DE69917524T2

DE69917524T2 - Verfahren zur Verminderung des Spiels zwischen Fluidzuleitung und Leitschaufelkammer eines Turboreaktors

Info

Publication number: DE69917524T2
Application number: DE69917524T
Authority: DE
Inventors: Anne-Marie Arraitz; Eric Stephan Bil; Michel Gerard Paul Hacault; Laurent Philippe Yves Leray; Michel Jean Loubet; Marc Roger Marchi; Jean Manuel Morcillo; Didier Marie Mortgat; Michel Jean-Pierre Pernot; Thierry Christian Sanz
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: EP0950797B1; CA2268402A1; DE69917524D1; FR2777318B1; JP3848485B2; CA2268402C; US6163959A; EP0950797A1; JPH11324796A; FR2777318A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Hochdruckturbine einer Turbomaschine wie z. B. einer in Turbotriebwerken für den Antrieb von Flugzeugen verwendeten Turbomaschine. Genauer ausgedrückt betrifft sie die Befestigung der Fluidzuleitung in einer Leitschaufel der Hochdruckturbine und insbesondere die Verringerung des Spiels zwischen dieser Leitschaufel und ihrer Fluidzuleitung im Bereich der unteren Plattform, um die Dichtigkeit der Gesamtanordnung zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ferner das Teillöten oder vollständige Löten von Metallteilen.
Der bisherige Stand der Technik und das erfindungsgemäße Verfahren werden anhand von zwei Figuren beschrieben, wobei
1 im Teil-Längsschnitt ein Turbotriebwerk zeigt, an dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, und
2 im Teilschnitt einen Leitapparat einer Hochdruckturbine zeigt, an dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.
Heutige oder zukünftige Turbomaschinen, mit denen zivile und Militärflugzeuge ausgestattet werden, sind zurzeit Gegenstand von Forschungen mit dem Ziel, die Leistungen und die Wartung dieser Turbomaschinen zu verbessern. Folgen dieser Verbesserungen sind ein erfolgreiches Senken des Brennstoffverbrauchs und der Wartungskosten am Motor, egal ob dieser sich unter den Tragflächen oder in der Werkstatt befindet. Die Berücksichtigung dieser Ziele zwingt daher die Flugzeugkonstrukteure, die Definition bestimmter Teile dieser Turbomaschinen neu zu überdenken. Das gilt beispielsweise für die Dichtigkeit im Bereich der unteren Plattform der Leitschaufel einer Hochdruckturbine. Eine solche Leitschaufel ist in der Schrift US-A-4 987 736 dargestellt.
1 zeigt in einem Teilschnitt ein Turbotriebwerk, an dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet ist. Links und vor dem Gaszirkulationsstrom im Motor ist die Brennkammer 1, gefolgt von der Hochdruckturbine 2, zu erkennen. Am Auslass dieser letzteren und vor der Niederdruckturbine befindet sich eine Reihe von Leitschaufeln 3, die einerseits an einem oberen Blech 5 befestigt sind, das sich zwischen der Heißluftleitung und der Kaltluftleitung befindet, und andererseits an einer unteren Plattform 6 befestigt sind, die die Heißluftleitung von einer ringförmigen Luftzirkulationsleitung 7 trennt. Die Fluidzuleitung 8 ermöglicht also die freie Zirkulation einer Kühlungsluft oder eines Kühlungsgases beiderseits der Leitschaufeln 3, insbesondere in der ringförmigen Luftzirkulationsleitung 7, die sich im Bereich der unteren Plattform 6 befindet.
Durch jede Leitschaufel 3 verläuft eine aus einem Rohr bestehende Leitung 8, die in die Luftversorgungsleitung 7 mündet. Diese Fluidzuleitung ist ein Bestandteil eines Kühlkreislaufs für einen Teil des Turbotriebwerks, insbesondere die Leitschaufeln und andere Organe.
2 zeigt nun detaillierter die Stelle, an der sich die Fluidzuleitung 8 befindet, und zwar in der Mitte der Leitschaufel 3, die zur Strömungsrichtung des Luftstroms geneigt ist, so dass sie diesen nach hinten zur Niederdruckturbine hin ausrichtet.
Es ist zu sehen, dass die Fluidzuleitung 8 in der Leitschaufel 3 befestigt werden muss. Sie ist mit ihrem oberen Teil durch eine Lötverbindung 9 im Bereich des oberen Blechs 5 befestigt. Auf Grund der beträchtlichen Temperaturunterschiede während des Betriebs der Turbomaschine unterliegen alle Metallteile bedeutenden Dehnungen. Die Fluidzuleitung 8 muss also mit einem Freiheitsgrad vorgesehen sein und darf mit ihrem unteren Teil im Bereich der unteren Plattform 6 nicht befestigt sein. Dadurch existiert zwischen der Fluidzuleitung 8 und der Leitschaufel 3 im Bereich der unteren Plattform 6 ein Spiel.
Dieses Spiel im Bereich der unteren Plattform 6 vermindert ständig die Dichtigkeit im Bereich der Leitschaufeln und beeinträchtigt etwas die Leistung des Turbotriebwerks. Dieser Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesem Mangel abzuhelfen, indem sie das Problem der Dichtigkeit im Bereich des unteren Teils der Fluidzuleitung 8 einer Leitschaufel 3 einer Hochdruckturbine löst.
Dazu ist der Hauptgegenstand dieser Erfindung ein Verfahren zur Verringerung des Spiels zwischen einer Leitschaufel der Hochdruckturbine eines Turbotriebwerks im Bereich der unteren Plattform und der Fluidzuleitung, die durch eine solche Leitschaufel hindurch verläuft und in dieser Leitschaufel im Bereich des oberen Blechs befestigt werden muss.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, das Spiel im Bereich der unteren Plattform zu löten, ohne dass die Lötmasse die Fluidzuleitung berührt. Die einzelnen Phasen des Verfahrens sind daher die folgenden:

– Ausbringen einer Schutzschicht auf der Außenfläche des unteren Teils der Fluidzuleitung;
– Montage der Fluidzuleitung in der Leitschaufel;
– Befestigung der Fluidzuleitung in der Leitschaufel im Bereich des oberen Teils und des oberen Blechs;
– Verringerung des Spiels durch Löten zwischen der Außenfläche des unteren Teils der Fluidzuleitung, die mit der Schutzschicht überzogen ist, und der Innenfläche der Leitschaufel im Bereich der unteren Plattform.

Bei der Hauptausführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Verringerung des Spiels durch Löten durch Auftragen mit Diffusionslöten.
In diesem Fall erfolgt das Auftragen vorzugsweise durch Aufbringen einer Verbindungspaste für Superlegierungen, die unter anderem ein Zusatzelement enthält, das diese Paste schmelzbarer macht als die Superlegierungen.
Das Löten wird mit einem Vorgang abgeschlossen, der darin besteht, den Aufbau einer Behandlung im Ofen zu unterziehen, damit die Paste in dem Spiel zwischen der Fluidzuleitung und der Leitschaufel diffundiert.
Vorzugsweise ist die Schutzschicht eine keramische Antihaftschicht des Typs Zirkonat.
Bezugnehmend auf 2 und insbesondere auf die Bezugszahl 10, die eine Lötung darstellt, erfolgt die Verringerung des Spiels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Löten, obwohl die Hauptfunktion des Lötens eigentlich die der Befestigung ist. Dennoch darf die Fluidzuleitung 8 in diesem Bereich der unteren Plattform 6 nicht an der Leitschaufel 3 befestigt werden, da die Fluidzuleitung 8 bereits durch eine Lötverbindung 9 im Bereich des oberen Blechs 5 an der Leitschaufel 3 befestigt ist.
Daher wird vor dem Einsetzen der Fluidzuleitung 8 in die Leitschaufel 3 eine Schutzauftrag über eine geringe Höhe der Außenfläche der Fluidzuleitung 8 aufgebracht, die sich gegenüber der Innenfläche der Bohrung 11 der Leitschaufel 3 befindet, und zwar im Bereich des unteren Teils der Fluidzuleitung 8. Mit anderen Worten, der untere Teil der Außenfläche der Fluidzuleitung 8 wird im Bereich der unteren Plattform 6 mit einer Schutzschicht abgedeckt.
Diese Schutzschicht hat die Funktion, dass bei dem später erfolgenden Löten die Fluidzuleitung 8 nicht an der Fluidzuleitung 8 angelötet oder befestigt wird. Es wird empfohlen, eine keramische Antihaftschicht des Typs Zirkonat oder ein gleichwertiges anderes Produkt zu verwenden. Insbesondere wird ein Produkt verwendet, das unter dem Namen NETCO 204 NS von der Firma SULZER in den Handel gebracht wird.
Die Fluidzuleitung 8 wird sodann in die Bohrung 11 der Leitschaufel 3 eingeführt und in deren oberen Bereich durch eine Lötverbindung 9 befestigt, wie in 2 dargestellt. Die Verringerung des Spiels im Bereich der unteren Plattform 6 zwischen der Außenfläche der Fluidzuleitung 8 und der Bohrung 11 der Leitschaufel 3, in die sie eingesetzt ist, erfolgt durch Auftraglöten durch Diffusionslöten.
Diese Art des Auftraglötens durch Diffusionslöten geschieht mit einer Paste, die um den unteren Teil der Fluidzuleitung 8 im Bereich der auszuführenden Lötung aufgetragen wird. Sodann muss eine Wärmebehandlung stattfinden, damit die Paste schmilzt und diffundiert. Die so zusammengesetzte Gesamtanordnung kommt dann in den Ofen, damit die Paste in dem Spiel, das verändert werden soll, diffundiert. Die Lötung 10, die so in 2 dargestellt ist, wird also hergestellt, ohne dass die Fluidzuleitung 8 in diesem Bereich an der Leitschaufel 3 befestigt wird. Auf diese Weise breitet sich die Paste in dem abzudichtenden Spiel durch Kapillarwirkung aus. Es ist zu bemerken, dass die Paste vorzugsweise beim Zusammenbau zwischen der Plattform 6 und dem unteren Blech aufgetragen wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Diffusionslöten ein Verfahren ist, bei dem eine Paste verwendet wird, die hauptsächlich aus einem Pulver besteht, das sich aus den Legierungen oder Metallen zusammensetzt, die die beiden beim Löten beteiligten Teile bilden. Es wird dieser Paste jedoch noch ein Zusatz beigegeben, der sie schmelzbarer macht. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um einen Zusatz auf Nickelbasis mit einem solchen Gehalt, dass seine Liquidustemperatur geringer ist als die Solidustemperatur der Legierungen und Metalle, die die Basis des Pulvers bilden.
Im Rahmen dieser Anwendung für die Anbringung einer Fluidzuleitung in einer Leitschaufel sind die Metalle, aus denen diese Elemente im Allgemeinen bestehen, Superlegierungen auf Nickelbasis oder Kobaltbasis.
Dadurch, dass das Spiel zwischen der Fluidzuleitung 8 und der Leitschaufel 3 im Bereich der unteren Plattform 6 fast vollständig geschlossen wird, können die Leckagen in diesem Bereich beseitigt werden. Auf diese Weise werden die Leistungen des Turbotriebwerks wesentlich verbessert.

Claims

Verfahren zur Verringerung des Spiels zwischen einer Leitschaufel (3) der Hochdruckturbine eines Turbotriebwerks im Bereich der unteren Plattform (6) und der Fluidzuleitung (8), die durch eine solche Leitschaufel (3) hindurch verläuft und in dieser Leitschaufel (3) im Bereich des oberen Blechs (5) befestigt werden muss, gekennzeichnet durch die folgenden einzelnen Phasen: – Aufbringen einer Schutzschicht auf der Außenfläche des unteren Teils der Fluidzuleitung (8); – Montage der Fluidzuleitung (8) in der Leitschaufel (3); – Befestigung der Fluidzuleitung (8) in der Leitschaufel (3) im Bereich des oberen Teils; und – Verringerung des Spiels durch Löten zwischen der Außenfläche des unteren Teils der Fluidzuleitung (8), die mit der Schutzschicht überzogen ist, und der Innenfläche der Leitschaufel (3) im Bereich der unteren Plattform (6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Spiels durch Löten durch Auftragen mit Diffusionslöten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen durch Aufbringen einer Verbindungspaste für Superlegierungen erfolgt, die ein Zusatzelement enthält, das diese Paste schmelzbarer macht als die Superlegierungen, aus denen die Fluidzuleitung (8) und die Leitschaufel (3) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau sodann einer Wärmebehandlung in einem Ofen unterzogen wird, damit die Paste in dem Spiel zwischen der Fluidzuleitung (8) und der Leitschaufel (3) diffundiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht eine keramische Antihaftschicht des Typs Zirkonat ist.