DE102014205426A1 - Frame for holding components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gestell zur Halterung von Bauteilen, insbesondere von Turbinenschaufeln, während eines Beschichtungsprozesses, mit einem zentralen Gaszuführungsrohr (1), das eine Längsachse (X) definiert, und wenigstens einem Trägerboden (2), der von dem zentralen Gaszuführungsrohr (1) durchgriffen wird und an diesem angebracht ist, wobei der Trägerboden (2) eine untere Bodengrundplatte (2a) und eine obere Bodendeckplatte (2b) umfasst, die in Sandwichbauweise mit axialem Abstand zueinander angeordnet und unter Bildung eines geschlossenen Hohlraums (2c) an der radialen Innenseite des Trägerbodens (2) mit dem Gaszuführungsrohr (1) und an ihren radial äußeren Randbereichen miteinander verbunden sind, wobei der Hohlraum (2c) durch Trennwandelemente (3), die sich vom inneren zum äußeren Randbereich des Trägerbodens (2) erstrecken, in mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Kammern unterteilt ist, wobei die Trennwandelemente (3) an ihrer Unterseite Verbindungsstege (3a) aufweisen, welche in korrespondierende Verbindungsschlitze (5) in der Bodengrundplatte eingesteckt sind und diese derart durchgreifen, dass die Verbindungsstege (3a) nach unten über die Bodengrundplatte (2) vorstehen, und dass die nach unten vorstehenden Stegbereiche der Verbindungsstege (4) mit der Unterseite der Bodengrundplatte (1a) durch Kehlnähte schweißverbunden sind.The invention relates to a frame for holding components, in particular turbine blades, during a coating process, comprising a central gas supply pipe (1) defining a longitudinal axis (X) and at least one support bottom (2) extending from the central gas supply pipe (1). is gripped and attached to, wherein the support bottom (2) comprises a lower bottom base plate (2a) and an upper bottom cover plate (2b) arranged in sandwich construction with axial distance from each other and to form a closed cavity (2c) on the radially inner side of the support floor (2) are connected to each other at their radially outer edge regions, the cavity (2c) being divided into a plurality of partition walls by partition wall elements (3) extending from the inner to the outer edge region of the support floor (2) Sectionally adjacent chambers is divided, wherein the partition wall elements (3) on its underside Verbindun gsstege (3a) which are inserted into corresponding connecting slots (5) in the bottom base plate and pass through them so that the connecting webs (3a) project down over the bottom base plate (2), and that the downwardly projecting web portions of the connecting webs (4 ) are welded to the underside of the bottom base plate (1a) by fillet welds.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gestell zur Halterung von Bauteilen, insbesondere von Turbinenschaufeln, während eines Beschichtungsprozesses, mit einem zentralen Gaszuführungsrohr, das eine Längsachse definiert, und wenigstens einem Trägerboden, der von dem zentralen Gaszuführungsrohr durchgriffen wird und an diesem angebracht ist, wobei der Trägerboden eine untere Bodengrundplatte und eine obere Bodendeckplatte umfasst, die in Sandwichbauweise mit axialem Abstand zueinander angeordnet und unter Bildung eines geschlossenen Hohlraums an der radialen Innenseite des Trägerbodens mit dem Gaszuführungsrohr und an ihren radial äußeren Randbereichen miteinander verbunden sind, wobei der Hohlraum durch Trennwandelemente, die sich vom inneren zum äußeren Randbereich des Trägerbodens erstrecken, in mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Kammern unterteilt ist. The present invention relates to a frame for supporting components, in particular turbine blades, during a coating process, with a central gas supply tube defining a longitudinal axis, and at least one carrier bottom, which is penetrated by the central gas supply tube and attached thereto, wherein the carrier bottom a bottom bottom base plate and an upper bottom top plate sandwiched axially spaced from one another and interconnected to form a closed cavity at the radial inside of the tray with the gas feed tube and at their radially outer edge portions, the cavity being defined by divider wall elements which extend extend from the inner to the outer edge region of the carrier base, is divided into a plurality of circumferentially adjacent chambers.
Bauteile von Gasturbinen wie z.B. die Turbinenschaufeln werden im Betrieb aggressiven Arbeitsumgebungen ausgesetzt. Aus diesem Grund werden diese Bauteile mit Beschichtungen versehen, um ihre Wärme- und Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Als Beschichtungsverfahren kommt u.a. die sogenannte chemical vapor deposition (CVD) zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, welches auf der chemischen Reaktion von Gasen beruht. CVD-Beschichtung wird auch beim sogenannten Alitieren eingesetzt, einem Oberflächenschutzverfahren, bei welchem in die Oberfläche von metallischen Bauteilen Aluminium eingebracht wird. Components of gas turbines, such as e.g. The turbine blades are exposed to aggressive working environments during operation. For this reason, these components are provided with coatings to increase their heat and corrosion resistance. As a coating method u.a. the so-called chemical vapor deposition (CVD) is used. This is a coating process based on the chemical reaction of gases. CVD coating is also used in so-called Alitieren, a surface protection method in which aluminum is introduced into the surface of metallic components.
Beim CVD-Beschichten ist zur Gewährleistung eines optimalen Beschichtungsergebnisses die Erzeugung einer gleichmäßigen beschichtungsaktiven Atmosphäre erforderlich. Zur Außenbeschichtung nach dem CVD-Verfahren wird der Beschichtungsraum eines entsprechenden Beschichtungsofens daher in einzelne kleine Kammern unterteilt, in denen eine gleichmäßige beschichtungsaktive Atmosphäre vergleichsweise einfach erzeugt werden kann. In CVD coating, the production of a uniform coating active atmosphere is required to ensure an optimal coating result. For external coating by the CVD method, the coating space of a corresponding coating furnace is therefore subdivided into individual small chambers, in which a uniform coating-active atmosphere can be generated comparatively easily.
Zur Herstellung einer Beschichtung an den Innenflächen von Turbinenschaufeln werden spezielle Chargiergestelle eingesetzt. Diese besitzen mehrere Trägerböden, die in mehreren Etagen übereinander an einem zentralen Gaszuführungsrohr gehalten sind. Die Trägerböden sind jeweils in Sandwichbauweise hergestellt und definieren zwischen einer Bodengrundplatte und einer Bodendeckplatte einen Hohlraum, über welchen Turbinenschaufeln, die an der Oberseite des Trägerbodens gehalten sind, das Beschichtungsgas zugeführt wird. Der in dem jeweiligen Trägerboden ausgebildete Hohlraum ist dabei durch Trennwandelemente, die sich radial vom inneren zum äußeren Randbereich des Trägerbodens erstrecken, in mehrere in Umfangsrichtung liegende Kammern unterteilt. Diese stehen jeweils mit dem Inneren des Gaszuführungsrohrs durch eine entsprechende Öffnung in Verbindung, durch welche den Kammern das Beschichtungsgas zugeführt wird. Die Kammern sind mit Aufnahmebohrungen in der Bodendeckplatte versehen, in welchen jeweils ein Aufnahmeschuh mit einem zentralen Zulaufröhrchen für das Beschichtungsgas fixiert ist. Special charge racks are used to produce a coating on the inner surfaces of turbine blades. These have a plurality of carrier floors, which are held in several floors one above the other at a central gas supply pipe. The carrier bottoms are each made in sandwich construction and define between a bottom base plate and a bottom cover plate a cavity through which turbine blades, which are held on top of the carrier base, the coating gas is supplied. The cavity formed in the respective carrier base is divided by partition wall elements, which extend radially from the inner to the outer edge region of the carrier base, into a plurality of chambers lying in the circumferential direction. These are respectively connected to the interior of the gas supply pipe through a corresponding opening through which the coating gas is supplied to the chambers. The chambers are provided with receiving bores in the bottom cover plate, in each of which a receiving shoe is fixed with a central inlet tube for the coating gas.
Solche Chargiergestellen sind beim Beschichten nach dem CVD-Verfahren Temperaturen von über 1000°C ausgesetzt und mit einem hohen Gewicht von etwa 100 kg in den einzelnen Etagen belastet. Dies führt dazu, dass bereits nach der dritten Innenalitierung die Trägerböden zum Teil soweit verzogen sind, dass die in den Aufnahmeschuhen platzierten Turbinenschaufeln miteinander oder mit dem Gestell in Kontakt kommen. Ferner führt die starke Verformung bei voller Beladung zu Rissen in den Schweißnähten, durch welche die Trennwandelemente mit der Bodengrundplatte und der Bodendeckplatte verbunden sind. Such charging racks are exposed to temperatures of over 1000 ° C during coating by the CVD method and loaded with a high weight of about 100 kg in the individual floors. As a result, even after the third inner alkalization, the carrier bottoms are partially distorted so far that the turbine blades placed in the receiving shoes come into contact with each other or with the frame. Further, the severe deformation at full load leads to cracks in the welds, through which the partition wall elements are connected to the bottom base plate and the bottom cover plate.
Bei zu starker Verformung müssen die Chargiergestelle regelmäßig gerichtet und die Risse in den Schweißnähten nachbearbeitet werden. Dabei können sich die Trennwandelemente verdrehen, und beim Schweißen einer neuen Naht wird Aluminium mit in die Schmelze eingebracht. Die Reparatur eines solchen Chargiergestells dauert etwa drei Wochen, was immer Ersatzgestelle mit hoher Kapitalbindung erfordert. Trotz der bei der Wartung ausgeführten Richtmaßnahmen muss man an einigen Aufnahmebohrungen in der Ebene den Aufnahmeschuh so unterfüttern, dass keine Berührung an der Abstreifkante oder am Gestell selber vorliegt. Im Ergebnis sind die Wartungsarbeiten an Chargiergestellen zeit- und kostenaufwendig. If the deformation is too great, the charging racks must be regularly aligned and the cracks in the welds reworked. In this case, the partition wall elements can rotate, and when welding a new seam aluminum is introduced into the melt. The repair of such a charging frame takes about three weeks, which always requires spare parts with high capital commitment. Despite the corrective measures carried out during maintenance, it is necessary to undercut the pick-up shoe on some of the mounting holes in the plane so that there is no contact with the wiper edge or the frame itself. As a result, the maintenance work on charging racks is time-consuming and costly.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gestell zur Halterung von Bauteilen der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass es eine hohe Stabilität besitzt und damit die Wartungsintervalle und der Wartungsaufwand gering gehalten werden können. The object of the invention is therefore to provide a frame for mounting components of the type mentioned in such a way that it has a high stability and thus the maintenance intervals and maintenance can be kept low.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Gestell der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Trennwandelemente an ihrer Unterseite Verbindungsstege aufweisen, welche in korrespondierende Verbindungsschlitze in der Bodengrundplatte eingesteckt sind und diese derart durchgreifen, dass die Verbindungsstege nach unten über die Bodengrundplatte vorstehen, und dass die nach unten vorstehenden Stegbereiche der Verbindungsstege mit der Unterseite der Bodengrundplatte durch Kehlnähte schweißverbunden sind. This object is achieved with a frame of the type mentioned above in that the partition wall elements have on their underside connecting webs which are inserted into corresponding connecting slots in the bottom base plate and pass through them so that the connecting webs project downwards over the bottom base plate, and that the downwardly projecting web portions of the connecting webs with the underside of the bottom base plate are weldedly connected by fillet welds.
Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, die Trennwandelemente an der Bodengrundplatte mittels eines Steckmechanismus zu positionieren und anschließend über Kehlnähte festzuschweißen. Hierzu weisen die Trennwandelemente erfindungsgemäß an ihrer Unterseite Verbindungsstege auf, welche korrespondierenden Verbindungsschlitze in der Bodengrundplatte durchgreifen. Die Verbindungsstege besitzen dabei eine Höhe, die größer als die Dicke der Bodengrundplatte ist, so dass die Verbindungsstege nach unten aus dem Trägerboden herausragen und damit beidseitig über Kehlnähte mit der Unterseite der Bodengrundplatte verschweißt werden können. Zweckmäßigerweise entspricht die Steghöhe der doppelten Dicke der Bodengrundplatte. The invention is therefore based on the idea to position the partition wall elements on the base plate by means of a plug-in mechanism and then festzuschweißen over fillets. For this purpose, the partition wall elements according to the invention on its underside on connecting webs, which pass through corresponding connecting slots in the bottom base plate. The connecting webs in this case have a height which is greater than the thickness of the bottom base plate, so that the connecting webs protrude down from the support base and thus can be welded on both sides via fillet welds with the underside of the bottom base plate. Conveniently, the web height corresponds to twice the thickness of the base plate.
Es hat sich gezeigt, dass durch Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindungstechnik die Stabilität der Trägerböden deutlich erhöht werden kann. It has been found that the stability of the carrier bottoms can be significantly increased by using the connection technology according to the invention.
In bevorzugter Weise erstrecken sich die Verbindungsstege und die Verbindungsschlitze über wenigstens 50%, insbesondere über wenigstens 60% und bevorzugt über wenigstens 70% der Länge der Trennwandelemente. Auf diese Weise kann über eine relativ lange radiale Strecke eine Schweißverbindung zwischen den Verbindungsstegen der Trennwandelemente und der Bodengrundplatte hergestellt werden. Bevorzugt ist dabei ein langer Verbindungssteg an jedem Trennwandelement vorgesehen, der sich über wenigstens 50% der Länge des Trennwandelements erstreckt. Zusätzlich kann mit radialem Abstand von dem langen Verbindungssteg wenigstens ein weiterer, kurzer Verbindungssteg vorgesehen sein. Zusätzlich können die Trennwandelemente an ihrer Unterseite mit radialem Abstand von dem langen Verbindungssteg wenigstens einen kurzen Haltesteg aufweisen, welcher in eine korrespondierende Verbindungsöffnung in der Bodengrundplatte gesteckt und in dieser vollständig aufgenommen ist, wobei die Haltestege an ihren radial nach innen und nach außen weisenden Ecken mit Fasen versehen und im Bereich dieser Fasen mit der Bodengrundplatte über Kehlnähte von der Unterseite der Bodengrundplatte her verschweißt sind. Über den langen Verbindungssteg erfolgt dabei die Hauptfixierung mittels einer doppelseitigen Kehlnaht zwischen dem Verbindungssteg und der Bodengrundplatte, und der weitere, kurze Verbindungssteg bzw. Haltesteg bildet einen zusätzlichen Zug- und Druckpunkt. Preferably, the connecting webs and the connecting slots extend over at least 50%, in particular over at least 60% and preferably over at least 70% of the length of the partition wall elements. In this way, over a relatively long radial distance, a welded connection between the connecting webs of the partition wall elements and the bottom base plate can be made. In this case, a long connecting web is preferably provided on each dividing wall element, which extends over at least 50% of the length of the dividing wall element. In addition, at least one further, short connecting web can be provided with a radial distance from the long connecting web. In addition, the partition wall elements may have on their underside with a radial distance from the long connecting web at least a short holding web, which is inserted into a corresponding connection opening in the bottom base plate and completely received therein, wherein the holding webs at their radially inwardly and outwardly facing corners with Be provided chamfers and welded in the region of these bevels with the bottom base plate via fillet welds from the bottom of the bottom base plate ago. Via the long connecting web, the main fixing takes place by means of a double-sided fillet weld between the connecting web and the base plate, and the further, short connecting web or holding web forms an additional tensile and pressure point.
Die langen Verbindungsstege erstrecken sich dabei bevorzugt von einer Position nahe des inneren Randbereichs des Trägerbodens radial nach außen. The long connecting webs preferably extend radially outward from a position near the inner edge region of the carrier bottom.
In gleicher Weise können die Trennwandelemente an ihrer Oberseite Stützstege aufweisen, welche in korrespondierende Ausnehmungen in der Bodendeckplatte gesteckt sind, um so eine formschlüssige Verbindung zwischen den Trennwandelementen und der Bodendeckplatte herzustellen. Die Stützstege sind mit der Bodendeckplatte zweckmäßigerweise verschweißt. In bevorzugter Weise durchgreifen die Stützstege die Ausnehmungen in der Bodendeckplatte, so dass sie nach oben über die Bodendeckplatte vorstehen, wobei die nach oben vorstehenden Bereiche der Stützstege mit der Oberseite der Bodendeckplatte durch Kehlnähte, insbesondere Doppelkehlnähte schweißverbunden sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Stützstege in die Ausnehmungen der Bodenplatte eingreifen, so dass sie vollständig innerhalb der Ausnehmungen positioniert sind, und dass die Stützstege an ihren nach innen und nach außen weisenden Ecken mit Fasen versehen und im Bereich dieser Fasen mit der Bodendeckplatt von deren Oberseite her durch HV-Nähte schweißverbunden sind. In the same way, the partition wall elements may have on their upper side support webs which are inserted into corresponding recesses in the bottom cover plate so as to produce a positive connection between the partition wall elements and the bottom cover plate. The support webs are advantageously welded to the bottom cover plate. Preferably, the support webs pass through the recesses in the bottom deck plate, so that they protrude above the bottom deck plate, wherein the upwardly projecting portions of the support webs are welded to the top of the bottom deck plate by fillet welds, in particular Doppelkehlnähte. Alternatively it can be provided that the support webs engage in the recesses of the bottom plate, so that they are positioned completely within the recesses, and that the support webs provided at their inwardly and outwardly facing corners with chamfers and in the region of these chamfers with the Bodendeckplatt of whose top are welded together by HV seams.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass übereinander liegende Trägerböden oder ein Trägerboden und eine darüber positionierte Gestellabdeckplatte an ihrem äußeren Randbereich durch Stützstangen miteinander verbunden sind. Die unteren Enden der Stützstangen sind dabei bevorzugt an einem Trägerboden festgeschweißt, und die Stützstangen tragen an ihrem oberen Ende Zentrierstücke, auf welche eine weitere Stützstange zentriert aufgesetzt werden kann. Die Stützstangen sind dabei in an sich bekannter Weise rohrförmig ausgebildet. According to one embodiment of the invention, it is provided that superimposed carrier bottoms or a carrier base and an overlying Gestellabdeckplatte are connected to each other at their outer edge region by support rods. The lower ends of the support rods are preferably welded to a support base, and the support rods carry at its upper end centering on which a further support rod centered can be placed. The support rods are tubular in a conventional manner.
Ebenso können benachbarte Stützstangen durch Verbindungsstangen, die sich insbesondere parallel zu dem Trägerboden erstrecken, miteinander verbunden sein, wobei die Stützstangen mit den Verbindungsstangen bevorzugt verschweißt sind. Likewise, adjacent support rods may be connected to each other by connecting rods, which extend in particular parallel to the support base, wherein the support rods are preferably welded to the connecting rods.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Bodengrundplatte, die Bodendeckplatte, die Trennwandelemente und das Gaszuführungsrohr aus einem einheitlichen Material, insbesondere aus dem Stahl 1.4841. Aus diesem Material sollten auch die Stützstangen sowie die die Stützstangen verbindenden Verbindungsstangen bestehen. According to a preferred embodiment of the invention, the bottom base plate, the bottom cover plate, the partition wall elements and the gas supply pipe consist of a uniform material, in particular of steel 1.4841. From this material should also consist of the support rods and the connecting rods connecting the support rods.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung des einheitlichen Materials, nämlich des Stahls 1.4816, für die wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen CVD-Gestells und die Verbindung der Bodendeckplatte mit der Bodengrundplatte mittels der Trennwandelemente über kombinierte Steckverbindungen und Schweißverbindungen mittels doppelter Kehlnähte eine vergleichsweise hohe Stabilität erreicht werden kann. Durch den formschlüssigen Eingriff der Verbindungs- und Stützstege der Trennwandelemente in die korrespondierenden Verbindungsschlitze bzw. Ausnehmungen der Bodengrundplatte und der Bodendeckplatte werden dabei Zug- und Druckpunkte im Belastungsfall gebildet, wodurch die Kehlnähte von Schubspannungen entlastet werden. Außerdem lassen sich die Bauteile leicht zueinander positionieren. Versuche haben ergeben, dass ein solches Gestell auch nach dreißig Innenaletierungsprozessen keinen sichtbaren Verzug aufweisen. Entsprechend können die Wartungsintervalle deutlich verlängert und somit der Wartungsaufwand erheblich verringert werden. It has been shown that by the use of the uniform material, namely the steel 1.4816, for the essential components of the CVD frame and the connection of the bottom cover plate with the bottom base plate by means of the partition wall elements via combined connectors and welded joints by means of double fillet welds a comparatively high stability can be achieved. Due to the positive engagement of the connecting and supporting webs of the partition wall elements in the corresponding connecting slots or recesses of the Ground base plate and the ground cover plate while tensile and pressure points are formed in the load case, whereby the fillet welds are relieved of shear stress. In addition, the components can be easily positioned to each other. Tests have shown that such a frame, even after thirty Innenaletierungsprozessen no visible delay. Accordingly, the maintenance intervals can be significantly extended and thus the maintenance costs are significantly reduced.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. In der Zeichnung zeigt In the drawing, the invention with reference to an embodiment is illustrated in more detail. In the drawing shows
In der Zeichnung ist ein Gestell zur Halterung von Bauteilen während eines Beschichtungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im konkreten Fall dient das Gestell – auch Chargiergestell genannt – zur Halterung von Turbinenschaufeln bei der Innenalitierung. Das Chargiergestell besitzt ein zentrales Gaszuführungsrohr
Der ringförmige Hohlraum
Wie insbesondere die
Die Verbindungsstege
Wie insbesondere die
An ihrer Oberseite weisen die Trennwandelemente
Die drei Trägerböden
Wie insbesondere in der
Jeweils ein Trägerboden
Die
Schließlich sind in den Bodendeckplatten
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |