EP1931814A1 - Vorrichtung zur innenbeschichtung, retorte und verfahren zur innenbeschichtung - Google Patents

Vorrichtung zur innenbeschichtung, retorte und verfahren zur innenbeschichtung

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Publication number
EP1931814A1
EP1931814A1 EP06806845A EP06806845A EP1931814A1 EP 1931814 A1 EP1931814 A1 EP 1931814A1 EP 06806845 A EP06806845 A EP 06806845A EP 06806845 A EP06806845 A EP 06806845A EP 1931814 A1 EP1931814 A1 EP 1931814A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
coating
tubular element
cavity
blade
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06806845A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Beck
Thomas Berndt
Francis-Jurjen Ladru
Jean Müller
Michael Riemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06806845A priority Critical patent/EP1931814A1/de
Publication of EP1931814A1 publication Critical patent/EP1931814A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/046—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2230/31—Layer deposition
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    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for coating the inside of a hollow body according to claim 1, a retort according to entitlement 8 ⁇ and a method for coating the inside claim 9.
  • Hollow bodies such as cast turbine blades, for example, have cavities which, for the purpose of oxidation and / or corrosion protection, are coated with an inner coating, in particular a metallic coating.
  • a coating process here are gas coating processes available, such as the CVD or PVD process.
  • the metal is conducted by means of a carrier gas into the cavity and condenses there on the inner surfaces of the hollow body.
  • a carrier gas is generally introduced through openings in the blade root of the turbine blade, flows through the cavity and exits through blade-specific openings, for example at an exit edge.
  • the entire turbine blade is located in a retort where targeted pressure and temperature can be set process-specifically.
  • EP 1 403 395 B1 discloses a gas phase aluminization in which a masking housing is used.
  • the object is achieved by a device according to claim 1, a retort according to claim 8 and by a method according to claim 9.
  • FIG. 1 schematically shows a device according to the invention in cross-section
  • FIG. 2 shows a side view of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective view of a turbine acting ⁇ fel
  • Figure 4 is a perspective view of a gas turbine.
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention which has a component 2 with a cavity 10.
  • the turbine blade 120, 130 in particular a gas turbine blade has at least one outlet opening 7 in the region of its trailing edge 412, wherein the outlet openings 7 are preferably disposed along a trailing edge 412 and together have an elongated shape. Likewise, an elongated outlet opening 7 may be present.
  • a coating material is introduced, which flows out through the outlet openings 7 from the cavity 10 again.
  • the coating material is introduced through an opening in the blade root 400.
  • the coating process is an alitating and / or chromating process.
  • Gas coating processes are available as the coating process, such as the CVD or PVD process and the packing process.
  • the metal is conducted by means of a carrier gas through openings in the blade root 400 of the turbine blade 120, 130 in the cavity 10, flows through the hollow ⁇ space 10 and condenses there on the inner surfaces of the hollow ⁇ body 120, 130 and occurs by blade specific ⁇ ffnun ⁇ gene, preferably at the outlet opening 7 in the region of the trailing edge 412 again.
  • a metallic corrosion protective layer between 30 .mu.m and lOO ⁇ m trains example ⁇ .
  • the entire turbine blade 120, 130 is in this case before ⁇ preferably in a retort in the targeted pressure P and temperature T can be set temperature process-specific (not shown).
  • the inner coating can also be carried out without retorting.
  • a slurry or a paste can be introduced into the cavity 10, wherein this slurry is heated, so that a vapor, in particular metallic vapor is formed, which is deposited on the inner surfaces of the cavity 10.
  • the packing method can also be used, wherein the material of the packing method is introduced into the cavity 10 and heated there.
  • a pipe element 4 is present, which abuts the component 2, in particular in a region 32 on the airfoil 406 near the outlet openings 7 and thereby the outlet openings 7 in particular completely encloses.
  • the outlet openings 7 are then completely covered by the tube element 4 from the outside and no longer visible (Fig. 2).
  • the tubular element 4 is preferably a tube which has a
  • Slit 19 which is slightly wider than the trailing edge 412 of the turbine blade 120, 130 is formed and has, for example, a circular or oval-shaped cross section in longitudinal section.
  • the tubular element 4 is applied to the turbine blade 120, 130 in the region 32 of the outlet openings 7 and optionally at contact surfaces 29 of the tubular element 4 and blade ⁇ sheet 406 against the turbine blade 120, 130 graydich- tet. Likewise, the tubular element 4 in the region 28 of Berüh ⁇ tion surfaces of the platform 403 sealed (Fig. 2).
  • the gas which must necessarily leave the cavity 10, then flows into the tubular element 4 and therefore does not reach the outer surfaces 13 of the turbine blade 2.
  • the tubular element 4 can be formed at one end 16 with a Veralle ⁇ tion 25 so that it no longer has a slot 19, but represents a closed tube, which is possibly led out of the retort.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 to each other, a securing region 400, an adjoining blade or vane platform 403 and an airfoil 406.
  • the vane 130 may be pointed on its shovel 415 have a further platform (not Darge ⁇ asserted).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is, for example, as a hammerhead staltet out ⁇ . Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a medium which flows past felblatt 406 at the Schau- a leading edge 409 and a trailing edge on the 412th
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can in this case by a casting process, also by means of directional solidification, by a Schmiedever- drive, be made by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces for example, by directed solidification from the melt.
  • These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole workpiece be ⁇ is made of a single crystal.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX, M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), Nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), Nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • An internal coating is effected by the method according to the invention with the device 1 according to the invention.
  • thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium ⁇ oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120 is to be cooled 130, it is hollow and, if necessary, has film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 4 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has an axis by a rotational ⁇ 102 rotatably mounted rotor 103 having a shaft 101, which is also referred to as the turbine rotor.
  • a rotational ⁇ 102 rotatably mounted rotor 103 having a shaft 101, which is also referred to as the turbine rotor.
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • An annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings .
  • a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ⁇ seals.
  • the loading 105 compressed air provided at the turbine end of the compressor to the burners leads 107 ge ⁇ where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 seen in the flow direction of the working medium 113 first Turbine stage 112 is most thermally stressed in addition to the heat shield elements lining the annular combustor 110.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • Iron, nickel or cobalt-based superalloys are used as material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the guide blade 130 has a guide blade root facing the inner housing 138 of the turbine 108 (not shown here) and a guide blade foot opposite
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

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Abstract

Bei Innenbeschichtungsverfahren besteht häufig das Problem darin, dass eine äußere Oberfläche des zu beschichtenden hohlen Bauteils mitbeschichtet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) besteht darin, dass die äußere Oberfläche (13) des Bauteils (2) durch ein Rohrelement (4), das im Bereich (32) der Austrittsöffnung (7) des hohlen Bauteils (2) anliegt, geschützt ist, wenn der Hohlraum (10) des Bauteils (2) beschichtet wird.

Description

Vorrichtung zur Innenbeschichtung, Retorte und Verfahren zur
InnenbeSchichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenbeschichtung eines Hohlkörpers gemäß Anspruch 1, eine Retorte gemäß An¬ spruch 8 und ein Verfahren zur Innenbeschichtung gemäß Anspruch 9.
Hohlkörper, wie z.B. gegossene Turbinenschaufeln weisen Hohlräume auf, die zwecks Oxidation und/oder Korrosionsschutzes mit einer Innenbeschichtung, insbesondere einer metallischen Beschichtung beschichtet werden. Als Beschichtungsverfahren stehen hier Gasbeschichtungsverfahren zur Verfügung, wie z.B. das CVD- oder PVD-Verfahren . Dabei wird das Metall mittels eines Trägergases in den Hohlraum geleitet und kondensiert dort auf den Innenflächen des Hohlkörpers. Dabei bildet sich dann beispielsweise eine metallische Korrosionsschutzschicht zwischen 30 und lOOμm. Ein Trägergas wird in der Regel durch Öffnungen im Schaufelfuß der Turbinenschaufel eingeleitet, durchströmt den Hohlraum und tritt durch schaufelspezifische Öffnungen, z.B. an einer Austrittskante wieder aus. Die ganze Turbinenschaufel befindet sich dabei in einer Retorte in der gezielt Druck und Temperatur prozessspezifisch eingestellt werden können. Nach dem Ausströmen des Trägergases mit dem Metall aus der Austrittskante der Turbinenschaufel konden¬ siert das Metall in ungewünschter Weise auch auf der äußeren Oberfläche der Turbinenschaufel. Diese Beschichtungsreste müssen nach der Entnahme der Turbinenschaufel aus der Retorte aufwendig mittels Strahlen oder sonstigem abrasiven Verfahren entfernt werden. Dies dauert sehr lange und ist sehr perso¬ nalintensiv.
Die EP 1 403 395 Bl offenbart eine Gasphasenaluminisierung, bei der ein Maskierungsgehäuse verwendet wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Innenbeschichtung und eine Retorte aufzuweisen, mit der eine Beschichtung der äußeren Oberfläche eines Bauteils während des Innenbeschichtungsverfahrens verhindert werden kann und ein Verfahren zur Innenbeschichtung aufzuzeigen, durch das eine äußere Beschichtung verhindert wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Retorte gemäß Anspruch 8 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise mit¬ einander kombiniert werden können.
Es zeigen
Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,
Figur 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrich- tung,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschau¬ fel,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer Gasturbine.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die ein Bauteil 2 mit einem Hohlraum 10 aufweist.
Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Turbinenschaufel 120, 130 (Figur 3, 4), die hier exemplarisch für alle hohlen Bauteile 2 beschrieben wird.
Die Turbinenschaufel 120, 130, insbesondere eine Gasturbinen¬ schaufel weist zumindest eine Austrittsöffnung 7 im Bereich ihrer Abströmkante 412 auf, wobei die Austrittsöffnungen 7 vorzugsweise entlang einer Hinterkante 412 angeordnet sind und zusammen eine längliche Form aufweisen. Ebenso kann eine längliche Austrittsöffnung 7 vorhanden sein.
In den Hohlraum 10 wird ein Beschichtungsmaterial eingeführt, wobei dieses durch die Austrittsöffnungen 7 aus dem Hohlraum 10 wieder herausströmt. Im Falle einer Turbinenschaufel 120, 130 wird das Beschichtungsmaterial durch eine Öffnung im Schaufelfuß 400 eingeführt.
Insbesondere handelt es sich bei dem Beschichtungsverfahren um ein Alitierung- und/oder Chromierungsverfahren . Als Beschichtungsverfahren stehen hier Gasbeschichtungsverfahren zur Verfügung, wie z.B. das CVD- oder PVD-Verfahren sowie das Packverfahren. Dabei wird das Metall mittels eines Träger- gases durch Öffnungen im Schaufelfuß 400 der Turbinenschaufel 120, 130 in den Hohlraum 10 geleitet, durchströmt den Hohl¬ raum 10 und kondensiert dort auf den Innenflächen des Hohl¬ körpers 120, 130 und tritt durch schaufelspezifische Öffnun¬ gen, vorzugsweise an der Austrittsöffnung 7 im Bereich der Hinterkante 412 wieder aus. Dabei bildet sich dann beispiels¬ weise eine metallische Korrosionsschutzschicht zwischen 30μm und lOOμm aus .
Die ganze Turbinenschaufel 120, 130 befindet sich dabei vor¬ zugsweise in einer Retorte, in der gezielt Druck P und Tempe- ratur T prozessspezifisch eingestellt werden können (nicht dargestellt) . Die Innenbeschichtung kann aber auch ohne Retorte durchgeführt werden.
Ebenso kann ein Schlicker oder eine Paste in den Hohlraum 10 eingebracht werden, wobei dieser Schlicker erhitzt wird, so dass ein Dampf, insbesondere metallischer Dampf entsteht, der sich auf den Innenflächen des Hohlraums 10 niederschlägt.
Bezüglich der Auswahl des Beschichtungsverfahrens des Hohl- raums 10 besteht hier keinerlei Einschränkung. Auch das Pack¬ verfahren kann verwendet werden, wobei das Material des Pack¬ verfahrens in den Hohlraum 10 eingeführt und dort erhitzt wird . Im Bereich der Austrittsöffnung 7 ist erfindungsgemäß ein Rohrelement 4 vorhanden, das an dem Bauteil 2, insbesondere in einem Bereich 32 auf dem Schaufelblatt 406 nahe der Aus- trittsöffnungen 7 anliegt und dabei die Austrittsöffnungen 7 insbesondere vollständig umschließt. Die Austrittsöffnungen 7 sind dann von außen her vollständig durch das Rohrelement 4 abgedeckt und nicht mehr zu erkennen (Fig. 2) .
Das Rohrelement 4 ist vorzugsweise ein Rohr, das einen
Schlitz 19 aufweist, der etwas breiter als die Hinterkante 412 der Turbinenschaufel 120, 130 ausgebildet ist und hat beispielsweise einen kreis- oder ovalförmigen Querschnitt im Längsschnitt .
Das Rohrelement 4 wird an die Turbinenschaufel 120, 130 im Bereich 32 der Austrittsöffnungen 7 angelegt und gegebenenfalls an Berührungsflächen 29 von Rohrelement 4 und Schaufel¬ blatt 406 gegenüber der Turbinenschaufel 120, 130 abgedich- tet . Ebenso kann das Rohrelement 4 im Bereich 28 der Berüh¬ rungsflächen der Plattform 403 abgedichtet (Fig. 2) werden.
Das Gas, das den Hohlraum 10 zwangsläufig verlassen muss, strömt dann in das Rohrelement 4 ein und gelangt deshalb nicht auf die äußeren Oberflächen 13 der Turbinenschaufel 2. Das Rohrelement 4 kann an einem Ende 16 mit einer Verlänge¬ rung 25 so ausgebildet sein, dass es keinen Schlitz 19 mehr aufweist, sondern ein geschlossenes Rohr darstellt, das ggf. aus der Retorte hinausgeführt wird.
Ebenso ist es denkbar, dass im Bereich einer Öffnung 22 des Rohrelements 4 aus der das Gas aus dem Hohlraum 10 in das Rohrelement 4 austritt, eine Absaugvorrichtung vorhanden ist, die den ausströmenden Dampf absaugt und so verhindert, dass sich der Dampf des Beschichtungsmaterials auf den Außenflä¬ chen 13 der Turbinenschaufel 2 abscheidet. In diesem Fall kann auf eine Retorte verzichtet werden. Figur 3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf¬ einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 auf . Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel- spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge¬ stellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau- felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab¬ strömkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas- sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Er- starrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenba¬ rung .
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Eine Innenbeschichtung erfolgt durch das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttrium¬ oxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu¬ tet) auf.
Die Figur 4 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108. Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be- reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt . Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet .
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur ) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen- schaufei 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge- stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden
Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Innenbeschichtung eines Hohlraums (10) eines Bauteils (2), das (2) zumindest eine Austrittsöffnung (7) aufweist, die (7) eine längliche Form aufweist, wobei die Vorrichtung zumindest aus einem Rohrelement (4), das (4) ein Rohr mit einem länglichen Schlitz (19) darstellt, das die Austrittsöffnung (7) vollständig umschließt und an dem Bauteil (2) anliegt, besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Rohrelement (4) in einem Bereich (32) nahe der Austrittsöffnung (7) an dem Bauteil (2) anliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Rohrelement (4) in einem Bereich (32) des Bau- teils (2) und der Berührungsflächen (28, 29) des Rohrele¬ ments (4) gegenüber dem Bauteil (2) abgedichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Rohrelement (4) an einem Ende eine Verlänge¬ rung (25) aufweist, die ein vollständiges geschlossenes Rohr darstellt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Bauteil (2) eine Turbinenschaufel (120, 130) ist.
6. Retorte in der eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5 angeordnet ist, in der Temperatur (T) und/oder Druck (p) einstellbar sind.
7. Verfahren zur Innenbeschichtung eines Bauteils (2) mit einem Hohlraum (10), insbesondere mittels einer Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei dem an das Bauteil (2) ein Rohrelement (4), das ein Rohr mit einem länglichen Schlitz (19) darstellt, so angelegt wird, dass ein ausströmendes Gas aus einer Austrittsöffnung (7) des hohlen Bauteils (2) nur in das Rohrelement (4) strömen kann,
Einführen von Beschichtungsmaterial in den Hohlraum (10) des Bauteils (2), so dass in dem Hohlraum (10) eine Innenbeschichtung statt- findet, wobei ein Dampf des Beschichtungsmaterials aus der Aus¬ trittsöffnung (7) des hohlen Bauteils (2) in das Rohrelement (4) ausströmt, das (4) den Dampf von den äußeren Oberflächen (13) des hohlen Bauteils (2) fernhält und ableitet,
Entfernen des Rohrelements (4) nach Ende der Innenbe¬ schichtung.
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