DE3110180A1

DE3110180A1 - "verfahren zum reparieren einer luftgekuehlten gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppe und dafuer vorgesehenes feingussersatzteil"

Info

Publication number: DE3110180A1
Application number: DE19813110180
Authority: DE
Inventors: Joel Heywood Cincinnati Ohio Cohen; Henry Edward Middletown Ohio Lynch
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE3110180C2; FR2478734A1; JPS64562B2; NL188813C; NL8101356A; IT1139323B; IL62219A0; GB2071777B; CA1162722A; JPS56154106A; IT8120584A0; AU555653B2; US4305697A; GB2071777A; NL188813B; FR2478734B1; IL62219A; AU7519381A

Description

Verfahren zum Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppe und dafür vorgesehenes Feingußer sat ζ teil

Die Erfindung bezieht sich auf luftgekühlte Gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppen und betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren und ein Ersatzteil zum Reparieren einer solchen Baugruppe im Bereich ihres vorderen Randes.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung betrifft, kurz gesagt, das Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppe ' die ein inneres und ein mit Abstand davon angeordnetes äußeres tragendes Plattformteil sowie ein. dazwischen angeordnetes Flügelprofilteil aufweist. Das Flügelprofilteil hat eine Vorderrandwand, einen Hinterrandteil und dazwischen eine Hauptteilwand, die gemeinsam einen hohlen Innenraum des Flügelprofilteils begrenzen. Bei der Durchführung des Verfahrens wird zuerst ein Schaufelbaugruppen-

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segment von der Schaufelbaugruppe entfernt, das wenigstens einen Teil der Vorderrandwand, einen Teil der Flügelprofilhauptteilwand, welcher mit der Vorderrandwand verbunden ist, und einen Teil wenigstens eines Plattformteils, der mit der Vorderrandwand verbunden ist, aufweist. Das so entfernte Schaufelbaugruppensegment ergibt eine erste Paß- und Verbindungswandfläche an der Schaufelbaugruppe längs eines vorgewählten Weges, der während des Betriebes der

Schaufelbaugruppe in einem Gasturbinentriebwerk relativ geringe mechanische Beanspruchungen erfährt. Zur Verwendung bei einem solchen Reparaturverfahren ist ein Ersatzteil im wesentlichen desselben Materialtyps und mit einer Größe und Form, die mit dem entfernten Schaufelbaugruppensegment übereinstimmen, vorgesehen. Dieses Ersatzteil hat eine zweite Paß- und Verbindungswandfläche, die mit der ersten Paß- und Verbindungswandfläche an der Schaufelbaugruppe zusammenpaßt. Die erste und die zweite Paß- und Verbindungswandfläche werden in Deckung gebracht und dann durch ein Nichtschmelzverfahren metallurgisch miteinander verbunden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Teils einer Turbinenleitschaufelbaugruppe eines Gasturbinentriebwerks mit einem entfernt davon dargestellten Ersatzteil,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht des in Fig. 1 gezeigten Leitschaufelbaugruppentyps mit einer weiteren Ausfuhrungsform des entfernt davon dargestellten Ersatzteils,

Fig. 3 eine Teilansicht eines Flügelprofilteils und eines inneren Plattformteils in einer weiteren Ausführungsform des Ersatzteils und

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Fig. 4 eine Teilansicht von noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In der folgenden Beschreibung und in der Zeichnung tragen gleiche Teile gleiche Bezugszahlen. In der perspektivischen, auseinandergezogenen Teilschnittansicht in Fig. 1 ist ein Teil einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufel baugruppe insgesamt mit 10 bezeichnet. Diese Baugruppe enthält ein inneres Plattformteil 12, mit Abstand davon ein äußeres Plattformteil 14 und ein dazwischen befestigtes und insgesamt mit 16 bezeichnetes Flügelprofilteil. Das Flügelprofilteil 16 hat eine Vorderrandwand 18, einen Hinterrandteil 20 und eine Hauptteilwand'22. Zusammen begrenzen die Vorderrandwand, die Hauptteilwand und der Hinterrandteil einen hohlen Innenraum des Flügelprofilteils. Im allgemeinen sind Kühlmittelöffnungen in den Wänden des Flügelprofilteils vorgesehen, wie es beispielsweise aus der US-PS 3 628 880 bekannt ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Diese öffnungen sind hier jedoch nicht beschrieben, um die Darstellung zu vereinfachen.

Während des Betriebes einer solchen Schaufelbaugruppe in einem Gasturbinentriebwerk können Verschleiß, Beschädigung oder andere nachteilige Vorkommnisse an der Flügelprofilvorderrandwand 18 auftreten. Gemäß der Erfindung wird ein

Schaufelbaugruppensegment mit der Größe und der Form des Teils 24 von der Schaufelbaugruppe längs eines vorgewählten Weges 26 entfernt, der in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist und von dem bekannt ist, daß auf ihm während des Betriebes der Schaufelbaugruppe in einem Gasturbinentriebwerk relativ niedrige mechanische Spannungen auftreten. Beispielsweise wird während des Betriebes eine relativ große Biegekraft auf das Flügelprofilteil 16 insgesamt auf der Flügelprofilhauptteilwand zu dem Hinterrand 20 und der inne-

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ren Plattform 12 hin ausgeübt. Dadurch wird ein Bereich relativ hoher mechanischer Spannung zu der Vorderrandwand 18 hin erzeugt, der sich der äußeren Plattform 14 nähert. Es ist weiter festgestellt worden, daß ein Bereich relativ niedriger Spannung an der Vorderrandwand liegt, der sich der inneren Plattform 12 nähert, aber diese nicht erreicht. Daher ist für die Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten LeitSchaufelbaugruppe der vorgewählte Weg, der relativ niedrige mechanische Spannungen erfährt, der gestrichelt dargestellte Weg 26. Das Entfernen des durch den Weg 26 umschlossenen Teils ergibt eine erste Paß- und Verbindungswandfläche

Gemäß der Erfindung wird ein Ersatzteil 24 im wesentlichen desselben Materialtyps und mit einer Größe und Form hergestellt, die mit denen des entfernten Leitschaufelbaugruppensegments übereinstimmen, das durch den vorgewählten Weg 26 umschlossen ist. Das Ersatzteil 24 hat eine zweite Paß- und Verbindungswandfläche 30, die mit der ersten Paß- und Verbindungswandfläche 28 zusammenpaßt, so daß das Ersatzteil 24 mit der Leitschaufelbaugruppe 10 in enge Deckung gebracht werden kann. Zweckmäßig kann das Ersatzteil 24 in herkömmlicher Weise in Feinguß hergestellt werden, beispielsweise unter Verwendung des Wachsausschmelzverfahrens, das im allgemeinen bei der Herstellung der Leitschaufelbaugruppe benutzt wird.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung in dessen Beziehung zu dem vorgewählten Weg 26 und der Ausdehnung des Ersatzteils 24 ist die Tatsache, daß sich der vorgewählte Weg 26 und damit die Größe und die Form des Ersatzteils 24 wenigstens teilweise in ein Plattformteil, beispielsweise das Plattformteil 14 in Fig. 1, erstrecken. Das ist notwendig, um die Gasstrombelastung des Flügelprofilteils in die Tragkonstruktion abzuleiten. . Diese Sicherstellung einer guten Belastungsübertragung ist besonders bedeutsam, wenn die erste Schaufel eines Schaufelpaares in einem Leitschaufelsegment, beispielsweise die in Fig. 1

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gezeigte linke Schaufel, repariert wird. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist daher das Vorsehen eines Ersatzteils, das einen Ersatz für einen Teil des Flügelprofilteils, dessen Verbindung längs Linien mit relativ niedriger mechanischer Spannung erfolgen soll, und einen Teil aufweist, der Belastungen von diesem verbundenen Flügelprofilersatzteil zu einem angeschlossenen tragenden Teil außerhalb des Flügelprofilteils überträgt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in perspektivischer Teilansicht und in auseinandergezogener Darstellung in Fig. 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform wird der gesamte vordere Rand des Flügelprofilteils ersetzt. Darüber hinaus sind Teile von beiden tragenden Plattformen entfernt und in das Ersatzteil aufgenommen worden. Es sei angemerkt, daß die entfernten Teile der Plattform, wie beispielsweise der Plattform 14 in Fig. 1 und der Plattformen 12 und 14 in Fig. 2, sich nicht vollständig durch die Vorderrandteile der Plattform erstrecken, wie bei der Schiene 14a in Fig. 1 und den Schienen 12a und 14a in Fig. 2. Das wird bevorzugt, um die Integrität solcher Konstruktionen aufrechtzuerhalten und um, insbesondere in dem Fall der Schiene 14a, zu vermeiden, daß ein Ersatz eines Teils eines tragenden Teils besonders bedeutsame Toleranzbeschränkungen hat.

Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Diese Ausführungsform beinhaltet das Auswählen des Weges 26, um ein Ersatzteil zu schaffen, das eine Vorderrandwandteilspitze 30a hat, und zwar als einen Teil der Paß- und Verbindungswandfläche, die zu der Hauptteilwand 22 hin, von dom vordersten Vorderrand 18a weg und zu dem benachbarLen Plattformteil 12a hin geneigt oder verjüngt ist. Die Spitze 30a verjüngt sich somit zu dem hinteren Rand 20 hin und von dem Plattformteil 14b des in Fig. 1 gezeigten

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Ersatzteils weg. Eine solche Anordnung verriegelt den Vorderrandteil des Ersatzteils an dem in dem Schaufelbaugruppenflügelprofilteil verbleibenden Vorderrandteil. Weiter werden dadurch von dem Flügelprofilteil zu der verbleibenden nichtentfernten Leitschaufelbaugruppe über deren verbleibenden Flügelprofilteil Belastungen auf das Ersatzteil übertragen, die sonst bestrebt wären, das Ersatzteil von dem Flügelprofilteil weg um einen in der äußeren Plattform 14 gelegenen Mittelpunkt zu drehen. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform überträgt somit das Ersatzteil nicht nur Belastungen auf das äußere tragende Plattformteil 14, sondern ist auch so aufgebaut, daß es jedwede zusätzlichen Biege- oder Drehbelastungen auf die verbleibende Leitschaufelbaugruppe an dem von der Plattform entfernten Teil des Ersatzteils überträgt. Diese Art von Konstruktion ist in der Ausführungsform von Fig. 2 selbstverständlich nicht enthalten, weil Belastungen von dem Flügelprofilteil auf jedes der tragenden Plattformteile 12 und 14 übertragen werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Teilansicht in Fig. 4 gezeigt, in welcher der Teil 14b der äusseren Plattform 14 nicht vollständig entfernt ist, wie in Fig. 1, sondern nur teilweise entfernt ist. Es ist daher ein beträchtlicher Stirnflächenteil an der Plattform 14 neben der Schiene 14a zum Anpassen und Verbinden an diesem Teil der äußeren Plattform 14 vorhanden. Das Ersatzteil für die Ausführungsform von Fig. 4 wird, wie oben beschrieben, eine Größe und eine Form haben, die mit denen des entfernten Teils der Leitschaufelbaugruppe übereinstimmen, einschließlich desjenigen Teils des Teils 14b, der einen Teil der Paß- und Verbindungswand 28 bildet.

Bei einer Auswertung der Erfindung wurde eine Leitschaufelbaugruppenkonfiguration benutzt, wie sie gegenwärtig in einem kommerziellen Gasturbinentriebwerk in Gebrauch ist.

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Zuerst wurde ein Teil der Vorderrandwand und der äußeren Plattform längs eines vorgewählten Weges 26, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, durch maschinelle Bearbeitung mittels elektrischer Entladung, wie sie üblicherweise auf dem Gebiet der Werkstoffabtragung benutzt wird, entfernt. Weil die Leitschaufelbaugruppe, die ausgewertet wurde, in einem Gasturbinentriebwerk im Einsatz gewesen war, wurde die verbleibende Leitschaufelbaugruppe dann gereinigt, indem Oberflächenverunreinigungen und überzüge, die beispielsweise zur Oxidations- und SuIfidationsbeständigkeit aufgebracht worden waren, entfernt wurden. Dieses Entfernen kann zwar durch verschiedenerlei bekannte Verfahren erfolgen, bei dieser Auswertung wurde jedoch ein in der US-PS 4 098 450 beschriebenes Verfahren benutzt. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf diese Patentschrift verwiesen. Dieses Verfahren beinhaltet, die Oberfläche mit in einem Gas vorliegenden aktiven Fluoridionen in Berührung zu bringen, um Oxide zu entfernen.

Weil dieser Weg vorgewählt wurde, wurde durch Feingießen unter Verwendung des Wachsausschmelzverfahrens ein Ersatzteil aus der "Rene¹ 80"-Legierung und mit einer Konfiguration hergestellt, die mit der des von der Leitschaufelbaugruppe entfernten Segments übereinstimmte. Das Ersatzteil wurde mit der Leitschaufelbaugruppe an den Oberflächen, von denen das Material abgetragen worden war, über einem relativ schmalen und kontrollierten Spalt in Deckung gebracht. Anschließend wurde das Ersatzteil mit der Leitschaufelbaugruppe unter Verwendung eines Gemisches des oben beschriebenen Verbindungspulvers auf Nickelbasis und eines Pulvers der oben beschriebenen "Rene' 80"-Legierung in einem Vakuumhartlötverfahren verbunden. Das Ergebnis war eine reparierte Leitschaufelbaugruppe, die ein mit ihr fest metallurgisch verbundenes Ersatzteil an ihrem Vorderrandteil und wenig-

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stens einen ihrer tragenden Plattformteile hatte.

Das Verbinden des Ersatzteils mit dem übrigen Teil der Leitschaufelbaugruppe erfolgt, wie oben erwähnt, durch ein Nichtschmelzverfahren, beispielsweise durch Hartlöten im Vakuum, eutektisches Hartlöten, isostatisches Warmpressen und Diffusionsverbinden. Es ist festgestellt worden, daß das Schmelζverbinden, wie beispielsweise das Schmelzschweißen, zur Erzeugung von zusätzlichen mechanischen Spannungen in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Ersatzteil und der Leitschaufelbaugruppe führen und schließlich eine Rißbildung sowie eine Verwindung erzeugen kann. Deshalb soll die Bedeutung des hier benutzten Begriffes "metallurgisches Verbinden" Schmelζverbindungsverfahren ausschließen.

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Claims

Ansprüche:

Verfahren zum Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppe die ein inneres und mit Abstand davon ein äußeres tragendes Plattformteil sowie ein dazwischen angeordnetes Flügelprofilteil hat, welch letzteres eine Vorderrandwand, einen Hinterrandteil und dazwischen eine Hauptteilwand hat, die gemeinsam einen hohlen Innenraum des Flügelprofilteils begrenzen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Entfernen eines Schaufelbaugruppensegments von der Schaufelbaugruppe, das wenigstens einen Teil der Vorderrandwand, einen Teil der Flügelprofilhauptteilwand, der mit dem Vorderrandwandteil verbunden ist, und einen Teil wenigstens eines tragenden Plattformteils, der mit dem Vorderrandwandteil verbunden ist, aufweist;

wobei das Schaufelbaugruppensegment entfernt wird, um eine erste Paß- und Verbindungswandfläche an der Schaufelbaugruppe längs eines vorgewählten Weges zu schaffen, der während des Betriebes des Flügelprofilteils in einem Gastur-

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binentriebwerk relativ geringe mechanische Beanspruchungen erfährt;

Herstellen eines Ersatzteils im wesentlichen desselben Materialtyps und mit einer Größe und einer Form, die mit der des entfernten Schaufelbaugruppensegments übereinstimmen, wobei das Ersatzteil eine zweite Paß- und Verbindungswandfläche aufweist, die mit der ersten Paß- und Verbindungswandfläche zusammenpaßt;

Indeckungbringen der ersten und der zweiten Paß- und Verbindungsfläche; und anschließend

metallurgisches Verbinden des Ersatzteils mit der Schaufelbaugruppe an den Paß- und Verbindungswandflächen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Schaufelbaugruppe entfernte Schaufelbaugruppensegment aufweist: einen ersten Vorderrandwandteil, der kleiner als die gesamte Vorderrandwand ist, die zwischen dem inneren und dem äußeren Plattformteil angeordnet ist, um dadurch einen zweiten Vorderrandwandteil an der Schaufelbaugruppe stehen zu lassen; einen Teil der Flügelprofilhauptteilwand, der mit dem ersten Vorderrandwandteil verbunden ist; und einen Teil eines der tragenden Plattformteile, der mit dem ersten Vorderrandwandteil verbunden ist; daß ein Teil des vorgewählten Weges zwischen dem ersten Vorderrandwandteil und dem zweiten Vorderrandwandteil angeordnet und zu dem Hinterrandteil und zu dem anderen der tragenden Plattformteile geneigt ist; und daß das Ersatzteil mit derselben Größe und Form wie das entfernte Schaufelbaugruppensegment hergestellt wird, wodurch der Vorderrandwandteil des Ersatzteils mit dem zweiten Vorderrandwandteil, der an der Schaufelbaugruppe stehengelassen worden ist, verriegelt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelbaugruppensegment Teile sowohl des inneren als auch des äußeren tragenden Plattformteils, die gesamte Vorderrandwand dazwischen und einen Teil der Flügelprofilwand, der mit der Vorderrandwand verbunden ist, aufweist.
4. Feingußersatzteil für ein Segment einer luftgekühlten Gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppe (10)ydie ein inneres und mit Abstand davon ein äußeres tragendes Plattformteil -(12_r 14X sowie ein dazwischen angeordnetes Flügelprofilteil (16) aufweist, welch letzteres eine Vorderrandwand (18), einen Hinterrandteil (20) und dazwischen eine Hauptteilwand (22) hat, die zusammen einen hohlen Innenraum des Flügelprofilteils begrenzen, gekennzeichnet durch:
wenigstens einen Teil der Vorderrandwand (18);

einen Teil der Flügelprofilhauptteilwand (22) , der mit dem Vorderrandwandteil (18) verbunden ist; und
einen Teil wenigstens eines tragenden Plattformteils (14), der mit dem Vorderrandwandteil verbunden ist.
5. Ersatzteil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch im
wesentlichen folgende Merkmale:

einen Teil eines der tragenden Plattformteile;
wobei der Vorderrandwandteil (18a) kleiner ist als die gesamte Vorderrandwand (18) , die zwischen dem inneren und dem
äußeren Plattformteil (12, 14) angeordnet ist, und eine Vorderrandwandteilspitze (30a) entfernt von dem Teil des tragenden Plattformteils (14) und geneigt von dem Vorderrandwandteil weg und zu dem Teil der Flügelprofilhauptteilwand (22) hin sowie von dem Teil des tragenden Plattformteils (14) weg aufweist.
6. Ersatzteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Teile sowohl des inneren als auch des äußeren tragenden Plattformteils (12, 14) und die gesamte Vorderrandwand (18) dazwischen aufweist.

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