PL202702B1 - Segment dyszy turbiny oraz sposób naprawy segmentu dyszy turbiny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest segment dyszy turbiny oraz sposób naprawy segmentu dyszy turbiny.

Znany jest gazowy silnik turbinowy zawierający sprężarkę, która dostarcza sprężone powietrze do komory spalania, w której powietrze jest mieszane z paliwem a następnie mieszanka jest spalana w celu wytworzenia gorących gazów spalinowych. Gazy przepływają przez sekcję turbiny, gdzie jest z nich pobierana energia dla napędzania sprężarki i wykonania użytecznej pracy, na przykład napędzania samolotu w locie. Silniki lotnicze typowo zawierają nieruchome dysze turbinowe, które poprawiają parametry silnika, wpływając odpowiednio na przepływ gazu i ciśnienie w sekcji turbiny. W wielostopniowych sekcjach turbin, dysze turbinowe są umieszczone na wlocie każdego stopnia turbiny w celu kierowania gazów spalinowych na wirnik turbiny umieszczony poniż ej dyszy. Dysze turbinowe są zwykle dzielone na swoim obwodzie tak, że każdy segment dyszy ma jedną lub więcej łopatkę umieszczoną pomiędzy ścianką wewnętrzną i zewnętrzną, które to łopatki określają granice promieniowe toru przepływu dla gorących gazów spalinowych, płynących przez dyszę. Segmenty dysz są montowane do obudowy silnika, dla utworzenia pierścieniowego układu łopatek, biegnących promieniowo pomiędzy łopatkami wirnika sąsiednich stopni turbiny.

Zaproponowano różne rozwiązania dla wykonywania segmentów dysz. W jednym typowym rozwiązaniu, segment dyszy jest zespołem wieloelementowym mającym ściankę wewnętrzną, ściankę zewnętrzną i co najmniej jedną lub więcej łopatek, z których każda jest indywidualnie odlewana. Ścianki zarówno wewnętrzna jak i zewnętrzna są wyposażone w szczeliny, do których końce łopatki są lutowane twardym lutem, w celu utworzenia zespołu segmentu dyszy. Innym znanym rozwiązaniem jest odlewanie całego segmentu dyszy, w którym łopatka, ścianka wewnętrzna i ścianka zewnętrzna są wszystkie wykonane razem, jako zintegrowany odlew jednoczęściowy.

Oba rozwiązania mają zarówno korzystne, jak i niekorzystne cechy. Na przykład, w rozwiązaniu wieloelementowym segmenty dysz są zwykle montowane do obudowy silnika tylko na ściance zewnętrznej, przy czym łopatka i ścianka wewnętrzna są zasadniczo wolnonośne w strumieniu gorącego gazu. W konsekwencji, największe naprężenie mechaniczne w segmencie dyszy występuje na powierzchni rozdziału łopatka-ścianka zewnętrzna, który w zespole wieloelementowym jest lutowany twardym lutem, którego wytrzymałość jest ogólnie mniejsza od wytrzymałości powierzchni odlewanych łącznie. Wieloelementowy segment dyszy może także być droższy w produkcji. Więc, wiele segmentów dysz jest odlewanych w sposób zintegrowany.

Segmenty dyszy są wystawione podczas pracy na wysoką temperaturę strumienia gorącego gazu wywołującego korozję, co ogranicza rzeczywisty czas pracy tych elementów. Dlatego, segmenty dysz są zwykle wykonywane z wysokotemperaturowych superstopów na bazie kobaltu lub niklu i są często pokrywane materiałami odpornymi na korozję i ciepło. Ponadto, segmenty dysz są zwykle chłodzone wewnętrznie powietrzem chłodzącym pobieranym ze sprężarki, co pozwala na przedłużenie czasu eksploatacji. Nawet przy takich zabiegach, części segmentów dyszy, zwłaszcza łopatki, mogą popękać, skorodować lub zostać uszkodzone w inny sposób tak, że segmenty dyszy muszą być albo naprawione lub zastąpione, dla zapewnienia bezpiecznej i sprawnej pracy silnika. Ponieważ segmenty dysz mają skomplikowaną konstrukcję, są wykonane ze stosunkowo drogich materiałów i są drogie w produkcji, ogólnie bardziej pożądana jest ich naprawa, gdy tylko jest to możliwe.

W rozwią zaniu ujawnionym w opisie patentowym nr US 3,797,085 opisano sposób naprawy części łopatki prowadzącej stosowanej w turbinie lub sprężarce, w którym przecina się obudowę na dwie części, z których jedną, uszkodzoną usuwa się i zastępuje inną zamienną częścią naprawczą, która to część naprawcza obudowy obejmuje łopatki, z których co najmniej jedna zawiera występy, przy czym występy te są mocowane do pozostałej części obudowy.

Inne znane rozwiązanie ujawnione w opisie patentowym nr US 5,269,057 dotyczy sposobu wymiany części elementów konstrukcyjnych płata samolotu, w którym po zidentyfikowaniu uszkodzonej części płata usuwa się ją za pomocą odpowiedniej metody obróbkowej, wytwarza się naprawczą część zastępczą, która zawiera elementy łączące w postaci występów i gniazd, za pomocą których łączy się część naprawczą z pozostałą częścią płata. Według tego sposobu odcina się część płata z podwójną łopatką, zaś część naprawcza obejmuje poszczególne łopatki, przy czym nie wykorzystuje się powtórnie wewnętrznej powierzchni płata.

Istniejące sposoby naprawy zawierają techniki takie jak naprawa pęknięć i przywrócenie prawidłowych wymiarów powierzchni. Jednakże, takie znane sposoby naprawy są ograniczone przez miejscowe odkształcenia i grubość mniejszą od minimalnej grubości ścianki, które występują w wyniku

PL 202 702 B1 powtarzających się napraw i chemicznych procesów usuwania powłoki. Tak więc, segmenty dysz mogą zostać uszkodzone w takim stopniu, że nie mogą one już być reperowane przy wykorzystaniu znanych procesów naprawy. Termiczne i mechaniczne naprężenia w odlewanych integralnie segmentach dysz są często takie, że powodują, iż ścianka wewnętrzna nadaje się do naprawy, podczas gdy inne segmenty konstrukcji dyszy nie nadają się do naprawy. W takiej sytuacji dla uniknięcia wybrakowania całego segmentu dyszy, byłoby pożądane posiadanie sposobu odzyskania części segmentu dyszy nadającego się do naprawy.

Segment dyszy turbiny zawierający ściankę wewnętrzną i odlew zamienny zawierający ściankę zewnętrzną oraz co najmniej jedną łopatkę umieszczoną pomiędzy ściankami zewnętrzną i wewnętrzną, w którym ścianka wewnętrzna jest strukturą stosowaną uprzednio, a odlew zamienny jest strukturą nowo wykonaną, przy czym odlew zamienny zawiera co najmniej jedną łopatkę ukształtowaną integralnie na zewnętrznej ściance, według wynalazku charakteryzuje się tym, że każda łopatka posiada pomost montażowy utworzony integralnie na jednym jej końcu oraz występ utworzony integralnie na pomoście montażowym, który to występ jest umieszczany w odpowiedniej szczelinie utworzonej na ściance wewnętrznej.

Korzystnie, ścianka wewnętrzna i odlew zamienny są z tego samego materiału.

Korzystnie, segment posiada ściankę wewnętrzną podlegającą naprawie i zawiera elementy naprawcze do naprawy ścianki wewnętrznej.

Sposób naprawy segmentu dyszy turbiny, zawierającego co najmniej jedną łopatkę umieszczoną pomiędzy ściankami zewnętrzną i wewnętrzną, w którym oddziela się ściankę wewnętrzną od segmentu dyszy i łączy się ściankę wewnętrzną z nowo wyprodukowanym odlewem zamiennym, mającym ściankę zewnętrzną i co najmniej jedną łopatkę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że łączy się kołnierz ze ścianką wewnętrzną, wykonuje się szczelinę w kołnierzu, wprowadza się część łopatki odlewu zamiennego do szczeliny i łączy się łopatkę odlewu zamiennego z kołnierzem i ścianką wewnętrzną.

Korzystnie, ponadto wykonuje się gniazdo w ściance wewnętrznej, przy czym kołnierz łączy się ze ścianką wewnętrzną przy gnieździe.

Korzystnie, dostarcza się nowo wyprodukowany odlew zamienny, posiadający ściankę zewnętrzną i co najmniej jedną łopatkę, przy czym stosuje się odlew zamienny, w którym każda łopatka ma pomost montażowy utworzony na jednym jej końcu i występ utworzony na pomoście montażowym, łączy się jeden kołnierz dla każdej łopatki odlewu zamiennego z jedną stroną ścianki wewnętrznej, wykonuje się jedno wycięcie dla każdej łopatki odlewu zamiennego na drugiej stronie ścianki wewnętrznej oraz wykonuje się szczelinę przyjmującą w każdym kołnierzu, dla każdej łopatki odlewu zamiennego, wprowadza się występ w odpowiednią szczelinę, zaś pomost montażowy w odpowiednie wycięcie, przy czym dla każdej łopatki odlewu zamiennego, łączy się występ z odpowiednim kołnierzem, zaś pomost montażowy łączy się ze ścianką wewnętrzną.

Korzystnie, ponadto wykonuje się jedno gniazdo w ściance wewnętrznej dla każdego kołnierza, zaś każdy kołnierz łączy się ze ścianką wewnętrzną przy odpowiednim gnieździe.

Korzystnie, każdy kołnierz łączy się ze ścianką wewnętrzną, każdy występ łączy się z odpowiednim kołnierzem, a każdy pomost montażowy łączy się ze ścianką wewnętrzną przez lutowanie twarde.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na tym, że umożliwia ono odzyskiwanie części segmentu dyszy nadającego się do naprawy, przy czym naprawa polega na tym, że w dyszy segmentu turbiny mającego co najmniej jedną łopatkę umieszczoną pomiędzy ścianką zewnętrzną i wewnętrzną oddziela się ściankę wewnętrzną od segmentu dyszy, i łączy się ściankę wewnętrzną do nowo wykonanego zamiennego odlewu mającego ściankę zewnętrzną i co najmniej jedną łopatkę. Zamienny odlew zawiera pomost montażowy umieszczony na jednym końcu łopatki i występ utworzony na pomoście montażowym. Kołnierz jest połączony ze ścianką wewnętrzną i jest zaopatrzony w utworzoną w nim szczelinę. Występ jest następnie wprowadzany w tę szczelinę, zaś pomost montażowy jest wprowadzany w wycięcie utworzone w ściance wewnętrznej. Połączenie jest wykańczane przez połączenie występu z kołnierzem i pomostu montażowego ze ścianką wewnętrzną.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia segment dyszy turbiny silnika w widoku perspektywicznym, fig. 2 - ściankę wewnętrzną oddzieloną od segmentu dyszy z fig. 1, w widoku perspektywicznym, fig. 3 - odlew zamienny stosowany w sposobie naprawy według wynalazku, w widoku perspektywicznym, fig. 4 - ściankę wewnętrzną z fig. 2 mając ą przymocowane koł nierze, w widoku perspektywicznym, fig. 5 - ś ciankę wewnę trzną

PL 202 702 B1 z fig. 4 po jej obróbce mechanicznej, w widoku perspektywicznym, fig. 6 - ś ciankę wewnę trzną z fig. 4 po jej obróbce mechanicznej, w innym widoku perspektywicznym, fig. 7 - odlew zamienny z fig. 3. po jej obróbce mechanicznej, w widoku perspektywicznym oraz fig. 8 - naprawiony segment dyszy turbiny, w widoku perspektywicznym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku ma na różnych jego figurach te same oznaczenia odsyłające dotyczące tych samych elementów konstrukcyjnych.

Fig. 1 przedstawia segment 10 dyszy turbiny mający pierwszą i drugą łopatkę 12 dyszy. Łopatki 12 są umieszczone pomiędzy wygiętą ścianką zewnętrzną 14 i wygiętą ścianką wewnętrzną 16. Łopatki 12 określają płaty ukształtowane tak, aby w optymalny sposób kierować gazy spalinowe do wirnika turbiny (niepokazanego) umieszczonego poniżej. Ścianka zewnętrzna 14 i ścianka wewnętrzna 16 określają odpowiednio zewnętrzną i wewnętrzną granicę promieniową przepływu gazu przez segment 10 dyszy turbiny. Łopatki 12 mogą mieć wiele utworzonych na nich konwencjonalnych otworów chłodzących 18 i szczelin krawędziowych 20. Otwory chłodzące są najbardziej typowo stosowane w pierwszym stopniu segmentu dyszy, zaś dalsze stopnie segmentu dyszy zwykle nie mają takich otworów chłodzących. Segment 10 dyszy turbiny jest korzystnie wykonany z wysokiej jakości superstopu, takiego jak superstop na bazie kobaltu lub niklu, i mogą być pokrywane materiałami odpornymi na korozję i/lub pokryciem stanowiącym barierę cieplną. Gazowy silnik turbinowy będzie zawierał wiele takich segmentów 10 ułożonych na obwodzie w konfiguracji pierścieniowej. Chociaż sposoby naprawy według wynalazku są opisane tu w odniesieniu do segmentu dyszy 10 z dwoma łopatkami, jest zrozumiałe, że wynalazek ma również zastosowanie do segmentów dysz mających inną liczbę łopatek.

Podczas pracy silnika, segment 10 dyszy może ulec uszkodzeniu, które może wynikać z miejscowego przegrzania strumienia gazu lub być spowodowane przez obce przedmioty, które się tam znalazły. Jak wspomniano powyżej, część segmentu 10 dyszy może ulec uszkodzeniu w takim stopniu, że nie będzie mogła być naprawiona w znanym procesie naprawy. Według wynalazku zaproponowano sposób naprawy segmentu dyszy, w którym ścianka wewnętrzna daje się naprawić chociaż inne segmenty konstrukcji dyszy nie kwalifikują się do naprawy. Dla przykładu, łopatki 12 są pokazane na fig. 1 jako mające istotne uszkodzenia, takiego rodzaju, który nie kwalifikuje się do naprawy, chociaż ścianka wewnętrzna 16 ma stosunkowo nieznaczne uszkodzenia i nadaje się do naprawy. Wynalazek ma zastosowanie zwłaszcza przy integralnie odlewanym segmencie 10 dyszy, ale może być stosowany również przy innych typach segmentów dyszy.

Sposób naprawy zawiera etapy oddzielenia ścianki wewnętrznej 16 od segmentu 10 dyszy, a następnie połączenie ścianki wewnętrznej 16 ze specjalnie zaprojektowanym, nowo wykonanym odlewem, który zamienia konstrukcję, z której ścianka wewnętrzna 16 została usunięta. Jak pokazano na fig. 2, nadająca się do naprawy ścianka wewnętrzna 16, ma stronę zimną 22 (strona zwrócona na zewnątrz od drogi przepływu gorącego gazu) i stronę gorącą 24 (strona zwrócona do drogi przepływu gorącego gazu) i zawiera konwencjonalną konstrukcję taką jak ramiona 26 i otwory odprowadzające 28. Ramiona 26 zapewniają konstrukcję nośną dla ścianki wewnętrznej 16 i spełniają także funkcję uszczelniania, gdy segment 10 dyszy jest instalowany w silniku. Otwory odprowadzające 28 są elementami, za pomocą których powietrze chłodzące opuszcza wewnętrzne kanały chłodzące łopatek 12 gdy segment 10 dyszy jest nienaruszony. Fig. 3 przedstawia jeden z nowo wykonanych odlewów, który w dalszym ciągu opisu jest określany jako odlew zamienny 30. Wymiana odlewu zamiennego 30, która jest dokładniej opisana poniżej, dotyczy przykładu wykonania dla integralnie odlewanego elementu mającego zewnętrzną ściankę 32 i dwie łopatki 34 .

Dokładniej, początkowy etap sposobu naprawy stanowi zbadanie segmentów 10 dyszy prowadzącej silnika wycofanej z pracującego silnika, w celu zidentyfikowania takich segmentów 10, które mają ściankę wewnętrzną 16 nadającą się do naprawy, podczas gdy inne segmenty konstrukcji dyszy nie nadają się do naprawy. Gdy taki, odpowiedni segment 10 dyszy zostanie zidentyfikowany, powinny być z niego usunięte wszystkie materiały pokrywające, które mogą się na nim znajdować (takie jak korozja lub pokrycia ochronne odporne termicznie). Materiał pokrywający może być zrywany przy zastosowaniu dowolnej odpowiedniej techniki, takiej jak czyszczenie strumieniowe, kąpiele chemiczne i podobne lub przy zastosowaniu kombinacji takich technik. Nastę pnym etapem jest naprawianie pę knięć w ściance wewnętrznej 16 i wykonanie odbudowy wymiarowej ramion 26, przy wykorzystaniu znanych technik naprawiania, takich jak twarde lutowanie stopu, nakładanie stopu, spawanie i podobne. To konwencjonalne naprawianie jest przeprowadzane w wymaganym zakresie, zależnym od stanu ścianki wewnętrznej 16. Żadnych pokryć antykorozyjnych lub cieplnych, które były stosowane pierwotnie nie nakłada się ponownie.

PL 202 702 B1

W nastę pnej operacji procesu oddziela się ś ciankę wewnę trzną 16 od reszty segmentu 10 dyszy. Oddzielenie jest wykonane przez zgrubne odcięcie obu łopatek 12 przy ściance wewnętrznej 16. Odcięcie może być wykonane przy zastosowaniu dowolnego konwencjonalnego sposobu takiego jak odcięcie ściernicą lub elektrodrążarką. Po oddzieleniu, struktura nienadająca się do regeneracji jest wyrzucana, a ściankę wewnętrzną 16 przygotowuje się do połączenia z odlewem zamiennym 30. W pierwszym etapie przygotowania ścianki wewnętrznej 16 obrabia się dwa płaskie gniazda 36 w ściance wewnętrznej od strony zimnej 22 jak pokazano na fig. 2. Dwa gniazda 36 są wprowadzone tak, aby było jedno gniazdo dla każdej z dwóch łopatek 34. Dla segmentów 10 dysz mających inną liczbę łopatek, stosuje się odpowiednią liczbę gniazd. Gniazda 36 są utworzone wokół odpowiednich otworów odprowadzających 28 i są stosunkowo płytkie. Otwory odprowadzające 28, korzystnie stosuje się do ustawienia narzędzia stosowanego do obróbki gniazda 36.

W następnym etapie łączy się poprzez spawanie punktowe kołnierz 38 do każ dego z gniazd 36, jak pokazano na fig. 4. Te kołnierze 38 są litymi, ogólnie prostokątnymi blokami, o określonych wymiarach mającymi płaską powierzchnię, która jest połączona z odpowiednim gniazdem 36. Gniazda 36 wprowadza się, dla ułatwienia osadzenia kołnierzy 38 na konturze strony zimnej 22 ścianki wewnętrznej 16. Kołnierze 38 są korzystnie wykonane z tego samego lub podobnego materiału jak ścianka wewnętrzna 16, lub co najmniej z materiału, który umożliwia połączenie ze ścianką wewnętrzną 16 i odlewem zamiennym 30.

Odnosząc się teraz do fig. 5 i 6, ściankę wewnętrzną 16 poddaje się obróbce mechanicznej w dwóch etapach po przyspawaniu kołnierzy 38 na zimnej stronie 22. W pierwszej operacji, dwa wycięcia 40, najlepiej widoczne na fig. 5, tworzy się na stronie gorącej 24 ścianki wewnętrznej 16. Obwód wycięcia 40 zbliżony jest do konturu płata łopatki 34. Korzystnym sposobem formowania wycięcia 40 w kształcie płata jest wprowadzanie elektrodrążarki do wycinania wgłębnego (EDM) w każde wycięcie 40. Jest to wykonane przez zastosowanie elektrody EDM mającej kształt płata. Elektroda jest wprowadzana tylko do takiej głębokości, w której usuwa się tylko ściankę toru przepływu a nie jest wprowadzana w ramiona nośne 26. Jednakże, wycięcia 40 będą przebijać ściankę wewnętrzną 16 w pewnych miejscach jak pokazano na fig. 5 i 6. Ale kołnierze 38 są szersze niż wycięcia 40 tak, że wystają nad konstrukcję ścianki wewnętrznej i nie mogą przejść przez otwarte części wycięcia 40.

Otwory odprowadzające 28 mogą być znowu stosowane dla ustalania położenia elektrody EDM dla operacji wycinania EDM. Wycinanie wgłębne EDM dwóch wycięć 40 zachodzi wzdłuż dwóch osi (nierównoległych). Ponieważ dysza turbiny zawiera segmenty 10 dyszy ułożone w układzie pierścieniowym, wszystkie łopatki 12 określają promieniowe osie, które zbiegają się do środkowej osi silnika, nie są więc równoległe. Przez obróbkę mechaniczną wycięcia 40 wzdłuż osi wybierania, które odpowiadają osiom promieniowym odpowiednich łopatek 34 odlewu zamiennego 30, każde wycięcie jest tak zorientowane, że odpowiednia łopatka 34 może być w nim odpowiednio osadzona.

W drugiej operacji obróbki mechanicznej szczelina przyjmują ca 42 jest wykonywana w każ dym kołnierzu 38. Szczeliny przyjmujące 42 biegną promieniowo przez kołnierze 38 i są ogólnie wyrównane z położeniem otworów odprowadzających 28, które są usunięte podczas operacji obróbki mechanicznej. Szczeliny przyjmujące 42 mogą także być wykonane przez drążenie EDM. W tym przypadku obie szczeliny przyjmujące 42 są utworzone wzdłuż osi równoległych. Taka obróbka może być wykonana w pojedynczej operacji wykorzystującej podwójne elektrody o odpowiednim kształcie. Szczeliny przyjmujące 42 są równoległe dla umożliwienia zainstalowania odlewu zamiennego 30, który jest dokładniej opisany poniżej.

Odlew zamienny 30 także przechodzi pewne operacje obróbki mechanicznej przed połączeniem ze ścianką wewnętrzną 16. Odnosząc się ponownie do fig. 3, pokazano na niej, że odlew zamienny 30, który jest elementem odlanym wspólnie, zaopatrzonym w ściankę zewnętrzną 32 i dwie łopatki 34. Ścianka zewnętrzna 32 i łopatka 34 są takie same jak te na całkowitym segmencie 10 dyszy, zawierają takie same chłodzące przejścia wewnętrzne. Jednakże, zamiast ścianki wewnętrznej, odlew zamienny 30 ma pomost montażowy 44 integralnie ukształtowany na promieniowo wewnętrznym końcu każdej łopatki 34. Na przecięciu każdego pomostu montażowego 44 i łopatki 34 jest utworzone zaokrąglenie dla zmniejszenia naprężeń. Każdy pomost montażowy 44 ma podniesiony występ 46 ukształtowany łącznie z jego dolną stroną. Otwór odprowadzający 48 jest utworzony w każdym występie 46.

Kompletny, odlewany integralnie segment dyszy, taki jak segment dyszy 10, ma trzy podstawowe punkty odniesienia, przy czym jeden z nich jest utworzony na ściance wewnętrznej. Te podstawowe punkty odniesienia są stosowane do sprawdzenia segmentu dyszy dla celów kwalifikacji. Dlatego, odlew zamienny 30 jest odlewany z małą płaską powierzchnią odniesienia 50 utworzoną na krawędzi

PL 202 702 B1 każdego pomostu montażowego 44, na jego przedniej stronie. Jedna z małych płaszczyzn powierzchni odniesienia 50 funkcjonuje jako trzeci podstawowy punkt odniesienia umożliwiający sprawdzanie i kwalifikowanie odlewu zamiennego 30.

Pomosty montażowe 44 mają w przybliżeniu taki sam kształt jak wycięcia 40 płata, ale są celowo powiększone. W związku z tym, odlew zamienny 30 podlega wstępnej obróbce, takiej jak EDM lub frezowanie, dla usunięcia nadmiaru materiału. Powierzchniami, które poddaje się obróbce są krawędzie i dolne powierzchnie pomostów montażowych 44 oraz obwody występów 46. Jak pokazano na fig. 7, pomosty montażowe 44 mają takie wymiary, aby pasować do wycięć 40 płata, a występy 46 mają takie wymiary, aby pasować do szczelin przyjmujących 42. Obróbka mechaniczna krawędzi pomostów montażowych 44 usuwa także małe płaszczyzny powierzchni odniesienia 50, które nie są już potrzebne po zakwalifikowaniu odlewu zamiennego 30. Wszystkie te powierzchnie są obrabiane wzdłuż osi równoległych dla obydwu łopatek 34. Więc, występy 46 są zorientowane tak, aby być zainstalowane w szczelinach przyjmujących 42, które są także obrabiane wzdłuż tych samych osi równoległych. Jeżeli występy 46 byłyby obrabiane wzdłuż osi promieniowych odpowiednich łopatek 34, to nie będą one mogły być instalowane w szczelinach 42, ponieważ zbieżne powierzchnie będą łączone przy danej wysokości występów 46. Pomosty montażowe 44, które mają znacznie mniejszą głębokość niż występy 46, są umieszczane w wycięciu 40 płata.

Także, gniazda 52 otworów odprowadzających są obrabiane w otworach odprowadzających 48. Gniazda 52 są obrabiane w obszarze przekroju i na głębokości, które pozwolą zachować przepływ i prędkość chłodzącego powietrza jakie wystę pują w odpowiedniej istniejącej łopatce 34 poprzez otwory odprowadzające 48. To znaczy, że gniazda otworów odprowadzających 52 są tak wymiarowane, że przepływ chłodzący i prędkość przepływu będą takie same jakie były w pierwotnym segmencie 10 dyszy. Gniazda 52 są korzystnie utworzone przez drążenie EDM, wzdłuż osi promieniowej odpowiedniej łopatki 34.

Po zakończeniu operacji obróbki ścianka wewnętrzna 16 i odlew zamienny 30 są łączone dla utworzenia naprawionego segmentu dyszy 54, pokazanego na fig. 8. (fig. 8 pokazuje ściankę wewnętrzną 16 linią kreskowaną dla pokazania połączenia z odlewem zamiennym 30). Jak przedstawiono powyżej, ścianka wewnętrzna 16 i odlew zamienny 30 są połączone przez zainstalowanie pomostu montażowego 44 w odpowiednich wycięciach 40 płata, a występów 46 w odpowiednich szczelinach przyjmujących 42. Części są następnie łączone ze sobą przez spajanie wzdłuż następujących powierzchni rozdziału: powierzchnia rozdziału pomost montażowy-ścianka wewnętrzna, na gorącej stronie 24 ścianki wewnętrznej, powierzchnia rozdziału kołnierz-występ, i powierzchnia rozdziału kołnierz-ścianka wewnętrzna na zimnej stronie 22 ścianki wewnętrznej. Spajanie może być wykonywane w sposób konwencjonalny taki jak twarde lutowanie lub spawanie chociaż twarde lutowanie jest ogólnie preferowane, uwzględniając gradienty termiczne jakim element będzie podlegać podczas pracy silnika. Korzystną operacją połączenia będzie najpierw spawanie punktowe każdego kołnierza 38 do odpowiedniego występu 46. Następnym etapem będzie pokrycie gorącej strony 24 ścianki wewnętrznej 16 proszkiem lutowia twardego i nałożenie zawiesiny na powierzchni rozdziału pomost montażowy - ścianka wewnętrzna. Na zimnej stronie 22, stop lutowia twardego jest nakładany na powierzchni rozdziału kołnierz-występ i powierzchni rozdziału kołnierz-ścianka wewnętrzna. Zespół jest następnie umieszczany w piecu, ustawiany tak, że ścianka wewnętrzna 16 znajduje się na górze i lutowany.

Na koniec pokrycia antykorozyjne lub cieplne, które były stosowane pierwotnie są ponownie nakładane w znany sposób. W wyniku uzyskuje się naprawiony segment dyszy 54 mający uprzednio stosowaną sekcję (odpowiadającą ściance wewnętrznej 16) i nowo wyprodukowaną sekcję (odpowiadającą odlewowi zamiennemu 30). Kołnierze 38 zapewniają strukturalne wzmocnienie segmentu dyszy 54. Zapewniają one także dodatkowe właściwości trzymające. To znaczy, jeżeli połączenie pomost montażowy-ścianka wewnętrzna ulegnie uszkodzeniu, to kołnierze 38 zabezpieczą łopatki 34 przed oddzieleniem się od ścianki wewnętrznej 16, ponieważ występ kołnierza zapobiega wyciągnięciu kołnierzy 38 przez ściankę wewnętrzną 16.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, odlew zamienny 30 jest wykonany z takiego samego materiału co ścianka wewnętrzna 16, aby naprawiony segment dyszy 54 zachował właściwości materiału pierwotnego segmentu 10 dyszy. Jednakże, w innym korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, odlew zamienny 30 jest wykonany z innego materiału, korzystnie stopu mającego lepsze właściwości materiałowe. Często się zdarza, że podczas okresu eksploatacji elementu takiego jak segment 10 dyszy gazowego silnika turbinowego, zostają opracowane stopy o ulepszonych właściwoPL 202 702 B1 ściach, odpowiednie do zastosowania w takich elementach. Tradycyjnie, operatorzy silników musieli by zamieniać istniejące elementy nowymi elementami wykonanymi ze stopu o ulepszonych właściwościach materiałowych. Jednakże, przez wykonanie odlewu zamiennego 30 z ulepszonego stopu, naprawiony segment dyszy 54 uzyska, częściowo, ulepszone właściwości materiałowe.

Powyżej opisano sposób naprawiania segmentów dyszy turbiny, jak również zamienny odlew stosowany w procesie naprawiania i segment dyszy. Chociaż opisano tu określone przykłady wykonania wynalazku, jest oczywiste dla znawców, że mogą być dokonane w nim rozmaite zmiany, bez wychodzenia.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Segment dyszy turbiny zawierający ściankę wewnętrzną i odlew zamienny zawierający ściankę zewnętrzną oraz co najmniej jedną łopatkę umieszczoną pomiędzy ściankami zewnętrzną i wewnętrzną, w którym ścianka wewnętrzna jest strukturą stosowaną uprzednio, a odlew zamienny jest strukturą nowo wykonaną, przy czym odlew, znamienny tym, że zawiera co najmniej jedną łopatkę ukształtowaną integralnie na zewnętrznej ściance, znamienny tym, że każda łopatka (34) posiada pomost montażowy (44) utworzony integralnie na jednym jej końcu oraz występ (46) utworzony integralnie na pomoście montażowym (44), który to występ (46) jest umieszczany w odpowiedniej szczelinie utworzonej na ściance wewnętrznej (15).
2. 2. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka wewnętrzna (16) i odlew zamienny (30) są z tego samego materiału.
3. 3. Segment według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada ściankę wewnętrzną (16) podlegającą naprawie i zawiera elementy naprawcze do naprawy ścianki wewnętrznej (16).
4. 4. Sposób naprawy segmentu dyszy turbiny, zawierającego co najmniej jedną łopatkę umieszczoną pomiędzy ściankami zewnętrzną i wewnętrzną, w którym oddziela się ściankę wewnętrzną od segmentu dyszy i łączy się ściankę wewnętrzną z nowo wyprodukowanym odlewem zamiennym, mającym ściankę zewnętrzną i co najmniej jedną łopatkę, znamienny tym, że łączy się kołnierz (38) ze ścianką wewnętrzną (16), wykonuje się szczelinę (42) w kołnierzu (38), wprowadza się część łopatki (34) odlewu zamiennego (30) do szczeliny (42) i łączy się łopatkę (34) odlewu zamiennego (30) z kołnierzem (38) i ścianką wewnętrzną (16).
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ponadto wykonuje się gniazdo (36) w ściance wewnętrznej (16), przy czym kołnierz (38) łączy się ze ścianką wewnętrzną (16) przy gnieździe (36).
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że dostarcza się nowo wyprodukowany odlew zamienny (30), posiadający ściankę zewnętrzną (32) i co najmniej jedną łopatkę (34), przy czym stosuje się odlew zamienny, w którym każda łopatka (34) ma pomost montażowy (44) utworzony na jednym jej końcu i występ (46) utworzony na pomoście montażowym (44), łączy się jeden kołnierz (38) dla każdej łopatki (34) odlewu zamiennego (30) z jedną stroną ścianki wewnętrznej (16), wykonuje się jedno wycięcie (40) dla każdej łopatki (34) odlewu zamiennego (30) na drugiej stronie ścianki wewnętrznej (16) oraz wykonuje się szczelinę przyjmującą (42) w każdym kołnierzu (38), dla każdej łopatki (34) odlewu zamiennego (30), wprowadza się występ (46) w odpowiednią szczelinę (42), zaś pomost montażowy (44) w odpowiednie wycięcie (40), przy czym dla każdej łopatki (34) odlewu zamiennego (30) łączy się występ (46) z odpowiednim kołnierzem (38), zaś pomost montażowy (44) łączy się ze ścianką wewnętrzną (16).
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że ponadto wykonuje się jedno gniazdo (36) w ściance wewnętrznej (16) dla każdego kołnierza (38), zaś każdy kołnierz (38) łączy się ze ścianką wewnętrzną (16) przy odpowiednim gnieździe (36).
8. 8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że każdy kołnierz (38) łączy się ze ścianką wewnętrzną (16), każdy występ (46) łączy się z odpowiednim kołnierzem (38), a każdy pomost montażowy (44) łączy się ze ścianką wewnętrzną (16) przez lutowanie twarde.