RU2121419C1

RU2121419C1 - Method for restoring vane of turbomachine

Info

Publication number: RU2121419C1
Application number: RU97108817A
Authority: RU
Inventors: М.З. Асадуллин; В.Л. Юрьев; В.А. Грибановский
Original assignee: Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-11-10

Abstract

FIELD: repairing and restoring works. SUBSTANCE: in order to restore turbomachine vane, surface layer of vane is removed, then damaged portions of vane edge are welded in at allowance whose value is selected according to conditions providing as trimmed vane thickness exceeding by 10-30% vane thickness in that zone. Then metal layer is applied onto vane surface by plasma deposition, vane is isothermically calibrated and heat treated for restoring its initial design dimensions of vane profile and strength characteristics of material. EFFECT: enhanced reliability of restored vane. 3 dwg, 1 expo

Description

Изобретение относится к ремонтно-восстановительным работам, а именно к способам восстановления лопаток газотурбинных двигателей. The invention relates to repair and restoration work, and in particular to methods for restoring blades of gas turbine engines.

Известен способ восстановления лопаток ГТД (авт. свид. N 793742, МКИ B 23 P 6/00), заключающийся в том, что с поверхности первой части лопатки удаляют слой толщиной 5 - 20 мкм, в котором имеются субмикроскопические необратимые повреждения, что повышает усталостную прочность. Данный способ имеет ограниченное применение, т. к. большинство лопаток, снятых с эксплуатации, имеют на поверхности пера следу эрозии и механические повреждения глубиной более 1 мм, а удаление слоя свыше 20 мкм приводит к отклонению профиля пера лопатки от размеров чертежа. A known method for the restoration of GTE blades (auth. Certificate N 793742, MKI B 23 P 6/00), which consists in the fact that from the surface of the first part of the blade remove a layer with a thickness of 5 to 20 μm, in which there are submicroscopic irreversible damage, which increases fatigue strength. This method has limited use, since most blades taken out of service have erosion and mechanical damage on the surface of the pen with a depth of more than 1 mm, and removing a layer above 20 microns leads to a deviation of the profile of the blade pen from the dimensions of the drawing.

Известен способ ремонта лопаток (Терентьев А.И., Седых З.С. Ремонт газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. Недра, 1985, с. 106 - 107, 163 - 165, 187 - 189), заключающийся в том, что загнутые кромки пера выравнивают мягким ударом молотка на специальной оправке. Кромки, на которых образовались заусеницы, запиливают или шлифуют мелким наждачным полотном. Если на спинке имеются вмятины от твердых частиц, то их удаляют с помощью шлифмашины, при этом надо отметить обязательное изменение аэродинамического профиля лопатки. Изношенную утонченную часть на конце пера лопатки удаляют и приваривают новую полоску металла. На выходной кромке имеющиеся дефекты удаляют за счет уменьшения длины хорды до 5 мм, что, безусловно, сказывается на режиме работы двигателя. A known method of repair of blades (Terentyev A.I., Sedykh Z.S. Repair of gas pumping units with a gas turbine drive. Nedra, 1985, pp. 106 - 107, 163 - 165, 187 - 189), which consists in the fact that the curved edges of the pen align with a soft hammer blow on a special mandrel. The edges on which the barbs have formed are sawn or sanded with a fine emery cloth. If there are dents on the back of solid particles, then they are removed using a grinder, and it is necessary to note the mandatory change in the aerodynamic profile of the scapula. The worn, refined part at the end of the feather blade is removed and a new strip of metal is welded. At the outlet edge, existing defects are removed by reducing the chord length to 5 mm, which, of course, affects the engine operating mode.

Как видно из описания, данный способ имеет ряд существенных недостатков: погнутость пера выправляется молотком на подставке, что не может полностью устранить искажение пера, к тому же не исключено образование микротрещин, дефекты удаляются зачисткой, что приводит к отклонению профиля пера, в т. ч. и хорды, от размеров, заложенных в конструкторском чертеже. As can be seen from the description, this method has a number of significant disadvantages: the curvature of the pen is straightened with a hammer on the stand, which cannot completely eliminate the distortion of the pen, besides, microcracks cannot be excluded, the defects are removed by stripping, which leads to the deviation of the profile of the pen, including . and chords, from the dimensions laid down in the design drawing.

Известен способ восстановления пера лопатки турбомашины (авт. свид. N 544208, МКИ B 23 P 6/00) путем выполнения на поврежденном участке цилиндрической выемки, установки на ней вкладыша и приваривания его электронно-лучевой сваркой по поверхности контакта с последующей механической обработкой. Данный способ может быть применен для лопаток, которые отработали ограниченное время в эксплуатации, т. к. лопатки, проработавшие длительное время, на пере имеют следы эрозии и глубокие механические повреждения от твердых частиц, которые попадают в двигатель вместе с воздухом и газом. А восстановление таких лопаток данный способ не предусматривает. A known method of restoring the feather of a blade of a turbomachine (ed. Certificate N 544208, MKI B 23 P 6/00) by performing a cylindrical recess on the damaged section, installing a liner on it and welding it by electron beam welding along the contact surface with subsequent machining. This method can be applied to blades that have worked for a limited time in operation, since blades that have worked for a long time have erosion traces and deep mechanical damage from solid particles that enter the engine together with air and gas. And the restoration of such blades this method does not provide.

Данный способ взят за прототип. This method is taken as a prototype.

Технической задачей изобретения является восстановление исходных чертежных размеров аэродинамического профиля пера лопатки и прочностных характеристик материала. An object of the invention is the restoration of the original drawing dimensions of the aerodynamic profile of the feather blades and strength characteristics of the material.

Для достижения поставленной задачи в способе восстановления пера лопатки, включающем удаление поверхностного дефектного слоя, заварку поврежденных участков кромки пера, зачистку и термообработку, заварку поврежденных участков кромки пера производят с припуском, который после зачистки обеспечивает толщину на 10 - 30% больше толщины лопатки в данном сечении, затем на поверхность пера плазменным напылением наносят слой металла с последующей изотермической калибровкой. Термообработку лопатки проводят после калибровки. To achieve the task in the method of restoring the feather of the blade, including the removal of the surface defective layer, welding of damaged sections of the edge of the pen, cleaning and heat treatment, welding of damaged sections of the edge of the feather is made with an allowance that after cleaning provides a thickness of 10-30% more than the thickness of the blade in this cross-section, then a layer of metal is applied to the surface of the pen by plasma spraying, followed by isothermal calibration. The heat treatment of the blades is carried out after calibration.

Припуск металла, оставляемый на заваренных участках после очистки, обеспечивает необходимую степень деформации, что создает в свою очередь получение более благоприятной структуры на данном участке. После ряда зачисток поверхностных дефектов профиль пера лопатки выходит за пределы чертежных размеров, что в обязательном порядке скажется отрицательно на работе двигателя, а чтобы восстановить первоначальный профиль, на перо лопатки наносится плазменным напылением слой металла до максимального верхнего допуска на аэродинамический профиль пера лопатки. Изотермическая калибровка создает благоприятные условия для уплотнения напыленного слоя и взаимной диффузии напыленного слоя и основного металла. Не выявлены решения, имеющие совокупность отличительных признаков, совпадающих с отличительными признаками предложенного способа. The metal allowance left in the brewed areas after cleaning provides the necessary degree of deformation, which in turn creates a more favorable structure in this area. After a series of cleanings of surface defects, the profile of the blade blade extends beyond the drawing dimensions, which without fail will adversely affect the operation of the engine, and in order to restore the original profile, a layer of metal is applied to the blade feather by plasma spraying to the maximum upper tolerance on the aerodynamic profile of the blade feather. Isothermal calibration creates favorable conditions for compaction of the sprayed layer and mutual diffusion of the sprayed layer and the base metal. Not identified solutions having a set of distinctive features that match the distinctive features of the proposed method.

Предложенный способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана лопатка после удаления поврежденной части; на фиг. 2 - лопатка после наплавки поврежденного участка; на фиг. 3 - лопатка после нанесения слоя металла плазменным напылением. The proposed method is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a blade after removal of a damaged part; in FIG. 2 - the blade after surfacing of the damaged area; in FIG. 3 - blade after applying a metal layer by plasma spraying.

Суть способа заключается в следующем. В пере лопатки 1 поврежденная зона 2 удаляется фрезерованием, шлифованием или полированием в зависимости от величины дефектного слоя. Перо восстанавливают наплавкой, например аргонодуговой сваркой, и зачищают участок наплавки 3, при этом он выступает над расчетным сечением пера на величину Δ = 10 - 30% от данного сечения и плавно сходит на перо. Затем плазменным напылением на перо лопаток наносится слой металла 4 (фиг. 3). После этого лопатку нагревают до температуры деформации и производят изотермическую калибровку, при которой происходит формоизменение пера лопатки, причем наибольший процент деформации приходится на участок наплавки 3, в результате чего происходит уплотнение структуры наплавленного металла. Далее, для снятия напряжений, возникающих при калибровке, проводится термообработка. The essence of the method is as follows. In the blade 1, the damaged area 2 is removed by milling, grinding or polishing, depending on the size of the defective layer. The pen is restored by surfacing, for example by argon-arc welding, and the surfacing portion 3 is cleaned, while it protrudes above the calculated cross-section of the pen by Δ = 10 - 30% of this section and gradually descends onto the pen. Then, by plasma spraying, a metal layer 4 is applied to the feather of the blades (Fig. 3). After that, the blade is heated to a temperature of deformation and isothermal calibration is carried out, at which the feather of the blade is shaped, and the largest percentage of deformation occurs in the surfacing section 3, as a result of which the structure of the deposited metal is densified. Further, to relieve stresses arising during calibration, heat treatment is carried out.

Так как пластическая деформация происходит во всем объеме пера лопатки, то происходит уплотнение напыленного слоя и расширяется зона диффузии на границе тело пера - напыленный слой. После удаления облоя, который образуется при изотермической калибровке, обычно слесарным путем, лопатка полностью соответствует конструкторским размерам, а это значит, восстанавливается заданная геометрия пера лопаток, а следовательно, и эксплуатационные характеристики. Since plastic deformation occurs in the entire volume of the blade feather, the sprayed layer is densified and the diffusion zone expands at the boundary between the feather body and the sprayed layer. After removing the flake that is formed during isothermal calibration, usually by metalwork, the blade completely corresponds to the design dimensions, which means that the specified geometry of the blade feather is restored, and therefore the operational characteristics.

Пример. По данному способу восстанавливались лопатки II ступени ГТК-10, имеющие искажение аэродинамического профиля, разрывы пера (см. фото). Лопатки изготовлены из жаропрочного материала ЭИ-893. После фрезерования дефектных мест на пере лопатки проводилась наплавка удаленных участков аргонодуговой сваркой, в качестве присадочного материала использовалась проволока из сплава ЭП-367 ГОСТ 2246-70 или ЭП-533 ТУ 14-1-20-48. Затем наплавленные участки зачищались так, что наплавленный металл выступал над профилем пера в соответствующем сечении на 10 - 30%, потом - термообработка в электропечи сопротивления при температуре (840 + 10)^oC с выдержкой 5 часов с охлаждением на воздухе. На следующую операцию (напыление) отбирались лопатки при твердости менее HRC 30. На поверхность пера наносился плазменным напылением слой металла (ПН85Ю15 ТУ 14-1-39-26-85) на установке плазменного напыления "Киев-7". Далее лопатки нагревались в электрической печи ОКБ-210 до (850 + 10)^oC и проводилась изотермическая калибровка на гидравлическом прессе ПА-2638 в изотермической установке УИДИН-400. Далее, для снятия напряжений, возникающих при калибровке, проводилась термообработка в электропечи при температуре (840 + 10)^oC в течение 5 часов. Геометрия аэродинамического профиля контролировалась на специальном приборе с жесткими шаблонами в каждом сечении в соответствии с конструкторским чертежом. Кроме того, лопатки проверялись на наличие дефектов различными методами, в частности, цветной дефектоскопией, вихретоковым и ультразвуковым.Example. According to this method, the blades of the second stage of the GTK-10 were restored, having a distortion of the aerodynamic profile, feather breaks (see photo). The blades are made of heat-resistant material EI-893. After milling of the defective spots on the blades, surfacing of the remote areas was carried out by argon-arc welding, as a filler material, a wire of alloy EP-367 GOST 2246-70 or EP-533 TU 14-1-20-48 was used. Then the deposited sections were cleaned so that the deposited metal protruded above the pen profile in the corresponding section by 10-30%, then heat treatment in a resistance electric furnace at a temperature of (840 + 10) ^o C with exposure for 5 hours with cooling in air. For the next operation (sputtering), blades were taken at a hardness less than HRC 30. A metal layer (PN85YU15 TU 14-1-39-26-85) was applied to the surface of the pen by plasma spraying at the Kiev-7 plasma spraying machine. Further, the blades were heated in an OKB-210 electric furnace to (850 + 10) ^o C and isothermal calibration was carried out on a PA-2638 hydraulic press in the UIDIN-400 isothermal installation. Further, to relieve stresses arising during calibration, heat treatment was carried out in an electric furnace at a temperature of (840 + 10) ^o C for 5 hours. The geometry of the aerodynamic profile was controlled on a special device with rigid templates in each section in accordance with the design drawing. In addition, the blades were checked for defects by various methods, in particular, color flaw detection, eddy current and ultrasound.

Лопатки, отремонтированные по данной технологии, были поставлены на газоперекачивающий агрегат ГТК-10 и периодически проводился визуальный осмотр с контролем на отсутствие трещин прибором вихретокового контроля ВДМ-2ВМ через 4000 часов. После 8000 часов лопатки были в хорошем состоянии, трещин на пере лопаток не обнаружено. The blades repaired by this technology were delivered to the GTK-10 gas pumping unit and a visual inspection was periodically conducted to check for cracks in the eddy current monitoring device VDM-2VM after 4000 hours. After 8000 hours, the shoulder blades were in good condition and no cracks were found on the shoulder blade.

Claims

A method of restoring a feather of a blade of a turbomachine, in which the surface layer is removed, welding of damaged sections of the edge of the feather and subsequent machining, characterized in that the mechanical processing of the feather of the blade is made by stripping, welding of damaged sections is carried out with an allowance, the value of which is selected from the provision after stripping the thickness of the blade, 10 - 30% higher than the thickness of the blade in this area, after which a layer of metal is applied to the surface of the pen by plasma spraying, wire The isometric blade calibration and heat treatment are performed.