DE102020210003A1 - Method of repairing an integrally bladed rotor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors 10 einer Strömungsmaschine, auf dessen Schaufelblättern 12 wenigstens eine Beschichtung 14 angeordnet ist. In einem ersten Schritt wird wenigstens ein Schaufelblatt 12 vom Rotor 10 entlang einer Trennfläche 24 abgetrennt. Die Trennfläche 24 verläuft dabei oberhalb eines Übergangsbereichs 21 vom Ringraum 11 zum Schaufelblatt 12 und unterhalb eines beschichteten Bereichs 14a des Schaufelblatts 12. Es wird ein neues Schaufelblatt 13 bereitgestellt, auf welchem wenigstens eine Beschichtung 14 angeordnet ist, welches in einem dritten Schritt am Rotor 10 gefügt wird. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Versäubern der Fügestelle 25 des Schaufelblatts 13 entlang der Trennfläche 24.

Figure DE102020210003A1_0000
The invention relates to a method for repairing an integrally bladed rotor 10 of a turbomachine, on whose blades 12 at least one coating 14 is arranged. In a first step, at least one airfoil 12 is separated from the rotor 10 along a parting surface 24 . The parting surface 24 runs above a transition area 21 from the annular space 11 to the blade 12 and below a coated area 14a of the blade 12. A new blade 13 is provided, on which at least one coating 14 is arranged, which in a third step is applied to the rotor 10 is joined. In a further step, the joint 25 of the airfoil 13 is trimmed along the parting surface 24.
Figure DE102020210003A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors einer Strömungsmaschine, auf dessen Schaufelblättern wenigstens eine Beschichtung angeordnet ist.The invention relates to a method for repairing an integrally bladed rotor of a turbomachine, on the blades of which at least one coating is arranged.

Bei Vorliegen einer Beschädigung an einer oder einer nicht Wesentlichen Anzahl von Schaufelblättern eines integral beschaufelten Rotors werden die beschädigten Schaufelblätter insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen repariert, um einen Austausch des gesamten Rotors zu vermeiden. Solche Beschädigungen resultieren häufig aus Fremdobjekten, welche in die Strömungsmaschine geraten (z.B. Kerben aus einem FOD-Einschlag). Reparaturen an beschädigten Schaufelblättern, die mit wenigstens einer Beschichtung, wie beispielsweise einer Erosionsschutzschicht versehen sind, sind in der Regel nur im entschichteten Zustand möglich. Um nach der Reparatur des integral beschaufelten Rotors wieder einen gleichmäßigen Auftrag der wenigstens einen Beschichtung auf den Schaufelblättern des Rotors zu gewährleisten, ist es üblich, zunächst alle Schaufelblätter des integral beschaufelten Rotors zu entschichten und dann die beschädigte Schaufel des Rotors im entschichteten Zustand zu reparieren. Nach der Reparatur wird die wenigstens eine Beschichtung erneut und gleichmäßig auf alle Schaufelblätter des integral beschaufelten Rotors aufgebracht.In the event of damage to one or an insubstantial number of airfoils of an integrally bladed rotor, the damaged airfoils are repaired, particularly for economic reasons, to avoid replacing the entire rotor. Such damage often results from foreign objects getting into the turbomachine (e.g. notches from an FOD impact). Repairs to damaged airfoils that are provided with at least one coating, such as an anti-erosion coating, are generally only possible when the coating has been removed. In order to ensure a uniform application of the at least one coating to the blade blades of the rotor after the repair of the integrally bladed rotor, it is customary to first decoat all blade blades of the integrally bladed rotor and then to repair the damaged rotor blade in the decoated state. After the repair, the at least one coating is reapplied uniformly to all airfoils of the integrally bladed rotor.

So ist es bislang zum Durchführen von Reparaturen an einem integral beschaufelten Rotor erforderlich, an diesem vorhandene Beschichtungen zunächst zu entfernen und nach der Reparatur wieder neu aufzubringen. Neben dem damit verbundenen Aufwand trägt dieses Vorgehen auch zu einem Verschleiß insbesondere der Schaufelblätter des Rotors bei, was sich auch negativ auf die Lebensdauer des integral beschaufelten Rotors auswirken kann. Ferner kann nach einem kompletten Entfernen der Beschichtung an einem integral beschaufelten Rotor einschließlich der Spitzenpanzerung der Schaufelblätter zusätzlich an weiteren Elementen der Strömungsmaschine ein Wiederauftragen weiterer Schichtsysteme wie zum Beispiel von Einlaufbelägen erforderlich sein.So far, in order to carry out repairs on an integrally bladed rotor, it has been necessary to first remove coatings present on this rotor and to apply them again after the repair. In addition to the associated expense, this procedure also contributes to wear, in particular of the blade blades of the rotor, which can also have a negative effect on the service life of the integrally bladed rotor. Furthermore, after complete removal of the coating on an integrally bladed rotor, including the tip plating of the blades, it may also be necessary to reapply further layer systems, such as running-in coatings, to other elements of the turbomachine.

Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors vorzuschlagen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre des unabhängigen Anspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Proceeding from this, it is an object of the present invention to propose an improved method for repairing an integrally bladed rotor. According to the invention, this is achieved by the teaching of the independent claim. Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, auf dessen Schaufelblättern wenigstens eine Beschichtung angeordnet ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

  1. a) Abtrennen eines Schaufelblatts vom Rotor entlang einer Trennfläche, welche unterhalb eines beschichteten Bereichs des Schaufelblatts verläuft und insbesondere oberhalb eines Übergangsbereichs vom Ringraum zum Schaufelblatt;
  2. b) Bereitstellen eines neuen Schaufelblatts einschließlich der wenigstens einen darauf angeordneten Beschichtung; und
  3. c) Fügen des neuen Schaufelblatts entlang der Trennfläche am Rotor.
In order to solve the problem, a method for repairing an integrally bladed rotor of a turbomachine is proposed, on whose blade leaves at least one coating is arranged. The procedure has the following steps:
  1. a) Separating an airfoil from the rotor along a parting surface which runs below a coated area of the airfoil and in particular above a transition area from the annulus to the airfoil;
  2. b) providing a new airfoil including the at least one coating disposed thereon; and
  3. c) Joining the new airfoil along the parting line on the rotor.

Das vorgeschlagene Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors sieht somit statt eines aufwändigen Entschichtens und einem wieder Aufbringen der wenigstens einen Beschichtung der Schaufelblätter vor, dass wenigstens eine zu reparierende Schaufelblatt vom Rotor abgetrennt und durch ein unversehrtes bzw. neues, auf Endkontur bearbeitetes, bereits beschichtetes und an der Trennfläche anzubringendes Schaufelblatt ersetzt wird. Das neue Schaufelblatt wird bereits vor dem Fügeprozess mit allen Merkmalen des bisherigen, vorausgehend abgetrennten Schaufelblatts versehen, wie insbesondere mit der wenigstens einen Beschichtung. Neben der verkürzten Prozesskette ergeben sich hieraus auch keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer der anderen Schaufelblätter und kein Bedarf für ein etwaiges Wiederauftragen weiterer Schichtsysteme.The proposed method for repairing an integrally bladed rotor therefore provides, instead of a complex decoating and reapplying of the at least one coating of the blade blades, that at least one blade blade to be repaired is separated from the rotor and replaced with an intact or new one that has been machined to the final contour and is already coated and replacing an airfoil to be attached to the parting surface. Even before the joining process, the new airfoil is provided with all the features of the previous, previously separated airfoil, such as in particular with the at least one coating. In addition to the shortened process chain, this does not result in any negative effects on the service life of the other airfoils and there is no need for any reapplication of further layer systems.

Das Verfahren wird zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, auf dessen Schaufelblättern wenigstens eine Beschichtung angeordnet ist. Bei solchen integral beschaufelten Rotoren sind Schaufelblätter und Scheiben aus einem Stück hergestellt, die im englischen als Blade Integrated Disks (kurz Blisks, als Zusammensetzung der Wörter Blade (Schaufel) und Disk (Scheibe)) oder IBRs (Abkürzung für Integrated Bladed Rotor) bezeichnet werden. Auf den Schaufelblättern ist üblicherweise wenigstens eine Beschichtung angeordnet, welche das Schaufelblatt insbesondere vor Hitzeeinwirkung und/oder vor Erosion am Schaufelblatt und/ oder vor Verschleiß an den engen Luftspalten im Bereich der Schaufelspitzen (Schaufelspitzenpanzerung gegenüber Einlaufbelägen) schützt.The method is proposed for repairing an integrally bladed rotor of a turbomachine, on the blades of which at least one coating is arranged. In such integrally bladed rotors, blades and disks are made of one piece, which are referred to in English as Blade Integrated Disks (blisks for short, as a combination of the words Blade (blade) and Disk (disk)) or IBRs (abbreviation for Integrated Bladed Rotor). . At least one coating is usually arranged on the blades, which protects the blade in particular from the effects of heat and/or from erosion on the blade and/or from wear in the narrow air gaps in the area of the blade tips (blade tip armor compared to inlet coatings).

In einem ersten Schritt a) wird ein Schaufelblatt vom Rotor abgetrennt. Dies erfolgt mittels einem geeigneten Trennverfahren, welches im Vergleich mit anderen Trennverfahren insbesondere einen geringeren Werkstoffverlust bzw. eine geringere Trennschnittbreite aufweist. Das Schaufelblatt wird dabei entlang einer Trennfläche vom Rotor getrennt, welche beispielsweise oberhalb eines Übergangsbereichs vom Ringraum zum Schaufelblatt verläuft. Ein solcher Übergangsbereich ist gegenüber dem Schaufelblatt zumeist etwas dicker ausgeführt und kann dabei insbesondere einen zwischen Schaufelblatt und Nabe verlaufenden Radius aufweisen.In a first step a), a blade is separated from the rotor. This is done using a suitable cutting process which, in comparison to other cutting processes, has a lower loss of material or a smaller cutting width. The blade is separated from the rotor along a parting surface, which runs, for example, above a transition area from the annular space to the airfoil. Such a transition area is usually somewhat thicker than the blade and can in particular have a radius running between the blade and the hub.

Die am reparierten Schaufelblatt angeordnete Beschichtung soll nach der Reparatur unversehrt und entsprechend der Beschichtung des ausgetauschten Schaufelblatts bzw. der weiteren am Rotor angeordneten Schaufelblätter ausgestaltet sein, ohne dass das Auftragen einer Beschichtung erforderlich ist. Entsprechend wird das Schaufelblatt unterhalb eines beschichteten Bereichs abgetrennt und der beschichtete Bereich vollständig durch den beschichteten Bereich des neuen Schaufelblatts ersetzt. Bei einer Betrachtung des Schaufelblatts vom Ringraum bzw. Übergangsbereich bis zur Schaufelspitze kann der abgetrennte Bereich - abhängig von der Erstreckung einer auf dem Schaufelblatt angeordneten Beschichtung - nur einen Bereich des Schaufelblatts umfassen, welcher im Wesentlichen beispielsweise nur wenigstens 60%, wenigstens 80% oder wenigstens 90% der Länge des Schaufelblatts umfasst. Da es sich hier jedoch um den wirksamen Teil des Schaufelblatts handelt, welcher auch durch die Beschichtung geschützt ist, wird dieser Teil im Rahmen der Erfindung vereinfacht als „das Schaufelblatt“ bezeichnet.The coating arranged on the repaired airfoil should be intact after the repair and designed according to the coating of the exchanged airfoil or the other airfoils arranged on the rotor, without the application of a coating being necessary. Accordingly, the airfoil is severed below a coated area and the coated area is completely replaced by the coated area of the new airfoil. When looking at the airfoil from the annular space or transition area to the blade tip, the separated area can—depending on the extent of a coating arranged on the airfoil—enclose only one area of the airfoil which essentially, for example, is only at least 60%, at least 80% or at least 90% of the length of the airfoil. However, since this is the effective part of the airfoil, which is also protected by the coating, this part is simply referred to as “the airfoil” within the scope of the invention.

Die Trennfläche kann sich dabei beispielsweise in einer Ebene erstrecken, eine geeignete geometrische Form aufweisen oder als Freiformfläche ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Trennfläche so gewählt sein, dass diese gut geeignet ist, eine insbesondere thermisch und mechanisch belastbare Fügeverbindung daran herzustellen. Insbesondere kann die Trennfläche hierfür eine optimierte, insbesondere große Fläche aufweisen.The separating surface can, for example, extend in one plane, have a suitable geometric shape or be designed as a free-form surface. For example, the separating surface can be selected in such a way that it is well suited to producing a joint connection thereon that is particularly thermally and mechanically resilient. In particular, the separating surface can have an optimized, in particular large, surface for this purpose.

Selbstverständlich ist es auch möglich, im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens zwei, drei oder mehrere Schaufelblätter vom Rotor zu trennen und durch neue Schaufelblätter zu ersetzen. Die Schaufelblätter können dabei nebeneinander oder auch verteilt am Umfang des Rotors angeordnet sein.Of course, it is also possible within the scope of the proposed method to separate two, three or more blades from the rotor and to replace them with new blades. The blades can be arranged side by side or also distributed on the circumference of the rotor.

In einem zweiten Schritt b) wird ein neues Schaufelblatt einschließlich der wenigstens einen darauf angeordneten Beschichtung bereitgestellt. Das neue Schaufelblatt weist an dem der Schaufelspitze entgegengesetzten Ende eine entsprechend der Trennfläche am Rotor ausgebildete Fügefläche auf. So kann eine geeignete, insbesondere belastbare Fügeverbindung hergestellt werden. Als neues Schaufelblatt kann beispielsweise auch das zuvor abgetrennte und anschließend reparierte Schaufelblatt verwendet werden. Insbesondere weist das bereitgestellte neue Schaufelblatt alle Merkmale des abgetrennten Schaufelblatts vor dessen Beschädigung bzw. aller Schaufelblätter des Rotors auf, insbesondere bezüglich der Geometrie, der Werkstoffeigenschaften und der auf dem Schaufelblatt angeordneten Beschichtung.In a second step b), a new airfoil including the at least one coating arranged thereon is provided. At the end opposite the blade tip, the new blade has a joining surface designed to correspond to the parting surface on the rotor. In this way, a suitable, in particular load-bearing, joint connection can be produced. For example, the previously separated and subsequently repaired blade can also be used as the new blade. In particular, the new airfoil provided has all the features of the separated airfoil before it was damaged or of all the airfoils of the rotor, in particular with regard to the geometry, the material properties and the coating arranged on the airfoil.

In einem dritten Schritt c) wird das neue Schaufelblatt entlang der Trennfläche am Rotor gefügt. Das Fügen erfolgt mit einem geeigneten Verfahren, mit welchem eine insbesondere thermisch sowie mechanisch belastbare und darüber hinaus formgenaue Fügeverbindung herstellbar ist. Insbesondere weist die hergestellte Fügeverbindung selbst, sowie deren Anbindung an das Schaufelblatt bzw. an die Nabe mit dem Werkstoff des Schaufelblatts vergleichbare Werkstoffeigenschaften auf.In a third step c), the new airfoil is joined along the parting surface on the rotor. The joining is carried out using a suitable method, with which a joining connection that is particularly thermally and mechanically resilient and also has a precise shape can be produced. In particular, the joint connection that is produced itself, as well as its connection to the airfoil or to the hub, has material properties that are comparable to the material of the airfoil.

Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors weist als weiteren Schritt d) das Versäubern der Fügestelle des Schaufelblatts entlang der Trennfläche auf. Dieser Schritt erfolgt, falls im Schritt c) zum Fügen des neuen Schaufelblatts ein Fügeverfahren verwendet wurde, bei welchem ein Werkstoffüberschuss entsteht, der sich im Bereich der Fügenaht und darüber hinaus auf dem Schaufelblatt sammelt. Zum Versäubern der Fügestelle werden meist spanabhebende Verfahren eingesetzt, es können aber auch andere Verfahren Verwendung finden, wie beispielsweise eine Materialablation durch Laserstrahlung oder dergleichen.An embodiment of the method for repairing an integrally bladed rotor has, as a further step d), cleaning the joint of the airfoil along the parting surface. This step takes place if, in step c), a joining method was used to join the new airfoil in which excess material is produced, which accumulates in the area of the joining seam and beyond on the airfoil. Machining methods are usually used to clean up the joint, but other methods can also be used, such as material ablation by laser radiation or the like.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors schließt die Trennfläche mit der Drehachse des Rotors wenigstens abschnittsweise einen Winkel ein. Bei dieser Ausführung ist die Trennfläche größer als der Querschnitt der Schaufel, wodurch eine insbesondere thermisch und mechanisch belastbarere Fügeverbindung ausbildbar ist. Beispielsweise verläuft die Trennfläche entlang einer Trennlinie, welche wenigstens abschnittsweise geneigt gegenüber der Drehachse des Rotors angeordnet ist und/ oder wenigstens abschnittsweise entlang eines Radius verlaufen kann. Insbesondere kann die Trennfläche damit so gewählt werden, dass diese unterhalb wenigstens eines beschichteten Bereichs des Schaufelblatts angeordnet ist, und beispielsweise einen vorbestimmten Abstand zur Beschichtung aufweist. Beispielsweise kann die Trennfläche über den Querschnitt des Schaufelblatts auch gewölbt ausgebildet sein, insbesondere auch in Form einer Freiformfläche, wodurch sich die am Schaufelblatt ausgebildete Trennfläche ebenfalls vergrößert.In one embodiment of the method for repairing an integrally bladed rotor, the parting surface encloses an angle with the axis of rotation of the rotor, at least in sections. In this embodiment, the separating surface is larger than the cross section of the blade, as a result of which a joint that is particularly thermally and mechanically resilient can be formed. For example, the separating surface runs along a separating line, which is arranged at least in sections inclined relative to the axis of rotation of the rotor and/or can run at least in sections along a radius. In particular, the separating surface can thus be selected in such a way that it is arranged below at least one coated region of the airfoil and, for example, has a predetermined distance from the coating. For example, the separating surface can also be arched over the cross section of the airfoil, in particular also in the form of a free-form surface, as a result of which the separating surface formed on the airfoil is also enlarged.

Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors erstreckt sich die Beschichtung auf den Schaufelblättern ausgehend von der Schaufelspitze wenigstens teilweise in einen Bereich, welcher wenigstens 60%, insbesondere wenigstens 80% und insbesondere 90% der Länge des Schaufelblatts umfasst. Entsprechend ist die Trennfläche in einem Bereich des Schaufelblatts angeordnet, welcher wenigstens 60%, insbesondere wenigstens 80% und insbesondere wenigstens 90% der Länge des Schaufelblatts von der Schaufelspitze entfernt angeordnet ist. Als Länge des Schaufelblatts wird dabei der Abstand von der Schaufelspitze bis zum Ringraum betrachtet.In one embodiment of the method for repairing an integrally bladed rotor, the coating on the airfoils extends from the blade tip at least partially in an area which comprises at least 60%, in particular at least 80% and in particular 90% of the length of the airfoil. Correspondingly, the separating surface is arranged in a region of the airfoil which is arranged at least 60%, in particular at least 80% and in particular at least 90% of the length of the airfoil away from the blade tip. The length of the airfoil is considered to be the distance from the blade tip to the annulus.

Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors weist die auf den Schaufelblättern angeordnete Beschichtung auch eine Schaufelspitzenpanzerung auf. Eine solche Schaufelspitzenpanzerung dient zum Minimieren einer Verlustströmung durch ein Anstreifen der rotierenden Schaufelspitzen an feststehenden Bauteilen der Strömungsmaschine. Insbesondere stellt ein Abtragen und wieder Aufbringen einer Schaufelspitzenpanzerung an einer Vielzahl von Schaufelspitzen neben dem damit verbundenen Verschleiß der Schaufelspitze einen hohen Aufwand und damit Kostenfaktor dar, welcher mit dem vorgeschlagenen Verfahren deutlich reduzierbar ist.In one embodiment of the method of repairing an integrally bladed rotor, the coating disposed on the airfoils also includes blade tip hardfacing. Such a blade tip plating serves to minimize a flow loss due to the rotating blade tips rubbing against stationary components of the turbomachine. In particular, removing and re-applying a blade tip armor on a large number of blade tips, in addition to the associated wear of the blade tip, represents a high level of effort and thus a cost factor, which can be significantly reduced with the proposed method.

Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors erfolgt das Abtrennen des Schaufelblatts vom Rotor im Schritt a) mittels Drahtfunkenerosion. Durch die Drahtfunkenerosion lässt sich ein Schaufelblatt hoch präzise vom integral beschaufelten Rotor trennen, wobei eine Trennfläche mit einer hohen Oberflächengüte und vergleichsweise geringen Randzonenschädigungen herstellbar ist.In one embodiment of the method for repairing an integrally bladed rotor, the blade airfoil is separated from the rotor in step a) by means of wire spark erosion. Wire spark erosion allows a blade to be separated from the integrally bladed rotor with high precision, with a separating surface being able to be produced with a high surface quality and comparatively little damage to the peripheral zones.

Bei einer Ausführung des Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors erfolgt das Fügen des neuen Schaufelblatts am Rotor im Schritt c) mittels einem Schweißverfahren, insbesondere mittels Reibschweißen. Durch Schweißen wird eine hoch thermisch und mechanisch belastbare Fügeverbindung hergestellt. Beim Reibschweißen wird das neue Schaufelblatt an der Trennfläche relativ zum integral beschaufelten Rotor bewegt. Durch die entstehende Reibung erwärmt sich und plastifiziert der Werkstoff an der Trennfläche. Am Ende des Reibvorgangs wird das neue Schaufelblatt präzise positioniert und an der Trenn- bzw. Fügefläche ein hoher Druck ausgeübt. Vorteilhaft gegenüber anderen Schweißverfahren ist beim Reibschweißen die geringe Wärmeeinflusszone sowie die Möglichkeit eine Bildung von Schmelze in der Fügezone zu vermeiden.In one embodiment of the method for repairing an integrally bladed rotor, the new blade is joined to the rotor in step c) by means of a welding method, in particular by means of friction welding. A highly thermally and mechanically resilient joint is produced by welding. Friction welding moves the new airfoil at the interface relative to the integrally bladed rotor. The resulting friction heats up and plasticizes the material at the interface. At the end of the reaming process, the new airfoil is precisely positioned and high pressure is applied to the parting or joining surface. The advantage of friction welding compared to other welding processes is the small heat-affected zone and the possibility of avoiding the formation of melt in the joining zone.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen integral beschaufelten Rotor einer Strömungsmaschine, auf dessen Schaufelblättern wenigstens eine Beschichtung angeordnet ist und welcher mit dem Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche repariert worden ist. Die Merkmale des Rotors ergeben sich insbesondere in Verbindung mit den Merkmalen, welche im Zusammenhang mit wenigstens einer der Ausführungsformen des vorausgehend beschriebenen Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors erläutert wurden.A further aspect of the invention relates to an integrally bladed rotor of a turbomachine, on the blades of which at least one coating is arranged and which has been repaired using the method for repairing an integrally bladed rotor according to one of the preceding claims. The features of the rotor result in particular in connection with the features which were explained in connection with at least one of the embodiments of the previously described method for repairing an integrally bladed rotor.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur. Es zeigt

  • 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften integral beschaufelten Rotors;
  • 2a eine schematische Darstellung eines Schnitts durch den beispielhaften Rotor entlang der Schnittlinie I - I in 1;
  • 2b die schematische Darstellung des Schnitts durch den beispielhaften Rotor aus 2a mit eingezeichneter Trennlinie;
  • 2c die schematische Darstellung des Schnitts durch den beispielhaften Rotor aus 2b mit abgetrenntem und neuem Schaufelblatt;
  • 2d die schematische Darstellung des Schnitts durch den beispielhaften Rotor aus 2c mit gefügtem neuen Schaufelblatt; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further features, advantages and application possibilities of the invention result from the following description in connection with the figure. It shows
  • 1 a schematic representation of an exemplary integrally bladed rotor;
  • 2a a schematic representation of a section through the exemplary rotor along the section line I - I in 1 ;
  • 2 B the schematic representation of the section through the exemplary rotor 2a with marked dividing line;
  • 2c the schematic representation of the section through the exemplary rotor 2 B with separated and new blade;
  • 2d the schematic representation of the section through the exemplary rotor 2c with added new blade; and
  • 3 a schematic representation of a flowchart of the method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften integral beschaufelten Rotors 10 einer Strömungsmaschine, welcher zur Montage um eine Drehachse A vorgesehen ist. Um den Umfang des Ringraums 11 verteilt ist eine Vielzahl von Schaufelblättern 12 angeordnet, wobei der Ringraum 11 jeweils über einen Übergangsbereich 21 in ein Schaufelblatt 12 übergeht. Auf den Schaufelblättern 12 ist eine Beschichtung (vgl. 2a) angeordnet, die zum Schutz der Schaufelblätter 12 insbesondere vor Erosion und Hitze während des Betriebs der Strömungsmaschine dient. 1 shows a schematic representation of an exemplary integrally bladed rotor 10 of a turbomachine, which is provided for assembly about an axis of rotation A. A multiplicity of airfoils 12 are distributed around the circumference of the annular space 11 , the annular space 11 merging into an airfoil 12 in each case via a transition area 21 . A coating (cf. 2a) arranged, which serves to protect the blades 12 in particular from erosion and heat during operation of the turbomachine.

2a zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts durch den beispielhaften Rotor 10 entlang der Schnittlinie I - I in 1, wobei nur die obere Hälfte des Rotors 10 mit dem Schaufelblatt 12 dargestellt ist. Am Schaufelblatt 12 ist eine Beschichtung 14 angeordnet, und eine Schaufelspitzenpanzerung 16 im Bereich der Schaufelspitze 15. Die Beschichtung 14 erstreckt sich bei der dargestellten beispielhaften Ausführung ausgehend von der Schaufelspitze 15 wenigstens teilweise in einen Bereich, welcher wenigstens 80% der Länge des Schaufelblatts 12 umfasst. Der zwischen dem Ringraum 11 und dem Schaufelblatt 12 angeordnete Übergangsbereich 21 ist durch eine auf dem Schaufelblatt 12 erkennbare Lichtkante dargestellt. An der Vorderkante 17 des Schaufelblatts 12 ist eine Beschädigung 18 in Form einer Kerbe des Schaufelblatts 12 erkennbar, welche mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens reparierbar ist. 2a shows a schematic representation of a section through the exemplary rotor 10 along the section line I - I in 1 , with only the upper half of the rotor 10 with the airfoil 12 being shown. A coating 14 is arranged on the blade leaf 12, and a blade tip armor 16 in the region of the blade tip 15. In the exemplary embodiment shown, the coating 14 extends at least partially, starting from the blade tip 15, into an area which comprises at least 80% of the length of the blade leaf 12 . The between the annular space 11 and The transition region 21 arranged on the airfoil 12 is represented by a light edge which can be seen on the airfoil 12 . Damage 18 in the form of a notch in the blade blade 12 can be seen on the front edge 17 of the blade blade 12, which damage can be repaired using the proposed method.

2b zeigt die schematische Darstellung des Schnitts I - I durch den beispielhaften Rotor 10 aus 2a, wobei in 2b eine Trennlinie 22 eingezeichnet ist, entlang welcher ein Abtrennen des Schaufelblatts 12 vom Rotor 10 vorgesehen ist. Die Trennlinie 22 verläuft dabei oberhalb eines Übergangsbereichs 21 vom Ringraum 11 zum Schaufelblatt 12 und unterhalb des beschichteten Bereichs 14a des Schaufelblatts 12. Die dargestellte Trennlinie 22 markiert die Position der späteren Trennfläche 24 am Rotor 10. 2 B FIG. 12 shows the schematic representation of section I-I through the exemplary rotor 10. FIG 2a , where in 2 B a parting line 22 is drawn in, along which the blade blade 12 is intended to be separated from the rotor 10 . The dividing line 22 runs above a transition area 21 from the annular space 11 to the airfoil 12 and below the coated area 14a of the airfoil 12. The separating line 22 shown marks the position of the future separating surface 24 on the rotor 10.

2c zeigt die schematische Darstellung des Schnitts I - I durch den beispielhaften Rotor 10 aus 2b mit abgetrenntem Schaufelblatt 12 und neuem Schaufelblatt 13. Das beschädigte Schaufelblatt 12 wurde an der Trennfläche 24 vom Rotor 10 abgetrennt und soll durch das neue Schaufelblatt 13 ersetzt werden. Wie in 2c erkennbar ist, schließt die durch den Trennvorgang am Rotor 10 ausgebildete Trennfläche 24 mit der Drehachse A des Rotors 10 einen Winkel α ein. Das neue Schaufelblatt 13 ist bereits fertig bearbeitet und weist alle Merkmale des bisherigen Schaufelblatts 12 vor dessen Beschädigung sowie der anderen Schaufelblätter 12 des Rotors 10 auf. Insbesondere ist das neue Schaufelblatt 13 bereits fertig beschichtet und entsprechend neben einer Beschichtung 14 auch mit einer Spitzenpanzerung 16 versehen. Zudem ist die Fügefläche 19 des neuen Schaufelblatts 13 entsprechend angepasst an die Trennfläche 24 ausgebildet. Entsprechend kann das neue Schaufelblatt 13 in der vorgesehenen Position mit dem Rotor 10 gefügt werden. Hierzu wird das neue Schaufelblatt 13 auf der am Rotor 10 angeordneten Trennfläche 24 positioniert und beispielsweise mittels Reibschweißen fest mit dem Rotor 10 verbunden. 2c FIG. 12 shows the schematic representation of section I-I through the exemplary rotor 10. FIG 2 B with separated airfoil 12 and new airfoil 13. The damaged airfoil 12 was separated from the rotor 10 at the parting surface 24 and is to be replaced by the new airfoil 13. As in 2c As can be seen, the separating surface 24 formed by the separating process on the rotor 10 encloses an angle α with the axis of rotation A of the rotor 10 . The new airfoil 13 is already finished and has all the features of the previous airfoil 12 before it was damaged, as well as the other airfoils 12 of the rotor 10 . In particular, the new airfoil 13 is already completely coated and accordingly provided with a coating 14 as well as a tip armor 16 . In addition, the joining surface 19 of the new airfoil 13 is adapted to the parting surface 24 accordingly. Accordingly, the new airfoil 13 can be joined to the rotor 10 in the intended position. For this purpose, the new airfoil 13 is positioned on the parting surface 24 arranged on the rotor 10 and firmly connected to the rotor 10, for example by means of friction welding.

2d zeigt die schematische Darstellung des Schnitts I - I durch den beispielhaften Rotor 10 aus 2c mit gefügtem neuen Schaufelblatt 13. Am Schaufelblatt 13 ist die Fügestelle 25 erkennbar, welche nach dem Fügen des neuen Schaufelblatts 13 mit dem Rotor 10 bereits versäubert wurde. Eine weitere Nachbehandlung des Schaufelblatts 13 ist nicht erforderlich. 2d FIG. 12 shows the schematic representation of section I-I through the exemplary rotor 10. FIG 2c with the new blade 13 joined. The joint 25 can be seen on the blade 13, which was already cleaned up after the new blade 13 had been joined to the rotor 10. A further post-treatment of the airfoil 13 is not necessary.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors 10 einer Strömungsmaschine, auf dessen Schaufelblättern 12 wenigstens eine Beschichtung 14 angeordnet ist. Im ersten Schritt a) wird wenigstens ein Schaufelblatt 12 vom Rotor entlang einer Trennfläche 24 abgetrennt. Die Trennfläche verläuft dabei oberhalb eines Übergangsbereichs 21 vom Ringraum 11 zum Schaufelblatt 12 und unterhalb eines beschichteten Bereichs 14a des Schaufelblatts 12. 3 shows a schematic representation of a flowchart of the method according to the invention for repairing an integrally bladed rotor 10 of a turbomachine, on whose blade leaves 12 at least one coating 14 is arranged. In the first step a), at least one airfoil 12 is separated from the rotor along a parting surface 24 . The separating surface runs above a transition area 21 from the annular space 11 to the airfoil 12 and below a coated area 14a of the airfoil 12.

Im zweiten Schritt b) wird ein neues Schaufelblatt 13 einschließlich der wenigstens einen darauf angeordneten Beschichtung 14 bereitgestellt und in einem dritten Schritt c) wird das neue Schaufelblatt 13 entlang der Trennfläche 24 am Rotor 10 gefügt. In einem optionalen vierten Schritt d) erfolgt ein Versäubern der Fügestelle 25 des Schaufelblatts 13 entlang der Trennfläche 24.In the second step b), a new airfoil 13 including the at least one coating 14 arranged thereon is provided and in a third step c) the new airfoil 13 is joined along the parting surface 24 on the rotor 10 . In an optional fourth step d), the joint 25 of the airfoil 13 is trimmed along the parting surface 24.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Rotorrotor
1111
Ringraumannulus
1212
Schaufelblattshovel blade
1313
Schaufelblattshovel blade
1414
Beschichtungcoating
14a14a
beschichteter Bereichcoated area
1515
Schaufelspitzeshovel tip
1616
SchaufelspitzenpanzerungShovel tip armor
1717
Vorderkante des Schaufelblattsleading edge of the blade
1818
Beschädigungdamage
1919
Fügeflächemating surface
2121
Übergangsbereichtransition area
2222
Trennlinieparting line
2424
Trennflächeinterface
2525
Fügestelle joint
AA
Drehachse des RotorsAxis of rotation of the rotor
I - II - I
Schnittverlaufcutting course
αa
Winkel zwischen der Trennfläche und der Drehachse des RotorsAngle between the parting surface and the axis of rotation of the rotor

Claims (8)

Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) einer Strömungsmaschine, auf dessen Schaufelblättern (12, 13) wenigstens eine Beschichtung (14, 16) angeordnet ist, mit folgenden Schritten: a) Abtrennen eines Schaufelblatts (12) vom Rotor (10) entlang einer Trennfläche (19), welche unterhalb eines beschichteten Bereichs (14a) des Schaufelblatts (12) und insbesondere oberhalb eines Übergangsbereichs (21) vom Ringraum (11) zum Schaufelblatt (12) verläuft; b) Bereitstellen eines neuen Schaufelblatts (13) einschließlich der wenigstens einen darauf angeordneten Beschichtung (14, 16); und c) Fügen des neuen Schaufelblatts (13) entlang der Trennfläche (24) am Rotor (10).Method for repairing an integrally bladed rotor (10) of a turbomachine, on whose blades (12, 13) at least one coating (14, 16) is arranged, with the following steps: a) Separating a blade blade (12) along the rotor (10). a parting surface (19) which runs below a coated area (14a) of the airfoil (12) and in particular above a transition area (21) from the annular space (11) to the airfoil (12); b) providing a new airfoil (13) including the at least one coating (14, 16) disposed thereon; and c) joining the new airfoil (13) along the parting surface (24) on the rotor (10). Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: d) Versäubern der Fügestelle (25) des Schaufelblatts (12) entlang der Trennfläche (24).Method for repairing an integrally bladed rotor (10). claim 1 , characterized by the further step: d) cleaning the joint (25) of the airfoil (12) along the parting surface (24). Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfläche (24) mit der Drehachse (A) des Rotors (10) wenigstens abschnittsweise einen Winkel (α) einschließt.Method for repairing an integrally bladed rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the parting surface (24) encloses an angle (α) at least in sections with the axis of rotation (A) of the rotor (10). Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung (14, 16) auf den Schaufelblättern (12, 13) ausgehend von der Schaufelspitze (15) wenigstens teilweise in einen Bereich erstreckt, welcher wenigstens 60%, insbesondere wenigstens 80% und insbesondere 90% der Länge des Schaufelblatts (12, 13) umfasst.Method for repairing an integrally bladed rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (14, 16) on the blades (12, 13) extends at least partially into an area, starting from the blade tip (15) which comprises at least 60%, in particular at least 80% and in particular 90% of the length of the airfoil (12, 13). Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Schaufelblättern (12, 13) angeordnete Beschichtung (14, 16) auch eine Schaufelspitzenpanzerung (16) aufweist.Method for repairing an integrally bladed rotor (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the coating (14, 16) arranged on the blades (12, 13) also has a blade tip hardfacing (16). Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen des Schaufelblatts (12) vom Rotor (10) im Schritt a) mittels Drahtfunkenerosion erfolgt.Method for repairing an integrally bladed rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the separating of the airfoil (12) from the rotor (10) in step a) takes place by means of wire spark erosion. Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen des neuen Schaufelblatts (13) am Rotor (10) im Schritt c) mittels einem Schweißverfahren, insbesondere mittels Reibschweißen erfolgt.Method for repairing an integrally bladed rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the new blade (13) is joined to the rotor (10) in step c) by means of a welding process, in particular by means of friction welding. Integral beschaufelter Rotor (10) einer Strömungsmaschine, auf dessen Schaufelblättern (12, 13) wenigstens eine Beschichtung (14, 16) angeordnet ist und mit dem Verfahren zum Reparieren eines integral beschaufelten Rotors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche repariert worden ist.Integrally bladed rotor (10) of a turbomachine, on whose blades (12, 13) at least one coating (14, 16) is arranged and has been repaired using the method for repairing an integrally bladed rotor (10) according to one of the preceding claims.
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