deckung und Ausrichtung eines Ersatzteils gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteil­ hafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in dem Unteranspruch gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet demnach folgende Schritte: Abtragen wenigstens eines Schaufelsegments, welches den Randteil umfaßt, eines Teils der Kammerwand, die vorzugs­ weise eben und mit dem Randteil verbunden und diesem zuge­ wandt ist, und eines Teils der Plattform, die vorzugsweise eben und mit dem Randteil verbunden ist, von diesem vorsteht und mit der Kammerwand verbunden ist, von der Schaufel. Damit ist für die Schaufel auf den Flächen, an denen das Schaufel­ segment abgetragen worden ist, eine erste Paß- und Verbindungs­ fläche vorhanden. Diese Flächen, die vorzugsweise sich schnei­ dende, 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 des­ selben Materialtyps und mit einer Größe und Form, die mit dem abgetragenen Schaufelsegment übereinstimmen, vorgesehen, wobei das Ersatzteil eine zweite Paß- und Verbindungs­ fläche aufweist, die mit der ersten Paß- und Verbindungs­ 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 Nichtschmelz­ verfahren metallurgisch verbunden. Das Ersatzteil hat so­ mit einen Längsteil, der den Randteil und einen Teil der Kammerwand umfaßt, und einen Fußteil, der die Plattform um­ faßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher be­ schrieben. 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 be­ zeichnete Wurzel, einen insgesamt mit 12 bezeichneten Flügel­ profilabschnitt und dazwischen eine insgesamt mit 14 be­ zeichnete und insgesamt über den Flügelprofilabschnitt vor­ stehende Plattform. Der Flügelprofilabschnitt 12, der von der Plattform 14 vorsteht, hat einen Vorderrandteil 16 und einen Hinterrandteil 18, die in Profilsehnenrichtung gegen­ seitigen 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 Flügelpro­ filabschnitt 12 befinden sich Randkammern, beispielsweise eine Vorderrandkammer 24 und eine Hinterrandkammer 26. Die Vorderrandkammer 24 ist von dem übrigen inneren Teil des Flügelprofilabschnittes durch eine Vorderrandkammerwand 28 getrennt. Ebenso ist die Hinterrandkammer 26 von dem übrigen inneren Teil des Flügelprofilabschnittes durch eine Hinter­ randkammerwand 30 getrennt, die in Fig. 2 gezeigt ist.

Im Betrieb einer solchen luftgekühlten Schaufel in einem Gasturbinentriebwerk können Verschleiß, Beschädigung, Warm­ rißbildung usw. an dem Flügelprofilabschnittvorderrandteil und an dem Flügelprofilabschnitthinterrandteil auftreten. Die Erfindung, die sich mit dem Reparieren solcher Schäden befaßt, wird hier in Verbindung mit dem Austausch des Vor­ derrandteils 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 An­ wendung eines solchen Verfahrens ausgeschlossen. Die Erfin­ dung sorgt jedoch für eine formschlüssige Deckung und Aus­ richtung eines Ersatzteils durch die Verwendung von unbeschä­ digten 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 betref­ fenden Rand, der repariert wird, um einen Fußteil für ein Er­ satzteil 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 beispiels­ weise der mit 14b bezeichnete Teil, der mit dem betreffenden Randteil und der betreffenden Kammerwand verbunden ist. In Fig. 2 bezeichnet die gestrichelte Linie 32 die im wesent­ lichen 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, Bear­ beitung 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 verblei­ bende Kammerwandfläche und die Plattformfläche eine erste Paß- und Verbindungsfläche an der Schaufel, die nach dem Ab­ tragen des Schaufelsegments zurückbleibt. Nach diesem Ab­ tragen 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, beispiels­ weise 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 Wachs­ ausschmelzverfahrens, durch spanabhebende Bearbeitung aus einer anderen Schaufel, usw., und passend gereinigt, um es für das metallurgische Verbinden vorzubereiten. Dieses Ersatz­ teil ist im wesentlichen vom selben Materialtyp und stimmt in Größe und Form mit dem abgetragenen Schaufelsegment über­ ein, wie es als Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist. Das Vorder­ randersatzteil 36 hat einen Längsteil, der durch einen Ersatz­ vorderrandteil 16 und einen Ersatzkammervorderwandteil 28b gebildet ist, sowie einen Fußteil, der den oberen Ersatz­ plattformteil 14b bildet. Die Innenfläche 17 des Vorder­ randteils 16 ist mit der Fläche 29 der Kammerwand 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 ge­ bildeten ersten Paß- und Verbindungsfläche zusammenpaßt.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird das Ersatzteil 36 mit der übrigen Schaufel so zusammengefügt, daß die Flä­ chen 14a und 14b ebenso wie die Flächen 28a und 28b in Dec­ kung sind, um das Ersatzteil 36 auf den übrigen Teil der Schaufel formschlüssig auszurichten. Anschließend werden die erste und die zweite Paß- und Verbindungsfläche metallur­ gisch miteinander verbunden, um eine reparierte Schaufel her­ zustellen. Dieses metallurgische Verbinden kann auf ver­ schiedenerlei Weise erfolgen, beispielsweise gemäß der US-PS 40 98 450 über einer schmalen Verbindungsstelle oder einem schmalen Spalt zwischen den Paß- und Verbindungsflä­ chen, durch Hartlöten im Vakuum, durch isostatisches Warm­ pressen, durch Diffusionsverbindung, usw. Es ist, wie oben erwähnt, erkannt worden, daß das Schmelzverbinden, wie bei­ spielsweise das Schmelzschweißen, zur Erzeugung oder Auf­ rechterhaltung von Spannungen in der Nähe der Verbindungs­ stelle zwischen dem Ersatzteil und der übrigen Schaufel, die repariert wird, führen kann. Schließlich können solche Spannungen zur Rißbildung sowie zur Verwindung führen. Des­ halb soll der hier verwendete Begriff "metallurgisches Ver­ binden" keine Schmelzverbindungsverfahren umfassen.

Bei einer Auswertung der Erfindung wurde eine Schaufel be­ nutzt, wie sie gegenwärtig in einem kommerziellen Gasturbi­ nentriebwerk benutzt wird. Ein Vorderrandschaufelsegment wur­ de von der Schaufel durch Schleifen längs einer durch die 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 Schau­ fel zurückblieben. Dann wurde ein Vorderrandersatzteil aus der Legierung "Rene′ 80" mit einer Größe und Form herge­ stellt, die mit dem entfernten Schaufelsegment überein­ stimmten. 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 herge­ stellt 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 Ver­ bindungsfläche an dem Ersatzteil bildeten. Nach dem Reini­ gen 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 Ver­ bindungsfläche 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 36 32 319 ausführlicher beschrieben ist.

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

Claims (2)

1. Verfahren zum Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinen­ schaufel, die eine Wurzel, einen Flügelprofilabschnitt und eine dazwischen angeordnete und insgesamt über den Flügel­ profilabschnitt überstehende Plattform hat, wobei der Flügel­ profilabschnitt in Schaufellängsrichtung von der Plattform vorsteht und einen Vorder- und einen Hinterrandteil (16; 18) hat, die durch eine konkave und eine konvexe Seitenwand miteinander verbunden sind, und wobei wenigstens ein Randteil eine Rand­ kammer (24; 26) hat, die sich in Schaufellängsrichtung des Flügelprofil­ schnittes und in Profilsehnenrichtung in den Flügelprofil­ abschnitt zu dem anderen Randteil hin bis zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kammerwand erstreckt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Entfernen eines Schaufelsegments von der Schaufel, das einen Randteil (16), einen Teil (28b) der Kammerwand (28), der mit dem Randteil (16) verbunden und diesem zugewandt ist, und einen Teil (14b) der Plattform (14) umfaßt, der mit dem Randteil (16) verbunden ist, von diesem vorsteht und mit der Kammerwand (28) verbunden ist, um eine erste Paß- und Verbindungsfläche an der verbleibenden Schaufel zu schaffen;
• b) Reinigen der ersten Paß- und Verbindungsflächen, um Ober­ flächenoxide zu beseitigen;
• c) Herstellen eines Ersatzteils (36) im wesentlichen desselben Materials und mit einer Größe und Form, die mit dem ent­ fernten Schaufelsegment übereinstimmen, wobei das Ersatz­ teil (36) eine Kammerwand (28b) und eine Plattformwand (14b) aufweist, die gemeinsam eine zweite Paß- und Verbindungs­ fläche bilden, welche mit der ersten Paß- und Verbindungs­ fläche zusammenpaßt;
• d) Indeckungsbringen der ersten und der zweiten Paß- und Verbindungsfläche an ihren Wand- und Plattformflächen und anschließend
• e) metallurgisches Verbinden des Ersatzteils (36) mit der Schaufel an den Paß- und Verbindungsfläche ohne Schmelz­ verbindungsverfahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelsegment entfernt wird, um an der verbleiben­ den Schaufel im wesentlichen ebene Flächen an der Kammerwand (28) und an der Plattform (14) zu schaffen, die die erste Paß- und Verbindungsfläche bilden, welche aus sich schneiden­ den ebenen Flächen besteht, und daß die zweite Paß- und Verbindungsfläche an dem Ersatzteil (36) mit sich schneidenden ebenen Flächen gebildet wird, die mit der ersten Paß- und Verbindungsfläche zusammenpassen.