DE3110180C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren einer luft­ gekühlten Gasturbinentriebwerksschaufelbaugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 36 50 635 ist ein derartiges Verfahren zum Reparieren luftgekühlter Schaufeln einer Gasturbine bekannt, bei dem ein beschädigter vorderer Randbereich von dem Flügel­ profilteil entfernt und durch entsprechend geformtes Ersatz­ teil ersetzt wird. Bei dem vorbekannten Verfahren enthält das entfernte Segment lediglich die Vorderrandwand und einen damit verbundenen Teil der Flügelprofilhauptteilwand, was zur Folge hat, daß nicht sichergestellt ist, daß das entsprechende, mit der so geschaffenen Paß- und Verbindungswandfläche verbundene Ersatzteil dauerhaft allen auftretenden Belastungen standhält.

Aus der US-PS 35 74 924 ist ein Verfahren zum Reparieren einer Turbinenschaufel bekannt, bei dem das Ersatzteil mit der restlichen Turbinenschaufel metallurgisch verbunden wird. Das Abstract der JP 54-1 06 708 offenbart einen Schnitt durch ein Turbinenschaufelkopfteil.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die reparierte Schaufel eine erhöhte Festigkeit und Stabilität aufweist, wobei gleichzeitig vermieden sein soll, daß das Ersatzteil besonders bedeutsame Toleranzbeschränkungen hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das vordere Rand­ segment entlang einer Schnittlinie von der Schaufel entfernt, die längs eines vorgewählten Weges liegt, der während des Be­ triebs der Schaufel relativ geringe mechanische Beanspruchungen erfährt und durch wenigstens eine tragende Plattform verläuft, wodurch zusätzlich zu dem vorderen Randbereich ein Teil we­ nigstens eines tragenden Plattformteils weggeschnitten wird, der sich jedoch nicht bis zu dem vorderen Rand des Plattform­ teils erstreckt. Dieser besondere Schnittverlauf hat zur Folge, daß das angesetzte Ersatzteil die Belastungen, denen es im Betrieb ausgesetzt ist, direkt in die Tragkonstruktion ab­ leitete, wodurch eine optimale Belastungsübertragung erzielt ist. Dies führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Festig­ keit der auf diese Weise reparierten Schaufel. Da die Ver­ bindungsfläche zwischen dem Ersatzteil und der restlichen Schaufel auf Linien mit relativ niedriger mechanischer Spannung liegt, ist die Belastung der Verbindungsfläche ver­ hältnismäßig niedrig gehalten.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen­ den unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher be­ schrieben. Es zeigen:

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 Leitschaufelbaugruppen­ typs mit einer weiteren Ausführungsform des entfernt davon dargestellten Ersatz­ teils;

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

Fig. 4 eine Teilansicht von noch einer weiteren Ausfüh­ rungsform 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 ent­ hält ein inneres Plattformteil 12, mit Abstand davon ein äußeres Plattformteil 14 und ein dazwischen befestigtes und insgesamt mit 16 bezeichnetes Flügelprofilteil. Das Flügel­ profilteil 16 hat eine Vorderrandwand 18, einen Hinterrand­ teil 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 vor­ gesehen, wie es beispielsweise aus der US-PS 36 28 880 be­ kannt 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 Flügelprofil­ vorderrandwand 18 auftreten. Gemäß der Erfindung wird ein Schaufelbaugruppensegment mit der Größe und der Form des Teils 24 von der Schaufelbaugruppe längs eines vorgewähl­ ten Weges 26 entfernt, der in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist und von dem bekannt ist, daß auf ihm während des Betrie­ bes der Schaufelbaugruppe in einem Gasturbinentriebwerk relativ niedrige mechanische Spannungen auftreten. Bei­ spielsweise wird während des Betriebes eine relativ große Biegekraft auf das Flügelprofilteil 16 insgesamt auf der Flügelprofilhauptteilwand zu dem Hinterrand 20 und der inne­ 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 er­ reicht. Daher ist für die Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Leitschaufelbaugruppe der vorgewählte Weg, der relativ niedrige mechanische Spannungen erfährt, der ge­ strichelt dargestellte Weg 26. Das Entfernen des durch den Weg 26 umschlossenen Teils ergibt eine erste Paß- und Verbindungswandfläche 28.

Gemäß der Erfindung wird ein Ersatz­ teil 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 Wachsausschmelz­ verfahrens, das im allgemeinen bei der Herstellung der Leit­ schaufelbaugruppe benutzt wird.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung in dessen Beziehung zu dem vorgewählten Weg 26 und der Ausdeh­ nung des Ersatzteils 24 ist die Tatsache, daß sich der vorge­ wählte Weg 26 und damit die Größe und die Form des Ersatz­ teils 24 wenigstens teilweise in ein Plattformteil, bei­ spielsweise das Plattformteil 14 in Fig. 1, erstrecken. Das ist notwendig, um die Gasstrombelastung des Flügelprofil­ teils in die Tragkonstruktion abzuleiten. Diese Sicher­ stellung einer guten Belastungsübertragung ist besonders be­ deutsam, wenn die erste Schaufel eines Schaufelpaares in einem Leitschaufelsegment, beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte linke Schaufel, repariert wird. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist daher das Vorsehen eines Ersatz­ teils, das einen Ersatz für einen Teil des Flügelprofilteils, dessen Verbindung längs Linien mit relativ niedriger mecha­ nischer Spannung erfolgen soll, und einen Teil aufweist, der Belastungen von diesem verbundenen Flügelprofilersatzteil zu einem angeschlossenen tragenden Teil außerhalb des Flügel­ profilteils überträgt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in perspekti­ vischer Teilansicht und in auseinandergezogener Darstellung in Fig. 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform wird der gesam­ te vordere Rand des Flügelprofilteils ersetzt. Darüber hin­ aus 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 Vor­ derrandwandteilspitze 30a hat, und zwar als einen Teil der Paß- und Verbindungswandfläche, die zu der Hauptteilwand 22 hin, von dem vordersten Vorderrand 18a weg und zu dem benach­ barten Plattformteil 12a hin geneigt oder verjüngt ist. Die Spitze 30a verjüngt sich somit zu dem Hinterrandteil 20 hin und von dem Plattformteil 14b des in Fig. 1 gezeigten Ersatzteils weg. Eine solche Anordnung verriegelt den Vor­ derrandteil des Ersatzteils an dem in dem Schaufelbau­ gruppenflügelprofilteil verbleibenden Vorderrandteil. Weiter werden dadurch von dem Flügelprofilteil zu der verbleibenden nichtentfernten Leitschaufelbaugruppe über deren verbleiben­ den Flügelprofilteil Belastungen auf das Ersatzteil übertra­ gen, die sonst bestrebt wären, das Ersatzteil von dem Flü­ gelprofilteil weg um einen in der äußeren Plattform 14 gele­ genen Mittelpunkt zu drehen. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform überträgt somit das Ersatzteil nicht nur Belastungen auf das äußere tragende Plattformteil 14, son­ dern ist auch so aufgebaut, daß es jedwede zusätzlichen Biege- oder Drehbelastungen auf die verbleibende Leitschau­ felbaugruppe an dem von der Plattform entfernten Teil des Ersatzteils überträgt. Diese Art von Konstruktion ist in der Ausführungsform von Fig. 2 selbstverständlich nicht enthal­ ten, weil Belastungen von dem Flügelprofilteil auf jedes der tragenden Plattformteile 12 und 14 übertragen werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in der Teil­ ansicht in Fig. 4 gezeigt, in welcher der Teil 14b der äu­ ßeren 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, einschließ­ lich desjenigen Teils des Teils 14b, der einen Teil der Paß- und Verbindungswand 28 bildet.

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

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 elek­ trischer Entladung, wie sie üblicherweise auf dem Gebiet der Werkstoffabtragung benutzt wird, entfernt. Weil die Leit­ schaufelbaugruppe, die ausgewertet wurde, in einem Gastur­ binentriebwerk im Einsatz gewesen war, wurde die verbleiben­ de Leitschaufelbaugruppe dann gereinigt, indem Oberflächen­ verunreinigungen und Überzüge, die beispielsweise zur Oxi­ dations- und Sulfidationsbeständigkeit aufgebracht worden waren, entfernt wurden. Dieses Entfernen kann zwar durch verschiedenerlei bekannte Verfahren erfolgen, bei dieser Auswertung wurde jedoch ein in der US-PS 40 98 450 beschrie­ benes 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 Ersatz­ teil aus der "Rene′ 80"-Legierung und mit einer Konfigura­ tion hergestellt, die mit der des von der Leitschaufelbau­ gruppe 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. An­ schließend wurde das Ersatzteil mit der Leitschaufelbau­ gruppe unter Verwendung eines Gemisches des oben beschriebe­ nen Verbindungspulvers auf Nickelbasis und eines Pulvers der oben beschriebenen "Rene′ 80"-Legierung in einem Vakuumhart­ lötverfahren verbunden. Das Ergebnis war eine reparierte Leitschaufelbaugruppe, die ein mit ihr fest metallurgisch verbundenes Ersatzteil an ihrem Vorderrandteil und wenig­ stens einen ihrer tragenden Plattformteile hatte.

Das Verbinden des Ersatzteils mit dem übrigen Teil der Leit­ schaufelbaugruppe erfolgt, wie oben erwähnt, durch ein Nicht­ schmelzverfahren, beispielsweise durch Hartlöten im Vakuum, eutektisches Hartlöten, isostatisches Warmpressen und Diffusionsverbinden. Es ist festgestellt worden, daß das Schmelzverbinden, 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 Riß­ bildung sowie eine Verwindung erzeugen kann. Deshalb soll die Bedeutung des hier benutzten Begriffes "metallurgisches Verbinden" Schmelzverbindungsverfahren ausschließen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Reparieren einer luftgekühlten Gasturbinen­ triebwerksschaufelbaugruppe, die ein inneres und mit Abstand davon ein äußeres tragendes Plattformteil sowie ein dazwischen angeordnetes Flügelprofilteil hat, welch letzteres eine Vorder­ randwand, einen Hinterrandteil und dazwischen eine Hauptteil­ wand hat, die gemeinsam einen hohlen Innenraum des Flügel­ profilteils begrenzen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Entfernen eines Schaufelbaugruppensegments von der Schaufel­ baugruppe (10), das wenigstens einen Teil der Vorder­ randwand (18, 18a), einen Teil der Flügelprofilhauptteil­ wand (22), der mit dem Vorderrandwandteil verbunden ist, und einen Teil wenigstens eines tragenden Plattformteils (12, 14), der mit dem Vorderrandwandteil verbunden ist und sich nicht vollständig bis zum vorderen Rand des tra­ genden Plattformteils erstreckt, aufweist, wobei das Schaufelbaugruppensegment entfernt wird, um eine erste Paß- und Verbindungswandfläche (28) an der Schaufelbau­ gruppe (10) längs eines vorgewählten Weges zu schaffen, der während des Betriebs des Flügelprofilteils in einem Gasturbinentriebwerk relativ geringe mechanische Bean­ spruchungen erfährt,
• b) Herstellen eines Ersatzteils (24) im wesentlichen desselben Materialtyps und mit einer Größe und einer Form, die mit der des entfernten Schaufelbaugruppensegments übereinstimmen, wobei das Ersatzteil (24) eine zweite Paß- und Verbindungs­ wandfläche (30) aufweist, die mit der ersten Paß- und Verbindungswandfläche (28) zusammenpaßt,
• c) Indeckungbringen der ersten und der zweiten Paß- und Ver­ bindungsfläche (28, 30) und anschließend
• d) metallurgisches Verbinden des Ersatzteils (24) mit der Schaufelbaugruppe an den Paß- und Verbindungswandflächen ohne Schmelzverbindungsverfahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das von der Schaufelbaugruppe (10) entfernte Schaufelbau­ gruppensegment einen ersten Vorderrandwandteil, der kleiner als die gesamte Vorderrandwand (18a) ist, die zwischen dem inneren und dem äußeren Plattformteil (12, 14) angeordnet ist, um dadurch einen zweiten Vorderrandwandteil an der Schaufelbaugruppe (10) stehen zu lassen, einen Teil der Flügel­ profilhauptteilwand (22), der mit dem ersten Vorderrandwand­ teil verbunden ist, und einen Teil eines der tragenden Platt­ formteile (12, 14) aufweist, der mit dem ersten Vorderrand­ wandteil verbunden ist,
daß ein Teil des vorgewählten Weges (26) zwischen dem ersten Vorderrandwandteil und dem zweiten Vorderrandwandteil angeord­ net und zu dem Hinterrandteil (20) und zu dem anderen der tragenden Plattformteile geneigt ist, und
daß das Ersatzteil (24) mit derselben Größe und Form wie das entfernte Schaufelbaugruppensegment hergestellt wird, wo­ durch der Vorderrandwandteil des Ersatzteils (24) mit dem zweiten Vorderrandwandteil, der an der Schaufelbaugruppe (10) stehen gelassen worden ist, verriegelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelbaugruppensegment Teile sowohl des inneren als auch des äußeren tragenden Plattformteils (12, 14) die gesamte Vorderrandwand (18) dazwischen und einen Teil der Flügelprofilwand (22), der mit der Vorderrandwand (18) ver­ bunden ist, aufweist.