-
Diese
Erfindung betrifft die Reparatur von Hochdruckturbinen-Anstreifringen.
Mehr im Besonderen bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Reparieren
von Hochdruckturbinen-Anstreifringen,
bei denen ein Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brenngas (HVOF) und für solche
Reparaturen benutzte Materialien verwendet werden. Der Gebrauch
von HVOF zum Schaffen von Überzügen in Turbinen
wurde in Nester et al: "Economical
advantages of HVOF-sprayed coatings for the land based gas turbine
industry", Proceedings
of ITSC, May 1995, diskutiert.
-
In
Gasturbinen umgibt typischerweise ein Anstreifring die Spitzen der
Rotorschaufeln im Turbinenabschnitt des Triebwerkes. In einer Brennkammer
werden Druckluft und Brenngas verbrannt und den hindurchströmenden Arbeitsgasen
Wärmeenergie
zugeführt.
Aus der Kammer strömen
Gase hoher Temperatur, die in einem ringförmigen Strömungspfad durch den Turbinenabschnitt
des Triebwerkes stromabwärts
fließen.
Leitschaufeln am Einlass zur Turbine richten die Arbeitsgase auf
mehrere Laufschaufeln, die sich radial vom Triebwerksrotor nach außen erstrecken.
Ein vom Turbinengehäuse
getragener ringförmiger
Anstreifring umgibt die Spitzen der Laufschaufeln der Turbine und
nimmt die Arbeitsgase auf, die darüber hinweg zum Strömungspfad fließen. Der
Abstand zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Anstreifring
ist minimiert, um Leckströmungen
der Arbeitsgase um die Spitzen der Laufschaufeln herum zu verhindern.
Anstreifringe bieten eine Reiboberfläche für die Spitze der Laufschaufel.
Die Absicht liegt bei diesem Designs darin, dass die Spitzen der
Laufschaufeln in den Anstreifringe einlaufen und so die Luftmenge
verringern, die die Turbinenschaufeln umgehen kann. Das Minimieren der
Luft, die die Turbinenschaufeln um gehen kann, erhöht die Effizienz
des Triebwerkes. Eine sekundäre Funktion
des Anstreifrings ist das thermische Abschirmen des Gehäuses gegen
das heiße
Gas in dem Strömungspfad.
-
Der
Anstreifring ist so dem Abrieb von den Spitzen der rotierenden Turbinen-Laufschaufeln
ausgesetzt. Gleichzeitig ist der Anstreifring auch den heißen Gasen
des Strömungspfades
ausgesetzt, die in einer Verbrennungskammer verbrannt worden sind. Diese
Gase führen
im Laufe der Zeit nicht nur zur Korrosion und Hochtemperatur-Oxidation
des Anstreifrings, sondern verursachen auch eine Erosion der Anstreifringoberflächen. Der
Anstreifring muss daher so gestaltet sein, dass er sowohl gegen
korrosive und oxidative Wirkungen der heißen Gase, als auch gegenüber der
fortwährenden
Strömung
der heißen
Gase über
die Anstreifring-Oberflächen
und im Ergebnis der Berührung
mit dem Dichtungszahn der Turbinen-Laufschaufel abriebsbeständig oder reibnachgiebig
beständig
ist.
-
Über eine
Zeitdauer der Benutzung des Triebwerkes werden die Oberflächen der
Anstreifringe durch die Reiboberflächen der Spitzen der Laufschaufel
abgenutzt. Zusätzlich
findet eine gewisse Erosion statt, da die heißen Gase mechanisch die Strömungspfad-Oberflächen des
Anstreifrings erodieren. Zusätzlich
tritt eine gewisse Korrosion und Oxidation der Anstreifring-Oberflächen aufgrund
der korrosiven Wirkung der Gase auf die Anstreifring-Oberflächen auf.
-
Wegen
der hohen Kosten der Anstreifringmaterialien ist es erwünscht, statt
die aus teurem Superlegierungs-Material hergestellten und maschinell zu
exakten und engen Toleranzen bear-beiteten Anstreifringe außer Dienst
zu stellen, die Anstreifringe durch Aufarbeitung der Anstreifringe
mit Wiederherstellung ihren ursprünglichen Abmessungen gemäß vorausge wählten Toleranzen,
wie sie durch die Größe des Triebwerkes
bestimmt sind, zu reparieren, ebenso wie die korrosionsbeständigen Eigenschaften
der Strömungspfad-Oberflächen wiederherzustellen.
In der Vergangenheit wurde diese Wiederherstellung durch Niederdruck-Plasmaspritzen
(LPPS) oder durch Benutzung thermisch verdichteter Überzüge (TDC)
bewirkt. Während
beide Verfahren brauchbare Reparaturen und Wiederherstellungen ergeben,
leiden sie beide unter gewissen Einschränkungen. So spritzt sowohl
das VPS- als auch das LPPS-Verfahren
MCrAlY in einer Vakuumkammer auf eine erhitzte Oberfläche, was
das Verfahren sehr empfindlich gegenüber Lecks macht, da zur erfolgreichen
Durchführung
der Reparatur ein Teilvakuum aufrechterhalten werden muss. Es kann
mit dem LPPS-Verfahren nur eine begrenzte Anzahl von Teilen gleichzeitig
bearbeitet werden. Zusätzlich
erfordert LPPS ein Vorerhitzen und, gekoppelt mit dem Schweißverfahren,
kann es zu einer beträchtlichen Verformung
des Teiles führen.
Während
dieses Verfahren den Vorteil hat, dass es in der Lage ist, einen reparierten
Anstreifring zu schaffen, der bei höheren Temperaturen benutzt
werden kann, als dies mit anderen Verfahren der Fall ist, erfolgt
die Abscheidung des Materials mit einer sehr viel geringeren Rate. Das
Resultat ist dann, dass der Anstreifring entweder zu den Minimal-
oder unterhalb der Minimal-Abmessungen wiederhergestellt ist, oder
es ergeben sich beträchtliche
Kosten bei der Zugabe von zusätzlichem
Material zu dem Anstreifring während
der Reparatur. Im Ergebnis ist dieses Verfahren langsam, zeitaufwändig und
außerordentlich
teuer. Das TDC-Verfahren benutzt hartgelötete Vorformen, die in Form
von Pulvern vorliegen können,
um die Seiten und die Strömungspfade
auf allen Oberflächen
aufzubauen. Die Vorformen schließen typischerweise Epoxymaterial
als ein Bindemittel ein. Dies ergibt typischerweise und eine unerwünschte und
manchmal eine inakzeptable Porosität der Teile. Die Qualität der nach
dem TDC-Verfahren reparier ten Teile hängt natürlich von der Qualität der Vorformen
ab. Die bei einem TDC-Verfahren eingesetzten Materialien enthalten
typischerweise den Schmelzpunkt herabsetzende Stoffe, wie Silizium
und Bor oder Kombinationen dieser Elemente. Weil diese Materialien
dazu vorgesehen sind, bei Temperaturen von etwa 1260°C (2300°F) oder weniger
schmelzen, müssen
sie bei Temperaturen unterhalb der beginnenden Schmelztemperatur
des Grundmaterials aufgebracht werden. Unter Einsatz dieser Materialien
reparierte Anstreifringe können
nicht für
Anwendungsfälle
oberhalb etwa 1232°C
(2250°F)
eingesetzt werden.
-
Erwünscht ist
ein Verfahren zum Reparieren von Hochdruckturbinen-Anstreifringen
nach Einsatz des Triebwerkes zur Verlängerung der Lebensdauer der
Anstreifringe und zur Schaffung eines kosteneffektiven Betriebes
des Triebwerkes unter Einsatz oxidationsbeständiger, korrosionsbeständiger und
reibnachgiebiger Materialien, die Temperaturen von mehr als etwa
1232°C (2250°F) widerstehen
können.
-
Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Reparatur von Turbinenanstreifringen,
die außer Dienst
gestellt sind. Die Reparatur stellt die Korrosions- und Oxidations-Beständigkeits-Charakteristika des
Anstreifrings wieder her, während
sie gleichzeitig die Abmessungs-Charakteristika der Anstreifringströmungspfad-Oberflächen, die
vordere und rückwärtige Schiene
des Anstreifrings und die linke und rechte Seite des Anstreifrings
wiederherstellt. Das Verfahren umfasst eine Reihe von Stufen. Wegen
der außerordentlich
hohen Temperaturen, mehr als 1260°C (2300°F) der heißen Verbrennungsgase,
denen ein Anstreifring ausgesetzt ist, bilden sich auf den exponierten
Oberflächen
des Anstreifrings bei diesen Temperaturen lose Oberflächen-Verunreinigungen, einschließlich Verbrennungsprodukte
und Oxidations-Nebenprodukte.
Nachdem der Turbinenanstreifring außer Dienst gestellt wurde,
müssen
zuerst diese losen Oberflächen-Verunreinigungen
entfernt werden. Dieses Reinigen exponiert Überzugs-Materialien, die vor
der In-Dienst-Stellung auf den Anstreifring aufgebracht worden sein
können.
Die nächste Stufe
schließt
das Entfernen übriger Überzugs-Materialien
ein, die vor der In-Dienst-Stellung auf den Anstreifring aufgebracht
sein können
und noch auf dem Anstreifring verblieben sind. Diese Überzüge können aufgebracht
worden sein, um dem Anstreifring Korrosions-Beständigkeit, Oxidations-Beständigkeit,
Abschleifbarkeit oder alle diese Eigenschaften zu verleihen. Nach
der Entfernung der Überzüge wird
aktiviertes, durch Diffusion heilendes (ADH) oder unterteiltes Legierungskomponenten-Heilungs(PACH)-Material auf
die exponierten Oberflächen
des Anstreifring aufgebracht, um irgendwelche existierenden Hohlräu-me, wie
Risse oder Löcher,
zu füllen,
die während
der Betriebslebensdauer des Anstreifring aufgetreten sein mögen oder
die während
der ursprünglichen
Herstellung in dem Anstreifring gebildet worden sein können. Nach
dem Füllen
der Hohlräume
wird das aufgebrachte nachgiebige Material zur Schaffung einer glatten
Oberfläche
für den
Rest der Wiederherstellungs-Stufen maschinell bearbeitet. Als Nächstes werden
die Enden der Anstreifringe durch Auftragsschweißen eines Superlegierungs-Materials,
das mit dem Grundmaterial des Anstreifrings verträglich ist,
falls erforderlich, repariert. Dieser Aufbau stellt das Anstreifring-Grundmaterial
wieder her, das während
des Betriebes des Triebwerkes abgerieben worden ist. Als Nächstes wird
ein korrosions- und oxidationsbeständiges reibnachgiebiges Material
auf die Strömungspfad-Oberflächen des
Anstreifrings sowie die Seitenoberflächen (vordere und rückwärtige Schiene)
des Anstreifrings unter Benutzung eines Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brenngas-Verfahrens
(HVOF) aufgespritzt. Bei diesem Verfahren liegt das Füllstoff-Material
als ein Pulver vor, das während des
HVOF-Verfahrens auf das Substrat gespritzt wird. Während dieses
Füllstoff-Material
irgendein korrosionsbeständiges,
oxidationsbeständiges
und reibtolerantes Pulver sein kann, haben sich MCrAlY und Superlegierungen,
typischerweise Superlegierungen auf Nickelbasis, als geeignet erwiesen.
Es wird genügend
Material auf das reparierte Substrat gespritzt, um das Substrat
zumindest bis zu den Minimalabmessungen wiederherzustellen, die
für einen neuen
Anstreifring erforderlich sind. Der Anstreifring wird dann zu vorausgewählten Abmessungen
maschinell bearbeitet, die Abmessungen innerhalb der für einen
neuen Anstreifring festgelegten Toleranzen sind. Schließlich wird
wahlweise ein Aluminid zur verbesserten Oxidationsbeständigkeit
auf den Anstreifring aufgebracht.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt einen Fortschritt der gegenwärtigen Technologie
zum Reparieren und Wiederherstellen von Anstreifringen für den Einsatz
in Triebwerken dar. Anders als mit dem TDC-Verfahren reparierte
Anstreifringe, sind gemäß der vorliegenden
Erfindung reparierte Anstreifring aufgrund von Zugaben den Schmelzpunkt
herabsetzender Materialien, wie Bor oder Silicium, nicht hinsichtlich
der Temperatur beschränkt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Fortschritt gegenüber dem
Niederdruck-Plasmaspritzen (LPPS) dar, weil kein Partialva-kuum
erforderlich ist, was das Verfahren rascher, billiger, wirksamer
und leichter ausführbar
macht. Andere Vorteile sind weniger Verfahrens-Variationen und kein Vorerhitzen, um über einen bestimmten
Wert hinauszugehen oder unter einem solchen zu bleiben. Sehr wichtig
ist, dass es sehr viel weniger Teilverformung gibt, so dass das
Wiederherstellen der Anstreifringsegmente zu den ursprünglichen
Zeichnungs-Toleranzen einfacher und mit weniger maschineller Bearbeitung
ausgeführt
werden kann. Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die
beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellt.
-
Die
Erfindung wird nun detaillierter beispielhaft unter Bezugnahme auf
die Zeichnung beschrieben, in der
-
1 eine
Querschnittsansicht einer Anstreifring-Baueinheit ist, die ein Anstreifringsegment zeigt,
das die Strömungspfad-Oberfläche benachbart der
Spitze einer Turbinen-Laufschaufel, den Anstreifringträger, den
Anstreifringaufhänger-Träger und
das Trägergehäuse zeigt,
-
2 eine
perspektivische Ansicht eines Anstreifringsegmentes ist und
-
3 eine
perspektivische Teilansicht einer Anstreifring-Baueinheit ist, die
eine Reihe von Anstreifringsegmenten umfasst, die unter Bildung
eines Abschnittes eines Zylinders um Turbinen-Laufschaufeln zusammengebaut
sind.
-
1 ist
eine Querschnittsansicht einer Turbinentriebwerks-Anstreifringbaueinheit,
die ein Anstreifringsegment 10 zeigt. In dieser Ansicht
hat das Anstreifringsegment 10 eine Strömungspfad-Oberfläche 12.
Für Veranschaulichungszwecke
ist auch eine Turbinen-Laufschaufel 50 mit einer Spitze 52 unmittelbar
benachbart der Strömungspfad-Oberfläche 12 des
Anstreifringsegmentes gezeigt. 2 ist eine perspektivische
Ansicht des Anstreifringsegmentes 10 der 1.
Das Anstreifringsegment hat ein vorderes Ende 14 und ein
rückwärtiges Ende 16.
Wie in 3 gezeigt, ist eine Anzahl von Anstreifringsegmenten
mit Seiten 18 unter Bildung einer Anstreifringbaueinheit
zusammengesetzt, die die Gestalt eines Zylinders aufweist, der die
Turbinen-Laufschaufeln
umgibt. Da sich die heißen
Verbrennungsgase rasch von den Brennern entlang dem Inneren des Triebwerkes und über die
Anstreifringströmungspfad-Oberflächen 12 vom
vorderen Ende 14 der Anstreifringsegmente zum rückwärtigen Ende 16 der Anstreifringsegmente
bewegen, werden die Turbinen-Laufschaufeln gedreht. Wie ersichtlich,
wird das Triebwerk um so wirksamer arbeiten, je enger die Toleranz
zwischen den Anstreifringsegmenten und den Laufschaufeln ist, da
geringere Volumina von Gasen über
den Anstreifring-Strömungspfad
ausweichen werden.
-
Wie 1 zeigt,
sind Turbinen-Laufschaufeln 50 mit Spitzen 52 versehen,
um in die Strömungspfad-Oberfläche 12 der
Anstreifringsegmente, die allgemein ein abreibbares Material umfassen, einzuschneiden.
Während
der Triebwerks-Lebensdauer
nimmt natürlich
der Abstand zwischen der Laufschaufel 52 und der Strömungspfad-Oberfläche 12 graduell
aufgrund des Be-triebes der rotierenden Laufschaufeln gegen die
fixierten Anstreifring-Baueinheiten bei verschiedenen Betriebstemperaturen zu.
Während
des Entlangstreichens der heißen
Verbrennungsgase im Inneren des Triebwerkes über die Anstreifring-Baueinheit
von den vorderen Schienen zu den rückwärtigen Schienen findet auch
eine mechanische Erosion von Material von den Anstreifring-Baueinheiten
statt, was den Abstand zwischen den Laufschaufeln und der Anstreifring-Baueinheit erhöht. Die
heißen
Verbrennungsgase enthalten auch eine Anzahl unerwünschter
Nebenprodukte, die nicht nur Oxidation, sondern auch Korrosion der
Materialien der Anstreifring-Baueinheit verursachen. Da die Anstreifring-Baueinheit aus einer
Anzahl von Anstreifringsegmenten zusammengesetzt ist, die zu einem
Ring zusammengebaut sind, entwickelt sich bei Entfernung des Materials
des Anstreifring-Strömungspfades,
nach welchem oben beschriebenen Prozess auch immer, ein Spalt entlang
der Anstreifringseiten 18 zwischen den Anstreifringsegmenten. Während die
Triebwerks-Effizienz
weiter abnimmt, muss das Triebwerk schließlich überholt werden, um die Triebwerksteile
einschließlich
der Anstreifringsegmente zu ihren ursprünglichen Bedingungen, sowohl
abmessungsmäßig als
auch materialmäßig, wiederherzustellen.
-
Das
Verfahren zum Reparieren von Turbinenanstreifring-Baueinheiten, die
außer
Dienst gestellt sind, um Korrosionsbeständigkeit und die Abmessungen
der Anstreifringsegmente 10 auf innerhalb der Abmessungs-Toleranz wiederherzustellen, die
für neue
Anstreifringsegmente spezifiziert sind, erfordert, dass die abgenutzten
Segemente 10 zuerst von losen Oberflächen-Verunreinigungen sowie irgendwelchen
Korrosions- oder Oxidationsprodukten gereinigt werden müssen. Es
kann irgendein bekanntes Entfettungs-Reinigungsverfahren benutzt
werden. Die Segmente werden dann geschliffen oder gesandstrahlt,
um irgendwelche fest haftenden Oxide zu entfernen. Als Nächstes werden
die Segmente mit Säure
abgebeizt, um die Aluminide zu entfernen, gefolgt von einem Fluoridionen-Reinigen (FIC). Da
dieses Abziehen oder Abbeizen mit Säure Material in Form von Aluminiden
von den Segmenten entfernt, befinden sich die Segmente nun unterhalb
der Abdruck-Abmessung.
Dies ist zu diesem Zeitpunkt kein unerwünschter Zustand, weil die nachfolgende
Zugabe von Material und das maschinelle Bearbeiten der Flächen des
Anstreifringsegmentes auch die Korrektur des Verbiegens gestattet.
Das Verbiegen (chording) ist eine Neigung von Anstreifringsegmenten sich
während
des Betriebes bei erhöhter
Temperatur zu verbiegen (bow).
-
Die
Oberflächen
der Anstreifringsegmente werden dann unter Einsatz eines aktivierten
Diffusions-Heilungs(ADH)-Verfahrens
wiederhergestellt, um Hohlräume,
wie Löcher,
die ursprünglich
maschinell in die Anstreifringsegmente eingebracht worden waren,
oder Risse, die sich während
des Betriebes entwickelt haben können,
zu entfernen. Das ADH-Verfahren
ist in der am 4. Juni 1996 herausgegebenen US-PS 5,523,170 und in
der am 1. Oktober 1996 herausgegebenen US-PS 5,561,827 beschrieben. Typischerweise
wird das im ADH-Verfahren
eingesetzte Material an das Grundmaterial des Anstreifringsegmentes
angepasst und es ist typischerweise identisch den Substrat-Grundmaterialien,
was es den hinzugegebenen Elementen gestattet, das ADH zu bewerk-stelligen.
Es kann jedoch auch irgendeine andere Legierung sein, die mit dem
Grundmaterial des Anstreifringsegmentes verträglich ist. Nach der Reparatur
der Oberflächen
durch das bekannte ADH-Verfahren
werden die reparierten Oberflächen maschinell
bearbeitet, um eine glatte Oberfläche für nachfolgende Operationen
zu schaffen und mindestens eine Anstreifringoberfläche muss
derart maschinell bearbeitet werden, dass sie einen Bezugspunkt für die folgende
maschinelle Bearbeitung, üblicherweise
die vorbestimmte Bezugsfläche
eines neuen Anstreifringsegmentes, bietet.
-
Zu
diesem Zeitpunkt kann die Reparatur der Anstreifringsegmente nach
einer von zwei alternativen Reihenfolgen ausgeführt werden, die vom Zustand
des Grundmaterials des Anstreifringsegment-Substrates abhängen. Die
erste Alternative wird typischerweise benutzt, wenn das Substratmaterial
nicht die Tendenz hat, während
des Betriebes stark zu korrodieren, wie MAR-M-509, das eine nominelle
Zusammensetzung, bezogen auf das Gewicht, von 10% Ni, 0,6% C, 0,1%
Mn, 0,4% Si, 22,5% Cr, 1,5% Fe, 0,01% B, 0,5% Zr, 7% W, 3,5% Ta,
Rest Co und übliche
Verunreinigungen hat und L 605, das eine nominelle Zusammensetzung,
bezogen auf das Gewicht, von 20% Cr, 10% Ni, 15% W, 3% Fe, 1% Si, 1,5%
Mn, 0,1% C, Rest Nickel und übliche
Verunreinigungen hat, Rene N5, das eine nominelle Zusammensetzung,
bezogen auf das Gewicht, von 7,5% Co, 7% Cr, 6,2% Al, 6,5% Ta, 5%
W, 3% Re, 1,5% Mo, 0,5% Hf, 0,05% C, 0,004% B, Rest Ni und übliche Verunreinigungen
hat oder IN-738, das eine nominelle Zusammensetzung, bezogen auf das
Gewicht, von 8,5% Co, 16% Cr, 3,4% Al, 3,8% Ti, 1,75% Ta, 2,6% W,
1,75 Ta, 0,012% B, 0,12% Zr, 0,05% Nb, Rest Ni und übliche Verunreinigungen
hat. Ein Material, typischerweise in Form eines Pulvers mit verbesserter
Umweltbeständigkeit,
das abschleifbar ist, wie ein MCrAlY(X), worin M ein Element ist,
ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Co und Ni und deren Kombinationen, und
(X) ein Element ist, ausgewählt aus
der Gruppe von Verfestigern fester Lösung und γ'-Bildnern, bestehend aus Ti, Ta, Re,
Mo und W und Korngrenzen-Verfestigern, bestehend aus B, C, Hf und
Zr und deren Kombinationen, oder BC-52 mit einer nominellen Zusammensetzung
in Gew.-% von 18% Cr, 6,5% Al, 10% Co, 6% Ta, 2% Re, 0,5% Re, 0,5%
Hf, 0,3% Y, 1% Si, 0,015% Zr, 0,015% B, 0,06% C, Rest Ni und übliche Verunreinigungen,
wird durch das HVOF-Verfahren aufgebracht. Als Erstes werden mehrere
Anstreifringsegmente in eine Ringhalterung eingebaut. Ein Roboter,
der die HVOF-Ausrüstung hält, wird über einen
Bogen rotiert, typischerweise von mindestens 49°C (120°F), so dass die Oberfläche 12 des
Anstreifring-Strömungspfades
und die vorderen und hinteren Schienen 14, 16 des
Anstreifringsegmentes mit Material aufgebaut werden. Das Material
wird durch das HVOF-Verfahren bis zu einer Dicke von 0,127–0,381 cm
(0,005–0,150
Zoll), vorzugsweise jedoch bis zu einer Dicke von 0,0127–0,0254
cm (0,005–0,010
Zoll) aufgebracht. Das HVOF-Verfahren, das ein Gas hoher Geschwindigkeit
als einen Schutzschirm benutzt, um die Bildung von Oxid zu verhindern,
ist ein bei relativ geringer Temperatur ausgeführtes Spritzen, das das Aufbringen
eines hochdichten oxidfreien Überzuges
in einer weiten Vielfalt von Dicken gestattet. Das HVOF-Verfahren
nutzt typischerweise eines einer Vielfalt von Brenngasen, wie Sauerstoff,
Sauerstoff-Propylen,
Sauerstoff/Wasserstoff-Mischun-gen oder Kerosin. Die Gasströmung des
Brenngases kann von 609,6–1524
m/s (2000–5000
ft/sec) variiert werden. Natürlich
hängt die
Tem peratur beim Spritzen von der Verbrennungs-Temperatur des benutzten
Brenngases ab, doch liegt diese typischerweise im Bereich von 1649–2760°C (3000–5000°F). Nachdem
die erwünschte
Materialmenge aufgebracht worden ist, was die Anstreifringsegmente über die obigen
Zeichnungs-Toleranzen hinausträgt,
werden die Anstreifringsegmente maschinell zu den vorausgewählten Zeichnungs-Abmessungen
mittels Bearbeitungsvorgängen
auf der Grundlage der zuvor maschinell hergestellten Bezugsfläche bearbeitet.
Die maschinelle Bearbeitung schließt typischerweise die Wiederherstellung
von Löchern
ein, die zuvor mit dem ADH-Verfahren gefüllt wurden, wie durch die anwendbaren
Betriebsanforderungen erforderlich. Nach der maschinellen Bearbeitung
wird zur Erzielung einer verbesserten Oxidations-Beständigkeit
ein Aluminid auf die Seiten 18 des Anstreifringsegmentes
aufgebracht. Dieses Aluminid, das ein PtAl oder ein NiAl sein kann,
kann nach irgendeiner Technik aufgebracht werden.
-
In
der zweiten alternativen Sequenz, wenn das Grundmaterial des Anstreifringsegmentes
aus einer Legierung zusammengesetzt ist, die im Betrieb zur Korrosion
neigt, z.B. Rene N5, dann werden die Seiten 18 des Anstreifrings
durch Schweißen
unter Nutzung eines standardgemäßen Wolfram-Inertgas(TIG)-Verfahrens
oder einer Plasma-Wolframbogen(PTA)-Reparatur
wiederhergestellt. Das Füllstoffmetall
ist eine Superlegierung, wie Rene N5, L605, HS188, die eine nominelle
Zusammensetzung, bezogen auf das Gewicht, von 0,1% C, 1,25% Mn,
0,4% Si, 22% Cr, 3,5% Fe, 22% Ni, 15,5% W, Rest Co und übliche Verunreinigungen
hat, oder Rene 142, das eine nominelle Zusammensetzung, bezogen
auf das Gewicht, von 12% Co, 6,8% Cr, 6,15% Al, 6,35% Ta, 4,9% W,
2,8% Re, 1,5% Mo, 1,5% Hf, 0,12% C, 0,2% Fe, 0,01% Mn, 0,015% B,
Rest Ni und übliche
Verunreinigungen hat. Weil die Seiten korrodiert sind, verringern
die Reinigungs-Prozeduren die Abmessungen unter das Minimum und
diese Reparatur stellt die Endabmessungen zu den Zeichnungs-Toleranzen oder
etwas darüber
her. Obwohl das HVOF-Verfahren dazu benutzt werden könnte, diese
Abmessungen wiederherzustellen, um ein Teil zu schaffen, das die
ursprünglichen
Zeichnungs-Anforderungen erfüllt,
würde die
existierende Ausrüstung
ein beträchtliches Überspritzen
der Oberflächen
und folglich ein zeitaufwendiges maschinelles Bear-beiten der überspritzten
Oberfläche
erfordern. Alternativ können
die Segmente wieder in einer Halterung befestigt und HVOF-repariert
werden, doch ist auch dies zeitaufwendig und nicht so wirksam wie
eine Reparatur mittels TIG oder PTA.
-
Nach
dieser Reparatur haben die Anstreifringsegmente korrosionsbeständiges Material,
vorzugsweise ein MCrAlY, wie oben beschrieben, unter Benutzung des
HVOF-Verfahrens bis zu einer Dicke von vorzugsweise 0,0127–0,0258
cm (0,005–0,010 Zoll)
aufgebracht, obwohl das Material in Dicken bis zu etwa 0,381 cm
(0,150 Zoll) oder mehr aufgebracht werden kann und die Anstreifringsegmente
maschinell bearbeitet werden, wie oben ausgeführt. Nach der maschinellen
Bearbeitung wird ein zusätzlicher Überzug aus
korrosionsbeständigem
oxidationsbeständigem
Material nach dem Dampfabscheidungs-Verfahren aufgebracht, um die
bloßen,
maschinell bearbeiteten Oberflächen
zu schützen.
Dieses zusätzliche
korrosionsbeständige,
oxidationsbeständige
Material wird nach dem Dampfabscheidungs-Verfahren aufgebracht, um zu gestatten,
dass das Material in Form von Dämpfen
irgendwelche inneren Hohlräume
des Substrat-Materials durchdringt. Dies ist bevorzugt, da das Substrat
des Anstreifringsegmentes in dieser alternativen Sequenz sich bekanntermaßen nicht
so gut wie andere Substrate hinsichtlich Korrosions- und Oxidations-Beständigkeit
verhält.
Da das Verfahren des Reinigens, wie Abbeizen mit Säure und
FIC, im Eindringen in Kühllöcher resultiert
und die ur sprünglichen
korrosions/oxidationsbeständigen Überzüge entfernt,
ist es erforderlich, solche Substrate unter Anwendung einer Verfahrens,
wie Dampfabscheidung, das das Eindringen in solche inneren Hohlräume und
Kühllöcher gestattet,
wieder zu schützen.
Obwohl es viele verschiedene korrosionsbeständige Materialien gibt, die unter
Anwendung von Dampfabscheidungs-Verfahren aufgebracht werden können, besteht
der bevorzugte abgeschiedene Überzug
aus NiAl-Materialien.
-
BEISPIEL 1
-
Ein
Anstreifring wurde aus einem Triebwerk entfernt und nach dem oben
beschriebenen Verfahren repariert. Der Anstreifringbestand aus MAR-M-509
und auf ihn wurde nach der Reparatur mittels HVOF-Aufbringungen
von CoNiCrAlY bis zu einer Dicke von 0,0127–cm 0,381 cm (0,005–0,015 Zoll)
und nachfolgender maschineller Bearbeitung ein Aluminid-Überzug aufgebracht.
In Laboratoriumstests war der Anstreifring einer Eindringrate von 0,0051
cm (0,002 Zoll) bei einer Anstreifring-Temperatur von 902°C (1800°F) mit Rene
80-Laufschaufeln ausgesetzt. Ähnliche
Schaufeln wurden nach den VPS- und TDC-Reparaturverfahren repariert
und gleichen Testbedingungen unterworfen. Nach dem Testen wurden
die Anstreifringe untersucht und es gab keine signifikanten Unterschiede
in den Reibcharakteristika der nach den verschiedenen Verfahren aufgebrachten Überzüge. Die
HVOF-Reibtiefe variierte von 12,52xE-06 bis 6,35xE-06 cm (5XE-06
bis 2,5xE-05 Zoll)
für den
HVOF-reparierten Anstreifring, während
der TDC-reparierte Anstreifring von 0 bis etwa 6,35xE-06 cm (2,5xE-0,5
Zoll) variierte. Es war für
den VPS-reparierten Anstreifring nur eine Messung erhältlich,
die 12,52xE-06 cm (5xE-06 Zoll) betrug. Für Dicken des aufgebrachten Überzuges
von 0,0127–0,0254
cm (0,005–0,010
Zoll) waren diese Unterschiede unbedeutend.
-
BEISPIEL 2
-
Ein
Anstreifring wurde aus einem Triebwerk entfernt. Die Anstreifringsegmente
wurden mittels HVOF- und VPS-Techniken
repariert. Das Anstreifringsubstrat-Material war Inconel IN-738.
Der Anstreifring wurde wieder in das Triebwerk eingebaut und mit
gering eingestellten Laufschaufelspitzenabständen getestet, um ein hartes
Abreiben einzuleiten. Die maximalen Strömungspfad-Temperaturen betrugen
ll77°C (2150°F) Es gab
keinen visuellen Unterschied in den Reibcharakteristika der nach
den verschiedenen Verfahren aufgebrachten Überzüge nach dem Testen.
-
Die
vorliegende Herangehensweise bietet ein geeignetes Verfahren zum
Reparieren von außer Dienst
gestellten Anstreifringen bei beträchtlichen Zeit- und Kosten-Verbesserungen und
mit weniger Verformung der Teile als bei Teilen, die mit konkurrierenden
Reparatur-Techniken repariert worden waren. Es ergibt höhere Temperatur-Fähigkeiten
als für
Teile, die nach dem TDC-Ver-fahren repariert wurden. Es ergibt auch
weniger Verfahrens-Variation als bei Teilen, die nach dem VPS-Verfahren
repariert wurden.