DE102015223916A1 - Method for processing, in particular repair, an airfoil of a turbomachine, a blade device and a device for processing an airfoil of a turbomachine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Schaufelblattes (10) einer Turbomaschine, insbesondere zu einer in-situ Bearbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Teilbereich (1) eines Schaufelblattes (10) mechanisch entfernt wird und anschließend b) eine gezielte lokale Wärmebehandlung des Teilbereichs (1) vorgenommen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaufelvorrichtung und eine Vorrichtung zur Reparatur eines Schaufelblattes (10).The invention relates to a method for processing an airfoil (10) of a turbomachine, in particular for in-situ processing, characterized in that a) a partial region (1) of an airfoil (10) is removed mechanically and then b) a targeted local heat treatment of the subarea (1). The invention further relates to a blade device and a device for repairing an airfoil (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere der Reparatur, eines Schaufelblattes einer Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Schaufelvorrichtung gemäß Anspruch 10 und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Schaufelblattes einer Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 12. The invention relates to a method for machining, in particular the repair, of an airfoil of a turbomachine with the features of claim 1, a blade device according to
Schaufelblätter von Rotoren und Statoren in Turbomaschinen sind thermisch und / oder mechanisch hoch belastete Bauelemente. Es kann daher vorkommen, dass ein Teilbereich eines Schaufelblattes – z.B. durch eine Fremdkörperbeschädigung (FOD: Foreign Object Damage) – beschädigt wird. Insbesondere bei Verdichter- oder Fanschaufelblättern von Flugzeugtriebwerken kann eine solche Beschädigung, z.B. durch Einschläge von Steinen oder Hagelkörnern, verursacht werden. Blades of rotors and stators in turbomachinery are thermally and / or mechanically highly loaded components. It may therefore happen that a portion of an airfoil - e.g. Foreign Object Damage (FOD) - is damaged. In particular, with compressor or fan blades of aircraft engines, such damage, e.g. caused by impacts of stones or hailstones.
Zur Bearbeitung oder Reparatur von solchen Schäden sind z.B. Verfahren aus der
Grundsätzlich besteht die Aufgabe, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur Bearbeitung, insbesondere Reparatur, von Schaufelblättern zu schaffen. Basically, the object is to provide improved methods and apparatus for processing, in particular repair, of blades.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a method having the features of claim 1.
Das Verfahren ist dabei auf eine Bearbeitung, insbesondere Reparatur, von Schaufelblättern einer Turbomaschine (d.h. sowohl für Statoren und Rotoren) anwendbar. Dabei wird zunächst ein Teilbereich eines Schaufelblattes mechanisch entfernt. Dieser Teilbereich kann z.B. den Bereich umfassen, in dem sichtbare Risse aufgetreten sind. Anschließend wird eine gezielte lokale Wärmebehandlung des Teilbereichs. Dabei kann dieses Verfahren insbesondere in-situ in der Turbomaschine durchgeführt werden. Bei einem Flugzeugtriebwerk ist es für die Bearbeitung nicht erforderlich, dass Teile des Flugzeugtriebwerks demontiert werden müssen. The method is applicable to machining, especially repair, of blades of a turbomachine (i.e., both stators and rotors). In this case, first a portion of an airfoil is mechanically removed. This subregion may be e.g. include the area where visible cracks have occurred. Subsequently, a targeted local heat treatment of the subregion. In this case, this method can be carried out in particular in-situ in the turbomachine. In an aircraft engine, it is not necessary for machining that parts of the aircraft engine must be disassembled.
Dabei kann das Verfahren insbesondere auf Schaufelblätter angewandt werden, die mindestens teilweise aus Titan, einer Titanlegierung, aus Stahl oder einer Nickel-Legierung bestehen. In this case, the method can be applied in particular to blades that are at least partially made of titanium, a titanium alloy, steel or a nickel alloy.
Das Verfahren ist auch anwendbar, wenn die Schaufelblätter Teil einer Blisk ist. Insbesondere auch, wenn die Schaufelblätter Teil einer Kompressorstufe oder einer Fanstufe eines Flugzeugtriebwerks sind. The method is also applicable when the airfoils are part of a blisk. In particular, even if the blades are part of a compressor stage or a Fanstufe an aircraft engine.
Dabei kann in einer Ausführungsform die lokale Wärmebehandlung durch eine infrarote Wärmequelle, eine induktive Wärmequelle oder eine Laserwärmequelle durchgeführt werden. In jedem Fall ist die Applikation der Wärme zielgenau möglich. In this case, in one embodiment, the local heat treatment by an infrared heat source, an inductive heat source or a laser heat source can be performed. In any case, the application of heat is precisely possible.
Für eine effiziente Wärmebehandlung wird die lokale Wärmebehandlung für eine Temperatur durchgeführt, die im Bereich des Spannungsarmglühens des Materials des Schaufelblattes erfolgt. For an efficient heat treatment, the local heat treatment is carried out for a temperature which takes place in the area of stress relief annealing of the material of the airfoil.
So kann in einer Ausführungsform eine vorbestimmte Temperatur und eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgen, insbesondere für
Titan 64: bei 600 °C (+/– 50°C) über 1h (+/– 30 min),
Titan 6246 und IMI834: bei 640 °C (+/– 50°C) über 2h (+/– 45 min),
Inconel 718: bei 620 °C (+/– 50 °C) über 8h (+/– 120 min),
Stahl: bei 620°C (+/– 50 °C) bis zu 1h (+/– 30 min). Thus, in one embodiment, a predetermined temperature and a predetermined period of time, in particular for
Titan 64: at 600 ° C (+/- 50 ° C) for 1h (+/- 30 min),
Titan 6246 and IMI834: at 640 ° C (+/- 50 ° C) for 2h (+/- 45 min),
Inconel 718: at 620 ° C (+/- 50 ° C) over 8h (+/- 120 min),
Steel: at 620 ° C (+/- 50 ° C) up to 1h (+/- 30 min).
Die Bereichsangaben in Klammern geben an, welche Temperatur- oder Zeitbereiche verwendbar sind. The ranges in parentheses indicate which temperature or time ranges are usable.
In einer weiteren Ausführungsform wird nach der lokalen Wärmebehandlung des Teilbereichs eine Abkühlung mit einer gesteuerten Abkühlrate vorgenommen. In a further embodiment, after the local heat treatment of the partial area, cooling is carried out with a controlled cooling rate.
Vor allem zur Vermeidung von Oxidationen wird in einer Ausführungsform die lokale Wärmebehandlung des Teilbereichs mindestens zeitweise unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt, insbesondere mit Argon als Schutzgas. In particular, in order to avoid oxidation, in one embodiment, the local heat treatment of the subregion is carried out at least temporarily under a protective gas atmosphere, in particular using argon as protective gas.
Die Aufgabe wird auch durch eine Schaufelvorrichtung (z.B. eine Blisk als Schaufelvorrichtung eines Flugzeugtriebwerks) mit mindestens einem Schaufelblatt gelöst, die nach einem der Verfahren bearbeitbar ist. The object is also achieved by a vane apparatus (e.g., a blisk as an aircraft engine vane apparatus) having at least one airfoil operable according to one of the methods.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. The object is also achieved by a device having the features of
Dabei kann in einer Ausführungsform die Wärmequelle zur in-situ Wärmebehandlung an eine Boroskop-Vorrichtung gekoppelt sein. In one embodiment, the heat source may be coupled to a borescope device for in-situ heat treatment.
In Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung erläutert. Dabei zeigt In connection with the embodiments illustrated in the figures, the invention will be explained. It shows
In
Dabei weisen die Fanstufe
Aufgrund der Anordnung im Flugzeugtriebwerk
Im Folgenden wird ein Zugang zu dem Gaskanal im Inneren des Flugzeugtriebwerks
In
Ein erster Teilbereich
- 1. Mikrorisse im
geschädigten Teilbereich 1A oder demabgetragen Teilbereich 1B , - 2. Spannungsüberhöhung aufgrund des eingebrachten Kerbfaktors,
- 3. Lokal eingebrachte Eigenspannungen,
- 4. Gefügeschädigungen durch plastische Deformation im Schädigungsgrund.
- 1. Microcracks in the damaged
area 1A or theworn portion 1B . - 2. voltage increase due to the introduced notch factor,
- 3. Locally introduced internal stresses,
- 4. Damage caused by plastic deformation in the cause of damage.
Probleme mit Mikrorissen oder Spannungsüberhöhung lassen sich in der Regel durch ein Abtragen von Material lösen. Die Radien an den beschädigten Bereichen werden groß und flach ausgeführt. Auf die lokal eingebrachte Eigenspannung und die Gefügeschädigung wird im Zusammenhang mit der
Anhand der
In
Der Schädigungsbereich
In
Bei der lokalen Wärmebehandlung wird insbesondere ein Temperaturbereich gewählt, der im Bereich des Spannungsarmglühens liegt. Da keine wesentlichen Änderungen der Festigkeitseigenschaften bewirkt werden sollen, muss die Glühtemperatur unterhalb der untersten Umwandlungstemperatur Ac1 bzw. bei vergüteten Werkstoffen unterhalb der Anlasstemperatur liegen. Gefügeänderungen treten also nicht auf. Die Glühtemperatur ist von der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffes abhängig. Für Titan basierte Komponenten liegt dieser Temperaturbereich zwischen 600 °C und 650 °C. In the case of local heat treatment, in particular a temperature range is selected that is in the range of low-stress annealing. Since no significant changes in the strength properties are to be effected, the annealing temperature must be below the lowest transformation temperature Ac1 or, in the case of tempered materials, below the tempering temperature. So structural changes do not occur. The annealing temperature depends on the chemical composition of the material. For titanium based components, this temperature range is between 600 ° C and 650 ° C.
Die in-situ Fähigkeit des vorliegenden Verfahrens ergibt sich vor allem daraus, dass die lokale Wärmebehandlung an eine Boroskop-Vorrichtung
Dazu werden zunächst bestimmte Öffnungen
Im Rahmen dieser Arbeiten erfolgt nach der mechanischen Entfernung des Materials eine lokale Wärmebehandlung, um lokale eingebrachte Eigenspannungen im Gefüge und / oder Gefügeschädigungen durch plastische Deformation zu verringern. In the context of this work, after the mechanical removal of the material, a local heat treatment is carried out in order to reduce local induced internal stresses in the structure and / or microstructural damage by plastic deformation.
Nach Abschluss der Arbeiten wird das Werkzeug (Blending-Scope
In
An das Blending-Scope
Durch die Anordnung der Wärmequelle
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Teilbereich eines Schaufelblattes Part of an airfoil
- 1A 1A
- erster Teilbereich eines Schaufelblattes mit Beschädigung first part of an airfoil with damage
- 1B 1B
- zweiter Teilbereich mit einem abgetragenen Teilbereich second subarea with a worn portion
- 3 3
- Schädigungsbereich damage area
- 4 4
- Bereich sichtbarer Schädigungen Area of visible damage
- 5 5
- Bereich plastischer Deformationen Area of plastic deformation
- 10 10
- Schaufelblatt airfoil
- 11 11
- Stufe einer Turbomaschine Stage of a turbomachine
- 12 12
- Wärmequelle heat source
- 13 13
- Schutzgas protective gas
- 20 20
- Blending-Scope Blending Scope
- 21 21
- Spannungsquelle voltage source
- 22 22
- Lichtquelle light source
- 23 23
- Lichtkabel light Guides
- 24 24
- Kameramodul camera module
- 25 25
- Monitor monitor
- 26 26
- Werkzeug Tool
- 100 100
- Turbomaschine, Flugzeugtriebwerk Turbomachine, aircraft engine
- 101 101
- Fanstufe fan stage
- 102 102
- Niederdruck-Kompressorstufe Low-pressure compressor stage
- 103 103
- Hochdruck-Kompressorstufe High-pressure compressor stage
- 104 104
- Brennkammer combustion chamber
- 105 105
- Turbinenstufen turbine stages
- 106 106
- Öffnungen für Boroskop Openings for boroscope
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102015223916.0A DE102015223916A1 (en) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Method for processing, in particular repair, an airfoil of a turbomachine, a blade device and a device for processing an airfoil of a turbomachine |
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