NL8101356A

NL8101356A - Werkwijze voor het repareren van een luchtgekoeld schoepsamenstel.

Info

Publication number: NL8101356A
Application number: NL8101356A
Authority: NL
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1981-10-16
Also published as: AU555653B2; GB2071777B; IL62219A; FR2478734A1; NL188813B; JPS64562B2; DE3110180C2; FR2478734B1; IL62219A0; DE3110180A1; IT8120584A0; IT1139323B; US4305697A; AU7519381A; NL188813C; JPS56154106A; GB2071777A; CA1162722A

Description

X * P & c » , *

W 2348-1123 Ned.M/LvD

Werkwijze voor het repareren van een luchtgekoeld schoepsamenstel.

De uitvinding heeft betrekking op een luchtgekoeld schoepsamenstel van een gasturbine en meer in het bijzonder op een verbeterde 5 werkwijze en vervangingselement voor het repareren van een dergelijk samenstel in de zone van de voorste rand er van.

In het kort komt een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding neer op een werkwijze voor het repareren van een luchtgekoeld schoepsamenstel van een gasturbine, welk samenstel voorzien 10 is van binnenste en buitenste, van elkaar verwij derde plateau konstructie-elementen, waartussen een draagprofiel gestoken is, dat een voorste randwand, een achterste randgedeelte en dwars daartussen een lichaams-wand bezit, welke tezamen een hol inwendige van het draagprofiel bepalen, met het kenmerk, dat 15 - van het schoepsamenstel een schoepsegment verwijderd wordt, welk seg ment tenminste een gedeelte van de voorste randwand bevat, een gedeelte van de draagprofiel lichaamswand verbonden met het voorste randwandgedeelte, en een gedeelte van tenminste een plateau konstructie element verbonden met het voorste randwandgedeelte? 20 - waarbij door verwijdering van het schoepsegment een eerste plaatsings- en bindingswand oppervlak op het schoepsamenstel verkregen wordt langs een voorgeselecteerde baan, die tijdens het in bedrijf zijn van het draagprofiel in een gasturbine relatief lage mechanische spanningen ondervindt, - een verwarmingselement verstrekt wordt van in hoofdzaak het zelfde type 25 materiaal en van een grootte en vorm, die past bij het verwijderde schoepsegment, welk verwarmingselement omvat een tweede plaatsing- en bindings-wandoppervlak, dat past bij het eerste plaatsings- en bindingswandoppervlak; - het eerste en het tweede plaatsings- en bindingswandoppervlak op een lijn ten opzichte van elkaar geplaatst worden; en vervolgens 30 - het verwarmingselement met het schoepsamenstel metallurgisch verbonden wordt op de plaatsings- en bindingswandoppervlakken. Deze metallurgische binding geschiedt door een niet-smeltingsmethode.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van de figuren der bijgaande tekening worden toegelicht.

35 Fig. 1 geeft fragmentarisch een aanzicht in perspectief van een gedeelte van een turbine schoepsamenstel van een gasturbine, waaronder een aanzicht van een vervangingselement in uitgetrokken toestand;

Eig. 2 geeft een fragmentarisch aanzicht in perspectief van het type schoepsamenstel weergegeven in fig. 1 met een andere uitvoeringsvorm 40 van het vervangingselement in uitgetrokken toestand; 8101356 S t - 2 -

Fig. 3 geeft een fragmentarisch aanzicht van een draagprofiel en een binnenste plateaugedeelte van het schoepsamenstel volgens een andere uitvoeringsvorm van het vervanginselement; en

Fig. 4 geeft een fragmentarisch aanzicht van weer een andere 5 uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

In de hierna volgende beschrijving en tekening worden de zelfde verwijzingscijfers gebruikt om gelijke onderdelen te identificeren. Onder verwijzing in het bijzonder naar het perspectivische aanzicht en uitgetrokken aanzicht van Fig. 1, gedeeltelijk ook in doorsnede, wordt een 10 gedeélte van een luchtgekoeld schoepsamenstel voor een gasturbine algemeen met 10 weergegeven. Een dergelijk samenstel omvat een binnenste plateau-element 12 op zekere afstand verwijderd van een buitenste plateau-element 14, waartussen een draagprofiel, algemeen aangegeven met 16, bevestigd is.

Het draagprofiel 16 omvat een voorste randwand 18, een achterste randge-15 deelte 20 en een lichaamswand 22. Tezamen bepalen de voorste randwand, het lichaamsgedeelte. en het achterste randgedeelte een hol inwendige van het draagprofiel. In het algemeen zijn koelfluidumopeningen aanwezig in wanden van het draagprofiel, bijvoorbeeld zoals weergegeven in het hierboven geïdentificeerde Amerikaanse octrooischrift 3,628.880 van Smuland 20 et al. Dergelijke openingen worden hier echter niet beschreven terwille van de eenvoud van de voorstelling en omdat zij geen deel van de.onderhavige uitvinding vormen.

Zoals eerder vermeld kan tijdens het bedrijf van een dergelijk schoepsamenstel bij een gasturbine slijtage, beschadiging of andere 25 narigheid aan de voorste randwand 18 van het draagprofiel optreden.

In overeenstemming met de werkwijze volgens de uitvinding wordt een schoepsegment van de grootte en vorm van het element 24 verwijderd uit het schoepsamenstel langs een voorgeselecteerde baan 26, die in stippellijnen is weergegeven in fig. 1, en waarvan tijdens het bedrijf van het 30 schoepsamenstel in een gasturbine, ingezien wordt dat het relatief lage mechanische spanningen ondervindt. Bijvoorbeeld tijdens bedrijf wordt een betrekkelijk grote buigkracht uitgeoefend op het draagprofiel 16 in het algemeen op de lichaamswand van het draagprofiel naar de achterste rand 20 en het binnenste plateau-element 12. Dit wekt een relatief hoge mechanische 35 spanningszóne op naar de voorste rand van 18, die het buitenste plateau-element 14 nadert. Men heeft voorts ingezien dat een zone van betrekkelijk lage spanning gelegen is bij de voorste randwand, die het binnenste plateau-element 12 nadert, maar niet geheel bereikt. Aldus is voor de in fig. 1 weergegeven uitvoeringsvorm van het schoepsamenstel de voorgeselecteerde 8101356 r ^ - 3 - baan, waarin relatief lage mechanische spanningen ondervonden worden, die welke met stippellijnen wordt weergegeven bij 26. Verwijdering van het door baan 26 ingesloten gedeelte verschaft een eerste plaatsing- en bindings-wandoppervlak 28.

5 Volgens de onderhavige uitvinding wordt er een vervangingsele- ment 24 verschaft van nagenoeg het zelfde type materiaal en van een grootte en vorm, die past bij het verwijderde schoepsegment ingesloten door de voorgeselecteerde baan 26. Het vervangingselement 24 omvat een tweede plaatsings- en bindingswandoppervlak 30 dat past bij het eerste plaatsings-10 en bindingswandoppervlak 28 om een nauwkeurig op een lijn brengen van het vervangingselement 24 en het schoepsamenstel 10 mogelijk te maken. Op geschikte wijze kan het vervangingselement 24 op conventionele wijze verkregen zijn door precisie gieten, bijvoorbeeld onder gebruikmaking van het procédé van het "verloren was" type, dat in het algemeen gebruikt wordt 15 bij de vervaardiging van het schoepsamenstel.

Een andere maatregel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding voor zover het betrekking heeft op de voorgeselecteerde baan 26 en de uitgebreidheid van het vervangingselement 24, is het feit, dat de voorgeselecteerde baan 26, en dus de grootte en vorm van het vervangins-20 element 24, zich tenminste uitstrekt tot aan een plateau-element, zoals 14 in fig. 1. Dit is noodzakelijk om gasstroombelasting op het draagprofiel gedeelte in de montagekonstructie weg te nemen. Deze waarborg voor een goede belastingsoverdracht is in het bijzonder belangrijk bij het repareren van het eerste van een paar schoepen in een schoepsegment, bijvoorbeeld 25 de in fig. 1 weergegeven linkerschoep. Aldus is een belangrijke maatregel van de onderhavige uitvinding het verschaffen van een vervangingselement, dat een vervanging omvat voor een gedeelte van het draagprofiel, om dat te binden langs relatief lage mechanische spanningslijnen, en een gedeelte, dat lasten overdraagt van een dergelijk gebonden draagprofiel vervangins-30 gedeelte naar een verbonden konstructie-element buiten het draagprofiel.

Een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitivnding wordt weergegeven in het fragmentarische, perspectivische aanzicht in uiteengetrokken toestand van fig. 2. Bij een dergelijke uitvoeringsvorm wordt de gehele voorste rand van het draagprofiel vervangen. Daarenboven zijn ge-* 35 deelten van beide plateaukonstructie-elementen verwijderd en opgenomen in het vervangingselement. Opgemerkt dient te worden, dat verwijderde gedeelten van het plateau, zoals 14 in fig. 1, en 12 en 14 in fig. 2, zich niet volledig uitstrekken door de voorste randgedeelten van het plateau, zoals op rail 14A in fig. 1, en 12A en 14A in fig. 2. Dit verdient 40 de voorkeur teneinde de samenhang van dergelijke structuren te handhaven, ___<4.

8101 35 6 ' ' t I " - 4 - en in het bijzonder in het geval van rail 14A, om vervanging te vermijden van een structureel elementgedeelte, dat bijzonder belangrijke toleratie beperkingen bezit.

Nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt weergege-5' ven in fig. 3. Een dergelijke uitvoeringsvorm brengt met zich mee de voorselectie van de baan 26 ter verschaffing van een vervangingselement, dat een voorste randwandgedeelte .30A bezit, als een gedeelte van het plaatsing- en bindingswandoppervlak, hellend of taps toelopend naar de lichaamswand 22, weg van de meest naar voren gelegen voorste rand 18A en 10 naar het aangrenzende plateau-element 12A. Aldus loopt de punt 30A taps toe naar. de achterste rand 20 en weg van het plateau-elementgedeelte 14B van het vervangingselement zoals weergegeven in fig. 1. Dergelijke inrichting vergrendelt het voorste randgedeelte van het vervangingselement aan het voorste randgedeelte, dat achterblijft in het draagprofiel van het 15 schoepsamenstel. Hierdoor vindt voorts overdracht plaats vanaf het draagprofiel naar het overblijvende, niet-verwijderde schoepsamenstel via zijn overblijvende draagprofielgedeelte, van lasten op het vervangingselement, die de neiging hebben het vervangingselement weg te draaien van het draagprofiel om een middelpunt gelegen in het buitenste plateau-20 element 14. Aldus in de uitvoeringsvorm weergegeven door fig. 3 draagt het vervanginselement niet alleen lasten over aan uitwendige konstructieve pleateau-element 14, maar is eveneens zodanig geconfigureerd, dat eventuele bijkomende buigings- of rotatiebelastingen worden overgedragen aan het overblijvende schoepsamenstel bij het gedeelte van het vervangingselement, 25 dat verwijderd is van het plateau. Dit type structuur is uiteraard niet opgenomen in de uitvoeringsvorm van fig. 2 omdat belastingen worden overgedragen vanaf het draagprofiel. naar elk van de konstructieve plateau-ele-menten 12 en 14.

Een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is 30 weergegeven in een gedeeltelijk aanzicht· van· fig. 4, waarin het gedeelte 14B van het uitwendige plateau-element 14 niet volledig verwijderd is, zoals in fig. 1, maar slechts gedeeltelijk verwijderd is. Aldus wordt er een behoorlijk vlak gedeelte verkregen op het plateau 14 nabij rail 14A voor het plaatsen en binden aan dat gedeelte van het buitenste 35 plateau 14. Zoals hierboven beschreven zal het vervangingselement voor de uitvoeringsvorm van fig. 4 van een grootte en vorm zijn, die past bij het verwijderde gedeelte van het schoepsamenstel, waaronder dat deel van het gedeelte 14B, dat een gedeelte bepaalt van de plaatsings- en bindingswand 28.

40 In een bepaalde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding 81 01 356 - 5 - werd een schoepsamenstel configuratie gebruikt, zoals die normaal gebruikt wordt bij een commerciële gasturbine.

In de eerste plaats werd een gedeelte van de voorste randwand en het uitwendige plateau verwijderd langs een voorgeselecteerde baan 26, 5 zoals weergegeven in fig. 1, door vonkverspaning, zoals gewoonlijk wordt gebruikt in de techniek waarbij men materiaal moet verwijderen. Omdat het beschouwde schoepsamenstel in bedrijf is geweest in een gasturbine, werd het resterende schoepsamenstel schoongemaakt door het verwijderen van oppervlakverontreinigingen en deklagen, die werden opgebracht als weerstand 10 tegen oxidatie en sulfidatie (verzwaveling). Ofschoon een dergelijke verwijdering kan worden bewerkstelligd op diverse bekende manieren, werd in het onderhavige geval een methode gebruikt, die beschreven is in het Amerikaans octrooischrift 4,098.450 van Keiler et al. Een dergelijke methode omvat het in contakt met het oppervlak brengen van gasachtige 15 actieve fluoride ionen ter verwijdering van oxiden.

Omdat een dergelijke baan voorgeselecteerd was, werd er door precisiegieten onder gebruikmaking van het "verloren was" procédé een vervangingsmiddel verschaft van de hierboven beschreven Rene' 80 legering en van een configuratie, die passen bij die van het uit het schoepsamen-20 stel verwijderde segment. Het vervangingselement werd op een lijn geplaatst met het schoepsamenstel nabij de oppervlakken, waaruit materiaal verwijderd was, via een relatief smalle en beheerste scheur of spleet.

Daarna werd het vervangingselement aan het schoepsamenstel gebonden onder gebruikmaking van een mengsel van het hierboven beschreven op nikkel 25 berustende bindingspoeder en een poeder van de hiervoor beschreven Rene' 80 legering, met behulp vein een hard soldeermethode in vacuum. Het resultaat was een gerepareerd schoepsamenstel met een op betrouwbare wijze metallurgisch gebonden vervangingselement aan het voorste randgedeelte er van en met tenminste een van de plateau konstructie-elementen.

30 Zoals hiervoor vermeld, geschiedt het binden van het vervangings element aan de rest van het schoepsamenstel door een niet-smeltingsproces zoals bewerkstelligd wordt door hard solderen in vacuum, en tectisch hardsolderen-, heet isostatisch persen en diffusie handelingen van het bindingstype. Men heeft ingezien dat een samenvoegen van het smeltings-35 type, zoals smeltlassen kan resulteren in de vorming van bijkomende spanningen in de buurt van de voegnaad tussen het vervangingselement en het schoepsamenstel, hetgeen uiteindelijk leidt tot scheurvorming alsmede tot vervorming. Daarom wordt met de uitdrukking "metallurgische binding", zoals hier gebruikt, bedoeld een binding van het type waarbij samenvoe-40 gingsprocessen van het smelttype uitgesloten zijn.

__^ 81 01 35 6

Claims

1. Werkwijze voor het repareren van een luchtgekoeld schoepsamen-stel van een gasturbine, welk samenstel voorzien is van binnenste en buitenste, van elkaar verwijderde plateau konstructie-elementen, waartussen een draagprofiel gestoken is, dat een voorste randwand, een 5 achterste randgedeelte en dwars daartussen een lichaamswand bezit, welke tezamen een hol inwendige van het draagprofiel bepalen, met het kenmerk, dat - van het schoepsamenstel een schoepsegment verwijderd wordt, welk segment tenminste een gedeelte van de voorste randwand bevat, een gedeel- 10 te van de draagprofiel lichaamswand verbonden met het voorste randwand-gedeelte, en een gedeelte van tenminste een plateau konstructie element verbonden met het voorste randwandgedeelte; - waarbij door verwijdering van het schoepsegment een eerste plaatsings- en bindingswand oppervlak op het schoepsamenstel verkregen wordt langs 15 een voorgeselecteerde baan, die tijdens het in bedrijf zijn van het draagprofiel in een gasturbine relatief lage mechanische spanningen ondervindt, s - een verwarmingselement verstrekt wordt van in hoofdzaak het zelfde type materiaal en van een grootte en vorm, die past bij het verwijderde 20 schoepsegment, welk verwarmingselement omvat een tweede plaatsingen bindingswandoppervlak, dat past bij het eerste plaatsings- en bindings-wandoppervlak; - het eerste en het tweede plaatsings- en bindingswandoppervlak op een lijn ten opzichte van elkaar geplaatst worden; en vervolgens 25 - het verwarmingselement met het schoepsamenstel metallurgisch verbonden wordt op de plaatsings- en bindingswandoppervlakken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat - het uit het schoepsamenstel verwijderde schoepsegment bevat: een eerste voorste randwandgedeelte, dat kleiner is dan de gehele voorste 30 randwand aangebracht tussen het binnenste en het buitenste plateau-element, waardoor een tweede voorste randwandgedeelte van het schoepsamenstel behouden blijft; een gedeelte van de lichaamswand van het draagprofiel verbonden met het eerste voorste randwandgedeelte; en een gedeelte van een eerste van de plateau-konstructie-elementen verbonden met het eerste 35" voorste randwandgedeelte; - een gedeelte van de voorgeselecteerde baan is aangebracht tussen het eerste voorste randwandgedeelte en het tweede voorste randwandgedeelte en hellend is naar het achterste randgedeelte en naar een tweede 81 01 35 6 ft s - 7 - van de plateaukonstructie elementen; en - het aangebrachte vervangingselement van de zelfde grootte en vorm is als het verwijderde schoepsegment, waardoor het voorste randwand-gedeelte van het vervangingselement vergrendeld wordt met het tweede 5 voorste randwandgedeelte, dat vastgehouden wordt op het schoepsamenstel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het schoepsamenstel gedeelten bevat van zowel het binnenste als het buitenste plateauconstructie element, de gehele voorste randwand daartussen, en een gedeelte van de draagprofielwand verbonden met de voorste randwand.

4. Door precisiegieten verkregen vervangingselement voor een segment van een luchtgekoeld schoepsamenstel van een gasturbine, waarbij het schoepsamenstel een binnenste en een buitenste van elkaar verwijderde plateau konstructie-elementen omvat, alsmede een daartussen opgesteld draagprofiel, welk draagprofiel een voorste randwand bezit, een achterste 15 randgedeelte en dwars daartussen een lichaamswand, die tezamen een hol inwendige van het draagprofiel bepalen, gekenmerkt door: - tenminste een gedeelte van de voorste randwand; - een gedeelte van de lichaamswand van het draagprofiel verbonden met het voorste randwandgedeelte; en 20. een gedeelte van tenminste een plateau konstructie-element verbonden met het voorste randwandgedeelte.

5. Door precisiegieten verkregen vervangingselement volgens conclusie 4, gekenmerkt door: - een gedeelte van een der plateau konstructie-elementen; 25. waarbij het voorste randwandgedeelte kleiner is dan de gehele voorste randwand aangebracht tussen het binnenste en het buitenste plateau-element en omvattende een voorste randwandgedeeltepunt, verwijderd van het gedeelte van het plateau konstructie-element en hellend vanaf het voorste randwandgedeelte naar het gedeelte van de lichaamswand van het draagpro- 30 fiel en weg van het gedeelte van het plateau konstructie-element. m

6. Door precisiegieten verkregen vervangingselement volgens conclusie 4, gekenmerkt door gedeelten van zowel het binnenste als het buitenste plateau konstructie-element en de daartussen aangebrachte volledige voorste randwand. ---++--- 81 01 35 6 35