DE102009013819A1 - Guide vane assembly manufacturing method for gas turbine, involves joining vane blanks to guide vane assembly for gas turbine, and reprocessing joined assembly via electro-chemical spark machining and milling - Google Patents

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Abstract

The method involves providing vane blanks (12), and joining the vane blanks to a guide vane assembly (10) for a gas turbine. The joined assembly is reprocessed via electro-chemical spark machining and milling. The assembly is reprocessed in a flow mechanical relevant area of the assembly and in transient area (20) between vanes, and the blanks are forged. The blanks are welded together at the assembly. The flow mechanical relevant area is formed by a radial outer lying surface of a covering band section (18), vane blade section (14) and a radial inner lying surface of a vane neck section (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelkranzes, insbesondere für eine Gasturbine, sowie einen Leitschaufelkranz.The Invention relates to a method for producing a vane ring, especially for one Gas turbine, as well as a vane ring.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mehrere einzelne präzisionsgeschmiedete Schaufeln oder Schaufelcluster herzustellen und diese anschließend zu einem ringförmigen Leitschaufelkranz zu verschweißen. Präzisionsgeschmiedete Schaufeln sind sehr teuer, und das Schweißverfahren ist technisch sehr aufwendig, da die Schaufeln sehr präzise zueinander positioniert werden müssen und insbesondere die Schaufelblätter vor Schweißspritzern geschützt werden müssen. Im Übergangsbereich zwischen benachbarten Schaufeln können Versetzungen der Schaufeln gegeneinander auftreten, wodurch im strömungsmechanisch relevanten Bereich des Leitschaufelkranzes sägezahnförmige Profile auftreten können, die zu strömungsmechanischen Leistungsverlusten führen.Out In the prior art it is known to have several individual precision forged Create blades or blade clusters and then to an annular Weld the ring vane. precision forged Shovels are very expensive, and the welding process is technically very consuming, because the blades positioned very precisely to each other Need to become and in particular the airfoils Protected against spatter have to. In the transition area between neighboring blades can Displacements of the blades occur against each other, causing in fluid mechanics relevant area of the vane ring sawtooth-shaped profiles may occur to fluidic power losses to lead.

Ziel der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelkranzes zu schaffen.aim The invention is an inexpensive process for the production to create a vane ring.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelkranzes, insbesondere für eine Gasturbine, mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst. In einem ersten Schritt werden Schaufelrohlinge bereitgestellt. Im nächsten Schritt werden die Schaufelrohlinge zu einem Leitschaufelkranz gefügt, und in einem anschließenden Schritt wird der zusammengefügte Leitschaufelkranz nachbearbeitet. Mit diesem Verfahren ist es nicht notwendig, präzisionsgeschmiedete Schaufeln zu verwenden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden. Das Fügen der Schaufelrohlinge, beispielsweise durch Schweißen, benötigt geringeren technischen Aufwand, da beispielsweise Schweißspritzer bei der darauffolgenden Nachbearbeitung auf einfache Weise entfernt werden können. Durch den geringeren technischen Aufwand werden die Kosten des Verfahrens weiter gesenkt.The The object of the invention is achieved by a method for producing a Guide vane ring, in particular for a gas turbine, with the solved following steps. In a first step will be Blade blanks provided. In the next step, the blade blanks joined to a vane ring, and in a subsequent step becomes the merged Regarding the vane ring reworked. It's not like this necessary, precision forged To use blades, thereby reducing the manufacturing cost. The joining the blade blanks, for example by welding, requires less technical effort, since, for example, spatter in the following Post-processing can be easily removed. By the lower technical effort will be the cost of the process lowered further.

Gemäß einer Verfahrensvariante erfolgt die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes durch elektrochemisches Abtragen.According to one Process variant, the post-processing of the vane ring occurs by electrochemical removal.

Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante kann die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes durch Fräsen erfolgen.According to one Another variant of the method, the post-processing of the vane ring by mill respectively.

Die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes erfolgt vorzugsweise im strömungsmechanisch relevanten Bereich des Leitschaufelkranzes. Auf diese Weise können die strömungsmechanischen Eigenschaften des Leitschaufelkranzes verbessert werden.The Post-processing of the vane ring is preferably carried out in relevant to fluid mechanics Area of the vane ring. In this way, the fluidic Properties of the vane ring can be improved.

Vorteilhafterweise erfolgt die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes im Übergangsbereich zwischen benachbarten Schaufeln. Somit werden Versetzungen zwischen benachbarten Schaufeln kompensiert und Sägezahnprofile im Übergangsbereich verhindert.advantageously, the reworking of the vane ring takes place in the transition area between neighboring blades. Thus, dislocations between adjacent ones Buckets compensated and sawtooth profiles in the transition area prevented.

Vorzugsweise sind die Schaufelrohlinge geschmiedet. Dies ermöglicht gute Materialeigenschaften der Schaufeln, beispielsweise aufgrund des Faserverlaufs.Preferably are the blade blanks forged. This allows good material properties the blades, for example, due to the fiber flow.

Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante werden die Schaufelrohlinge zu einem Leitschaufelkranz zusammengeschweißt. Auf diese Weise ist der Leitschaufelkranz integral verbunden.According to one preferred variant of the method, the blade blanks to a Vane ring welded together. That way is the Leitschaufelkranz integrally connected.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Leitschaufelkranz, insbesondere für eine Gasturbine, der nach einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.The The invention further relates to a vane ring, in particular for one Gas turbine produced by a method described above has been.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description and from the following drawings, to the reference is taken:

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Segments eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes vor der Nachbearbeitung; und 1 shows a schematic view of a segment of a vane ring according to the invention before post-processing; and

2 zeigt das Leitschaufelkranzsegment aus 1 nach der Nachbearbeitung. 2 shows the vane ring segment 1 after the post-processing.

Das in 1 gezeigte Segment eines Leitschaufelkranzes 10 besteht aus mehreren zusammengefügten Schaufelrohlingen 12. Jeder Schaufelrohling 12 umfasst einen Schaufelblattabschnitt 14, einen radial außen liegenden Schaufelhalsabschnitt 16 und einen radial innen liegenden Deckbandabschnitt 18.This in 1 shown segment of a vane ring 10 consists of several assembled blade blanks 12 , Every blade blank 12 includes an airfoil section 14 , a radially outer blade neck portion 16 and a radially inner shroud section 18 ,

Die Schaufelrohlinge 12 sind im Übergangsbereich 20 zwischen benachbarten Schaufeln durch Schweißstellen im Bereich des Schaufelhalsabschnitts 16 und des Deckbandabschnitts 18 integral miteinander verbunden. Es ist auch möglich, dass die Schaufelrohlinge 12 nur im Bereich des radial außen liegenden Schaufelhalsabschnitts 16 integral miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist möglich, dass die Schaufelrohlinge 12 auf andere Weise miteinander verbunden sind.The blade blanks 12 are in the transition area 20 between adjacent blades through welds in the region of the blade neck portion 16 and the shroud section 18 integrally connected with each other. It is also possible that the blade blanks 12 only in the region of the radially outer blade neck section 16 are integrally connected to each other. In addition, it is possible that the blade blanks 12 connected in a different way.

Am radial innen liegenden Deckbandabschnitt 18 sind im Übergangsbereich 20 an der strömungsmechanisch relevanten Seite des Deckbandabschnitts 18 mehrere Sägezahnprofile 22 zu erkennen, die eine Unstetigkeit in der Oberfläche des Strömungskanals darstellen und somit zu strömungsmechanischen Leistungsverlusten führen.At the radially inner shroud section 18 are in the transition area 20 at the fluid mechanical side of the shroud section 18 several sawtooth profiles 22 to recognize, which represent a discontinuity in the surface of the flow channel and thus lead to flow mechanical power losses.

2 zeigt das Segment des Leitschaufelkranzes 10 aus 1 nach einer Nachbearbeitung. Jede Schaufel 24 weist einen nachbearbeiteten Schaufelblattabschnitt 14, Schaufelhalsabschnitt 16 und Deckbandabschnitt 18 auf. 2 shows the segment of the vane ring 10 out 1 after a post-processing. Every scoop 24 has a reworked airfoil section 14 , Blade neck section 16 and shroud section 18 on.

Die radial außen liegende Oberfläche des Deckbandabschnitts 18, der Schaufelblattabschnitt 14 und die radial innen liegende Oberfläche des Schaufelhalsabschnitts 16 bilden den strömungsmechanisch relevanten Bereich des Leitschaufelkranzes 10.The radially outer surface of the shroud section 18 , the airfoil section 14 and the radially inner surface of the blade neck portion 16 form the flow-mechanically relevant area of the vane ring 10 ,

Im Vergleich zwischen 2 und 1 ist gut zu erkennen, dass die Schaufeln 24 gegenüber den Schaufelrohlingen 12 im Bereich des Schaufelblattabschnitts 14 und im Übergangsbereich 20 zwischen benachbarten Schaufeln strömungsmechanisch optimiert wurden.In comparison between 2 and 1 It is good to see that the blades 24 opposite the blade blanks 12 in the region of the airfoil section 14 and in the transition area 20 have been optimized fluidically between adjacent blades.

Der Leitschaufelkranz 10 ist vorzugsweise Teil eines Niederdruckverdichters, es ist jedoch auch möglich, dass der Leitschaufelkranz 10 für andere Strömungsmaschinen verwendet wird.The vane ring 10 is preferably part of a low pressure compressor, but it is also possible that the vane ring 10 is used for other turbomachines.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Leitschaufelkranzes 10 anhand der 1 und 2 beschrieben.The following is a method of manufacturing the vane ring 10 based on 1 and 2 described.

In einem ersten Verfahrensschritt werden die Schaufelrohlinge 12 bereitgestellt. Die Schaufelrohlinge 12 sind geschmiedet, wodurch sich ein vorteilhafter Faserverlauf im Material der Schaufelrohlinge 12 ergibt.In a first process step, the blade blanks 12 provided. The blade blanks 12 are forged, resulting in an advantageous fiber flow in the material of the blade blanks 12 results.

In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Schaufelrohlinge 12 zu einem Leitschaufelkranz 10 zusammengefügt. Dazu werden die Schaufelrohlinge 12 ringförmig positioniert, sodass sie im Schaufelhalsabschnitt 16 und Deckbandabschnitt 18 im Wesentlichen aneinander anliegen. Die Schaufelrohlinge 12 werden dann durch Schweißverfahren integral miteinander verbunden, sodass ein integraler Leitschaufelkranz 10 gebildet wird. Es können hierbei verschiedene Schweißverfahren oder auch andere Fügeverfahren verwendet werden.In a second process step, the blade blanks 12 to a vane ring 10 together. These are the blade blanks 12 annularly positioned so that they are in the blade neck section 16 and shroud section 18 essentially abut each other. The blade blanks 12 are then integrally joined together by welding, so that an integral vane ring 10 is formed. Various welding methods or other joining methods can be used here.

In einem dritten Verfahrensschritt wird der zusammengefügte Leitschaufelkranz 10 nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung erfolgt durch abtragende Fertigungsverfahren wie z. B. elektrochemisches Abtragen und/oder Fräsen.In a third process step, the joined vane ring 10 reworked. The post-processing is done by abtragende manufacturing processes such. B. electrochemical removal and / or milling.

Die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes 10 erfolgt insbesondere im strömungsmechanisch relevanten Bereich des Leitschaufelkranzes 10. Dabei werden die Schaufelblätter in ihre Endform gebracht und die Übergangsbereiche 20, die beispielsweise Sägezahnprofile 22 aufgrund von Versetzungen der Schaufelrohlinge 12 gegeneinander aufweisen, werden strömungsmechanisch optimiert.The reworking of the vane ring 10 takes place in particular in the flow-mechanically relevant region of the guide vane ring 10 , The blades are brought into their final form and the transition areas 20 for example, sawtooth profiles 22 due to dislocations of the blade blanks 12 have against each other, are optimized fluid dynamics.

Aufgrund der Nachbearbeitung kann der technische Aufwand während des Fügeverfahrens reduziert werden, da beispielsweise Schweißwülste oder Schweißspritzer bei der nachfolgenden Nachbehandlung auf einfache Weise entfernt werden können. Darüber hinaus liegen die Kosten der Schaufelrohlinge 12 deutlich unter den Kosten für präzisionsgeschmiedete Schaufeln.Due to the post-processing, the technical complexity during the joining process can be reduced because, for example, weld beads or weld spatter can be easily removed during the subsequent aftertreatment. In addition, the cost of the blade blanks 12 well below the cost of precision forged blades.

1010
Leitschaufelkranzvane ring
1212
Schaufelrohlingblade blank
1414
SchaufelblattabschnittAerofoil section
1616
SchaufelhalsabschnittScoop neck section
1818
DeckbandabschnittShroud section
2020
ÜbergangsbereichTransition area
2222
Sägezahnprofilsawtooth
2424
Schaufelshovel

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelkranzes (10), insbesondere für eine Gasturbine, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Bereitstellen von Schaufelrohlingen (12); – Fügen der Schaufelrohlinge (12) zu einem Leitschaufelkranz (10); – Nachbearbeitung des zusammengefügten Leitschaufelkranzes (10).Method for producing a vane ring ( 10 ), in particular for a gas turbine, characterized by the method steps: - provision of blade blanks ( 12 ); - joining the blade blanks ( 12 ) to a vane ring ( 10 ); - Post-processing of the assembled vane ring ( 10 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes (10) durch elektrochemisches Abtragen erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the post-processing of the vane ring ( 10 ) is carried out by electrochemical removal. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes (10) durch Fräsen erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the post-processing of the vane ring ( 10 ) by milling. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes (10) im strömungsmechanisch relevanten Bereich des Leitschaufelkranzes (10) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the post-processing of the vane ring ( 10 ) in the flow-mechanically relevant region of the guide vane ring ( 10 ) he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung des Leitschaufelkranzes (10) im Übergangsbereich (20) zwischen benachbarten Schaufeln (24) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the post-processing of the vane ring ( 10 ) in the transition area ( 20 ) between adjacent blades ( 24 ) he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelrohlinge (12) geschmiedet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the blade blanks ( 12 ) are forged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelrohlinge (12) zu einem Leitschaufelkranz (10) zusammengeschweißt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Blade blanks ( 12 ) to a vane ring ( 10 ) are welded together. Leitschaufelkranz (10), insbesondere für eine Gasturbine, hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Guide vane ring ( 10 ), in particular for a gas turbine, produced according to one of the preceding claims.
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