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Die Erfindung betrifft eine Abschirmung
zum Schützen
der Oberfläche
eines Strömungsprofils
in der Nähe
der Spitze des Strömungsprofils.
Insbesondere betrifft die Erfindung das Schützen des Strömungsprofils
gegen den Aufprall von Teilchen, die auf die Spitze eines derartigen
Strömungsprofils
gerichtet sind.
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Eine Axialströmungs-Rotationsmaschine, wie
beispielsweise eine Gasturbinenmaschine für ein Flugzeug, hat einen Verdichterabschnitt,
einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg
für Arbeitsmediumsgase
erstreckt sich axial durch die Abschnitte der Maschine. Eine Rotoranordnung
erstreckt sich axial durch die Maschine. Die Rotoranordnung weist
eine Mehrzahl von Rotorlaufschaufeln auf, die sich nach außen über den
Arbeitsmediums-Strömungsweg
in dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt erstrecken.
Eine Statoranordnung weist ein äußeres Gehäuse auf,
welches sich umfangsmäßig um den Strömungsweg
erstreckt, um den Arbeitsmediums-Strömungsweg zu begrenzen. Die
Statoranordnung hat Reihen von Statorleitschaufeln, die sich über den
Arbeitsmediums-Strömungsweg
zwischen den Reihen von Rotorlaufschaufeln sowohl in dem Verdichterabschnitt
als auch dem Turbinenabschnitt radial nach innen erstrecken.
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Die Rotorlaufschaufeln und die Statorleitschaufeln
sind Strömungsleitanordnungen.
Jede hat ein Strömungsprofil,
welches ausgelegt ist, Arbeitsmediumsgase aufzunehmen, mit diesen
wechselzuwirken und sie abzugeben, wenn die Gase durch die Maschine
strömen.
Strömungsprofile
in dem Turbinenabschnitt empfangen Energie von den Arbeitsmediumsgasen
und treiben die Rotoranordnung mit hohen Drehzahlen um eine Rotationsachse
an. Strömungsprofile
in dem Verdichterabschnitt übertragen Energie
auf die Arbeitsmediumsgase, um die Gase zu verdichten, wenn die
Strömungsprofile
um die Rotationsachse von der Rotoranordnung angetrieben werden.
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Strömungsprofile in beiden Abschnitten
erstrecken sich radial über
den Arbeitsmediums-Strömungsweg.
Die Strömungsprofile
erstrecken sich in enge Nähe
zu der benachbarten Statorstruktur, um eine Leckströmung der
Arbeitsmediumsgasen um die Spitzen der Rotorlaufschaufeln herum
zu unterbinden. Als Folge können
die Spitzen derartiger Strömungsprofile
gegen eine derartige Struktur während eines
Transientenbetriebs reiben. Alternativ sind die Spitzen dazu ausgelegt,
eine Nut oder einen Kanal in eine derartige Struktur zu schneiden.
Die Laufschaufeln ragen während
eines gleichmäßigen Betriebs
in den Kanal, um die Spitzen-Leckströmung zu verringern.
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Die Spitzen derartiger Strömungsprofile
sind häufig
mit einem abrasiven Material versehen und sind axial mit benachbarter
radialer Struktur ausgerichtet, die mit einem abradierbaren Material
versehen ist. Die Kombination aus abrasiven Spitzen mit einem abradierbaren
Material, welches radial von den Spitzen beabstandet ist, ermöglicht es
der Struktur, eine Bewegung der Laufschaufeln nach außen aufzunehmen
und einen Kontakt zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und der
benachbarten Struktur aufzunehmen. Das erfolgt ohne eine Zerstörung der
Spitzen- oder der Statorstruktur und ermöglicht es den Spitzen, die
erforderliche Nut zu schneiden, falls das erforderlich ist.
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Ein Substrat an der Strömungsprofilspitze kann
mit vielen Verfahren mit dem abrasiven Material versehen werden,
beispielsweise durch Pulvermetallurgieverfahren, Plasmasprühverfahren
und Elektroplatinierverfahren. Ein Beispiel eines Plasmasprühgeräts ist in
dem US-Patent 3 145 287 an Siebein et al. gezeigt, welches den Titel "Plasma Flame Generator
and Spray Gun" trägt. Bei
Siebein ist ein Plasma-ausbildendes Gas um einen elektrischen Bogen herum
angeordnet und wird durch eine Düse
geleitet. Das Gas wird in einen Plasmazustand überführt und verlässt den
Bogen un die Düse
als ein heißer
freier Plasmastrom. Pulver werden in den heißen freien Plasmastrom injiziert
und erwärmt.
Das erweichte Pulver wird auf die Oberfläche eines Substrats getrieben,
welches die Beschichtung erhält.
Andere Beispiele für
derartige Geräte
sind in den US-Patenten 3 851 140 an Coucher mit dem Titel "Plasma Spray Gun
and Method for Applying Coatings on a Substrate" und 3 914 573 an Muehlberger mit dem
Titel "Coating Heat
Softened Particles by Projection in a Plasma Stream of Mach 1 to
Mach 3 Velocity" gezeigt.
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Das Substrat wird typischerweise
präpariert zum
Aufnehmen der Teilchen durch Reinigen und Aufrauen der Oberfläche des
Substrats. Ein Verfahren verwendet eine Strahlgut-Strahlvorrichtung,
um abrasive Teilchen gegen das Substrat mittels Strahlgutstrahlen
zu treiben. Teile des Strömungsprofils werden
mit einer Maske oder Abschirmung maskiert oder abgeschirmt, um zu
vermeiden, dass die abrasiven Teilchen das Strömungsprofil und andere Bereiche
der Laufschaufel beschädigen.
Das Ausführen dieses
Arbeitsschritts in Herstellungsmengen erfordert eine Halterung für jede Laufschaufel,
um die Spitze der Laufschaufel während
des Strahlgutstrahlschritts abzustützen und eine Halterung zum
Abstützen
der Spitze der Laufschaufel während
des Beschichtens der Spitze des Strömungsprofils.
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Der Beschichtungsprozess erfolgt
bei Temperaturen, die viel höher
sind als die Temperaturen, bei denen der Strahlgutstrahlschritt
erfolgt. Die Laufschaufel kann nach dem Abschluss des Präparierens der
Oberfläche
der Beschichtung von der Halterung, die zum Strahlgutstrahlen verwendet
wird, entfernt werden. Sämtliche
Abschirmungen oder Masken, die bei hohen Temperaturen nicht überstehen
können, werden
dann entfernt. Die Laufschaufel wird in der Halterung wieder installiert
oder zu einer neuen Halterung verbracht. Das Verbringen der Laufschaufel zu
einer neuen Halterung oder das Entfernen der Laufschaufel von der
Halterung und die Neuinstallation erhöht die Handhabungszeit des
Prozesses und kann zu einer Beschädigung an der Laufschaufel
führen.
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Es ist bevorzugt, eine Abschirmung,
beispielsweise für
die Strömungsprofiloberfläche in der Nähe der Spitze,
zu verwenden, die sowohl das Auftreffen von aggressiven Teilchen
als auch die hohen Temperaturen des Plasmasprühprozesses überstehen kann. Metallabschirmungen,
die sich über
einige Strömungsprofile
erstrecken, wurden mit einer Schraubenbefestigung für die Abschirmung
verwendet. Ein Metallband mit einer Fahne wird in der Nähe der Spitze
zwischen der Abschirmung und dem Strömungsprofil installiert, um
den Spalt zwischen der relativ massiven Abschirmung und dem Strömungsprofil
zu füllen.
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Ein anderer Ansatz ist es, ein Hochtemperaturmaterial,
beispielsweise ein Aluminiumfolientape zu verwenden, welches geeignet
ist für
die Verwendung während
des Plasmasprühprozesses,
um die Maskierung oder Abschirmung zu schaffen. Das Aluminiumtape
ist auch geeignet für
die Verwendung während
des Strahlgutstrahlschritts. Das Aluminiumtape hat eine adhäsive Rückseite,
die verwendet wird, um das Tape an dem Strömungsprofil zu befestigen.
Das Tape muss präzise
installiert werden, um das korrekte Spiel zwischen der Oberseite
der Rotorlaufschaufel und dem Aluminiumtape beizubehalten, welches
als Maske oder Abschirmung fungiert. Falls es zu einem Fehler bei
der Installation kommt, wird das Tape mit Schwierigkeit wegen des
Klebstoffs entfernt und ein neues Tape installiert.
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Das Aluminiumtape bleibt sowohl für den Strahlgutstrahlschritt
als auch für
den Plasmabeschichtungsschritt in Position. Nach dem Entfernen von
der Strahlgutstrahlhalterung wird die Rotorlaufschaufel in der Beschichtungshalterung
wieder installiert. Nachdem Aufbringen der Plasmasprühbeschichtung
werden das Tape und sein Klebstoff entfernt, häufig mit Schwierigkeit, weil
der Klebstoff ein integrales Teil des Tapes ist und weil er Rückstände hinterlässt, selbst
nachdem das Tape entfernt ist. Das Tape ist teuer, arbeitsintensiv
aufzubringen, arbeitsintensiv zu entfernen und kann nicht wiederverwendet
werden.
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US-A-2 227 453 beschreibt eine Lackierabschirmung
zur Verwendung an Türen
und ähnlichen Gegenständen, wobei
eine Fahne an einem dem vorderen Rand der Abschirmung benachbarten
Rand gebildet ist.
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Folglich haben trotz des vorangegangenen Stands
der Technik die Wissenschaftler und Ingenieure der Anmelderin sich
bemüht,
die Abschirmungen zu verbessern, die während des Aufbringens der Beschichtungen
auf die Spitzen der Rotorlaufschaufeln verwendet werden.
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Die Erfindung basiert zum Teil auf
der Erkenntnis, dass eine Abschirmung für ein Strömungsprofil aus einer Materialstärke hergestellt
werden kann, die dünn
genug ist, zuzulassen, dass sich das Material an die Saugfläche und
die Druckfläche
des Strömungsprofils
anformt, und auch Fahnen aus dem Material hat, das dick genug ist,
um die Zugkraft der Installation aufzunehmen und eine Haltekraft
gegen eine straft oder streng anliegende (faying) Oberfläche auszuüben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung hat
eine Abschirmung zum Maskieren eines Strömungsprofils, welche die Spitze
des Strömungsprofils
exponiert, zwei Seitenbereiche in Profilsehnenrichtung, von denen
sich jeder von einer Vorderkante erstreckt und die an einem vorderen
Rand in Erstreckungsrichtung verbunden sind, wobei die zwei Seitenbereiche
mindestens zwei Fahnen haben, die sich von den hinteren Rändern erstrecken,
die jeweils angepasst sind, sich in einer straft anliegenden Beziehung
zu der anderen Seite zu erstrecken.
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Vorzugsweise hat jede Seite mindestens eine
Fahne.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind
die Fahnen einer jeden Seite mit den Fahnen der anderen Seite alternierend
ineinander gelegt und erstrecken sich in Erstreckungsrichtung zwischen
den Fahnen, um eine in Erstreckungsrichtung kontinuierliche Brücke zwischen
den Seitenbereichen an dem hinteren Rand der Verkleidung zu bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Maskieren der strömungslenkenden
Oberfläche
eines Strömungsprofils
und dabei Exponieren der Spitze zur Bearbeitung das Anordnen einer
zweiseitigen Abschirmung um das Strömungsprofil auf, deren Seitenbereiche
an einer Vorderkante verbunden sind und an den hinteren Rändern mit
Fahnen versehen sind, das Ziehen der Fahnen über die hinteren Ränder zu
der anderen Seite und das Pressen einer jeden Fahne in eine streng
anliegende Relation zu der anderen Seite, um die hinteren Ränder zusammenzupressen;
das Positionieren der Abschirmung in Erstreckungsrichtung relativ
zu der Spitze, zu irgendeiner Zeit vor dem Entfernen der Abschirmung;
und Entfernen der Abschirmung durch Aufbiegen der Fahnen von der
streng in Anlage befindelichen Seite, um die Abschirmung zu öffnen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist das Positionieren des Strömungsprofils
das Belassen eines Spalts G' zwischen
der Plattform des Strömungsprofils
und der Abschirmung auf, und das Entfernen der Abschirmung beinhaltet
das Schieben der Abschirmung in Erstreckungsrichtung weg von der
Spitze in den Spalt G' vor
dem Schrift des Entfernens der Abschirmung von dem Strömungsprofil,
um destruktive Wechselwirkung zwischen der Abschirmung und der Spitze
zu vermeiden.
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Ein Hauptmerkmal der vorliegenden
Erfindung ist eine Abschirmung für
ein Strömungsprofil
mit einer sich in Erstreckungsrichtung erstreckenden Vorderkante.
Ein weiteres Merkmal sind zwei Seitenbereiche, die sich in Profilsehnenrichtung
erstrecken. Jeder Seitenbereich hat einen hinteren Rand, der sich
in Erstreckungsrichtung erstreckt. Ein Hauptmerkmal des vorliegenden
Verfahrens zum Installieren und Entfernen der Abschirmung weist
das Anordnen der Abschirmung um das Strömungsprofil und das Ziehen
der Fahnen über
den hinteren Rand auf. Ein weiteres ist das Pressen einer jeden
Fahne von einer Seite in streng anliegende Relation zu dem anderen
Seitenbereich, um den anderen Seitenbereich gegen das Strömungsprofil
zu drücken.
Ein weiteres Merkmal ist das Positionieren der Abschirmung in Erstreckungsrichtung
zu irgendeiner Zeit vor dem Bearbeiten des Strömungsprofils. Ein weiteres
Merkmal ist das Positionieren der Abschirmung derart, dass ein Spalt
G' zwischen der
Plattform des Strömungsprofils
und der Abschirmung beibehalten wird und das Schieben der Abschirmung
in den Spalt G' nach dem
Aufbringen einer Beschichtung auf die Spitze des Strömungsprofils
vor dem Schritt des Separierens der Abschirmung von dem Strömungsprofil.
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Ein Hauptvorteil der vorliegenden
Erfindung ist die Geschwindigkeit, mit der eine Reihe von Rotorlaufschaufeln
oder Statorleitschaufeln abgeschirmt werden kann für einen
Beschichtungsprozess und zur Oberflächenpräparation, beispielsweise durch abrasives
Strahlen. Ein weiterer Vorteil ist die Geschwin digkeit und die Ökonomie,
was sich aus der Verwendung einer einzelnen Halterung zur Oberflächenpräparation
und den Beschichtungsprozess ergibt. Ein weiterer Vorteil sind die
verringerten Kosten für
die Oberflächenpräparation
und den Beschichtungsprozess, welche sich aus der Haltbarkeit von wiederverwendbaren
Abschirmungen ergeben, verglichen mit den Konstruktionen, die destruktive
Verwendung derartiger Abschirmungen benötigen. Ein weiterer Vorteil
ist die Qualität
der sich ergebenden Beschichtung, welche sich aus der Entfernbarkeit
der Abschirmung ohne ein Ausbrechen oder Zerkratzen der aufgebrachten
Beschichtung ergibt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden nun nur beispielhaft und mit Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, für
die gilt:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht in schematischer Weise, welche eine
Werkzeuganordnung der vorliegenden Erfindung und eine Vorrichtung
zum Treiben von erwärmten
Beschichtungsteilchen gegen die Spitzen einer Reihe von Rotorlaufschaufeln,
die in der Werkzeuganordnung angeordnet ist, zeigt.
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2 ist
eine perspektivische Teilansicht einer elastomeren Abschirmung zum
Abschirmen der Stirnfläche
der Befestigung.
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3 ist
eine perspektivische Teilansicht der in 1 gezeigten Werkzeuganordnung mit einer über der
Halterung installierten elastomeren Abschirmung und einer Vorrichtung
zum Treiben von abrasiven Teilchen gegen die Spitzen einer Reihe
von Rotorlaufschaufeln, die in der Halterung angeordnet sind.
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4 ist
eine perspektivische Teilansicht eines Teils der Halterung der in
den 1 und 3 gezeigten Werkzeuganordnung
in auseinander gezogener Weise, welche die Relation einer Wand der
Halterung zu einem mit der Wand zusammenwirkenden Ringelement zeigt,
wobei die Wand eine Mehrzahl von Schlitzen aufweist.
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5 ist
eine perspektivische auseinander gezogene Ansicht, welche die Relation
einer Rotorlaufschaufel, eines elastischen Blocks mit einem Schlitz,
der den Block daran anpasst, mit dem Strömungsprofil der Rotorlaufschaufel
zusammenzuwirken, und eine Metallabschirmung mit Seitenbereichen
zeigt, die daran angepasst sind, über dem Strömungsprofil einer Rotorlaufschaufel
angeordnet zu werden.
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5A ist
eine Ansicht, die mit der in der 5 gezeigten
perspektivischen Ansicht korrespondiert und die die gegenüber liegende
Seite der Rotorlaufschaufel mit der installierten Metallverkleidung
zeigt.
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6 ist
eine entlang den Linien 6-6 von 7 genommene
Schnittansicht, welche die Relation von der Halterung der Rotorlaufschaufel,
dem elastischen Block und der Metallverkleidung, wie in 5 gezeigt, zeigt.
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7 ist
eine Ansicht von zwei benachbarten Rotorlaufschaufeln, wobei die
Halterung aus Gründen
der Klarheit weggebrochen ist, wobei jede installiert eine Abschirmung
und einen Block hat, wobei sich die Blöcke in einer angrenzenden Relation erstrecken.
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8 ist
eine entlang den Linien 8-8 von 3 genommene
Schnittansicht, welche die Relation von der Halterung der Rotorlaufschaufel,
dem elastischen Block und der Metallabschirmung, wie in 3 gezeigt, zu der in der 2 gezeigten elastomeren
Abschirmung im installierten Zustand zeigt.
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9 ist
eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform der in 5 gezeigten Abschirmung, wobei
die Abschirmung Plattformschützer
für die
Rotorlaufschaufel hat, wobei die Schützer jeweils von einer Seite
der Metallabschirmung weg ragen.
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10 ist
eine Ansicht, die entlang der Linie 10-10 von 7 genommen ist und die Spitze eines Strömungsprofils
und eine Metallabschirmung zeigt, wobei die Abschirmung einen flachen
Rand an der ersten Seite der Abschirmung und einen abgeschrägten Rand
an der zweiten Seite der Metallabschirmung hat und die die Pfade
Pa und Pb von zwei Metallteilchen oder Pulverteilchen zeigt.
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11 ist
eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Einrichtung
zum Positionieren der Rotorlaufschaufel in der in der 1 gezeigten Halterung und
der in 9 gezeigten Abschirmung.
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1 ist
eine perspektivische, schematische Ansicht einer Werkzeuganordnung 10 und
einer Vorrichtung zum Treiben eines Partikelstroms in eine vorbestimmte
Richtung, wie sie durch eine Sprühbeschichtungsvorrichtung 12 repräsentiert
ist. Die Sprühbeschichtungsvorrichtung
weist eine Kanone 14 auf, die in Vertikalrichtung relativ
zu der Werkzeuganordnung verlagerbar ist. Die Sprühbeschichtungsvorrichtung
bildet ein erwärmtes
Plasma 16 aus, welches erwärmte Teilchen, wie beispielsweise erweichte
Zirconoxidteilchen, beinhaltet, die in dem erwärmten Plasma in Richtung auf
die Werkzeuganordnung getrieben werden. Eine Einrichtung zum Zuführen von
Wärme zu
der Werkzeuganordnung oder zum Entfernen von Wärme von der Werkzeuganordnung,
wie sie durch die Gasvorrichtung 18 dargestellt ist, befindet
sich in Strömungsverbindung
mit der Werkzeuganordnung.
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Die Werkzeuganordnung 10 zur
Verwendung mit der Spülbeschichtungsvorrichtung 12 befindet
sich in enger Nähe
zu der Vorrichtung. Die Werkzeuganordnung hat eine Rotationsachse
Ar. Mittel zum Antreiben der Werkzeuganordnung 22 drehbar um
die Rotationsachse Ar beinhalten einen rotationsfähigen Fuß 24,
der an der Werkzeuganordnung angeschlossen ist. Ein Gehäuse hat
eine Lagerungsanordnung 26 zum rotationsfähigen Abstützen des
Fußes.
Mittel zum rotationsfähigen
Antreiben des Fußes
um die Rotationsachse (nicht gezeigt) sind in dem Gehäuse angeordnet.
Derartige Mittel können einen
Riemenantrieb oder ein Getriebe zum Antreiben des Fußes um seine
Rotationsachse beinhalten.
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Die Werkzeuganordnung 10 weist
ein Ringelement 28 und eine Halterung 32 auf,
welche sich umfangsmäßig um die
Rotationsachse Ar erstrecken. Das Ringelement und die Halterung
sind aus einer geeigneten Legierung, beispielsweise MES 190 rostfreiem
Stahl, gebildet. Die Halterung hat ein Basisteil 34, welches
sich bezogen auf die Rotationsachse umfangsmäßig und radial außerhalb
erstreckt. Eine Wand 36 erstreckt sich in generell axialer
Richtung von dem Basisteil und umfangsmäßig um die Halterung. Die Wand
hat eine Mehrzahl von Schlitzen, wie durch die Schlitze 38 repräsentiert,
welche sich durch die Wand in generell radialer Richtung erstrecken.
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Eine Mehrzahl von Rotorlaufschaufeln 42 ist in
der Halterung angeordnet. Jede Rotorlaufschaufel hat ein Strömungsprofil 44,
welches sich von der Halterung nach außen erstreckt. Jeder Schlitz 38 befähigt die
Halterung 32, ein Strömungsprofil
einer Rotorlaufschaufel aufzunehmen. Das Strömungsprofil endet in einer
Strömungsprofilspitze 46,
welche von der Werkzeuganordnung in eine Richtung nach außen gerichtet
ist.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer elastomeren Maske 48 für die Halterung 32.
Die elastomere Maske kann eine zylinderförmige Gestalt in dem installierten
Zustand annehmen. Die elastomere Maske hat eine Mehrzahl von Schlitzen 42,
welche sich durch die Maske in einer generell radialen Richtung
erstrecken. Jeder Schlitz befähigt
die Maske, das Strömungsprofil 44 der
zugehörigen
Rotorlaufschaufel 46 aufzunehmen, welches sich nach außen durch
die Maske erstreckt.
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3 ist
eine Ansicht, die mit der in 1 gezeigten
Ansicht korrespondiert und eine Abrasiv(Strahlgut-)strahlvorrichtung 54 und
die in der 2 gezeigte
elastomere Maske 48 in dem installierten Zustand zeigt.
Die Vorrichtung treibt abrasive Teilchen 56 in Richtung
auf die Spitzen 46 der Rotorlaufschaufeln 42,
die in der Halterung 32 angeordnet sind. Wie gezeigt, erstreckt
sich die elastomere Maske umfangsmäßig um das Äußere der Halterung. Jeder Schlitz 52 der
elastomeren Abschirmung ist mit einem zugehörigen Schlitz 32 in
der Halterung (nicht gezeigt) ausgerichtet. Jeder Schlitz befähigt die
elastomere Abschirmung, das Strömungsprofil
der Rotorlaufschaufel an diesem Schlitz aufzunehmen, so dass die
Spitze 46 des Strömungsprofils
an einer Stelle radial außerhalb
der Wand 36 exponiert ist.
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4 ist
eine perspektivische Teilansicht der in 1 gezeigten Halterung 32, welche
in auseinander gezogener Weise die Relation des Basisteils 34 und
der Wand 36 zu dem Ringelement 28 zeigt. Das Basisteil
hat eine Nut 58, welche sich umfangsmäßig um das Basisteil erstreckt.
Das Basisteil hat eine axial gerichtete erste Oberfläche 62,
die sich radial erstreckt, um die Nut zu begrenzen. Eine radial
nach außen
gerichtete zweite Oberfläche 64 erstreckt
sich axial, um die Nut in der Axialrichtung zu begrenzen.
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Die Wand 36 der Halterung 32 hat
ein erstes Ende 66, welches an dem Basisteil angeschlossen ist.
Die Wand hat eine erste Oberfläche 68,
welche radial nach innen gerichtet ist, und die sich axial erstreckt
und die Nut 58 über
einen Teil der Oberfläche 68 begrenzt.
Die Wand hat ein zweites Ende 72 mit einer zweiten Oberfläche 74,
die in einer generell axialen Richtung gerichtet ist und sich umfangsmäßig um die
Wand erstreckt. Die Mehrzahl von Schlitzen 38 erstreckt
sich durch die Wand und zu der zweiten Oberfläche 74 der Wand.
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Das Ringelement 28 hat eine
Lippe 76, die eine radial gerichtete Oberfläche 78 hat,
welche das Ringelement an der Wand positioniert, indem es mit der
zweiten Oberfläche 74 der
Wand zusammenwirkt. Das Ringelement hat eine zweite Oberfläche 82,
die axial gerichtet ist und axial eine Strecke Hr von der zweiten
Oberfläche 64 der
Nut in dem installierten Zustand beabstandet ist, wie durch die
Bemessungslinie gezeigt, die sich nach oben zu der Darstellung mit
schemenhaften Linien des Ringelements erstreckt.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht von einer der Mehrzahl von Rotorlaufschaufeln 42,
die in der Halterung in den 1 und 3 gezeigt sind. Die Rotorlaufschaufel
hat eine Wurzel 84 und eine Plattform 86. Ein
Strömungsprofil 44 ragt
von der Plattform weg. Jedes Strömungsprofil
hat eine Vorderkante 88 und eine Hinterkante 92.
Eine Sogfläche 94 und eine
Druckfläche 96 erstrecken
sich zwischen den Kanten.
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Jede Rotorlaufschaufel in der Halterung
hat eine Metallabschirmung, die daran angepasst ist, um das Strömungsprofil
angeordnet zu sein, wie durch die nicht-installierte Abschirmung 98 dargestellt.
Die Metallabschirmung ist aus einem geeigneten Metall gebildet,
welches dem Aufprall der abrasiven Teilchen und den Temperaturen
des Plasmasprühverfahrens
widerstehen kann. Ein geeignetes Material ist rostfreier Stahl mit
einer Dicke von einem Zehntau sendstel bis zu Fünfzigtausendstel Inch (0,010
bis 0,050 Inch) (2,54 μm
bis 12,7 μm).
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Die Abschirmung 98 hat ein
erstes Ende 102 und ein zweites Ende 104, das
in enger Nähe
zu der Plattform 86 ist. Eine Vorderkante 106 erstreckt
sich in Erstreckungsrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten
Ende. Ein erster Seitenbereich 108 erstreckt sich von der
Vorderkante. Der erste Seitenbereich hat einen hinteren Rand 110,
der von der Vorderkante in Prosilsehnenrichtung beabstandet ist. Eine
erste Fahne 112a ragt von dem hinteren Rand an dem ersten
Ende weg. Eine zweite Fahne 112b ragt von dem hinteren
Rand weg und ist in Erstreckungsrichtung von der ersten Fahne beabstandet und
lässt einen
Spalt Ta dazwischen. Eine dritte Fahne 112c ragt von dem
hinteren Rand an dem zweiten Ende weg. Die dritte Fahne ist in Erstreckungsrichtung
von der zweiten Fahne beabstandet und lässt einen Spalt Tb dazwischen.
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Die Metallabschirmung hat einen zweiten Seitenbereich 114,
der sich in Profilsehnenrichtung von der Vorderkante 106 erstreckt.
Der zweite Seitenbereich hat einen hinteren Rand 116, der
in Erstreckungsrichtung von der Vorderkante 106 beabstandet
ist und dem hinteren Rand 110 des ersten Seitenbereichs 108 benachbart
ist. Eine erste Fahne 118a ragt von dem hinteren Rand an
eine mit dem Spalt Ta in Erstreckungsrichtung ausgerichteten Stelle
weg. Eine zweite Fahne 118b ragt von dem hinteren Rand
weg und ist mit dem Spalt Tb ausgerichtet.
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Eine Mehrzahl von Blöcken aus
elastischem Material, wie durch den Block 122 repräsentiert,
ist jeweils an einer zugehörigen
Rotorlaufschaufel 42 angeordnet. Der Block ist aus einem
Material gebildet, welches gegen den Aufprall von abrasiven Teilchen
oder Metallteilchen und gegen die Temperaturen des Plasmasprühverfahrens
resistent ist. Ein geeignetes Material ist A-9666-Material, welches
von der Airex Rubber Product Corporation, 100 Indian Hill Avenue,
Portland, Connecticut, erhältlich
ist.
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Der Block hat eine erste Seite 124 und
eine zweite Seite 126. Eine erste Oberfläche 128 und
eine zweite Oberfläche 132 erstrecken
sich zwischen den Seiten und sind eine Höhe Hf in dem nicht installierten
Zustand beabstandet. Der Block hat eine erste Fläche 134 und eine zweite
Fläche 136,
die in Erstreckungsrichtung durch die Dicke B des Blocks beabstandet
sind. Der Block hat einen Schlitz 138, der sich von der
ersten Fläche 134 zu
der zweiten Fläche 136 erstreckt.
Der Schlitz hat ein Profil, welches den Block daran anpasst, die
Querschnittsgestalt des Strömungsprofils
und die Abschirmung in dem installierten Zustand aufzunehmen.
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5A ist
eine Ansicht, die der in 5 gezeigten
perspektivischen Ansicht entspricht und zeigt die entgegengesetzte
Seite der Rotorlaufschaufel mit der installierten Metallabschirmung.
Die Fahnen der Abschirmung 98 überlappen die Seitenbereiche
der Abschirmung in einer alternierend ineinander greifenden Weise.
Beispielsweise ragen die ersten und die zweiten Fahnen 118a, 118b des
zweiten Seitenbereichs 114 über den ersten Seitenbereich 108 und befinden
sich in streng anliegendem Kontakt mit der ersten Seite der Abschirmung.
In ähnlicher
Weise ragen die erste, zweite und dritte Fahne 112a, 112b, 112c des
ersten Seitenbereichs über
den zweiten Seitenbereich 126 und befinden sich in streng
anliegendem Kontakt mit dem zweiten Seitenbereich.
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6 ist
eine Schnittansicht der in der 4 gezeigten
Halterung 32, die entlang der Linie 6-6 von 1 genommen ist. Die Halterung
ist mit der Rotorlaufschaufel 42, der Abschirmung 98 und
dem Block 122, wie sie in den 5 und 5A gezeigt
sind, in installiertem Zustand gezeigt. Der Bock ist zwischen der
Plattform 86 der Rotorlaufschaufel und der Wand 32 der
Halterung angeordnet. Die Abschirmung ist um das Strömungsprofil 44 zwischen
dem Block und dem Strömungsprofil
angeordnet. Die Abschirmung erstreckt sich im Wesentlichen über die
gesamte Länge
des Strömungsprofils
in Erstreckungsrichtung. In dem installierten Zustand ist das erste
Ende 102 der Metallabschirmung weniger als eine vorbestimmte
Strecke G in Erstreckungsrichtung von der Spitze beabstandet. Das
zweite Ende 104 ist weniger als eine vorbestimmte Strecke
G' in Erstreckungsrichtung
von der Plattform beabstandet. Die Strecke G' ist geringer als die Dicke B in Erstreckungsrichtung des
Blocks. Die Dicke des Blocks B überlappt
den Spalt G' zwischen
der Plattform und dem Ende der Abschirmung.
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Der Block 122 aus elastischem
Material grenzt an die Abschirmung 98 an und übt eine
kompressive Kraft auf die Abschirmung aus. Die kompressive Kraft
wirkt einer Bewegung der Abschirmung in Erstreckungsrichtung relativ
zu dem Strömungsprofil 44 in
dem nicht installierten Zustand der Rotorlaufschaufel entgegen.
Das unterstützt
die Beibehaltung des Spalts G und des Spalts G' mit ihrem vorbestimmten Wert. Das wirkt
auch einer Bewegung in dem installierten Zustand entgegen. Der Block
wird axial von seiner uninstallierten Höhe Hf auf seine installiert
Höhe Hr
durch das Ringelement 28 und das Basisteil 34 komprimiert,
um die kompressiven Kräfte an
der Abschirmung zu erhöhen
und den Block in der Halterung zu halten. Der Block ist gegen eine
Bewegung durch die Nut festgehalten, wenn der Block komprimiert
ist. Die installierte Höhe
des Blocks ist gleich Hr des Ringelements von dem Basisteil, gemessen
an dem Block.
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7 zeigt
die Relation benachbarter Blöcke 122 in
dem installierten Zustand in der Halterung. Wenn der Block komprimiert
wird, übt
der Block eine umfangsmäßige Kraft
Fc gegen die Seiten der benachbarten Blöcke und axiale Kräfte Fa und
radiale Kräfte
Fb, wobei Fb wie in der 6 gezeigt
ist, gegen die Oberflächen
des Basisteils und die die Nut begrenzende Wand aus, um die Mehrzahl
von Rotorlaufschaufeln in der Halterung zu befestigen. Bei einer
detaillierten Ausführungsform
ist jeder Block mit einer zurückgesetzten
Schulter 142 und einem Vorsprung 144 versehen,
der mit dem benachbarten Block zusammenwirkt, um ein Versperren
der Blöcke miteinander
zu unterstützen,
wenn die Blöcke
komprimiert sind.
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8 ist
eine Schnittansicht der in 4 gezeigten
Halterung 32, die entlang der Linien 8-8 von 3 gezeigt ist. Die Halterung
ist in Relation zu der elastomeren Abschirmung 48 oder
Maske gezeigt, die sich umfangsmäßig um die
Halterung erstreckt. Die elastomere Abschirmung schützt die
Wand 36 der Halterung und das Ringelement 28 während der Oberflächenvorbereitung
unter Verwendung eines abrasiven Materials.
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9 ist
eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform 146 der in 5 gezeigten Abschirmung,
wobei die Abschirmung flach ausgebreitet ist, um beide Seiten zu
zeigen. Bei dieser Ausführungsform
hat die Abschirmung einen ersten Plattformschützer 148, der umfangsmäßig von
dem ersten Seitenbereich 152 der Abschirmung weg ragt.
Ein zweiter Plattformschützer 154 ragt
umfangsmäßig von
dem zweiten Seitenbereich 156 weg. Die Abschirmung verhindert,
dass Teilchen die Plattform bei den Ausführungsformen kontaktieren,
bei denen die Abschirmung an Stelle eines zwischen der Plattform und
der Wand angeordneten Blocks 122 verwendet wird, um die
Plattform zu schützen.
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10 ist
eine Ansicht, die entlang der Linie 10-10 von 7 genommen ist. 10 zeigt die Spitze 46 der Rotorlaufschaufel 42 und
den ersten Seitenbereich 108 und den zweiten Seitenbereich 114 der
Abschirmung. Der erste Seitenbereich hat eine flache Oberfläche 158,
die radial nach außen gerichtet
ist, und der zweite Seitenbereich ist abgeschrägt, um eine Schrägfläche 162 zu
bilden.
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Der erste Seitenbereich 108 und
der zweite Seitenbereich 114 der Abschirmung sind zu der Druckfläche 96 und
der Sogfläche 94 des
Strömungsprofils
konform ausgebildet und sind ein wenig von den Oberflächen beabstandet.
Bei anderen Ausführungsformen
befinden sich die Seitenbereiche der Abschirmung in angrenzendem
Kontakt zu den Oberflächen
der Strömungsprofils
an der Spitze, oder sie sind zum Teil beabstandet und zum Teil in
Kontakt.
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11 ist
eine alternative Ausführungsform 164 der
in 6 gezeigten Halterung 32.
Die Ausführungsform
von 11 verwendet eine
federbelastete Klemmeinrichtung 166, um die Plattform der
Rotorlaufschaufel zu ergreifen. Die Klemmeinrichtung hat einen ersten
Backen, der um einen Schwenkzapfen 168 gelagert ist. Der
Backen wird gegen die Positionierstifte 172 durch eine
Feder 174 gepresst, die sich bis zum Backen erstreckt und
den Backen nach unten drückt,
um mit der Plattform der Rotorlaufschaufel zusammenzuwirken.
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In der 11 ist
die installierte Metallabschirmung 146 die in 9 gezeigte Ausführungsform.
Die Plattformschützer 148, 154 der
Abschirmung ragen um fangsmäßig um die
Halterung eine Strecke weit in Umfangsrichtung, so dass der Plattformschützer 148 des
ersten Seitenbereichs 152 den Plattformschützer 154 des
zweiten Seitenbereichs 156 der benachbarten Abschirmung überlagert.
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Vor einem Einsatz der Halterungen 32, 164 mit
Vorrichtungen 12, 54 zum Treiben von Teilchen, die
in 1 und 3 gezeigt sind, werden das Strömungsprofil 44 und
die Plattform 86 an der Rotorlaufschaufel 42 durch
Masken oder Abschirmungen geschützt.
Die Wand kann einen Teil oder den gesamten erforderlichen Schutz
bereitstellen.
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Jede Rotorlaufschaufel 42 erhält eine
Abschirmung 98, die über
das Strömungsprofil
geschoben wird. Eine Fahne 112a oder 118a an einem
Seitenbereich wird mit einer Greifvorrichtung, beispielsweise einer
Zange, über
den anderen Seitenbereich gezogen und eng gegen den Seitenbereich
in einer streng anliegenden Relation gedrückt. Die verbleibenden Fahnen
werden gezogen und umgebogen, um mit dem anderen Seitenbereich der
Abschirmung zusammenzuwirken. Die Abschirmung drückt kräftig gegen die Rotorlaufschaufel,
sie ist jedoch weiterhin beweglich durch das Ausüben einer ausreichenden Menge
an Kraft auf die Abschirmung in Erstreckungsrichtung, um den Spalt
G zwischen dem Ende 102 der Abschirmung und der Spitze 46 der
Rotorlaufschaufel und den Spalt G' zwischen dem zweiten Ende 104 der
Abschirmung und der Plattform 86 einzustellen. Die Fahnen,
welche von den Seitenbereichen der Abschirmung weg ragen, drücken die
hinteren Ränder 110, 116 der
Abschirmung zuverlässig entlang
der gesamten Länge
der Abschirmung in Folge der ineinander greifenden Art der Fahnen 112a, 112b, 112c an
dem ersten Seitenbereich mit den Fahnen 118a, 118b an
dem zweiten Seitenbereich zusammen. Die Abschirmung wird in Erstreckungsrichtung
entlang dem Strömungsprofil
mit Kraft verlagert, und der korrekte Spalt G zwischen der Abschirmung
und der Strömungsprofilspitze
und der Spalt G' zwischen
der Abschirmung und der Plattform hergestellt.
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Der Block 122 wird installiert,
indem der Block über
die Abschirmung 98 in angrenzenden Kontakt mit der Plattform 86 geschoben
wird. Der Block erstreckt sich über
den Spalt G' zwischen
der Abschirmung und der Plattform in Folge seiner Dicke B. Der elastische
Block übt
eine kompressive Kraft gegen die Abschirmung aus und presst die
Abschirmung gegen das Strömungsprofil,
um die Abschirmung gegen eine Bewegung relativ zu dem Strömungsprofil
zu halten.
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Ein bedeutend höheres Kraftniveau ist erforderlich,
um die Abschirmung entlang der Erstreckungslänge des Strömungsprofils zu bewegen, wenn
man es mit der Menge an Kraft vergleicht, die benötigt wird,
um die Abschirmung vor der Installation des elastischen Blocks zu
bewegen.
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Während
der Verwendung der in den 1 und 3 gezeigten Vorrichtung wird
eine Mehrzahl von Rotorlaufschaufel-Anordnungen geformt. Jede hat eine
Rotorlaufschaufel 42, eine Abschirmung 98 und einen
Block 122. Jede Rotorlaufschaufel-Anordnung ist in einem
zugehörigen
Schlitz 38 in der Halterung installiert, wobei sich die
Blöcke
von benachbarten Rotorlaufschaufeln in einem angrenzenden Kontakt befinden.
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Es wird auf die 6 Bezug genommen. Wenn jede einzelne
Laufschaufel in die mit Schlitzen versehene Halterung eingesetzt
wird, ist die freie Höhe
Hf des Blocks etwas größer als
die Höhe
Hr des Rings 28 von dem Basisteil 34, gemessen
an dem Block. Bei einer Ausführungsform
beträgt
die Höhe
des Block etwa einen Inch, und der Block wird etwa zwanzig Tausendstel
Inch komprimiert. Die Wände 62, 64 der
Nut 58 üben
eine schwache kompressive Kraft auf den Block vor dem Komprimieren aus.
Diese Kraft hält
die Rotorlaufschaufel ein wenig gegen eine Bewegung relativ zu der
Halterung. Benachbarte Rotorlaufschaufel-Anordnungen mit ihren zugehörigen Abschirmungen
und Blöcken
werden dann eingesetzt, bis alle Schlitze in der Halterung gefüllt sind.
Der Umfang der Reihe von Blöcken 122 ist gleich
oder ein wenig größer als
der Umfang der Nut 58, so dass die benachbarten Blöcke gegeneinander und
die Nut drücken.
Man wird erkennen, dass zufrieden stellende Konstruktionen sich
auch ergeben können,
wenn man eine Reihe von Blöcken
mit einem Umfang für
die Reihe verwendet, der gleich oder ein wenig geringer ist als
der Umfang der Nut.
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Das Ringelement 28 wird
installiert, wobei das Ringelement mit der zweiten Oberfläche 74 der Wand
zusammenwirkt. Die zweite Oberfläche 82 des Ringelements
drückt
gegen den elastischen Block 122 und komprimiert den Block.
Das bewirkt, dass der Block eine erhöhte Normalkraft gegen den Boden 64 der
Nut 58 ausübt.
Bei manchen Konstruktionen übt
der Block auch eine erhöhte
Normalkraft gegen die Seiten der Nut aus und gegen die Seiten der
benachbarten Blöcke.
Das Komprimieren des Blocks positioniert eng die Mehrzahl von Laufschaufel-Anordnungen
in der Halterung. Die Blöcke
widerstehen einer Bewegung der Laufschaufeln selbst dann, wenn die
Rotorlaufschaufel während
der Handhabung an Gegenständen
schleifen, üben
eine Rückstellkraft
aus, wenn sich eine Laufschaufel ein wenig während eines derartigen Kontakts
bewegt, und bringen dann die Laufschaufel elastisch in ihre Ausgangsposition
zurück.
Befestigungsmittel (nicht gezeigt) können das Ringelement 28 an
dem Basisteil 34 anschließen. Bei anderen Ausführungsformen
befestigt das Gewicht des Ringelements, welches gegen die an dem
Inneren der Halterung angeordneten Blöcke drückt, das Ringelement und die
Blöcke
in Position.
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Die Werkzeuganordnung 10 ist
an dem Mittel zum drehbaren Antreiben der Anordnung um ihre Rotationsachse
angeschlossen. In der gezeigten Ausführungsform ist die Werkzeuganordnung
an einem Positionierfuß 24 angeschlossen,
der mit einer Vorrichtung zum Rotieren des Fußes, beispielsweise einem Drehpositionierer
(nicht gezeigt) verschraubt ist.
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Die Werkzeuganordnung 10 mit
ihrer installierten Reihe von Rotorlaufschaufel-Anordnungen 42, 98, 122 wird
in einer horizontalen Ebene der Vorrichtung 12, 54 zum
Aufsprühen
von Teilchen auf die Spitzen 46 der Rotorlaufschaufel gedreht.
Die Spitzen 46 sind in eine Richtung radial nach außen gerichtet.
Bei einer alternativen Ausführungsform
ragt die Wand in Axialrichtung, erstrecken sich die Schlitze in
Axialrichtung und sind die Laufschaufelspitzen nach außen in Axialrichtung
gerichtet. Die Blöcke werden
in Radialrichtung von einem modifizierten Ringelement komprimiert,
welches eine in Radialrichtung gerichtete zweite Oberfläche hat.
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Die Vorrichtung zum Aufsprühen von
Teilchen kann die in 1 gezeigte
Plasmasprühbeschichtungs-Vorrichtung 12 sein.
Die Vorrichtung in 1 treibt
Teilchen aus erwärmtem
Metallpulver in einem Strom von heißen Gasen 16 gegen
die Spitzen 46 der Rotorlaufschaufeln. Alternativ, wie
in 3 gezeigt, kann die
Vorrichtung zum Treiben abrasiver Teilchen 54 abrasive
Teilchen 56 treiben, die aus Aluminiumoxid gebildet sind,
beispielsweise solche Teilchen, die zum Strahlgut-Strahlen der Spitzen
verwendet werden. Die Teilchen treffen auf die Oberfläche der
Spitzen, entfernen Fremdmaterie und rauen die Spitzen als Vorbereitung
zum Beschichten auf. Somit beinhaltet das Verfahren zum Aufbringen
einer Sprühbeschichtung
auf die Spitzen einer Reihe von Rotorlaufschaufeln das Abradieren
der Spitzen der Rotorlaufschaufeln durch Drehen der Halterung um ihre
Rotationsachse Ar. Das Rotieren der Halterung führt jede Laufschaufel durch
den Strahl des abrasiven Mediums.
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Wie in der 3 gezeigt, ist eine elastomere Abschirmung 48 des
in 2 gezeigten Typs
umfangsmäßig um das Äußere der
Halterung während der
Oberflächenvorbereitung
angeordnet. Die Schlitze 52 in der elastomeren Abschirmung 48 nehmen
jeweils ein Strömungsprofil 44 auf.
Die Abschirmung überdeckt
nicht die nach außen
ragende Oberfläche der
vorstehenden Spitze 46 der Rotorlaufschaufel. Die Abschirmung
erstreckt sich um das Strömungsprofil
und zwischen den Strömungsprofilen,
um die Oberfläche
der Halterung gegen die abrasiven Teilchen, die von der Strahlgut-Strahlvorrichtung
gegen die Halterung getrieben werden, abzuschirmen.
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Während
des Strahlgut-Strahlbetriebs werden abrasive Teilchen 56 als
ein Strahl in einer Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu der
Spitze des Strömungsprofils
und parallel zu dem ersten Seitenbereich und dem zweiten Seitenbereich
der Abschirmung getrieben. Gleichzeitig wird die Werkzeuganordnung 10 um
ihre Rotationsachse Ar angetrieben, was die Strömungsprofile 44 durch
den Partikelstrahl führt.
Sämtliche Änderungen
der Intensität
der Größe und der
Menge der abrasiven Teilchen wird über die Rotorlaufschaufelspitzen 46 verteilt,
wenn die Spitzen durch den abrasiven Partikelstrahl geführt werden.
Das verteilt solche Variationen über
eine Anzahl von Laufschaufelspitzen statt über eine einzelne Laufschaufelspitze,
was bei einer stationären
Halterung der Fall wäre.
Das führt
zu einer gleichförmigeren
Reinigungs- und Aufrauwirkung, al s würden die Teilchen in einem
kontinuierlichen Strahl auf eine einzelne Rotorlaufschaufespitze
gelenkt, bis die Spitze fertig ist.
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Die Teilchen prallen harmlos von
der elastomeren Bandabschirmung 48, die sich umfangsmäßig um das Äußere der
Halterung erstreckt, ab und schützen
die Wand 36 der Halterung gegen ein Aufrauen. Die glatte
Oberfläche
der Wand, die, durch die elastomere Bandabschirmung 48 bewahrt
wird, ist hilfreich während
des Beschichtungsverfahrens, weil sie die Fähigkeit der Beschichtung für ein Anhaften an
der Wand während
des Beschichtungsschritts verringert. Die Metallabschirmung 48 ragt
nur ein kurzes Stück über die
elastomere Bandabschirmung, so dass im Wesentlichen die gesamte
Metallabschirmung gegen das abrasive Strahlgut abgeschirmt ist.
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Das abrasive Strahlgut 56 wird
in eine Richtung angetrieben, die parallel zu der Metallabschirmung
ist, so dass die Abschirmung, selbst wenn das Strahlgut den äußersten
Bereich der Abschirmung trifft, nur eine schwache Aufrauwirkung
erfährt.
Und wieder, falls es zu Winkeländerungen
des Strahls in Folge von Betriebstoleranzen kommt, wird das Abrasivmaterial,
welches mit einem anderen als einem parallelen Winkel gerichtet
ist, über
alle Abschirmungen, die während
einer Abweichung durch den Strahl laufen, verteilt, was sicherstellt,
dass nicht eine Abschirmung all die fehlgerichteten abrasiven Teilchen erhält. Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Abschirmung an dem Seitenbereich 114 abgeschrägt. Teilchen,
die mit einem abstreifenden Treffer auf die Oberfläche treffen,
reduzieren zusätzlich
jegliche Aufrauwirkung, die die Teilchen auf der Metallabschirmung
haben können.
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Nach dem Abschluss des Strahlgut-Strahlbetriebs
wird die Halterung 32 von der Positionierfußbasis gelöst, und
die gleiche Halterung wird an eine neue Positioniereinrichtung,
beispielsweise die in 1 benachbart
zu der Plasmassprüh-Beschichtvorrichtung
positioniert Gezeigte, gebracht. Die Rotorlaufschaufeln sind immer
noch in der gleichen Halterung 32 angeordnet, die für den Strahlgutstrahlschritt
verwendet wurde. Die Rotorlaufschaufeln wurden nicht durch irgendwelches
zusätzliche
Handhaben gestört
und sind von der elastomeren Abschirmung eingehüllt. Die elastomere Abschirmung
ist aus einem Material gebildet, das eine niedrigere Schmelztemperatur
hat als die Temperatur des Plasmastrahls. Folglich wird die elastomere
Abschirmung von der Halterung vor dem Sprühbeschichtungsschritt entfernt.
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Während
des Betriebs der in 1 gezeigten
Sprühbeschichtungsvorrichtung
wird ein Strom aus heißen
Pulverteilchen und heißen
Gasen 16 in Richtung auf die Werkzeuganordnung 10 getrieben. Die
in der drehfähigen
Halterung der Werkzeuganordnung positionierten Rotorlaufschaufeln 42 sind
so ausgerichtet, dass die Spitzen 46 nach außen ragen wie
bei dem Strahlgut-Strahlbetrieb.
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Wenn die Halterung 32 um
ihre Rotationsachse Ar rotiert, passieren die Spitzen 46 durch
den Beschichtungsstrahl. Beschichtungslagen werden an jeder Rotorlaufschaufel
sequenziell mit jedem Durchgang einer Laufschaufelspitze durch den
Beschichtungsstrahl aufgebracht. Jede Lage wird ein wenig gekühlt, wenn
die Laufschaufel den heißen
Plasmastrahl 14 verlässt.
Bei alternativen Ausführungsformen
können
die Spitzen 46 durch eine Wärmequelle, wie beispielsweise
die Heizkanone 18, die einen Strahl von heißen Gasen
bildet, passieren. Alternativ können
die Spitzen durch eine Kühlquelle,
beispielsweise ein Gerät,
das ähnlich
einer Heizkanone ist, aber Kühlluft
an die Spitzen oder die Halterung spritzt, passieren. Das Kühlen der
Halterung ermöglicht
es, an der Halterung elastomere oder elastische Materialien zu verwenden,
die sonst durch die Wärme
beschädigt
werden können.
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Wie bei dem Strahlgutstrahlschritt
werden sämtliche
Variationen der Strahlintensität,
Temperatur und Zusammensetzung und Zufuhr von Pulver zu dem Strahl,
die zu Änderungen
der Abscheidung der Beschichtung führen können, über alle Spitzen 46 der
Rotorlaufschaufeln verteilt, die während eines Änderungszeitraums
durch den Strahl passieren. Das stellt sicher, dass eine Rotorlaufschaufelspitze nicht
sämtliche
Beschichtungsänderungen
erhält.
In der Folge wird eine gleichförmigere
Beschichtung aufgebracht, als wenn eine einzelne Spitze die gesamte Änderung
erhält.
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Die Beschichtung wird in Lagen aufgebracht, die
etwa parallel zu der Anordnung dieses Teils der Spitze der Rotorlaufschaufel
um die Achse sind. Das Auswählen
einer Halterung 32, welche die Spitzen bei einem Radius
von der Rotationsachse Ar positioniert, der der Gleiche ist wie
der Betriebsradius in einer Maschine, stellt sicher, dass die Anordnung
der Spitze eng an den Radius in der Maschine angenähert ist.
Als Folge ist die Beschichtung im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse
der Vorrichtung, und die Lage folgt etwa der Rotationsoberfläche, welche
die Beschichtungslage während
des Betriebs der Maschine erfahren wird. Man glaubt, dass die Orientierung
der Beschichtung die Leistung der Beschichtung in der Maschine erhöhen wird,
vorausgesetzt, der Radius der Spitzen der Rotorlaufschaufel in der Halterung
ist im Wesentlichen gleich dem Radius der Spitze der Rotorlaufschaufel
in der Betriebsumgebung der Gasturbinenmaschine.
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Während
der Aufbringung der Beschichtung und während des Passierens der Rotorlaufschaufel durch
den Strahl treffen Teilchen aus erwärmtem Metall die Spitze der
Rotorlaufschaufel und gehen an der Spitze als Übersprühung (overspray) vorbei. Das Aufsprühen von
Beschichtungsteilchen direkt auf eine nicht-rotierende Strömungsprofilspitze 46 führt natürlich zu
einer Übersprühung, welche
sich in einem geringen Maße
an der Sogfläche 94 und
der Druckfläche 96 an
der Spitze in dem Spalt G anhäuft. Die Übersprühung ist
bei manchen Anwendungen vorteilhaft, weil sie eine Stufenänderung
in der Beschichtung vermeidet, indem sie einen glatten Übergang
zu der Strömungsprofiloberfläche schafft.
Die Übersprühbeschichtung
an diesen Oberflächen schafft
zusätzliche
Schneidoberflächen.
Das Rotieren der Strömungsprofilspitze 46 in
den Sprühstrahl 16 der
Beschichtungsteilchen stellt eine der Oberflächen 94, 96 der
Strömungsprofilspitze
mit einem Winkel in den Strahl, wenn die Spitze in den Strahl gelangt,
und erhöht
die Übersprühbeschichtung
an dieser Seite der Spitze über
die Übersprühung, die normalerweise
bei einer stationären
Laufschaufel auftritt. Das Rotieren der Strömungsprofilspitze aus dem Sprühstrahl
von Beschichtungsteilchen stellt die entgegengesetzte Seite des
Strömungsprofils
mit einem Winkel zu dem Sprühstrahl,
wenn die Spitze den Strahl verlässt
und erhöht
die Übersprühbeschichtung
an dieser Seite der Spitze. Folglich hat die Verwendung der Rotationshalterung 32 den
Vorteil, das Volumen an Schneidmaterial an der Sog- und Druckfläche des
Strömungsprofils
zu erhöhen.
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Die Metallblechabschirmung 98 kann
das Vermeiden einer geringen Stufenänderung bei der Übersprühbeschichtung
unterstützen.
Die Metalblechabschirmung 98 erstreckt sich im Wesentlichen parallel
zur Richtung, in der die Teilchen getrieben werden. Teilchen, welche
auf die abgeschrägte
Oberfläche 162 der
Metallabschirmung treffen und von der abgeschrägten Oberfläche abstreifen, führen zu
einem abgeschrägten Übergang
an der Seite des Strömungsprofils
in dem Spalt G zwischen der Spitze des Strömungsprofils und der Abschirmung.
Bei anderen Ausführungsformen
kann es sein, dass die Abschirmung nicht mit einer Abschrägung endet,
sondern stattdessen eine flache Oberfläche hat. Die auf die im Wesentlichen
flache Oberfläche
der Strömungsprofilspitze
treffenden Teilchen treffen auf die Spitze und können an der Stelle blleiben.
Eine schwache Lippe oder eine Stufe aus Beschichtungsmaterial um
die Spitze des Strömungsprofils
kann für
manche Konstruktionen akzeptabel sein.
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Beim Abschluss des Sprühbeschichtungsprozesses
wird das Ringelement 28 von der Werkzeuganordnung entfernt.
Die Rotorlaufschaufelanordnungen, welche die Rotorlaufschaufel 42,
den Block 122 und die Abschirmung 98 umfassen,
werden von der Halterung 32 entfernt. Der Block wird von dem
Strömungsprofil
und über
die Spitze der Rotorlaufschaufel geschoben. Das elastische Material
des Blocks dehnt sich elastisch um die Spitze der Laufschaufel,
wenn der Block über
die Beschichtung der Spitze gleitet, ohne dass es zu einem Abplatzen
oder sonstigen Beschädigen
der Spitzenbeschichtung kommt und kehrt in seine ursprüngliche
Gestalt zurück,
wobei der Schlitz in dem Block unbeschädigt ist. Der Block kann wieder
verwendet werden, was die Kosten für das Aufbringen der Beschichtung
auf das Teil verringert.
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Die Metallabschirmung 98 wird
dann in Erstreckungsrichtung in Richtung zu der Plattform in den
Spalt G' geschoben,
der sich zwischen dem Ende der Abschirmung und der Plattform erstreckt, wie
in der 5A gezeigt. Das Schieben der
Metallabschirmung nach unten löst
die Metallabschirmung von der leichten Verbindung, die sich an dem Übergangsbereich
zwischen dem abgeschrägten
Rand der Metallabschirmung und den Lagen aus abgeschiedener Beschichtung
bildet. Die Fahnen 112, 118 der Metallabschirmung
werden dann geöffnet,
und die Seitenbereiche 108, 114 werden getrennt,
bevor die Metallabschirmung von der Rotorlaufschaufel entfernt wird.
Das vermeidet, dass die harte Metallabschirmung, die an der Spitze
der Rotorlaufschaufel abgeschiedene Beschichtung berührt und
vermeidet ein Abplatzen der Beschichtung.
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Die Abschirmung 98 kann
Mal um Mal verwendet werden, einfach durch Öffnen der Fahnen 112, 118,
um die Abschirmung zu entfernen und durch Zurückbiegen der Fahnen in die
Position, um die Abschirmung an einer neuen Reihe von Rotorlaufschaufeln
wieder zu installieren. Das Entfernen der Abschirmung erfolgt erst,
nachdem die Reihe von Rotorlaufschaufeln den gesamten Prozess abgeschlossen
hat: den Oberflächenbearbeitungsteil
des Prozesses unter Verwendung der Strahlgut-Strahlvorrichtung;
und den Beschichtungsteil des Prozesses unter Verwendung der Beschichtungsvorrichtung.
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Ein besonderer Vorteil der Werkzeuganordnung 10 ist
die Verwendung einer einzigen Halterung 32 sowohl für den Strahlgutstrahl-
als auch den Sprühbeschichtungsschritt.
Das vermeidet, die Laufschaufeln zweimal zu handhaben, wie das bei
einer Halterung auftritt, die es erfordert, 1) Entfernen der Laufschaufeln
und ihrer Niedertemperaturabschirmung aus einer Strahlgutstrahl-Halterung und 2)
Installieren der Hochtemperaturabschirmung und Einsetzen der abgeschirmten
Rotorlaufschaufel in die Beschichtungshalterung. Das eliminiert
Beschädigung
durch das Handhaben und beschleunigt die Leistung des Prozesses.
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Ein weiterer Vorteil ist die Qualität der Beschichtung.
Die Qualität
ergibt sich aus dem Verteilen der Auswirkung von Änderungen
in dem Beschichtungsstrahl, was sich aus den Änderungen des Pulverstroms
oder der Heizgase an die Beschichtungsvorrichtung ergeben kann, über eine
große
Anzahl von Laufschaufeln, statt dass es zur Folge hat, dass derartige Änderungen
in der Beschichtung reflektiert sind, die an einer einzelnen Laufschaufel
gebildet wird. Das ergibt sich aus dem Passieren der Spitzen durch
den Strahl, so dass sich jede Spitze 46 für eine kurze
Zeitdauer in dem Plasmastrahl befindet und dabei eine inkremental
kleine Beschichtungslage erhält.
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Die Metallabschirmung 98 ist
haltbar und wiederverwendbar, was die Kosten für das Maskieren der Teile verringert.
Außerdem
ist die Abschirmung relativ schnell zu installieren und schnell
zu entfernen, verglichen mit einer Maskierung, die die Verwendung
eines Klebematerials erfordern, welches chemisch oder mechanisch
von der Oberfläche des
Strömungsprofils
entfernt werden muss.
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Ein weiterer Vorteil ist die Haltbarkeit
der Halterung 32 und die Einfachheit, mit der die Halterung von
sämtlichem
Beschichtungsmaterial gereinigt wird, welches sich aus dem Maskieren
der Halterung während
des Strahlgutstrahl-Schritts
mit einer elastischen nachgiebigen Maske 48 ergibt, welche
die Oberfläche
der Halterung schützt
und ein Aufrauen der Oberfläche
verhindert. Eine aufgeraute Oberfläche würde das Anhaften der Beschichtung
an der Oberfläche
fördern
und es sehr schwierig machen, sie zu reinigen. Die Halterung erlaubt
ein einfaches Entfernen der elastomeren Maske, die die hohen Temperaturen
des Beschichtungsschritts nicht überstehen
würde.
Wenn der Beschichtungsschritt ausgeführt wird, isolieren die Wand 36 der
Halterung und die Abschirmung 98 das Innere der Halterung
gegen die heißen
Gase und gegen das Beschichtungsmaterial, was die Verwendung eines
elastischen Blocks ermöglicht,
und stellen dabei die Haltbarkeit des Blocks für eine Verwendung bei anschließenden Beschichtungsschritten
sicher.
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Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme
auf detaillierte Ausführungsformen
davon gezeigt und beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, dass
verschiedene Änderungen
in deren Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der
beanspruchten Erfindung abzuweichen.