RU2241123C1 - Method of strengthening surface of upper part of turbine blade airfoil portion - Google Patents
Method of strengthening surface of upper part of turbine blade airfoil portion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241123C1 RU2241123C1 RU2003111897/06A RU2003111897A RU2241123C1 RU 2241123 C1 RU2241123 C1 RU 2241123C1 RU 2003111897/06 A RU2003111897/06 A RU 2003111897/06A RU 2003111897 A RU2003111897 A RU 2003111897A RU 2241123 C1 RU2241123 C1 RU 2241123C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- coating
- erosion
- turbine blade
- pads
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к турбостроению, а именно к конструкциям лопаток турбин, и может быть использовано для упрочения поверхности верхней части пера рабочих лопаток турбин как способ защиты от эрозии.The invention relates to turbine construction, namely, to designs of turbine blades, and can be used to harden the surface of the upper part of the pen of the turbine blades as a way of protection against erosion.
Известен способ упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки, включающий напыление твердых сплавов на защищаемую поверхность лопатки (патент РФ №2030599, F 01 D 5/28, 10.03.95.)A known method of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, including the deposition of hard alloys on the protected surface of the blade (RF patent No. 2030599, F 01 D 5/28, 10.03.95.)
Недостаток известного способа состоит в преждевременном износе защитного слоя в зоне максимального каплеударного воздействия, т.е. непосредственно на входной кромке лопатки, и интенсивному разрушению поверхности пера лопатки в этой зоне, что объясняется невозможностью увеличения толщины покрытия без ухудшения конструкционных характеристик лопатки (Гонсеровский Ф.Г. Упрочение и ремонт стальных паротурбинных рабочих лопаток после эрозионного износа. - Электрические станции, 1988 г., №8.).The disadvantage of this method is the premature wear of the protective layer in the zone of maximum drop impact, i.e. directly on the blade’s inlet edge, and intensive destruction of the blade’s feather surface in this zone, which is explained by the impossibility of increasing the coating thickness without impairing the structural characteristics of the blade (Gonserovsky F.G. Strengthening and repair of steel steam-turbine working blades after erosion wear. - Electric stations, 1988 ., No. 8.).
Наиболее близким к предлагаемому является способ упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки, в соответствии с которым на входной кромке верхней части пера рабочей лопатки устанавливают защитные накладки из материала с высокой эрозионной стойкостью. Накладки устанавливают с зазором, не превышающим 0,006 длины накладки, и прикрепляют к входной кромке одним или двумя сварными швами (а.с. СССР, №1278469, F 01 D 5/28, 23.12.86).Closest to the proposed is a method of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, according to which protective overlays made of a material with high erosion resistance are installed on the input edge of the upper part of the feather of the working blade. The pads are installed with a gap not exceeding 0.006 of the length of the pads, and attached to the inlet edge with one or two welds (a.s. of the USSR, No. 1278469, F 01 D 5/28, 12/23/86).
Упроченные защитными пластинами входные кромки рабочих лопаток (РЛ) теоретически способны сохранять свою работоспособность в течение 120...140 тысяч часов при оптимальных режимах эксплуатации. Однако на практике срок их службы редко превышает 70...80 тысяч часов. Одной из причин является снижение эрозионной стойкости входной кромки рабочей лопатки из-за эрозионного износа за пределами защиты. При этом наибольший износ поверхности лопатки в этой зоне происходит по входной кромке ниже защиты и по спинке лопатки вдоль границы защиты, иногда с прободением пера РЛ у вершины и (или) между бандажными отверстиями. Решение этой проблемы путем увеличения размеров пластин и, как следствие, протяженности защиты по длине и ширине влечет за собой недопустимые изменения аэродинамческих, частотных, весовых и других важных характеристик РЛ.The input edges of the working blades hardened by protective plates (RL) are theoretically capable of maintaining their operability for 120 ... 140 thousand hours under optimal operating conditions. However, in practice, their service life rarely exceeds 70 ... 80 thousand hours. One of the reasons is the erosion resistance of the input edge of the working blade due to erosion wear outside the protection. In this case, the greatest wear of the surface of the blade in this zone occurs along the inlet edge below the protection and along the back of the blade along the border of protection, sometimes with perforation of the radar pen at the apex and (or) between the retaining holes. The solution to this problem by increasing the size of the plates and, as a consequence, the length of the protection along the length and width entails unacceptable changes in aerodynamic, frequency, weight and other important characteristics of the radar.
Таким образом, известные способы упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки, аналог и наиболее близкий к предлагаемому, при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в возможности повышения эрозионной стойкости поверхности верхней части пера турбинной лопатки, без ухудшения основных эксплуатационных характеристик лопатки.Thus, the known methods of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, the analogue and the closest to the proposed one, when implemented, does not provide a technical result consisting in the possibility of increasing the erosion resistance of the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, without impairing the main operational characteristics of the blade.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности повышения эрозионной стойкости поверхности верхней части пера турбинной лопатки, без ухудшения основных эксплуатационных характеристик лопатки.The present invention solves the problem of creating a method of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, the implementation of which allows to achieve a technical result, which consists in increasing the erosion resistance of the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, without compromising the main operational characteristics of the blade.
Суть изобретения состоит в том, что в способе упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки путем установки защитных накладок на входную кромку, кроме того, упрочают поверхность спинки лопатки, прилегающую к защитным накладкам, и участок входных кромок ниже накладок путем газоплазменного секционного напыления эрозионно стойкого покрытия с последующим оплавлением покрытия и термообработкой лопатки с нанесенным покрытием, при этом напыление покрытия выполняют толщиной от 0,5 до 0,7 мм, а зазор между секциями выполняют от 0,2 до 0,5 мм.The essence of the invention lies in the fact that in the method of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade by installing protective pads on the input edge, in addition, the surface of the back of the blade adjacent to the protective pads is strengthened and the portion of the input edges below the pads by gas-plasma sectional spraying of an erosion-resistant coating with subsequent melting of the coating and heat treatment of the coated blades, the coating is sprayed with a thickness of 0.5 to 0.7 mm, and the gap between the sections is 0.2 to 0.5 mm
Технический результат достигается следующим образом. Благодаря тому, что на входной кромке лопатки закрепляют защитные накладки, обеспечивается защита входной кромки рабочей лопатки турбины от влажно-паровой эрозии. Однако, как было показано выше, в условиях влажно-паровой среды с капельноударным воздействием наблюдается износ зоны вне защиты на спинке лопатки в результате эрозии. Дополнительное упрочение поверхности спинки лопатки, находящейся вне зоны защитных накладок, эрозионно стойким покрытием позволяет изолировать в этой зоне материал лопатки от воздействия на него влажно-паровой среды и тем самым снизить скорость его эрозионного разрушения. Выбор границ зоны дополнительного упрочения спинки лопатки: прилегающая к защитным накладкам и участок входных кромок ниже накладок - является оптимальным, так как это наиболее вероятная область возможного разрушения поверхности лопатки от эрозии, и является результатом опытных и практических исследований.The technical result is achieved as follows. Due to the fact that protective pads are fixed on the input edge of the blade, the input edge of the turbine blade is protected from wet steam erosion. However, as was shown above, in a humid-steam environment with a drip-shock effect, wear of the zone outside the protection on the back of the blade due to erosion is observed. Additional hardening of the surface of the back of the scapula, which is outside the zone of protective pads, with an erosion-resistant coating allows isolating the material of the scapula in this zone from exposure to wet-steam medium and thereby reduce the rate of erosion destruction. The choice of the boundaries of the zone of additional hardening of the back of the scapula: adjacent to the protective pads and the portion of the input edges below the pads is optimal, since this is the most likely area of possible destruction of the surface of the scapula from erosion, and is the result of experimental and practical research.
Использование метода напыления обеспечивает равномерность покрытия защищаемой поверхности, что обеспечивает качество и надежность покрытия, а следовательно, повышает эрозионную стойкость обрабатываемой поверхности. Благодаря тому, что напыляемое покрытие выполняют толщиной от 0,5 до 0,7 мм, выполняются условия неразрушения контактной зоны вследствие усадочных напряжений в напыленном материале. В результате обеспечивается снижение напряжений в покрытии при изгибающих нагрузках, обеспечивается долговременность покрытия, а следовательно, повышается эрозионная стойкость упрочаемой поверхности лопатки. Толщина покрытия (от 0,5 до 0,7 мм) является оптимальной величиной и получена опытным путем,Using the spraying method ensures uniformity of coverage of the surface to be protected, which ensures the quality and reliability of the coating, and therefore increases the erosion resistance of the treated surface. Due to the fact that the sprayed coating is made with a thickness of 0.5 to 0.7 mm, the conditions of non-destruction of the contact zone due to shrink stresses in the sprayed material are fulfilled. The result is a reduction in stresses in the coating under bending loads, the durability of the coating is ensured, and therefore, the erosion resistance of the hardened surface of the blade increases. The coating thickness (from 0.5 to 0.7 mm) is the optimal value and is obtained experimentally,
Выполнение напыления эрозионно стойкого покрытия секциями обеспечивает снижение напряжений, возникающих в напыленном покрытии от воздействия знакопеременных изгибающих деформаций, что не ухудшает основных эксплуатационных характеристик лопатки. Величина зазора между секциями от 0,2 до 0,5 мм является оптимальной и получена опытным путем. Незначительная толщина эрозионно стойкого покрытия и секционное напыление обеспечивают сохранение аэродинамических характеристик лопатки.Performing spraying of the erosion-resistant coating by sections provides a reduction in stresses arising in the sprayed coating from the effects of alternating bending deformations, which does not impair the main operational characteristics of the blade. The size of the gap between sections from 0.2 to 0.5 mm is optimal and obtained experimentally. The insignificant thickness of the erosion-resistant coating and sectional spraying ensure the aerodynamic characteristics of the blade.
Эрозионно стойкое покрытие, полученное после напыления, по своей структуре пористое. Оплавление эрозионно-стойкого покрытия обеспечивает монолитность его структуры и повышение адгезии к основному металлу, что, в конечном итоге, повышает эрозионную стойкость защищаемой поверхности.The erosion-resistant coating obtained after spraying is porous in structure. The melting of the erosion-resistant coating ensures the solidity of its structure and increased adhesion to the base metal, which, ultimately, increases the erosion resistance of the protected surface.
Термообработка лопатки с нанесенным на нее эрозионно стойким покрытием обеспечивает предотвращение образования трещин в покрытии и нежелательных структурных изменений в основном металле.Heat treatment of the blade with an erosion-resistant coating applied to it prevents the formation of cracks in the coating and undesirable structural changes in the base metal.
Использование газопламенного напыления объясняется тем, что оно является наименее трудоемким, по сравнению с другими известными способами напыления, позволяет применять его для выполнения способа не только в заводских условиях, но и при ремонтах на ТЭЦ (при условии возможности осуществления процесса термообработки лопатки) с обеспечением требуемого качества выполнения операции, а следовательно, и выполнения условий для достижения заявленного технического результата.The use of flame spraying is explained by the fact that it is the least time-consuming, in comparison with other known spraying methods, it can be used to perform the method not only in the factory, but also in repairs at a thermal power plant (provided that it is possible to carry out the process of heat treatment of the blade) with the required the quality of the operation, and therefore the fulfillment of the conditions for achieving the claimed technical result.
Таким образом, из выше изложенного следует, что заявленный способ упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности повышения эрозионной стойкости поверхности верхней части пера турбинной лопатки, упроченной защитными накладками, без ухудшения основных эксплуатационных характеристик лопатки, путем введения дополнительной защиты от влажно-паровой эрозии поверхности спинки лопатки, прилегающей к защитным накладкам, и участка входных кромок ниже накладок.Thus, from the foregoing, it follows that the claimed method of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade during implementation provides a technical result consisting in the possibility of increasing the erosion resistance of the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, strengthened by protective pads, without impairing the main operational characteristics of the blade, by the introduction of additional protection against wet-steam erosion of the surface of the back of the scapula adjacent to the protective pads, and one edge below the pads.
На чертеже изображен фрагмент рабочей лопатки турбины.The drawing shows a fragment of the working blades of the turbine.
Лопатка 1 содержит противоэрозионную защиту, например стеллитовую, в виде приваренных на ее входной кромке стеллитовых накладок 2 и эрозионно стойкого покрытия 3, напыленного на поверхность спинки 4 лопатки 1 в застеллитовой зоне. Напыление выполнено секциями 5 с зазором от 0,2 до 0,5 мм. Напыляемое покрытие 3 выполнено толщиной от 0,5 до 0,7 мм.The blade 1 contains anti-erosion protection, for example, stellitic, in the form of stellite overlays 2 welded on its input edge and an erosion-resistant coating 3 sprayed onto the surface of the back 4 of the blades 1 in the stellite zone. Spraying is performed in sections 5 with a gap of 0.2 to 0.5 mm. The sprayed coating 3 is made with a thickness of 0.5 to 0.7 mm.
Способ упрочения поверхности верхней части пера турбинной лопатки выполняют следующим образом. На входной кромке лопатки закрепляют стеллитовые пластины, например в соответствии со способом, описанным в авторском свидетельстве СССР №1278469, F 01 D 5/28, 23.12.86. Затем упрочают поверхность спинки лопатки, прилегающую к защитным накладкам, и участок входных кромок ниже накладок. Как показали опытные исследования, наиболее оптимальные размеры зоны упрочения спинки лопатки: ниже накладок - участок протяженностью до 50 мм, по спинке лопатки вдоль накладок и ниже - полоса шириной 20...25 мм.The method of hardening the surface of the upper part of the feather of a turbine blade is as follows. Stellite plates are fixed to the input edge of the blade, for example, in accordance with the method described in USSR author's certificate No. 1278469, F 01 D 5/28, 12.23.86. Then strengthen the surface of the back of the scapula adjacent to the protective pads, and the portion of the input edges below the pads. As shown by experimental studies, the most optimal sizes of the zone of hardening of the back of the scapula are: below the pads - a section with a length of up to 50 mm, along the back of the scapula along the pads and below - a strip 20 ... 25 mm wide.
Упрочение выполняют, например, путем газоплазменного секционного напыления эрозионно стойкого покрытия из порошкового колманоя ПР-Н75Х16С3Р3 с последующим оплавлением покрытия и термообработкой металла лопатки с нанесенным покрытием. Порошковый колманой ПР-Н75Х16С3Р3 - это сфероиодизированный порошок самофлюсующегося сплава на никелевой основе системы Ni-Cr-B-Si-Fe. Наносится на детали из простых и нержавеющих сталей. Покрытие обладает высокой износостойкостью, хорошим сопротивлением к коррозии при температурах до 700°С. Твердость напыленного слоя HRC от 45 до 50.Hardening is performed, for example, by gas-plasma sectional spraying of an erosion-resistant coating of a powder colman PR-Н75Х16С 3 Р 3 , followed by melting of the coating and heat treatment of the coated metal of the blade. The powder colman PR-Н75Х16С 3 Р 3 is a sphere-iodized powder of a self-fluxing nickel-based alloy of the Ni-Cr-B-Si-Fe system. It is applied to parts from simple and stainless steels. The coating has high wear resistance, good resistance to corrosion at temperatures up to 700 ° C. The hardness of the sprayed HRC layer is from 45 to 50.
Напыляемое покрытие выполняют толщиной от 0,5 до 0,7 мм, а зазор между секциями выполняют от 0,2 до 0,5 мм.The sprayed coating is made with a thickness of 0.5 to 0.7 mm, and the gap between the sections is performed from 0.2 to 0.5 mm.
Перед напылением поверхность основного металла подвергают предварительной обработке, придавая поверхности шероховатость, например, пескоструйным способом. В результате напыляемые частицы прочно сцепляются с неровностями поверхности основы.Before spraying, the surface of the base metal is pre-treated, roughening the surface, for example, by sandblasting. As a result, the sprayed particles adhere firmly to the surface irregularities of the base.
Напыление проводят в соответствии с рекомендациями, относящимися к технологическим особенностям процесса газопламенного напыления (например, Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. - М.: Машиностроение, 1985). При этом равномерность толщины покрытия обеспечивают равномерным перемещением горелки.Spraying is carried out in accordance with recommendations related to the technological features of the flame spraying process (for example, Khasui A., Morigaki O. Surfacing and spraying. - M .: Mechanical Engineering, 1985). In this case, the uniformity of the coating thickness ensures uniform movement of the burner.
Оплавление напыленной поверхности выполняют с помощью газовой горелки.The sprayed surface is melted using a gas burner.
При термообработке лопатку с нанесенным на нее покрытием выдерживают в печи при температуре от 200 до 250°С в течение 2 часов, затем осуществляют ступенчатый нагрев по 100°С в час до 650°С с выдержкой 3,5 часа на каждом этапе нагрева, после чего медленно охлаждают вместе с печью до температуры 200°С.During heat treatment, the blade coated with it is kept in the oven at a temperature of 200 to 250 ° C for 2 hours, then stepwise heating is carried out at 100 ° C per hour to 650 ° C with a holding time of 3.5 hours at each heating stage, after which is slowly cooled together with the oven to a temperature of 200 ° C.
Как показали испытания, слой из порошкового колманоя ПР-Н75Х16С3Р3, нанесенный на поверхность упрочиваемой зоны поверхности лопатки путем газо-плазменного секционного напыления, при эксплуатации обладает большей эрозионной и коррозионной стойкостью, чем основа, а газопламенное напыление порошкового колманоя на упрочиваемую поверхность лопатки не изменяет усталостную прочность материала лопатки. Секционное напыление порошкового колманоя толщиной от 0,5 до 0,7 мм с зазором между секциями от 0,2 до 0,5 мм не изменяет частоту собственных колебаний лопатки в тангенциальном направлении. Изменение собственных колебаний лопатки в аксиальном направлении находилось в допустимых пределах. В результате обеспечивается повышение эрозионной стойкости поверхности верхней части пера турбинной лопатки, без ухудшения основных эксплуатационных характеристик лопатки.As tests have shown, a layer of powder colmanoy PR-Н75Х16С 3 Р 3 , deposited on the surface of the hardened area of the surface of the blade by gas-plasma section spraying, during operation has greater erosion and corrosion resistance than the base, and flame spraying of powder colmanoy on the hardened surface of the blade does not change the fatigue strength of the material of the scapula. Sectional spraying of a powder colman with a thickness of 0.5 to 0.7 mm with a gap between sections of 0.2 to 0.5 mm does not change the frequency of natural vibrations of the blade in the tangential direction. The change in the natural vibrations of the blade in the axial direction was within acceptable limits. The result is an increase in erosion resistance of the surface of the upper part of the feather of a turbine blade, without impairing the basic operational characteristics of the blade.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111897/06A RU2241123C1 (en) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | Method of strengthening surface of upper part of turbine blade airfoil portion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111897/06A RU2241123C1 (en) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | Method of strengthening surface of upper part of turbine blade airfoil portion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003111897A RU2003111897A (en) | 2004-11-10 |
| RU2241123C1 true RU2241123C1 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111897/06A RU2241123C1 (en) | 2003-04-22 | 2003-04-22 | Method of strengthening surface of upper part of turbine blade airfoil portion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2241123C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551741C2 (en) * | 2009-12-23 | 2015-05-27 | Снекма | Turbomachine blade reinforcement with metal element |
| RU2616707C2 (en) * | 2011-08-10 | 2017-04-18 | Снекма | Method of security reinforcement for front edge of blade |
-
2003
- 2003-04-22 RU RU2003111897/06A patent/RU2241123C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2551741C2 (en) * | 2009-12-23 | 2015-05-27 | Снекма | Turbomachine blade reinforcement with metal element |
| RU2616707C2 (en) * | 2011-08-10 | 2017-04-18 | Снекма | Method of security reinforcement for front edge of blade |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5846057A (en) | Laser shock peening for gas turbine engine weld repair | |
| US5675892A (en) | Laser shock peening for gas turbine engine vane repair | |
| US8021120B2 (en) | Turbine blade with a cover plate and a protective layer applied to the cover plate | |
| KR102630007B1 (en) | Turbine gap control coatings and methods | |
| US8100640B2 (en) | Blade outer air seal with improved thermomechanical fatigue life | |
| US6468040B1 (en) | Environmentally resistant squealer tips and method for making | |
| US20100028711A1 (en) | Thermal barrier coatings and methods of producing same | |
| US9260788B2 (en) | Reinforced articles and methods of making the same | |
| EP2789713B1 (en) | Erosion resistant coating systems and processes therefor | |
| JP2007224920A (en) | Method of locally repairing heat-shielding cover of turbine engine part | |
| US20090004364A1 (en) | Method For Protecting New/Used Engine Parts | |
| US20050158460A1 (en) | Method for protecting new/used engine parts | |
| KR102568312B1 (en) | Contoured protective coatings for compressor parts of gas turbines | |
| EP1862643B1 (en) | Method for manufacturing a coated compressor blade | |
| US10828732B2 (en) | Treated turbine diaphragm and method for treating a turbine diaphragm | |
| RU2241123C1 (en) | Method of strengthening surface of upper part of turbine blade airfoil portion | |
| US11525179B2 (en) | Methods for forming vertically cracked thermal barrier coatings and articles including vertically cracked thermal barrier coatings | |
| US20130084167A1 (en) | Wear-resistant coating and use thereof | |
| US10969684B2 (en) | Protection and enhancement of thermal barrier coating by lithography | |
| RU2518036C1 (en) | Method for restoration and hardening of steel working blades of wet steam stages of steam turbine | |
| Roshchin | Laser cladding of the coating on the shroud flanges of the turbine blades | |
| US10948820B2 (en) | Protection and enhancement of thermal barrier coating integrity by lithography | |
| Roshchin | Repair of bandage shelves of turbine blades | |
| US20200318551A1 (en) | Protection and enhancement of thermal barrier coating integrity by lithography | |
| JPH06288549A (en) | Repairing method for gas turbine combustor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120725 |