DE102018204493A1 - Method of repairing turbine blades - Google Patents

Method of repairing turbine blades Download PDF

Info

Publication number
DE102018204493A1
DE102018204493A1 DE102018204493.7A DE102018204493A DE102018204493A1 DE 102018204493 A1 DE102018204493 A1 DE 102018204493A1 DE 102018204493 A DE102018204493 A DE 102018204493A DE 102018204493 A1 DE102018204493 A1 DE 102018204493A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
blade
ceramic material
tip
blade tip
crown
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018204493.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Heiko Lammers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102018204493.7A priority Critical patent/DE102018204493A1/en
Publication of DE102018204493A1 publication Critical patent/DE102018204493A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/007—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only additive methods, e.g. build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/04—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284—Selection of ceramic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/62—Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/22—Manufacture essentially without removing material by sintering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Reparieren einer Turbinenschaufel bereitgestellt, die im Bereich der Anstreifkante der Schaufelblattspitze einschließlich des Kronenbodens beschädigt ist, wobei der beschädigte Bereich der Schaufelblattspitze einschließlich des Kronenbodens abgetragen wird, ein durch Kronenboden und Umfangswandung der Schaufel gebildeter Hohlraum mit einer keramischen Masse verfüllt wird und nach Aushärten der Keramik der Kronenboden und die Anstreifkante mittels eines additiven Verfahrens neu auf die restliche Schaufelblattspitze aufgebracht werden.A method is provided for repairing a turbine blade that is damaged in the area of the squealer blade tip edge including the crown bottom, whereby the damaged portion of the blade tip including the crown bottom is abraded, and a cavity formed by the crown bottom and peripheral wall of the blade is filled with a ceramic mass and after curing of the ceramic, the crown bottom and the squeal edge are re-applied by means of an additive method to the remaining blade tip.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, die im Bereich der Schaufelblattspitze einschließlich des Kronenbodens beschädigt ist.The invention relates to a method for repairing a turbine blade of a gas turbine, which is damaged in the region of the blade tip including the crown bottom.

In Gasturbinenanlagen wird thermische Energie und/oder Strömungsenergie eines durch Verbrennung eines Brennstoffs, z.B. eines Gases, erzeugten Heißgases in kinetische Energie (Rotationsenergie) einer Welle (Turbinenläufer) umgewandelt. Dazu ist in der Gasturbine ein Strömungskanal ausgebildet, in dessen axialer Richtung die Welle gelagert ist. Die Welle weist eine Anzahl von Radscheiben auf, an deren radial äußeren Stirnflächen eine Anzahl von Laufschaufeln in Form eines Schaufelkranzes angeordnet ist. Die Laufschaufeln sind mittels ihrer Schaufelfüße in Nuten der Stirnflächen eingesetzt. In radialer Richtung von einem Schaufelfuß einer Schaufel erstrecken sich eine Schaufelplattform und ein Schaufelblatt.In gas turbine plants, thermal energy and / or flow energy of a fuel produced by combustion of a fuel, e.g. of a gas generated hot gas into kinetic energy (rotational energy) of a wave (turbine runner) converted. For this purpose, a flow channel is formed in the gas turbine, in the axial direction of which the shaft is mounted. The shaft has a number of wheel disks, on the radially outer end faces of which a number of rotor blades in the form of a blade ring are arranged. The blades are inserted by means of their blade feet in grooves of the end faces. In the radial direction from a blade root of a blade, a blade platform and an airfoil extend.

Die Schaufelblätter ragen in den Strömungskanal hinein. Wird der Strömungskanal von einem Heißgas durchströmt, werden die Laufschaufeln mit einer Kraft beaufschlagt, die in ein auf die Welle wirkendes Drehmoment umgewandelt wird, das den Turbinenläufer rotierend antreibt, wobei die Rotationsenergie z.B. zum Betrieb eines Generators genutzt werden kann.The blades project into the flow channel. When the flow channel is traversed by a hot gas, the blades are subjected to a force which is converted into a torque acting on the shaft, which rotatably drives the turbine rotor, the rotational energy being e.g. can be used to operate a generator.

Herkömmliche Schaufelblätter von Laufschaufeln umfassen jeweils einen hohlen Schaufelblattkörper, der im Bereich der Schaufelblattspitze durch einen sogenannten Kronenboden verschlossen ist. An der Außenseite der Schaufelblattspitze ist eine Anstreifkante ausgebildet. Zwischen der Anstreifkante und einer den Strömungskanal der Gasturbine begrenzenden Wandung verbleibt ein Radialspalt vorgegebener Breite, um einerseits ein reibungsarmes Rotieren des Turbinenläufers zu ermöglichen, andererseits aber nur einen geringen Teil des Heißgases ungenutzt durch den Radialspalt durchströmen zu lassen.Conventional blades of blades each comprise a hollow blade body, which is closed in the region of the blade tip by a so-called crown bottom. On the outside of the blade tip a squeal edge is formed. A radial gap of predetermined width remains between the squealer edge and a wall delimiting the flow channel of the gas turbine in order, on the one hand, to permit low-friction rotation of the turbine rotor but, on the other hand, to allow only a small portion of the hot gas to flow unused through the radial gap.

Moderne Gasturbinen sind Gegenstand stetiger Verbesserung, um ihre Effizienz zu steigern. Dies führt allerdings unter anderem zu immer höheren Temperaturen im Heißgaspfad. Die metallischen Materialien für Laufschaufeln, insbesondere in den ersten Stufen, wurden in den letzten Jahren hinsichtlich ihrer Festigkeit bei hohen Temperaturen (Kriechbelastung, thermomechanische Ermüdung) verbessert. Die hohen Temperaturen verursachen für Turbinenschaufelblattspitzen jedoch auch ein gesteigertes Befundbild in der Reparatur. Es kommt nicht nur zum Verlust der Anstreifkante, sondern auch zum totalen oder teilweisen Abbrand des Kronenbodens. Damit muss der gesamte obere Teil einer entsprechend beschädigten Schaufel neu aufgebaut werden.Modern gas turbines are the subject of continuous improvement to increase their efficiency. However, this leads among other things to ever higher temperatures in the hot gas path. The metallic materials for moving blades, especially in the first stages, have been improved in recent years in terms of their strength at high temperatures (creep load, thermo-mechanical fatigue). However, the high temperatures cause turbine blade tips also an improved findings in the repair. It comes not only to the loss of the squint, but also to the total or partial burning of the crown bottom. This means that the entire upper part of a correspondingly damaged blade must be rebuilt.

Im Stand der Technik werden Schaufelblattspitzen inklusive des Kronenbodens durch teure und zeitaufwändige Verfahren ersetzt. Zum Reparieren bzw. Ersetzen von Schaufelblattspitzen sind zwar additive Verfahren bekannt ( DE 10 2006 049 219 A1 , EP 2 366 476 B1 ), jedoch ist eine Reparatur des Kronenbodens mittels additiver Verfahren nicht möglich. Der Kronenboden kann nur als vorgefertigtes Teil durch ein manuelles Hot-Box-Schweißen in die Schaufelblattspitze eingefügt werden. Dieses Verfahren ist jedoch kostenaufwändig, nicht reproduzierbar, rissanfällig und bedingt einen hohen Aufwand an Nacharbeit, da zum Erreichen der Endkontur viel überflüssiges Material abgefräst werden muss. Es besteht die Aufgabe, den Stand der Technik zu verbessern.In the prior art, blade tips including the crown bottom are replaced by expensive and time-consuming procedures. Although additive processes are known for repairing or replacing blade tips ( DE 10 2006 049 219 A1 . EP 2 366 476 B1 ), however, a repair of the crown bottom by means of additive methods is not possible. The crown floor can only be inserted as a prefabricated part by a manual hot box welding in the blade tip. However, this method is costly, not reproducible, susceptible to cracking and requires a lot of rework, since to reach the final contour much superfluous material must be milled. It is the object to improve the state of the art.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Besagte Ausführungsformen der Erfindung sind in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Further advantageous embodiments and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and claims, the figures and the embodiments. Said embodiments of the invention can be combined with each other in an advantageous manner.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren einer Turbinenschaufel mit einer Schaufelblattspitze, die im Bereich der Anstreifkante einschließlich des Kronenbodens beschädigt ist, mit den Schritten:

  • - Bereitstellen der Schaufel,
  • - Entfernen der Schaufelblattspitze im Bereich der Anstreifkante bis einschließlich des Bereichs des Kronenbodens,
  • - Verfüllen eines Hohlraums im Körper des Schaufelblattes, der durch die Umfangswandung der Schaufel und den Kronenboden gebildet wird, mit einem keramischen Material, wobei das keramische Material bündig mit der durch das Entfernen der Schaufelblattspitze gebildeten Bauteiloberkante abschließt,
  • - Aushärten des keramischen Materials,
  • - Erzeugen einer neuen Schaufelblattspitze mit Anstreifkante und einschließlich eines neuen Kronenbodens durch ein additives Verfahren.
  • - Entfernen des keramischen Materials.
A first aspect of the invention relates to a method for repairing a turbine blade with an airfoil tip that is damaged in the area of the squeal edge, including the crown bottom, with the steps:
  • Providing the blade,
  • Removal of the blade tip in the area of the squealer edge up to and including the area of the crown base,
  • Filling a cavity in the body of the airfoil, which is formed by the peripheral wall of the blade and the crown bottom, with a ceramic material, wherein the ceramic material is flush with the component upper edge formed by the removal of the airfoil tip,
  • Hardening of the ceramic material,
  • - Create a new blade tip with squeal edge and including a new crown base by an additive method.
  • - Remove the ceramic material.

Durch das Verfüllen des Hohlraums bis zu dem Bereich, in dem die zum Schaufelfuß gerichtete Fläche des Kronenbodens hergestellt werden soll, entsteht nach dem Verfestigen des keramischen Materials eine gerade Oberfläche, auf der sich pulverförmiges Material durch einen energiereichen Strahl verschweißen lässt. Auf diese Weise wird vorteilhaft ermöglicht, dass sich der Kronenboden durch ein additives Verfahren herstellen lässt. Das Verfahren ist reproduzierbar, da additive Verfahren computergesteuert werden, die Schaufelblattspitze ist weniger rissanfällig und erfordert keine oder wenig Nacharbeit, und dementsprechend ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber herkömmlichen Verfahren zeit- und kostengünstiger.By filling the cavity up to the area in which the surface of the crown base directed towards the blade root is to be produced, after solidification of the ceramic material, a straight surface is formed on which pulverulent material passes through a high-energy jet welds. In this way it is advantageously made possible that the crown bottom can be produced by an additive method. The process is reproducible because additive processes are computer controlled, the airfoil tip is less prone to cracking and requires little or no rework, and accordingly, the process of the present invention is more time and cost effective than conventional processes.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren die Schaufel in einer Vorrichtung zum Ausführen eines additiven Verfahrens angeordnet, die für das Ausführen des additiven Verfahrens ausgebildet ist. Eine entsprechende Vorrichtung umfasst eine Bauplattform und/oder eine Einrichtung zum Einspannen mindestens einer Schaufel, eine Einrichtung zum Zuführen von pulverförmigen Material, aus dem die neue Schaufelblattspitze hergestellt werden soll, sowie eine Quelle energiereicher Strahlung.Preferably, in the method, the blade is arranged in an apparatus for executing an additive process adapted to carry out the additive process. A corresponding device comprises a construction platform and / or a device for clamping at least one blade, a device for supplying pulverulent material from which the new blade tip is to be produced, and a source of high-energy radiation.

Vorzugsweise umfasst in dem erfindungsgemäßen Verfahren das additive Verfahren die Schritte:

  • - Bereitstellen der Schaufel auf einer Bauplattform in einer Vorrichtung zum Ausführen eines additiven Verfahrens,
  • - Aufbringen und Verteilen eines pulverförmigen Materials auf der durch Bauteiloberkante und Keramik gebildeten Oberfläche,
  • - Lokales Verschmelzen des pulverförmigen Materials durch Wirkung eines energiereichen Strahls,
  • - Absenken der Bauplattform.
Preferably, in the method according to the invention, the additive method comprises the steps:
  • Providing the blade on a building platform in an apparatus for carrying out an additive method,
  • Applying and distributing a powdery material on the surface formed by component top edge and ceramic,
  • Local fusion of the powdered material by action of a high-energy jet,
  • - Lowering the build platform.

Die Schritte des Aufbringens und Verschmelzens des pulverförmigen Materials sowie des Absenkens der Bauplattform werden dabei in einer Anzahl wiederholt, wie zum Fertigstellen des Spitze des Schaufelblattes notwendig sind. Das pulverförmige Material ist artgleich oder artfremd mit dem Material, aus dem die ursprüngliche Schaufelblattspitze der zur reparierenden Schaufel bestand.The steps of applying and fusing the powdery material and lowering the building platform are repeated in a number, as are necessary for completing the tip of the airfoil. The powdery material is similar or foreign to the material that made up the original blade tip of the blade to be repaired.

Vorzugsweise werden mehrere Schaufeln synchron in einer Vorrichtung repariert. Damit können vorteilhaft zeitsparend Schaufelblattspitzen einer Anzahl von beschädigten Schaufelblättern repariert werden.Preferably, a plurality of blades are synchronously repaired in a device. This can advantageously be repaired time-saving blade tips a number of damaged blades.

Vorzugsweise wird das keramische Material nach Fertigstellung der Turbinenschaufel durch Behandlung mit einer Säure oder einer Lauge herausgelöst. Dazu ist es erforderlich, dass eine säure- bzw. basenlösliche Keramik verwendet wird.Preferably, after completion of the turbine blade, the ceramic material is dissolved out by treatment with an acid or an alkali. For this it is necessary that an acid- or base-soluble ceramic is used.

Das additive Verfahren umfasst Laserauftragsschweißen, selektives Laserschmelzen und selektives Elektronenstrahlschmelzen. Vorzugsweise wird als additives Verfahren das selektive Laserschmelzen durchgeführt.The additive process includes laser deposition welding, selective laser melting, and selective electron beam melting. Preferably, the selective laser melting is carried out as an additive method.

Vorzugweise wird in dem Verfahren eine Laufschaufel repariert.Preferably, a blade is repaired in the process.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens repariert worden ist.A second aspect of the invention relates to a turbine blade which has been repaired according to an embodiment of the method according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

  • 1 eine Ansicht einer herkömmlichen Laufschaufel.
  • 2 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 3 ein Fließdiagramm von Teilschritten des Verfahrens gemäß 2.
  • 4 eine schematische Darstellung der Schaufelblattspitze der Laufschaufel gemäß 1.
  • 5 eine schematische Darstellung der Schaufelblattspitze gemäß 4 mit Beschädigungen.
  • 6 eine schematische Darstellung des Turbinenschaufelblattes gemäß 5 mit einschließlich des Kronenbodens abgetragener Spitze.
  • 7 eine schematische Darstellung des Turbinenschaufelblattes gemäß 6 mit verfülltem Hohlraum.
  • 8 eine schematische Darstellung des Turbinenschaufelblattes gemäß 7 mit neu hergestellter Spitze mit Kronenboden.
The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it
  • 1 a view of a conventional blade.
  • 2 a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
  • 3 a flow chart of sub-steps of the method according to 2 ,
  • 4 a schematic representation of the blade tip of the blade according to 1 ,
  • 5 a schematic representation of the blade tip according to 4 with damage.
  • 6 a schematic representation of the turbine blade according to 5 with the top of the crown worn off including the crown.
  • 7 a schematic representation of the turbine blade according to 6 with filled cavity.
  • 8th a schematic representation of the turbine blade according to 7 with newly manufactured tip with crown bottom.

In 1 ist eine Laufschaufel 1 für eine Gasturbine dargestellt. Die Laufschaufel 1 umfasst gemäß der Darstellung ein sich in radialer Richtung erstreckendes Schaufelblatt 2 mit einem Schaufelblattgrundkörper 3 und einer Schaufelblattspitze 4. Weiterhin umfasst die Laufschaufel 1 eine Schaufelplattform 5 und einen Schaufelfuß 6 in tannenbaumförmiger Ausbildung.In 1 is a blade 1 represented for a gas turbine. The blade 1 includes, as shown, a radially extending airfoil 2 with a blade body 3 and a blade tip 4 , Furthermore, the blade comprises 1 a scoop platform 5 and a blade foot 6 in fir tree-shaped training.

An dem in radialer Richtung den Abschluss des Schaufelblattes 2 und damit der Schaufelblattspitze 4 bildenden Ende weist die Schaufelblattspitze 4 eine Anstreifkante 7 auf. Die Anstreifkante 7 erstreckt sich entlang der Umfangswandung und fluchtet außenseitig mit dieser.At the end in the radial direction of the end of the airfoil 2 and thus the blade tip 4 forming end has the blade tip 4 a rubbing edge 7 on. The rubbing edge 7 extends along the peripheral wall and is aligned on the outside with this.

In 2 ist ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In 3 ist ein Fließdiagramm mit Schritten zum selektiven Laserschmelzen dargestellt, das im Rahmen des Verfahrens gemäß 2 durchgeführt wird. Im Folgenden werden die Schritte des Verfahrens in Verbindung mit den 4 - 8 erläutert.In 2 a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention is shown. In 3 a flow diagram is shown with steps for selective laser melting, in the context of the method according to 2 carried out becomes. The following are the steps of the method in conjunction with the 4 - 8th explained.

In den 4 - 8 ist die Schaufelblattspitze 4 schematisch dargestellt, um das Verfahren gemäß der Erfindung zu verdeutlichen. In 4 ist dazu eine Schaufelblattspitze 4 ohne Beschädigungen dargestellt, wie sie in der Laufschaufel 1 vorhanden ist. Die Schaufelblattspitze 4 umfasst die Anstreifkante 7, einen Kronenboden 8 und eine Umfangswandung 9. Durch die Außenwandung 9 und den Kronenboden 8 wird ein Hohlraum 10 gebildet.In the 4 - 8th is the blade tip 4 schematically illustrated to illustrate the method according to the invention. In 4 is to a blade tip 4 shown without damage, as in the blade 1 is available. The blade tip 4 includes the squeal edge 7 , a crown floor 8th and a peripheral wall 9 , Through the outer wall 9 and the crown floor 8th becomes a cavity 10 educated.

In 5 ist die Schaufelblattspitze 4 gemäß 2 dargestellt, wobei sie Beschädigungen aufweist. Die Anstreifkante 7 ist im Wesentlichen nicht mehr vorhanden. Der Kronenboden 8 ist teilweise beschädigt. Die Schaufelblattspitze 4 muss repariert bzw. erneuert werden, um eine effiziente Funktion der Schaufel zu gewährleisten. In Schritt S1 des Verfahrens wird die Laufschaufel 1 zum Reparieren bereitgestellt. Dazu wird sie von der entsprechenden Turbine bzw. dem entsprechenden Turbinenläufer entfernt. Dem Fachmann ist dabei geläufig, wie eine entsprechende Schaufelblattspitze zumindest teilweise, d.h. unterhalb des beschädigten Kronenbodens 8, abgetragen wird.In 5 is the blade tip 4 according to 2 shown damaged. The rubbing edge 7 is essentially no longer available. The crown floor 8th is partially damaged. The blade tip 4 must be repaired or renewed to ensure efficient operation of the bucket. In step S1 the process becomes the blade 1 provided for repair. For this purpose, it is removed from the corresponding turbine or turbine rotor. The skilled worker is familiar, such as a corresponding blade tip at least partially, ie below the damaged crown base 8th , is removed.

In 6 wurde der obere Teil der Schaufelblattspitze 4 in einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens entfernt. Die Schaufelblattspitze 4 wurde damit bis einschließlich des Kronenbodens 8 abgetrennt. Es wird eine ebene Schnittfläche erzeugt. Das Abtrennen erfolgt durch ein standardisiertes Verfahren in einer entsprechenden Einrichtung.In 6 became the upper part of the blade tip 4 in a second step S2 removed from the process. The blade tip 4 was thus up to and including the crown bottom 8th separated. It creates a flat cut surface. The separation is carried out by a standardized method in a corresponding device.

In einem dritten Schritt S3 wird der Hohlraum 10 mit einem keramischen Material verfüllt, wobei das keramische Material bündig mit der Bauteiloberkante abschließt. In 7 ist dargestellt, dass der Hohlraum 10 mit einer keramischen Masse 11 verfüllt würde, und zwar bis in eine Höhe, die der Unterseite des zu herzustellenden Kronenbodens 8 entspricht. Die eingefüllte Keramik 11 und die Bauteiloberkannte des Schaufelblattes 3 schließen dabei bündig miteinander ab. Das Keramikmaterial 11 umfasst z.B. Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid, wobei es auch konkret aus diesen Materialien bestehen kann. In einem vierten Schritt S4 härtet das keramische Material 11 aus. Das keramische Material 11 ist so temperaturstabil, dass nach seinem Aushärten pulverförmiges metallisches Material, das auf das keramische Material 11 aufgetragen wurde, mit einem energiereichen Strahl verschmolzen werden kann, ohne dass es Schaden nimmt. Als energiereicher Strahl wird ein Laserstrahl verwendet. Alternativ kann auch ein Elektronenstrahl verwendet werden.In a third step S3 becomes the cavity 10 filled with a ceramic material, wherein the ceramic material is flush with the component top edge. In 7 is shown that the cavity 10 with a ceramic mass 11 would be filled, up to a height, the underside of the crown base to be produced 8th equivalent. The filled ceramic 11 and the component upper edge of the airfoil 3 close flush with each other. The ceramic material 11 includes, for example, alumina or silica, although it may also consist of concrete materials. In a fourth step S4 hardens the ceramic material 11 out. The ceramic material 11 is so temperature stable that after curing powdered metallic material acting on the ceramic material 11 was applied, can be fused with a high-energy beam, without being damaged. As a high-energy beam, a laser beam is used. Alternatively, an electron beam can also be used.

Das Auftragen eines pulverförmigem Materials, das artgleich oder artfremd dem Material der ursprünglichen Schaufelblattspitze 4 sein kann, und das selektive Verschmelzen durch Wirkung eines Laserstrahls entspricht einem fünften Schritt S5. Das in Schritt S5 umfasste Erzeugen einer neuen Schaufelblattspitze 4 einschließlich eines neuen Kronenbodens 8 durch ein additives Verfahren wird in dem Fließdiagramm von 3 in Unterschritten S51 - S54 dargestellt.The application of a powdery material, the same or alien to the material of the original blade tip 4 can be, and the selective fusion by action of a laser beam corresponds to a fifth step S5 , That in step S5 involved producing a new airfoil tip 4 including a new crown floor 8th by an additive method is shown in the flow chart of 3 inferior S51 - S54 shown.

In Schritt S51 wird die zu reparierende Schaufel 1 auf einer Bauplattform einer Vorrichtung zum Ausführen eines additiven Verfahrens bereitgestellt. In der Vorrichtung wird eine Stickstoff- oder Edelgasatmosphäre, z.B. aus Argon, bereitgestellt. In Schritt S52 wird das pulverförmige Material auf der Oberfläche, die durch Bauteiloberkante und Keramik gebildeten wird, aufgebracht und auf der Oberfläche gleichmäßig verteilt. In Schritt S53 wird das pulverförmige Material durch Wirkung eines Laserstrahls verschmolzen. Der Laserstrahl wird computergesteuert, und dabei entsprechend eines Musters geführt, das den herzustellenden Strukturen entspricht. In Schritt S54 wird die Bauplattform abgesenkt.In step S51 becomes the blade to be repaired 1 on a build platform of an apparatus for performing an additive method. In the device, a nitrogen or inert gas atmosphere, for example of argon, provided. In step S52 The powdery material is applied to the surface, which is formed by component top edge and ceramic, and evenly distributed on the surface. In step S53 The powdery material is fused by the action of a laser beam. The laser beam is computer controlled, and thereby guided according to a pattern that corresponds to the structures to be produced. In step S54 the build platform is lowered.

Die Schritte S52 - S54 werden in einer Anzahl wiederholt werden, wie zum Fertigstellen der Schaufelblattspitze 4 notwendig sind.The steps S52 - S54 will be repeated in a number, such as to complete the blade tip 4 necessary.

In 8 ist die Schaufelblattspitze 4 mit erneuertem Kronenboden 8 und erneuerter Anstreifkante 7 dargestellt. In einem sechsten Schritt S6 des Verfahrens gemäß 2 wird das Keramikmaterial 11 von der reparierten Schaufel 1 entfernt. Dazu wird das Keramikmaterial 11 mittels einer Säure oder einer Lauge vom metallischen Material der Schaufel 1 abgelöst. Dazu kann die Säure oder Lauge auf Temperaturen im Bereich von 50 - 80°C erwärm werden.In 8th is the blade tip 4 with renewed crown floor 8th and renewed rubbing edge 7 shown. In a sixth step S6 of the method according to 2 becomes the ceramic material 11 from the repaired shovel 1 away. This is the ceramic material 11 by means of an acid or alkali of the metallic material of the blade 1 replaced. For this purpose, the acid or alkali can be heated to temperatures in the range of 50-80 ° C.

Nach dem Entfernen des Keramikmaterials 11 entspricht die Schaufelblattspitze 4 der Laufschaufel 1 dem Zustand von 4. Die Laufschaufel 1 ist wieder einsatzbereit.After removing the ceramic material 11 corresponds to the blade tip 4 the blade 1 the state of 4 , The blade 1 is ready for use again.

Alternativ zum beschriebenen selektiven Laserschmelzen kann die Schaufelblattspitze 4 auch durch selektives Elektronenstrahlschmelzen oder Laserauftragsschweißen erneuert werden. Dem Fachmann ist dabei bekannt, welche Vorrichtungen er dazu bereitstellen und welche Verfahrensschritte er durchführen muss.As an alternative to the described selective laser melting, the blade tip 4 also be renewed by selective electron beam melting or laser deposition welding. The person skilled in the art is aware of which devices he has to provide and which steps he has to perform.

Für einen Fachmann naheliegende Abwandlungen und Änderungen der Erfindung fallen unter den Schutzumfang der Patentansprüche.Variations and changes of the invention which are obvious to a person skilled in the art fall within the scope of the patent claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006049219 A1 [0006]DE 102006049219 A1 [0006]
  • EP 2366476 B1 [0006]EP 2366476 B1 [0006]

Claims (8)

Verfahren zum Reparieren einer Turbinenschaufel (1) mit einer Schaufelblattspitze (4), die im Bereich der Anstreifkante (7) einschließlich des Kronenbodens (4) beschädigt ist, mit den Schritten: - Bereitstellen der Schaufel (1), - Entfernen der Schaufelblattspitze (4) im Bereich der Anstreifkante (7) bis einschließlich des Bereichs des Kronenbodens (4), - Verfüllen eines Hohlraums (10) im Körper des Schaufelblattes (2), der durch die Umfangswandung der Schaufel (9) und den Kronenboden (8) gebildet wird, mit einem keramischen Material (11), wobei das keramische Material (11) bündig mit der durch das Entfernen der Schaufelblattspitze (4) gebildeten Bauteiloberkante abschließt, - Aushärten des keramischen Materials (11), - Erzeugen einer neuen Schaufelblattspitze (4) mit Anstreifkante (7) und einschließlich eines neuen Kronenbodens (8) durch ein additives Verfahren, - Entfernen des keramischen Materials (11).Method for repairing a turbine blade (1) having a blade tip (4) which is damaged in the area of the squealer edge (7) including the crown base (4), comprising the steps of: Providing the blade (1), Removal of the blade tip (4) in the region of the squealer edge (7) up to and including the area of the crown base (4), - Filling a cavity (10) in the body of the airfoil (2), which is formed by the peripheral wall of the blade (9) and the crown bottom (8), with a ceramic material (11), wherein the ceramic material (11) is flush with which terminates the component upper edge formed by the removal of the blade tip (4), - curing the ceramic material (11), Producing a new blade tip (4) having a squealer edge (7) and including a new crown base (8) by an additive method, - Removing the ceramic material (11). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schaufel (1) in einer für das additive Verfahren in einer Vorrichtung abgeordnet wird, die zum Ausführen des additiven Verfahrens ausgebildet ist.Method according to Claim 1 wherein the blade (1) is seconded in one for the additive process in a device adapted to carry out the additive process. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das additive Verfahren umfasst: - Bereitstellen der Schaufel (1) auf einer Bauplattform einer Vorrichtung zum Ausführen eines additiven Verfahrens, - Aufbringen eines pulverförmigen Materials auf der durch Bauteiloberkante und Keramik (11) gebildeten Oberfläche, - Verschmelzen des pulverförmigen Materials durch Wirkung eines energiereichen Strahls, - Absenken der Bauplattform, wobei die Schritte des Aufbringens und Verschmelzens des pulverförmigen Materials sowie des Absenkens der Bauplattform in einer Anzahl wiederholt werden, wie zum Fertigstellen des Spitze des Schaufelblattes (4) notwendig sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the additive method comprises: Providing the blade (1) on a building platform of an apparatus for carrying out an additive method, Applying a powdery material on the surface formed by the component top edge and ceramic (11), Fusion of the powdered material by action of a high-energy jet, - Lowering the building platform, wherein the steps of applying and fusing the powdery material and the lowering of the building platform are repeated in a number, as are necessary for completing the tip of the airfoil (4). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mehrere Schaufeln (1) parallel in einer Vorrichtung repariert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein a plurality of blades (1) are repaired in parallel in a device. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das keramische Material (11) nach Fertigstellung der Turbinenschaufel (1) durch Behandlung mit einer Säure oder Lauge herausgelöst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the ceramic material (11) after completion of the turbine blade (1) is dissolved out by treatment with an acid or alkali. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als additive Methode ein selektives Laserschmelzen durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein as a selective method, a selective laser melting is performed. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Turbinenschaufel (1) eine Laufschaufel (1) repariert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a blade (1) is repaired as turbine blade (1). Turbinenschaufel (1), die durch ein Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche repariert worden ist.A turbine blade (1) repaired by a method according to any one of the preceding claims.
DE102018204493.7A 2018-03-23 2018-03-23 Method of repairing turbine blades Withdrawn DE102018204493A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018204493.7A DE102018204493A1 (en) 2018-03-23 2018-03-23 Method of repairing turbine blades

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018204493.7A DE102018204493A1 (en) 2018-03-23 2018-03-23 Method of repairing turbine blades

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018204493A1 true DE102018204493A1 (en) 2019-09-26

Family

ID=67847935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018204493.7A Withdrawn DE102018204493A1 (en) 2018-03-23 2018-03-23 Method of repairing turbine blades

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018204493A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113878307A (en) * 2021-10-11 2022-01-04 四川明日宇航工业有限责任公司 Method for processing special-shaped rotating shaft beam

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006049219A1 (en) 2006-10-18 2008-04-30 Mtu Aero Engines Gmbh High pressure turbine blade and method of repairing high pressure turbine blades
EP2366476A1 (en) 2010-03-10 2011-09-21 General Electric Company Method for Fabricating Turbine Airfoils and Tip Structures Therefor
DE112014003523T5 (en) * 2013-08-01 2016-04-14 Siemens Energy, Inc. Construction and repair of hollow components

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006049219A1 (en) 2006-10-18 2008-04-30 Mtu Aero Engines Gmbh High pressure turbine blade and method of repairing high pressure turbine blades
EP2366476A1 (en) 2010-03-10 2011-09-21 General Electric Company Method for Fabricating Turbine Airfoils and Tip Structures Therefor
DE112014003523T5 (en) * 2013-08-01 2016-04-14 Siemens Energy, Inc. Construction and repair of hollow components

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113878307A (en) * 2021-10-11 2022-01-04 四川明日宇航工业有限责任公司 Method for processing special-shaped rotating shaft beam

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2099582B1 (en) Device and method for the repair or production of blade tips of blades of a gas turbine, in particular of an aircraft engine
WO2018145912A1 (en) Method and device for the powder bed-based additive building up of a plurality of identical components
EP1620225B1 (en) Method for repairing and/or modifying components of a gas turbine
EP2081731B1 (en) Method of repairing high-pressure turbine blades
DE19547903C1 (en) Mfr. or repair of turbine blade tips using laser beam weld-coating and blade master alloy metal powder filler
DE102006044555A1 (en) repair procedures
EP2355947A2 (en) Repair method
DE102014108061A1 (en) Device and method for the generative production of at least one component region of a component
EP1868763B1 (en) Method for producing and/or repairing an integrally bladed rotor by inductive diffusion welding
DE102006033799A1 (en) Method of repairing turbine blades
DE102014108081A1 (en) Device and method for the generative production of at least one component region of a component
EP3807030B1 (en) Method of irradiating for additive production with predetermined trajectory
EP2344298B1 (en) Method for replacing an inner disk element of an integrally bladed disk
EP3228415A1 (en) Method of producing a workpiece using coating and additive manufacturing ; corresponding workpiece
DE102014226055A1 (en) Method for repairing damage to a turbine blade
DE102010034337A1 (en) Method for connecting a turbine blade with a turbine disk or a turbine ring
DE102018204493A1 (en) Method of repairing turbine blades
DE102008025848A1 (en) Process for repairing single-crystal high-pressure turbine blades by diffusion soldering
DE102015214613A1 (en) Method for repairing a gas turbine blade having at least one cavity
DE102010024226A1 (en) Producing or repairing component, preferably components of turbomachine, comprises applying first material layer on base and solidifying, producing first component portion, and applying second material layer on produced component portion
EP3292928A1 (en) Method for manufacturing a turbine blade
DE102016217605A1 (en) Apparatus and method for repairing the leading edge of a compressor or turbine blade
DE102018218017A1 (en) Repair of a blade tip using a coupon and turbine blade
WO2021160323A1 (en) Strategy for separating components in additive manufacturing
DE102020202089A1 (en) Platform structure for a turbine blade and additive manufacturing process

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee