EP1814690A1 - Component provided a material filled recess - Google Patents

Component provided a material filled recess

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Publication number
EP1814690A1
EP1814690A1 EP05794617A EP05794617A EP1814690A1 EP 1814690 A1 EP1814690 A1 EP 1814690A1 EP 05794617 A EP05794617 A EP 05794617A EP 05794617 A EP05794617 A EP 05794617A EP 1814690 A1 EP1814690 A1 EP 1814690A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recess
component according
component
crack
shape
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Withdrawn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
EP05794617A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Michael Dankert
Ying Pan
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
Teteruk Rostislav
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 Teteruk Rostislav, Siemens AG filed Critical Teteruk Rostislav
Priority to EP05794617A priority Critical patent/EP1814690A1/en
Publication of EP1814690A1 publication Critical patent/EP1814690A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B23P6/005—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only replacement pieces of a particular form
    • 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
    • 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
    • B23P6/04—Repairing fractures or cracked metal parts or products, e.g. castings
    • B23P6/045—Repairing fractures or cracked metal parts or products, e.g. castings of turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors, etc.
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49718—Repairing
    • Y10T29/49746—Repairing by applying fluent material, e.g., coating, casting

Definitions

  • the invention relates to a component with a filled recess according to the preamble of claim 1.
  • Components sometimes crack after manufacture or often after extended use.
  • the idea of the invention consists, inter alia, in that not only in a running direction around the elongated crack, e.g. By milling out material is worked out, but also in a direction transverse to the crack in which the crack did not run.
  • Show it 1 shows a component with a crack
  • Figure 2 shows a repaired component according to the prior
  • FIG. 17 shows a turbine blade
  • FIG. 18 shows a combustion chamber
  • FIG. 19 shows a turbine.
  • Figure 1 shows a component 1, l f with a surface 5, in or below which a crack 4 in a direction of extension 10 extends.
  • Figure 2 shows a prior art component 1 'which has been repaired.
  • the recess 7 has an elongated shape (rectangular) in the direction 10 on.
  • the depression 7 can also have already formed during the production of the component, as it is known, for example. is common in the casting of components in which a recess 7 in the Bau ⁇ part is present where a support vor ⁇ was present in the mold, i. Thus, the recess 7 in the component does not necessarily have to be arranged at a location where there was a crack before.
  • the component 1 has a first material, which is similar to the second material in the recess 7 or similar (for example, during welding) or different from this (for example, during soldering).
  • the second material has poorer thermomechanical properties due to a different microstructure than the component which, for example, has a DS or SX structure.
  • the component which, for example, has a DS or SX structure.
  • FIGS. 3 to 6 show exemplary embodiments of the component 1 according to the invention.
  • the recess 7 extends not only in the direction 10, but also in a transverse direction 11 transversely to the direction 10 and has in contrast to Figure 2 in plan view no rectangular eckform, but an L-shape.
  • the additional, transversely ver ⁇ running part of the recess 7, the additional recess 13, is here for example also rectangular executed.
  • Both the original part of the recess 7 according to the prior art and the additional recess 13 may be performed instead of rectangular and round.
  • the original part of the recess 7 according to the state of the ground plan technique have an elongated oval shape.
  • the additional recess 13 may extend at an angle ⁇ of> 0 ° to ⁇ 180 ° with respect to the direction of travel 10.
  • ⁇ is> 45 °,> 60 °,> 75 ° or 90 °.
  • the L-shape can be present in any orientation in the component 1 (FIGS. 3 to 6).
  • the depression 7 is then filled with a solder, for example, or sealed with a second material.
  • This material usually differs from the material of the component 1 (superalloy, in particular nickel-, cobalt- or iron-based), but in any case has worse thermomechanical properties than the base material of the component 1.
  • a crack 4 f arise for the first time or again in the filled recess 7, it will be deflected into the additional recess 13 (FIGS. 3 to 6) and thus be unfavorable to the voltage applied to the component 1, so that the Crack 4 f stops growing.
  • the transverse dressvertie ⁇ tion 13 thus has the function of a crack stopper, which can deflect the crack propagation in a direction for which the applied mechanical stresses have a non-critical size.
  • the recess 7 is T-shaped. Should a crack 4 f again arise in the recess 7 along the direction 10, it is deflected to the left and / or right in the transverse direction 11.
  • FIG. 8 shows a further advantageous embodiment of the invention.
  • the T-shape has a first T-region Ti, which extends in the transverse direction 11, and a second T-region T 2 , which runs counter to the transverse direction 11.
  • the corresponding lengths li, I2 of the regions Ti, T2 can be of the same length.
  • the length I 2 is advantageously designed to be longer than the length li if the voltage G 2 is greater than Gi.
  • Figure 9 shows an H-shape of the recess 7 as a further particularly advantageous embodiment of the invention.
  • the H-shape has in the transverse direction 11 a first and a second H-range Hi or H 2 with the corresponding lengths Ii, I 2 .
  • the lengths li, I 2 can be the same.
  • the length l i is advantageously designed to be longer than the length l 2 of the region h 2 .
  • the additional recess 13 may, instead of being rectilinearly angled, also extend arcuately curved to the direction 10 and taper at the end or are rounded off, as shown in FIG.
  • Such an additional recess 13 may be formed for the L-shape (FIG. 10), T-shape or H-shape (FIG. 11).
  • the H-shape may be rounded in its contour in the corner regions, so that it has the shape of a bone (Fig. 12).
  • FIG. 13 shows a further embodiment of the component 1 according to the invention.
  • the recess 7 (exemplarily here in the form of an H) is filled with an insert 16 and a solder 19.
  • the insert 16 in particular has the contour of the depression 7 and consists, for example, of the same material as the component 1 and is held by the solder 19 of the recess 7 or is welded to the component 1.
  • the recess 7 is in particular formed so that it covers the entire crack 4, even if this crack 4 is not always straight in the direction of extension 10 (FIG. 14).
  • a very wide recess 8 (FIG. 15: indicated by dashed lines) can occur if the crack 4 propagates not only in a course direction 10 but also transversely to the course direction 10.
  • the recess 7 with the additional recess 13 is in turn for example L-shaped, wherein the L-shape is turned towards the crack 4 so that much less material has to be removed from the well 8 according to the prior art (FIG. 15).
  • the component 1 can of course several cracks 4 to brittle
  • a recess 7, 7 ' according to the invention is formed with the additional recess 13, 13'.
  • a crack 4 has forked up, for example, as shown in FIG. 16.
  • an L-shape can again be adapted to the crack or two L-shapes are used which adapt to the two different crack branches, with the two recesses 7 and 7 ', for example also touch or partially overlap.
  • the component 1 may be a turbine blade 120, 130 of a turbine, for example a steam turbine or a gas turbine 100 for a power plant or an aircraft, and a heat shield element 155.
  • FIG. 17 shows a perspective view of a blade 120, 130 which extends along a longitudinal axis 121.
  • the blade 120 may be a blade 120 or stator 130 of a turbomachine.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for
  • Electricity generation a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121, a fastening area 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406, one after another.
  • the blade can have an additional platform at its blade tip 415 (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or dovetail foot are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a discharge edge 412 for a medium that flows past the blade plate 406.
  • the blade 120, 130 can hereby be produced by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Such monocrystalline workpieces er ⁇ follows, for example, by directed solidification from the melt. These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally. In this case, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains which extend over the entire length of the workpiece and here, for general pull ⁇ use, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie The entire workpiece is made of a single crystal. In these procedures must one avoids the transition to globulitic (polycrystalline) rigidification, since by undirected growth necessarily transverse and longitudinal grain boundaries are formed which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
  • directionally solidified structures means both single crystals which have no grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, as well as columnar crystal structures which have grain boundaries which probably run in the longitudinal direction, but have no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed from protective layers (eg by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the component 120, 130, as described in FIGS. 3 to 13, are also repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • protective layers eg by sandblasting
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. When the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still have film cooling holes (not shown).
  • the blade 120, 130 for example, corresponding mostly metallic coatings on and as
  • FIG. 18 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine 100.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 102 arranged around the turbine shaft 103 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space.
  • combustion chamber 110 is configured in its entirety as a ring-shaped structure which is positioned around the turbine shaft 103.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155 (as a further example of a component 1) Mistake.
  • Each heat shield element 155 is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer or made of high-temperature-resistant material. Due to the high temperatures in the interior of the combustion chamber 110, a cooling system is also provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements.
  • the materials of the combustion chamber wall and its coatings may be similar to the turbine blades.
  • the combustion chamber 110 is designed in particular for detecting losses of the heat shield elements 155.
  • a number of temperature sensors 158 are positioned between the combustion chamber wall 153 and the heat shield elements 155.
  • FIG. 19 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a Rotations ⁇ axis 102 rotor 103, which is also referred to as Turbi ⁇ nenexr.
  • a compressor 105 for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with several coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109.
  • the ring combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • An annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings.
  • a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in by the compressor 105 through the intake housing 104 and sealed.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned in the combustion chamber 110 to form the working medium 113.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands on the rotor blades 120 in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine connected to it ,
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112 seen in the direction of flow of the working medium 113 become, in addition to the annular combustion chamber 106 lining heat shield bricks most thermally be ⁇ loads.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure). Iron, nickel or cobalt-based superalloys are used, for example, as the material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths) and heat through a thermal barrier coating.
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths) and heat through a thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating is, for example, ZrÜ2, Y2Ü4-Zr ⁇ 2, i. it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the guide blade 130 has a guide blade root facing the inner housing 138 of the turbine 108 (not shown here) and a guide blade head opposite the guide blade root.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

According to a prior art, components having a crack are repaired, wherein the thus produced elongated recess (7) is filled with a solder material which nevertheless produces a weak point. The inventive component (1), in addition to the material filled recess (7), comprises an additional material filled recess (13) which extends transversely to the longitudinal direction (10) of the cavity (7).

Description

Bauteil mit einer aufgefüllten Vertiefung Component with a filled-in recess
Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer aufgefüllten Vertiefung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a component with a filled recess according to the preamble of claim 1.
Bauteile weisen manchmal nach der Herstellung oder oft nach längerem Einsatz Risse auf.Components sometimes crack after manufacture or often after extended use.
Diese Risse werden bewertet und je nach Bewertung kann das Bauteil eingesetzt bzw. wieder verwendet oder als unbrauchbar ausgesondert werden.These cracks are evaluated and depending on the evaluation, the component can be used or reused or discarded as unusable.
Wenn die Risslänge bzw. die Fehlergröße überkritisch ist, wird Material um den Riss herum herausgearbeitet und die dabei entstehende Vertiefung wird mit einem Lot aufgefüllt. Jedoch kann sich im betrieblichen Einsatz, insbesondere weil das Lot schlechtere thermomechanische Eigenschaften als das ursprüngliche Material aufweist, an dieser Stelle wieder ein Riss bilden und zum Versagen des Bauteils führen, insbeson¬ dere in kürzerer Zeit, da der Riss durch das schwächere Mate- rial schneller wachsen kann als bei der ersten Rissbildung.If the crack length or defect size is supercritical, material will be machined around the crack and the resulting well will be filled with a solder. However, in operational use, in particular because the solder has inferior thermo-mechanical properties than the original material, at this point a crack may again form and lead to failure of the component, in particular in a shorter time, since the crack through the weaker material can grow faster than the first crack.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Bauteil aufzuzeigen, das diesen Nachteil überwindet.It is therefore an object of the invention to show a component which overcomes this disadvantage.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil gemäß Anspruch 1. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestal¬ tungen des Bauteils aufgelistet, die in beliebiger Art und Weise vorteilhafterweise miteinander kombiniert werden kön¬ nen.The object is achieved by a component according to claim 1. In the subclaims further advantageous Ausgestal¬ tions of the component are listed, which can be combined in any manner advantageously with each other NEN.
Die Idee der Erfindung besteht unter anderem darin, dass nicht nur in einer Verlaufsrichtung um den länglichen Riss z.B. durch Ausfräsen Material herausgearbeitet wird, sondern auch in einer Richtung quer zum Riss, in der der Riss nicht verlief.The idea of the invention consists, inter alia, in that not only in a running direction around the elongated crack, e.g. By milling out material is worked out, but also in a direction transverse to the crack in which the crack did not run.
Es zeigen Figur 1 ein Bauteil mit einem Riss,Show it 1 shows a component with a crack,
Figur 2 ein repariertes Bauteil nach dem Stand derFigure 2 shows a repaired component according to the prior
Technik, Figur 3 bis 16 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßenTechnique, Figure 3 to 16 embodiments of the invention
Bauteils,component,
Figur 17 eine Turbinenschaufel, Figur 18 eine Brennkammer Figur 19 eine Turbine.17 shows a turbine blade, FIG. 18 shows a combustion chamber, FIG. 19 shows a turbine.
Figur 1 zeigt ein Bauteil 1, lf mit einer Oberfläche 5, in der oder unterhalb der ein Riss 4 in einer Verlaufsrichtung 10 verläuft.Figure 1 shows a component 1, l f with a surface 5, in or below which a crack 4 in a direction of extension 10 extends.
Figur 2 zeigt ein Bauteil 1 ' nach dem Stand der Technik, das repariert worden ist.Figure 2 shows a prior art component 1 'which has been repaired.
Ausgehend von Figur 1 wird Material entlang der Risserstre- ckung beiderseits um den Riss 4 herausgearbeitet, sodass eine längliche Vertiefung 7 entsteht, die den ursprünglichen Riss gänzlich umschließt und danach mit einem Material (beispiels¬ weise Lot) aufgefüllt wird, das sich beispielsweise von dem Material des Bauteils 1 unterscheidet. Ebenso wie der Riss 4 weist die Vertiefung 7 eine längliche Form (rechteckförmig) in Verlaufsrichtung 10 auf.Starting from FIG. 1, material is worked out along the crack extension on both sides around the crack 4, so that an elongated recess 7 is formed which completely encloses the original crack and is then filled with a material (for example solder), which is for example of the Material of the component 1 is different. As well as the crack 4, the recess 7 has an elongated shape (rectangular) in the direction 10 on.
Alternativ kann die Vertiefung 7 aber auch bereits beim Her¬ stellen des Bauteils entstanden sein, wie es z.B. beim Gießen von Bauteilen üblich ist, bei denen eine Vertiefung 7 im Bau¬ teil dort vorhanden ist, wo eine Stütze in der Gussform vor¬ handen war, d.h. also die Vertiefung 7 in dem Bauteil muss nicht zwingend an einer Stelle angeordnet sein, wo vorher ein Riss war.Alternatively, however, the depression 7 can also have already formed during the production of the component, as it is known, for example. is common in the casting of components in which a recess 7 in the Bau¬ part is present where a support vor¬ was present in the mold, i. Thus, the recess 7 in the component does not necessarily have to be arranged at a location where there was a crack before.
Das Bauteil 1 weist ein erstes Material auf, das dem zweiten Material in der Vertiefung 7 gleicht oder artähnlich ist (beispielsweise beim Schweißen) oder von diesem verschieden (beispielsweise beim Löten) ist.The component 1 has a first material, which is similar to the second material in the recess 7 or similar (for example, during welding) or different from this (for example, during soldering).
Das zweite Material weist beispielsweise durch eine andere Mikrostruktur schlechtere thermomechanische Eigenschaften auf als das Bauteil, das beispielsweise DS- oder SX-Struktur auf¬ weist. Beim Löten oder Schweißen oder artgleichem Schweißen werden andere Mikrostrukturen erzeugt.By way of example, the second material has poorer thermomechanical properties due to a different microstructure than the component which, for example, has a DS or SX structure. When soldering or welding or similar welding other microstructures are produced.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele des erfin¬ dungsgemäßen Bauteils 1.FIGS. 3 to 6 show exemplary embodiments of the component 1 according to the invention.
Die Vertiefung 7 verläuft nicht nur in Verlaufsrichtung 10, sondern auch in einer Querrichtung 11 quer zur Richtung 10 und weist im Gegensatz zu Figur 2 im Grundriss keine Recht- eckform, sondern eine L-Form auf. Der zusätzliche, quer ver¬ laufende Teil der Vertiefung 7, die Zusatzvertiefung 13, ist hier beispielsweise ebenfalls rechteckig ausgeführt.The recess 7 extends not only in the direction 10, but also in a transverse direction 11 transversely to the direction 10 and has in contrast to Figure 2 in plan view no rectangular eckform, but an L-shape. The additional, transversely ver¬ running part of the recess 7, the additional recess 13, is here for example also rectangular executed.
Sowohl der ursprüngliche Teil der Vertiefung 7 nach dem Stand der Technik als auch die Zusatzvertiefung 13 können statt rechteckig auch rund ausgeführt sein. So kann beispielsweise der ursprüngliche Teil der Vertiefung 7 nach dem Stand der im Grundriss Technik eine lang gestreckte Ovalform aufweisen.Both the original part of the recess 7 according to the prior art and the additional recess 13 may be performed instead of rectangular and round. Thus, for example, the original part of the recess 7 according to the state of the ground plan technique have an elongated oval shape.
Die Zusatzvertiefung 13 kann sich in einem Winkel α von > 0° bis < 180° gegenüber der Verlaufsrichtung 10 erstrecken. Vorzugsweise beträgt α > 45°, > 60°, > 75° oder 90°.The additional recess 13 may extend at an angle α of> 0 ° to <180 ° with respect to the direction of travel 10. Preferably, α is> 45 °,> 60 °,> 75 ° or 90 °.
Die L-Form kann in jeder beliebigen Orientierung in dem Bau- teil 1 vorhanden sein (Fig. 3 - 6) .The L-shape can be present in any orientation in the component 1 (FIGS. 3 to 6).
Die Vertiefung 7 wird dann beispielsweise mit einem Lot auf¬ gefüllt oder mit einem zweiten Material zugeschweißt. Dieses Material unterscheidet sich in der Regel von dem Material des Bauteils 1 (Superlegierung, insbesondere nickel-, kobalt- oder eisenbasiert) , weist aber auf jeden Fall schlechtere thermomechanische Eigenschaften auf als der Grundwerkstoff des Bauteils 1. Sollte in der aufgefüllten Vertiefung 7 erstmals oder wieder¬ holt ein Riss 4f entstehen, so wird er in die Zusatzvertie¬ fung 13 umgelenkt (Fig. 3 - 6) und steht damit ungünstig zur Spannung, die an dem Bauteil 1 anliegt, sodass der Riss 4f nicht mehr weiter wächst. Die quer verlaufende Zusatzvertie¬ fung 13 besitzt somit die Funktion eines Rissstoppers, das die die Rissausbreitung in eine Richtung umlenken kann, für die die anliegenden mechanischen Spannungen eine unkritische Größe haben.The depression 7 is then filled with a solder, for example, or sealed with a second material. This material usually differs from the material of the component 1 (superalloy, in particular nickel-, cobalt- or iron-based), but in any case has worse thermomechanical properties than the base material of the component 1. Should a crack 4 f arise for the first time or again in the filled recess 7, it will be deflected into the additional recess 13 (FIGS. 3 to 6) and thus be unfavorable to the voltage applied to the component 1, so that the Crack 4 f stops growing. The transverse Zusatzvertie¬ tion 13 thus has the function of a crack stopper, which can deflect the crack propagation in a direction for which the applied mechanical stresses have a non-critical size.
In Figur 7, 8 ist die Vertiefung 7 T-förmig ausgebildet. Sollte wieder ein Riss 4f in der Vertiefung 7 längs zur Rich¬ tung 10 entstehen, so wird er nach links und/oder rechts in Querrichtung 11 umgelenkt.In Figure 7, 8, the recess 7 is T-shaped. Should a crack 4 f again arise in the recess 7 along the direction 10, it is deflected to the left and / or right in the transverse direction 11.
In Figur 8 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.FIG. 8 shows a further advantageous embodiment of the invention.
Die T-Form weist einen ersten T-Bereich Ti auf, der in Quer¬ richtung 11 verläuft, und einen zweiten T-Bereich T2, der entgegen der Querrichtung 11 verläuft. Die entsprechenden Längen li, I2 der Bereiche Ti, T2 können gleichlang ausgebil- det sein.The T-shape has a first T-region Ti, which extends in the transverse direction 11, and a second T-region T 2 , which runs counter to the transverse direction 11. The corresponding lengths li, I2 of the regions Ti, T2 can be of the same length.
Wenn aber in den Bereichen Ti, T2 im betrieblichen Einsatz des Bauteils 1 verschiedene Spannungen Gi, G2 anliegen, wird vorteilhaft die Länge I2 entsprechend länger ausgebildet als die Länge li, wenn die Spannung G2 größer als Gi ist.However, if different voltages Gi, G 2 are present in the areas of Ti, T 2 in the operational use of the component 1, the length I 2 is advantageously designed to be longer than the length li if the voltage G 2 is greater than Gi.
Figur 9 zeigt eine H-Form der Vertiefung 7 als eine weitere besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung.Figure 9 shows an H-shape of the recess 7 as a further particularly advantageous embodiment of the invention.
Die H-Form weist in Querrichtung 11 einen ersten und einen zweiten H-Bereich Hi bzw. H2 mit den entsprechenden Längen Ii, I2 auf. Die Längen li, I2 können gleich sein.The H-shape has in the transverse direction 11 a first and a second H-range Hi or H 2 with the corresponding lengths Ii, I 2 . The lengths li, I 2 can be the same.
Wenn in Verlaufrichtung 10 gesehen in dem Bereich Hi eine größere Spannung Gi anliegt als die Spannung σ2 in dem Be¬ reich H2, so ist die Länge Ii vorteilhaft entsprechend länger ausgebildet als die Länge I2 des Bereichs H2.If a greater voltage Gi is applied in the region Hi than the voltage σ 2 in the region H 2 , then the length l i is advantageously designed to be longer than the length l 2 of the region h 2 .
Die Zusatzvertiefung 13 kann statt geradlinig abgewinkelt auch bogenförmig gekrümmt zur Richtung 10 verlaufen und am Ende spitz zulaufen oder abgerundet sind, wie es in Figur 10 gezeigt ist.The additional recess 13 may, instead of being rectilinearly angled, also extend arcuately curved to the direction 10 and taper at the end or are rounded off, as shown in FIG.
Eine solche Zusatzvertiefung 13 kann für die L-Form (Fig. 10), T-Form oder H-Form (Fig. 11) ausgebildet werden.Such an additional recess 13 may be formed for the L-shape (FIG. 10), T-shape or H-shape (FIG. 11).
Ebenso kann die H-Form in ihrer Kontur in den Eckbereichen abgerundet sein, so dass sie die Form eines Knochens aufweist (Fig. 12) .Likewise, the H-shape may be rounded in its contour in the corner regions, so that it has the shape of a bone (Fig. 12).
Figur 13 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbei¬ spiel des Bauteils 1.FIG. 13 shows a further embodiment of the component 1 according to the invention.
In diesem Beispiel ist die Vertiefung 7 (hier exemplarisch in Form eines H) mit einem Einsatz 16 und einem Lot 19 aufge- füllt. Der Einsatz 16 weist insbesondere die Kontur der Ver¬ tiefung 7 auf und besteht beispielsweise aus demselben Mate¬ rial wie das Bauteil 1 und wird von dem Lot 19 der Vertiefung 7 gehalten oder ist mit dem Bauteil 1 verschweißt.In this example, the recess 7 (exemplarily here in the form of an H) is filled with an insert 16 and a solder 19. The insert 16 in particular has the contour of the depression 7 and consists, for example, of the same material as the component 1 and is held by the solder 19 of the recess 7 or is welded to the component 1.
Die Vertiefung 7 wird insbesondere so ausgebildet, dass sie den gesamten Riss 4 erfasst, auch wenn dieser Riss 4 nicht immer geradlinig in Verlaufsrichtung 10 verläuft (Fig. 14) . Dabei kann es nach dem Stand der Technik zu einer sehr brei¬ ten Vertiefung 8 (Fig. 15: gestrichelt angedeutet) kommen, wenn der Riss 4 sich nicht nur in einer Verlaufsrichtung 10, sondern auch quer zu der Verlaufsrichtung 10 ausbreitet. Erfindungsgemäß wird die Vertiefung 7 mit der Zusatzvertie¬ fung 13 wiederum beispielsweise L-förmig ausgebildet, wobei die L-Form so zu dem Riss 4 gedreht wird, dass gegenüber der Vertiefung 8 nach dem Stand der Technik erheblich weniger Material abgetragen werden muss (Fig. 15) .The recess 7 is in particular formed so that it covers the entire crack 4, even if this crack 4 is not always straight in the direction of extension 10 (FIG. 14). In this case, according to the prior art, a very wide recess 8 (FIG. 15: indicated by dashed lines) can occur if the crack 4 propagates not only in a course direction 10 but also transversely to the course direction 10. According to the invention, the recess 7 with the additional recess 13 is in turn for example L-shaped, wherein the L-shape is turned towards the crack 4 so that much less material has to be removed from the well 8 according to the prior art (FIG. 15).
Das Bauteil 1 kann natürlich mehrere Risse 4 an brüchigenThe component 1 can of course several cracks 4 to brittle
Stellen aufweisen, die sich in verschiedenen Verlaufsrichtun¬ gen 10, 10' ausbreiten (Fig. 16) . Dabei wird jeweils eine erfindungsgemäße Vertiefung 7, 7' mit der Zusatzvertiefung 13, 13' ausgebildet. Ebenso kann es aber sein, dass ein Riss 4 sich beispielsweise aufgabelt hat, wie es in Figur 16 dargestellt ist. Dabei kann beispielsweise bei dem, in Figur 16 dargestellten, Rissverlauf wiederum eine L-Form dem Riss angepasst werden oder es werden zwei L-Formen verwendet, die sich den zwei verschiedenen Risszweigen anpassen, wobei sich die zwei Ver¬ tiefungen 7 und 7 ' beispielsweise auch berühren oder teil¬ weise überdecken.Have points that propagate in different directions of progress 10, 10 '(FIG. 16). In each case, a recess 7, 7 'according to the invention is formed with the additional recess 13, 13'. However, it may also be the case that a crack 4 has forked up, for example, as shown in FIG. 16. In this case, for example, in the case of the crack course shown in FIG. 16, an L-shape can again be adapted to the crack or two L-shapes are used which adapt to the two different crack branches, with the two recesses 7 and 7 ', for example also touch or partially overlap.
Das Bauteil 1 kann eine Turbinenschaufel 120, 130 einer Tur- bine, beispielsweise einer Dampfturbine oder einer Gasturbine 100 für ein Kraftwerk oder eines Flugzeugs sein sowie ein Hitzeschildelement 155.The component 1 may be a turbine blade 120, 130 of a turbine, for example a steam turbine or a gas turbine 100 for a power plant or an aircraft, and a heat shield element 155.
Figur 17 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Schaufel 120, 130, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.FIG. 17 shows a perspective view of a blade 120, 130 which extends along a longitudinal axis 121.
Die Schaufel 120 kann eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine sein. Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zurThe blade 120 may be a blade 120 or stator 130 of a turbomachine. The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for
Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.Electricity generation, a steam turbine or a compressor.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 auf. Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel an ihrer Schaufel¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge¬ stellt) .The blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121, a fastening area 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406, one after another. As a guide blade 130, the blade can have an additional platform at its blade tip 415 (not shown).
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist bspw. als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanz- fuß sind möglich.In the mounting region 400, a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown). The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or dovetail foot are possible.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau¬ felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab¬ strömkante 412 auf.The blade 120, 130 has a leading edge 409 and a discharge edge 412 for a medium that flows past the blade plate 406.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Berei¬ chen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 bspw. massive metal¬ lische Werkstoffe verwendet.In conventional blades 120, 130, in all areas 400, 403, 406 of the blade 120, 130, for example, massive metallic materials are used.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.The blade 120, 130 can hereby be produced by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer¬ den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun¬ gen ausgesetzt sind.Workpieces with a monocrystalline structure or structures wer¬ used as components for machines that are subjected to high mechanical, thermal and / or chemical Belastun¬ conditions.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken er¬ folgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprach¬ gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Er¬ starrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen¬ digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.The production of such monocrystalline workpieces er¬ follows, for example, by directed solidification from the melt. These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally. In this case, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains which extend over the entire length of the workpiece and here, for general Sprach¬ use, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie The entire workpiece is made of a single crystal. In these procedures must one avoids the transition to globulitic (polycrystalline) rigidification, since by undirected growth necessarily transverse and longitudinal grain boundaries are formed which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rich¬ tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn¬ grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .If the term generally refers to directionally solidified structures, it means both single crystals which have no grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, as well as columnar crystal structures which have grain boundaries which probably run in the longitudinal direction, but have no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt.Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich¬ ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130, wie in den Figuren 3 - 13 be- schrieben, repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed from protective layers (eg by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the component 120, 130, as described in FIGS. 3 to 13, are also repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher (nicht dargestellt) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. When the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still have film cooling holes (not shown).
Als Schutz gegen Korrosion weist die Schaufel 120, 130 bspw. entsprechende meistens metallische Beschichtungen auf und alsAs a protection against corrosion, the blade 120, 130, for example, corresponding mostly metallic coatings on and as
Schutz gegen Wärme meistens noch eine keramische Beschich- tung. Die Figur 18 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring¬ brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um die Turbinenwelle 103 herum angeordneten Brennern 102 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden.Protection against heat usually still a ceramic coating. FIG. 18 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine 100. The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 102 arranged around the turbine shaft 103 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space.
Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringför¬ mige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 103 herum positioniert ist.For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as a ring-shaped structure which is positioned around the turbine shaft 103.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebs¬ parametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 (als weiteres Beispiel für ein Bauteil 1) gebildeten Innenauskleidung versehen. Jedes Hitzeschildelement 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem Material gefertigt. Aufgrund der hohen Temperaturen im Inne¬ ren der Brennkammer 110 ist zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. In order to allow a comparatively long service life for these operating parameters, which are unfavorable for the materials, the combustion chamber wall 153 is on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155 (as a further example of a component 1) Mistake. Each heat shield element 155 is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer or made of high-temperature-resistant material. Due to the high temperatures in the interior of the combustion chamber 110, a cooling system is also provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements.
Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen können ähnlich der Turbinenschaufeln sein.The materials of the combustion chamber wall and its coatings may be similar to the turbine blades.
Die Brennkammer 110 ist insbesondere für eine Detektion von Verlusten der Hitzeschildelemente 155 ausgelegt. Dazu sind zwischen der Brennkammerwand 153 und den Hitzeschildelementen 155 eine Anzahl von Temperatursensoren 158 positioniert.The combustion chamber 110 is designed in particular for detecting losses of the heat shield elements 155. For this purpose, a number of temperature sensors 158 are positioned between the combustion chamber wall 153 and the heat shield elements 155.
Die Figur 19 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt. Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbi¬ nenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehre¬ ren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.FIG. 19 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section. The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a Rotations¬ axis 102 rotor 103, which is also referred to as Turbi¬ nenläufer. Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with several coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109.
Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Tur¬ bine 108. Jede Turbinenstufe 112 ist bspw. aus zwei Schaufelringen ge¬ bildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.The ring combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108. Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 bspw. mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn¬ kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 ent- spannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in by the compressor 105 through the intake housing 104 and sealed. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned in the combustion chamber 110 to form the working medium 113. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. The working medium 113 expands on the rotor blades 120 in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine connected to it ,
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter- liegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch be¬ lastet.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112 seen in the direction of flow of the working medium 113 become, in addition to the annular combustion chamber 106 lining heat shield bricks most thermally be¬ loads.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden bspw. eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant. Likewise, substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure). Iron, nickel or cobalt-based superalloys are used, for example, as the material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
Solche Superlegierungen sind bspw. aus der EP 1204776, EP 1306454, EP 1319729, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung.Such superalloys are known, for example, from EP 1204776, EP 1306454, EP 1319729, WO 99/67435 or WO 00/44949; these writings are part of the revelation.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumin- dest ein Element der Seltenen Erden) und Wärme durch eine Wärmedämmschicht aufweisen.Also, the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths) and heat through a thermal barrier coating.
Die Wärmedämmschicht besteht beispielsweise ZrÜ2, Y2Ü4-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesium- oxid.The thermal barrier coating is, for example, ZrÜ2, Y2Ü4-Zrθ2, i. it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge¬ stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt. The guide blade 130 has a guide blade root facing the inner housing 138 of the turbine 108 (not shown here) and a guide blade head opposite the guide blade root. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Claims

Patentansprüche claims
1. Bauteil (1) aus einem ersten Material mit zumindest einer länglichen Vertiefung (7, 7'), die in zumindest einer Verlaufsrichtung (10, 10') verläuft und die (7, 1') mit einem zweiten Material gefüllt ist,1. component (1) made of a first material having at least one elongated recess (7, 7 ') which extends in at least one direction of extent (10, 10') and which is filled with a second material (7, 1 '),
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass die Vertiefung (7, 7') in Form einer Zusatzvertiefungthat the recess (7, 7 ') in the form of an additional recess
(13, 13') auch quer (11, 11'), insbesondere senkrecht, zur Verlaufsrichtung (10, 10') verläuft, dass die Vertiefung (7, 7') mit einem Lot (19) aufgefüllt oder insgesamt mit einem Schweißmaterial zugeschweißt ist.(13, 13 ') also transversely (11, 11'), in particular perpendicular, to the running direction (10, 10 ') runs, that the recess (7, 7') filled with a solder (19) or welded together with a weld material is.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass2. Component according to claim 1, characterized in that
die Vertiefung (7, 7') eine L-Form aufweistthe recess (7, 7 ') has an L-shape
3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass3. Component according to claim 1, characterized in that
die Vertiefung (7, 7') eine T-Form aufweistthe recess (7, 7 ') has a T-shape
4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass4. Component according to claim 1, characterized in that
die Vertiefung (7, 7') eine H-Form aufweist the recess (7, 7 ') has an H-shape
5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass5. Component according to claim 1, characterized in that
die Zusatzvertiefung (13, 13' ) einen Winkel (α) von mindestens 45° zur Verlaufsrichtung (10, 10') aufweistthe additional recess (13, 13 ') has an angle (α) of at least 45 ° to the running direction (10, 10')
6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass6. Component according to claim 5, characterized in that
der Winkel (α) mindestens 60° beträgt.the angle (α) is at least 60 °.
7. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass7. Component according to claim 5, characterized in that
der Winkel (α) mindestens 75° beträgtthe angle (α) is at least 75 °
8. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass8. Component according to claim 5, characterized in that
der Winkel (α) mindestens oder gleich 90° beträgt.the angle (α) is at least or equal to 90 °.
9. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass9. Component according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that
die Vertiefung (7, 7f) an einer Stelle ausgebildet ist, an der ein Riss (4) vorhanden war. the recess (7, 7 f ) is formed at a location where a crack (4) was present.
10. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,10. Component according to claim 3, characterized
dass die T-Form einen ersten T-Bereich (Ti) und einen zweiten T-Bereich (T2) quer zur Verlaufsrichtung (10) mit der jeweiligen Länge (Ii bzw. I2) aufweist, dass die Länge (li) größer ausgebildet ist als die Länge (I2) , wenn die im Betriebsfall im ersten Bereich (Ti) wirksame Spannung (σi) größer ist als die im zweiten Bereich (T2) wirksame Spannung (σ2) .in that the T-shape has a first T-region (Ti) and a second T-region (T 2 ) transverse to the direction of extent (10) with the respective length (Ii or I 2 ) such that the length (1i) is made larger than the length (I 2), where the effective during operation in the first region (Ti) voltage (.sigma..sub.i) is greater than that in the second region (T 2) effective stress (σ 2).
11. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,11. Component according to claim 4, characterized in that
dass die H-Form in Querrichtung (11) einen ersten H-Bereichthat the H-shape in the transverse direction (11) has a first H-range
(Hi) mit der Länge (li) aufweist, in dem im Betriebsfall eine erste Spannung (σl) anliegt und einen zweiten H-Bereich (H2) mit einer Länge (I2) in Querrichtung (11), in dem im Betriebsfall eine zweite Spannung (σ2) anliegt, und dass die Länge (li) größer als (I2) gewählt ist, wenn die erste Spannung (Gi) größer ist als die zweite Spannung (σ2) .(Hi) having the length (li), in which in operation, a first voltage (σl) is applied and a second H-range (H 2 ) with a length (I 2 ) in the transverse direction (11), in the case of operation a second voltage (σ 2 ) is applied, and that the length (li) is greater than (I 2 ) is selected when the first voltage (Gi) is greater than the second voltage (σ 2 ).
12. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,12. Component according to claim 1, characterized
dass das erste Material dem zweiten Material entspricht.that the first material corresponds to the second material.
13. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,13. Component according to claim 1, characterized
dass das erste Material eine andere Mikrostruktur aufweist als das zweite Material. the first material has a different microstructure than the second material.
14. Bauteil nach Anspruch 1, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass14. Component according to claim 1, 5 or 7, characterized in that
dass das erste Material von dem zweiten Material verschieden ist.that the first material is different from the second material.
15. Bauteil nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass15. Component according to claim 1 or 12, characterized in that
das erste Material des Bauteils (1) eine Superlegierung, insbesondere nickel-, kobalt- oder eisenbasiert ist.the first material of the component (1) is a superalloy, in particular nickel-, cobalt- or iron-based.
16. Bauteil nach Anspruch 1, ausgebildet als Bauteil einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine (100) , insbesondere als Turbinenschaufel (120, 130) oder Hitzeschildelement (155) . 16. Component according to claim 1, formed as a component of a turbine, in particular a gas turbine (100), in particular as a turbine blade (120, 130) or heat shield element (155).
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