EP1702698A1 - Verfahren zum Herstellen einer Komponente einer Turbine - Google Patents

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EP1702698A1
EP1702698A1 EP05005873A EP05005873A EP1702698A1 EP 1702698 A1 EP1702698 A1 EP 1702698A1 EP 05005873 A EP05005873 A EP 05005873A EP 05005873 A EP05005873 A EP 05005873A EP 1702698 A1 EP1702698 A1 EP 1702698A1
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EP
European Patent Office
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layer
mold
component
sprayed
sprayed layer
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Withdrawn
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EP05005873A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Dr. Barnikel
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/08Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component, in particular a turbine in a mold and a spray layer formed on the surface of the component, and a turbine component, which is produced by such a method.
  • the surface layers to be formed on the components are produced by thermal spraying on the components themselves.
  • the application of the layers is often difficult or even impossible because, for example, channels or cavities are present in the cast components that are inaccessible to commercial coating equipment.
  • the invention is based on the object to provide a method for producing a component of a turbine, by means of which inner contours and complex geometries of cast components of a turbine can be coated inexpensively.
  • the object is achieved according to the invention with a generic method in which the sprayed layer is applied to the surface of the mold of the component and casting material is poured into the mold in such a way that produces a permanent connection between the sprayed layer and the casting material and the component or the cast body after being removed from the mold with the sprayed layer is coated. Furthermore, the object is achieved with a steam turbine component which is produced by such a method according to the invention.
  • the casting mold of the steam turbine component to be produced is provided with a layer which is present as an outer layer during casting of the casting or component of the turbine and after removal of the casting mold on the surface of the component.
  • surfaces in such cavities of a component can be inexpensively provided with a functional layer, which are not accessible to conventional spraying methods.
  • a release layer is applied to the surface of the mold before the application of the spray coating.
  • the separating layer forms after pouring the casting material and during the detachment of the mold from the cast body targeted the separation point between the mold and casting.
  • This adhesive layer leads to a better coupling of the functional layer to the cast body and contributes thus also to increase the quality of the components to be produced.
  • an oxidation protective layer is applied to the surface of the mold.
  • the oxidation protection layer comes to rest in the finished castings between the casting material and the functional surface layer and protects the cast component from corrosion, in particular oxidation during operation of the associated plant, even if its surface is damaged.
  • a "negative" of an entire layer system which then comes into effect on the finished cast body as "positive”, can furthermore be built up with the abovementioned further layers.
  • the method according to the invention advantageously forms the basis for a non-destructive examination of the sprayed layer (s) prior to pouring the cast material.
  • the mold provided with a layer according to the invention can advantageously be produced by a thermal spraying method, in particular by means of plasma spraying, flame spraying and / or high-speed flame spraying.
  • the method according to the invention is particularly well suited for applying to components of turbines a heat-insulating material which then acts as a heat-insulating layer on the finished component.
  • the spray layer and in particular the release layer, adhesion layer and / or oxidation protection layer can be applied to a core of the casting mold with great advantage.
  • Cores prepared in accordance with the invention can then be used in subsequent casting steps even complex inner contours of components of a turbine with the desired functional layers and also with complete layer systems can be provided in a particularly simple and cost-effective manner.
  • a casting core 10 is shown as part of a further not shown form, on the surface of which a separating layer 12, a thermal barrier coating 14 and an adhesive layer 16 have been successively applied by thermal spraying.
  • the separating layer 12 is formed from a material which promotes detachment of the subsequently applied thermal barrier coating 14 from the casting core 10.
  • the heat-insulating layer 14 itself is formed from a heat-insulating material, that is to say a material which has a comparatively low coefficient of thermal conduction.
  • the adhesive layer 16 is made of a comparatively tough and slightly flexible material, which also has in particular a similar coefficient of thermal expansion as the casting material.
  • Fig. 2 illustrates the actual casting process of the method according to the invention, in which a casting material 18 is introduced into the mold.
  • the casting material 18 is the base material of the component of the turbine to be produced. It cooperates with the adhesive layer 16 such that a permanent connection of the thermal insulation layer 14 with the casting material 18 is formed.
  • the casting core 10 is removed at the separating layer 12 of the cast component and it results in a cavity 20th
  • the heat-insulating layer 14, which is permanently coupled to the casting material 18 via the adhesive layer 16, is thus located on the inner walls of the hollow space 20 produced in this way.
  • a further layer for example an erosion protection layer, can also be formed between the casting core 10 and the thermal barrier coating 14.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente einer Turbine, ist gekennzeichnet durch die Schritte: Aufbringen einer Spritzschicht (14) auf die Oberfläche einer Form (10) und Eingießen von Gussmaterial (18) in die Form (10), derart, dass eine dauerhafte Verbindung zwischen der Spritzschicht (14) und dem Gussmaterial (18) hergestellt und die Komponente nach einem Herauslösen aus der Form (10) mit der Spritzschicht (14) überzogen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente, insbesondere einer Turbine in einer Form und einer auf der Oberfläche der Komponente ausgebildeten Spritzschicht sowie eine Turbinen-Komponente, welche nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist.
  • Im technischen Gebiet der Dampfturbinen und auch der Gasturbinen ist es grundsätzlich bekannt, an deren Komponenten Spritzschichten aufzubringen, welche der jeweils zugehörigen Oberfläche der Komponenten besonders günstige Eigenschaften verleiht.
  • Die dabei an den Komponenten auszubildenden Oberflächenschichten werden durch thermisches Spritzen auf die Komponenten selbst erzeugt. Das Aufbringen der Schichten ist aufgrund der Geometrien der zu beschichtenden Komponenten jedoch oftmals schwierig oder gar unmöglich, weil sich beispielsweise Kanäle oder Hohlräume in den als Gusskörper hergestellten Komponenten befinden, die für handelsübliche Beschichtungsapparaturen nicht zugänglich sind.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Komponente einer Turbine bereitzustellen, mittels dem auch Innenkonturen und komplexe Geometrien von Guss-Komponenten einer Turbine kostengünstig beschichtet werden können.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst, bei dem die Spritzschicht auf die Oberfläche der Form der Komponente aufgebracht und nachfolgend Gussmaterial in die Form derart eingegossen wird, dass eine dauerhafte Verbindung zwischen der Spritzschicht und dem Gussmaterial hergestellt und die Komponente bzw. der Gusskörper nach einem Herauslösen aus der Form mit der Spritzschicht überzogen ist. Ferner ist die Aufgabe mit einer Dampfturbinen-Komponente gelöst, welche nach einem derartigen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
  • Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Gussform der herzustellenden Dampfturbinen-Komponente mit einer Schicht versehen wird, die dann beim Gießen des Gusskörpers bzw. Bauteils der Turbine und nach dem Entfernen der Gussform an der Oberfläche der Komponente als äußere Schicht vorliegt.
  • Auf diese Weise können erfindungsgemäß auch Oberflächen in solchen Hohlräumen einer Komponente kostengünstig mit einer funktionalen Schicht versehen werden, welche für konventionelle Spritzverfahren nicht zugänglich sind.
  • Aufgrund der besseren Zugänglichkeit der Gussform für das erfindungsgemäße Ausbilden der Schicht, kann eine bessere Schichtqualität und eine bessere Gleichmäßigkeit der Schichtdicke erreicht werden.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Aufbringen der Spritzschicht eine Trennschicht auf die Oberfläche der Form aufgebracht. Die Trennschicht bildet nach dem Eingießen des Gussmaterials und während des Ablösens der Form vom Gusskörper gezielt die Trennstelle zwischen Form und Gusskörper. Dadurch kann die Qualität der Gusskörper erhöht und die Ausschussrate sowie das so genannte Gussputzen als Nacharbeit erheblich verringert werden.
  • Ferner wird vorteilhaft nach dem Aufbringen der Spritzschicht eine Haft- bzw. Anbindungsschicht auf die Oberfläche der Form aufgebracht. Diese Haftschicht führt zu einer besseren Ankopplung der funktionalen Schicht an den Gusskörper und trägt damit ebenfalls zur Erhöhung der Qualität der herzustellenden Komponenten bei.
  • Schließlich ist es auch von Vorteil, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Aufbringen der Spritzschicht eine Oxidationsschutzschicht auf die Oberfläche der Form aufgebracht wird. Die Oxidationsschutzschicht kommt bei den fertigen Gusskörpern zwischen dem Gussmaterial und der funktionalen Oberflächenschicht zum Liegen und schützt dort die gegossene Komponente selbst bei einer Beschädigung von deren Oberfläche vor Korrosion, insbesondere von Oxidation während des Betriebs der zugehörigen Anlage.
  • Mit den oben genannten weiteren Schichten kann erfindungsgemäß ferner ein "Negativ" eines ganzen Schichtsystems aufgebaut werden, welches dann am fertigen Gusskörper als "Positiv" zur Wirkung kommt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bildet darüber hinaus vorteilhaft die Grundlage für eine zerstörungsfreie Prüfung der Spritzschicht/en vor dem Eingießen des Gussmaterials.
  • Hergestellt werden kann die erfindungsgemäß mit einer Schicht versehene Gussform vorteilhaft durch ein thermisches Spritzverfahren, insbesondere mittels Plasmaspritzen, Flammspritzen und/oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist, so wurde ermittelt, besonders gut geeignet, um an Komponenten von Turbinen ein wärmedämmendes Material aufzubringen, welches an der fertig verbauten Komponente dann als Wärmedämmschicht wirkt.
  • Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit großem Vorteil die Spritzschicht und insbesondere die Trennschicht, Haftschicht und/oder Oxidationsschutzschicht auf einem Kern der Gussform aufgebracht werden. Mit derart erfindungsgemäß vorbereiteten Kernen können dann in nachfolgenden Gießschritten besonders einfach und kostengünstig selbst komplexe Innenkonturen von Komponenten einer Turbine mit den gewünschten funktionalen Schichten und auch mit ganzen Schichtsystemen versehen werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1
    einen Schnitt eines Gusskerns, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet ist, und
    Fig. 2
    den Schnitt gemäß Fig. 1 bei einem Gusskörper bzw. einer herzustellenden Komponente einer Turbine, welche/r um den in Fig. 1 dargestellten Gusskern herum gegossen wird.
  • In Fig. 1 ist als ein Teil einer weiter nicht dargestellten Form ein Gusskern 10 dargestellt, an dessen Oberfläche aufeinander folgend durch thermische Spritzverfahren eine Trennschicht 12, eine Wärmedämmschicht 14 und eine Haftschicht 16 aufgebracht worden sind.
  • Die Trennschicht 12 ist dabei aus einem Material gebildet, welches ein Ablösen der nachfolgend aufgebrachten Wärmedämmschicht 14 von dem Gusskern 10 begünstigt.
  • Die Wärmedämmschicht 14 selbst ist aus einem wärmedämmenden Material gebildet, also einem Material, welches einen vergleichsweise geringen Wärmeleitkoeffizienten aufweist.
  • Die Haftschicht 16 ist aus einem vergleichsweise zähen und geringfügig flexiblen Material hergestellt, welches ferner insbesondere einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Gusswerkstoff.
  • Fig. 2 veranschaulicht den eigentlichen Gießprozess des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Gussmaterial 18 in die Form eingebracht wird. Das Gussmaterial 18 ist das Grundmaterial der herzustellenden Komponente der Turbine. Es wirkt mit der Haftschicht 16 derart zusammen, dass eine dauerhafte Verbindung der Wärmdämmschicht 14 mit dem Gussmaterial 18 gebildet wird.
  • Anschließend wird der Gusskern 10 an der Trennschicht 12 aus der gegossenen Komponente entfernt und es ergibt sich in dieser ein Hohlraum 20.
  • An den Innenwänden des derart hergestellten Hohlraums 20 befindet sich auf diese Weise die Wärmedämmschicht 14, welche über die Haftschicht 16 dauerhaft an dem Gussmaterial 18 angekoppelt ist.
  • Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Schichtsystem kann zwischen Gusskern 10 und Wärmedämmschicht 14 ferner eine weitere Schicht, beispielsweise eine Erosionsschutzschicht ausgebildet sein.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Komponente, insbesondere einer Turbine, in einer Form (10) und einer auf der Oberfläche der Komponente ausgebildeten Spritzschicht (14), gekennzeichnet durch die Schritte:
    Aufbringen der Spritzschicht (14) auf die Oberfläche der Form (10) und Eingießen von Gussmaterial (18) in die Form (10), derart, dass eine dauerhafte Verbindung zwischen der Spritzschicht (14) und dem Gussmaterial (18) hergestellt und die Komponente nach einem Herauslösen aus der Form (10) mit der Spritzschicht (14) überzogen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    vor dem Aufbringen der Spritzschicht (14) eine Trennschicht (12) auf die Oberfläche der Form (10) aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Aufbringen der Spritzschicht (14) eine Haftschicht (16) auf die Oberfläche der Form (10) aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Aufbringen der Spritzschicht (14) eine Oxidationsschutzschicht auf die Oberfläche der Form (10) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spritzschicht (14) vor dem Eingießen des Gussmaterials (18) zerstörungsfrei geprüft wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spritzschicht (14) mit einem thermischen Verfahren, insbesondere mittels Plasmaspritzen, Flammspritzen und/oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spritzschicht (14) mit einem wärmedämmenden Material als eine Wärmedämmschicht aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Spritzschicht (14) und insbesondere die Trennschicht (12), Haftschicht (16) und/oder Oxidationsschutzschicht auf einem Kern (10) der Form aufgebracht wird.
  9. Turbinen-Komponente, welche nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist.
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