用于維修葉片葉身的方法以及冷卻套與流程

本發明涉及一種用于維修軸流式渦輪機的葉片葉身的方法，其中借助于燒焊將材料涂覆到葉片葉身上。

背景技術：

軸流式渦輪機的葉片葉身、即例如燃氣輪機的轉子葉片在運行期間經常經受極其高的溫度和強烈的熱負荷。出于該原因，由高強度材料制造葉片葉身，即例如由鎳基超合金制造葉片葉身。然而，盡管這種高強度材料，由于氧化、熱疲勞裂紋形成、材料侵蝕等而不能夠防止葉片葉身的磨損。相應地，葉片葉身必須以規律的間隔維護并且在磨損的情況下更換或維修。

為了維修葉片葉身存在不同的維修方法，其中材料借助于堆焊涂覆到葉片葉身的磨損的區域上或涂覆到葉片葉身的之前已機械剝離的區域上。在此例如使用激光堆焊和等離子粉末堆焊，僅列舉一些實例。所涂覆的材料能夠與原始材料相符。但是替選地，也能夠涂覆其他的高強度材料。

在已知的維修方法中存在下述問題：借助堆焊將熱量引入到要維修的葉片葉身中，由此在構件中引起焊接殘余應力，所述焊接殘余應力還能夠造成裂紋。應對這種焊接殘余應力的可能性例如在于：將構件在焊接之前預熱，由此通過在焊接工藝期間回復來減小焊接殘余應力。替選地，能夠選擇將相對少的熱量引入基底中的焊接方法，即例如激光堆焊，僅列舉一個實例。已知的維修方法的另一問題在于：當應將多個材料層彼此相疊地涂覆時，必須首先冷卻之前生成的材料層，以便將工藝條件保持恒定，這伴隨有長的等待時間。

技術實現要素：

基于現有技術，本發明的目的是：提供一種用于維修開始提出類型的軸流式渦輪機的葉片葉身的替代方法。

為了實現所述目的，本發明提供開始提出類型的方法，所述方法的特征在于，在堆焊期間冷卻葉片葉身。這種在堆焊期間的冷卻的主要優點在于：通過焊接工藝引入到構件中的熱量被快速導出，這引起非常恒定的工藝條件。此外，能夠避免在彼此相疊設置的焊接層的焊接之間的等待時間。

優選地，在根據本發明的方法中，在堆焊期間冷卻葉片葉身的側壁區域。相應地，能夠實現大面積的和有效的冷卻。

根據本發明的方法的一個變型形式，將材料至少涂覆到葉片尖部上。以該方式例如能夠消除葉片尖部處的損壞，所述損壞能夠歸因于葉片尖部與固定式密封件或固定式殼體由運行所引起的接觸。

優選地，在堆焊期間，冷卻葉片葉身的側壁區域，該側壁區域相鄰于葉片尖部設置。相應地，在將材料涂覆到葉片尖部上期間實現極其有效的冷卻。

有利地，在根據本發明的方法中，材料借助于微粉堆焊來涂覆，所述微粉堆焊稱作為微熔覆。在該方法中，利用聚焦的激光、尤其纖維激光將連續的粉末流在基底上熔化，由此能夠逐層制造面狀的覆層或也制造有針對性的結構。微粉堆焊的主要優點在于：僅將少量的熱量引入到構件中，由此幾乎不出現應力。此外，可實現的材料涂覆是極其精確的，因此在材料涂覆后僅進行少量的再加工。

此外，本發明涉及一種冷卻套，其尤其適合于執行根據本發明的方法。冷卻套包括：至少一個冷卻通道，所述冷卻通道具有冷卻劑入口和冷卻劑出口，并且在常規狀態下由冷卻劑穿流；以及多個沿著冷卻套的內壁且鄰接于至少一個冷卻通道設置的冷卻元件，所述冷卻元件在常規狀態下貼靠于要冷卻的對象。這種冷卻套能夠無問題地設置在要冷卻的對象的環周上，并且經由流動穿過至少一個冷卻通道的冷卻劑冷卻的冷卻元件引起有效的冷卻。

根據本發明的一個設計方案，冷卻元件可移動地保持在冷卻套上。以該方式實現冷卻元件相對于要冷卻的對象的定向，由此能夠確保冷卻元件和要冷卻的對象之間的良好的接觸，并且與之相應地確保良好的熱傳遞。

按照根據本發明的變型形式，在各個冷卻元件之間設置有柔性的密封元件，所述密封元件實現冷卻元件的運動。同時，密封元件防止：流動穿過冷卻通道的冷卻劑在冷卻元件之間流出。

冷卻元件優選由金屬材料制成，尤其由鋁制成。金屬材料和尤其鋁的特征在于其良好的導熱性。

有利的是，將冷卻元件的設置方式、數量和形狀匹配于要冷卻的葉片葉身的外輪廓，尤其匹配于與葉片尖部相鄰設置的側壁區域的外輪廓。換言之，冷卻套優選設計用于冷卻渦輪機的葉片葉身的側壁區域，尤其用于冷卻燃氣輪機的導向葉片。

根據本發明的一個設計方案，設有限定至少一個冷卻通道且容納冷卻元件的殼體。

殼體優選設有夾緊裝置，所述夾緊裝置構成為，使得上述夾緊裝置將冷卻元件在常規狀態下壓向要冷卻的對象。一方面，以該方式確保冷卻元件和要冷卻的對象之間的良好的熱傳遞。另一方面，能夠將冷卻套推到要冷卻的對象上并且隨后在操作夾緊裝置的情況下將其牢固地固定在所述對象上。

根據本發明的一個變型形式，殼體在環周方向上劃分成兩個劃分冷卻通道的殼體部段，所述殼體部段經由彈性的、限定冷卻劑通道的連接元件彼此連接，并且夾緊裝置將殼體部段的自由端部彼此連接。

附圖說明

本發明的其他的特征和優點借助根據本發明的一個實施方式的冷卻套的下面的描述參考所附的附圖而變得清楚。其中：

圖1示出根據本發明的一個實施方式的冷卻套的示意的剖視俯視圖；

圖2示出沿圖1中的箭頭II方向的在圖5 1中示出的冷卻套的部分視圖，和

圖3示出在圖1中示出的冷卻套的示意立體圖，所述冷卻套設置在要冷卻的葉片葉身上。

具體實施方式

附圖示出根據本發明的一個實施方式的冷卻套1。冷卻套1包括長形的、腎狀延伸的殼體2，所述殼體具有彼此相對置的自由的殼體端部3和4。冷卻通道5在殼體2中延伸，所述冷卻通道在一個自由的殼體端部3上設有冷卻劑入口6，并且所述冷卻通道在另一自由的殼體端部4上設有冷卻劑出口7。冷卻套1還包括多個沿著冷卻套1的內壁且鄰接于冷卻通道5設置的冷卻元件8，所述冷卻元件在常規狀態下貼靠渦輪機的葉片葉身9，如其在下面還將更詳細闡述。冷卻元件8由金屬材料制成，尤其由鋁制成，所述金屬材料的特征在于良好的導熱性。在各個冷卻元件8之間設置有柔性的密封元件10，所述密封元件一方面密封在冷卻元件8之間的中間空間，以便防止被引導穿過所述冷卻通道5的冷卻劑穿過該中間空間流出。另一方面，密封元件10給予冷卻元件8一定的可移動性，其中所述密封元件周向包圍冷卻元件8。冷卻元件的設置方式、數量和形狀匹配于要冷卻的葉片葉身9的外輪廓，更確切地說，匹配于葉片葉身9的與葉片尖部11相鄰設置的側壁區域12的外輪廓。殼體2在環周方向上大致居中地劃分成兩個劃分冷卻通道5的殼體部段2a、2b，所述殼體部段經由彈性的、限定冷卻劑通道13的連接元件14彼此連接。由于連接元件14的彈性，殼體部段2a和2b能夠在一定范圍內沿箭頭A和B的方向相對彼此運動。自由的殼體端部3和4通過夾緊裝置15彼此連接。夾緊裝置15包括夾緊桿16和在殼體端部3和4之間延伸的彈簧17，并且構成為，使得殼體端部3和4在操作夾緊桿16時能夠克服彈簧17的力朝向彼此運動，以及在由彈簧17的力輔助的情況下彼此遠離地運動。

冷卻套1用于：冷卻葉片葉身9的側壁區域12，而在維修方法范圍內借助于堆焊將材料涂覆到葉片葉身9的葉片尖部11上。

為了執行所述方法，冷卻套在第一步驟中將冷卻套1安裝在葉片葉身9上。為此，松開夾緊裝置15的夾緊桿16，使得冷卻套1能夠從上方推移到葉片葉身9上。在此，冷卻套1定位成，使得冷卻元件8和葉片葉身9的與葉片尖部11相鄰設置的側壁區域接合。一旦冷卻套1設置在其常規位置上，夾緊裝置15就在操作夾緊桿16的情況下克服彈簧17的力夾緊，如其在圖3中示出的那樣，使得各個冷卻元件8壓向葉片葉身9的側壁區域12的彼此相對置的部段。由于包圍冷卻元件8的密封元件的柔韌性，在該夾緊過程期間冷卻元件8自動地最佳地相對于側壁區域12的外輪廓定向，由此確保在葉片葉身9和冷卻元件8之間的良好的熱傳遞。

在另一步驟中，將冷卻劑經由冷卻劑入口6輸送給冷卻通道5，所述冷卻劑穿流冷卻通道5并且通過冷卻劑出口7從冷卻套1中再次流出。

現在執行葉片葉身維修方法。在這種情況下，借助于微粉堆焊將材料涂覆到葉片葉身9的葉片尖部11上。在焊接工藝期間輸送給葉片葉身9的熱量從葉片葉身9的側壁區域12經由冷卻元件8傳遞和輸出給流動穿過冷卻通道5的冷卻劑。

在堆焊期間的這種冷卻的一個主要優點在于：由于焊接工藝引入構件中的熱量更快速地導出，這引起極其恒定的工藝條件。此外，能夠避免在彼此相疊地設置的焊接層的焊接之間的等待時間。

根據本發明的冷卻套1的特征尤其在于：所述冷卻套具有簡單的、廉價的且占據小的結構空間的結構。相應地，冷卻套1能夠無問題地運輸和靈活地使用。利用根據本發明的冷卻套1，仍在原位安裝的葉片葉身9的維修方法的實施也是可行的。

根據本發明的維修方法優選在使用微粉堆焊的情況下執行。微粉堆焊的主要優點在于：僅少量的熱量被引入到構件中，所述熱量能夠經由冷卻套無問題地導出，因此幾乎不出現應力。此外，可實現的材料涂覆極其精確，因此在材料涂覆之后僅進行少量的再加工。

對于材料涂覆能夠選擇各種不同的材料。因此，涂覆的材料例如能夠是葉片葉身的基材、保護覆層等。適當的材料對于本領域技術人員是公知的，因此對此不詳細探討。

盡管通過優選的實施例詳細闡明和描述本發明的細節，然而本發明不受到所公開的實例的限制，并且能夠由本領域技術人員從中推導出其他的變型形式，而不會偏離本發明的保護范圍。