DE69032417T2

DE69032417T2 - Reparaturverfahren für Turbinenschaufeln

Info

Publication number: DE69032417T2
Application number: DE69032417T
Authority: DE
Inventors: Michael James Worcestershire Wr7 4Na Fraser; Robert Francis Meriden Connecticut 06450 Hayes; Jeffe Cyrus Waterford Connecticut 06385 Hendelman
Original assignee: Refurbished Turbine Components Ltd
Current assignee: Turbine Blading Ltd
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2010-03-20
Also published as: US5092942A; ATE167418T1; CA2013077A1; EP0389913B1; JP2988955B2; AU5220690A; DE69032417D1; JPH0333402A; CA2013077C; AU628501B2; EP0389913A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren von Turbinenschaufeln der Bauart, bei der bei einem Feld von Turbinenschaufeln, die beispielsweise in einem Rotor angeordnet sind, die äußeren Enden durch Deckbänder, Radkränze, Zapfen oder sonstige Verbindungsteile miteinander verbunden sind.
Jede Schaufel des Felds ist mit einer bestimmten Ausformung versehen, beispielsweise einer Öffnung oder einem Vorsprung, der mit einem Teil des Deckbands, Zapfens oder Radkranzes zusammenwirkt, um das Deckband oder sonstige Verbindungsteil relativ zum Ende der Schaufel(n), an der es befestigt ist, örtlich festzulegen.
Beim Einsatz der Turbine kann eine Bewegung zwischen den Deckbändern und den Enden der Schaufeln auftreten, die in Anbetracht der großen Kräfte, denen die Schaufeln ausgesetzt sind, zu einer (Kalt-)Verfestigung der dem Deckband benachbarten Schaufelzone führen kann, die ihrerseits zu Rissen und dem als Spannungskorrosionsriß bekannten Effekt führen kann.
Es ist bekannt, daß solche Risse insbesondere um Löcher in den Turbinenschaufelspitzen herum auftreten, in denen Vorsprünge des Deckbands oder sonstigen Verbindungselements befestigt sind, wobei sich solche Risse radial auswärts von der Durchgangsbohrung oder Schlitz in der Turbinenschaufel ausweiten.
Beim Versuch einer Reparatur derartiger Risse sind in Anbetracht der Verfestigung, die an dem Material aufgetreten ist, beträchtliche Probleme aufgetreten. In manchen Fällen ist das Ausmaß der Verfestigung derart, daß es nicht möglich ist, das Material beispielsweise durch eine Wärmebehandlung in einen annehmbaren Zustand zu bringen.
In manchen Fällen können die Turbinenschaufeln mit einem Erosionsschutz versehen sein, der repariert werden muß, oder es kann lediglich notwendig sein, die Vorderkante zu reparieren, die erodiert sein kann, wobei die Anwendung von erheblicher Wärme, wie es bei einem Schweißvorgang notwendig ist, ihrerseits eine Beschädigung des Endabschnitts der Schaufel zur Folge haben kann, in Anbetracht der erfolgten Verfestigung.
In der Praxis war daher eine zufriedenstellende Reparatur nicht möglich, so daß die gesamte Schaufel ausgetauscht werden mußte.
In der britischen Patentschrift 2091140 B ist vorgeschlagen worden, das Problem durch Vorformen bzw. -fertigen eines Turbinenschaufelzapfens mit einem Fußabschnitt zu lösen, wobei der Fußabschnitt anschließend durch Schweißen oder Löten an der Schaufel befestigt wird. Der Fußabschnitt hat vorzugsweise längliche Form und ist so geformt, daß er in einem vorgeformten Schlitz in der Schaufel selbst einrasten kann, um die richtige Anordnung eines Zapfens auf der Schaufel zu ermöglichen.
Während ein solches Reparaturverfahren zahlreiche Probleme des Aufbauens von verschlissenen Zapfen durch Schweißen löst, muß die Bearbeitung des Schlitzes zur Aufnahme des neuen Zapfens sehr präzise sein, was die zur Reparatur einer Turbinenschaufel erforderliche Zeit erheblich verlängern kann und die Tätigkeit spezialisierter Personen und die Verwendung von hochgenauen Bearbeitungsvorrichtungen mit sich bringt.
In der europäischen Patentanmeldung 0303433 ist vorgeschlagen worden, einen Schaufelendabschnitt einschließlich neuer Zapfen vorzuformen und ein Stück der ursprünglichen Schaufel, das den verschlissenen Zapfen trägt, zu entfernen, und das vorgeformte Teil mit einer sehr genauen Führungseinrichtung exakt in der richtigen Stellung zu halten, um eine Befestigung des neuen Zapfens und Schaufelteils an der ursprünglichen Schaufel zu ermöglichen.
Diese Beschreibung offenbart ein Verfahren zum Reparieren einer Turbinenschaufel mit den Schritten: (a) Entfernen eines Endabschnitts der Schaufel; (b) Formen eines neuen Materialstücks, um den entfernten Abschnitt zu ersetzen; (c) Schweißen des neuen Stücks an das Ende der Schaufel; (d) Wärmebehandeln der Schaufel im Bereich der genannten Schweißung.
Vorausgesetzt daß das neue Zapfen- und Schaufelteil präzise angebracht werden kann, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anbringungseinrichtung, kann eine zufriedenstellende Reparatur ausgeführt werden. Es sei allerdings bemerkt, daß bei der Anbringung des neuen Zapfen- und Schaufelteils äußerst sorgfältig vorgegangen werden muß, da ansonsten die reparierte Schaufel nicht die richtige Form hat.
In manchen Fällen ist eine Reparatur nicht notwendig, sondern es ist gewünscht, den Endabschnitt der Schaufel zu ersetzen, um Leistung und/oder Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues oder verbessertes Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel (10) bereitgestellt, mit den Schritten:
(a) Entfernen eines Endabschnitts der Schaufel;
(b) Formen eines neuen Materialstücks (25), um den entfernten Abschnitt zu ersetzen, wobei das neue Stück der erforderlichen endgültigen Form lediglich angenähert ist und größer ist als diese, um eine eventuelle Fehlausrichtung des neuen Stücks auszugleichen;
(c) Schweißen des neuen Stücks (35) an das Ende der Schaufel (10), ohne eines der Teile mit einer Kraft relativ gegenüber zu dem anderen festzuhalten;
(d) Wärmebehandeln der Schaufel (10) im Bereich der genannten Schweißung (38, 39);
(e) spanabhebendes oder sonstiges Bearbeiten des neuen Materialstücks (35), soweit für die gewünschte Form erforderlich.
Die vorliegende Erfindung zielt daher auf das Problem der Reparatur von Zapfen und sonstigen Halterungsausformungen am Ende von Turbinenschaufeln in einer völlig anderen Weise als nach dem Stand der Technik.
Die bekannten Vorschläge richten sich auf die präzise Anordnung eines präzise gefertigten Zapfen- und Fußabschnitts, während die vorliegende Erfindung die Befestigung eines Materi alstücks vorsieht, welches vorgeformt sein kann, aber immer noch genügend Material auf weist, um anschließend bearbeitet zu werden, so daß eine absolute Genauigkeit hinsichtlich der Position des neuen Teils nicht erforderlich ist.
In bestimmten Fällen kann das Materialstück aus einem oder mehreren unterschiedlichen Materialarten bestehen und kann an der Turbinenschaufel in getrennten Arbeitsvorgängen befestigt werden. Das oder die Materialstücke, die an der Turbinenschaufel zu befestigen sind, können aus dem gleichen oder einem mit dem Material der Turbinenschaufel kompatiblen Material bestehen, oder können aus einem unterschiedlichen Material bestehen, welches Eigenschaften hat, die die Lebensdauer der Schaufel verlängern, und insbesondere kann das Material so ausgewählt sein, daß Korrosion und/oder Verschleiß und/oder Rißbildung, die auftreten können, insbesondere im Bereich des äußeren Endabschnitts der Turbinenschaufel, bekämpft werden.
Vorzugsweise wird das neue Materialstück hinsichtlich seiner Größe so gewählt, daß die Zone, die zum Teil aus neuem Material und zum Teil aus dem übrigen Teil der Schaufel bestehen wird und während des Schweißens durch Wärme beeinflußt wird, auf einem möglichst günstigen Bereich positioniert ist, wenn Schaufelbeanspruchungen betrachtet werden, d. h. einem Teil der Schaufel, der im Einsatz keinen hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist.
In manchen Fällen kann das neue Materialstück so bemessen sein, daß eine Öffnung oder Ausformung, die darin bzw. darauf hergestellt wird, nach dem Befestigen der Schaufel, von der genannten wärmebeeinflußten Zone entfernt wird.
Vorzugsweise ist das neue Materialstück so bemessen, daß eine Öffnung oder Ausformung, die darin bzw. darauf hergestellt wird, anschließend an das Befestigen der Schaufel, von der Zone entfernt wird, die der stärksten Wärmeeinwirkung während des Schweißvorgangs ausgesetzt war.
Wenn gewünscht, kann das Materialstück eine andere Form als das entfernte Materialstück haben, um Veränderungen oder Modifikationen der Schaufel zu ermöglichen oder eine Verbindung mit Schaufelverbindungselementen zu ermöglichen, die sich von den ursprünglich vorhandenen unterscheiden.
Vorzugsweise ist das Materialstück in der Zusammensetzung dem Material des übrigen Teils der Schaufel ähnlich, kann aber Eigenschaften haben, die für die Lebensdauer der Schaufel günstig sind.
Das Reparaturverfahren kann auch weitere Reparaturschritte an der Schaufel beinhalten, beispielsweise den Austausch eines Erosionsschutzes, in welchem Fall dann das Ende der Schaufel zuerst entfernt und ein neues Stück daran befestigt wird, worauf eine Wärmebehandlung und neue Formgebung des neuen Materialstücks folgt, wonach ein neuer Erosionsschutz an der Schaufel befestigt werden kann. Ein weiterer Wärmebehandlungsvorgang kann ausgeführt werden, um innere Spannungen aufgrund des Schweißens oder Lötens des neuen Erosionsschutzes an die Schaufel abzubauen.
Vorzugsweise wird das neue Materialstück, nach der Befestigung an der Schaufel und nach der Ausführung der Wärmebehandlungsvorgänge, mit einer Öffnung versehen, in die sich ein Vorsprung, ein Deckband oder ein sonstiges Schaufelverbindungselement erstreckt, um benachbarte Schaufeln fest an einem Rotor zu befestigen.
Das Reparaturverfahren kann nicht nur zum Reparieren eines Schadens an einer Turbinenschaufel verwendet werden, sondern auch zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer Turbine eingesetzt werden, indem die Form des Endabschnitts der Schaufel oder der Deckbänder, die benachbarte Schaufeln halten, modifiziert wird, so daß die Dichtung zwischen Stator und Rotor verbessert wird, was andernfalls nicht ohne Veränderung des Stators erreicht werden, und erhebliche Kosten mit sich bringen kann.
Sofern die Schaufeln eine andere Diskontinuität aufweisen, wie beispielsweise Bindedrahtlöcher im Bereich der Schweißzone, sollten solche Diskontinuitäten durch Auffüllen entfernt werden, beispielsweise mit Schweißmaterial, um die durch den Schweißvorgang hervorgerufene Spannungskonzentration zu minimieren.
Es wird erwartet, daß beim Schweißen eine gewisse Verformung der Schaufel auftritt, und die Schaufel kann vorzugsweise durch Wärme oder mechanische Verformung vorverformt werden, so daß die Schaufel nach Spannungsabbau vorzugsweise so nah wie möglich an der gewünschten Form ist, wobei eine Fehlausrichtung, die wahrscheinlich im Endbereich am stärksten ist, dadurch ausgeglichen werden kann, daß das neue Teil, das an die Schaufel ge schweißt wird, größer gemacht wird als notwendig, so daß die Bearbeitung des neuen Teils eine Fehlausrichtung ausgleichen kann, wodurch keine Notwendigkeit besteht, das neue Endstück der Schaufel einer physikalischen Kraft zu unterwerfen, so daß die Gefahr von Eigenspannungen nach der Reparatur minimiert wird.
Es ist beabsichtigt, daß das von der Schaufel entfernte Teil das komplette Endstück ist, und wenn das neue Endstück an die Schaufel geschweißt wird, ist beabsichtigt, daß das Endstück der Schaufel während des Schweißens oder der anschließenden Wärmebehandlung im wesentlichen frei ist, um Spannungen zu minimieren.
Ferner werden Schwächen in der Reparatur, die man normalerweise im Schweißbereich konzentriert erwarten würde, aus dem Bereich höchster Spannungen entfernt, so daß es weniger wahrscheinlich ist, daß die Schaufel in diesem Bereich versagt.
Die Verlagerung der Schweißzone in eine Position radial einwärts vom Ende der Schaufel ermöglicht, daß die Schweißzone poliert anstatt bearbeitet wird, was ein kostengünstigerer Vorgang als Bearbeiten ist und schneller als ein (spanabhebender) Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden kann.
Das neue Teil kann im wesentlichen identisch mit dem entfernten Teil sein, wird aber stets eine Form haben, um eine gewisse Bearbeitung zu ermöglichen, um eine Fehlausrichtung des neuen Teils relativ zur übrigen Schaufel zu korrigieren. Es kann sein, daß in manchen Fällen ein wesentlicher Teil des neuen, an der Schaufel zu befestigenden Teils praktisch im Fertigzustand vorliegt, andere Teile dagegen, wie etwa in einem Endbereich auszubildende Öffnungen beispielsweise lediglich vorgebohrt sind oder überhaupt noch nicht ausgebildet sind, nachdem ein Teil oder der gesamte Schweiß- und/oder Wärmebehandlungsvorgang stattgefunden hat.
Wie erwähnt, kann das Reparaturverfahren an Schaufeln ausgeführt werden, um die Schaufel selbst zu ändern, um ihren Wirkungsgrad zu erhöhen oder ihre Auslegung zu verändern, damit sie beispielsweise mit Schaufeln in einem Feld auf einem Rotor kompatibel ist, und in solchen Fällen kann das neue Teil wesentlich anders geformt sein als das Teil, welches es ersetzt, wobei das neue Teil aber auch in diesem Fall an der Schaufel befestigt wird und so geformt ist, daß noch eine anschließende Bearbeitung erforderlich ist, so daß die stattfinden den Bearbeitungsvorgänge genau die erforderliche Ausformung des Endbereichs herstellen können, nachdem das neue Teil fest an der Schaufel befestigt worden ist.
Solche Reparatur- und Austauschverfahren eignen sich für die Reparatur von Turbinenschaufeln vor Ort, wobei die Schaufeln auf einem Rotor verbleiben können, und da eine äußerste Genauigkeit nicht erforderlich ist, wenn das neue Teil an die Schaufel geschweißt wird, können höchst zufriedenstellende Reparaturen ausgeführt werden, ohne daß die Schaufel vom Rotor abgenommen werden muß.
Das Reparaturverfahren stellt somit Zapfen oder sonstige Öffnungen usw. bereit, d. h. Teile der Schaufel, die beim Einsatz der Schaufel hohen Spannungen ausgesetzt sind, wobei diese aus neuem Material bestehen, d. h. Material, das keinen Restspannungen unterworfen ist, die beim Einsatz der Schaufel zu Problemen führen könnten, wenn sie nicht entfernt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft im einzelnen beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils aus einem Turbinenschaufelfeld zeigt, wobei die Blätter und Deckbänder beabstandet dargestellt sind;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Endes einer Schaufel zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht der in Fig. 2 dargestellten Schaufel ist, wobei das Endstück entfernt und ein neues Stück in Stellung gebracht ist;
Fig. 4 eine Ansicht entlang Linie 4-4 in Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 eine weitere Ansicht der in Fig. 3 und 4 gezeigten Schaufel ist;
Fig. 6 eine reparierte Schaufel zeigt;
Fig. 7 eine Stirnansicht einer Turbinenschaufelspitze zeigt, auf der ein neues Endstück befestigt worden ist;
Fig. 8 eine Seitenansicht der Schaufel nach Fig. 7 zeigt;
Fig. 9 eine Seitenansicht der Schaufel nach Fig. 7 und 8 nach Bearbeitung des Endstücks zeigt.
Zunächst auf Fig. 1 bezugnehmend, ist ein Teil aus einer Turbinenschaufelanordnung dargestellt, der Turbinenschaufeln umfaßt, die im ganzen mit 10, 11 und 12 bezeichnet sind. Die Schaufeln 10 und 11 sind mit einem Deckband 13 verbunden, und die Schaufeln 11 und 12 sind mit einem Deckband 14 verbunden. Schaufeln und Deckbänder sind beabstandet dargestellt, um die Form von Schaufeln und Deckband deutlicher zu zeigen.
Die Schaufel 10 ist mit zwei Durchgangsbohrungen 15 und 16 versehen, und das Deckband 13 ist mit einem Paar Vorsprünge 17 und 18 versehen, die durch die Durchgangsbohrungen 15 und 16 hindurchgehen und dann verstemmt sein können, um das Deckband 13 an der Schaufel 10 zu sichern. Die Vorsprünge 17 und 18 können rohrförmig sein, um das Verstemmen über die Endbereiche zur Sicherung des Deckbands 13 an der Schaufel 10 zu erleichtern.
Das Deckband 13 ist mit einem weiteren Paar Vorsprünge 19 und 20 versehen, welche massive stangenartige Vorsprünge sein können und die sich in Bohrungen 21 und 22 in der Schaufel 11 erstrecken, um eine gewisse Relativbewegung zwischen den Teilen zu ermöglichen.
Das Deckband 14 ist in der Turbinenschaufel 11 in ähnlicher Weise wie das Deckband 13 an der Schaufel 10 gesichert. Somit hat jede Schaufel in der Anordnung ein daran befestigtes Deckband und ein weiteres zusammenwirkendes Deckband, welches aber nicht an der Schaufel befestigt ist.
Die in Fig. 1 dargestellten Turbinenschaufeln 10, 11 und 12 haben jeweils einen Erosionsschutz 25, 26 und 27, der aus einem harten Material wie Stellit bestehen kann, um die Erosionswirkungen am äußeren Ende der Vorderkante jeder Schaufel zu minimieren.
Nach einer gewissen Einsatzdauer muß der Erosionschutz 25, 26 und 27 ausgetauscht werden, und außerdem ist es nicht selten, daß sich nach einer gewissen Betriebsdauer Risse um die Löcher 15, 16, 21 und 22 entwickeln, aufgrund der Verfestigung durch das Arbeiten des Deckbands 13 relativ zur Schaufel 10, an der es befestigt, und relativ zur Schaufel 11, mit der es zusammenwirkt.
Das Endstück 28 der Schaufel 10 und das Endstück 29 der Schaufel 11 können so hart sein, zumindest in der die darin vorhandenen Durchgangslöcher umgebenden Zone, daß das Material unverformbar ist, und selbst wenn sich keine Risse um die Löcher entwickelt haben, es aber notwendig ist, den Erosionsschutz auszutauschen, kann ein Schweißen im Bereich der Endstücke 28 und 29 das Schaufelmaterial zumindest in den Endbereichen in einem nicht hinnehmbaren Zustand hinterlassen und zu einem frühen Versagen der Schaufel führen. Um eine Reparatur auszuführen, wird eine einzelne Schaufel beschrieben, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.
Nachdem das Deckband 13 und das Deckband, das die Schaufel 10 mit der Schaufel auf ihrer anderen Seite (nicht dargestellt) verbindet, entfernt ist, kann die Reparatur der Schaufel 10 beginnen. Zunächst kann der Erosionsschutz 25 entfernt werden und ein Teil der Schaufel 10 spanabhebend bearbeitet werden, um einen neuen Erosionsschutz aufzunehmen, worauf das Ende der Schaufel durch Schneiden entlang der mit 30 bezeichneten, gestrichelten Linie entfernt wird, wobei diese Linie knapp unterhalb der Durchgangsbohrungen 16 und 17 und der anderen Durchgangsbohrungen 32 und 33, die mit Vorsprüngen auf den Deckbändern zusammenwirken, verläuft.
Nunmehr auch auf Fig. 3 bezug nehmend, ist die Schaufel 10 dargestellt, wobei der Erosionsschutz 25 entfernt ist und ein Abschnitt 34 der Schaufel entfernt ist, so daß ein neuer Einsatz aus hartem Material, beispielsweise Stellit, aufgenommen werden kann.
Ein neues Endstück 35 ist ebenfalls beabstandet zur Schaufel 10 dargestellt, wobei das Endstück 35 etwas größer ist als der Teil 28, der von der Schaufel abgenommen worden ist, und beispielsweise aus einem Materialstück konstanten Querschnitts bestehen kann, wobei auch eine angenäherte Formgebung des Stücks erfolgt sein kann. Allerdings ist sichergestellt, daß die Größe des neuen Stücks 35 so ist, daß wenn es anschließend in Fehlausrichtung an der Schaufel befestigt ist, genügend überschüssiges Material zur Verfügung steht, um das Endstück 35 nach Befestigung an der Schaufel 120 auf das richtige Profil hin zu bearbeiten.
Fig. 4 zeigt die Art und Weise, in der das neue Materialstück 35 an der Schaufel 10 befestigt ist. Das äußere Ende der Schaufel 10 bekommt ein V-förmiges Profil, wie im ganzen mit 36 angegeben, und der untere Rand des Einsatzes 35 erhält ebenfalls ein V-förmiges Profil 37, wobei die zwischen der Schaufel 10 und dem neuen Stück 35 gebildete Lücke mit Schweißmaterial von beiden Seiten her ausgefüllt wird, wie mit 38 und 39 angedeutet.
Die Schaufel kann aus jedem geeigneten Material bestehen, wobei ein häufig verwendetes Material 12% Chrom-Stahl ist, beispielsweise AISI 410, mit folgender Zusammensetzung:
Kohlenstoff .09 -,13%
Mangan ,70% max
Phosphor ,030% max
Schwefel ,030% max
Silizium 0,50% max
Nickel 0,60% max
Chrom 11,50-13,00%
Molybdän 0,40-0,80%
Vanadium ,15-2,0%
Das neue Stück kann aus AISI 410 bestehen, wie vorstehend angegeben, oder einem anderen geeigneten Material mit folgender Zusammensetzung:
Kohlenstoff 0,20-0,25%
Mangan 1,00% max
Silizium 1,00% max
Phosphor 0,04% max
Schwefel 0,03% max
Chrom 11,00/13,50%
Nickel 0,50/1,00%
Molybdän 0,75/1,25%
Wolframf 0,75/1,25%
Vanadium 0,20/0,50%
Sobald das neue Stück 35 an der Schaufel 10 befestigt ist, kann es auf die richtige Form hin bearbeitet werden und wärmebehandelt werden, so daß die schematisch in Fig. 5 gezeigte Formgebung erzielt wird.
Wenn das neue Stück 35 an die Schaufel 10 geschweißt wird, ist es erwünscht, daß wenig oder kein physikalischer Zwang auf das Teil 35 relativ zur Schaufel 10 ausgeübt wird, so daß Spannungen, die beim Schweißen des Teils 35 an die Schaufel 10 entstehen können, minimiert werden.
Die Minimierung von Eigenspannungen ist dahingehend vorteilhaft, daß ein besserer Spannungsabbau bei der Wärmebehandlung möglich ist, kann aber eine gewisse Fehlausrichtung des neuen Teils 35 relativ zur Schaufel 10 verursachen, weshalb das neue Teil 35 etwas größer ausgeführt wird, damit genügend Material für die Bearbeitung in die richtige Form vorhanden ist.
Nachdem ein Wärmebehandlungsvorgang ausgeführt worden ist, kann ein neuer Erosionseinsatz 40 an der Schaufel 10 befestigt werden, der aus Stellit bestehen kann und an der Schaufel mit einem relativ weichen Schweißmaterial wie Inconel befestigt werden kann, und die Zone um den Einsatz 40 herum kann dann ebenfalls spannungsabbauenden Wärmebehandlungsvorgängen unterzogen werden.
Wenn ein ausreichender Spannungsabbau an der Schaufel 10 erfolgt ist, wird eine weitere Bearbeitung an dem Teil 35 vorgenommen, um die neuen Öffnungen 41, 42, 43 und 44 herzustellen, damit die Schaufel richtig mit den Deckbändern zusammenwirkt. Da der Reparaturschritt hauptsächlich zur Veränderung der Schaufel vorgenommen werden kann ist beabsichtigt, daß das Endstück 35 eine andere Form als das ersetzte Endstück haben kann und daß unterschiedliche Öffnungen oder sonstige Ausformungen in dem Endstück hergestellt werden können, um mit Deckbändern, Radkränzen usw. zusammenzuwirken.
Etwaige Öffnungen oder Diskontinuitäten werden erst in der Schaufel oder dem neuen Endstück 35 ausgebildet, wenn alle spannungsabbauenden Wärmebehandlungen abgeschlossen sind, so daß sich keine unangemessenen Diskontinuitäten in der Schaufel befinden, die eine Konzentration von Eigenspannungen bewirken könnten.
Fig. 7, 8 und 9 zeigen einen Teil der Schaufel 50, bei der der Endabschnitt entfernt worden ist. In diesem Fall hatte das Endstück ein Paar Zapfen, die mit Öffnungen in einem Deckband oder Radkranz zusammenwirken, wobei, wie dies bei solchen Schaufeln häufig ist Fall ist, nach einer Zeit Bewegungen zwischen dem Deckband und den Zapfen auftreten, die zu Rissen aufgrund Verformung der Zapfen auftreten, und möglicherweise einer oder mehrere versagen.
Es war früher Praxis, derartige Zapfen durch Aufbauen von Schichten aus Schweißmaterial aufzubauen. Dies führt allerdings zu einem aus "Gußmaterial" ausgebildeten Zapfen, der im Einsatz leicht versagt.
Einneues, im ganzen mit 51 bezeichnetes Teil wird an die Schaufel 50 mittels Schweißmaterial 52 angeschweißt. Es sei bemerkt, daß das Teil 51, obwohl es teilweise bearbeitet ist, größer ist als das tatsächlich erforderliche Endstück. Das neue Teil 51 hat ein Paar Übermaß aufweisende Zapfen 53 und 54, so daß wenn das neue Teil 51 an der Schaufel 50 befestigt ist, auch wenn man darauf achtet, es in seiner richtigen Stellung zu positionieren, es nicht zwangsweise in einer solchen Stellung während des Schweißens gehalten werden muß, was zu Eigenspannungen führen könnte.
Wenn eine leichte Verformung oder Fehlausrichtung beim Schweißen auftritt, ermöglicht das Übermaß des neuen Endstücks ein anschließendes spanabhebendes Bearbeiten oder Polieren des Teils, um seine richtige Größe herzustellen, wie Fig. 9 zeigt.
Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß die Zapfen 53 und 54 ebenso wie der Hauptteil des neuen Teils 51 verkleinert worden sind. Die Zone des Guß- oder Schweißmaterials 52 ist deutlich von der Zone maximaler, im Betrieb auftretender Spannungen entfernt, d. h. von den Zapfen 53 und 54, und daher ist eine etwaige, der Schweißzone 52 aufgrund der Wärmezufuhr und der Art des Materials innewohnende Schwäche an einer Stelle, die im Einsatz der Schaufel keinen unangemessenen Beanspruchungen ausgesetzt sein sollte, und daher ist eine etwaige derartige Schwäche in diesem Bereich nicht bedeutsam.
Die dargestellte Schaufel ist mit zwei Zapfen dargestellt. Allerdings kann auch ein einzelner Zapfen oder eine beliebige Anzahl von Zapfen vorgesehen sein, oder es kann eine Kombination von Zapfen, Öffnungen und sonstigen Ausformungen auf dem neuen Teil vorgesehen sein, um mit Radkränzen, Deckbändern, Bindedrähten usw. zusammenzuwirken, so daß die reparierte Schaufel mit benachbarten Schaufeln verbunden werden kann.
Es wurde erwähnt, daß ein neues Endstück aus einem Material bestehen kann, das sich vom übrigen Teil der Schaufel unterscheidet, und das Material des Endstücks kann so gewählt werden, daß es verbesserte Eigenschaften aufweist, von denen man sich eine längere Lebensdauer erhofft als von dem Material, aus dem der übrige Teil der Schaufel besteht. Das Endstück kann beispielsweise aus einem als "Jet Heat" bekannten Material bestehen, das die folgende Zusammensetzung aufweist, und an dem ein Erosionsschutz zu befestigen ist, der aus Stellit, einem gehärteten Werkzeugstahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann, das die Erosion des Endstücks der Schaufel hemmt.
Die Position, an der das Ende der Schaufel abgeschnitten wird, um das Endstück zu entfernen, so daß ein neues Teil befestigt werden kann, ist wichtig, um sicherzustellen, daß dort, wo anschließend Öffnungen in dem neuen Endstück gebildet werden, die Öffnungen in einem Teil der Schaufel gebildet werden können, die während eines Schweißvorgangs keiner übermäßigen Wärme ausgesetzt waren, weshalb vorzugsweise ein Zwischenraum zwischen dem Rand einer Öffnung oder einer sonstigen darin auszubildenden Ausformung und der Zone, die bei einem Schweißvorgang der maximalen Wärme ausgesetzt ist, vorgesehen wird.
In den Zeichnungen sind nur zwei Beispiele einer Schaufel dargestellt. Man erkennt allerdings, daß der Reparaturschritt auf zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen von Schaufeln anwendbar ist, und als Reparaturschritt oder alternativ als Verfahren zum Modifizieren einer bestehenden Schaufel ausgeführt werden kann, um deren Leistungsfähigkeit im Betrieb zu verbessern.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den folgenden Ansprüchen oder den beigefügten Zeichnungen offenbarten Merkmale, die in ihren speziellen Formen oder in den Bedeutungen oder Mitteln zum Ausführen der gewünschten Funktion ausgedrückt sind, oder ein Verfahren oder Vorgang zum Erreichen des offenbarten Ergebnisses kann allein oder in beliebiger Kombination derartiger Merkmale für die Verwirklichung der Erfindung in ihren unterschiedlichen Ausführungsformen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel (10), mit den Schritten:

(a) Entfernen eines Endabschnitts der Schaufel;

(b) Formen eines neuen Materialstücks (25), um den entfernten Abschnitt zu ersetzen, wobei das neue Stück der erforderlichen endgültigen Form lediglich angenähert ist und größer ist als diese, um eine eventuelle Fehlausrichtung des neuen Stücks auszugleichen;

(c) Schweißen des neuen Stücks (35) an das Ende der Schaufel (10), ohne eines der Teile mit einer Kraft relativ gegenüber zu dem anderen festzuhalten;

(d) Wärmebehandeln der Schaufel (10) im Bereich der genannten Schweißung (38, 39);

(e) spanabhebendes oder sonstiges Bearbeiten des neuen Materialstücks (35), soweit für die gewünschte Form erforderlich.

2. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (10) von der Bauart ist, die zumindest eine Öffnung (16, 17) aufweist und wobei sich das Verfahren weiter dadurch auszeichnet, daß die genannte Öffnung in dem neuen Materialstück (35) ausgebildet wird, nachdem die Wärmebehandlung der Schaufel ausgeführt worden ist.

3. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel von der Bauart ist, die einen oder mehrere Zapfen (53, 54) aufweist.

4. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das neue Materialstück (35, 51) so gewählt ist, daß seine Größe so ist, daß die Zone (52), die durch Wärme während des Schweißens des neuen Materialstücks (35, 51) an den übrigen Teil der Turbinenschaufel (10) beeinflußt wird, sich auf einem Abschnitt der Schaufel befindet, der hohen Spannungen, die die Schaufel (10) während ihres Einsatzes erfährt, nicht ausgesetzt ist.

5. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das neue Materialstück (35, 51) eine andere Zusammensetzung als das Material des übrigen Teils der Schaufel (10) hat, wobei die Zusammensetzung des neuen Materialstücks (35, 51) so gewählt ist, daß sie die Zuverlässigkeit und/oder die Lebensdauer dieses Teils der Schaufel vergrößert wird.

6. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jegliche Diskontinuität in der Schaufel (10) in dem Bereich des Schweißgebiets, wobei eine solche Diskontinuität nicht mit dem von der Turbinenschaufel entfernten Materialstück entfernt ist, durch Ausfüllen mit Schweißmaterial eliminiert wird, bevor Wärmebehandlungsvorgänge ausgeführt werden.

7. Verfahren zum Reparieren oder Modifizieren einer Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Reparaturverfahren die Schritte einschließt, einen Schild von der Vorderkante der Schaufel zu entfernen und einen neuen Schild (40) an der Schaufel (10) zu befestigen, wobei der neue Schild (40) aus einem Material besteht, das härter ist als das Schaufelmaterial.