DE3942271C2

DE3942271C2 -

Info

Publication number: DE3942271C2
Application number: DE19893942271
Authority: DE
Inventors: Winfried 3032 Fallingbostel De Hansel
Original assignee: MTU Maintenance GmbH
Current assignee: MTU Maintenance GmbH
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1993-04-01
Also published as: DE3942271A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines Flammrohres für Gasturbinenbrennkammern mit Thermoermüdungsrissen, wobei beschädigte Bereiche des Flammrohres abgetrennt und durch Ein schweißen neuer Abschnitte ersetzt werden.

Derartige Thermoermüdungsrisse werden in Zonen hoher Temperatur belastung von Blechbauteilen in Gastriebwerken wie Flammrohren, Brennkammern oder Schubdüsenauskleidung festgestellt. Bekannte Reparaturverfahren sehen vor, die Thermomündungsrisse zu ermitteln und sichtbar zu machen wie beispielsweise mittels Farbeindring methode. Anschließend werden V- oder X-förmige Nuten entlang der Thermoermüdungsrisse eingeschliffen und einseitig (bei einer V-Nut) oder beidseitig (bei einer X-Nut) mit einer Schmelzraupe belegt.

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß es einer Automati sierung und damit einer weiteren Kostenreduzierung äußerst schwer zugänglich ist, da jeder Thermoermüdungsriß individuell nachge wiesen, nachgeschliffen und nachgeschweißt werden muß. Zum anderen hinterläßt diese Reparaturmethode Sekundärschäden im Werkstoff und vor allem in der geometrischen Struktur des Bauteils, da sich bei der Schweißung ein dendritisches Erstarrungsgefüge bildet, das eine Werkstoffversprödung und einen Werkstoffverzug verursacht, so daß bei Flammrohren von Gasturbinenbrennkammern nach drei Reparatur intervallen das gesamte Bauteil verschrottet werden muß.

Ein weiteres aus DE-OS 31 13 380 bekannte Reparaturverfahren sieht vor, daß der Brenner eines Gasturbinentriebwerks Einsätze aufweist, die einen Teil der Flammrohraußenwand, abstandshaltende Rippen und einen Teil der Flammrohrinnenwand umfassen. Diese Einsätze werden bei Beschädigung der Flammrohrinnenwand komplett ersetzt. Dieses Reparaturverfahren hat den Nachteil, daß ein speziell konstruierter komplex gestalteter und teurer Abschnitt der Brennwand aus Flammrohr außenwand, abstandshaltenden Rippen und Flammrohrinnenwand heraus zutrennen und zu ersetzen ist, von dem lediglich ein Bruchteil durch Thermorisse beschädigt ist.

Aus US-PS 36 50 635 ist ein Reparaturverfahren für Schaufelkanten von Turbinenschaufeln bekannt, das speziell auf die Kornstruktur von Turbinenschaufeln abgestimmt ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es einer weitgehenden Automatisierung nicht zugäng lich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reparatur eines Flammrohres für Gasturbinenbrennkammern mit Thermoermüdungsrissen anzugeben, das weitgehend automatisch durchgeführt werden kann, die Zahl der Reparaturintervalle vergrößert und die Kosten vermindert.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zunächst der beschädigte Bereich von sich überlappenden flammseitig liegenden ringförmigen Wandabschnitten des Flammrohres unter Beibehaltung der Flammrohr außenwand abgetrennt wird, ein paßgenauer Ring oder ein Ringsegment als Ersatzteil hergestellt, positioniert und an Stellen des schad haften Bereichs eingeschweißt wird, wozu das Flammrohr drehbar um seine Achse gelagert wird und eine in axialer und radialer Richtung verschiebliche Halterung die Trenn- und Schweißmittel führt.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß mittels einer metallographischen Probe eine geschädigte Randzone eines Wandabschnittes durch erhöhte Ausscheidung an den Krongrenzen feststellbar ist und die zeitaufwen dige individuelle Ermittlung vieler Thermoermüdungsrisse entfällt. Ferner hat die Lösung den Vorteil, daß die Abtrennung der be schädigten Randzone und das Ersetzen durch ausscheidungsarmes Mate rial automatisiert werden kann. Die Anzahl der Reparaturintervalle hängt nicht mehr vom zunehmenden Versprödungsgrad der gefährdeten und hochtemperaturbelasteten, flammseitig liegenden, ringförmigen Wandabschnitte, sondern von dem Verbrauch von unbeschädigtem Material beim Ersetzen der beschädigten Randzone ab. Dieser Ver brauch kann soweit eingeschränkt werden, daß die Anzahl der Reparaturintervalle gegenüber der bisherigen Technik vervielfacht werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Ringe und Ringsegmente verzugsarm eingebaut werden können. Damit wird durch dieses Reparaturverfahren die Sekundärluftverteilung zur Kühlung der ringförmigen Wandab schnitte nicht beeinträchtigt und entspricht derjenigen eines Neu teils.

An den Wandabschnitten, die einseitig und radial innen betriebsbe dingten Hochtemperaturbelastungen ausgesetzt waren und Thermoermü dungsrisse zeigen, wird deshalb eine Randzone metallographisch ermit telt die eine Anreicherung von Korngrenzenausscheidungen aufweist.

Diese Randzone wird abgetrennt indem das Flammrohr in eine Drehvor richtung eingespannt wird und mit einer Trenn- oder Schleifscheibe die beschädigte Randzone abgeschliffen wird. Anschließend werden vorbereitete Ringe oder Ringsegmente an den unbeschädigten Rest des ringförmigen Wandabschnittes angeheftet und angeschweißt. Diese Reparatur kann vorteilhaft vom Trennen bis zum Anschweißen der Ring segmente in einer drehbaren Reparaturvorrichtung vollautomatisch erfolgen.

Beim Anschweißen der Ringe oder Ringsegmente an die ringförmigen Wandabschnitte wird von diesen ein geringer Anteil an Material ver braucht, so daß bei einer Wiederholung der Reparatur dieser Anteil ebenfalls abzutrennen ist. Die Anzahl der Reparaturintervalle wirkt durch diesen Materialverbrauch beim Anschweißen nach oben begrenzt und liegt um den Faktor 2 bis 10 höher als bei dem bekannten Ver fahren.

Eine weitere Steigerung der Anzahl der Reparaturintervalle ist mög lich, wenn zunächst mit dem bekannten Rißschweißverfahren bis zu dreimal repariert wird und danach erst das erfindungsgemäße Repara turverfahren angewandt wird. Damit verdreifacht sich die mögliche Anzahl von Reparaturintervallen auf den Faktor 6 bis 30.

Die Anzahl der vorgefertigten Ringe oder Ringsegmente beträgt vorzugsweise 1 bis 24 für eine beschädigte Randzone. Diese Anzahl hat den Vorteil, daß Flammrohre mit kleinen und großen Durchmessern repa riert werden können.

Ein bevorzugtes Verfahren ist, daß die Ringe oder Ringsegmente den ringförmigen Wandabschnitten im Bereich der beschädigten Ringzone nachgebildet werden und Sicken, Wellen- oder Sägezahnprofile am Außenumfang vor einem Heften und Anschweißen der Ringe oder Ring segmente eingebracht werden. Derartige Profile dienen der Abstandshalterung zwischen zwei sich überlappenden ringförmigen Wandabschnitten und zur gleichmäßigen Verteilung von kühlender Sekundärluft, die zwischen den überlappenden Wandab schnitten zugeführt wird. Hierzu können vorteilhaft bekannte Stanz- und Prägewerkzeuge eingesetzt werden.

Zur Verminderung der Kosten wird vorzugsweise von einem Bauteil mit mehreren beschädigten Wandabschnitten nur die Randzone metallogra phisch untersucht, die im Betrieb der höchsten Temperaturbelastung ausgesetzt ist und alle übrigen entsprechend dem Schädigungsgrad dieser Randzone abgetrennt und ersetzt. Damit werden die Reparatur kosten weiter vermindert.

Die folgenden Beispiele und Figuren zeigen erpobte Anwendungsbei spiele der Erfindung.

Beispiel 1 beschreibt das Reparaturverfahren eines Flammrohres einer Gasturbinenbrennkammer und Beispiel 2 beschreibt das Reparaturver fahren eines bereits mehrfach thermorißreparierten Flammrohres.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Flammrohres,

Fig. 2 zeigt einen reparierten ringförmigen Wandabschnitt,

Fig. 3 zeigt die Reparaturen eines Flammrohres in einer Repara turvorrichtung.

Beispiel 1

An einem Flammrohr werden Thermoermüdungsrisse in flammseitig liegen den sich überlappenden Wandabschnitten sichtbar. Deshalb wird von einem der ringförmigen Wandabschnitte in der hochtemperaturbelasteten Randzone eine metallographische Probe erstellt. Die Breite einer abzutrennenden Randzone wird anhand des metallographischen Bildes von Korngrenzenausscheidungen und der Ausweitung von dendritischen Struk turen ermittelt. Alle Randzonen des Flammrohres werden in der ermit telten Breite abgetrennt. Da die Randzonen beispielsweise Sicken zur Abstandshalterung zwischen den Wandabschnitten und zur gleichmäßigen Verteilung von kühlender Sekundärluft tragen, werden die gleichen Sicken in vorgefertigte Ringsegmente eingeprägt. Jeweils 16 Rings egmente ersetzen bei diesem Beispiel eine Randzone, die durch An schweißen der Ringsegmente ersetzt wird.

Beispiel 2

Von einem mehrfach thermoermüdungsrißgeschweißten Flammrohr wird von dem am höchsten temperaturbelasteten Wandabschnitt eine kristallogra phische Probe hergestellt und ein hoher Anteil an dendritischen Erst arrungsgefüge und verstärkte Korngrenzenausscheidungen in seiner Randzone festgestellt. Ferner ist das Profil der am Außenrand einge formten Sicken durch Schweißnähte verändert, so daß keine optimalen Strömungsverhältnisse mehr vorliegen. Diese versprödeten und de formierten Randzonen werden von allen ringförmigen Wandabschnitten des Flammrohres abgetrennt und durch vorgefertigte Ringsegmente er setzt. Dazu werden für jede Randzone zwölf Ringsegmente mit einge prägten Sicken eingesetzt.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Flammrohres für Gastur binenbrennkammern mit Thermoermüdungsrissen 1, die teilweise durch Schweißnähte 2 repariert wurden. Sie bilden sich durch thermische Belastung der ringförmigen Wandabschnitte 3 und 4. Diese Wandab schnitte 3 und 4 überlappen sich und werden durch Sekundärluft 5, die von außen nach innen strömt, gekühlt. Das heiße Verbrennungsgas 6 im Innern des ringförmigen Wandabschnitts 4 belastet besonders eine in den Verbrennungsraum hineinragende Randzone 7 des ringförmigen Wand abschnitts 4, die daher häufig beschädigte Bereiche aufweist. Das kristallographische Gefüge dieser Randzone 7 al tert und zeigt verstärkt Ausscheidungen 8 an den Korngrenzen und als Folge der Versprödung durch Korngrenzenausscheidungen Thermoermü dungsrisse 1. Derartige Thermoermüdungsrisse 1 werden im vorherge henden Reparaturintervall durch Schweißnähte 2 mittels Handarbeit ausgebessert. Diese Reparatur führt besonders im Bereich von einge formten Sicken 9, die den Abstand zwischen dem ringförmigen Wandab schnitten 3 und der Randzone 7 des Wandabschnittes 4 sichern soll, zu Deformationen, die die gleichmäßige Verteilung von Sekundärluft 5 behindern. Die Wiederherstellung der ursprünglichen Strömungsbe dingungen wird erst durch ein Reparaturverfahren beispielsweise nach Fig. 2 möglich.

Fig. 2 zeigt einen reparierten ringförmigen Wandabschnitt 11 eines Flammrohres einer Gasturbinenbrennkammer, bei dem die geschädigte Randzone 7 aus Fig. 1 entfernt und ein Ringsegment 10, das vorgefer tigte Sicken 9 zur Abstandshaltung und Sekundärluftverteilung zwi schen dem Wandabschnitt 11 und dem Wandabschnitt 3 aufweist, mit V-förmiger Schweißnaht 33 angeschweißt wurde. Das Material des Ring segments 10 zeigt in seinem Gefüge geringere Korngrenzenaus scheidungen als das geschädigte Material, da es neu eingebracht wurde.

Fig. 3 zeigt die Reparatur eines Flammrohres 12 in einer Reparatur vorrichtung, wobei das Flammrohr 12 drehbar um seine Achse 13 an einer Grundplatte 14 befestigt ist. Das Flammrohr wird von sich über lappenden ringförmigen Wandabschnitten (15 bis 23) gebildet. Die nach innen stehenden Randzonen jedes Wandabschnittes sind rißgefährdet durch Thermoermüdung des Werkstoffs. Die Randzonen 24, 25 und 26 der Wandabschnitte 20, 21 und 22 zeigen Thermoermüdungsrisse. Mit einer Trennscheibe 27 wird die beschädigte Randzone des Wandabschnitts 20 abgetrennt. Die beschädigten Randzonen der Wandabschnitte 15 bis 19 sind bereits entfernt. Vorgefertigte Ringsegmente 28 und 29 sind mit Abstandssicken 31 an die Wandabschnitte 15 und 16 angeschweißt. An den Wandabschnitt 17 wird das Ringsegment 30 mit einer Inertgas Schweißelektrode 32 angeschweißt. Die Schweißelektrode 32 und die Trennscheibe 27 sind vorzugsweise mit einem Rahmen der Reparaturvor richtung über mindestens eine Haltevorrichtung (nicht abgebildet) derart verbunden, daß sie wahlweise nacheinander oder gleichzeitig in das Flammrohr 12 zum Trennen, Heften und Schweißen eingeführt und zum Positioniern radial und axial verschoben werden können, während das Flammrohr 12 mit der Grundplatte 14 um seine Achse 13 rotiert.

Claims

1. Verfahren zur Reparatur eines Flammrohres für Gastur binenbrennkammern mit Thermoermüdungsrissen, wobei beschädigte Bereiche des Flammrohres abgetrennt und durch Einschweißen neuer Abschnitte ersetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der beschädigte Bereich (7) von sich überlappenden flammseitig liegenden ringförmigen Wandabschnitten (3, 4) des Flammrohres (12) unter Beibehaltung der Flammrohraußenwand abgetrennt wird, ein paßgenauer Ring oder ein Ringsegment (10) als Ersatzteil hergestellt, positioniert und an Stellen des schadhaften Bereichs (7) eingeschweißt wird, wozu das Flammrohr (12) drehbar um seine Achse (13) gelagert wird und eine in axialer und radialer Richtung verschiebliche Halterung die Trenn- (27) und Schweißmittel führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe oder Ringsegmente (10) den ringförmigen Wandabschnitten (4) nach gebildet werden und Sicken (9), Wellen- oder Sägezahnprofile am Außenumfang vor einem Heften und Anschweißen der Ringe oder Ring segmente (10) eingebracht werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine Trenn- (27) oder Schleifscheibe zum Abtrennen oder Abschleifen der be schädigten Ringe oder Ringsegmente (10) und eine Schweißelektrode (32) zum Heften und Schweißen der Ersatzteile aufweist.