EP2307169A1 - Verfahren zum austauschen einer schaufel eines rotors mit integrierter beschaufelung und ein derartiger rotor - Google Patents

Verfahren zum austauschen einer schaufel eines rotors mit integrierter beschaufelung und ein derartiger rotor

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EP2307169A1
EP2307169A1 EP10742714A EP10742714A EP2307169A1 EP 2307169 A1 EP2307169 A1 EP 2307169A1 EP 10742714 A EP10742714 A EP 10742714A EP 10742714 A EP10742714 A EP 10742714A EP 2307169 A1 EP2307169 A1 EP 2307169A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
blade
base
neuschaufel
joining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10742714A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Hermann Richter
Marcus Klemm
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2307169A1 publication Critical patent/EP2307169A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/005—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only replacement pieces of a particular form
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
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    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y10T29/49337—Composite blade

Definitions

  • the invention relates to a method for replacing a blade of a rotor with integral blading and a rotor with a blade exchanged in this way.
  • Rotors with integral blading have either a disk-shaped or an annular rotor body, on the outer periphery of the blading is integrally arranged.
  • Rotors with a disk-shaped rotor base body are referred to as blisk (bladed disk) and rotors with an annular rotor base body as bling (bladed ring).
  • rotors with integral blading are described in the patent application WO 2005/024185 of the applicant.
  • One method is to mill the rotors with their Beschaufein from the solid.
  • Another manufacturing method provides to produce the blading separately from the rotor body and then to arrange by a joining method to the rotor body. Examples of joining methods are linear friction welding, inductive pressure welding or diffusion welding.
  • the blading consists of forgings, which are already adapted to the desired shape of the blade so that after attaching to the rotor body has to be done only a fine machining.
  • the blading may also consist of a plurality of blade blanks, which are separated out of a press profile and are processed to their desired shape only after attachment to the rotor body.
  • the international patent application WO 2008/046388 of the applicant describes a
  • a known method for replacing a damaged blade of a rotor with integral blading is disclosed in the German patent application DE 10 2005 033 625 A1 of the applicant. According to this method, the damaged blade is separated and replaced with a new blade made by a powder metallurgical injection molding process. However, DE 10 2005 033 625 A1 does not disclose whether the new blade is arranged directly on the outer circumference of the rotor base body or whether it is attached to a rotor body-side stump of the previously separated damaged blade.
  • DE 39 09 733 A1 proposes a method for replacing a blade, in which the new blade is welded to a rotor body-side stump.
  • the damaged blade is separated at a defined distance from the rotor base body so that a stump remains whose radial surface represents a blade connection surface for the new blade.
  • the stump is circumferentially stabilized by a multi-part metallic enclosure, which enters into a metallurgical connection with the stump and the Neuschaufel.
  • the height of the enclosure corresponds to the radial length of the stump so that the stump and the enclosure provide the blade pad for the new blade.
  • EP 1 535 692 B1 also describes a method for exchanging a
  • EP 0 376 874 B1 instead of stabilizing the rotor base body-side stump, to provide the new blade in the region of its joining surface with a collar which allows uniform heating during joining and is intended to prevent deformation.
  • the separation of the damaged blade can be done by means of Electrical Discharge Machining (EDM method). After joining the Neuschaufel the collar and excess material is removed and finished the connection stump Neuschaufel to nominal size.
  • EDM method Electrical Discharge Machining
  • US Pat. No. 6,095,402 shows a method for exchanging a rotor with integral blading, in which a new blade is also arranged on a rotor base-side stump of a previously separated damaged blade.
  • the subject of this US patent is directed to the particular geometric design of the blade connection surface of the stub, so that even with non-planar blade connection surface, the Neuschaufel can be joined by means of linear friction welding.
  • the aforementioned known method is the same that the radial blade connection surface of the stump is formed during the separation of the damaged blade.
  • a separation surface created when the damaged blade is cut off at the stump serves as a blade connection surface for a new blade.
  • the separating surface is merely cleaned to prepare for joining.
  • This has the disadvantage that the separation of the damaged blade at a defined distance from the outer circumference of the rotor base body and in addition has to be done very accurately to allow a precise fit joining the Neuschaufel. Accordingly technically demanding separation methods are to be used.
  • the stump has to be stabilized consuming during the joining or the Neuschaufel has special design features, since the finished form of the stump does not withstand the loads occurring during joining.
  • Object of the present invention is to provide a method for replacing a blade of a rotor with integral blading, which eliminates the aforementioned disadvantages and allows easy custom-fit joining a Neuschaufel, and to provide a rotor with such a replaced blade.
  • This object is achieved by a method for replacing a blade of a rotor with integral blading with the steps of claim 1 and by a rotor having the features of claim 10.
  • a first step the old blade is separated from the rotor base body.
  • a separation surface is formed on the rotor base body, on which, according to the invention, a pedestal is erected in a following step.
  • the blade connection surface for a new blade is formed on its radial surface facing away from the rotor base body. Then the Neuschaufel is grouted to the blade pad.
  • An advantage of the method according to the invention is that the blade connection surface is newly formed and not, as known from the prior art, is identical to the separating surface on the rotor body side during separation of the old blade.
  • the old bucket can be removed by technically simple separation of the rotor body.
  • the old bucket can not be separated too close to the outer circumference of the rotor body, since the Neuschaufel is not joined directly to the remaining stump, but a pedestal is built, the radial length is arbitrary.
  • a complex stabilization of the base during joining is not necessary, since its shape can be chosen flexibly when erecting or building.
  • the pedestal may be conditioned in shape such that the joining and finishing of the new bucket corresponds to placing a bucket in the manufacture of new parts.
  • the old bucket is separated from the rotor base body in such a way that the separating surface is formed on a stump on the rotor body side.
  • the old bucket is removed from the rotor base body in such a way that the separating surface runs flush with the outer circumference of the rotor base body.
  • the base can be oversized both in the circumferential direction and in the axial direction.
  • the joint connection per se and the shape of the Neuschaufel a finishing can be performed on nominal size.
  • the construction of the base takes place by means of a generative manufacturing process, for example by laser deposition welding.
  • the joining of the new blade to the blade connection surface is carried out in one embodiment by means of a welding process.
  • a welding process examples are electron beam welding, linear friction welding, inductive high frequency pressure welding or diffusion welding.
  • An inventive rotor with integral blading provides a Rotor ground- body on which a plurality of blades is arranged, wherein at least one old bucket is replaced by a Neuschaufel.
  • the new blade is arranged on a blade connection surface of a base, which is erected on a rotor body-side separating surface of the previously separated old blade.
  • FIG. 1 shows a cross section through a rotor in the manufacture of new parts with integral blading in the area of a joined blade
  • FIG. 2 shows the cross section of Figure 1 after a completion of the joint connection
  • 3 shows a cross section through a rotor with integral blading in the region of a separated old blade
  • FIG. 4 shows the cross section according to FIG. 3 before the joining of a new scoop
  • FIG. 5 shows the cross section according to FIG. 4 after joining the new blade
  • Fig. 6 shows the cross section of Figure 5 after finishing the joint connection.
  • FIG. 1 shows in simplified form the manufacture of a rotor 2 of a gas turbine, in particular of an aircraft engine, with integral blading.
  • the rotor 2 has a disc-shaped rotor base body 4 with a plurality of radial projections 6, 8, 10, on each of which a blade 12 of the integral blading is joined directly or is still joined.
  • a central projection 8 with the blade 12 shown in FIG. 1 will be considered below by way of example for each projection 6, 8, 10 and for each blade 12.
  • the projection 8 has a radial blade connection surface 14 and is provided with an oversize indicated in FIG.
  • the bucket 12 has a foot portion 16 and a head portion 18 remote from the foot portion 16, here provided with a shroud.
  • the foot section 16 has a joining surface 20 facing the rotor base body 4 and, in accordance with the radial projection 8, is provided with an oversize shown in dashed lines in FIG.
  • the joining surface 20 is complementary to the blade connection surface 14 of the radial projection 8.
  • Suitable joining methods are, for example, electron beam welding (EB), linear friction welding, inductive high-frequency pressure welding (IHFP) or diffusion welding.
  • the projection 8 and the foot section 16 of the blade 12 are brought to their final dimensions by a finishing operation.
  • the oversized dimensions of the projection 8 and of the foot section 16, indicated by dashed lines, as well as accumulations of material occurring during joining, are removed.
  • Exemplary finishing processes include electrochemical machining (ECM) and milling.
  • FIG. 3 shows a cross section through a rotor 2 with integral blading. There is shown a rotor base 4 with two undamaged blades 24, 26, between which an old blade 12 shown in FIG. 2 was arranged. The joining of the shovel 24, 26 and the joining of the old bucket 12, not shown in FIG. 3, took place in the course of the manufacture of new parts as explained above in FIGS. 1 and 2.
  • a parting plane 28 is determined, in which the old bucket 12 is to be separated from the rotor body 4.
  • the course of the parting plane 28 is selected such that a stump 30 of the radial projection 8 shown in Figure 1, on which the old blade 12 was arranged, rotor rotor body side stops.
  • the removal of the old bucket 12 from the rotor body 4 was carried out, for example, by electrical discharge machining (EDM).
  • the stump 30 has a radial separation surface 32 lying in the parting plane 28, on which, according to FIG. 4, a radial base 34 for receiving the new blade 22 is erected.
  • the stump 30 is smaller than the original projection 6 is formed. Its height or radial length can be adjusted arbitrarily.
  • the construction of the base 34 takes place by means of a generative production method. rens, for example by laser beam or laser deposition welding. When erecting, the base 34 forms a metallurgical connection with the rotor base body 4.
  • the base 34 thus extends above the parting plane 28 outside and forms a radial blade pads 14 for placing the Neuschaufel 22 His h radial length or height as determined by the radial length or height h st of the stump 30 and to the shape of a foot portion shown in Figure 5. 16 of the Neuschaufel 22, since the sum of the heights h and h so st the radial distance a between the blade connection area 14 from the outer periphery 36 of the rotor main body 4 is obtained.
  • the base 34 is erected with oversubscribed in dashed lines in FIG. These can extend both in the circumferential direction and in the axial direction of the rotor base body 4.
  • foot portion 16 of the new bucket 22 has the same shape as the old bucket 12 in the manufacture of new parts, correspond to the shape of the base 34 with the stump 30 including the excess dimensions and in particular the distance a of the blade pad 14 from the outer periphery 36 of the rotor base body 4 in FIG 1 shown radial projection 8 and its radial length 1 measured from the outer periphery 36 of the rotor base body 4th
  • the new blade 22 is positioned with its base section 16 or its joining surface 20 complementary to the blade connection surface 14 on the base 34 or the blade connection surface 14 and joined to the rotor base body 4.
  • the joining preferably takes place according to one of the direct joining methods mentioned in FIG.
  • a rotor 2 with integral blading is thus created, which has a new blade 22 which is formed on a blade connection surface 14 of a base 34 which is erected on a rotor base side separation surface 32 of a previously separated old blade 12 and quasi a radial projection 8 corresponds to the rotor base 4, on which the originally new old blade 12 was placed in the manufacture of new parts.
  • parting plane 28 can also be chosen such that no stump 34 remains on the rotor base 4, but the separation surface 32 merges flush into the outer periphery 36 of the rotor base 4 and the pedestal 34 is erected directly on the outer periphery 36.
  • the method according to the invention is not limited to disk-shaped rotors 2 with integral blading but that it also extends to annular rotors with integral blading and to rotors for compressors.
  • a new scoop in the sense of the invention can also be a ready-made or repaired old scoop.
  • the rotor base body 4 can be milled from the solid or produced for example by means of a generative manufacturing process.
  • the blades can be produced generatively or be, for example, forgings, milled parts or press profiles.
  • the base 34 it is also conceivable to construct the base 34 not by laser deposition welding, but by another generative manufacturing method.

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Abstract

Offenbart sind ein Verfahren zum Austauschen einer Schaufel (12) eines Rotors (2) mit integraler Beschaufelung, wobei eine Neuschaufel (22) an einen auf einer rotorgrundkörperseitigen Trennfläche (28) errichteten Sockel (34) gefügt wird, sowie ein nach diesem Verfahren reparierter bzw. instandgesetzter Rotor.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Austauschen einer Schaufel eines Rotors mit integrierter Beschaufelung und ein derartiger Rotor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austauschen einer Schaufel eines Rotors mit integraler Beschaufelung und einen Rotor mit einer derartig ausgetauschten Schaufel.
Rotoren mit integraler Beschaufelung haben entweder einen scheibenförmigen oder einen ringförmigen Rotorgrundkörper, an dessen Außenumfang die Beschaufelung integral angeordnet ist. Rotoren mit einem scheibenförmigen Rotorgrundkörper werden als Blisk (Bladed Disk) und Rotoren mit einem ringförmigen Rotorgrundkörper als Bling (Bladed Ring) bezeichnet.
Verfahren zur Herstellung von Rotoren mit integraler Beschaufelung sind in der Patentanmeldung WO 2005/024185 der Anmelderin beschrieben. Ein Verfahren sieht vor, die Rotoren mit ihrer Beschaufein aus dem Vollen zu fräsen. Ein anderes Herstellungsverfahren sieht vor, die Beschaufelung getrennt von dem Rotorgrundkörper herzustellen und anschließend durch ein Fügeverfahren an dem Rotorgrundkörper anzuordnen. Beispiele für Fügeverfahren sind lineares Reibschweißen, induktives Pressschweißen oder Diffusionsschweißen. Bei dem letzteren Herstellungsverfahren besteht die Beschaufelung aus Schmiedeteilen, die bereits an die Sollform der Schaufehl derart angepasst sind, dass nach dem Anfügen an dem Rotorgrundkörper nur noch eine Feinbearbeitung zu erfolgen hat. Allerdings kann die Beschaufelung auch aus einer Vielzahl von Schaufelrohlingen bestehen, die aus einem Pressprofil herausgetrennt werden und erst nach dem Anfügen an dem Rotorgrundkörper zu ihrer Sollform bearbeitet werden. Die internationale Patentanmeldung WO 2008/046388 der Anmelderin beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit integraler Beschaufelung, bei dem zumindest Abschnitte des Rotors nach einem generativen Verfahren hergestellt werden. Die WO 2008/046388 schlägt insbesondere vor, die Beschaufelung oder den gesamten Rotor einschließlich der Beschaufelung generativ herzustellen.
Aufgrund der integralen Anordnung der Beschaufelung an dem Rotorgrundkörper ist jedoch der Austausch einer Altschaufel, beispielsweise eine beschädigte Schaufel oder eine Schaufel, die ihre maximale Lebensdauer erreicht hat, im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Rotoren mit am Rotorgrundkörper eingesetzten Schaufeln verhältnismäßig aufwendig.
Ein bekanntes Verfahren zum Austauschen einer beschädigten Schaufel eines Rotors mit integraler Beschaufelung ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 033 625 Al der Anmelderin offenbart. Nach diesem Verfahren wird die beschädigte Schaufel abgetrennt und durch eine Neuschaufel, die durch ein pulvermetallurgisches Spritzgießverfahren hergestellt wird, ersetzt. Der DE 10 2005 033 625 Al ist jedoch nicht zu entnehmen, ob die Neuschaufel unmittelbar am Außenumfang des Rotorgrundkörpers angeordnet wird oder ob sie an einem rotorgrundkörperseitigen Stumpf der zuvor abgetrennten beschädigten Schaufel angefügt wird.
Die DE 39 09 733 Al schlägt ein Verfahren zum Austauschen einer Schaufel vor, bei dem die Neuschaufel an einem rotorgrundkörperseitigen Stumpf angeschweißt wird. Die be- schädigte Schaufel wird in einem definierten Abstand von dem Rotorgrundkörper abgetrennt, so dass ein Stumpf stehen bleibt, dessen Radialfläche eine Schaufelanschlussfläche für die Neuschaufel darstellt. Zur Stabilisierung des Stumpfes beim Fügen der Neuschaufel wird der Stumpf umfangsseitig durch eine mehrteilige metallische Einfassung stabilisiert, die mit dem Stumpf und der Neuschaufel eine metallurgische Verbindung eingeht. Die Höhe der Einfas- sung entspricht der radialen Länge des Stumpfes, so dass der Stumpf und die Einfassung die Schaufelanschlussfläche für die Neuschaufel schaffen. Nach dem Fügen wird überschüssiges Material beispielsweise der Einfassung entfernt und die Verbindung Stumpf-Neuschaufel auf Sollmaß endbearbeitet. Die EP 1 535 692 Bl beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Austauschen einer
Schaufel, bei dem ein rotorgrundkörperseitiger Stumpf einer zuvor abgetrennten beschädigten Schaufel beim Fügen der Neuschaufel stabilisiert wird. Es wird um den Stumpf herum eine Einrahmung errichtet, in die ein Metallpulver eingefüllt wird. Die Neuschaufel wird durch Reibschweißen an einer radialen Schaufelanschlussfläche des Stumpfes befestigt, wobei das Metallpulver eine stabilisierende Beschichtung für den Stumpf bildet. Nach dem Fügen der Neuschaufel wird die Verbindung Stumpf-Neuschaufel auf Sollmaß endbearbeitet.
Aus der EP 0 376 874 Bl ist es jedoch auch bekannt, anstatt den rotorgrundkörpersei- tigen Stumpf zu stabilisieren, die Neuschaufel im Bereich ihrer Fügefläche mit einem Kragen zu versehen, der beim Fügen eine einheitliche Erwärmung ermöglichen und eine Deformation verhindern soll. Das Abtrennen der beschädigten Schaufel kann mittels des Electrical Di- scharge Machining (EDM- Verfahren) erfolgen. Nach dem Fügen der Neuschaufel wird der Kragen sowie überschüssiges Material entfernt und die Verbindung Stumpf-Neuschaufel auf Sollmaß endbearbeitet.
Das US-Patent US 6,095,402 zeigt ein Verfahren zum Austauschen eines Rotors mit integraler Beschaufelung, bei dem ebenfalls eine Neuschaufel an einem rotorgrundkörpersei- tigen Stumpf einer zuvor abgetrennten beschädigten Schaufel angeordnet wird. Dabei ist der Gegenstand dieses US-Patents auf die besondere geometrische Ausbildung der Schaufelanschlussfläche des Stumpfes gerichtet, so dass auch bei nicht ebener Schaufelanschlussfläche die Neuschaufel mittels linearen Reibschweißens gefügt werden kann.
Den vorgenannten bekannten Verfahren ist gleich, dass die radiale Schaufelanschlussfläche des Stumpfes beim Abtrennen der beschädigten Schaufel gebildet wird. Eine beim Abtrennen der beschädigten Schaufel an dem Stumpf entstehende Trennfläche dient als Schaufelanschlussfläche für eine Neuschaufel. Die Trennfläche wird zur Fügevorbereitung lediglich entsprechend gereinigt. Dies hat den Nachteil, dass das Abtrennen der beschädigten Schaufel in einem definierten Abstand vom Außenumfang des Rotorgrundkörpers und zusätzlich sehr genau zu erfolgen hat, um ein passgenaues Fügen der Neuschaufel zu ermöglichen. Entsprechend technisch anspruchsvolle Trennverfahren sind anzuwenden. Ebenso ist nachteilig, dass entweder der Stumpf beim Fügen aufwendig stabilisiert werden muss oder die Neuschaufel besondere gestalterische Merkmale aufzuweisen hat, da die endbearbeitete Form des Stumpfes den beim Fügen auftretenden Belastungen nicht standhält. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Austauschen einer Schaufel eines Rotors mit integraler Beschaufelung, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und ein einfaches passgenaue Fügen einer Neuschaufel ermöglicht, sowie einen Rotor mit einer derart ausgetauschten Schaufel zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Austauschen einer Schaufel eines Rotors mit integraler Beschaufelung mit den Schritten des Anspruchs 1 und durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 10. In einem ersten Schritt wird die Altschaufel von dem Rotorgrundkörper abgetrennt.
Hierbei entsteht an dem Rotorgrundkörper eine Trennfläche, auf der erfindungsgemäß in einem folgenden Schritt ein Sockel errichtet wird. Sobald der Sockel seine radiale Solllänge bzw. Höhe erreicht hat, wird an seiner von dem Rotorgrundkörper abgewandten Radialfläche die Schaufelanschlussfläche für eine Neuschaufel ausgebildet. Dann wird die Neuschaufel an die Schaufelanschlussfläche gefugt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Schaufelanschlussfläche neu gebildet wird und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, identisch mit der beim Abtrennen der Altschaufel rotorgrundkörperseitig entstehenden Trennfläche ist. Somit kann die Altschaufel durch technisch einfache Trennverfahren von dem Rotorgrundkörper entfernt werden. Ferner ist vorteilhaft, dass die Altschaufel nicht zu nah über dem Außenumfang des Rotorgrundkörpers abgetrennt werden kann, da die Neuschaufel nicht unmittelbar an dem verbleibenden Stumpf gefügt wird, sondern ein Sockel errichtet wird, dessen radiale Länge frei wählbar ist. Weiterhin ist eine aufwendige Stabilisierung des Sockels beim Fügen nicht notwendig, da seine Gestalt beim Errichten bzw. Aufbauen flexibel gewählt werden kann. Der Sockel kann von seiner Gestalt so aufbereitet werden, dass das Fügen und Endbearbeiten der Neuschaufel dem Anordnen einer Schaufel in der Neuteilfertigung entspricht.
Bei einem Ausfuhrungsbeispiel wird die Altschaufel derart vom Rotorgrundkörper ab- getrennt, dass die Trennfläche an einem rotorgrundkörperseitigen Stumpf ausgebildet wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Altschaufel derart von dem Rotorgrundkörper entfernt, dass die Trennfläche bündig zum Außenumfang des Rotorgrundkörpers verläuft. Der Sockel kann sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung mit Übermaß versehen werden.
In Abhängigkeit von dem Übermaß des Sockels, der Fügeverbindung an sich und der Gestalt der Neuschaufel kann eine Endbearbeitung auf Sollmaß durchgeführt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Errichten des Sockels mittels eines generativen Herstellungsverfahrens, beispielsweise durch Laserauftragsschweißen.
Das Fügen der Neuschaufel an der Schaufelanschlussfläche wird bei einem Ausfüh- rungsbeispiel mittels eines Schweißverfahrens ausgeführt. Beispiele sind Elektronenstrahl- schweißen, lineares Reibschweißen, induktives Hochfrequenz-Pressschweißen oder Diffusionsschweißen.
Ein erfindungsgemäßer Rotor mit integraler Beschaufelung sieht einen Rotorgrund- körper vor, an dem eine Vielzahl von Schaufeln angeordnet ist, wobei zumindest eine Altschaufel durch eine Neuschaufel ersetzt ist. Erfindungsgemäß ist die Neuschaufel an einer Schaufelanschlussfläche eines Sockels angeordnet, der auf einer rotorgrundkörperseitigen Trennfläche der zuvor abgetrennten Altschaufel errichtet ist. Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Rotor in der Neuteilfertigung mit integraler Be- schaufelung im Bereich einer gefügten Schaufel,
Fig. 2 den Querschnitt nach Figur 1 nach einer Endbearbeitung der Fügeverbindung, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Rotor mit integraler Beschaufelung im Bereich einer abgetrennten Altschaufel,
Fig. 4 den Querschnitt nach Figur 3 vor dem Fügen einer Neuschaufel,
Fi. 5 den Querschnitt nach Figur 4 nach dem Fügen der Neuschaufel, und
Fig. 6 den Querschnitt nach Figur 5 nach dem Endbearbeiten der Fügeverbindung.
Figur 1 zeigt vereinfacht die Neufertigung eines Rotors 2 einer Gasturbine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, mit integraler Beschaufelung. Der Rotor 2 weist einen scheibenförmigen Rotorgrundkörper 4 mit einer Vielzahl von radialen Vorsprüngen 6, 8, 10 auf, an denen jeweils eine Schaufel 12 der integralen Beschaufelung direkt gefügt ist bzw. noch gefügt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird im Folgenden beispielhaft für jeden Vorsprung 6, 8, 10 und für jede Schaufel 12 lediglich der in der Figur 1 dargestellte mittlere Vorsprung 8 mit der Schaufel 12 betrachtet. Der Vorsprung 8 weist eine radiale Schaufelanschlussfläche 14 auf und ist mit einem in Figur 2 gestichelt angedeuteten Übermaß versehen.
Die Schaufel 12 hat einen Fußabschnitt 16 und einen von dem Fußabschnitt 16 entfernt liegenden Kopfabschnitt 18, der hier mit einem Deckband versehen ist. Der Fußabschnitt 16 weist eine dem Rotorgrundkörper 4 zugewandte Fügefläche 20 auf und ist entsprechend dem radialen Vorsprung 8 mit einem in Figur 2 gestrichelt dargestellten Übermaß versehen. Die Fügefläche 20 ist komplementär zur Schaufelanschlussfläche 14 des radialen Vorsprungs 8. Beim Fügen der Schaufel 12 an dem Rotorgrundkörper 4 wird diese mit ihrer Fügefläche 20 in Anlage mit der Schaufelanschlussfläche 14 des Vorsprungs 8 gebracht und durch ein geeignetes Verfahren metallurgisch mit dem Vorsprung 8 verbunden. Geeignete Fügeverfahren sind zum Beispiel Elektronenstrahlschweißen (Electrical Beam Welding, EB- Schweißen), lineares Reibschweißen, das induktive Hochfrequenz-Pressschweißen (Inductiv High Frequency Pressure Welding, IHFP) oder das Diffusionsschweißen. Gemäß Figur 2 werden nach dem Fügen der Vorsprung 8 und der Fußabschnitt 16 der Schaufel 12 durch eine Endbearbeitung auf Endmaß gebracht. Hierbei werden die gestrichelt angedeuteten Übermaße des Vorsprungs 8 und des Fußabschnitts 16 sowie beim Fügen entstehende Materialanhäufungen entfernt. Beispielhafte Verfahren zur Endbearbeitung sind elektrochemisches Bearbeiten (Electrical Chemical Machining, ECM) und Fräsen.
Kommt es im Betriebsfall zu einer Schädigung der Schaufel 12, oder hat die Schaufel 12 ihre maximale Lebensdauer erreicht, ist sie durch eine in Figur 5 gezeigte Neuschaufel 22 auszutauschen. Ein erfindungsgemäßer Austausch der bisherigen Schaufel bzw. Altschaufel 12 gegen die Neuschaufel 22 wird in den folgenden Figuren 3 bis 6 beschrieben.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Rotor 2 mit integraler Beschaufelung. Es ist ein Rotorgrundkörper 4 mit zwei nicht beschädigten Schaufeln 24, 26 gezeigt, zwischen denen eine in Figur 2 gezeigte Altschaufel 12 angeordnet war. Das Fügen der Schaufehl 24, 26 sowie das Fügen der in der Figur 3 nicht dargestellten Altschaufel 12 erfolgte im Rahmen der Neuteilfertigung wie vorstehend in den Figuren 1 und 2 erläutert.
Zu Beginn des Austausches der Altschaufel 12 wird eine Trennebene 28 bestimmt, in der die Altschaufel 12 von dem Rotorgrundkörper 4 abgetrennt werden soll. In dem in Figur 3 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist der Verlauf der Trennebene 28 derart gewählt, dass ein Stumpf 30 des in Figur 1 dargestellten radialen Vorsprungs 8, an dem die Altschaufel 12 angeordnet war, rotorgrundkörperseitig stehen bleibt. Das Entfernen der Altschaufel 12 von dem Rotorgrundkörper 4 erfolgte beispielsweise durch Funkenerosion (Electrical Discharge Machining, EDM).
Der Stumpf 30 weist eine in der Trennebene 28 liegende radiale Trennfläche 32 auf, auf der gemäß Figur 4 ein radialer Sockel 34 zur Aufnahme der Neuschaufel 22 errichtet wird. Dabei ist der Stumpf 30 kleiner als der ursprüngliche Vorsprung 6 ausgebildet. Seine Höhe bzw. radiale Länge lässt sich jedoch beliebig einstellen. Zur verbesserten Haftung des Sockels 34 auf der Trennfläche 32 wird diese vor dem Errichten des Sockels 34 entsprechend gereinigt. Das Errichten des Sockels 34 erfolgt mittels eines generativen Herstellungsverfah- rens, beispielsweise durch Laserstrahl- bzw. Laserauftragsschweißen. Bei dem Errichten geht der Sockel 34 mit dem Rotorgrundkörper 4 eine metallurgische Verbindung ein.
Der Sockel 34 erstreckt sich folglich über die Trennebene 28 hinaus und bildet eine radiale Schaufelanschlussfläche 14 zum Anordnen der Neuschaufel 22. Seine radiale Länge bzw. Höhe hso richtet sich nach der radialen Länge bzw. Höhe hst des Stumpfes 30 und nach der Gestalt eines in Figur 5 gezeigten Fußabschnitts 16 der Neuschaufel 22, da die Summe der Höhen hsound hst den radialen Abstand a der Schaufelanschlussfläche 14 vom Außenumfang 36 des Rotorgrundkörpers 4 ergibt. Der Sockel 34 wird mit in Figur 6 gestrichelt angedeute- ten Übermaßen errichtet. Diese können sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung des Rotorgrundkörpers 4 erstrecken. Wenn der Fußabschnitt 16 der Neuschaufel 22 die selbe Gestalt wie die Altschaufel 12 bei der Neuteilfertigung aufweist, entsprechen die Gestalt des Sockels 34 mit dem Stumpf 30 einschließlich der Übermaße und insbesondere der Abstand a der Schaufelanschlussfläche 14 von dem Außenumfang 36 des Rotorgrundkörpers 4 dem in Figur 1 gezeigten radialen Vorsprung 8 und seiner radialen Länge 1 gemessen vom Außenumfang 36 des Rotorgrundkörpers 4.
Sobald die Schaufelanschlussfläche 14 ausgebildet ist, wird gemäß Figur 5 die Neuschaufel 22 mit ihrem Fußabschnitt 16 bzw. ihrer zur Schaufelanschlussfläche 14 komple- mentären Fügefläche 20 an dem Sockel 34 bzw. der Schaufelanschlussfläche 14 positioniert und an dem Rotorgrundkörper 4 angefugt. Das Fügen erfolgt bevorzugterweise nach einem der in Figur 1 genannten direkten Fügeverfahren.
Nach dem Fügen der Neuschaufel 22 werden, wie in Figur 6 gezeigt, der Sockel 34 und der Fußabschnitt 16 der Neuschaufel 22 sowie die Fügeverbindung endbearbeitet. D.h., die gestrichelt angedeuteten Übermaße und sonstige beim Fügen entstehenden Materialanhäufungen werden wie bei der Neuteilfertigung nach Figur 2 entfernt.
Nach dem Endbearbeiten der Fügeverbindung ist somit ein Rotor 2 mit integraler Be- schaufelung geschaffen, der eine Neuschaufel 22 aufweist, die an einer Schaufelanschlussfläche 14 eines Sockels 34 ausgebildet ist, der auf einer rotorgrundkörperseitigen Trennfläche 32 einer zuvor abgetrennten Altschaufel 12 errichtet ist und quasi einem radialen Vorsprung 8 des Rotorgrundkörpers 4 entspricht, an dem in der Neuteilfertigung die ursprünglich neuwertige Altschaufel 12 angeordnet wurde.
Es sei erwähnt, dass die Trennebene 28 auch derart gewählt werden kann, dass kein Stumpf 34 am Rotorgrundkörper 4 stehen bleibt, sondern die Trennfläche 32 bündig in den Außenumfang 36 der Rotorgrundkörpers 4 übergeht und der Sockel 34 unmittelbar auf dem Außenumfang 36 errichtet wird.
Ebenso sei erwähnt dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf scheibenförmige Rotoren 2 mit integraler Beschaufelung beschränkt ist, sondern das es sich auch auf ringförmige Rotoren mit integraler Beschaufelung und auf Rotoren für Verdichter erstreckt.
Des Weiteren sei erwähnt, dass eine Neuschaufel im Sinne der Erfindung auch eine aufbereite bzw. reparierte Altschaufel sein kann.
Weiterhin ist es ebenfalls vorstellbar, dass beim Erreichen der maximalen Lebensdauer des Rotorgrundträgers 4 sämtliche Altschaufeln 12 von dem Rotorgrundkörper 4 abgetrennt werden, ihre Fügeflächen 20 für eine Verwendung an einer neuem Rotorgrundkörper bearbeitet und die derart vorbereiteten Altschaufeln 12 an den neuen Rotorgrundkörper angeordnet werden.
Der Rotorgrundkörper 4 kann aus dem Vollen gefräst oder zum Beispiel mittels eines generativen Herstellungsverfahrens hergestellt sein. Ebenso können die Schaufeln generativ hergestellt sein oder beispielsweise Schmiedteile, Frästeile oder Pressprofile sein.
Ferner ist es ebenfalls vorstellbar, den Sockel 34 nicht durch Laserauftragsschweißen, sondern durch ein anderes generatives Herstellungsverfahren zu errichten.
Offenbart sind ein Verfahren zum Austauschen einer Schaufel eines Rotors mit inte- graler Beschaufelung, wobei eine Neuschaufel an einen auf einer rotorgrundkörperseitigen Trennfläche errichteten Sockel gefugt wird, sowie ein nach diesem Verfahren reparierter bzw. instandgesetzter Rotor.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Austauschen einer Schaufel (12) eines Rotors (2) mit einem Rotorgrundkörper (4), an dem eine integrale Beschaufelung angeordnet ist, mit den Schritten:
- Abtrennen der Altschaufel (12), wobei an dem Rotorgrundkörper (4) eine Trennfläche (28) gebildet wird,
- Errichten eines Sockels (34) auf der Trennfläche (28),
- Ausbilden einer Schaufelanschlussfläche (14) an dem Sockel (34), und
- Fügen einer Neuschaufel (22) an die Schaufelanschlussfläche (14),
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trennfläche (28) an einem rotorgrundkör- perseitigen Stumpf (30) der Altschaufel (12) gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Altschaufel (12) bündig am Außenumfang (36) des Rotorgrundkörpers (4) abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Sockel (34) mit einem Übermaß in Umfangsrichtung versehen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sockel (34) mit einem Übermaß in Axialrichtung versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Sockel (34) und die Fügeverbindung mit der Neuschaufel (22) endbearbeitet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sockel (34) mittels eines generativen Herstellungsverfahrens errichtet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Sockel (34) durch Laserauftragsschweißen errichtet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügen der Neu- schaufei (22) durch Elektronenstrahlschweißen, lineares Reibschweißen, induktives Hochfrequenz-Pressschweißen oder Diffusionsschweißen erfolgt.
10. Rotor mit integraler Beschaufelung, der einen Rotorgrundkörper (4) aufweist, an dem zumindest eine Neuschaufel (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Neuschaufel (22) an einer Schaufelanschlussfläche (14) eines Sockels (34) gefügt ist, der auf einer rotorgrundkörperseitigen Trennfläche (32) einer abgetrennten Altschaufel (12) errichtet ist.
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