PL217698B1 - Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny - Google Patents

Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny

Info

Publication number
PL217698B1
PL217698B1 PL391986A PL39198610A PL217698B1 PL 217698 B1 PL217698 B1 PL 217698B1 PL 391986 A PL391986 A PL 391986A PL 39198610 A PL39198610 A PL 39198610A PL 217698 B1 PL217698 B1 PL 217698B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
span
mid
support
reinforcing plate
braze material
Prior art date
Application number
PL391986A
Other languages
English (en)
Other versions
PL391986A1 (pl
Inventor
Jose Abiel Garza
Wayne Ray Grady
Paweł Mankowski
Marcin Zak
Marcin Trajer
Original Assignee
Gen Electric
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 Gen Electric filed Critical Gen Electric
Priority to PL391986A priority Critical patent/PL217698B1/pl
Priority to CA2746275A priority patent/CA2746275C/en
Priority to EP11175241.6A priority patent/EP2412930B1/en
Priority to US13/192,698 priority patent/US8985955B2/en
Publication of PL391986A1 publication Critical patent/PL391986A1/pl
Publication of PL217698B1 publication Critical patent/PL217698B1/pl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005Repairing methods or devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/22Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/80Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/49318Repairing or disassembling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny.
Tego typu sposób jest stosowany, zwłaszcza do naprawy elementów składowych silnika turbinowego, a bardziej konkretnie naprawy elementów składowych turbiny obejmujących płaty rozdzielone wspornikami znajdującymi się w połowie ich rozpiętości.
Znane sąsilniki turbinowe zawierające sprężarkę, która dostarcza sprężonego powietrza do komory spalania, gdzie powietrze jest mieszane z paliwem oraz zapalane w celu wytwarzania gorących gazów spalinowych. Te gazy przypływają „z prądem” do sekcji turbiny, która uzyskuje z nich energię do napędzania sprężarki, oraz wykonuje użyteczną pracę taką jak napędzanie statku powietrznego w locie. Silniki turbinowe zawierają zwykle stacjonarne dysze turbiny, które są umieszczane na wlocie do każdego stopnia turbiny, w celu kierowania gazów spalinowych do wirnika turbiny usytuowanego za dyszą. Dysze turbiny są zwykle podzielone na segmenty wokół ich obwodu, przy czym każdy segment dyszy ma jedną lub więcej łopatek usytuowanych pomiędzy wewnętrzną oraz zewnętrzną obręczą, które wyznaczają granice promieniowej ścieżki przepływu dla gorących gazów spalinowych przepływających przez dyszę. Te segmenty dyszy są zamocowane do obudowy silnika, tworząc układ pierścieniowy.
Podczas pracy, segmenty dyszy są wystawione na działanie strumienia gazów o wysokiej temperaturze, co może prowadzić do utleniania, korozji, uszkodzenia fizycznego, oraz pękania w wyniku cykli termicznych. Ponieważ segmenty dyszy mają złożoną budowę, są wykonane ze stosunkowo drogich materiałów, oraz są drogie w wytwarzaniu, ogólnie pożądane jest ich naprawianie, gdzie tylko jest to możliwe.
Znany jest sposób naprawy obejmujący lutowanie twarde pękniętych elementów składowych turbiny w miejscach pęknięcia. Jednakże takie procesy naprawy są ograniczone przez wytrzymałość lutowanego złącza, która może być niewystarczająca dla dalszego działania silnika.
Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny, według wynalazku, który zawiera co najmniej dwa płaty połączone ze sobą przez wspornik usytuowany w połowie rozpiętości, charakteryzuje się tym, że przykłada się płytkę wzmacniającą do wspornika usytuowanego w połowie rozpiętości, po czym nakłada się materiał lutowiny twardej na co najmniej część obwodu płytki wzmacniającej i nagrzewa się element składowy stapiając i upłynniając materiał lutowiny twardej pomiędzy płytką wzmacniającą oraz wspornikiem usytuowanym w połowie rozpiętości, następnie pozostawia się materiał lutowiny twardej i ochładza się i utwardza, aby połączyć płytkę wzmacniającą ze wspornikiem usytuowanym w połowie rozpiętości. Korzystnie stosuje się płytkę wzmacniającą zawierającą co najmniej jeden otwór inspekcyjny uformowany przelotowo, przy czym doprowadza się przepływ lutowiny twardej do otworów inspekcyjnych, a w szczególności stosuje się płytkę wzmacniającą, która w rzucie pionowym ma zasadniczo ten sam rozmiar oraz kształt co wsporniki usytuowane w połowie rozpiętości.
Ponadto korzystnym jest gdy stosuje się płytkę wzmacniająca, która zawiera przeciwległe powierzchnie czołowe wewnętrzną oraz zewnętrzną, krawędź natarcia, krawędź spływu oraz przeciwległe krawędzie wzdłużne rozciągające się pomiędzy krawędziami natarcia i spływu, przy czym jedna z wzdłużnych krawędzi jest wklęsła, a druga wzdłużna krawędź jest wypukła, a zwłaszcza gdy stosuje się płytkę, której wzdłużne krawędzie zawierają wystające z nich, podniesione do góry kołnierze.
Kołnierze formuje się w postać przechodzącą do zewnętrznej powierzchni czołowej przez wklęsłe zaokrąglone przejścia.
Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny, według innego przykładu według wynalazku, charakteryzuje się tym, że nakłada się metalową nadbudowaną spoinę na wspornik usytuowany w połowie rozpiętości zwiększając znacznie jego grubość, po czym formuje się nadbudowaną spoinę do kształtu, który jest konstrukcyjnie i aerodynamicznie równoważny z pozostałą częścią segmentu dyszy.
Etap nakładania nadbudowanej spoiny obejmuje korzystnie spawanie.
Metalowy element składowy turbiny według wynalazku, obejmujący segment dyszy turbiny, napędzany silnikiem, charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej dwa płaty połączone ze sobą wspornikiem usytuowanym w połowie rozpiętości, przy czym wspornik usytuowany w połowie rozpiętości ma co najmniej jeden defekt oraz zawiera umieszczoną przylegle do wspornika, usytuowanego
PL 217 698 B1 w połowie rozpiętości, metalową płytkę wzmacniającą i utwardzony materiał lutowiny twardej spajający wspornik, usytuowany w połowie rozpiętości, z płytką wzmacniającą.
Korzystnym jest gdy, płytka wzmacniająca zawiera co najmniej jeden przelotowy otwór inspekcyjny, zaś utwardzony materiał lutowiny twardej jest usytuowany w otworze inspekcyjnym, a w szczególności gdy w rzucie z góry, płytka wzmacniająca ma zasadniczo ten sam rozmiar i kształt co wspornik usytuowany w połowie rozpiętości.
Płytka wzmacniająca zawiera powierzchnię czołową wewnętrzną oraz zewnętrzną, usytuowane naprzeciw siebie, krawędź natarcia, krawędź spływu oraz wzdłużne krawędzie, usytuowane naprzeciw siebie, rozciągające się pomiędzy krawędzią natarcia oraz krawędzią spływu, przy czym jedna z wzdłużnych krawędzi jest wklęsła a druga wzdłużna krawędź jest wypukła.
Korzystnie wzdłużne krawędzie obejmują wystające z nich, podniesione do góry kołnierze.
Kołnierze mają korzystnie postać przechodzącą w zewnętrzne powierzchnie czołowe poprzez wklęsłe zaokrąglone przejścia.
Przedmiot wynalazku jest opisany w przykładach wykonania na podstawie rysunku na którym, fig. 1 jest przekrojem poprzecznym przez sekcję turbiny niskiego ciśnienia silnika turbinowego, fig. 2 jest rzutem perspektywicznym segmentu dyszy turbiny, który tworzy część turbiny niskiego ciśnienia pokazanej na fig. 1, fig. 3 jest rzutem perspektywicznym małej części segmentu dyszy turbiny, pokazanej na fig. 2, pokazującym pęknięcie, fig. 4 jest rzutem perspektywicznym płytki wzmacniającej zbudowanej zgodnie z aspektem niniejszego wynalazku, fig. 5 jest przekrojem poprzecznym przez część segmentu dyszy turbiny, pokazującym płytkę wzmacniającą umieszczoną w położeniu, fig. 6 jest widokiem segmentu dyszy turbiny według fig. 5, pokazującym materiał lutowiny twardej nałożony na niego, fig. 7 jest widokiem segmentu dyszy turbiny według fig. 6, po zakończeniu cyklu lutowania twardego, fig. 8 jest widokiem części segmentu dyszy turbiny z zastosowaną nadbudowaną spoiną, fig. 9 jest widokiem segmentu dyszy turbiny według fig. 8, po kolejnym procesie formowania.
W odniesieniu do rysunków, na których takie same liczby odniesienia oznaczają takie same elementy na wszystkich rzutach, fig. 1 przedstawia turbinę niskiego ciśnienia („LPT”) 10 silnika turbinowego. Silnik zawiera wiele połączonych ze sobą obracających się tarcz 12, z których każda przenosi układ łopatek turbiny 14, w kształcie płatów, które mają takie rozmiary i kształty, aby uzyskiwać energię mechaniczną z gazów spalinowych przepływających przez nie. Dysza turbiny 16 jest usytuowana przed każdym stopniem łopatek turbiny 12 i służy do kierowania przepływu do tego stopnia. Przedstawiona na rysunku turbina niskiego ciśnienia LPT ma pięć stopni.
Każda z dysz 16 turbiny jest zbudowana z wielu segmentów dysz. Fig. 2 przedstawia przykładowy segment 18 dyszy turbiny, mający sześć łopatek 20. Łopatki są usytuowane pomiędzy łukowatą wewnętrzną obręczą 22 oraz łukowatą zewnętrzną obręczą 24. Każda łopatka 20 jest płatem mającym krawędź natarcia 26, krawędź spływu 28 oraz przeciwległe strony ciśnieniową i ssącą 30, 32. Łopatki są skonfigurowane tak, aby optymalnie kierować gazy spalinowe do wirnika turbiny usytuowanego za nimi. Wewnętrzna i zewnętrzna obręcz 22 i 24 wyznaczają odpowiednio wewnętrzną i zewnętrzną granicę promieniową przepływu gazów przez segment dyszy 18. Wewnętrzna obręcz 22 ma „stronę gorącą”, skierowaną w stronę ścieżki przepływu gorącego gazu oraz „stronę zimną” skierowaną w stronę przeciwną względem ścieżki przepływu gorącego gazu. Zawiera ona konwencjonalną konstrukcję mocującą, taką jak kołnierz 34. Podobnie zewnętrzna obręcz 24 ma stronę zimną oraz stronę gorącą i zawiera kołnierze 36 do mocowania zewnętrznej obręczy 24 (jak również segmentu dyszy 18 do obudowy silnika.
Takie segmenty dyszy 18 mogą być wykonane z kobaltu albo superstopu na bazie niklu, który ma akceptowalną wytrzymałość w podwyższonych temperaturach pracy silnika turbinowego. Niektóre nieograniczające przykłady dostępnych handlowo superstopów obejmują: RENE 77, RENE 80, RENE 142, RENE N4, RENE N5 oraz RENE N6. Segment 18 dyszy może być odlany jako jednolity element albo zbudowany z mniejszych odlewów.
Segment dyszy 18 zawiera jeden lub więcej wsporników 38 usytuowanych w połowie rozpiętości. Każdy wspornik 38 w połowie rozpiętości jest elementem podobnym do płytki wykonanym z materiału superstopu, takiego samego jak segment 18 dyszy oraz ma ogólnie kształt płata w widoku z góry. Każdy wspornik 38 usytuowany w połowie rozpiętości rozciąga się pomiędzy stroną ciśnienia 30 jednej łopatki 20 oraz stroną ssania 32 przyległej łopatki 20. Wsporniki 38 usytuowane w połowie rozpiętości mogą być odlewane integralnie z resztą segmentu 18 dyszy turbiny albo wytwarzane oddzielnie i mocowane do sąsiednich łopatek, za pomocą takich metod jak lutowanie twarde, spawanie albo inne standardowe praktyki przemysłowe. Celem wsporników 38 usytuowanych w połowie rozpiętości jest
PL 217 698 B1 powiązanie razem przyległych łopatek 20 i zapobieganie uszkodzeniom łopatek 20 od drgań harmonicznych podczas pracy silnika. W konkretnym przykładzie przedstawionym na rysunku, wspornik 38 usytuowany w połowie rozpiętości znajduje się pomiędzy kolejnymi parami łopatek 20. Dokładne położenie wspornika 38 usytuowany w połowie rozpiętości, wzdłuż łopatek 20, pomiędzy obręczą wewnętrzną i zewnętrzną 22 i 24 będzie zależało od wymagań inżynierskich dla każdego konkretnego zastosowania. Odpowiednio, termin „połowa rozpiętości” nie narzuca konkretnego położenia w kierunku rozpiętości albo w kierunku promieniowym. Ponadto, chociaż sposoby naprawy według niniejszego wynalazku zostały opisane w niniejszym w odniesieniu do segmentu 18 dyszy, turbiny niskiego ciśnienia z sześcioma łopatkami, należy zauważyć, że zasady niniejszego wynalazku mają takie samo zastosowanie do każdego podobnego elementu składowego, mającego wsporniki, w połowie rozpiętości, zarówno wykonanego jako jeden zespół oraz rozdzielonego na dwa albo więcej segmentów, aby tłumić drgania harmoniczne.
Wszystkie albo część segmentów 18 dyszy turbiny może zawierać powłokę odporną na działanie otaczającego środowiska albo powłokę stanowiącą barierę termiczną (TBC) znanego rodzaju.
W trakcie pracy, wsporniki 38 usytuowane w połowie rozpiętości ulegają uszkodzeniu, zwłaszcza pękaniu. Figura 3 przedstawia małą część segmentu 18 dyszy turbiny pokazującą wspornik 38 usytuowany w połowie rozpiętości mający pęknięcie „C”. Konwencjonalna naprawa wymagałaby spawania, lutowania twardego albo innej standardowej praktyki przemysłowej zastosowanej bezpośrednio do pęknięcia C, jednakże stwierdzono, że poziomy naprężeń występujące w tym obszarze przekraczają poziomy, które można by załatwić przy użyciu konwencjonalnych technologii lutowania, i odpowiednio ten rodzaj naprawy nie został oceniony jako dający dobre rezultaty.
Używając segmentu 18 dyszy turbiny jako przykładu roboczego, naprawę można przeprowadzić w następujący sposób, w odniesieniu do fig. 4-7. Najpierw wszelkie powłoki chroniące przed warunkami zewnętrznymi albo powłoki TBC (jeżeli występują) są usuwane co najmniej ze wspornika 38 usytuowanego w połowie rozpiętości, przy użyciu mechanicznych sposobów demontażu, takich jak oczyszczanie strumieniowo-ścierne.
Następnie dostarcza się płytkę wzmacniającą 40 metalową, niemetalową albo w kombinacji metalowej i niemetalowej. Ten rodzaj płytki jest czasami ogólnie określany jako „SPAD”, od wyrażenia „szczegół montażu części zamiennej” albo „rysunek montażu części zamiennej ”. Przykładowa płytka wzmacniająca jest pokazana na fig. 6. Jest ona ogólnie płaska i zawiera usytuowane naprzeciw powierzchnie czołowe wewnętrzne i zewnętrzne 42 i 44, krawędź natarcia 46, krawędź spływu 48 oraz przeciwległe krawędzie wzdłużne 50 i 52, z których jedna jest wklęsła, zaś druga z nich jest wypukła. Grubość płytki wzmacniającej 40 będzie się zmieniała, aby pasowała do szczególnego zastosowania; w tym przypadku wynosi ona około 0,76 mm (0,030 cala) grubości w jego środku. W widoku z góry płytka wzmacniająca 40 jest ukształtowana i zwymiarowana tak, aby pasować do kanału pomiędzy dwoma łopatkami 20 i ma zasadniczo taki sam rozmiar i kształt w widoku z góry jako jeden z istniejących wsporników 38 usytuowanych w połowie rozpiętości. Wzdłużne krawędzie 50 i 52 zawierają odpowiednio wystające kołnierze 54 i 56, które przechodzą w powierzchnię czołową 42 skierowaną na zewnątrz, odpowiednio przez wklęsłe zaokrąglone przejścia 58 i 60. W płytce wzmacniającej wykonuje się jeden lub więcej otworów inspekcyjnych 62. Otwory inspekcyjne 62 są umieszczane w przybliżeniu w połowie drogi pomiędzy wzdłużnymi krawędziami 50 i 52. Jak to zostanie wyjaśnione poniżej, celem otworów inspekcyjnych 62 jest zapewnienie aby materiał lutowiny twardej był płynny w czasie procesu lutowania twardego, oraz aby umożliwić wydostanie się wszelkich kieszeni powietrza spomiędzy wspornika 38 usytuowanego w połowie rozpiętości oraz płytki wzmacniającej 40. Otwory inspekcyjne 62 mają takie rozmiary aby wykonywać swoje funkcje bez niekorzystnego wpływania na wytrzymałość mechaniczną płytki wzmacniającej 40. W przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, otwory inspekcyjne mają średnicę wynoszącą około 1,6 mm (0,063 cala). Płytka wzmacniająca 40 może być odlewem z tego samego albo podobnego stopu co segment 18 dyszy turbiny ale nie jest ograniczona do tego samego albo podobnego materiału co podłoże segmentu dyszy turbiny.
Płytka wzmacniająca 40 jest umieszczona w położeniu opierającym się o wspornik 38 usytuowany w połowie rozpiętości jak to pokazano na fig. 5 i może być przyspawana punktowo do wspornika 38 usytuowanego w połowie rozpiętości oraz/albo łopatek 20 aby utrzymać ją w miejscu podczas dalszego procesu lutowania twardego.
Odpowiedni materiał 64 lutowiny twardej, zdolny do utrzymania integralności lutowiny twardej w temperaturach roboczych segmentu dyszy jest przykładany do połączeń pomiędzy płytką wzmacniającą 40 oraz wspornikiem 38 w połowie rozpiętości oraz/albo łopatkami 20, jak to pokazano na fig. 6.
PL 217 698 B1
W miarę potrzeby odpowiedni składnik „powstrzymujący” znanego typu może być nakładany aby ograniczyć migrację materiału 64 lutowiny twardej.
Jeden przykład odpowiedniego stopu na lutowinę twardą jest dostępny handlowo i znany jako „B93”. Ma on skład nominalny, w procentach wagowych, obejmujący 14,0 Cr, 9,5 Co, 4,9 Ti, 4,0 W, 4,0 Mo, 3,0 Al, 0,7 B oraz 4,5 Si, resztę Ni oraz przypadkowe zanieczyszczenia. Stop ma temperaturę solidusa wynoszącą około 1093°C (2000°F) oraz temperaturę likwidusa wynoszącą około 1154°C (2110°F). Po zmieszaniu z odpowiednim lepiszczem znanego rodzaju, materiał 64 lutowiny twardej może być dostarczany na przykład w postaci pasty albo taśmy.
Segment 18 dyszy turbiny z płytką wzmacniającą 40 oraz nałożonym materiałem 64 lutowiny twardej jest umieszczony w piecu o wysokim podciśnieniu (niepokazanym na rysunku) i poddawany cyklowi lutowania twardego, pozwalającemu na przekształcenie materiału 64 lutowiny twardej do stanu ciekłego oraz rozpoczęcie przepływu kapilarnego pomiędzy płytką 40, wspornikiem 38 usytuowanym w połowie rozpiętości oraz łopatką 20. Przykład jednego takiego cyklu obejmuje ciśnienie w piecu wynoszące około 0,13 Pa (1x10-3 Tor), zaś temperatura jest utrzymywana w wysokości od około 1191 °C (2175°F) do około 1224°C (2235°F) przez okres od około 10 do 15 minut, aby pozwolić na stopienie materiału 64 lutowiny twardej, oraz przepływ pomiędzy elementami składowymi. Następnie pozwala się aby materiał ochłodził się, utwardził oraz połączył elementy składowe ze sobą.
Podczas procesu lutowania twardego, materiał 64 lutowiny twardej przepływa dzięki zjawisku kapilarnemu do małych przestrzeni pomiędzy płytkami wzmacniającymi 40, wspornikami 38 usytuowanymi w połowie rozpiętości oraz łopatkami 20. Wypływający materiał 64 lutowiny twardej jest przedstawiony schematycznie na fig.7. Podczas cyklu lutowania twardego otwory zapewniają ścieżkę dla gazów wydostających się z przestrzeni pomiędzy płytkami wzmacniającymi 40 oraz wspornikami 38 usytuowanymi w połowie rozpiętości, i pozwalają na swobodny przepływ materiału 64 lutowiny twardej. Ponadto, ponieważ otwory inspekcyjne 62 są usytuowane w największej możliwej odległości od kołnierzy 54 i 56, obecność materiału 64 lutowiny twardej w otworach 62 jest dobrym świadectwem równego i całkowitego przepływu pomiędzy dwoma częściami składowymi.
Gdy tylko cykl lutowania twardego jest zakończony, można ponownie nałożyć wszelkie powłoki ochronne (takie jak powłoki chroniące przed wpływami otoczenia albo systemy TBC). Kompletny segment 18 dyszy turbiny jest wówczas gotowy do powrotu do eksploatacji.
Jako alternatywę do wyżej opisanego procesu, który wykorzystuje oddzielną płytkę wzmacniającą, istniejący wspornik 38 usytuowany w połowie rozpiętości może zostać rozbudowany w grubości przez obudowanie spawem albo podobny proces. Przykłady znanych odpowiednich procesów spawania obejmują, na przykład konwencjonalne spawanie nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych („TIG”) albo spawanie superstopem w podwyższonych temperaturach („SWET”). Niektóre przykłady procesu SWET są ujawnione w patencie amerykańskim nr 6 124 568 oraz 6 297 474. Fig. 8 przedstawia część segmentu dyszy, który miał nałożoną nadbudowaną spoinę 66, pokazaną w tym przykładzie jako szereg nieciągłych przejść (ściegów) wzdłuż wspornika 38 usytuowanego w połowie rozpiętości oraz łopatek 20. Nadbudowana spoina 66 zawiera stop identyczny albo metalurgicznie równoważny. Po nałożeniu nadbudowanej spoiny 66, formuje się ją w kształt, który jest strukturalnie i aerodynamicznie kompatybilny z resztą segmentu 18 dyszy. Można tego dokonać, na przykład przy użyciu konwencjonalnych obrabiarek lub ręcznie przy użyciu szlifierki do matryc albo innego podobnego narzędzia. Figura 9 pokazuje część segmentu dyszy, po zmieszaniu materiału spoiny tak, aby utworzyć w rezultacie nowy grubszy wspornik usytuowany w połowie rozpiętości, oznaczony jako 38'. W tym konkretnym przykładzie, zmodyfikowany wspornik 38' usytuowany w połowie rozpiętości ma nową grubość „T” wynoszącą około 0,76 mm (0,030 cali) więcej po modyfikacji. Jej powierzchnia jest gładko połączona z łopatkami 20 za pomocą zaokrąglonych przejść 68.
Sposób naprawy opisany powyżej dostarcza prostych i ekonomicznych środków do naprawiania pękniętych wsporników usytuowanych w połowie rozpiętości. W przeciwieństwie do konwencjonalnych technik lutowania twardego, technik spawania albo innych standardowych praktyk przemysłowych, oczekuje się uzyskać lepiej naprawioną wytrzymałość, lepszą wydajność procesu naprawy, w porównaniu z konwencjonalnym lutowaniem twardym, spawaniem albo inną standardową praktyką. Prawdopodobieństwo powtórnego pęknięcia wsporników 38 usytuowanych w połowie rozpiętości ulega znacznemu zmniejszeniu, obniżając w ten sposób koszty wykonania segmentów 18 dyszy turbiny.
Powyższy opis opisuje sposób naprawy segmentów dyszy turbiny. Chociaż zostały opisane konkretne przykłady wykonania niniejszego wynalazku, będzie oczywistym dla specjalistów w branży, że różne modyfikacje mogą być dokonywane, nie odchodząc od istoty i zakresu wynalazku. Odpowiednio
PL 217 698 B1 powyższy opis korzystnego przykładu wykonania wynalazku oraz najlepszego sposobu jego stosowania są przedstawione tylko dla celów informacyjnych, a nie w celu ograniczenia zakresu wynalazku.

Claims (14)

1. Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny, który zawiera co najmniej dwa płaty (20) połączone ze sobą przez wspornik (38) usytuowany w połowie rozpiętości, znamienny tym, że przykłada się płytkę wzmacniającą (40) do wspornika (38) usytuowanego w połowie rozpiętości, po czym nakłada się materiał (64) lutowiny twardej na co najmniej część obwodu płytki wzmacniającej (40) i nagrzewa się element składowy stapiając i upłynniając materiał (64) lutowiny twardej pomiędzy płytką wzmacniającą (40) oraz wspornikiem (38) usytuowanym w połowie rozpiętości, następnie pozostawia się materiał (64) lutowiny twardej i ochładza się oraz utwardza, aby połączyć płytkę wzmacniającą (40) ze wspornikiem (38) usytuowanym w połowie rozpiętości.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się płytkę wzmacniającą (40) zawierającą co najmniej jeden otwór inspekcyjny (62) uformowany przelotowo, przy czym doprowadza się przepływ lutowiny twardej (64) do otworów inspekcyjnych (62).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się płytkę wzmacniającą (40), która w rzucie pionowym ma zasadniczo ten sam rozmiar oraz kształt co wsporniki (38) usytuowane w połowie rozpiętości.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się płytkę wzmacniająca (40), która zawiera przeciwległe powierzchnie czołowe wewnętrzną oraz zewnętrzną, krawędź natarcia, krawędź spływu oraz przeciwległe krawędzie wzdłużne rozciągające się pomiędzy krawędziami natarcia i spływu, przy czym jedna z wzdłużnych krawędzi jest wklęsła, a druga wzdłużna krawędź jest wypukła.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się płytkę, której wzdłużne krawędzie zawierają wystające z nich, podniesione do góry kołnierze (54, 56).
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że kołnierze (54, 56) formuje się w postać przechodzącą do zewnętrznej powierzchni czołowej przez wklęsłe zaokrąglone przejścia (58, 60).
7. Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny, który zawiera co najmniej dwa płaty (20) połączone ze sobą przez wspornik (38) usytuowany w połowie rozpiętości, znamienny tym, że nakłada się metalową nadbudowaną spoinę (66) na wspornik (38) usytuowany w połowie rozpiętości zwiększając znacznie jego grubość, po czym formuje się nadbudowaną spoinę do kształtu, który jest konstrukcyjnie i aerodynamicznie równoważny z pozostałą częścią segmentu dyszy.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że etap nakładania nadbudowanej spoiny obejmuje spawanie.
9. Metalowy element składowy turbiny obejmujący segment dyszy turbiny, napędzany silnikiem, znamienny tym, że zawiera co najmniej dwa płaty (20) połączone ze sobą wspornikiem (38) usytuowanym w połowie rozpiętości, przy czym wspornik (38) usytuowany w połowie rozpiętości ma co najmniej jeden defekt oraz zawiera umieszczoną przylegle do wspornika (38), usytuowanego w połowie rozpiętości, metalową płytkę wzmacniającą (40) i utwardzony materiał (64) lutowiny twardej spajający wspornik (38), usytuowany w połowie rozpiętości, z płytką wzmacniającą (40).
10. Metalowy element według zastrz. 9, znamienny tym, że płytka wzmacniająca (40) zawiera co najmniej jeden przelotowy otwór inspekcyjny (62), zaś utwardzony materiał (64) lutowiny twardej jest usytuowany w otworze inspekcyjnym (62).
11. Metalowy element według zastrz. 9, znamienny tym, że w rzucie z góry, płytka wzmacniająca (40) ma zasadniczo ten sam rozmiar i kształt co wspornik (38) usytuowany w połowie rozpiętości.
12. Metalowy element według zastrz. 9, znamienny tym, że płytka wzmacniająca (40) zawiera powierzchnię czołową wewnętrzną oraz zewnętrzną, usytuowane naprzeciw siebie, krawędź natarcia, krawędź spływu oraz wzdłużne krawędzie, usytuowane naprzeciw siebie, rozciągające się pomiędzy krawędzią natarcia oraz krawędzią spływu, przy czym jedna z wzdłużnych krawędzi jest wklęsła a druga wzdłużna krawędź jest wypukła.
13. Metalowy element według zastrz. 12, znamienny tym, że wzdłużne krawędzie obejmują wystające z nich, podniesione do góry kołnierze (54, 56).
14. Metalowy element według zastrz. 13, znamienny tym, że kołnierze mają postać przechodzącą w zewnętrzne powierzchnie czołowe poprzez wklęsłe zaokrąglone przejścia (58, 60).
PL391986A 2010-07-28 2010-07-28 Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny PL217698B1 (pl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391986A PL217698B1 (pl) 2010-07-28 2010-07-28 Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny
CA2746275A CA2746275C (en) 2010-07-28 2011-07-14 Turbine nozzle segment and method of repairing same
EP11175241.6A EP2412930B1 (en) 2010-07-28 2011-07-25 Turbine nozzle segment and method of repairing same
US13/192,698 US8985955B2 (en) 2010-07-28 2011-07-28 Turbine nozzle segment and method of repairing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL391986A PL217698B1 (pl) 2010-07-28 2010-07-28 Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL391986A1 PL391986A1 (pl) 2012-01-30
PL217698B1 true PL217698B1 (pl) 2014-08-29

Family

ID=44532634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL391986A PL217698B1 (pl) 2010-07-28 2010-07-28 Sposób naprawiania metalowego elementu składowego turbiny i metalowy element składowy turbiny

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8985955B2 (pl)
EP (1) EP2412930B1 (pl)
CA (1) CA2746275C (pl)
PL (1) PL217698B1 (pl)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8770933B2 (en) * 2010-09-10 2014-07-08 Honeywell International Inc. Turbine nozzle assemblies and methods for repairing turbine nozzle assemblies
US9121282B2 (en) * 2012-02-02 2015-09-01 Honeywell International Inc. Methods for the controlled reduction of turbine nozzle flow areas and turbine nozzle components having reduced flow areas
US9546555B2 (en) 2012-12-17 2017-01-17 General Electric Company Tapered part-span shroud
US10767501B2 (en) 2016-04-21 2020-09-08 General Electric Company Article, component, and method of making a component
US11994041B2 (en) * 2021-10-04 2024-05-28 General Electric Company Advanced aero diffusers for turbine frames and outlet guide vanes

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1544318A (en) 1923-09-12 1925-06-30 Westinghouse Electric & Mfg Co Turbine-blade lashing
US2952442A (en) 1957-05-28 1960-09-13 Studebaker Packard Corp Rotating shroud
DE3842710C1 (pl) * 1988-12-19 1989-08-03 Mtu Muenchen Gmbh
US5522705A (en) * 1994-05-13 1996-06-04 United Technologies Corporation Friction damper for gas turbine engine blades
US5988980A (en) * 1997-09-08 1999-11-23 General Electric Company Blade assembly with splitter shroud
US6164916A (en) * 1998-11-02 2000-12-26 General Electric Company Method of applying wear-resistant materials to turbine blades, and turbine blades having wear-resistant materials
US6124568A (en) 1998-12-31 2000-09-26 General Electric Company Heating apparatus for a welding operation and method therefor
US6464128B1 (en) * 1999-05-28 2002-10-15 General Electric Company Braze repair of a gas turbine engine stationary shroud
US6297474B1 (en) 1999-12-23 2001-10-02 General Electric Company Heating apparatus for a welding operation and method therefor
EP1361346B1 (en) * 2001-01-26 2006-02-22 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
US20050091847A1 (en) * 2003-10-31 2005-05-05 Beneteau Douglas P. Method for repairing gas turbine compressor rotor blades
EP1658924A1 (de) 2004-11-22 2006-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil mit einer aufgefüllten Vertiefung
US7748601B2 (en) * 2005-09-28 2010-07-06 General Electric Company Brazed articles, braze assemblies and methods therefor utilizing gold/copper/nickel brazing alloys
US20070111119A1 (en) * 2005-11-15 2007-05-17 Honeywell International, Inc. Method for repairing gas turbine engine compressor components
US7648341B2 (en) * 2005-12-23 2010-01-19 Sulzer Hickham Industries, Inc. Process for restoring a turbine blade
EP1867423A1 (de) * 2006-06-12 2007-12-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Reparieren eines Bauteils durch Verlöten eines mit Lot beschichteten Bleches
US8182228B2 (en) * 2007-08-16 2012-05-22 General Electric Company Turbine blade having midspan shroud with recessed wear pad and methods for manufacture
JP5078537B2 (ja) * 2007-10-15 2012-11-21 三菱重工業株式会社 補修方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20120027617A1 (en) 2012-02-02
EP2412930B1 (en) 2021-02-17
PL391986A1 (pl) 2012-01-30
US8985955B2 (en) 2015-03-24
EP2412930A2 (en) 2012-02-01
EP2412930A3 (en) 2018-01-24
CA2746275A1 (en) 2012-01-28
CA2746275C (en) 2018-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160069184A1 (en) Method of blade tip repair
CA2422842C (en) Establishing a throat area of a gas turbine nozzle, and a technique for modifying the nozzle vanes
EP2025864B1 (en) Airfoil replacement repair
US20100126014A1 (en) Repair method for tbc coated turbine components
EP1422381B1 (en) Method of repairing a turbine nozzle segment, and turbine nozzle segment
JP6475701B2 (ja) 中空金属部品及びその製造方法
US9476304B2 (en) Laser casting blade repair
CA2746275C (en) Turbine nozzle segment and method of repairing same
JP2003201861A (ja) タービンノズルセグメント及びその修理方法
JP5214280B2 (ja) タービンノズルセグメント及びその補修方法
EP2551457A2 (en) Vane assembly and method of forming a vane assembly for a gas turbine engine
EP3927943B1 (en) Tip repair of a turbine component using a composite tip boron base pre-sintered preform
JP6896398B2 (ja) ハイブリッド領域を備える物品を形成するための鋳造方法
JP2007192218A (ja) ガスタービンエンジン構成要素を修復する方法及びガスタービンエンジン構成要素
US20040261265A1 (en) Method for improving the wear resistance of a support region between a turbine outer case and a supported turbine vane
JP5203362B2 (ja) ジェットエンジンのガイド翼セグメントの補修方法
RU2785029C1 (ru) Ремонт концевой части компонента турбины с помощью композитной предварительно спеченной преформы легированной бором основы
EP3914413B1 (en) Weld-brazing techniques
JPWO2020154453A5 (pl)