ES2209537T3 - Procedimiento para la reparacion y fabricacion de un rotor con paletas integrales para una turbina. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la reparación de un rotor de paletas integrales para una turbina, en el cual están dispuestas - por la superficie circunferencial (2) de un soporte (1) - varias paletas (3, 4, 5), que sobresalen de la misma; procedimiento éste que está caracterizado por las fases siguientes: Eliminación de un tramo de paletas (4, 5¿), que ha de ser sustituido, dejando un tramo de muñón (10, 13), que constituye una parte integrante de la paleta (3, 4, 5) y que posee una superficie frontal (11, 14) a efectos de su unión con un tramo de paleta sustitutoria (20); disposición de un inductor (16) alrededor de la superficie frontal (11, 14) del tramo de muñón (10, 13); posicionamiento del tramo de paleta sustitutoria (20) - que esencialmente está presente en su forma final y que corresponde al tramo de paleta (4¿, 5¿), que ha sido eliminado - en el tramo de muñón (10, 13); a este efecto, están mutuamente opuestas una superficie (21) del tramo de paleta sustitutoria (20) y la superficie frontal (11, 14) el tramo de muñón (10, 13), estando las mismas esencialmente en alineación entre sí así como a una reducida distancia mutua; y la unión mediante soldadura del tramo de paleta sustitutoria (20) con el tramo de muñón (10, 13) dentro de una atmósfera de gas protector y por medio de la excitación de un inductor (16) con una corriente eléctrica de alta frecuencia y por el acercamiento entre el tramo de paleta sustitutoria (20) y el tramo de muñón (10, 13), estableciendo el contacto entre la superficie frontal (11, 14) del tramo de muñón (10, 13) -la cual es de forma pastosa hasta liquida de fusión - y la superficie (21) del tramo de paleta sustitutoria (20), la cual es también de forma pastosa hasta líquida de fusión.

Description

Procedimiento para la preparación y fabricación de un rotor con paletas integrales para una turbina.

Memoria descriptiva

La presente invención se refiere a un procedimiento para la reparación de un rotor con paletas integrales para una turbina, en el cual en la superficie circunferencial del soporte están dispuestas varias paletas, que sobresalen de las mismas; como asimismo se refiere a un procedimiento para la fabricación de un rotor con paletas integrales para una turbina, en el cual en la superficie circunferencial de un soporte se han de disponer varias paletas, que sobresalen de la misma y que mediante soldadura son unidas con una superficie frontal de un respectivo muñón, que sobresale de la superficie circunferencial.

Los rotores con paletas integrales de esta clase pueden ser fabricados mediante un fresado a partir de un material macizo o bien por unir las paletas individuales mediante soldadura con este soporte. A través de la Patente Núm. 4.883.216 de los Estados Unidos es conocido un procedimiento para la separación y fabricación de un rotor de este tipo, según el cual, y en primer lugar, en unos muñones que sobresalen de la superficie circunferencial del soporte, es soldado - alrededor de toda la circunferencia de los muñones - un collar y, a continuación sobre esta superficie aumentada, consistente en muñón y collar, es fijado mediante soldadura una paleta (de sustitución que, por su pie de paleta posee también un collar de unión fuertemente aumentado. Este procedimiento tiene el inconveniente de que la paleta no puede ser soldada en su forma definitiva ó de acabado y de que, a causa de los dos collares, luego se hacen necesarios extremadamente muchos trabajos de retoque.

La Patente Francesa Núm. A - 22 26 241 revela un procedimiento para la unión de las paletas con un soporte de rotor, según el cual las paletas - que poseen un pie saliente con una superficie de apoyo para la transmisión de las fuerzas de ensamblaje - son fijadas mediante una soldadura eléctrica por resistencia en el soporte del rotor.

La presente invención tiene el objeto de proporcionar un procedimiento para la reparación de un rotor de la clase descrita al principio, según el cual el tramo de paleta sustitutorio pueda ser fijado mediante soldadura y sin muchas operaciones de mecanizado adicionales. Ha de ser proporcionado, asimismo, un procedimiento para la fabricación de un rotor de la clase descrita al principio, según el cual las paletas puedan ser soldadas en el soporte si muchas operaciones de mecanizado adicionales.

De acuerdo con la presente invención, aquella parte de la solución, la cual se refiere al procedimiento de reparación, está caracterizada por las fases siguientes: Eliminación del tramo de paletas, que ha de ser sustituido, dejando un tramo de muñón, que constituye una parte integrante de la paleta y que posee una superficie frontal a efectos de su unión con un tramo de paleta sustitutoria; disposición de un inductor alrededor de la superficie frontal del tramo de muñón; posicionamiento del tramo de paleta sustitutoria - que, en cuanto a su forma y tamaño, corresponde al tramo de paleta eliminado - en el tramo de muñón; a este efecto, se encuentran mutuamente opuestas una superficie del tramo de paleta sustitutoria, la cual sirve como la superficie de ensamblaje, y la superficie frontal del tramo de muñón, estando las mismas esencialmente en alineación entre si así como a una reducida distancia mutua, y unión mediante soldadura del tramo de paleta sustitutoria con el tramo de muñón por medio de la excitación del inductor con una corriente eléctrica de alta frecuencia dentro de una atmósfera de gas protector y por el acercamiento entre el tramo de paleta sustitutoria y el tramo de muñón, estableciendo el contacto entre la respectiva superficie frontal del tramo de muñón y la superficie del tramo de paleta sustitutoria, las cuales están líquidas de fusión.

Una ventaja del procedimiento de reparación según la presente invención consiste en el hecho de que la inducida corriente eléctrica de alta frecuencia se concentra en las respectivas superficies de ensamblaje y de que éstas últimas solamente están líquidas de fusión por la zona, que está cerca de la superficie, de tal modo que el tramo de paletas sustitutoria y el tramo de muñón puedan ser apretados entre si sólo con una fuerza relativamente reducida y por un lapso de tiempo extremadamente corto. Gracias a ello, el tramo de paleta sustitutoria puede quedar cogido sin ningún problema dentro de la zona de la hoja de paleta.

Además, de esta manera también pueden ser sustituidas ó fijadas unas paletas con una pared especialmente delgada y de gran sensibilidad mecánica. Al tratarse de la fabricación de unas nuevas paletas, existe asimismo la posibilidad de unir unas paletas de fundición con los rotores de forja (discos ó aros).

Según una preferida forma de realización es así que el inductor es colocado, dentro de la zona del borde delantero de la paleta y del borde posterior de la paleta, a una mayor distancia con respecto a la superficie de ensamblaje que por la parte central de la paleta ó del tramo de paleta, y esto con el objeto de que la inducida corriente eléctrica de alta frecuencia pueda calentar la superficie frontal del tramo de muñón y la superficie del tramo de paleta sustitutoria de la manera más uniforme posible y en todos los puntos y de que se vuelvan líquidas de fusión tan sólo las zonas cercanas a la superficie frontal y a la superficie, respectivamente.

De forma preferente, la superficie del tramo de paleta sustitutoria es posicionada - antes de efectuarse la unión por soldadura a una distancia de aproximadamente 2 mms, con respecto a la superficie frontal del tramo de muñón con el fin de que la superficie frontal del tramo de muñón, por un lado, y la superficie del tramo de paleta sustitutoria, por el otro lado, puedan ser calentadas de manera uniforme y de que las mismas se vuelvan líquidas de fusión solamente hasta una profundidad de aproximadamente 0,1 mm.

De una manera especialmente preferida, resulta que el tramo de paleta sustitutoria es encajado en arrastre de forma dentro de un bloque de material plástico, de tal modo que el tramo de paleta sustitutoria pueda ser fijado - ya en su forma de acabado - en el soporte, sin ningún tramo adicional de fijación ni de apoyo. De esta manera, pueden ser suprimidas unas costosas fases de mecanización en el tramo de paleta sustitutoria.

También de forma especialmente preferida es así que la fase de la unión mediante soldadura es llevada a efecto dentro de 3 segundos, como máximo, con lo cual se garantiza una manera de proceder más racional y es asegurado que el tramo de muñón y el tramo de paleta sustitutoria se vuelvan líquidos de fusión tan sólo por sus zonas cercanas a la superficie frontal y a la superficie respectivamente. Resulta conveniente que el tramo de paleta sustitutoria y el tramo de muñón - después de entrar en un contacto mutuo la superficie y la superficie frontal, respectivamente, de los mismos - sean acercados entre si otra vez con un máximo de 1 mm., de tal manera que las posibles suciedades sean expulsadas lateralmente de la fusión manteniéndose, sin embargo, a un reducido nivel el aumento circunferencial del punto de ensamblaje.

Según otra preferida forma de realización es así que el tramo de hoja de paleta - el cual ha de ser sustituido y el que, por regla general, está dañado - es eliminado dentro de un plano de separación, que se extiende hasta la punta de la paleta. De este modo, y en el caso de unos deterioros dentro de la zona de la punta de la paleta, no tiene que ser sustituida la paleta completa, sino tan sólo un pequeño tramo de la misma.

De acuerdo con la presente invención, aquella parte de la solución, la cual se refiere al procedimiento de fabricación, está caracterizada por las fases siguientes: Disposición de un inductor alrededor de la superficie frontal del muñón; posicionamiento de una paleta en el muñón; a este efecto, una superficie de la paleta y la superficie frontal del muñón están situadas de forma opuesta entre si, esencialmente en alineación mutua así como a una reducida distancia entre si; así como las unión mediante soldadura entre la paleta y el muñón por medio de la excitación del inductor con una corriente eléctrica de alta frecuencia dentro de una atmósfera de gas protector y por el acercamiento entre la paleta y el muñón con el establecimiento de un contacto entre la superficie frontal del muñón y la superficie de la paleta, las cuales están líquidas de fusión.

Otras formas de realización del procedimiento para la reparación y/ó fabricación están indicadas en las reivindicaciones secundarias.

A continuación, la presente invención está explicada con más detalles por medio de un ejemplo de realización y con preferencia a los planos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 muestra la vista de perspectiva de un rotor con dos paletas, que están dañadas;

La Figura 2 indica - a escala de aumento - un detalle de la vista de la Figura 1;

La Figura 3 muestra la vista en planta esquematizada de un tramo de muñón, alrededor del cual está dispuesto un inductor, que se encuentra unido con una fuente de corriente eléctrica y según una forma de realización del procedimiento de la presente invención mientras que

La Figura 4 indica la vista de perspectiva de un detalle, en la cual un tramo de la hoja de paleta está cogido por un bloque (de material plástico).

La Figura 1 indica una vista de perspectiva de un rotor para una turbina, el cual posee un soporte 1, que está realizado en forma de disco y en cuya superficie circunferencial 2 están dispuestas integradas en el soporte - numerosas paletas 3, que sobresalen hacia fuera. Las paletas 3 están previstas - normalmente de forma equidistante entre si por la superficie circunferencial 2 del soporte 1. Aparte de numerosas paletas 3, que no tienen daños, existen aquí dos paletas, 4 y 5, que están dañadas por la zona de su borde delantero 6.

Tal como esto puede ser observado más claramente en la vista de detalle según la Figura 2, los daños en las paletas, 4 y 5, se han presentado por los respectivos bordes delanteros 6 de las paletas, mientras que los bordes posteriores 7 de las mismas, los cuales están situados en frente, prácticamente no están dañados. Los daños en la paleta 4 se han producido dentro de una zona cercana a la punta de paleta 8 por lo que, según una forma de realización del procedimiento de la presente invención, la cual está prevista para la reparación, un tramo de la hoja de paleta 4' es eliminado según el plano de separación 9, dejándose un tramo de muñón 11 con una superficie frontal 11, el cual constituye una parte de la paleta 4, es decir, de la hoja de la misma. Al presentarse unos daños como los de paleta 4, no es necesario que la paleta 4 ó la hoja de la misma sea eliminada esencialmente por completo.

Los daños en la paleta 5 se han producido - en dirección hacia el eje de carga dentro de la parte central, es decir, entre la punta de paleta 8 y la superficie círcunferencial 2 del soporte. En este supuesto y según otra forma de realización del procedimiento de la presente invención, la cual está provista para la reparación, de la paleta dañada 5 es eliminado - prácticamente por completo y a lo largo de un plano de separación 12 - un tramo de paleta 5', de tal manera que quede formado un muñón 13 con una superficie frontal 14, el cual sobresale con aproximadamente 2 hasta 3 raras. de la superficie circunferencial 2 del soporte 1. Mientras que el plano de separación 9 de la paleta 4 se extiende de forma transversal a una superficie de sección transversal y hasta la punta 8 de la paleta, el plano de separación 12 de la paleta 5, en cambio, se extiende esencialmente de forma paralela a una superficie de sección transversal de la paleta 5. Las superficies frontales, 11 y 14, de las paletas, 4 y 5, respectivamente, no tienen porque estar realizadas necesariamente de forma plana y las mismas pueden tener, en función de su aplicación también una curvatura.

Conforme a la siguiente fase de procedimiento de reparación según la presente invención, dentro de la zona de la superficie frontal 14 del muñón 13 es colocado - por la circunferencia 15 de la misma - un inductor 16, que se encuentra unido con una fuente de corriente eléctrica 17. Tal como esto puede ser observado por la vista en planta según la Figura 3, la distancia entre el inductor 16 y el muñón 13 es - dentro de la zona del borde delantero 6 y del borde posterior 7 de la paleta - mayor que por la parte central 18, y esto con el fin de conseguir un calentamiento más uniforme en el punto de ensamblaje - que está constituido por la superficie frontal 14 del muñón 13 - durante el siguiente proceso de soldadura. La geometría del recorte 19 en el inductor 16 ha de ser elegida - en función del caso de aplicación - de tal manera que el material se vuelva líquido de fusión ó pastoso tan sólo en el punto del ensamblaje, es decir, por la superficie frontal 14 del muñón 13, al objeto de facilitar un más rápido proceso de soldadura y de evitar, en la medida de lo posible, unos trabajos de retoque en el punto de ensamblaje después del proceso de soldadura.

En la Figura 4 se puede observar, en una vista de perspectiva, la fase siguiente del procedimiento de reparación según la presente invención, en la cual el inductor 16 con su recorte 19 está colocado alrededor de la circunferencia de la superficie frontal 14 el muñón 13, que sobresale de la superficie frontal 2 del soporte 1. Una paleta sustitutoria 20 con la superficie 21 se encuentra cogida de una manera segura en un casete de dos piezas 22 dentro de un bloque de material plástico 23. El casete 22 está fijado sobre un carrito de máquina. La superficie 21 de la paleta sustitutoria 20 corresponde - en cuanto a su forma y curvatura a la superficie frontal 14 del muñón 13. Para el posicionamiento de la paleta sustitutoria 20 a efectos del siguiente proceso de soldadura, este carrito de máquina puede ser desplazado de tal manera, que la superficie 21 de la paleta sustitutoria 20 está dispuesta - de forma congruente 6 alineada - en frente de la superficie frontal 14 del muñón 13. Con fines de una comprobación, la paleta sustitutoria 20 puede ser acercada para entrar con su superficie 21 en contacto con la superficie frontal 14; en este caso, sin embargo, las superficies han de ser separadas luego otra vez entre si para así guardar - antes del siguiente proceso de soldadura - una distancia de aproximadamente 2 mms.

El siguiente proceso de soldadura tiene lugar dentro de una atmósfera de gas protector. A este efecto, el inductor 16 es impulsado con una corriente eléctrica de alta frecuencia y durante aproximadamente 1 segundo. La aplicación de esta corriente eléctrica de alta frecuencia y, por consiguiente, el calentamiento son mantenidos - en función del material empleado - de la forma más corta posible, de tal modo que el material del muñón 13 y de la paleta sustitutoria 20, respectivamente, se vuelva liquido de fusión ó de forma pastosa solamente dentro de la zona de ensamblaje, que está constituida por la superficie frontal 14 del muñón 13 y por la superficie 21 de la paleta sustitutoria 20. Una vez transcurrido el tiempo del calentamiento, la paleta sustitutoria 20 es unida con la superficie frontal 14 del muñón 13 por entrar la superficie 21 de la paleta en contacto con ésta última; en este caso, se produce de forma controlada un recorrido de recalcado de aproximadamente 1 mm. Como alternativa, el acercamiento entre las dos piezas también puede tener lugar de una manera controlada por medio de una presión.

La Figura 4 muestra una paleta sustitutoria 20' que, por medio de una soldadura por alta frecuencia, está unida con un muñón 13'. En este caso, dentro de la zona de un punto de ensamblaje 24 se puede observar un reducido aumento en el espesor. La medida de este aumento de espesor está en función - aparte del recorrido de recalcado - del material, tanto del muñón, 13 y 13', como de la paleta sustitutoria, 20 y 20', y el mismo, dado el caso, tiene que ser eliminado a través de un trabajo de retoque final. En muchos casos, sin embargo, el aumento del espesor en el punto de ensamblaje 24 es tan reducido que este aumento puede ser tolerado bajo el punto de vista aerodinámico, por lo cual puede ser suprimido este trabajo de retoque final.

Si, en un procedimiento de reparación, un tramo de paleta 4' es eliminado según la línea de separación 9 indicada en la Figura 2, y al encontrarse, por consiguiente, el correspondiente punto de ensamblaje 24 dentro de la zona de la hoja de la paleta, por razones de aerodinámica se hace necesario un trabajo de retoque de la superficie de la hoja. También aquí resulta conveniente la aplicación de una corriente eléctrica de alta frecuencia, teniendo en cuenta que la misma se concentra por la superficie frontal 11 del tramo del muñón 10 así como por la correspondiente superficie del tramo de paleta sustitutoria 20, y solamente se vuelven líquidas de fusión las respectivas zonas, que están situadas cerca de las superficies.

El procedimiento de fabricación se diferencia del antes descrito procedimiento de reparación esencialmente tan sólo por el hecho de que, en primer lugar no ha de se eliminado ningún tramo de paleta, que está dañado, y de que el muñón 13 tiene siempre la forma y el tamaño según el plano de separación 12 indicado en la Figura 2.

Claims (16)

1. l. Procedimiento para la reparación de un rotor de paletas integrales para una turbina, en el cual están dispuestas - por la superficie circunferencial (2) de un soporte (1) - varias paletas (3, 4, 5), que sobresalen de la misma; procedimiento éste que está caracterizado por las fases siguientes: Eliminación de un tramo de paletas (4, 5'), que ha de ser sustituido, dejando un tramo de muñón (10, 13), que constituye una parte integrante de la paleta (3, 4, 5) y que posee una superficie frontal (11, 14) a efectos de su unión con un tramo de paleta sustitutoria (20); disposición de un inductor (16) alrededor de la superficie frontal (11, 14) del tramo de muñón (10, 13); posicionamiento del tramo de paleta sustitutoria (20) - que esencialmente está presente en su forma final y que corresponde al tramo de paleta (4', 5'), que ha sido eliminado - en el tramo de muñón (10, 13); a este efecto, están mutuamente opuestas una superficie (21) del tramo de paleta sustitutoria (20) y la superficie frontal (11, 14) el tramo de muñón (10, 13), estando las mismas esencialmente en alineación entre si así como a una reducida distancia mutua; y la unión mediante soldadura del tramo de paleta sustitutoria (20) con el tramo de muñón (10, 13) dentro de una atmósfera de gas protector y por medio de la excitación de un inductor (16) con una corriente eléctrica de alta frecuencia y por el acercamiento entre el tramo de paleta sustitutoria (20) y el tramo de muñón (10, 13), estableciendo el contacto entre la superficie frontal (11, 14) del tramo de muñón (10, 13) - la cual es de forma pastosa hasta liquida de fusión - y la superficie (21) del tramo de paleta sustitutoria (20), la cual es también de forma pastosa hasta líquida de fusión.
2. 2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque el inductor (16) está dispuesto - dentro de la zona del borde delantero (6) y del borde posterior (7) de la paleta - a una mayor distancia con respecto al punto de ensamblaje (24) que por la parte central (18) de la paleta (3) y del tramo de muñón (10, 13) respectivamente.
3. 3. Procedimiento conforme a las reivindicaciones 1) ó 2) y caracterizado porque la superficie (21) del tramo de paleta sustitutoria (20) es posicionada a una distancia de aproximadamente 2 mms. con respecto a la superficie frontal (11, 14) del tramo de muñón (10, 13).
4. 4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizado porque durante su posicionamiento el tramo de paleta sustitutoria (20) es sujetado en arrastre de fricción entre dos garras.

   Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 3) anteriormente indicadas y caracterizado porque el tramo de paletas sustitutoria (20) se encuentra encajado en arrastre de forma dentro de un bloque de material plástico (23).
5. 6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizado porque la fase de la "unión por soldadura" es llevada a efecto dentro de 3 segundos, como máximo.
6. 7. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizado porque el tramo de paleta sustitutoria, (20) y el tramo de muñón (10, 13) son - después de entrar en contacto entre si su superficie (21) y su superficie frontal (14), respectivamente - acercados entre si todavía por 1 mms., como máximo.
7. 8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriormente indicadas y caracterizado porque el tramo de hoja de paleta (4', 5'), que ha de ser sustituido, se encuentra dentro de un plano de separación (9), que se extiende hasta la punta (8) de la paleta.
8. 9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 7) y caracterizado porque la paleta (3, 4, 5) es eliminada esencialmente por completo y es dejado un muñón (13) que con aproximadamente 2,5 mms., sobresale de la superficie circunferencial (2) de un soporte (1).
9. 10. Procedimiento para la fabricación de un rotor con paletas integrales para una turbina, en el cual han de ser dispuestas por la superficie circunferencial (2) de un soporte (1) - varias paletas (3, 4, 5), que sobresalen de la misma y que mediante soldaduras son fijadas en un respectivo muñón (13) con una superficie frontal (14), el cual también sobresale de la superficie circunferencial (2); procedimiento éste que está caracterizado por las fases siguientes: Disposición de un inductor (16) alrededor de la superficie frontal (14) el muñón (13); posicionamiento de una paleta (3, 20) que esencialmente está presente en su forma de acabado - en el muñón (13); en este caso, una superficie (21) de la paleta (20) y las superficie frontal (14) del muñón (13) están dispuestas en frente entre si, esencialmente en alineación así como a una reducida distancia mutua: y la unión por soldadura entre la paleta (3, 20) y el muñón (13) dentro de una atmósfera de gas protector y por medio de la excitación del inductor (16) con una corriente eléctrica de alta frecuencia y mediante el acercamiento entre la paleta (3, 20) y el muñón (13), estableciéndose el contacto entre la superficie frontal (14) el muñón (13) - la cual es de forma pastosa hasta líquida de fusión - y la superficie (21) de la paleta (20), la cual es también de forma pastosa hasta líquida de fusión.
10. 11. Procedimiento conforme a la reivindicación 10) y caracterizado porque está previsto un soporte (1), que está realizado en la forma de disco.
11. 12. Procedimiento conforme a la reivindicación 10) y caracterizado porque está previsto un soporte (1), que está realizado en la forma de aro.
12. 13. Procedimiento conforme a la reivindicación 12) y caracterizado porque el aro es fabricado a partir de unas fibras de SiC, reforzadas de titanio.
13. 14. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 10) hasta 13) y caracterizado porque la paleta (3, 20) es fabricada de titanio.
14. 15. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 10) hasta 12) y caracterizado porque la paleta (3, 20) es fabricada de una aleación a base de cobalto ó de níquel.
15. 16. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 10) hasta 15) y caracterizado porque está prevista una paleta hueca (3, 20).
16. 17. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 16) y caracterizado porque como inductor (16) es empleado un elemento de construcción, que puede ser fabricado con un mínimo de costos y que está previsto para un solo uso (inductor de tipo desechable).