Beschreibungdescription
Verfahren zur Glättung der Oberfläche einer GasturbinenschaufelProcess for smoothing the surface of a gas turbine blade
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung der Oberfläche einer Gasturbinenschaufel, insbesondere einer Gasturbinenschaufel mit einer Korrosionsschutzschicht.The invention relates to a method for smoothing the surface of a gas turbine blade, in particular a gas turbine blade with an anti-corrosion layer.
Die DE-A-39 18 824 und US-A-5, 105, 525 zeigen eine Bügeleisensohle, die eine besonders kratzfeste, gut gleitfähige und leicht zu reinigende Oberfläche aufweist. Die Bügeleisensohle ist mit einer Nickelhartlegierung beschichtet und in einem Schlepp-Schleif-Verfahren geschliffen und poliert.DE-A-39 18 824 and US-A-5, 105, 525 show an iron soleplate which has a particularly scratch-resistant, well slidable and easy-to-clean surface. The soleplate is coated with a hard nickel alloy and ground and polished in a drag-grinding process.
In der US-A-4, 321, 310 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einer Gasturbinenschaufel beschrieben. Die Gasturbinenschaufel weist einen Grundkörper aus einer Kobaltbasis- oder Nickelbasis-Superlegierung auf. Auf dieses Grund- material wird eine Haftvermittlerschicht der Art MCrAlY aufgebracht. Dabei bezeichnet M beispielsweise eine Kombination der Metalle Nickel und Kobalt. Cr steht für Chrom und AI für Aluminium sowie Y für Yttrium. Auf diese Haftvermittlerschicht wird eine keramische Schicht aus Zirkonoxid aufge- bracht, die stengeiförmig aufgewachsen ist, wobei die Stengel im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers gerichtet sind. Vor dem Aufbringen der als Wärmedämmschicht dienenden Zirkonoxidschicht auf der Haftvermittlerschicht wird die Haftvermittlerschicht poliert, bis sich eine Ober- flächenrauhigkeit von etwa 1 μm einstellt.US-A-4, 321, 310 describes a method for producing a coating on a gas turbine blade. The gas turbine blade has a base made of a cobalt-based or nickel-based superalloy. An adhesion promoter layer of the MCrAlY type is applied to this base material. M denotes a combination of the metals nickel and cobalt, for example. Cr stands for chrome and AI for aluminum and Y for yttrium. A ceramic layer made of zirconium oxide is applied to this adhesion promoter layer and has been grown in the shape of a stem, the stems being directed essentially perpendicular to the surface of the base body. Before the zirconium oxide layer serving as a thermal insulation layer is applied to the adhesion promoter layer, the adhesion promoter layer is polished until a surface roughness of about 1 μm is achieved.
Aus der US-A-5, 683, 825 geht ebenfalls ein Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht auf ein Bauteil einer Gasturbine hervor. Auf einen Grundkörper wird durch Niederdruck- Plasmaspritzen eine NiCrAlY-Haftvermittlerschicht aufgebracht. Die Oberfläche der Haftvermittlerschicht wird poliert, so dass diese eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 2 μm
aufweist. Auf die so polierte Haftvermittlerschicht wird mittels eines AufdampfVerfahrens (PVD, Physical Vapour Deposition) eine keramische Wärmedämmschicht mit Yttrium-stabili- siertem Zirkonoxid aufgebracht. Vorzugsweise wird die Wärme- dämmschicht hierbei mit dem sogenannten Elektronenstrahl-PVD- Verfahren aufgebracht. Die Wärmedämmschicht kann auch mittels Plasmaspritzens aufgebracht werden.From US-A-5, 683, 825 a method for applying a thermal barrier coating to a component of a gas turbine also emerges. A NiCrAlY adhesion promoter layer is applied to a base body by low-pressure plasma spraying. The surface of the adhesion promoter layer is polished so that it has a surface roughness of approximately 2 μm having. A ceramic thermal insulation layer with yttrium-stabilized zirconium oxide is applied to the adhesion promoter layer polished in this way by means of a vapor deposition process (PVD, Physical Vapor Deposition). In this case, the thermal insulation layer is preferably applied using the so-called electron beam PVD method. The thermal barrier coating can also be applied by means of plasma spraying.
In der US-A-5,498 484 wird ebenfalls das Aufbringen einer Wärmedämmschicht auf eine Haftvermittlerschicht eines Bauteils einer Gasturbine beschrieben. Die mittlere Oberflächenrauhigkeit der Haftvermittlerschicht wird mit zumindest über 10 μm angegeben.US Pat. No. 5,498,484 likewise describes the application of a heat insulation layer to an adhesion promoter layer of a component of a gas turbine. The average surface roughness of the adhesion promoter layer is stated to be at least over 10 μm.
Die US-A-5, 645, 893 betrifft ein beschichtetes Bauteil mit einem Grundkörper aus einer Superlegierung sowie mit einer Haftvermittlerschicht und einer Wärmedämmschicht. Die Haftvermittlerschicht weist ein Platinaluminid sowie eine daran sich anschließende dünne Oxidschicht auf. Die dünne Oxid- schicht weist Aluminiumoxid auf. An diese Oxidschicht grenzt die Wärmedämmschicht an, welche mittels dem Elektronenstrahl- PVD-Verfahren aufgebracht wird. Dabei wird mit Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid auf die Haftvermittlerschicht aufgebracht. Vor dem Aufbringen der Haftvermittlerschicht wird die Oberfläche des Grundkörpers mittels eines Grob-Sandstrahlver- fahrens gereinigt. Zur materialabtragende Bearbeitung des Grundkörpers wird dabei Aluminiumoxidsand eingesetzt.US-A-5, 645, 893 relates to a coated component with a base body made of a superalloy and with an adhesion promoter layer and a heat insulation layer. The adhesion promoter layer has a platinum aluminide and an adjoining thin oxide layer. The thin oxide layer has aluminum oxide. The thermal insulation layer, which is applied by means of the electron beam PVD process, adjoins this oxide layer. Here, zirconium oxide stabilized with yttrium is applied to the adhesion promoter layer. Before the adhesion promoter layer is applied, the surface of the base body is cleaned using a coarse sandblasting process. Aluminum oxide sand is used to remove the material from the base body.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Glättung der Oberfläche einer Gasturbinenschaufel anzugeben, das in besonders effizienter und kostengünstiger Weise zu einer ausreichend glatten Oberfläche der Gasturbinenschaufel führt.The object of the invention is to provide a method for smoothing the surface of a gas turbine blade, which leads to a sufficiently smooth surface of the gas turbine blade in a particularly efficient and cost-effective manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Angabe eines Verfahrens zur Glättung der Oberfläche einer Gasturbinenschaufel, bei dem die Gasturbinenschaufel mit einer Schlepp-
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oder konkaven Form der Saug- oder Druckseite besteht beim Schleppschleifen die Gefahr eines uneinheitlichen Abtrages an der Oberfläche. Durch die beschriebene Überlagerung von Bewegungen wird dieses vermieden und somit vor allem die aerody- namisch streng vorgegebene Oberflächenform beibehalten. Es wird hiermit eine einheitliche Schichtdicke einer aufgebrachten Korrosionsschutzschicht gewährleistet.or concave shape of the suction or pressure side, there is a risk of inconsistent removal on the surface during drag grinding. This is avoided by the described superimposition of movements and thus, above all, maintaining the aerodynamically strictly specified surface shape. This ensures a uniform layer thickness of an applied corrosion protection layer.
D) Bevorzugt weist die Oberfläche vor der Glättung eine Rau- higkeit von Ra = 5 bis 13 μm und nach der Glättung eine Rauhigkeit von Ra = 0,05 bis 1 μm auf.D) The surface preferably has a roughness of Ra = 5 to 13 μm before smoothing and a roughness of Ra = 0.05 to 1 μm after smoothing.
E) Vorzugsweise folgt nach einer ersten Glättung in dem Schleifmedium eine zweite Glättung in einem zweiten Schleif- medium, wobei die durch das zweite Schleifmedium erzielbare Endrauhigkeit kleiner ist als die durch das erste Schleifmedium erzielbare Endrauhigkeit. Durch einen solchen wiederholten Schleifprozess in unterschiedlichen Schleifmedien wird eine besonders hohe Glättung erreicht. Insbesondere erfolgen genau zwei Schleifprozesse, wobei der zweite Schleifprozess als ein Poliervorgang bezeichnet werden kann. Das Schleifmedium ist z.B. ein flüssiges Medium, das aus Wasser oder einer wäßrigen Schleifemulsion bestehen kann und Schleifkörper enthält. Die Schleifkörper des ersten Schleifmediums sind vor- zugsweise größer als die Schleifkörper des des zweiten Schleifmediums .E) A first smoothing in the grinding medium is preferably followed by a second smoothing in a second grinding medium, the final roughness that can be achieved by the second grinding medium being smaller than the final roughness that can be achieved by the first grinding medium. Such a repeated grinding process in different grinding media results in particularly high smoothing. In particular, exactly two grinding processes take place, and the second grinding process can be referred to as a polishing process. The grinding medium is e.g. a liquid medium, which can consist of water or an aqueous grinding emulsion and contains grinding wheels. The grinding media of the first grinding medium are preferably larger than the grinding media of the second grinding medium.
Die Ausführungen gemäß der Punkte A) bis E) können auch in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden.The statements according to items A) to E) can also be combined with one another in any way.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblich:The invention is explained in more detail by way of example with reference to the drawing. Some of them show schematically and not to scale:
FIG 1 eine Gasturbinenschaufel und
FIG 2 eine Schleifvorrichtung und ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer Gasturbinenschaufel.1 shows a gas turbine blade and 2 shows a grinding device and a method for surface treatment of a gas turbine blade.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference symbols have the same meaning in the different figures.
Figur 1 zeigt eine Gasturbinenschaufel 1 mit einem Schaufelblatt 3, einer Plattform 5 und einem Schaufelfuß 7. Das Schaufelblatt 3 weist eine Druckseite 9 und eine Saugseite 11 auf, die an einer Eintrittskante 13 und einer Abströmkante 12 aneinandergrenzen. Das Schaufelblatt 3 ist, wie auch die dem Schaufelblatt 3 zugewandte Oberfläche der Plattform 5, mit einer Korrosionsschutzschicht 15 versehen. Die Korrosionsschutzschicht 15 ist eine metallische Legierung der Klasse MCrAlY. An der Oberfläche 14 des Schaufelblatts 3 münden Kühlkanäle 17.FIG. 1 shows a gas turbine blade 1 with an airfoil 3, a platform 5 and a blade root 7. The airfoil 3 has a pressure side 9 and a suction side 11 which adjoin one another at an inlet edge 13 and a trailing edge 12. The airfoil 3, like the surface of the platform 5 facing the airfoil 3, is provided with a corrosion protection layer 15. The corrosion protection layer 15 is a metallic alloy of the MCrAlY class. Cooling ducts 17 open on the surface 14 of the airfoil 3.
Im Betrieb ist die Gasturbinenschaufel 1 einem Heißgas mit sehr hoher Temperatur ausgesetzt. Dem Schutz vor Korrosion und Oxidation durch das Heißgas dient die Korrosionsschutzschicht 15. Für einen Einsatz bei besonders hohen Temperaturen kann auf die Korrosionsschutzschicht 15 auch noch eine keramische Wärmedämmschicht 19 aufgebracht sein. In diesem Fall dient die Korrosionsschutzschicht 15 auch als eine Haft- vermittlerschicht zwischen dem Grundkörper der Gasturbinenschaufel 1 und der keramischen Wärmedämmschicht 19. Vor dem Aufbringen einer solchen keramischen Wärmedämmschicht 19 muss die Korrosionsschutzschicht 15 geglättet werden. Ein effizienter und kostengünstiger Glättungsprozess wird anhand von Figur 2 näher erläutert. Zur Kühlung der Gasturbinenschaufel 1 wird ein Kühlmedium 18, vorzugsweise Kühlluft, aus den Kühlkanälen 17 herausgeleitet. Das Kühlmedium 18 bildet einen schützenden Kühlfilm auf der Oberfläche 14.In operation, the gas turbine blade 1 is exposed to a hot gas at a very high temperature. The corrosion protection layer 15 serves to protect against corrosion and oxidation by the hot gas. For use at particularly high temperatures, a ceramic thermal insulation layer 19 can also be applied to the corrosion protection layer 15. In this case, the corrosion protection layer 15 also serves as an adhesion promoter layer between the base body of the gas turbine blade 1 and the ceramic heat insulation layer 19. Before the application of such a ceramic heat insulation layer 19, the corrosion protection layer 15 must be smoothed. An efficient and inexpensive smoothing process is explained in more detail with reference to FIG. 2. To cool the gas turbine blade 1, a cooling medium 18, preferably cooling air, is led out of the cooling channels 17. The cooling medium 18 forms a protective cooling film on the surface 14.
Figur 2 zeigt eine Schleifvorrichtung 21. In einem ersten ringförmigen Behälter 23 ist ein flüssiges Schleifmedium 27 eingefüllt. In einem neben dem ersten Behälter 23 angeordne-
OO ω to tFIG. 2 shows a grinding device 21. A liquid grinding medium 27 is filled in a first annular container 23. Arranged next to the first container 23 OO ω to t
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Φ 3 φ Ω Ω Φ rt rt s; DJ 3 CQ 13 3 tr 3 rt P. μ- P rt ro co μ- Hi 3 tr tr S , P. rt Φ Φ to 3 P_ φ φ Ω 13 3 Φ 3 3 3 H ~j rt O PC H Φ μ- s: DJ Φ Φ Φ Q 00 Hi μ- 3 tr <! 3 <x) 3 3: co Φ Hi φ DJ φ 3 Φ μ- rt Q Hi > 0 Φ Φ t J o oo tr o sQ P. tr DJ 3 ΦΦ 3 φ Ω Ω Φ rt rt s; DJ 3 CQ 13 3 tr 3 rt P. μ- P rt ro co μ- Hi 3 tr tr S, P. rt Φ Φ to 3 P_ φ φ Ω 13 3 Φ 3 3 3 H ~ j rt O PC H Φ μ - s: DJ Φ Φ Φ Q 00 Hi μ- 3 tr <! 3 <x) 3 3: co Φ Hi φ DJ φ 3 Φ μ- rt Q Hi> 0 Φ Φ t J ooo tr o sQ P. tr DJ 3 Φ
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CO 3 DJ o μ- μ- ιQ μ- tr co 3 co 3 s: φ μ- μ- tr rt Φ CO μ- tr COCO 3 DJ o μ- μ- ιQ μ- tr co 3 co 3 s: φ μ- μ- tr rt Φ CO μ- tr CO
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H 3 μ- 3 sQ Φ DJ 3 rt 00 φ CQ H 3 et O 3 H1 rt Φ 3 CO rt 3 μ- N O: rt φ φ 3: 3 3 Φ μ- tr rt 00 on Ω φ rt DJ 3 3 3 Φ ω Ω H Φ s: εp CQ μ- DJ tr 3 t 3 cr er (-> A CD tr H3 13 rt ιP a 3 μ- O 3" Eo to Φ Φ ΦH 3 μ- 3 sQ Φ DJ 3 rt 00 φ CQ H 3 et O 3 H 1 rt Φ 3 CO rt 3 μ- NO: rt φ φ 3: 3 3 Φ μ- tr rt 00 on Ω φ rt DJ 3 3 3 Φ ω Ω H Φ s: εp CQ μ- DJ tr 3 t 3 cr er (- > A CD tr H3 13 rt ιP a 3 μ- O 3 "Eo to Φ Φ Φ
Hi 3 φ μ- μ- φ 3 Eo 0 A rt 3 13 DJ μ- Q. c sQ 3 N tr s; 3 Φ oo μ- • 3 coHi 3 φ μ- μ- φ 3 Eo 0 A rt 3 13 DJ μ- Q. c sQ 3 N tr s; 3 Φ oo μ- • 3 co
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3 Φ 3 μ- Ω 3 Φ Φ Φ QA μ- P. DJ μ- μ- 3 O QA Hi 3- φ μ- 3 Φ μ- o μ-3 Φ 3 μ- Ω 3 Φ Φ Φ QA μ- P. DJ μ- μ- 3 O QA Hi 3- φ μ- 3 Φ μ- o μ-
3 3 3 tr Φ μ- 3 μ- μ- φ Φ 3 3 3 DJ DJ 3= 3 tr Ω Φ 3 ι- 3 Hi p. DJ CO td 3 3 φ 3 3 3 φ Φ CO co tr Φ - 3 3 fr o 3 tO 3 φ Q φ rt CO 3 μ- 1 3 13 o Q. 1 0: 3 φ O 1 1 Φ Φ φ rt 13 Φ Φ 3 3 1 1 3 1 1 1 1
3 3 3 tr Φ μ- 3 μ- μ- φ Φ 3 3 3 DJ DJ 3 = 3 tr Ω Φ 3 ι- 3 Hi p. DJ CO td 3 3 φ 3 3 3 φ Φ CO co tr Φ - 3 3 fr o 3 tO 3 φ Q φ rt CO 3 μ- 1 3 13 o Q. 1 0: 3 φ O 1 1 Φ Φ φ rt 13 Φ Φ 3 3 1 1 3 1 1 1 1
ein Poliervorgang erfolgt, durch den eine besonders hohe Glättung erreichbar ist.a polishing process takes place through which a particularly high smoothing can be achieved.
An der Schleppvorrichtung 33 können natürlich auch eine Vielzahl von Gasturbinenschaufeln 1 angeordnet werden, so dass ein hoher Durchsatz an Gasturbinenschaufeln 1 erreichbar ist,
A large number of gas turbine blades 1 can of course also be arranged on the towing device 33, so that a high throughput of gas turbine blades 1 can be achieved.