DE3005778A1 - Verfahren und vorrichtung zum reparieren und wiederherstellen eines gasturbinenfluegelprofilteils - Google Patents

Description

profilteils

Die Erfindung bezieht sich auf das Nachbearbeiten der Luftabdichtungsteile von Gasturbinenteilen und betrifft insbesondere die Reparatur und Wiederherstellung von Gasturbinenlauf- und -leitschaufelluftabdichtungen, die verschlissen oder beschädigt sind.

Gasturbinenflügelprofilteile, wie Turbinenlaufschaufeln, führen Gasmengen bei hohem Druck und häufig hoher Temperatur. In vielen Konstruktionen sind mehrere Laufschaufeln, die miteinander in Verbindung stehende Schaufelspitzenmantelringsegmente haben, an dem Umfang einer Scheibe befestigt, die in dem geschlossenen Kanal einer Gasturbine rotiert. Eine Abdichtung ist

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erforderlich, um den Durchtritt von Gasen zwischen dem Kanal und dem Umfangsmantelring zu verhindern, der aus den zusammenpassenden Mantelringsegmenten der Laufschaufeln besteht. Das wird zweckmäßig durch die Verwendung von Umfangsrippen erreicht, die längs des Mantelringes verlaufen. Die Rippen werden durch zusammenpassende Segmente oder Luftabdichtungen (Labyrinthdichtungen) an jedem Mantelringsegment der einzelnen Schaufeln erzeugt. Durch Konstruktionserfordernisse sind die Luftabdichtungen relativ dünn und deshalb heikel. Aufgrund normaler Betriebsvorkommnisse und ungewöhnlicher Vorfälle werden Luftabdichtungen verschlissen oder beschädigt. Da Gasturbinenschaufeln häufig aus Gußsuperlegierungen und anderen fortschrittlichen Materialien hergestellt werden, die schwierig zu verarbeiten sind, bereitet ihre Reparatur häufig Schwierigkeiten.

Wenn neue Teile hergestellt werden, werden sie in relativ großen Posten verarbeitet. Typischerweise wird in dem Arbeitsablauf bei der Herstellung einer Luftabdichtung einer fertigen Turbinenschaufel eine Anzahl von Turbinenschaufeln in einer Spannvorrichtung zusammengebaut, die der Scheibe gleicht, in der sie im Betrieb angeordnet sind. Dann werden die Umfangsrippen an der Baugruppe unter Verwendung einer großen Rundschleifmaschine spanend bearbeitet. Nach dem Zerlegen ist an jedem Teil eine Luftabdichtung vorhanden. Diese Verfahren sind für die typische Instandsetzungszentrale, in der kleine Posten einer Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen repariert werden müssen, nicht wirtschaftlich. Es sind Versuche unternommen worden, das Verfahren zu vereinfachen. Im allgemeinen besteht das bislang angewandte Verfahren darin, Schaufeln in eine Spannvorrichtung einzuspannen und eine Flachschleifmaschine zu benutzen, um die alte Luftabdichtung zu entfernen, dann ein neues Materialstück an den Stumpf anzuschweißen, anschließend überschüssiges Schweißmaterial, das über die Enden des Stumpfes der alten Luftabdichtung übersteht, abzutragen, damit eine der beiden folgenden Techniken angewandt werden kann: entweder werden die Teile in einer Spannvorrichtung zusammengebaut, die geeig-

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net ist, sämtliche Schaufeln eines vollständigen Laufrades aufzunehmen, wie es für die ursprünglichen Teile benutzt wird, oder die Teile werden einzeln in gesonderter Weise in eine Drehspannvorrichtung eingespannt, die in der Lage ist, eine geringere Anzahl von Teilen aufzunehmen, wobei die Teile dann jeweils in eine Rundschleifmaschine eingebracht werden, in der die Umfangsoberflache der Luftabdichtungen geschliffen wird. In beiden Fällen werden die Luftabdichtungsteile der Schaufeln in einem Abstand von einem Drehungsmittelpunkt montiert, der mit dem eines Turbinentriebwerks vergleichbar ist. Da die Durchmesser von modernen Triebwerken gewöhnlich mehr als einen halben Meter betragen, sind dafür relativ große Werkzeugmaschinen erforderlich. Weiter ist die Einrichtezeit ziemlich lang, wenn von einer Teilezahl auf eine andere übergegangen wird. Außerdem ist das normale Prüfen und Abrichten der Schleifscheibe erforderlich, um die Abmessungsgenauigkeit einzuhalten. Ferner sind die Arbeitskosten relativ hoch.

Eine Maschine, die einige der Nachteile des vorstehend beschriebenen Verfahrens vermeidet, ist in der US-PS 3 969 848 beschrieben. Diese bekannte Maschine hat einen Schuh, der einem Schleifband in seiner Bewegungsrichtung eine bestimmte Kontur gibt. Die,Luftabdichtungslänge ist in einer Linie mit der Bewegungsrichtung angeordnet und die Kraft, die die Luftabdichtung auf das Schleifband ausübt, bewirkt, daß das Schleifband die Schuhkontur annimmt. Es ist klar, daß sich das Schleifband dieser Verformung widersetzt und daß sich die Kraftverteilung auf der Luftabdichtung und die voraussichtliche Materialabtragungsgeschwindigkeit ändern werden. Da das Schleifband in seine ebene Form federvorgespannt ist, wird durch übermäßiges Verweilen der eingespannten Schaufel in ihrer Stillstandsposition tatsächlich die Luftabdichtungskontur durch Abflachung von der durch den Schuh festgelegten abweichen. Es dürfte daher erforderlich sein, die Kontur des Schuhs durch fortschreitende Näherung für ein besonderes Metall, ein besonderes Schleifband und eine besondere Bedienungsperson einzustellen, damit die gewünschten Abmessungen erzielt werden.

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Es besteht demgemäß ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren und einer verbesserten Vorrichtung zum Wiederherstellen von Luftabdichtungen, durch die die notwendigen Konturen von Luftabdichtungen schnell erzielt werden und wiederholtes Prüfen und schrittweises Annähern bei einer Einrichtearbeit vermieden werden.

Ein weiterer Bedarf ergibt sich daraus, daß die typische Turbinenschaufel zwei Luftabdichtungen hat. Meistens hat eine dieser Luftabdichtungen einen größeren Krümmungsradius als die andere, da sie mit einem Abschnitt größeren Durchmessers des Triebwerkskanals zusammenwirkt. Selbstverständlich werden diese verschiedenen Radien zweckmäßig unter Anwendung des unattraktiven RundschleifVerfahrens spanend bearbeitet, es besteht aber ein Bedarf an einem billigeren Verfahren und einer billigeren Vorrichtung zum Erzielen akzeptabler Konturen bei beiden Luftabdichtungen einer wiederherzustellenden Schaufel ohne die naheliegende Alternative unterschiedlicher Einrichtearbeiten für jede Luftabdichtung·

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mittels welchen sich Gasturbinenflügelprofilteile, die verschlissene oder beschädigte Luftabdichtungen haben, wirtschaftlich reparieren und wiederherstellen lassen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum: erstens, Herstellen eines Stumpfes durch Abschleifen einer alten Luftabdichtung und unter Anwendung einer Bewegung rechtwinkelig zu der Luftabdichtungslänge; Verbinden eines neuen Stückes eines genau anliegenden Materials durch Schweißen oder Hartlöten mit dem Stumpf, um eine Luftabdichtungsschweißkonstruktion herzustellen; Abschleifen der Schweißkonstruktion mit einer zu ihrer Länge rechtwinkeligen Bewegung auf einen gewünschten Umfangsradius unter Verwendung eines eine bestimmte Kontur aufweisenden Schleifbandes, das im wesentlichen die gewünschte Luftabdichtungskontur hat; und Abtragen jeglichen überschüssigen Luftabdichtungsschweißkonstruktionsmaterials in anderen Gebieten als der Um-

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fangsradiuskontur.

Es ist üblich, daß ein Flügelprofilteil zwei Luftabdichtungen mit zwei verschiedenen Nennbemessungskrüramungsradien hat. In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden Luftabdichtungsschweißkonstruktionen an solchen Teilen, während sie sich in einer einzigen Spannvorrichtung befinden, nacheinander auf einen Radius abgeschliffen, der zwischen den Nennbemessungsradien liegt, wobei der Zwischenradius innerhalb der zulässigen Toleranzen von Konstruktionen mit zwei Luftabdichtungen liegt. Es werden daher eine einzige Einrichtearbeit, ein mit bestimmten Umriß versehenes Schleifband und eine Spannvorrichtung benutzt.

Das Bandschleifen wird bei der Ausführung der Erfindung bevorzugt. Zum Abtragen von verschlissenen Luftabdichtungen an komplexen Teilen wird das Schleifband über eine gerade Zylinderrolle mit geeignetem Radius geschert, wobei die Anlauf- und Rücklaufbandwinkel so gewählt sind, daß nur die Luftabdichtung und keine anderen wichtigen Teile des Flügelprofilteils berührt werden. Die Bewegungsrichtung des Schleifbandes ist rechtwinkelig zur Länge der Luftabdichtung und es wird eine im wesentlichen ebene oder planare Oberfläche auf der Länge jedes Luftabdichtungsstumpfes erzeugt und vorzugsweise ist eine Spannvorrichtung mit zwei Stellungen vorgesehen, um sowohl die alten Luftabdichtungen abzutragen als auch anschließend die Luftabdichtungen, nachdem Schweißkonstruktionen hergestellt sind, nachzuarbeiten. Für die Nachbearbeitung bringt die Spannvorrichtung in ihrer ersten Position die erste Luftabdichtungsschweißkonstruktion in eine Linie rechtwinkelig zu dem Schleifband an der Stelle, an der es über eine eine bestimmte Kontur aufweisende Oberfläche, wie beispielsweise eine Rolle, hinweggeht. In ihrer zweiten Position richtet die Spannvorrichtung die zweite Luftabdichtungsschweißkonstruktion in gleicher Weise aus. Die konturgebende Oberfläche hat den vorgenannten, für die Luftabdichtungen gewünschten Zwischenradius. Die Kontur des Schleifbandes wird erzielt, indem das Band um eine mit einer bestimmten Kontur ver-

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sehene Rolle gespannt wird. Auf diese Weise wird ungeachtet einer Änderung in der Länge der Berührungszeit mit dem Schleifband die Luftabdichtungskonfiguration reproduziert.

Die Erfindung ist besonders für die Reparatur von Nickelsuperlegierungsteilen geeignet, sie eignet sich aber ebenso gut für andere Baumaterialien. Sie ist außerdem bei der Wiederherstellung von unterschiedlich geformten Gasturbinenteilen einschließlich drehbaren Laufschaufeln und feststehenden Leitschaufeln geeignet.

Die Vorteile der Erfindung umfassen das Vermeiden des kostspieligen Einspannens und Einrichtens, das im Stand der Technik erforderlich ist, wodurch die Reparatur von kleinen Posten von Teilen wirtschaftlich möglich wird. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet die Verwendung von Schleifbändern, die höhere Metallabtragungsgeschwindigkeiten als Schleifscheiben ermöglichen, ohne daß Kühlmittel erforderlich sind. Arbeitszeit und -kosten werden so reduziert. Die Erfindung gestattet außerdem, Teile einzeln zu bearbeiten, wobei gewisse Vorbereitungsschritte eliminiert werden, die im Stand der Technik erforderlich sind, um Teile zur Nachbearbeitung zu einer Gruppe zusammenzufassen. Weiter sind das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ausreichend genau, so daß von voreingestellten mechanischen Anschlägen zuverlässiger Gebrauch gemacht werden kann und das wiederholte Prüfen einiger bekannter Verfahren vermieden werden kann. Da die Spannvorrichtung und die Werkzeugbestückung einfach sind, ist das Bearbeiten von Teilen mit neuen oder anderen Konfigurationen ohne weiteres möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Reihenansicht eines Teils einer Tur

binenlaufschaufel während der Wiederherstellung der Luftabdichtung,

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Fig. 2 eine Teilquerschnittansicht einer Vor

richtung und einer Laufschaufel während des Abtragens einer alten Luftabdichtung,

Fig. 3 in Draufsicht auf eine Vorrichtung eine

Turbinenlaufschaufel mit zwei Luftabdichtungen in einer Spannvorrichtung zum Schleifen einer ersten Luftabdichtungsschweißkonstruktion,

Fig. 4 in Seitenansicht die Vorrichtung und die

Laufschaufel von Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilseitenansicht der Vorrichtung von

Fig. 3, in der sich die Spannvorrichtung und die Laufschaufel in einer Stellung zum Schleifen einer zweiten Luftabdichtungsschweißkonstruktion befinden, und

Fig. 6 eine Schnittendansicht der Vorrichtung und

der Spannvorrichtung von Fig. 4.

Luftabdichtungen sind dünne, flansch- oder rippenartige Gebilde, die an den Mantelringsegmenten an den Enden von Gasturbinenflügelprofilteilen befestigt sind. Zu solchen Flügelprofilteilen mit Luftabdichtungen gehören sowohl Laufschaufeln, die sich innerhalb einer Gasturbine drehen, als auch Leitschaufeln, die feststehen. Die bevorzugte Ausfuhrungsform wird hier für die Reparatur und die Wiederherstellung einer Laufschaufel aus einer Nickelsuperlegierung beschrieben, obwohl das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung in gleicher Weise bei Leitschaufeln und Teilen aus anderen Materialien anwendbar sind.

Fig. 1A zeige eine typische neue Gasturbinenlaufschaufel, die zwei Luftabdichtungen hat und dazu dient, die hier benutzte

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Nomenklatur zu veranschaulichen. Die insgesamt mit der Bezugszahl 20 bezeichnete Laufschaufel weist einen aerodynamischen Flügelprofilabschnitt 22 auf, der zwischen einer Wurzel 24 und einem Mantelringsegment 26 angebracht ist. Auf dem Mantelringsegment 26 sind eine erste Luftabdichtung 28 und eine zweite Luftabdichtung 30 angebracht. Jede Luftabdichtung hat eine Länge L, eine Breite W und eine Höhe H. Gemäß Fig. 1A ist die Länge L die Hauptabmessung und die Breite W ist im Vergleich zu den anderen Abmessungen relativ klein. Die Abmessungen ändern sich stark mit der besonderen Bemessung der Laufschaufel, typische Abmessungen aber, die anzutreffen sind, betragen für die Länge 20 mm, für die Höhe 3 mm und für die Breite 1 mm. Es ist daher zu erkennen, daß die Luftabdichtungen relativ heikle Gebilde sind und daß deren spanende Bearbeitung mit Sorgfalt ausgeführt werden muß. Üblicherweise ist das Mantelringsegment 26 aus aerodynamischen Gründen gegen die Hauptachse der Schaufel 20 geneigt, mit dem Ergebnis, daß, wenn die Schaufel im Gebrauch ist, die erste Luftabdichtung 28 in einem ersten radialen Abstand R1 von der Achse angeordnet sein wird, um die sich die Schaufel dreht, und die zweite Luftabdichtung 30 in einem anderen, zweiten radialen Abstand R2 angeordnet sein wird. Demgemäß werden sich die Bemessungskrümmungen der Luftabdichtungen voneinander unterscheiden, da sie im eingebauten Zustand Flansche mit unterschiedlichen Umfangen bilden.

Fig. 1B zeigt die Luftabdichtungsteile der Schaufel 20 nach typischem Verschleiß und typischer Beschädigung aufgrund des Betriebes. Das Material und die Konfiguration der Luftabdichtungen eignen sich nicht für irgendeine örtlich begrenzte Reparatur, wie das Auftragen von Material auf die schadhaften Bereiche durch Puddelschweißen oder ein ähnliches Verfahren. Statt dessen werden gemäß Fig. 1C die alten Luftabdichtungen · abgetragen, indem sie bis auf ebene Stümpfe 32 und 32' abgeschliffen werden. Die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung, die dafür benutzt werden, sind im folgenden ausführlicher Beschrieben. Danach werden zwei neue Materialstük-

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ke 34 und 34', die aus einem geeigneten Material gesondert hergestellt worden sind, an den plangeschliffenen Stümpfen befestigt, wie es in Fig. 1D gezeigt ist. Im allgemeinen haben die Stücke, die hinzugefügt werden, die für die wiederherzustellenden Luftabdichtungen gewünschten Breiten, sie haben aber Überschußmaterial in der Höhen- und in der Längsabmessung. Schließlich werden, wie es in Fig. 1E gezeigt ist, die Luftabdichtungsschweißkonstruktion, die in dem vorherigen Schritt hergestellt worden sind, auf die Höhe und die Länge einer wiederhergestellten Luftabdichtung fertigbearbeitet, wobei an dem äußeren Ende 36 der Luftabdichtung eine Kontur mit akzeptablem Umfangsradius hergestellt wird.

Im folgenden werden die Vorrichtung und die Durchführung der Erfindung ausführlicher beschrieben. Bei der bevorzugten Durchführung der Erfindung werden Schleifbänder benutzt, d.h. endlose Gewebebänder mit Metallschleifmitteln, die an einer Oberfläche befestigt sind. Schleifbänder sowie die Bemessung, der Aufbau und die Arbeitsweise von Bandschleifmaschinen sind bekannt.

Eine Laufschaufel, die eine beschädigte Luftabdichtung hat, wird zuerst inspiziert und, bei Bedarf, von Schmutz und Überzügen befreit. Im nächsten Schritt wird der verschlissene Teil der alten Luftabdichtungen körperlich beseitigt. Das wird erreicht, indem die Vorrichtung und das Verfahren gemäß Fig. 2 angewandt werden. Ein Schleifband 38 wird über ein gekrümmtes Teil geführt, das als eine gerade, zylindrische Rolle 40 dargestellt ist, die mit einer für das betreffende Schleifband geeigneten Geschwindigkeit drehbar ist. Die Hauptebene der Luftabdichtung, d.h. diejenige Ebene, die durch die Höhen- und die Längsabmessung festgelegt ist, fällt insgesamt mit einer Ebene zusammen, die durch einen Durchmesser und die Achse der Rolle geht. Die Schleifbandbewegung und der SchleifVorgang erfolgen daher rechtwinkelig zur Länge der Luftabdichtung und die geschliffene Fläche 42 wird insgesamt rechtwinkelig zu der Höhenabmessung der Luftabdichtung sein. Auf diese Weise wird die

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Luftabdichtung durch das Schleifband an einer Stelle berührt, wo es auf der Rolle aufliegt, und die Luftabdichtung wird auf einen Stumpf 32 abgeschliffen, der in Fig. 1C gezeigt ist. Aus Fig. 2 geht selbstverständlich hervor, daß die geschliffene Fläche 42 über ihrer Breite eine geringfügige Krümmung haben wird, die von dem Durchmesser der Rolle 40 abhängig ist. Diese Krümmung wird in der am Ende vorliegenden Paßfläche 48 des Stumpfes 32 vorhanden sein. Da die Breite der Luftabdichtung im Vergleich zu dem Durchmesser der Rolle 40 ziemlich klein ist, ist in der Praxis für den praktischen Zweck des Erzeugens einer Paßfläche, die für die Verbindung mit einem neuen Metallstück geeignet ist, die Paßfläche planar. Diese Krümmung ist ebenso wie irgendeine Abweichung von einer wahren Ebene, die durch geringfügige Fehlausrichtung der Hauptebene der Luftdichtung bezüglich der Ebene der Rollenachse und des Rollendurchmessers verursacht werden kann, bei praktisch sämtlichen Verbindungsverfahren unbeachtlich. Die geschliffene Fläche oder Paßfläche 48 kann daher als im wesentlichen planar aufgefaßt werden. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß das Schleifband 38 einen Anlaufwinkel A und einen Rücklaufwinkel B gegen die planare Fläche 48 der abgeschliffenen Luftabdichtung 32 hat. Diese Winkel werden selbstverständlich durch die Lage von anderen Rollen der Maschine erzeugt, die das sich bewegende Schleifband tragen. Der Anlauf- und der Rücklaufwinkel müssen so gewählt werden, daß das Schleifband nicht andere Teile des Mantelringsegments 26, wie einen erhabenen Steg 44, berührt und deren Abmessung in unerwünschter Weise ändert. Ebenso muß der Durchmesser der Rolle 40 begrenzt werden. Die Vorrichtung ist in bezug auf die Rolle 40 beschrieben worden, dem Schleiffachmann ist aber ohne weiteres klar, daß kleinere Rollen übermäßig große Drehzahlen und demzufolge eine geringere Standzeit haben können. In solchen Fällen kann die Rolle durch eine herkömmliche gekrümmte Metallplatte ersetzt werden, die einen Schlitz enthält, durch den Druckluft austritt, um einen Schmierfilm zu erzeugen. Wenn eine Platte benutzt wird, kann deren Kopfkrümmung zwar nichtzylindrisch sein, sie wird aber dem gewünschten Durchmesser der Rolle, die sie ersetzt, im we-

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sentlichen nachgebildet sein.

Nachdem die erste Luftabdichtung abgetragen worden ist, wird die Laufschaufel umgespannt und es wird die zweite Luftabdichtung abgetragen. Zum Festhalten der Laufschaufel während der vorstehend beschriebenen Arbeiten kann eine Vorschleifspannvorrichtung benutzt werden. Diese Spannvorrichtung ist, wie im folgenden beschrieben, wahlweise dieselbe Spannvorrichtung, die zum Fertigschleifen benutzt wird, und sie kann in im wesentlichen derselben Vorrichtung, wie sie zum Fertigbearbeiten benutzt wird, benutzt werden, was die folgende Beschreibung zeigen wird.

Ein Metallstück, beispielsweise ein Stück Bandmaterial, wie es in Fig. 1D gezeigt ist, wird dann hergestellt. Die Größe dieses Stückes muß ausreichen, damit es zu einer mit richtigem Umriß·versehenen Luftabdichtung fertigbearbeitet werden kann, wenn es an dem Luftabdichtungsstumpf befestigt ist. Das Materialstück wird mit einer im wesentlichen ebenen Fläche 46 auf einer Seite hergestellt, wobei die ebene Fläche eine Länge hat, die wenigstens gleich der des Luftabdichtungsstumpfes ist, mit dem sie zu verbinden ist, damit eine genau anliegende Fläche für die Verbindung geschaffen wird. Häufig hat das Materialstück eine zu große Länge, wie es für das Materialstück 34' gezeigt ist, damit es leichter aufgesetzt und auf einfachere Weise eine ausreichende Schweißverbindung an den Enden der genau aneinanderliegenden Flächen hergestellt werden kann. Eine übermäßige Höhe des Materialstückes gestattet das spanende Herstellen der gewünschten Umfangskontur der äußeren Fläche 50, d.h. der zu der Paßfläche entgegengesetzten Fläche. Darüber hinaus ist eine überschüssige Höhe erwünscht, um Abmessungsänderungen aufgrund des Verbindungsverfahrens sowie jedwede Veränderlichkeit in der Lage der geschliffenen ebenen Fläche des Stumpfes zu kompensieren. Mannigfaltige Verfahren können zum Verbinden der Stücke 34, 34' mit den Stümpfen 32, 32' zum Herstellen einer Luftabdichtungsschweißkonstruktion benutzt werden. Das voraussichtlich bevorzugteste Verfahren ist das Elektronenstrahlschweißen. Das Wolfram-Inertgas-Schweißen ist ebenfalls akzep-

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tabel. In beiden Fällen werden das Stück und die Luftabdichtung unter Verwendung bekannter Verfahren eingespannt und in einer Schweißmaschine angeordnet. Das Hartlöten und andere bekannte Verfahren, die sich für das besondere Material einer besonderen Schaufel eignen, können ebenfalls benutzt werden.

Die Luftabdichtungsschweißkonstruktion, die durch Verbinden des Stückes mit dem Stumpf erzeugt wird, hat eine freie Oberfläche 50 entgegengesetzt zu derjenigen Fläche des Stückes, mit welcher dieses an der Luftabdichtungsstumpffläche genau anliegt. Die Höhe der Oberfläche 50 über dem Mantelringsegment, d.h. die Höhe der Luftabdichtungsschweißkonstruktion wird größer als die für die fertige Luftabdichtung gewünschte Höhe sein. Aufgabe des als nächstes beschriebenen KonturschleifSchrittes ist es, die Oberfläche 50 auf eine Abmessung spanend zu bearbeiten, die der für eine Luftabdichtung erforderlichen Kontur entspricht und mit der Bemessungshöhe des ursprünglichen Teils übereinstimmt.

"Nach dem Schweißen wird die Laufschaufel 20, die die Luftabdichtungsschweißkonstruktionen an ihrem Mantelringsegmentende hat, in eine Spannvorrichtung 52 eingespannt, in der Stifte 53 oder andere Paßteile die Schaufel genau positionieren, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Laufschaufel wird in der Spannvorrichtung durch eine schnell lösbare Kniehebelspannvorrichtung, durch Stifte, Schrauben oder andere mechanische Vorrichtungen (nicht gezeigt) festgehalten, die dem mit Spannvorrichtungen und Werkzeugbestückungen vertrauten Fachmann geläufig sind. Die Spannvorrichtung kann in zwei Stellungen auf Schienen 54 und 54' angebracht werden. In Fig. 3 und in Fig. 4 ist die Spannvorrichtung in ihrer ersten Stellung gezeigt. Die Schienen 54 und 54' sind an einem Maschinenelement 56 befestigt, das außerdem eine drehbare und mit bestimmter Kontur versehene Rolle oder ein Kontaktrad 58 trägt, über das ein flexibles Schleifband 60 bewegt wird. Das Kontaktrad 58 hat eine vorbestimmte Kontur 62, der sich das Schleifband aufgrund der normalen Zugspannung in

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dem Schleifband und aufgrund seiner Eigenflexibilität anpaßt. Das Schleifband 60 hat eine Breite, die größer als die Länge einer Luftabdichtungsschweißkonstruktion ist, und besteht aus einem Material, das geeignet ist, das Material der Luftabdichtungsschweißkonstruktion ohne weiteres abzuschleifen. Um zu gewährleisten, daß sich das Schleifband 60 der Kontur des Kontaktrades 58 voll anpaßt, sollte das Schleifband eine besonders flexible Gewebeunterlage haben. Im Handel erhältliche Schleifbänder des J-Typs haben sich als am geeignetsten erwiesen. Zum Schleifen von Nickelsuperlegierungen werden Schleifbänder mit einem Aluminiumoxidschleifmittel mit einer Teilchengröße von 0,125 mm (120 US mesh) bevorzugt. Die Schleifbandgeschwindigkeit ist bei der Erfindung unkritisch und kann nach den Empfehlungen des Lieferanten gewählt werden.

Die Laufschaufel 20 wird in der Spannvorrichtung 52 genau positioniert. Die Spannvorrichtung wird auf den Schienen 54, 54' angeordnet, die sie mit ihren integralen Präzisionspaßflächen 61, 61', 61", 61'", berührt, wie es in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist. Die Laufschaufel 20 wird auf diese Weise in der Vorrichtung genau positioniert und die Luftabdichtungsschweißkonstruktion ist zu der Richtung der Schleifbandbewegung rechtwinkelig, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Weiter ist gemäß Fig. 4 außerdem die Luftabdichtung im Raum so angeordnet, daß, wenn sie sich dem Kontaktrad 58 nähert, ihre mittlere Höhenabmessung insgesamt in einer Linie mit einem Durchmesser des Kontaktrades sein wird. Die Kontur 62 des Kontaktrades ist so gewählt, daß sie einen Radius R3 hat, der dem gewünschten Umfangsradius der Kontur der zu schleifenden Luftabdichtung entspricht. Die Spannvorrichtung 52 wird dann auf den Schienen so bewegt, daß die Luftabdichtungsschweißkonstruktionsoberfläche 50 das Schleifband 60 berührt. Danach wird die Luftabdichtung schnell auf die gewünschte Kontur abgeschliffen. Die Bewegung der Spannvorrichtung 52 zu dem Kontaktrad 58 hin wird fortgesetzt, bis ein erster Anschlag 64 einen voreingestellten verstellbaren Anschlag 66 an dem das Kontaktrad 58 und die Schienen 54, 54' tragenden Maschinenelement 56 berührt. Dadurch

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werden die gewünschte Höhe und die gewünschte Umfangskontur der Luftabdichtung erzielt.

Nachdem die erste Luftabdichtung fertigbearbeitet worden ist, wird die Spannvorrichtung 52 von dem Kontaktrad 58 wegbewegt, von den Schienen 54, 54' abgehoben, um 180° um die Achse der Laufschaufel 20 gedreht, die weiterhin in die Spannvorrichtung eingespannt ist, und in ihrer zweiten Stellung wieder auf die Schienen aufgesetzt. Somit ist gemäß Fig. 5 die Spannvorrichtung 52 über ihre integralen Präzisionspaßflächen 63, 63', 63'', 63''', mit den Schienen 54, 54' in Berührung und positioniert räumlich die zweite Luftabdichtungsschweißkonstruktion in bezug auf das Kontaktrad 58 in einer Weise, die zu der für die erste Luftabdichtungsschweißkonstruktion und die Spannvorrichtung in der ersten Position beschriebene analog ist. Die zweite Luftabdichtungsschweißkonstruktion wird ebenfalls analog mit Hilfe des zweiten integralen Spannvorrichtungsanschlages 68 fertigbearbeitet, der mit dem in unveränderter Stellung befindlichen Anschlag 66 zusammenwirkt. Die Figuren zeigen, daß der Durchmesser des Kontaktrades 58 und der Anlauf- und der Rücklaufwinkel des Schleifbandes 60 mit Bezug auf die Laufschaufel 20 so gewählt werden müssen, daß, wenn eine Luftabdichtungsschweißkonstruktion abgeschliffen wird, die andere Luftabdichtung oder das Mantelringsegment nicht zu seinem Nachteil berührt wird. Da die fertigbearbeiteten Flächen der Luftabdichtungen wesentlich höher über dem Mantelringsegment als die Stumpfoberflächen liegen, ist diser Arbeitsgang im Vergleich zu dem Abtragen der Luftabdichtung weniger kritisch.

Wenn eine andere Kontur für die zweite Luftabdichtungsschweißkonstruktion als für die erste Luftabdichtungsschweißkonstruktion erwünscht ist, muß selbstverständlich das Kontaktrad 58 ausgetauscht werden, bevor die Spannvorrichtung in ihre zweite Position bewegt wird. Unterschiedliche Konturen könnten hergestellt werden, indem nacheinander eine Reihe von ersten Luftabdichtungsschweißkonstruktionen durch Einsetzen von Teilen eines nach dem anderen in die Spannvorrichtung geschliffen wer-

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den, während diese sich in ihrer ersten Stellung befindet. Dann wird die Spannvorrichtung in ihre zweite Position bewegt und die Teile werden wieder der Reihe nach in die Spannvorrichtung eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß statt dieser unerwünschten Möglichkeit eine sorgfältige Auswahl der Kontur 62 des Kontaktrades 58, begünstigt durch die hohe Genauigkeit, die mit dem Verfahren und der Vorrichtung, welche hier beschrieben werden, erzielbar ist, die Verwendung desselben Kontaktrades und derselben Kontur sowohl für die erste als auch für die zweite Luftabdichtung an den meisten Turbinenflügelprofilteilen gestattet. Das wird erreicht, indem die Kontur 62 des Kontaktrades 58 durch einen Radius R3 beschrieben wird, der zwischen dem Nennbemessungsradius R1 der ersten Luftabdichtung und dem Nennbemessungsradius R2 der zweiten Luftabdichtung liegt. Das ist nur möglich, wenn es die» Bemessungstoleranzen der ümfangskonturen der Luftabdichtungen gestatten.

Das Materialstück, das an dem Luftabdichtungsstumpf zur Herstellung der Luftabdichtungsschweißkonstruktion angebracht wird, kann, wie oben erwähnt, häufig eine Länge haben, die größer ist als die gewünschte Länge der fertigen Luftabdichtung. Die Erfindung hat den Vorteil, daß es möglich ist, die fertige Kontur an der Luftabdichtungsschweißkonstruktion herzustellen, ohne daß zuvor die überstehende Länge beseitigt wird. Das steht im Gegensatz zum Stand der Technik, wo aufgrund der Spannvorrichtungserfordernisse und der beim Schleifen auftretenden mechanischen Kräfte die überstehende Länge vor dem Herstellen der Kontur entfernt werden muß. Nachdem den Luftabdichtungen durch die bevorzugten Verfahrensschritte der Umriß gegeben worden ist, wird die überstehende Länge, die verblieben ist, durch einen gesonderten SchleifVorgang entfernt und jedwedes weitere überschüssige Material an der Luftabdichtung, wie beispielsweise an den Längsseiten oder in den Schweißzonen, wird ebenfalls entfernt. Beim Ausführen der Erfindung an einer Anzahl von Teilen hat es sich gezeigt, daß relativ wenig Arbeit nach dem Konturschleifen im Gegensatz zu dem zu-

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vor erwähnten Zuschneiden auf die richtige Länge erforderlich ist.

Vorstehend ist der Arbeitsablauf unter Bezugnahme auf eine
Vorspannvorrichtung beschrieben worden/ die die Laufschaufel
festhält, wenn alte Luftabdichtungen abgetragen und plangeschliffene Stümpfe erzeugt werden, während eine zweite Spannvorrichtung zum Fertigbearbeiten der Kontur der Luftabdichtungsschweißkonstruktionen verwendbar ist. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß dieselbe Spannvorrichtung und dieselben
Schienen für beide Arbeiten benutzt werden können, wobei die
Spannvorrichtung im wesentlichen die ausführlich für die Fertigbearbeitung beschriebene ist. Es wird eine geeignete Einstellung des Anschlags 66 vorgenommen, um die geeignete Grenzstellung zwischen der Spannvorrichtung und der geraden zylindrischen Rolle zu erzielen, die für das Abtragen der alten
Luftabdichtungen benutzt wird. Weiter umfaßt die bevorzugte
Ausführungsform zwar die Verwendung von Schleifbändern, es
ist jedoch klar, daß für Spezialzwecke andere Schleifvorrichtungen benutzt werden könnten. Beispielsweise können Schleifscheiben mit geeigneter Kontur und geeignetem Durchmesser benutzt werden, wobei aber die gegenwärtig im Handel erhältlichen Schleifscheiben bei der Ausführung der Erfindung Schleifbändern weit unterlegen sind. Das zu schleifende Teil ist
zwar unter Bezugnahme auf eine erste Luftabdichtung beschrieben worden, die einen größeren Umfangsradius als eine zweite Luftabdichtung hat, und der Arbeitsablauf ist unter Bezugnahme auf die erste Luftabdichtung beschrieben worden, die vor der zweiten Luftabdichtung spanend bearbeitet wird, es ist
jedoch klar, daß die relativen Radien vertauscht werden könnten und daß ebenso der Arbeitsablauf umgekehrt werden könnte, ob nun die Radien die gleiche oder die umgekehrte Beziehung
haben.

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Claims (5)

1. Patentansprüche :

   .j Verfahren zum Reparieren und Wiederherstellen eines Gasturbinenflügelprofilteils, das an dem an seinem Ende angeordneten Mantelringsegment eine Umfangsluftabdichtung hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

   a) Schleifen des Luftabdichtungsteils des Flügelprofilteils, um einen Luftabdichtungsstumpf zu erzeugen,
   der eine Fläche hat;

   b) Herstellen eines Metallstückes mit einer Fläche,
   die in genaue Anlage an der Luftabdichtungsstumpffläche bringbar ist und deren Länge wenigstens
   gleich der Länge der Fläche des Luftabdichtungsstumpfes ist;

   c) Ausrichten der Flächen des Metallstückes und des
   Luftabdichtungsstumpfes derart, daß sie mit in einer Linie angeordneten Längen genau aneinander liegen;

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   d) metallurgisches Verbinden des Metallstückes mit dem Luftabdichtungsstumpf, um eine Luftabdichtungsschweißkonstruktion zu erzeugen;

   e) Herstellen einer mit einem bestimmten Kontur versehenen Schleiffläche, deren Kontur im wesentlichen gleich der an der Luftabdichtung eines wiederhergestellten Flügelprofilteils erforderlichen Kontur ist;

   f) Schleifen der Luftabdichtungsschweißkonstruktion an der freien äußeren Fläche, die zu der verbundenen Anlagefläche entgegengesetzt ist, durch Bewegen des Flügelprofilteils zu der mit bestimmter Kontur versehenen Schleiffläche, so daß die Schleifbewegung im wesentlichen rechtwinkelig zu der Länge der Luftabdichtungsschweißkonstruktion ist;

   g) Begrenzen der Bewegung des Flügelprofilteils, um überschüssiges Luftabdichtungsschweißkonstruktionsmaterial so abzutragen, daß die Luftabdichtungsschweißkonstruktion auf eine Abmessung abgeschliffen wird, die im wesentlichen mit dem bei einer wiederhergestellten Luftabdichtung erforderlichen ümfangsradius übereinstimmt; und h) Abtragen jedweden weiteren überschüssigen Luftabdichtungsschweißkonstruktionsmaterials durch Schleifen und Polieren, um die Luftabdichtungswiederherstellung abzuschließen.
2. 2. Verfahren zum Reparieren eines Gasturbinenflügelprofilteils, das eine erste ütnfangsluftabdichtung mit einem ersten Nennradius und eine zweite Onfangsluftabdichtung mit einem zweiten Nennradius hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

   a) Schleifen der Luftabdichtungen mit einem Schleifband, um einen ersten und einen zweiten Luftabdichtungsstumpf herzustellen, die jeweils eine Fläche haben;

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   b) Herstellen eines ersten Metallstückes und eines zweiten Metallstückes, die jeweils eine Fläche haben, deren Länge wenigstens gleich der Länge der Flächen des ersten bzw. des zweiten Luftabdichtungsstumpfes ist;

   c) Aneinanderlegen der Metallstücke und der Stümpfe an ihren Flächen, so daß deren Längen aufeinander ausgerichtet sind,

   d) metallurgisches Verbinden der Metallstücke und der Stümpfe, um Luftabdichtungsschweißkonstruktionen herzustellen;

   e) Anordnen eines beweglichen Schleifbandes auf einer Rolle mit einer Oberflächenkontur, die in der Lage ist, einen Radius zwischen dem ersten Luftabdichtungsnennbemessungsradius und dem zweiten Luftabdichtungsnennbemessungsradius zu schleifen;

   f) Einspannen des Flügelprofilteils in eine Spannvorrichtung, die eine erste Stellung hat, in der die Umfangslänge der ersten Luftabdichtung im wesentlichen in einer Linie mit der Mittellinie der Rolle ist, und eine zweite Stellung, in der die Umfangslänge der zweiten Luftabdichtung im wesentlichen in einer Linie mit der Mittellinie der Rolle ist;

   g) Bewegen der Spannvorrichtung in vorbestimmte Anschlagstellungen bezüglich des Schleifbandes nacheinander in der ersten und in der zweiten Stellung, so daß die Luftabdichtungsschweißkonstruktionen auf einen Radius zwischen dem ersten und dem zweiten Nennentwurf sradius abgeschliffen werden; und

   h) Abtragen von überschüssigem Material an Stellen ausserhalb des ümfangsradius, um das Ersetzen der Luftabdichtungsteile des Flügelprofilteils fertigzustellen.
3. 3. Vorrichtung zum Reparieren eines Gasturbinenflügelprofilteils, das eine erste und eine zweite Luftabdichtung hat, gekennzeichnet durch

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   a) ein erstes bewegliches Schleifband (38) auf einem gekrümmten Element (40) , das mit der Luftabdichtung (28, 30) einen Anlauf- und einen Rücklaufwinkel (A bzw. B) bildet, die ausreichend klein sind, um eine rechtwinkelig zu der Schleifbandbewegungsrichtung angeordnete Luftabdichtung auf einenstumpf (32, 32') mit im wesentlichen ebener Fläche abzuschleifen, ohne andere Teile des Flügelprofilteils (20) zu berühren;

   b) eine Vorschleifspannvorrichtung und Spannvorrichtungsführungseinrichtungen zum Festhalten der Flügelprofilteile für das Abschleifen der Luftabdichtungen auf die mit im wesentlichen ebener Fläche versehenen Stümpfe, welche in genaue Anlage an Metallstücken gebracht werden können, die im wesentlichen ebene Flächen haben;

   c) Vorrichtungen zum Verbinden der Metallstücke (34, 34') mit den Stümpfen, um Luftabdichtungsschweißkonstruktionen herzustellen, die zu einem reparierten Flügelprofilteil mit Luftabdichtungen nachbearbeitet werden können;

   d) ein zweites bewegliches Schleifband (60), das in einer zu seiner Bewegungsrichtung rechtwinkeligen Ebene eine durch eine Rolle (58) erzeugte Oberflächenkontur (62) hat, deren Radius (R3) zwischen den Nennbemessungsradien der ersten und der zweiten Luftabdichtung liegt;

   e) eine Fertigschleifspannvorrichtung (52) zum Festhalten des Flügelprofilteils (20) in bezug auf das zweite Schleifband in einer ersten Schleifstellung, in der die Umfangslänge der ersten Luftabdichtung parallel zu der Mittellinie der Rolle (58) ist, und in einer zweiten Schleifstellung, in der die Umfangslänge der zweiten Luftabdichtung parallel zu der Mittellinie der Rolle ist;

   f) Vorrichtungen (54, 54') zum Führen der Fertigschleif spannvorrichtung zu dem zweiten Schleifband

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   hin bis in vorbestimmte Anschlagstellungen, um überschüssiges Material abzutragen und den Luftabdichtungsschweißkonstruktionen eine fertige Kontur zu geben.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch:

   g) eine Schleifeinrichtung zum Abtragen von überschüssigem Metall von den Luftabdichtungsschweißkonstruktionen in Bereichen, bei denen es sich nicht um die mit dem zweiten Schleifband (60) geschliffene Fläche handelt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschleifspannvorrichtung und die Fertigschleif spannvorrichtung (52) die gleiche Konfiguration haben.

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