WO2006106061A1

WO2006106061A1 - Verfahren zum reparieren oder erneuern von kühllöchern einer beschichteten komponente einer gasturbine

Info

Publication number: WO2006106061A1
Application number: PCT/EP2006/061125
Authority: WO
Inventors: John William Fernihough; Matthias Hoebel; Maxim Konter
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-10-12
Also published as: EP1868766A1; CA2602628A1; US20080085395A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von Kühllöchern einer beschichteten Komponente einer Gasturbine, mit folgenden Schritten: - Entfernen einer alten Beschichtung von einer Außenseite (2) der Komponente (1). Das Kühlloch (5) weist nach dem Entfernen der alten Beschichtung in einem Längsabschnitt (11) einen Alt-Querschnitt auf, der größer ist als ein Soll-Querschnitt, den das Kühlloch (5) in einem ursprünglichen Neuzustand der fertigen Komponente in diesem Läng sab schnitt aufweist. - Anbringen einer neuen Beschichtung (3', 4') auf die Komponente (1) zumindest im Längs abschnitt (11) des Kühllochs (5), derart, dass das Kühlloch im Längsabschnitt (11) einen Zwischen-Querschnitt (16) aufweist, der kleiner ist als der Soll-Querschnitt (6) , -Teilweises Entfernen der neuen Beschichtung (3', 4') innerhalb des Kühllochs (5), derart, dass das Kühlloch (5) im Längsabschnitt (11) einen Neu-Querschnitt (18) aufweist, der etwa gleich groß ist wie der Soll-Querschnitt (6).

Description

VERFAHREN ZUM REPARIEREN ODER ERNEUERN VON KUHLLOCHERN EINER BESCHICHTETEN

KOMPONENTE EINER GASTURBINE

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von Kühllöchern einer beschichteten Komponente einer Gasturbine.

Komponenten von Gasturbinen, wie zum Beispiel Laufschaufeln, Leitschaufeln, Hitzeschild-Elemente oder andere gekühlte Teile, enthalten häufig Hohlräume, die zur Verteilung von Kühlluft auf eine Vielzahl von Kühllöchern in einer Wand der jeweiligen Komponente dienen. Diese Kühllöcher führen die Kühlluft an eine den heißen Arbeitsgasen der Gasturbine ausgesetzte äußere Oberfläche. Derartige Komponenten sind üblicherweise mit einer Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht versehen, die auch als Basisbeschichtung bezeichnet werden kann. Zusätzlich können die Komponenten auch mit einer Hitzeschutzschicht versehen sein, die einer thermischen Isolation der Komponente dient. Im Betrieb der Gasturbine kommt es dabei häufig zu einem Abbau der Beschichtung beziehungsweise der Beschichtungen, bevor die beschichtete Komponente selbst angegriffen wird. In der Folge müssen zumindest einmal während der Lebenszeit der jeweiligen Komponente die Basisbeschichtung und gegebenen- falls die Hitzeschutzschicht entfernt und neu aufgetragen werden. Beim Auftragen einer neuen Beschichtung sind jedoch die vorhandenen Kühllöcher problematisch. Während bei der Herstellung einer neuen Komponente die Kühllöcher erst nach dem Aufbringen der Beschichtung in die Komponente eingebracht werden, sind die Kühllöcher beim Wiederauftragen einer neuen Be- Schichtung bereits vorhanden. Beim Auftragen der neuen Beschichtung kann das Beschichtungsmaterial in die Kühllöcher eindringen und deren Querschnitte verändern. Die Komponenten moderner Gasturbinen können dabei hunderte derartiger Kühllöcher enthalten, deren Querschnitte bzw. deren Querschnittverläufe innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen liegen. Die obere Toleranzgrenze für die Kühllochquerschnitte soll die Einblasung nicht benötigter Kühlluft vermeiden, was den Wirkungsgrad der Gasturbine sowie deren Leistungsabgabe drastisch reduzieren würde. Die untere Toleranzgrenze für die Kühllochquerschnitte soll eine Überhitzung der jeweiligen Komponente vermeiden, was zu einer deutlichen Verkürzung der Lebenszeit der jeweiligen Komponente führen würde.

Stand der Technik

Zum Reparieren oder Erneuern der Kühllöcher ist es grundsätzlich möglich, nach dem Entfernen der alten Beschichtung die Kühllöcher zuzuschweißen o- der zuzulöten. Danach kann die neue Beschichtung aufgetragen werden. Anschließend können die Kühllöcher neu gebohrt werden. Problematisch ist dabei, dass die hierzu verwendeten Schweißverfahren oder Lötverfahren Schwach- stellen in den Werkstoff der Komponente einbringen. Des Weiteren ist ein übliches Bohrverfahren mit Lagetoleranzen verbunden, so dass beim neuen Bohren der Kühllöcher Lageabweichungen zu den alten Kühllöchern auftreten können. Dies hat zur Folge, dass Schweißmaterial oder Lötmaterial im Werkstoff der Komponente verbleibt, so dass die Komponente mit den besagten Schwachstellen in Betrieb genommen wird, was die mechanische Festigkeit der Komponente beeinträchtigt.

Aus der US 5,702,288 ist es bekannt, nach dem Entfernen der alten Beschich- tung ohne vorheriges Zulöten oder Zuschweißen der Kühllöcher die neue Be- schichtung aufzutragen. Hierdurch dringt die neue Beschichtung in die Kühllocher mehr oder weniger ein und verengt deren Querschnitt. Anschließend wird ein abrasiv wirkender Schleifschlamm unter hohem Druck in den Hohlraum der Komponente eingebracht und durch die Kühllocher ausgetrieben. Auf diese Weise kann die Beschichtung innerhalb der Kühllöcher abgeschliffen werden. Allerdings sind bei dieser Vorgehensweise auch interne Bereiche der Komponente, wie zum Beispiel Kühlrippen oder Einsätze, ebenso wie nicht beschichtete Bereiche der Kühllöcher der abrasiven Wirkung des Schleifschlamms ausgesetzt. Des Weiteren ist ein derartiges Verfahren für Leitschaufeln, die einen Kühlluftverteilereinsatz enthalten, ungeeignet, da ein derartiger Verteilereinsatz zuerst entfernt werden müsste, was jedoch zeit- und kostenintensiv wäre. Des Weiteren ist es grundsätzlich möglich, den Schleifschlamm von außen durch die Kühllöcher in den Hohlraum der Komponente einzupressen. Grundsätzlich treten hierbei jedoch dieselben Schwierigkeiten auf, wobei zusätzlich außerdem die Beschichtung der Komponente der abrasiven Wirkung des Schleifschlamms ausgesetzt ist.

Aus der US 4,743,462 ist es bekannt, vor dem Anbringen der neuen Beschichtung flüchtige Stopfen in die Kühllöcher einzubringen, die während des Be- Schichtungsverfahrens zumindest teilweise verdampfen. Die Verdampfung der Stopfen verhindert dabei ein Zusetzen der Kühllocher durch das Beschich- tungsmaterial. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die Stopfen einzeln in die Kühllocher eingebracht werden müssen. Bei großen Komponenten stationärer Gasturbinen, die mehrere hundert Kühllöcher aufweisen können, ist das Ei n- bringen der Stopfen individuell in jedes Kühlloch extrem zeitintensiv. Darüber hinaus können unterschiedliche Komponenten verschiedene Typen von Kühllöchern aufweisen, die jeweils speziell adaptierte Stopfen benötigen.

Aus der US 5,985,122, der US 6,258,226 und aus der US 5,565,035 ist es be- kannt, mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeugs gleichzeitig mehrere Kühllöcher vor dem Anbringen der neuen Beschichtung zu verstopfen. Diese Werkzeuge eignen sich jedoch nicht für thermische Sprühbeschichtungsverfahren.

Aus der US 5,800,695 ist es bekannt, ein Abdeckmittel durch den Hohlraum in die Kühllocher von innen einzupressen, bis das Abdeckmittel die Außenfläche der jeweiligen Komponente erreicht. Anschließend kann eine elektrolytische Platinbeschichtung durchgeführt werden. Da das Abdeckmittel aus Kunststoff besteht und dementsprechend elektrisch nicht leitend ist, kann sich das Platin im Bereich der Kühllöcher nicht am Abdeckmittel anlagern.

Aus der US 4,743,462 ist ein weiteres Verfahren bekannt, das mit einem Abdeckmittel arbeitet, wobei dieses bereits bei Temperaturen verdampft, die unterhalb der beim Auftragen der Beschichtung auftretenden Temperaturen liegen. Beispielsweise ist es für bestimmte Oxidations- und/oder Korrosions- Schutzschichten erforderlich, dass diese mit dem Werkstoff der Komponente eine Diffusionsverbindung eingehen. Um eine solche Diffusionsverbindung zu erreichen, ist eine Hochtemperaturbehandlung erforderlich, die beispielsweise in einem Temperaturbereich von 1.000 ⁰C bis 1.150 ⁰C abläuft. Bei diesen hohen Temperaturen verflüchtigt sich in jedem Fall das Abdeckmittel. Um an- schließend eine Hitzeschutzschicht anbringen zu können, müsste erneut das Abdeckmittel eingebracht werden.

Aus der US 6,004,620 ist es bekannt, die in die Kühllöcher eingedrungenen Bereiche der Beschichtung mit Hilfe eines Hochdruckwasserstrahls zu entfernen. Allerdings ist die Vorrichtung, mit deren Hilfe der Hochdruckwasserstrahl in die einzelnen Kühllöcher eingebracht werden kann, zu unhandlich, um damit beispielsweise die Kühllöcher einer Turbinenschaufel von innen zu reinigen. Weitere Verfahren, die mit einem Hochdruckwasserstrahl arbeiten, sind aus der US 2001/001680 und aus der US 2001/006707 bekannt.

Des Weiteren ist es aus der US 6,210,488 bekannt, eine Hitzeschutzschicht, die sich im Inneren der Kühllöcher abgelagert hat, mit Hilfe einer ätzenden Lösung abzulösen, wobei optional eine Ultraschallbehandlung vorgesehen sein kann. Eine derartige Vorgehensweise ist jedoch nur für die vollständige Entfernung der Hitzeschutzschicht von der gesamten Komponente geeignet. Ein Abdecken der Hitzeschutzschicht der gesamten Komponente abgesehen von den einzelnen Kühllöchern ist nicht praktikabel.

Aus der US 5,216,808 ist es bekannt, die unerwünschte Hitzeschutzbeschich- tung innerhalb der Kühllöcher mit Hilfe eines gepulsten Ultraviolett-Lasers zu entfernen. Die Wellenlänge des UV-Lasers eignet sich zwar zum Entfernen üblicher Hitzeschutzschichten, zum Beispiel aus Zirkoniumoxid, jedoch können damit übliche Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschichten regelmäßig nicht oder nur unzuverlässig entfernt werden.

Ein weiteres Verfahren, das mit einem Abdeckmittel arbeitet, ist aus der US 6,265,022 bekannt. Das dort verwendete Abdeckmittel beruht auf einer Polymerbasis und kann für all diejenigen Beschichtungsprozesse verwendet werden, bei denen die Temperaturen nicht über eine die Zerstörung des Abdeck- mittels bewirkende Temperatur hinausgehen. Im Unterschied zu den vorgenannten Abdeckverfahren wird bei diesem Verfahren das Abdeckmittel so eingebracht, dass es an einer Austrittsöffnung des jeweiligen Kühllochs über die Außenfläche der Komponente vorsteht. Des Weiteren ist es aus der US 6,042,879 bekannt, die Kühllöcher vor dem Aufbringen der neuen Beschichtung zunächst aufzuweiten, derart, dass die nachfolgende Beschichtung durch das Eindringen des Beschichtungsmaterials in die Kühllöcher den Querschnitt der Kühllöcher mehr oder weniger auf einen gewünschten Soll-Querschnitt reduziert. Dass eine derartige Vorgehensweise mit extremen Toleranzen behaftet ist, liegt auf der Hand.

Darstellung der Erfindung

Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Lebenszeit des reparierten oder erneue r- ten Kühllochs auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Reparatur bzw. Erneuerung der Kühllöcher so auszuführen, dass die Kühllöcher anschließend im wesentlichen dieselben Querschnitte bzw. im wesentlichen dieselben Querschnittsverläufe aufweisen, wie im ursprünglichen ungebrauchten Zustand der fertiggestellten Komponente. Gleichzeitig soll jedoch ein Längsabschnitt des jeweiligen Kühllochs, der sich bis zur Außenseite der Komponente hin erstreckt, ebenfalls mit der neuen Beschichtung versehen sein. Die Wiederherstellung der ursprünglichen Geometrie des Kühllochs sorgt dafür, dass das Kühlloch die ihm zugedachte Funktion optimal erfüllen kann. Gleichzeitig wird dadurch die Ge- fahr reduziert, dass heißes Arbeitsgas in das Kühlloch eindringen kann. Außer- dem bewirkt die in den Längsabschnitt des Kühllochs hineinreichende neue Be- schichtung einen intensiven Schutz des Werkstoffs der Komponente vor den aggressiven heißen Arbeitsgasen, falls diese doch in das jeweilige Kühlloch eindringen sollten. Auf diese Weise kann eine Korrosion des Kühllochs und so- mit eine Querschnittsaufweitung vermieden werden. Ein sich im Betrieb der Gasturbine aufgrund von Korrosion aufweitender Kühllochquerschnitt erleichtert das Eindringen des aggressiven Arbeitsgases in das Kühlloch und verstärkt dadurch die Korrosionswirkung, was zu einer verstärkten weiteren Querschnittsaufweitung führt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reparatur- bzw. Wiederherstellungsverfahrens besitzen die reparierten Kühllöcher zumindest dieselbe, wenn nicht sogar eine bessere Resistenz gegenüber den aggressiven heißen Arbeitsgasen der Gasturbine.

Zur Realisierung der Erfindung wird zum einen das Entfernen der wenigstens einen alten Beschichtung so durchgeführt, dass anschließend das Bohrloch zumindest in besagtem Längsabschnitt einen Alt-Querschnitt bzw. Alt- Querschnittsverlauf aufweist, dessen Öffnungsweite größer ist als ein SoII- Querschnitt bzw. Soll-Querschnittsverlauf, den das Bohrloch im Neuzustand bei ungebrauchter Komponente aufweist. Anschließend wird die Beschichtung mit der wenigstens einen neuen Beschichtung gezielt so durchgeführt, dass dieser Längsabschnitt des Kühllochs einen Zwischen-Querschnitt bzw. Zwischen- Querschnittsverlauf aufweist, dessen Öffnungsweite kleiner ist als beim SoII- Querschnitt bzw. Soll-Querschnittsverlauf. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass beim anschließenden „Aufbohren" der einzelnen Kühllöcher wieder der ursprüngliche Soll-Querschnitt bzw. Soll-Querschnittsverlauf hergestellt werden kann. Bei der Erfindung wird dieses .Aufbohren" durch ein teilweises Entfernen der neuen Beschichtung innerhalb des Kühllochs realisiert, derart, dass das Kühlloch anschließend im Längsabschnitt und insbesondere in dem die neue Beschichtung durchdringenden Lochbereich einen Neu-Querschnitt bzw. Neu- Querschnittsverlauf aufweist, der im wesentlichen dem Soll-Querschnitt bzw. dem Soll-Querschnittsverlauf entspricht.

Das teilweise Entfernen der neuen Beschichtung wird zweckmäßig mit einem geeigneten Laser-Verfahren durchgeführt. Hierzu eignen sich insbesondere Laser-Abtrag-Verfahren oder Laser-Fräs- und/oder -Bohr-Verfahren.

Für die neue Beschichtung, die sich bis in den Längsabschnitt des Kühllochs hineinerstreckt, wird zweckmäßig eine Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht verwendet.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird dementsprechend auch durch eine Komponente einer Gasturbine gelöst, die wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in einem an die Außenseite der Komponente angrenzenden

Längsbereich ebenfalls beschichtet ist, wobei das Kühlloch im übrigen entlang seiner gesamten Länge einen erwünschten Soll-Querschnitt bzw. einen Soll- Querschnittsverlauf aufweist.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 A bis 1 E jeweils einen Querschnitt durch eine Komponente im Bereich eines Kühllochs bei unterschiedlichen Zuständen (A bis E),

Fig. 2A bis 2E Ansichten wie in den Fig. 1 A bis 1 E, jedoch bei einer anderen Ausführungsform des Kühllochs,

Fig. 3A bis 3E Ansichten wie in den Fig. 1 A bis 1 E, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform des Kühllochs.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1A, 2A und 3A zeigen jeweils eine Komponente 1 einer im übrigen nicht dargestellten Gasturbine, die an ihrer Außenseite 2 mit wenigstens einer Beschichtung versehen ist. Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente 1 jeweils mit zwei Beschichtungen, nämlich mit einer ersten Beschichtung 3 und einer zweiten Beschichtung 4 versehen. Während die erste Beschichtung 3 auf die Komponente 1 aufgebracht ist, ist die zweite Beschichtung 4 auf die erste Beschichtung 3 aufgebracht. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Komponente 1 auch nur eine einzige Beschichtung oder sogar mehr als zwei Beschichtungen aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann entsprechend anwendbar.

Die jeweils gezeigten Ausschnitte der Komponente 1 sind mit einem Kühlloch 5 versehen. Es ist klar, dass die Komponente 1 grundsätzlich auch mehr als ein solches Kühlloch 5 aufweisen kann. Bei der Komponente 1 handelt es sich beispielsweise um eine Laufschaufel oder um eine Leitschaufel oder um ein Hitzeschild-Element oder um ein sonstiges gekühltes Bauteil. Jedes Kühlloch 5 führt von einem nicht gezeigten Hohlraum im Inneren der Komponente 1 bis zur Außenseite 2. Außerdem ist das jeweilige Kühlloch 5 durch die Beschichtungen 3, 4 hindurch bis zu einer Außenhaut 10 der beschichteten Komponente 1 verlängert.

Bei der ersten Beschichtung 3 handelt es sich zweckmäßig um eine Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht. Eine derartige Oxidations- und/oder Korrosi- onsschutzschicht kann beispielsweise durch eine Metall-Beschichtung gebildet sein, insbesondere aus MCrAIY. Dabei ist M zumindest ein Mitglied aus folgender Gruppe: Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) sowie Kombinationen daraus. Insbesondere seien in diesem Zusammenhang hervorzuheben NiCrAIY, CoCrAIY, NiCoCrAIY. Im Unterschied dazu handelt es sich bei der zweiten Beschichtung 4 vorzugsweise um eine Hitzeschutzschicht. Eine derartige Hitzeschutzschichtung kann beispielsweise durch eine Keramik- Beschichtung erzielt werden, die beispielsweise aus Zirkoniumoxid besteht. Die Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht, also die erste Beschichtung 3 kann beispielsweise eine Schichtdicke von 150 μm bis 600 μm aufweisen. Im Unterschied dazu kann die Hitzeschutzschicht, also die zweite Beschichtung 4 vorzugsweise eine Schichtdicke von etwa 200 μm bis 500 μm aufweisen.

In den Fig. 1 A, 2A und 3A befindet sich die Komponente 1 in einem ursprünglichen Neuzustand, den sie nach ihrer Beschichtung mit den Schichten 3 und 4 und nach dem Einbringen der Kühllöcher 5 aufweist. In diesem Neuzustand besitzt jedes Kühlloch 5 einen erwünschten Soll-Querschnitt bzw. einen erwünschten Soll-Querschnittsverlauf in der Längsrichtung des Kühllochs 5. Der SoI I -Querschnitt ist dabei in den Fig. 1 A, 2A und 3A mit 6 bezeichnet, während der Soll-Querschnittsverlauf mit 7 bezeichnet ist. Die Ausführungsformen der Fig. 1 , 2 und 3 unterscheiden sich durch die Ausgestaltung der Kühllöcher 5. Im Neuzustand besitzt das Kühlloch 5 bei den Ausführungsformen der Fig. 1 A und 2A in seiner Längsrichtung einen konstanten Soll-Querschnitt 6. Der Soll-Querschnitt 6 kann beispielsweise kreisförmig sein. Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3A das Kühlloch 5 mit einem Soll-Querschnittsverlauf 7 versehen, der sich zu einer Austrittsöffnung 8 des Kühllochs 5 hin aufweitet. Die Austrittsöffnung 8 befindet sich am abströmseitigen Ende des innerhalb der Komponente 1 verlaufenden Kühllochs 5 und befindet sich somit auf Höhe der Außenseite 2 der Komponente 1. Bei der beschichteten Komponente 1 ist jedoch das Kühlloch 5 durch die Beschich- tungen 3, 4 hindurch verlängert, wodurch sich auch die Austrittsöffnung bis zur Außenhaut 10 der beschichteten Komponente 1 , also zur Außenseite der zweiten Beschichtung 4 verschiebt. Diese außenliegende Austrittsöffnung wird im Folgenden mit 8' bezeichnet.

Beispielsweise kann dadurch ein aerodynamisch gestalteter Austrittsbereich 9 innerhalb der Komponente 1 bzw. innerhalb der Beschichtungen 3, 4 erzielt werden. Ein aerodynamisch gestalteter Austrittsbereich 9 verbessert zum Beispiel die Ausbildung eines Kühlfilms, der sich im Betrieb der Gasturbine an die Außenhaut 10 der beschichteten Komponente 1 anlegt und dadurch die Kühlwirkung bzw. die thermische Isolierung der beschichteten Komponente 1 verbessert. Andere aerodynamisch gestaltete Austrittsbereiche 9 sind beispielsweise aus der US 6,183,199, aus der US 4,197,443 und aus der EP 0 228 338 bekannt, deren Inhalt hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Offenba- rung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird.

Die Ausführungsformen der Fig. 2A und 3A unterscheiden sich außerdem von derjenigen der Fig. 1 A dadurch, dass die Längsrichtung der Kühllöcher 5 bei den Ausführungsformen der Fig. 2A und 3A gegenüber einer Normalenrichtung der Außenseite 2 geneigt ist, während sie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1A parallel zur Normalenrichtung verläuft. Bei der Ausführungsform der Fig. 2A weist die Längsrichtung des Kühllochs 5 beispielsweise einen Anstellwinkel von etwa 45° auf, während der Anstellwinkel bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3A nur etwa 30° beträgt, der jedoch durch den sich aufweitenden Austrittsbe- reich 9 bis etwa 60° zunimmt.

Der für den Neuzustand der Komponente 1 vorgesehene Soll-Querschnitt 6 bzw. der Soll-Querschnittsverlauf 7 ist im Hinblick auf eine optimale Kühlwirkung bei gleichzeitig optimierter Leistung und optimiertem Wirkungsgrad der Gasturbine ausgelegt. Der Soll-Querschnitt 6 bzw. der Soll-Querschnittsverlauf 7 ist dabei innerhalb relativ enger Toleranzgrenzen gefertigt.

Im Betrieb der Gasturbine kommt es zu einer Abnutzung der Beschichtungen 3, 4, und zwar insbesondere im Bereich der Kühllöcher 5. Die Fig. 1 B, 2B und 3B zeigen jeweils einen Zustand zu einem Zeitpunkt, zu dem eine Reparatur bzw. eine Erneuerung der Kühllöcher 5 ratsam ist. Dieser Zeitpunkt befindet sich beispielsweise etwa in der Mitte der für die Gasturbine bzw. für deren Komponente 1 vorgesehenen Lebenszeit. Den Fig. 1B, 2B und 3B ist deutlich entnehmbar, dass nicht nur die äußere zweite Schutzschicht 4, sondern auch die innenlie- gende erste Schutzschicht 3 sowie auch eine das Kühlloch 5 seitlich einfassende Lochwand 15 zumindest in einem Längsabschnitt 11 des Kühllochs 5 abgetragen ist. Dieser Längsabschnitt 11 schließt sich an die Außenseite 2 der Komponente 1 an und ist in den Figuren jeweils durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet.

Durch den Materialabtrag in den Beschichtungen 3, 4 sowie innerhalb der Komponente 1 im Längsabschnitt 11 erhält das Kühlloch 5 zumindest im Längsabschnitt 11 sowie innerhalb der Beschichtungen 3, 4 einen vergrößerten Querschnitt e' bzw. einen aufgeweiteten Querschnittsverlauf 7'. Die ursprüngli- che Kontur des Kühllochs 5 und der Beschichtungen 3, 4, also der Soll- Querschnitt e bzw. der Soll-Querschnittsverlauf 7 ist in den Fig. 1 B, 2B und 3B jeweils durch eine unterbrochene Linie angedeutet.

Um die in den Fig. 1 B, 2B und 3B gezeigten Kühllöcher 5 zu reparieren bzw. zu erneuern, wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, was im Folgenden näher erläutert wird:

In einem ersten Verfahrensschritt werden die alten Beschichtungen 3, 4 von der Außenseite 2 der Komponente 1 entfernt, und zwar zumindest in einem Loch- bereich 12, der das Kühlloch 5 einfasst. Dieser Lochbereich 12 erstreckt sich in den Figuren jeweils über den gesamten dargestellten Ausschnitt der Komponente 1. In den Fig. 1C, 2C und 3C ist die ursprüngliche Kontur des Kühllochs 5 sowie der Beschichtungen 3, 4 durch eine unterbrochene Linie angedeutet.

Das Entfernen der alten Beschichtungen 3, 4 kann auf herkömmliche Weise durchgeführt werden, beispielsweise mittels einer Säure oder mittels einer ätzenden Lösung. Nach dem Entfernen der alten Beschichtungen 3, 4 weist das Kühlloch 5 im Längsabschnitt 11 einen Alt-Querschnitt 13 bzw. einen Alt- Querschnittsverlauf 14 auf. Dieser Alt-Querschnitt 13 bzw. der AIt- Querschnittsverlauf 14 kann mit dem aufgeweiteten Querschnitt 6' bzw. Querschnittsverlauf 7' des in den Fig. 1B, 2B und 3B gezeigten Gebrauchszustands übereinstimmen. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, dass der Prozess zum Entfernen der alten Beschichtungen 3, 4 zu einer Aufweitung des Querschnitts bzw. des Querschnittsverlaufs führt, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn mit dem Entfernen der alten Beschichtungen 3, 4 gleichzeitig Korrosions- oder Oxidationsablagerungen an der das Kühlloch 5 seitlich begrenzenden Lochwand 15 ebenfalls entfernt werden. Im letztgenannten Fall ist dann der Alt- Querschnitt 13 bzw. der Alt-Querschnittsverlauf 14 durch den Vorgang des Ent- fernens der alten Beschichtungen 3, 4 mitbestimmt. In jedem Fall ist der Alt- Querschnitt 13 größer als der Soll-Querschnitt 6. Ebenfalls ist der Alt- Querschnittsverlauf 14 weiter als der Soll-Querschnittsverlauf 7.

In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wenigstens eine neue Beschichtung auf die Komponente 1 aufgebracht. Im vorliegenden Beispiel werden wieder zwei Beschichtungen aufgebracht, nämlich eine neue erste Beschichtung 3', die unmittelbar auf die Komponente 1 aufgebracht wird, sowie eine neue zweite Beschichtung 4', die auf die neue erste Beschichtung 3' aufgetragen wird. Die neue erste Beschichtung 3' entspricht dabei zweckmäßig der ursprünglichen (alten) ersten Beschichtung 3. In entsprechender weise entspricht die neue zweite Beschichtung 4' zweckmäßig der ursprünglichen (alten) zweiten Beschichtung 4. Dabei ist klar, dass die neuen Beschichtungen 3' und 4' eine gegebenenfalls erfolgte technologische Weiterentwicklung in der Be- schichtungstechnik berücksichtigen, die seit dem Zeitpunkt des ursprünglichen Neuzustands gemäß den Fig. 1A, 2A und 3A und dem Zeitpunkt der Reparatur stattgefunden hat.

Das Anbringen der neuen Beschichtungen 3', 4' kann beispielsweise mit einem Hochtemperatursprühverfahren, wie zum Beispiel Plasma-Spritzen, durchge- führt werden. Für das Anbringen der neuen Beschichtungen 3', 4' kann es auch zweckmäßig sein, zwischen dem Anbringen der neuen ersten Beschichtung 3' und dem Anbringen der neuen zweiten Beschichtung 4' eine Hochtemperaturbehandlung durchzuführen, zum Beispiel um eine Diffusionsverbindung zwischen den Werkstoffen der neuen ersten Beschichtung 3' und der Komponente 1 herzustellen.

Entsprechend den Fig. 1 D, 2D und 3D wird dabei die erste neue Beschichtung 3' so aufgetragen, dass sie sich bis in das Kühlloch 5 hinein erstreckt, und zwar zumindest im Längsabschnitt 11. Des weiteren wird dieser Beschichtungsvor- gang dabei so ausgeführt, dass sich im Längsabschnitt 11 sowie innerhalb der neuen Beschichtungen 3', 4', also im Lochbereich 12 ein Zwischen-Querschnitt 16 bzw. ein Zwischen-Querschnittsverlauf 17 ergibt, der kleiner ist als der ursprüngliche Soll-Querschnitt 6 bzw. Soll-Querschnittsverlauf 7. Die neue zweite Beschichtung 4' kann sich dabei auch bis in das Kühlloch 5 hineinerstrecken und zusätzlich auf die neue erste Beschichtung 3' aufbauen, wodurch der Zwischen-Querschnitt 16 bzw. der Zwischen-Querschnittsverlauf 17 zusätzlich verengt wird.

Wie in Fig. 2D dargestellt ist, kann beim Anbringen der neuen Beschichtungen 3', 4' der Zwischen-Querschnitt 16 an manchen Stellen auch auf den Wert Null zusammenschrumpfen, das heißt, die neue Beschichtung 3', 4' verschließt das Kühlloch 5 vollständig.

Nach dem Herstellen der neuen Beschichtungen 3', 4' folgt nun entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem dritten Schritt ein teilweises Entfernen der neuen Beschichtungen 3', 4', und zwar von der Lochwand 15. Dieses teilweise Entfernen der neuen Beschichtungen 3', 4' wird dabei so durchgeführt, dass das Kühlloch 5 anschließend entsprechend den Fig. 1 E, 2E und 3E zumindest im Längsabschnitt 11 sowie im Lochbereich 12, also innerhalb der neuen Beschichtungen 3', 4' einen Neu-Querschnitt 18 bzw. einen Neu-

Querschnittsverlauf 19 aufweist. Die Teilentfernung der neuen Beschichtungen 3', 4' wird dabei gezielt so durchgeführt, dass der Neu-Querschnitt 18 bzw. der Neu-Querschnittsverlauf 19 etwa gleich groß ist wie der Soll-Querschnitt 6 bzw. der Soll-Querschnittsverlauf 7. Da der Alt-Querschnitt 13 bzw. der AIt- Querschnittsverlauf 14 eine größere Öffnungsweite aufweist als der Soll- Querschnitt 6 bzw. der Soll-Querschnittsverlauf 7, ist die Komponente 1 im Längsabschnitt 11 des Kühllochs 5 mit dem Werkstoff der neuen ersten Beschichtung 3' versehen. Dementsprechend wird entlang des Längsabschnitts 11 die Lochwand 15 durch den in das Kühlloch 5 hineinragenden Bereich der neu- en ersten Beschichtung 3' gebildet. Da das Kühlloch 5 nach seiner Reparatur bzw. nach seiner Erneuerung im wesentlichen dieselbe Dimension und Gestalt aufweist wie im Neuzustand, lässt sich damit im Betrieb der Gasturbine wieder die ursprünglich vorgesehene Kühl- leistung erzielen. Gleichzeitig werden wieder ein hoher Wirkungsgrad sowie eine hohe Leistungsabgabe der Gasturbine wie im Neuzustand erreicht. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Lochwand 15 zumindest im Bereich des Längsabschnitts 11 mit dem Werkstoff der neuen ersten Beschichtung 3' beschichtet ist, wodurch die Lochwand 15 vor Korrosion geschützt ist, die bei ei- nem Eintritt der aggressiven heißen Arbeitsgase in das Kühlloch 5 auftreten kann. Die Haltbarkeit des reparierten Kühllochs 5 ist somit mindestens gleich groß wie oder sogar größer als die Lebenszeit des ursprünglichen Kühllochs 5 im Neuzustand der Komponente 1.

Die Fig. 1 E, 2E, 3E zeigen somit eine Komponente 1 mit repariertem Kühlloch 5, die sich von der ursprünglichen Komponente 1 im Neuzustand dadurch unterscheidet, dass sich die neue erste Beschichtung 3' bis in den Längsbereich 11 hineinerstreckt.

Um die neuen Beschichtungen 3', 4' im Bereich des Kühllochs 5 teilweise entfernen zu können, wird vorzugsweise ein Laser-Verfahren verwendet. Hierbei kommt beispielsweise ein Laser-Fräs- und/oder -Bohr-Verfahren in Frage. Ein derartiges Fräs- und/oder Bohr-Verfahren mittels Laser zeichnet sich beispielsweise durch Laser-Puls-Energien aus, die in einem Bereich von 1 J bis 60 J liegen. Dabei treten Pulszeiten im Bereich von 0,1 ms bis 20 ms auf.

Alternativ kann auch ein Laser-Abtrag-Verfahren zur Anwendung kommen, das sich insbesondere durch Pulszeiten charakterisiert, die im Bereich von etwa 10 ns bis 1.000 ns liegen. Dies entspricht Pulsfrequenzen im Bereich von etwa 1 kHz bis 100 kHz. Beim Laser-Abtrag-Verfahren ist die Energiedichte im ein- zelnen Puls erheblich größer als beim Laser-Fräsen oder beim Laser-Bohren. Gleichzeitig wird aufgrund der erheblich kleineren Pulsenergie (1 mJ bis 5OmJ) weniger Materialvolumen beeinflusst. Hierdurch kann insbesondere ein Wiedererstarren der aufgeschmolzenen Bereiche der abzulösenden neuen Beschich- tung 3', 4' vermieden werden. Dementsprechend führt das Laser-Abtrag- Verfahren zu einem extrem sauberen Neu-Querschnittsverlauf 19.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich selbstverständlich auch bei einer Komponente 1 durchführen, die mehrere Kühllöcher 5 aufweist, wobei es dann insbesondere möglich ist, das Verfahren an mehreren Kühllöchern 5 gleichzeitig auszuführen oder bezüglich der einzelnen Verfahrensschritte zueinander versetzt auszuführen.

Bezugszeichenliste

1 Komponente

2 Außenseite von 1 3 (alte) erste Beschichtung

3' neue erste Beschichtung

4 (alte) zweite Beschichtung 4' neue zweite Beschichtung

5 Kühlloch 6 Soll-Querschnitt

6' Querschnitt

7 Soll-Querschnittsverlauf T Querschnittsverlauf

8 Austrittsöffnung bei 1 8' Austrittsöffnung bei 10

9 Austrittsbereich

10 Außenhaut

11 Längsabschnitt von 5

12 Lochbereich 13 Alt-Querschnitt

14 Alt-Querschnittsverlauf

15 Lochwand

16 Zwischen-Querschnitt

17 Zwischen-Querschnittsverlauf 18 Neu-Querschnitt

19 Neu-Querschnittsverlauf

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von Kühllöchern (5) einer be- schichteten Komponente (1 ) einer Gasturbine, mit folgenden Schritten:

- Entfernen wenigstens einer alten Beschichtung (3, 4) von einer Außenseite (2) der Komponente (1 ) zumindest in einem das Kühlloch (5) einfassenden Lochbereich (12), wobei das Kühlloch (5) zumindest nach dem Entfernen der wenigstens einen alten Beschichtung (3, 4) zumindest in einem an die Au- ßenseite (2) der Komponente (1 ) anschließenden Längsabschnitt (11 ) einen

Alt-Querschnitt (13) aufweist, der größer ist als ein Soll-Querschnitt (6), den das Kühlloch (5) in einem ursprünglichen Neuzustand der fertigen Komponente (1 ) in diesem Längsabschnitt (11) aufweist,

- Anbringen wenigstens einer neuen Beschichtung (3', 4') auf die Komponente (1) zumindest im Lochbereich (12) und zumindest im Längsabschnitt (11 ) des

Kühllochs (5), derart, dass das Kühlloch (5) zumindest im Längsabschnitt (11 ) und/oder im Lochbereich (12) einen Zwischen-Querschnitt (16) aufweist, der kleiner ist als der Soll-Querschnitt (6),

- teilweises Entfernen der wenigstens einen neuen Beschichtung (3', 4') inner- halb des Kühllochs (5), derart, dass das Kühlloch (5) zumindest im Längsabschnitt (11 ) und/oder im Lochbereich (12) einen Neu-Querschnitt (18) aufweist, der etwa gleich groß ist wie der Soll-Querschnitt (6).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , d ad u rc h g e ke n nze i c h net, dass zum teilweisen Entfernen der wenigstens einen neuen Beschichtung (3', 4') ein Laser-Verfahren angewendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d ad u rc h g e ke n nze i c h n et,

- dass das Laser-Verfahren als Laser-Fräs- und/oder -Bohr-Verfahren ausges- taltet ist, und/oder

- dass das Laser-Fräs- und/oder -Bohr-Verfahren mit Laser-Puls-Energien im Bereich von 1 J bis 60 J oder mit Pulszeiten im Bereich von 0,1 ms bis 20 ms oder mit Pulsfrequenzen im Bereich von 1 Hz bis 50 Hz arbeitet, und/oder

- dass das Laser-Verfahren als Laser-Abtrag-Verfahren ausgestaltet ist, und/oder

- dass das Laser-Abtrag-Verfahren mit Laser-Puls-Energien im Bereich von 1 mJ bis 50 mJ und/oder mit Pulszeiten im Bereich von 10 ns bis 1.000 ns und/oder mit Pulsfrequenzen im Bereich von 1 kHz bis 100 kHz arbeitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d ad u rc h g e ke n nze i c h n et,

- dass beim Entfernen der wenigstens einen alten Beschichtung eine auf die Komponente aufgebrachte alte Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht (3) und eine auf die Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht (3) aufgebrachte alte Hitzeschutzschicht (4) entfernt werden, und/oder

- dass beim Anbringen der wenigstens einen neuen Beschichtung eine neue Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht (3') im Lochbereich (12) und im Längsabschnitt (11) aufgebracht wird, und/oder

- dass nach dem Anbringen der neuen Oxidations- und/oder Korrosions- Schutzschicht 3' eine neue Hitzeschutzschicht 4' zumindest im Lochbereich (12) auf die Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht 3' aufgebracht wird, und/oder

- dass als neue Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht (3') eine Metall- Beschichtung verwendet wird, und/oder - dass als neue Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht (3') eine MCr- AIY-Beschichtung verwendet wird, wobei M zumindest ein Mitglied aus folgender Gruppe ist: Eisen, Kupfer, Nickel, Kobalt oder Kombinationen davon, und/oder - dass als neue Hitzeschutzschicht (4') eine Keramik-Beschichtung verwendet wird, und/oder

- dass als neue Hitzeschutzschicht (4') eine Zirkoniumoxid-Beschichtung verwendet wird, und/oder

- dass die neue Oxidations- und/oder Korrosionsschutzschicht (3') mit einer Schichtstärke von etwa 150 μm bis 600 μm aufgebracht wird, und/oder

- dass die neue Hitzeschutzschicht (4') mit einer Schichtdicke von etwa 200 μm bis 500 μm aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d ad u rc h g e ke n nze i c h n et,

- dass das Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von solchen Kühllöchern (5) verwendet wird, die in der Komponente (1 ) und/oder in der wenigstens einen Beschichtung (3, 4) entlang ihrer Länge einen konstanten Soll- Querschnitt (6) aufweisen, und/oder - dass das Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von solchen Kühllöchern (5) verwendet wird, die eine gegenüber einer Normalen zur Außenseite (2) der Komponente (1 ) geneigte Längsrichtung aufweisen, und/oder

- dass das Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von solchen Kühllöchern (5) verwendet wird, die in der Komponente (1 ) und/oder in der wenigstens ei- nen Beschichtung (3, 4) einen aerodynamisch gestalteten Austrittsbereich (9) mit variierendem Soll-Querschnitt (6) aufweisen, und/oder

- dass das Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von solchen Kühllöchern (5) verwendet wird, die in der Komponente (1 ) und/oder in der wenigstens einen Beschichtung (3, 4) einen sich zu einer Austrittsöffnung (8, 8') aufwei- tenden Soll-Querschnitt (6) aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d ad u rc h g e ke n nze i c h n et,

- dass das Kühlloch (5) nach dem Entfernen der wenigstens einen alten Be- Schichtung (3, 4) im Längsabschnitt (11 ) in der Längsrichtung des Kühllochs (5) einen Alt-Querschnittsverlauf (14) aufweist, dessen einzelne Alt- Querschnitte (13) größer sind als die zugehörigen Soll-Querschnitte (6) eines Soll-Querschnittsverlaufs (7) in diesem Längsabschnitt (11 ), und/oder

- dass das Kühlloch (5) nach dem Anbringen der wenigstens einen neuen Be- Schichtung (3', 4') im Längsabschnitt (11 ) und/oder im Lochbereich (12) in der Längsrichtung des Kühllochs (5) einen Zwischen-Querschnittsverlauf (17) aufweist, dessen einzelne Zwischen-Querschnitte (16) kleiner sind als die zugehörigen Soll-Querschnitte (6) eines Soll-Querschnittsverlaufs (7), und/oder - dass das Kühlloch (5) nach dem teilweisen Entfernen der wenigstens einen neuen Beschichtung (3', 4') im Längsabschnitt (11 ) und/oder im Lochbereich (12) in der Längsrichtung des Kühllochs (5) einen Neu-Querschnittsverlauf (19) aufweist, dessen einzelne Neu-Querschnitte (18) etwa gleich groß sind wie die zugehörigen Soll-Querschnitte (6) eines Soll-Querschnittsverlaufs (7).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d ad u rc h g e ke n nze i c h n et, dass das Verfahren bei einer Komponente (1 ), die mehrere Kühllöcher (5) aufweist, an mehreren Kühllöchern (5) gleichzeitig oder bezüglich der einzelnen Verfahrensschritte zeitlich versetzt durchgeführt wird.

8. Beschichtete Komponente (1 ) einer Gasturbine, mit wenigstens einem Kühlloch (5), das in einem an eine Außenseite (2) der Komponente (1 ) angrenzenden Längsbereich (11 ) und/oder in einem das Kühlloch (5) einfassenden Loch- bereich (12) einen Soll-Querschnitt (6) oder in seiner Längsrichtung einen Soll- Querschnittsverlauf (7) aufweist, den das Kühlloch (5) in einem ursprünglichen Neuzustand der fertigen Komponente (1) aufweist, wobei sich eine Beschich- tung (3') der Komponente (1 ) zumindest bis in den Längsbereich (11 ) hineinerstreckt.