EP3222812A1 - Method for making or repairing a rotor blade, rotor blade, method for manufacturing or repairing a housing for a fluid flow machine and said housing - Google Patents

Method for making or repairing a rotor blade, rotor blade, method for manufacturing or repairing a housing for a fluid flow machine and said housing Download PDF

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EP3222812A1
EP3222812A1 EP16162221.2A EP16162221A EP3222812A1 EP 3222812 A1 EP3222812 A1 EP 3222812A1 EP 16162221 A EP16162221 A EP 16162221A EP 3222812 A1 EP3222812 A1 EP 3222812A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
base material
housing
material particles
hard material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16162221.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robin Blank
Bernd Burbaum
Markus Duchardt
Lena Farahbod
Marian Gollmer
Torsten JOKISCH
Kay Krabiell
Heiko LAMMERS
Britta Laux
Heiko Lerche
Thomas Lorenz
Khaled Maiz
Dirk Mertens
Tobias Meyer
Romina Pipke
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP16162221.2A priority Critical patent/EP3222812A1/en
Publication of EP3222812A1 publication Critical patent/EP3222812A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • F01D11/125—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material with a reinforcing structure
    • 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
    • F01D5/005—Repairing methods or devices

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing or repairing a blade, which has a blade root and an adjoining blade, which defines at its free end a blade tip, in which a base material is enriched during the production of the blade tip with hard material particles. Furthermore, the invention relates to a corresponding blade. The invention further relates to a method for producing or repairing a housing of a turbomachine, in particular a gas turbine, which is designed to receive a rotor on which at least one rotor blade having a plurality of rotor blades is arranged, wherein an inner surface of the housing in a circumferential ring of the rotor blade surrounding area is provided with an inlet lining, the base material is enriched with hard particles. In addition, the invention relates to a corresponding housing of a turbomachine.
  • Turbomachines such as gas turbines, have at least one rotor blade with a plurality of blades, which is arranged on a rotor and rotates therewith, and at least one vane ring, the guide vanes are firmly installed in a housing of the turbomachine and the fluid working fluid in an optimal Guide the angles to the blades. Both the blades and the vanes are enclosed by the stationary housing.
  • a wide variety of components in particular their sealing systems, can be optimized. Even though gas turbines are usually referred to in the following description, this can only be seen by way of example, so that the described features and their advantages can also relate to any other turbomachine.
  • abrasive layers are for example in the DE 10 2011 081 323 B3 described.
  • the enrichment of such coatings with hard material particles is also known.
  • an armor made of a nickel-based alloy or an iron-based alloy with embedded therein hard particles is also known.
  • an inlet lining is attached to a housing, which consists of a metallic matrix with embedded particles of particular bentonite.
  • a coating disposed on a part of a surface of a blade tip may include TiN, TiCN, TiAIN, Al 2 O 3 , CBN, diamond or the like. Upon contact between the blade tip and the housing such abrasive layers are easily removed, whereby a comparatively small gap is generated. at However, the known from the prior art abrasive coatings, a maintenance of a generated by an initial retraction or grinding of the blade tips in the housing wall gap width over a reasonable period of operation of the gas turbine or the blades is not possible.
  • the blades are subject to both severe corrosion and abrasive abrasion even after the initial grinding operation during operation of the gas turbine. Accordingly, even after the initial generation of the desired gap width during operation of the gas turbine, the abrasive coatings and run-in pads are further abraded to an unchanged degree. As a result, these layers are often used up after just a few hundred operating hours, so that a significant increase in the power of the gas turbine is noticeable due to a gap enlargement.
  • the present invention has the object to provide a method for producing or repairing a blade or a method for producing or repairing a housing of a turbomachine, which makes it possible to minimize the associated with a progressive operating time of a turbomachine power loss of the turbomachine and / or to slow down. Furthermore, a blade and a housing of a turbomachine are to be specified.
  • the present invention provides a method of the type mentioned, which is characterized in that the base material is enriched during manufacture of the blade tip with hard material particles such that the number of hard material particles per unit volume of the base material decreases in the direction of the free end.
  • Such a variable introduction of hard material particles into the base material is extremely advantageous. Because of the decreasing hard particle density in the direction of the free end of the airfoil, an optimal operating point can be found for a minimum gap and at the same time the service life of the blade tip can be improved and thus the optimum gap width can be maintained at least longer.
  • At least the blade tip is built up in layers, wherein when applying the individual layers, the hard material particles are introduced into the base material.
  • the hard material particles are distributed evenly within each layer or group of layers, whereby very uniform properties are achieved within a layer.
  • the layered structure is carried out by means of a generative manufacturing process, such as laser deposition welding or LMD, using a corresponding manufacturing device.
  • the base material and the hard material particles are conveyed from two separate storage containers of the production apparatus either directly via two separate feeders of the production apparatus to a nozzle of the production apparatus or are first brought together and then conveyed via a common supply to the nozzle.
  • the base material is enriched in different ways with hard material particles during the production of the blade tip. For example, a certain amount of base material and a certain amount of hard particles on two initially separate feeds leave the two reservoir. Subsequently, the amount of base material can be combined with the amount of hard material particles, so that a powder mixture is formed.
  • Both the hard material particles and the base material can be evenly distributed in this powder mixture.
  • the powder mixture can then be conveyed via a common feed to the nozzle and be melted up or melted together.
  • the base material is preferably melted while the hard material particles are not substantially fused or melted.
  • this promotion may be preferred done by means of one or more powder conveyor.
  • the base material can be melted by means of a laser and then the hard material particles are irradiated or introduced into the melt of the base material and thus into the applied layer.
  • the hard material particles are evenly distributed within the molten bath, ie, dispersed.
  • laser dispersing For a more detailed description of such a manufacturing process, reference is made to the description of the drawing 1.
  • the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795.
  • the matrix can also be based on a metal alloy. Oxidation and / or corrosion resistance is particularly important since the blades of a fluid machine are exposed to fluids, ie gases or liquids.
  • the hard material particles are preferably TiC and / or TiN and / or TaC. However, it is also the use of any other hard particles, such as hard particles of oxides or carbides conceivable.
  • the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof.
  • the hard material particles may have a particle size of 0.1 .mu.m-200 .mu.m, in particular of 5 .mu.m-50 .mu.m. However, any other particle size is conceivable as long as it is in a reasonable proportion to the volume of the base material.
  • the present invention further provides a blade of the type mentioned, which has a blade root and an adjoining blade, which defines a blade tip at its free end, wherein in the region of the blade tip a base material is enriched with hard material particles, characterized in that the number of hard material particles per unit volume of the base material decreases in the direction of the free end.
  • the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795.
  • the matrix can also be based on a metal alloy.
  • the hard material particles are TiC and / or TiN and / or TaC.
  • the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof.
  • the hard material particles may preferably have a particle size of from 0.1 ⁇ m to 200 ⁇ m, in particular from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. But there are also other particle sizes conceivable.
  • the present invention further provides a method for producing or repairing a housing of a turbomachine of the type mentioned, which is characterized in that the base material is enriched with hard material particles such that the number of hard material particles per unit volume of the base material in decreases a radial inward direction of the housing.
  • a variable introduction of hard material particles into the base material is extremely advantageous. Because of the decreasing hard particle density in the radial inward direction of the housing, an optimum operating point for a minimum gap can be found and at the same time the service life of the inlet lining can be improved and Thus, the optimum gap width can be maintained at least longer.
  • the inlet lining is built up in layers, the hard material particles being introduced into the base material when the layers are applied. It can also be built up the entire housing layer by layer. It is also conceivable that the inlet lining is integrated into the wall of the housing, that is, although forms a part of the inner surface of the housing, but not or only slightly protrudes beyond this inner surface. Preference is given in the radial direction adjacent layers or groups of layers enriched at least in the region of the inlet lining with a different particle density.
  • the hard particles are evenly distributed within each layer or group of layers.
  • the layered structure is carried out by means of a generative manufacturing process, such as laser deposition welding or LMD, using a corresponding manufacturing device.
  • a generative manufacturing process such as laser deposition welding or LMD
  • the base material and the hard material particles are conveyed from two separate storage containers of the production apparatus either directly via two separate feeders of the production apparatus to a nozzle of the production apparatus or first brought together and then conveyed via a common feed to the nozzle.
  • the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795.
  • the matrix can also be based on a metal alloy.
  • the hard material particles are TiC and / or TiN and / or TaC.
  • the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof.
  • the hard material particles may have a particle size of 0.1 .mu.m-200 .mu.m, in particular of 5 .mu.m-50 .mu.m.
  • other particle sizes are also conceivable.
  • the present invention further provides a housing of a turbomachine, in particular gas turbine, of the type mentioned above, which is designed to receive a rotor on which at least one of a plurality of blades exhibiting blade ring is arranged, wherein an inner surface of the housing at least in a circumferential region surrounding the blade ring is provided with an inlet lining, the base material is enriched with hard particles, characterized in that the number of hard particles per unit volume of the base material decreases in a radial inward direction of the housing.
  • the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795.
  • the matrix can also be based on a metal alloy.
  • the hard material particles are TiC and / or TiN and / or TaC.
  • the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof.
  • the hard material particles may preferably have a particle size of from 0.1 ⁇ m to 200 ⁇ m, in particular from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • other particle sizes are also conceivable.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a manufacturing apparatus 1 in a state during the manufacture of a blade 2, which has a blade root 3 and an adjoining blade 4, which defines a blade tip 5 at its free end.
  • the manufacturing device 1 has a stationary construction platform 6, a nozzle 7 with integrated laser, a positioning device 8 for the nozzle 7, a reservoir 9 for a powdered base material 10, a reservoir 11 for powdered hard material particles 12 and feeds 13, 14, 15 on the reservoirs 9, 11 are connected to the nozzle 7.
  • the powdery base material 10 is PWA795 and the hard material particles 12 are TiC with a particle size of 25 ⁇ m.
  • other base materials 10 and / or hard particles 12 and other particle sizes are conceivable.
  • the method carried out by means of the manufacturing apparatus 1 described above is an additive manufacturing method, based on the classic LMD method. It allows a layered production of the blade 2 from the base material 10 and the hard material particles 12 on the presently stationary construction platform 6 based on CAD data.
  • the powdery base material 10 is conveyed via the feeders 13 and 15 from the reservoir 9 to the nozzle 7 , The powdery base material 10 is then directed with the help of the nozzle 7 targeted to the build platform 6 and on its way to the build platform 6 using a emerging from the center of the nozzle 7 laser beam 16 of the laser or fused.
  • the molten base material 10 forms a solid layer of material after solidification.
  • the nozzle 7 is moved by means of the positioning device 8 within an xz plane.
  • the nozzle 7 is then raised by the amount of a layer thickness in the y-direction, whereupon the subsequent layer is generated. This is repeated until both the blade root 3 and a large part of the airfoil 4 are completed.
  • the material layers in the region of the blade root 3 and the blade 4 are in the FIG. 1 for the sake of clarity not shown.
  • the construction platform 6 can be lowered by the respective layer thickness and the nozzle can be positioned according to stationary.
  • the base material 10 is enriched with the hard material particles 12 such that the number of hard material particles 12 per unit volume of the base material 10 decreases in the direction of the free end of the airfoil 4.
  • the hard material particles 12 can be introduced into the base material 10 in different ways. In the in FIG. 1 illustrated and described in more detail here leaves a certain volume flow of powdered base material 10 via the feed 13 the reservoir 9 and leaves a certain volume flow of hard material particles 12 via the feed 14 the reservoir 11.
  • a powder mixture 18 in which both the particles of the powdery base material 10 and the hard material particles 12 are evenly distributed.
  • This powder mixture 18 is conveyed via the common feed 15 to the nozzle 7.
  • the powder mixture 18 is now directed with the help of the nozzle 7 targeted on the build platform 6 and on its way to the build platform 6 using the laser beam 16 up or melted. It is important here that substantially the base material 10 contained in the powder mixture is melted.
  • the hard material particles 12 also contained in the powder mixture are not or only slightly melted. After solidification of the partially melted powder mixture 18, a solid material layer 17 is formed.
  • the powdered base material 10 and the hard material particles 12 are conveyed via two separate feeds directly to the nozzle 7, without the separate volume flows are previously merged and / or mixed , In this case, first the molten base material 10 is applied to the last formed material layer, whereupon the hard material particles 12 are irradiated or introduced into the melt of the base material 10 and thus into the layer 17.
  • the blade tip 5 of the blade 2 layer 17 is built up for layer 17 in the manner previously described.
  • each successive layer 17 of the blade tip 5 is formed with a different particle density, wherein the particle density in the direction of the free end of the airfoil 4 decreases.
  • the manufacturing method of the blade 2 does not necessarily have to be based on an LMD method, but that any other, in particular generative, manufacturing methods are included, for the implementation of which any other suitable manufacturing device 1 can be used. It should also be clear that in another embodiment, not shown here, only the blade tip 5 can be built up in layers.
  • FIG. 2 shows a perspective schematic view of a blade 2 according to an embodiment of the present invention, for example, in the manner described above using the in FIG. 1 shown manufacturing apparatus 1 was produced in layers.
  • the blade 2 has a blade root 3 and a subsequent blade 4, which defines a blade tip 5 at its free end, wherein in the region of the blade tip 5, a base material 10 is enriched with hard particles 12, wherein the number of hard particles 12 per unit volume of Base material 10 decreases in the direction of the free end.
  • the base material 10 is PWA795 and the hard material particles 12 are TiC with a particle size of 25 ⁇ m.
  • each radially adjacent layer 17 or group of layers 17 may have a different particle density, the hard material particles 12 being uniformly distributed within each layer 17 or group of layers 17 ,
  • the blade 2 can also be made by any other method.
  • the blade root 3 and the blade 4 of the blade 2 can be produced by a metal casting process and only the blade tip 5 can be produced in layers.
  • the entire blade 2 may be made by a metal casting process.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a housing 19 of a turbomachine, in particular gas turbine, according to an embodiment of the present invention.
  • the housing 19 is designed to receive a rotor on which at least one rotor blade having a plurality of rotor blades 2 is arranged, wherein an inner surface 20 of the housing 19 is provided in an area surrounding the rotor blade rim with an inlet lining 21, the base material 10 with hard material particles 12 is enriched, wherein the number of hard material particles 12 per unit volume of the base material 10 in a radial inward direction R of the housing 19 decreases.
  • the base material 10 is PWA795 and the hard material particles 12 are TiC with a particle size of 25 ⁇ m.
  • other base materials 10 and / or hard material particles 12 may be used and the hard material particles 12 may also have other particle sizes.
  • the inlet lining 21 is constructed in layers. Such a layered structure can be realized, for example, by means of the production device 1 described in detail above in connection with the production of a rotor blade 2. However, other manufacturing methods for carrying out the manufacturing method according to the invention are also conceivable. However, a layered structure of the inlet lining 21 and / or the housing 19 of the turbomachine is not absolutely necessary.
  • FIG. 3 For example, three layers 22 are shown, each having a different particle density. As can also be seen, the hard material particles 12 are evenly distributed within each of the three layers 22. For the sake of clarity are in the FIG. 3 neither the complete turbomachine nor its rotor or the rotor blade arranged thereon are shown.
  • FIG. 3 neither the complete turbomachine nor its rotor or the rotor blade arranged thereon are shown.
  • the inlet lining 21 has, in its region directly opposite the blade tip 5, an indentation 23 whose origin lies in a grinding in of the rotor blades 2 during an operation of the turbomachine.
  • the inlet lining 21, in particular if it is unused, does not need to have a single dent 23.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur einer Laufschaufel 2, die einen Schaufelfuß 3 und ein sich daran anschließendes Schaufelblatt 4 aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze 5 definiert, bei dem ein Grundwerkstoff 10 während der Fertigung der Schaufelspitze 5 derart mit Hartstoffpartikeln 12 angereichert wird, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel 12 pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs 10 in Richtung des freien Endes abnimmt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine entsprechende Laufschaufel 2. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Gehäuses 19 einer Strömungsmaschine das zur Aufnahme eines Läufers ausgelegt ist, an dem zumindest ein eine Vielzahl von Laufschaufeln 2 aufweisender Laufschaufelkranz angeordnet ist, wobei eine Innenfläche 20 des Gehäuses 19 in einem den Laufschaufelkranz umfänglich umgebenden Bereich mit einem Einlaufbelag 21 versehen wird, dessen Grundwerkstoff 10 derart mit Hartstoffpartikeln 12 angereichert wird, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel 12 pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs 10 in einer radialen Einwärtsrichtung R des Gehäuses 19 abnimmt. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein entsprechendes Gehäuse 19 einer Strömungsmaschine.The invention relates to a method for producing or repairing a blade 2, which has a blade root 3 and an adjoining blade 4, which defines a blade tip 5 at its free end, in which a base material 10 during production of the blade tip 5 with hard material particles 12 is enriched, that the number of hard material particles 12 per unit volume of the base material 10 decreases in the direction of the free end. The invention further relates to a corresponding blade 2. The invention also relates to a method for producing or repairing a housing 19 of a turbomachine which is designed to receive a rotor, on which at least one of a plurality of blades 2 exhibiting blade ring is arranged, wherein a Inner surface 20 of the housing 19 is provided in an area circumferentially surrounding the blade ring with an inlet lining 21, the base material 10 is enriched with hard material particles 12 so that the number of hard material particles 12 per unit volume of the base material 10 in a radial inward direction R of the housing 19 decreases. The invention also relates to a corresponding housing 19 of a turbomachine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder zur Reparatur einer Laufschaufel, die einen Schaufelfuß und ein sich daran anschließendes Schaufelblatt aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze definiert, bei dem ein Grundwerkstoff während der Fertigung der Schaufelspitze mit Hartstoffpartikeln angereichert wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende Laufschaufel. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung oder zur Reparatur eines Gehäuses einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, das zur Aufnahme eines Läufers ausgelegt ist, an dem zumindest ein eine Vielzahl von Laufschaufeln aufweisender Laufschaufelkranz angeordnet ist, wobei eine Innenfläche des Gehäuses in einem den Laufschaufelkranz umfänglich umgebenden Bereich mit einem Einlaufbelag versehen wird, dessen Grundwerkstoff mit Hartstoffpartikeln angereichert wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechendes Gehäuse einer Strömungsmaschine.The present invention relates to a method for producing or repairing a blade, which has a blade root and an adjoining blade, which defines at its free end a blade tip, in which a base material is enriched during the production of the blade tip with hard material particles. Furthermore, the invention relates to a corresponding blade. The invention further relates to a method for producing or repairing a housing of a turbomachine, in particular a gas turbine, which is designed to receive a rotor on which at least one rotor blade having a plurality of rotor blades is arranged, wherein an inner surface of the housing in a circumferential ring of the rotor blade surrounding area is provided with an inlet lining, the base material is enriched with hard particles. In addition, the invention relates to a corresponding housing of a turbomachine.

Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel Gasturbinen, weisen zumindest einen Laufschaufelkranz mit mehreren Laufschaufeln, der an einem Läufer angeordnet ist und zusammen mit diesem rotiert, und zumindest einen Leitschaufelkranz auf, dessen Leitschaufeln fest in einem Gehäuse der Strömungsmaschine eingebaut sind und das fluide Arbeitsmittel in einem optimalen Winkel auf die Laufschaufeln leiten. Sowohl die Laufschaufeln als auch die Leitschaufeln sind von dem feststehenden Gehäuse umschlossen. Zur Steigerung der Leistung solcher Strömungsmaschinen können verschiedenste Komponenten, insbesondere deren Dichtungssysteme, optimiert werden. Auch wenn in der nachfolgenden Beschreibung meist auf Gasturbinen Bezug genommen wird, ist dies nur exemplarisch zu sehen, so dass die beschriebenen Merkmale und deren Vorteile sich auch auf jede beliebige andere Strömungsmaschine beziehen können.Turbomachines, such as gas turbines, have at least one rotor blade with a plurality of blades, which is arranged on a rotor and rotates therewith, and at least one vane ring, the guide vanes are firmly installed in a housing of the turbomachine and the fluid working fluid in an optimal Guide the angles to the blades. Both the blades and the vanes are enclosed by the stationary housing. To increase the performance of such flow machines, a wide variety of components, in particular their sealing systems, can be optimized. Even though gas turbines are usually referred to in the following description, this can only be seen by way of example, so that the described features and their advantages can also relate to any other turbomachine.

Von besonderer Bedeutung ist bei Gasturbinen sowohl die Realisierung eines minimalen Spalts zwischen den rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse sowie die Aufrechterhaltung eines solchen minimalen Spalts während dem Betrieb der Gasturbine. Denn zum einen bewirken die hohen Temperaturen und Temperaturveränderungen, die bei Gasturbinen auftreten, oftmals eine Veränderung der Spaltbreite. Zum anderen unterliegen die Laufschaufeln während des Betriebs sowohl einer starken Korrosion als auch einem abrasiven Abrieb, was ebenfalls zu einer Veränderung der Spaltbreite, insbesondere zu einer Spaltvergrößerung, und somit zu deutlichen Leistungsverlusten der Gasturbine führt. Auch aufgrund anderer Ereignisse, wie beispielsweise beim Wechsel vom Teillastbetrieb zum Vollastbetrieb der Gasturbine, verändert sich die Spaltbreite.Of particular importance in gas turbines is both the realization of a minimum gap between the rotating blades and the stationary housing and the maintenance of such a minimum gap during operation of the gas turbine. For one thing, the high temperatures and temperature changes that occur in gas turbines often cause a change in the gap width. On the other hand, the blades are subject during operation both a strong corrosion and an abrasive abrasion, which also leads to a change in the gap width, in particular to a gap enlargement, and thus to significant power losses of the gas turbine. Also, due to other events, such as when changing from part load operation to full load operation of the gas turbine, the gap width changes.

Um einen minimalen Spalt zu erzeugen ist es bekannt an der Schaufelspitze und/oder an dem der Schaufelspitze gegenüberliegenden Gehäuse abrasive Schichten anzuordnen. Solche abreibbaren Beschichtungen sind beispielsweise in der DE 10 2011 081 323 B3 beschrieben. Auch das Anreichern solcher Beschichtungen mit Hartstoffpartikeln ist bekannt. Beispielsweise wird in der DE 10 2007 056 452 A1 vorgeschlagen, auf der Schaufelspitze einer Laufschaufel eine Panzerung aus einer Nickelbasislegierung oder einer Eisenbasislegierung mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln aufzubringen. Zusätzlich wird an einem Gehäuse ein Einlaufbelag angebracht, der aus einer metallischen Matrix mit darin eingelagerten Partikeln aus insbesondere Bentonit besteht. In der DE 10 2005 044 991 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer aus einer Hartstoff-Metall-Kombination bestehenden Schutzschicht für ein Bauteil einer Gasturbine beschrieben. Aus der EP 2 952 686 A1 ist bekannt, dass eine auf einem Teil einer Oberfläche einer Schaufelspitze angeordnete Beschichtung TiN, TiCN, TiAIN, Al2O3, CBN, Diamant oder Ähnliches umfassen kann. Bei einer Berührung zwischen der Schaufelspitze und dem Gehäuse werden derartige abrasive Schichten leicht abgetragen, wodurch ein vergleichsweise geringer Spalt erzeugt wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten abrasiven Beschichtungen ist jedoch eine Aufrechterhaltung einer durch ein anfängliches Einfahren oder Einschleifen der Schaufelspitzen in die Gehäusewand erzeugten Spaltbreite über eine angemessene Betriebsdauer der Gasturbine bzw. der Laufschaufeln nicht möglich. Wie bereits zuvor erwähnt unterliegen insbesondere die Laufschaufeln auch nach dem anfänglichen Einschleifvorgang während des Betriebs der Gasturbine sowohl einer starken Korrosion als auch einem abrasiven Abrieb. Entsprechend werden die abrasiven Beschichtungen und Einlaufbeläge auch nach der anfänglichen Erzeugung der gewünschten Spaltbreite während des Betriebs der Gasturbine in einem unveränderten Maße weiter abgerieben. Dies führt dazu, dass diese Schichten oftmals schon nach wenigen 100 Betriebsstunden aufgebraucht sind, so dass sich durch eine Spaltvergrößerung ein deutlicher Leistungsverlust der Gasturbine bemerkbar macht.In order to produce a minimum gap, it is known to arrange abrasive layers on the blade tip and / or on the housing opposite the blade tip. Such Abreibbaren coatings are for example in the DE 10 2011 081 323 B3 described. The enrichment of such coatings with hard material particles is also known. For example, in the DE 10 2007 056 452 A1 proposed to apply on the blade tip of a blade an armor made of a nickel-based alloy or an iron-based alloy with embedded therein hard particles. In addition, an inlet lining is attached to a housing, which consists of a metallic matrix with embedded particles of particular bentonite. In the DE 10 2005 044 991 A1 is a method for producing a consisting of a hard-metal combination protective layer for a component of a gas turbine described. From the EP 2 952 686 A1 It is known that a coating disposed on a part of a surface of a blade tip may include TiN, TiCN, TiAIN, Al 2 O 3 , CBN, diamond or the like. Upon contact between the blade tip and the housing such abrasive layers are easily removed, whereby a comparatively small gap is generated. at However, the known from the prior art abrasive coatings, a maintenance of a generated by an initial retraction or grinding of the blade tips in the housing wall gap width over a reasonable period of operation of the gas turbine or the blades is not possible. In particular, as previously mentioned, the blades are subject to both severe corrosion and abrasive abrasion even after the initial grinding operation during operation of the gas turbine. Accordingly, even after the initial generation of the desired gap width during operation of the gas turbine, the abrasive coatings and run-in pads are further abraded to an unchanged degree. As a result, these layers are often used up after just a few hundred operating hours, so that a significant increase in the power of the gas turbine is noticeable due to a gap enlargement.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur einer Laufschaufel beziehungsweise ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Gehäuses einer Strömungsmaschine bereitzustellen, das es ermöglicht, den mit einer fortschreitenden Betriebsdauer einer Strömungsmaschine einhergehenden Leistungsverlust der Strömungsmaschine zu minimieren und/oder zu verlangsamen. Des Weiteren sollen eine Laufschaufel und ein Gehäuse einer Strömungsmaschine angegeben werden.Against this background, the present invention has the object to provide a method for producing or repairing a blade or a method for producing or repairing a housing of a turbomachine, which makes it possible to minimize the associated with a progressive operating time of a turbomachine power loss of the turbomachine and / or to slow down. Furthermore, a blade and a housing of a turbomachine are to be specified.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Grundwerkstoff während der Fertigung der Schaufelspitze derart mit Hartstoffpartikeln angereichert wird, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs in Richtung des freien Endes abnimmt. Eine solche variable Einbringung von Hartstoffpartikeln in den Grundwerkstoff ist äußerst vorteilhaft. Denn durch die abnehmende Hartstoffpartikeldichte in Richtung des freien Endes des Schaufelblattes kann ein optimaler Arbeitspunkt für einen minimalen Spalt gefunden werden und zugleich kann die Standzeit der Schaufelspitze verbessert und somit die optimale Spaltbreite zumindest länger aufrechterhalten werden. Durch die sich in Richtung des freien Endes verringernde Hartstoffpartikeldichte ergibt sich beim Einfahren der Schaufelspitze in der Gasturbine ein graduierter Widerstand, der zu einer verbesserten Spaltbreite führt, die auch länger aufrechterhalten werden kann. Da am äußersten freien Ende des Schaufelblattes eine relativ geringe Hartstoffpartikeldichte vorhanden ist, wird die Schaufelspitze in diesem Bereich beim Einschleifen in das Gehäuse relativ leicht am Gehäuse abgeschliffen. Eine solche leicht abreibbare Zone der Schaufelspitze ist generell sinnvoll, denn sie ermöglicht, dass zwischen den Laufschaufeln und der Innenfläche des Gehäuses lediglich ein verminderter Spalt vorgehalten werden muss. Die einwärts kontinuierlich zunehmende Hartstoffpartikeldichte erschwert einen weiteren Abrieb nach der anfänglichen Erzeugung der optimalen minimalen Spaltbreite, denn die Hartstoffpartikel verschleißen im Gegensatz zum Grundwerkstoff weniger. Sobald die Laufschaufel in dem Gehäuse eingeschliffen und die kleinstmögliche Spaltbreite erreicht ist, ist auch eine Hartstoffpartikeldichte an dem äußersten Ende des Schaufelblattes vorhanden, die optimal für eine ausreichende Festigkeit der verbleibenden Schaufelspitze ist. Durch einen daraus resultierenden stark verminderten weiteren Materialabtrag oder Abrieb wird eine sich durch den fortlaufenden Betrieb der Gasturbine ergebende Spaltvergrößerung begrenzt, minimiert oder deren Ausbildung zumindest deutlich verlangsamt. Es werden somit die Oxidations- und Erosionseigenschaften der Schaufelspitze verbessert.To achieve this object, the present invention provides a method of the type mentioned, which is characterized in that the base material is enriched during manufacture of the blade tip with hard material particles such that the number of hard material particles per unit volume of the base material decreases in the direction of the free end. Such a variable introduction of hard material particles into the base material is extremely advantageous. Because of the decreasing hard particle density in the direction of the free end of the airfoil, an optimal operating point can be found for a minimum gap and at the same time the service life of the blade tip can be improved and thus the optimum gap width can be maintained at least longer. Due to the density of the hard particles in the direction of the free end, a graduated resistance results when the blade tip is retracted in the gas turbine, which leads to an improved gap width, which can also be maintained for a longer time. Since a relatively low density of hard particles particles is present at the outermost free end of the airfoil, the blade tip is relatively easily abraded in this area when grinding into the housing on the housing. Such an easily abradable zone of the blade tip is generally useful because it allows that between the blades and the inner surface of the housing only a reduced gap must be maintained. The inwardly continuously increasing hard particle density makes further abrasion difficult after the initial generation of the optimum minimum gap width, because the hard particles wear less, in contrast to the base material. Once the blade is ground in the housing and the smallest possible gap width is achieved, there is also a hard particle density at the outermost end of the airfoil which is optimal for sufficient strength of the remaining blade tip. As a result of a resulting greatly reduced further material removal or abrasion, a gap enlargement resulting from the continuous operation of the gas turbine is limited, minimized or at least markedly slowed down. Thus, the oxidation and erosion properties of the blade tip are improved.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest die Schaufelspitze schichtweise aufgebaut, wobei bei einem Auftragen der einzelnen Schichten die Hartstoffpartikel in den Grundwerkstoff eingebracht werden. So ist es beispielsweise möglich eine bereits vorhandene Laufschaufel im Bereich ihrer Schaufelspitze im Zuge einer Reparaturmaßnahme neu zu beschichten. Es ist jedoch auch möglich, dass die gesamte Laufschaufel von ihrem Schaufelfuß bis zu ihrer Schaufelspitze schichtweise aufgebaut wird. Bevorzugt werden in radialer Richtung benachbarte Schichten oder Gruppen von Schichten zumindest im Bereich der Schaufelspitze mit einer anderen Partikeldichte angereichert. Vorteilhafterweise sind die Hartstoffpartikel innerhalb jeder Schicht oder Gruppe von Schichten gleichmäßig verteilt, wodurch innerhalb einer Schicht sehr gleichmäßige Eigenschaften erzielt werden.According to one embodiment of the invention, at least the blade tip is built up in layers, wherein when applying the individual layers, the hard material particles are introduced into the base material. Thus, it is possible, for example, to re-coat an existing blade in the area of its blade tip in the course of a repair measure. However, it is also possible that the entire blade is built up layer by layer from her blade root to her blade tip. In the radial direction, adjacent layers or groups of layers are preferably enriched with a different particle density at least in the region of the blade tip. Advantageously, the hard material particles are distributed evenly within each layer or group of layers, whereby very uniform properties are achieved within a layer.

Vorzugsweise erfolgt der schichtweise Aufbau mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, wie etwa Laserauftragsschweißen oder LMD, unter Verwendung einer entsprechenden Fertigungsvorrichtung. Bevorzugt werden der Grundwerkstoff und die Hartstoffpartikel aus zwei separaten Vorratsbehältern der Fertigungsvorrichtung entweder über zwei separate Zuführungen der Fertigungsvorrichtung direkt zu einer Düse der Fertigungsvorrichtung gefördert oder zunächst zusammengeführt und dann über eine gemeinsame Zuführung zu der Düse gefördert. So ist es möglich, dass der Grundwerkstoff während der Fertigung der Schaufelspitze auf unterschiedliche Arten mit Hartstoffpartikeln angereichert wird. Beispielsweise kann eine bestimmte Menge an Grundwerkstoff und eine bestimmte Menge an Hartstoffpartikeln über zwei zunächst separate Zuführungen die beiden Vorratsbehälter verlassen. Anschließend kann die Menge an Grundwerkstoff mit der Menge an Hartstoffpartikeln zusammengeführt werden, so dass ein Pulvergemisch entsteht. In diesem Pulvergemisch können sowohl die Hartstoffpartikel als auch der Grundwerkstoff gleichmäßig verteilt sein. Das Pulvergemisch kann dann über eine gemeinsame Zuführung zu der Düse gefördert werden und gemeinsam auf- oder angeschmolzen werden. Hierbei wird der Grundwerkstoff bevorzugt aufgeschmolzen während die Hartstoffpartikel im Wesentlichen nicht auf- oder angeschmolzen werden. Alternativ kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Menge an Grundwerkstoff und die Menge an Hartstoffpartikeln entweder gleichzeitig oder zeitversetzt über die zwei separaten Zuführungen direkt zu der Düse der Fertigungsvorrichtung zu fördern. Im Falle eines pulverförmigen Grundwerkstoffs kann diese Förderung bevorzugt mittels eines oder mehrerer Pulverförderer geschehen. In diesem Fall kann zuerst der Grundwerkstoff mittels eines Lasers aufgeschmolzen werden und anschließend die Hartstoffpartikel in die Schmelze des Grundwerkstoffs und somit in die aufgetragene Schicht eingestrahlt oder eingebracht werden. Hier ist es insbesondere vorteilhaft wenn die Hartstoffpartikel innerhalb des Schmelzbades gleichmäßig verteilt, d.h. dispergiert, werden. Man spricht in diesem Fall auch von "Laser-Dispergieren". Bezüglich einer detaillierteren Beschreibung eines solchen Fertigungsverfahrens wird auf die Beschreibung der Zeichnung 1 verwiesen.Preferably, the layered structure is carried out by means of a generative manufacturing process, such as laser deposition welding or LMD, using a corresponding manufacturing device. Preferably, the base material and the hard material particles are conveyed from two separate storage containers of the production apparatus either directly via two separate feeders of the production apparatus to a nozzle of the production apparatus or are first brought together and then conveyed via a common supply to the nozzle. Thus, it is possible that the base material is enriched in different ways with hard material particles during the production of the blade tip. For example, a certain amount of base material and a certain amount of hard particles on two initially separate feeds leave the two reservoir. Subsequently, the amount of base material can be combined with the amount of hard material particles, so that a powder mixture is formed. Both the hard material particles and the base material can be evenly distributed in this powder mixture. The powder mixture can then be conveyed via a common feed to the nozzle and be melted up or melted together. In this case, the base material is preferably melted while the hard material particles are not substantially fused or melted. Alternatively, however, it may also be advantageous to convey the amount of base material and the amount of hard material particles either simultaneously or with a time delay via the two separate feeds directly to the nozzle of the production device. In the case of a powdery base material, this promotion may be preferred done by means of one or more powder conveyor. In this case, first the base material can be melted by means of a laser and then the hard material particles are irradiated or introduced into the melt of the base material and thus into the applied layer. Here, it is particularly advantageous if the hard material particles are evenly distributed within the molten bath, ie, dispersed. In this case one speaks of "laser dispersing". For a more detailed description of such a manufacturing process, reference is made to the description of the drawing 1.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundwerkstoff eine oxidations- und/oder korrosionsbeständige, insbesondere metallische Matrix, insbesondere PWA795. Die Matrix kann aber auch auf einer Metall-Legierung basieren. Eine Oxidations- und/oder Korrosionsbeständigkeit ist besonders wichtig, da die Laufschaufeln einer Strömungsmaschine Fluiden, also Gasen oder Flüssigkeiten, ausgesetzt sind.In an advantageous embodiment of the invention, the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795. The matrix can also be based on a metal alloy. Oxidation and / or corrosion resistance is particularly important since the blades of a fluid machine are exposed to fluids, ie gases or liquids.

Bevorzugt handelt es sich bei den Hartstoffpartikeln um TiC und/oder TiN und/oder TaC. Es ist jedoch auch die Verwendung beliebiger anderer Hartstoffpartikel, wie etwa Hartstoffpartikel aus Oxyden oder Karbiden, denkbar. So können die Hartstoffpartikel beispielsweise auch aus Diamant, Bornitrid, Wolframkarbid, Chromkarbid, Zirkonoxid oder einer Mischung davon bestehen. Die Hartstoffpartikel können eine Partikelgröße von 0,1 µm - 200 µm, insbesondere von 5 µm - 50 µm, aufweisen. Es ist jedoch auch jede andere Partikelgröße denkbar, solange diese in einem angemessenen Verhältnis zu dem Volumen des Grundwerkstoffes steht.The hard material particles are preferably TiC and / or TiN and / or TaC. However, it is also the use of any other hard particles, such as hard particles of oxides or carbides conceivable. For example, the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof. The hard material particles may have a particle size of 0.1 .mu.m-200 .mu.m, in particular of 5 .mu.m-50 .mu.m. However, any other particle size is conceivable as long as it is in a reasonable proportion to the volume of the base material.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner eine Laufschaufel der eingangs genannten Art, die einen Schaufelfuß und ein sich daran anschließendes Schaufelblatt aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze definiert, wobei im Bereich der Schaufelspitze ein Grundwerkstoff mit Hartstoffpartikeln angereichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs in Richtung des freien Endes abnimmt.To achieve the object mentioned, the present invention further provides a blade of the type mentioned, which has a blade root and an adjoining blade, which defines a blade tip at its free end, wherein in the region of the blade tip a base material is enriched with hard material particles, characterized in that the number of hard material particles per unit volume of the base material decreases in the direction of the free end.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundwerkstoff eine oxidations- und/oder korrosionsbeständige, insbesondere metallische Matrix, insbesondere PWA795. Die Matrix kann aber auch auf einer Metall-Legierung basieren.According to one embodiment of the invention, the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795. The matrix can also be based on a metal alloy.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den Hartstoffpartikeln um TiC und/oder TiN und/oder TaC. Es ist jedoch auch die Verwendung beliebiger anderer Hartstoffpartikel, wie etwa Hartstoffpartikel aus Oxyden oder Karbiden, denkbar. So können die Hartstoffpartikel beispielsweise auch aus Diamant, Bornitrid, Wolframkarbid, Chromkarbid, Zirkonoxid oder einer Mischung davon bestehen. Die Hartstoffpartikel können bevorzugt eine Partikelgröße von 0,1 µm - 200 µm, insbesondere von 5 µm - 50 µm, aufweisen. Es sind aber auch andere Partikelgrößen denkbar.According to a further embodiment of the invention, the hard material particles are TiC and / or TiN and / or TaC. However, it is also the use of any other hard particles, such as hard particles of oxides or carbides conceivable. For example, the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof. The hard material particles may preferably have a particle size of from 0.1 μm to 200 μm, in particular from 5 μm to 50 μm. But there are also other particle sizes conceivable.

Bezüglich der jeweiligen Vorteile der vorstehend aufgezählten weiteren möglichen Ausgestaltungen der Laufschaufel wird auf die vorstehenden Ausführungen zum Herstellung- oder Reparaturverfahren verwiesen.With regard to the respective advantages of the above-enumerated further possible embodiments of the blade, reference is made to the above statements on the production or repair method.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur eines Gehäuses einer Strömungsmaschine der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Grundwerkstoff derart mit Hartstoffpartikeln angereichert wird, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs in einer radialen Einwärtsrichtung des Gehäuses abnimmt. Eine solche variable Einbringung von Hartstoffpartikeln in den Grundwerkstoff ist äußerst vorteilhaft. Denn durch die abnehmende Hartstoffpartikeldichte in der radialen Einwärtsrichtung des Gehäuses kann ein optimaler Arbeitspunkt für einen minimalen Spalt gefunden werden und zugleich kann die Standzeit des Einlaufbelags verbessert und somit die optimale Spaltbreite zumindest länger aufrechterhalten werden. Durch die sich in Richtung der radialen Einwärtsrichtung des Gehäuses verringernde Hartstoffpartikeldichte ergibt sich beim Einfahren der Schaufelspitze in der Gasturbine ein graduierter Widerstand, der zu einer verbesserten Spaltbreite führt, die auch länger aufrechterhalten werden kann. Da in einem den Schaufelspitzen gegenüberliegenden äußersten Oberflächenbereich des Einlaufbelags eine relativ geringe Hartstoffpartikeldichte vorhanden ist, wird der Einlaufbelag in diesem Bereich beim Einschleifen in das Gehäuse relativ leicht an den äußersten Enden der Laufschaufeln abgeschliffen. Eine solche leicht abreibbare Zone des Einlaufbelags ist generell sinnvoll, denn sie ermöglicht, dass zwischen den Laufschaufeln und der Innenfläche des Gehäuses lediglich ein verminderter Spalt vorgehalten werden muss. Die auswärts kontinuierlich zunehmende Hartstoffpartikeldichte erschwert einen weiteren Abrieb nach der anfänglichen Erzeugung der optimalen minimalen Spaltbreite, denn die Hartstoffpartikel verschleißen im Gegensatz zum Grundwerkstoff weniger. Sobald die Laufschaufel in dem Gehäuse eingeschliffen und die kleinstmögliche Spaltbreite erreicht ist, ist auch eine Hartstoffpartikeldichte an der Oberfläche des Einlaufbelags vorhanden, die optimal für eine ausreichende Festigkeit des Einlaufbelags ist. Durch einen daraus resultierenden stark verminderten weiteren Materialabtrag oder Abrieb wird eine sich durch den fortlaufenden Betrieb der Gasturbine ergebende Spaltvergrößerung begrenzt, minimiert oder deren Ausbildung zumindest deutlich verlangsamt.To solve the object mentioned above, the present invention further provides a method for producing or repairing a housing of a turbomachine of the type mentioned, which is characterized in that the base material is enriched with hard material particles such that the number of hard material particles per unit volume of the base material in decreases a radial inward direction of the housing. Such a variable introduction of hard material particles into the base material is extremely advantageous. Because of the decreasing hard particle density in the radial inward direction of the housing, an optimum operating point for a minimum gap can be found and at the same time the service life of the inlet lining can be improved and Thus, the optimum gap width can be maintained at least longer. Due to the decreasing in the direction of the radially inward direction of the housing hard particle density results when retracting the blade tip in the gas turbine, a graded resistance, which leads to an improved gap width, which can be maintained longer. Since a relatively low density of hard particles is present in an outermost surface area of the inlet lining opposite the blade tips, the inlet lining in this area is ground off relatively easily at the outermost ends of the rotor blades when being ground into the housing. Such easily abradable zone of the inlet lining is generally useful, because it allows that between the blades and the inner surface of the housing only a reduced gap must be maintained. The outwardly continuously increasing hard particle density makes further abrasion difficult after the initial generation of the optimum minimum gap width, because the hard particles wear less, in contrast to the base material. Once the blade is ground in the housing and the smallest possible gap width is reached, there is also a hard particle density on the surface of the inlet lining, which is optimal for a sufficient strength of the inlet lining. As a result of a resulting greatly reduced further material removal or abrasion, a gap enlargement resulting from the continuous operation of the gas turbine is limited, minimized or at least markedly slowed down.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Einlaufbelag schichtweise aufgebaut, wobei bei einem Auftragen der Schichten die Hartstoffpartikel in den Grundwerkstoff eingebracht werden. Es kann auch das gesamte Gehäuse schichtweise aufgebaut werden. Hierbei ist auch denkbar, dass der Einlaufbelag in die Wandung des Gehäuses integriert wird, also zwar einen Teil der Innenfläche des Gehäuses bildet, jedoch nicht oder nur geringfügig über diese Innenfläche hinausragt. Bevorzugt werden in radialer Richtung benachbarte Schichten oder Gruppen von Schichten zumindest im Bereich des Einlaufbelags mit einer anderen Partikeldichte angereichert. Vorteilhafterweise sind die Hartstoffpartikel innerhalb jeder Schicht oder Gruppe von Schichten gleichmäßig verteilt.According to one embodiment of the invention, the inlet lining is built up in layers, the hard material particles being introduced into the base material when the layers are applied. It can also be built up the entire housing layer by layer. It is also conceivable that the inlet lining is integrated into the wall of the housing, that is, although forms a part of the inner surface of the housing, but not or only slightly protrudes beyond this inner surface. Preference is given in the radial direction adjacent layers or groups of layers enriched at least in the region of the inlet lining with a different particle density. Advantageously, the hard particles are evenly distributed within each layer or group of layers.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der schichtweise Aufbau mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, wie etwa Laserauftragsschweißen oder LMD, unter Verwendung einer entsprechenden Fertigungsvorrichtung. Vorteilhaft werden der Grundwerkstoff und die Hartstoffpartikel aus zwei separaten Vorratsbehältern der Fertigungsvorrichtung entweder über zwei separate Zuführungen der Fertigungsvorrichtung direkt zu einer Düse der Fertigungsvorrichtung gefördert oder zunächst zusammengeführt und dann über eine gemeinsame Zuführung zu der Düse gefördert.According to a further embodiment of the invention, the layered structure is carried out by means of a generative manufacturing process, such as laser deposition welding or LMD, using a corresponding manufacturing device. Advantageously, the base material and the hard material particles are conveyed from two separate storage containers of the production apparatus either directly via two separate feeders of the production apparatus to a nozzle of the production apparatus or first brought together and then conveyed via a common feed to the nozzle.

Bevorzugt ist der Grundwerkstoff eine oxidations- und/oder korrosionsbeständige, insbesondere metallische Matrix, insbesondere PWA795. Die Matrix kann aber auch auf einer Metall-Legierung basieren.Preferably, the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795. The matrix can also be based on a metal alloy.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Hartstoffpartikeln um TiC und/oder TiN und/oder TaC. Es ist jedoch auch die Verwendung beliebiger anderer Hartstoffpartikel, wie etwa Hartstoffpartikel aus Oxyden oder Karbiden, denkbar. So können die Hartstoffpartikel beispielsweise auch aus Diamant, Bornitrid, Wolframkarbid, Chromkarbid, Zirkonoxid oder einer Mischung davon bestehen. Die Hartstoffpartikel können eine Partikelgröße von 0,1 µm - 200 µm, insbesondere von 5 µm - 50 µm, aufweisen. Es sind jedoch auch andere Partikelgrößen denkbar.Advantageously, the hard material particles are TiC and / or TiN and / or TaC. However, it is also the use of any other hard particles, such as hard particles of oxides or carbides conceivable. For example, the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof. The hard material particles may have a particle size of 0.1 .mu.m-200 .mu.m, in particular of 5 .mu.m-50 .mu.m. However, other particle sizes are also conceivable.

Bezüglich weiterer möglicher Ausgestaltungen und der jeweiligen Vorteile der vorstehend aufgezählten möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung oder Reparatur eines Gehäuses einer Strömungsmaschine wird insbesondere auf die vorstehenden Ausführungen zum Verfahren zur Herstellung oder Reparatur einer Laufschaufel verwiesen.With regard to further possible embodiments and the respective advantages of the above enumerated possible embodiments of the method for producing or repairing a housing of a turbomachine, reference is made in particular to the above explanations concerning the method for producing or repairing a rotor blade.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Gehäuse einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, der eingangs genannten Art, das zur Aufnahme eines Läufers ausgelegt ist, an dem zumindest ein eine Vielzahl von Laufschaufeln aufweisender Laufschaufelkranz angeordnet ist, wobei eine Innenfläche des Gehäuses zumindest in einem den Laufschaufelkranz umfänglich umgebenden Bereich mit einem Einlaufbelag versehen ist, dessen Grundwerkstoff mit Hartstoffpartikeln angereichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs in einer radialen Einwärtsrichtung des Gehäuses abnimmt.To achieve the object mentioned above, the present invention further provides a housing of a turbomachine, in particular gas turbine, of the type mentioned above, which is designed to receive a rotor on which at least one of a plurality of blades exhibiting blade ring is arranged, wherein an inner surface of the housing at least in a circumferential region surrounding the blade ring is provided with an inlet lining, the base material is enriched with hard particles, characterized in that the number of hard particles per unit volume of the base material decreases in a radial inward direction of the housing.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundwerkstoff eine oxidations- und/oder korrosionsbeständige, insbesondere metallische Matrix, insbesondere PWA795. Die Matrix kann aber auch auf einer Metall-Legierung basieren.According to one embodiment of the invention, the base material is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795. The matrix can also be based on a metal alloy.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den Hartstoffpartikeln um TiC und/oder TiN und/oder TaC. Es ist jedoch auch die Verwendung beliebiger anderer Hartstoffpartikel, wie etwa Hartstoffpartikel aus Oxyden oder Karbiden, denkbar. So können die Hartstoffpartikel beispielsweise auch aus Diamant, Bornitrid, Wolframkarbid, Chromkarbid, Zirkonoxid oder einer Mischung davon bestehen. Die Hartstoffpartikel können bevorzugt eine Partikelgröße von 0,1 µm - 200 µm, insbesondere von 5 µm - 50 µm, aufweisen. Es sind jedoch auch andere Partikelgrößen denkbar.According to a further embodiment of the invention, the hard material particles are TiC and / or TiN and / or TaC. However, it is also the use of any other hard particles, such as hard particles of oxides or carbides conceivable. For example, the hard material particles can also consist of diamond, boron nitride, tungsten carbide, chromium carbide, zirconium oxide or a mixture thereof. The hard material particles may preferably have a particle size of from 0.1 μm to 200 μm, in particular from 5 μm to 50 μm. However, other particle sizes are also conceivable.

Bezüglich der jeweiligen Vorteile der vorstehend aufgezählten weiteren möglichen Ausgestaltungen des Gehäuses einer Strömungsmaschine wird auch hier insbesondere auf die vorstehenden Ausführungen zum Verfahren zur Herstellung oder Reparatur einer Laufschaufel verwiesen.Regarding the respective advantages of the above-enumerated further possible embodiments of the housing of a turbomachine, reference is also made here in particular to the above explanations concerning the method for producing or repairing a rotor blade.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines generativen Herstellungsverfahrens, einer Ausführungsform einer Laufschaufel sowie einer Ausführungsform eines Gehäuses einer Strömungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1
eine schematische Ansicht einer Fertigungsvorrichtung in einem Zustand während der Herstellung einer Laufschaufel unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2
eine perspektivische schematische Ansicht einer Laufschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Figur 3
eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses einer Strömungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment a generative manufacturing method, an embodiment of a blade and an embodiment of a housing of a turbomachine according to the present invention with reference to the accompanying drawings clearly. That's it
FIG. 1
a schematic view of a manufacturing apparatus in a state during the manufacture of a blade using a method according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2
a perspective schematic view of a blade according to an embodiment of the present invention; and
FIG. 3
a schematic sectional view of a housing of a turbomachine according to an embodiment of the present invention.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Fertigungsvorrichtung 1 in einem Zustand während der Herstellung einer Laufschaufel 2, die einen Schaufelfuß 3 und ein daran anschließendes Schaufelblatt 4 aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze 5 definiert. Die Fertigungsvorrichtung 1 weist eine ortsfeste Bauplattform 6, eine Düse 7 mit integriertem Laser, eine Positionierungsvorrichtung 8 für die Düse 7, einen Vorratsbehälter 9 für einen pulverförmigen Grundwerkstoff 10, einen Vorratsbehälter 11 für pulverförmige Hartstoffpartikel 12 sowie Zuführungen 13, 14, 15 auf, über die die Vorratsbehälter 9, 11 mit der Düse 7 verbunden sind. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem pulverförmigen Grundwerkstoff 10 um PWA795 und bei den Hartstoffpartikeln 12 um TiC mit einer Partikelgröße von 25 µm. Selbstverständlich sind auch andere Grundwerkstoffe 10 und/oder Hartstoffpartikel 12 sowie andere Partikelgrößen denkbar. FIG. 1 shows a schematic view of a manufacturing apparatus 1 in a state during the manufacture of a blade 2, which has a blade root 3 and an adjoining blade 4, which defines a blade tip 5 at its free end. The manufacturing device 1 has a stationary construction platform 6, a nozzle 7 with integrated laser, a positioning device 8 for the nozzle 7, a reservoir 9 for a powdered base material 10, a reservoir 11 for powdered hard material particles 12 and feeds 13, 14, 15 on the reservoirs 9, 11 are connected to the nozzle 7. In the present embodiment, the powdery base material 10 is PWA795 and the hard material particles 12 are TiC with a particle size of 25 μm. Of course, other base materials 10 and / or hard particles 12 and other particle sizes are conceivable.

Das mittels der zuvor beschriebenen Fertigungsvorrichtung 1 durchgeführte Verfahren ist ein generatives Fertigungsverfahren, das auf dem klassischen LMD-Verfahren basiert. Es ermöglicht eine schichtweise Fertigung der Laufschaufel 2 aus dem Grundwerkstoff 10 und den Hartstoffpartikeln 12 auf der vorliegend ortsfesten Bauplattform 6 auf Basis von CAD-Daten.The method carried out by means of the manufacturing apparatus 1 described above is an additive manufacturing method, based on the classic LMD method. It allows a layered production of the blade 2 from the base material 10 and the hard material particles 12 on the presently stationary construction platform 6 based on CAD data.

Der schichtweise Aufbau der Laufschaufel 2 beginnt mit der Fertigung des Schaufelfußes 3. Während der Fertigung des Schaufelfußes 3 und während der anschließenden Fertigung eines Großteils des Schaufelblattes 4 wird der pulverförmige Grundwerkstoff 10 über die Zuführungen 13 und 15 von dem Vorratsbehälter 9 zu der Düse 7 gefördert. Der pulverförmige Grundwerkstoff 10 wird dann mit Hilfe der Düse 7 gezielt auf die Bauplattform 6 gerichtet und auf seinem Weg zur Bauplattform 6 unter Einsatz eines aus der Mitte der Düse 7 austretenden Laserstrahls 16 des Lasers auf- oder angeschmolzen. Der geschmolzene Grundwerkstoff 10 bildet nach seiner Erstarrung eine feste Materialschicht. Um den pulverförmigen Grundwerkstoff 10 bei der Fertigung einer Schicht gezielt aufzutragen, wird die Düse 7 mit Hilfe der Positionierungsvorrichtung 8 innerhalb einer x- z-Ebene bewegt. Nach jeder aufgetragenen Schicht wird die Düse 7 dann um den Betrag einer Schichtdicke in y-Richtung angehoben, woraufhin die sich anschließende Schicht generiert wird. Dies wird so lange wiederholt, bis sowohl der Schaufelfuß 3 als auch ein Großteil des Schaufelblattes 4 fertiggestellt sind. Die Materialschichten im Bereich des Schaufelfußes 3 und des Schaufelblattes 4 sind in der Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Selbstverständlich kann in einer anderen Ausführungsform auch die Bauplattform 6 um die jeweilige Schichtdicke abgesenkt und die Düse entsprechend ortsfest positioniert werden.During the production of the blade root 3 and during the subsequent production of a large part of the blade 4, the powdery base material 10 is conveyed via the feeders 13 and 15 from the reservoir 9 to the nozzle 7 , The powdery base material 10 is then directed with the help of the nozzle 7 targeted to the build platform 6 and on its way to the build platform 6 using a emerging from the center of the nozzle 7 laser beam 16 of the laser or fused. The molten base material 10 forms a solid layer of material after solidification. In order to apply the powdered base material 10 in a targeted manner during the production of a layer, the nozzle 7 is moved by means of the positioning device 8 within an xz plane. After each applied layer, the nozzle 7 is then raised by the amount of a layer thickness in the y-direction, whereupon the subsequent layer is generated. This is repeated until both the blade root 3 and a large part of the airfoil 4 are completed. The material layers in the region of the blade root 3 and the blade 4 are in the FIG. 1 for the sake of clarity not shown. Of course, in another embodiment, the construction platform 6 can be lowered by the respective layer thickness and the nozzle can be positioned according to stationary.

Während der anschließenden Fertigung der Schaufelspitze 5 des Schaufelblattes 4 wird der Grundwerkstoff 10 derart mit den Hartstoffpartikeln 12 angereichert, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel 12 pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffes 10 in Richtung des freien Endes des Schaufelblattes 4 abnimmt. Beim Auftragen der einzelnen Schichten 17 im Bereich der Schaufelspitze 5, das vom Grundprinzip her wie der zuvor beschriebene schichtweise Aufbau des Schaufelfußes 3 und des Großteils des Schaufelblattes 4 funktioniert, können die Hartstoffpartikel 12 auf unterschiedliche Weise in den Grundwerkstoff 10 eingebracht werden. In der in Figur 1 dargestellten und hier näher beschriebenen Ausführungsform verlässt ein bestimmter Volumenstrom an pulverförmigem Grundwerkstoff 10 über die Zuführung 13 den Vorratsbehälter 9 und verlässt ein bestimmter Volumenstrom an Hartstoffpartikeln 12 über die Zuführung 14 den Vorratsbehälter 11. Durch eine Zusammenführung des Volumenstroms an Grundwerkstoff 10 und des Volumenstroms an Hartstoffpartikeln 12 entsteht ein Pulvergemisch 18, in dem sowohl die Partikel des pulverförmigen Grundwerkstoffes 10 als auch die Hartstoffpartikel 12 gleichmäßig verteilt sind. Dieses Pulvergemisch 18 wird über die gemeinsame Zuführung 15 zu der Düse 7 gefördert. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit dem Aufbringen von Schichten aus reinem Grundwerkstoff 10 auf analoge Weise beschrieben, wird das Pulvergemisch 18 nun mit Hilfe der Düse 7 gezielt auf die Bauplattform 6 gerichtet und auf seinem Weg zur Bauplattform 6 unter Einsatz des Laserstrahls 16 auf- oder angeschmolzen. Wichtig ist hierbei, dass im Wesentlichen der in der Pulvermischung enthaltene Grundwerkstoff 10 aufgeschmolzen wird. Die ebenfalls in der Pulvermischung enthaltenen Hartstoffpartikel 12 werden nicht oder nur geringfügig aufgeschmolzen. Nach der Erstarrung des teilweise geschmolzenen Pulvergemisches 18 bildet sich eine feste Materialschicht 17 aus.During the subsequent production of the blade tip 5 of the airfoil 4, the base material 10 is enriched with the hard material particles 12 such that the number of hard material particles 12 per unit volume of the base material 10 decreases in the direction of the free end of the airfoil 4. When applying the individual layers 17 in the region of Blade tip 5, which works from the basic principle as the above-described layered structure of the blade root 3 and the majority of the airfoil 4, the hard material particles 12 can be introduced into the base material 10 in different ways. In the in FIG. 1 illustrated and described in more detail here leaves a certain volume flow of powdered base material 10 via the feed 13 the reservoir 9 and leaves a certain volume flow of hard material particles 12 via the feed 14 the reservoir 11. By merging the volume flow of base material 10 and the volume flow of hard material particles 12 results in a powder mixture 18 in which both the particles of the powdery base material 10 and the hard material particles 12 are evenly distributed. This powder mixture 18 is conveyed via the common feed 15 to the nozzle 7. As previously described in connection with the application of layers of pure base material 10 in an analogous manner, the powder mixture 18 is now directed with the help of the nozzle 7 targeted on the build platform 6 and on its way to the build platform 6 using the laser beam 16 up or melted. It is important here that substantially the base material 10 contained in the powder mixture is melted. The hard material particles 12 also contained in the powder mixture are not or only slightly melted. After solidification of the partially melted powder mixture 18, a solid material layer 17 is formed.

In einer anderen Ausführungsform, die hier nicht dargestellt ist, ist es jedoch auch möglich, dass der pulverförmige Grundwerkstoff 10 und die Hartstoffpartikel 12 über zwei separate Zuführungen direkt zu der Düse 7 gefördert werden, ohne dass die separaten Volumenströme vorher zusammengeführt und/oder vermischt werden. In diesem Fall wird zuerst der aufgeschmolzene Grundwerkstoff 10 auf die zuletzt ausgebildete Materialschicht aufgetragen woraufhin die Hartstoffpartikel 12 in die Schmelze des Grundwerkstoffs 10 und somit in die Schicht 17 eingestrahlt oder eingebracht werden. Sowohl in dieser alternativen Ausführungsform als auch in der in Figur 1 dargestellten und hier beschriebenen Ausführungsform wird die Schaufelspitze 5 der Laufschaufel 2 Schicht 17 für Schicht 17 auf die zuvor beschriebene Art und Weise aufgebaut. Hierbei wird die Zusammensetzung des Pulvergemisches 18 vor jedem Aufbau einer neuen Schicht 17 angepasst, indem die Menge an Hartstoffpartikeln 12 pro Volumeneinheit des in dem Pulvergemisch 18 enthaltenen Grundwerkstoffes 10 reduziert wird. Alternativ wird im Falle zweier separater zur Düse 7 geförderter Volumenströme der Volumenstrom an Hartstoffpartikeln 12 bei einem gleichbleibenden Volumenstrom an pulverförmigem Grundwerkstoff 10 reduziert. Somit wird jede aufeinander folgende Schicht 17 der Schaufelspitze 5 mit einer andere Partikeldichte ausgebildet, wobei die Partikeldichte in Richtung des freien Endes des Schaufelblattes 4 abnimmt. Es sollte klar sein, dass das Fertigungsverfahren der Laufschaufel 2 nicht notwendigerweise auf einem LMD-Verfahren basieren muss, sondern dass auch beliebige andere insbesondere generative Fertigungsverfahren umfasst sind, zu deren Durchführung eine beliebige andere geeignete Fertigungsvorrichtung 1 verwendet werden kann. Ebenso sollte klar sein, dass in einer anderen hier nicht dargestellten Ausführungsform auch nur die Schaufelspitze 5 schichtweise aufgebaut werden kann.In another embodiment, which is not shown here, it is also possible that the powdered base material 10 and the hard material particles 12 are conveyed via two separate feeds directly to the nozzle 7, without the separate volume flows are previously merged and / or mixed , In this case, first the molten base material 10 is applied to the last formed material layer, whereupon the hard material particles 12 are irradiated or introduced into the melt of the base material 10 and thus into the layer 17. Either In this alternative embodiment as well as in the embodiment illustrated and described in Figure 1, the blade tip 5 of the blade 2 layer 17 is built up for layer 17 in the manner previously described. Here, the composition of the powder mixture 18 before each construction of a new layer 17 is adjusted by the amount of hard material particles 12 per unit volume of the base material contained in the powder mixture 18 10 is reduced. Alternatively, in the case of two separate volume flows delivered to the nozzle 7, the volume flow of hard material particles 12 is reduced at a constant volume flow of pulverulent base material 10. Thus, each successive layer 17 of the blade tip 5 is formed with a different particle density, wherein the particle density in the direction of the free end of the airfoil 4 decreases. It should be understood that the manufacturing method of the blade 2 does not necessarily have to be based on an LMD method, but that any other, in particular generative, manufacturing methods are included, for the implementation of which any other suitable manufacturing device 1 can be used. It should also be clear that in another embodiment, not shown here, only the blade tip 5 can be built up in layers.

Figur 2 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht einer Laufschaufel 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die beispielsweise in der zuvor beschriebenen Weise unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten Fertigungsvorrichtung 1 schichtweise hergestellt wurde. Die Laufschaufel 2 weist einen Schaufelfuß 3 und ein sich daran anschließendes Schaufelblatt 4 auf, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze 5 definiert, wobei im Bereich der Schaufelspitze 5 ein Grundwerkstoff 10 mit Hartstoffpartikeln 12 angereichert ist, wobei die Anzahl der Hartstoffpartikel 12 pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs 10 in Richtung des freien Endes abnimmt. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Grundwerkstoff 10 um PWA795 und bei den Hartstoffpartikeln 12 um TiC mit einer Partikelgröße von 25 µm. FIG. 2 shows a perspective schematic view of a blade 2 according to an embodiment of the present invention, for example, in the manner described above using the in FIG. 1 shown manufacturing apparatus 1 was produced in layers. The blade 2 has a blade root 3 and a subsequent blade 4, which defines a blade tip 5 at its free end, wherein in the region of the blade tip 5, a base material 10 is enriched with hard particles 12, wherein the number of hard particles 12 per unit volume of Base material 10 decreases in the direction of the free end. In the present embodiment, the base material 10 is PWA795 and the hard material particles 12 are TiC with a particle size of 25 μm.

Selbstverständlich können auch andere Grundwerkstoffe 10 und/oder Hartstoffpartikel 12 verwendet werden und können die Hartstoffpartikel 12 auch andere Partikelgrößen aufweisen. In dem Falle, dass zumindest die Schaufelspitze 5 der Laufschaufel 2 schichtweise aufgebaut wurde, kann jede in radialer Richtung benachbarte Schicht 17 oder Gruppe von Schichten 17 eine andere Partikeldichte aufweisen, wobei die Hartstoffpartikel 12 innerhalb jeder Schicht 17 oder Gruppe von Schichten 17 gleichmäßig verteilt sind. Ein solcher schichtweise Aufbau der Schaufelspitze 5 ist in der Figur 2 ebenfalls angedeutet. Die Laufschaufel 2 kann jedoch auch durch ein beliebiges anderes Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können insbesondere der Schaufelfuß 3 und das Schaufelblatt 4 der Laufschaufel 2 durch ein Metallgussverfahren hergestellt sein und nur die Schaufelspitze 5 schichtweise hergestellt sein. Alternativ kann auch die gesamte Laufschaufel 2 durch ein Metallgussverfahren hergestellt sein.Of course, other base materials 10 and / or hard material particles 12 may be used and the hard material particles 12 may also have other particle sizes. In the event that at least the blade tip 5 of the blade 2 has been built up in layers, each radially adjacent layer 17 or group of layers 17 may have a different particle density, the hard material particles 12 being uniformly distributed within each layer 17 or group of layers 17 , Such a layered structure of the blade tip 5 is in the FIG. 2 also indicated. However, the blade 2 can also be made by any other method. For example, in particular the blade root 3 and the blade 4 of the blade 2 can be produced by a metal casting process and only the blade tip 5 can be produced in layers. Alternatively, the entire blade 2 may be made by a metal casting process.

Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses 19 einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIG. 3 shows a schematic sectional view of a housing 19 of a turbomachine, in particular gas turbine, according to an embodiment of the present invention.

Das Gehäuse 19 ist zur Aufnahme eines Läufers ausgelegt, an dem zumindest ein eine Vielzahl von Laufschaufeln 2 aufweisender Laufschaufelkranz angeordnet ist, wobei eine Innenfläche 20 des Gehäuses 19 in einem den Laufschaufelkranz umfänglich umgebenden Bereich mit einem Einlaufbelag 21 versehen ist, dessen Grundwerkstoff 10 mit Hartstoffpartikeln 12 angereichert ist, wobei die Anzahl der Hartstoffpartikel 12 pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs 10 in einer radialen Einwärtsrichtung R des Gehäuses 19 abnimmt. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Grundwerkstoff 10 um PWA795 und bei den Hartstoffpartikeln 12 um TiC mit einer Partikelgröße von 25 µm. Selbstverständlich können auch andere Grundwerkstoffe 10 und/oder Hartstoffpartikel 12 verwendet werden und können die Hartstoffpartikel 12 auch andere Partikelgrößen aufweisen.The housing 19 is designed to receive a rotor on which at least one rotor blade having a plurality of rotor blades 2 is arranged, wherein an inner surface 20 of the housing 19 is provided in an area surrounding the rotor blade rim with an inlet lining 21, the base material 10 with hard material particles 12 is enriched, wherein the number of hard material particles 12 per unit volume of the base material 10 in a radial inward direction R of the housing 19 decreases. In the present embodiment, the base material 10 is PWA795 and the hard material particles 12 are TiC with a particle size of 25 μm. Of course, other base materials 10 and / or hard material particles 12 may be used and the hard material particles 12 may also have other particle sizes.

In der in Figur 3 dargestellten und hier beschriebenen Ausführungsform ist der Einlaufbelag 21 schichtweise aufgebaut. Ein solcher schichtweiser Aufbau kann beispielsweise mittels der zuvor im Zusammenhang mit der Herstellung einer Laufschaufel 2 ausführlich beschriebenen Fertigungsvorrichtung 1 realisiert worden sein. Es sind jedoch auch andere Fertigungsverfahren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens denkbar. Ein schichtweiser Aufbau des Einlaufbelags 21 und/oder des Gehäuses 19 der Strömungsmaschine ist jedoch nicht zwingend erforderlich. In der Figur 3 sind beispielhaft drei Schichten 22 dargestellt, die jeweils eine andere Partikeldichte aufweisen. Wie auch zu erkennen ist, sind die Hartstoffpartikel 12 innerhalb jeder der drei Schichten 22 gleichmäßig verteilt. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur 3 weder die vollständige Strömungsmaschine noch deren Läufer oder der daran angeordnete Laufschaufelkranz dargestellt. Figur 3 zeigt jedoch eine Laufschaufel 2 des Laufschaufelkranzes, die einen Schaufelfuß 3 und ein daran anschließendes Schaufelblatt 4 aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze 5 definiert. Es ist zu erkennen, dass der Einlaufbelag 21 in seinem der Schaufelspitze 5 unmittelbar gegenüberliegenden Bereich eine Einmuldung 23 aufweist, dessen Ursprung in einem Einschleifen der Laufschaufeln 2 während eines Betriebes der Strömungsmaschine liegt. Der Einlaufbelag 21 muss jedoch, insbesondere wenn er ungebraucht ist, keine Einmuldung 23 aufweisen.In the in FIG. 3 illustrated embodiment described here, the inlet lining 21 is constructed in layers. Such a layered structure can be realized, for example, by means of the production device 1 described in detail above in connection with the production of a rotor blade 2. However, other manufacturing methods for carrying out the manufacturing method according to the invention are also conceivable. However, a layered structure of the inlet lining 21 and / or the housing 19 of the turbomachine is not absolutely necessary. In the FIG. 3 For example, three layers 22 are shown, each having a different particle density. As can also be seen, the hard material particles 12 are evenly distributed within each of the three layers 22. For the sake of clarity are in the FIG. 3 neither the complete turbomachine nor its rotor or the rotor blade arranged thereon are shown. FIG. 3 However, shows a blade 2 of the blade ring, which has a blade root 3 and an adjoining blade 4, which defines a blade tip 5 at its free end. It can be seen that the inlet lining 21 has, in its region directly opposite the blade tip 5, an indentation 23 whose origin lies in a grinding in of the rotor blades 2 during an operation of the turbomachine. However, the inlet lining 21, in particular if it is unused, does not need to have a single dent 23.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung oder zur Reparatur einer Laufschaufel (2),
die einen Schaufelfuß (3) und ein sich daran anschließendes Schaufelblatt (4) aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze (5) definiert, bei dem ein Grundwerkstoff (10) während der Fertigung der Schaufelspitze (5) mit Hartstoffpartikeln (12) angereichert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Grundwerkstoff (10) während der Fertigung der Schaufelspitze (5) derart mit Hartstoffpartikeln (12) angereichert wird, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel (12) pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs (10) in Richtung des freien Endes abnimmt.Method of manufacturing or repairing a blade (2),
a blade root (3) and an adjoining blade (4), which defines at its free end a blade tip (5), in which a base material (10) during production of the blade tip (5) enriched with hard material particles (12) becomes,
characterized in that
the base material (10) during enrichment of the blade tip (5) is enriched with hard material particles (12) such that the number of hard material particles (12) per unit volume of the base material (10) decreases in the direction of the free end. Laufschaufel (2), die einen Schaufelfuß (3) und ein sich daran anschließendes Schaufelblatt (4) aufweist, das an seinem freien Ende eine Schaufelspitze (5) definiert, wobei im Bereich der Schaufelspitze (5) ein Grundwerkstoff (10) mit Hartstoffpartikeln (12) angereichert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel (12) pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs (10) in Richtung des freien Endes abnimmt.Blade (2) having a blade root (3) and an adjoining blade (4) defining at its free end a blade tip (5), wherein in the region of the blade tip (5) a base material (10) with hard material particles ( 12) is enriched,
characterized in that the number of hard material particles (12) per unit volume of the base material (10) decreases in the direction of the free end. Verfahren zur Herstellung oder zur Reparatur eines Gehäuses (19) einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, das zur Aufnahme eines Läufers ausgelegt ist, an dem zumindest ein eine Vielzahl von Laufschaufeln (2) aufweisender Laufschaufelkranz angeordnet ist, wobei eine Innenfläche (20) des Gehäuses (19) in einem den Laufschaufelkranz umfänglich umgebenden Bereich mit einem Einlaufbelag (21) versehen wird, dessen Grundwerkstoff mit Hartstoffpartikeln (12) angereichert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (10) derart mit Hartstoffpartikeln (12) angereichert wird, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel (12) pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs (10) in einer radialen Einwärtsrichtung (R) des Gehäuses (19) abnimmt.Method for producing or repairing a housing (19) of a turbomachine, in particular a gas turbine, which is designed to accommodate a rotor on which at least one rotor blade having a plurality of moving blades (2) is arranged, wherein an inner surface (20) of the housing (20) 19) is provided in an area circumferentially surrounding the blade ring with an inlet lining (21), the base material is enriched with hard material particles (12),
characterized in that the base material (10) is so enriched with hard material particles (12) that the number of hard material particles (12) per unit volume of the base material (10) in a radial inward direction (R) of the housing (19) decreases. Gehäuse (19) einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, das zur Aufnahme eines Läufers ausgelegt ist, an dem zumindest ein eine Vielzahl von Laufschaufeln (2) aufweisender Laufschaufelkranz angeordnet ist, wobei eine Innenfläche (20) des Gehäuses (19) zumindest in einem den Laufschaufelkranz umfänglich umgebenden Bereich mit einem Einlaufbelag (21) versehen ist, dessen Grundwerkstoff (10) mit Hartstoffpartikeln (12) angereichert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Hartstoffpartikel (12) pro Volumeneinheit des Grundwerkstoffs (10) in einer radialen Einwärtsrichtung (R) des Gehäuses (19) abnimmt.Housing (19) of a turbomachine, in particular gas turbine, which is designed to receive a rotor on which at least one of a plurality of blades (2) exhibiting blade ring is arranged, wherein an inner surface (20) of the housing (19) at least in one of the blade ring circumferentially surrounding area is provided with an inlet lining (21), the base material (10) is enriched with hard particles (12),
characterized in that the number of hard material particles (12) per unit volume of the base material (10) decreases in a radially inward direction (R) of the housing (19). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Schaufelspitze (5) und/oder der Einlaufbelag (21) schichtweise aufgebaut wird, wobei bei einem Auftragen der einzelnen Schichten (17, 22) die Hartstoffpartikel (12) in dem Grundwerkstoff (10) eingebracht werden.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that at least the blade tip (5) and / or the inlet lining (21) is built up in layers, wherein when applying the individual layers (17, 22) the hard material particles (12) in the base material (10) are introduced. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Laufschaufel (2) und/oder das gesamte Gehäuse (19) schichtweise aufgebaut wird.Method according to claim 5,
characterized in that the entire blade (2) and / or the entire housing (19) is constructed in layers. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung benachbarte Schichten (17, 22) oder Gruppen von Schichten (17, 22) mit einer anderen Partikeldichte angereichert werden.Method according to claim 5 or 6,
characterized in that in the radial direction adjacent layers (17, 22) or groups of layers (17, 22) are enriched with a different particle density. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel (12) innerhalb jeder Schicht (17, 22) oder Gruppe von Schichten (17, 22) gleichmäßig verteilt sind.Method according to one of claims 5 to 7,
characterized in that the hard material particles (12) within each layer (17, 22) or group of layers (17, 22) are evenly distributed. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der schichtweise Aufbau mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, wie etwa Laserauftragsschweißen oder LMD, unter Verwendung einer entsprechenden Fertigungsvorrichtung (1) erfolgt.Method according to one of claims 5 to 8,
characterized in that the layered structure by means of a generative manufacturing process, such as laser deposition welding or LMD, using a corresponding manufacturing device (1). Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (10) und die Hartstoffpartikel (12) aus zwei separaten Vorratsbehältern (9, 11) der Fertigungsvorrichtung (1) entweder über zwei separate Zuführungen (13, 14) der Fertigungsvorrichtung (1) direkt zu einer Düse (7) der Fertigungsvorrichtung (1) gefördert werden oder zunächst zusammengeführt und dann über eine gemeinsame Zuführung (15) zu der Düse (7) gefördert werden.Method according to claim 9,
characterized in that the base material (10) and the hard material particles (12) from two separate storage containers (9, 11) of the manufacturing device (1) either via two separate feeds (13, 14) of the manufacturing device (1) directly to a nozzle (7 ) of the manufacturing device (1) are conveyed or first brought together and then conveyed via a common feed (15) to the nozzle (7). Verfahren und/oder Laufschaufel (2) und/oder Gehäuse (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (10) eine oxidations- und/oder korrosionsbeständige, insbesondere metallische Matrix, insbesondere PWA795, ist.Method and / or blade (2) and / or housing (19) according to one of the preceding claims,
characterized in that the base material (10) is an oxidation and / or corrosion resistant, in particular metallic matrix, in particular PWA795. Verfahren und/oder Laufschaufel (2) und/oder Gehäuse (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Hartstoffpartikeln (12) um TiC und/oder TiN und/oder TaC handelt.Method and / or blade (2) and / or housing (19) according to one of the preceding claims,
characterized in that the hard material particles (12) are TiC and / or TiN and / or TaC. Verfahren und/oder Laufschaufel (2) und/oder Gehäuse (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel (12) eine Partikelgröße von 0,1 µm - 200 µm, insbesondere von 5 µm - 50 µm, aufweisen.Method and / or blade (2) and / or housing (19) according to one of the preceding claims,
characterized in that the hard material particles (12) have a particle size of 0.1 .mu.m - 200 .mu.m, in particular of 5 .mu.m - 50 .mu.m.
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