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WO2010057475A1 - Method for producing and/or repairing a rotor of a turbo-engine and rotor for the same - Google Patents

Method for producing and/or repairing a rotor of a turbo-engine and rotor for the same Download PDF

Info

Publication number
WO2010057475A1
WO2010057475A1 PCT/DE2009/001636 DE2009001636W WO2010057475A1 WO 2010057475 A1 WO2010057475 A1 WO 2010057475A1 DE 2009001636 W DE2009001636 W DE 2009001636W WO 2010057475 A1 WO2010057475 A1 WO 2010057475A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
blade
base body
metal alloy
rotor base
Prior art date
Application number
PCT/DE2009/001636
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Erwin Bayer
Original Assignee
Mtu Aero Engines Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mtu Aero Engines Gmbh filed Critical Mtu Aero Engines Gmbh
Publication of WO2010057475A1 publication Critical patent/WO2010057475A1/en

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing and / or repairing a rotor of a turbomachine.
  • the invention further relates to a rotor for a turbomachine specified in the preamble of claim 11 type and a turbomachine specified in the preamble of claim 13 type with perspectivess- least one rotor.
  • Rotors of turbomachines are technically only expensive and correspond to costly to produce and repair.
  • the rotors are thereby increasingly formed as integrally bladed rotors, which, if a disk-shaped rotor body is present, as a blisk (bladed disk) or, if an annular rotor body is present, as a bling (bladed ring) are called.
  • Prior art methods of manufacturing or repairing require blades having a solid blade root to initiate the forces of the linear friction welding process used to join the blade to the rotor body.
  • Such blades, so-called hollow blades are usually produced by superplastic forming processes and diffusion bonding of two blade halves with a third, folded intermediate layer. The intermediate layer is connected alternately on one or the other blade half and thus increases the blade stiffness.
  • a disadvantage of the known rotors is the fact that they are technically complex and expensive to manufacture.
  • Object of the present invention is therefore to provide such a rotor, which is easier and less expensive to produce and / or repairable.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 for manufacturing and / or repairing a rotor of a turbomachine, a rotor having the features of claim 11 for a turbomachine and a turbomachine with the features of claim 13.
  • Advantageous embodiments 5 with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the method - if applicable - are to be regarded as advantageous embodiments of the rotor or the turbomachine and vice versa.
  • a rotor base body and at least one blade are provided, wherein the blade comprises a porous shaped body, which is coated at least in regions with a metal alloy.
  • the at least one blade is arranged on the rotor base body and connected to the rotor main body.
  • the vibration stiffness is achieved by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the preferably isotropic shaped body and the o metal alloy of the at least one blade serving as surface or wall material.
  • modulus of elasticity modulus of elasticity
  • the advantages achieved in the manufacture of the rotor are basically also achieved in the case of a repair, since missing or damaged surface material of the at least one blade can be repaired simply and cost-effectively by recoating with the metal alloy.
  • at least one blade is provided, which comprises a sintered and / or glued and / or foamed molding. In this way, the respectively most suitable blade can be variably selected and provided, whereby the rotor can be optimally adapted to its respective application point during production.
  • the shaped body can be made out of be sintered or glued hollow balls produced molded body, wherein the hollow balls may consist of a metallic or ceramic material, a composite material or the like. Likewise, it can be provided that a molding consisting of a metal foam is provided. Alternatively or additionally, the shaped body can also be produced in several parts or from different materials.
  • At least one blade is provided, in which the metal alloy is applied to the shaped body by means of a thermal spraying method, in particular a cold-kinetic compacting method.
  • the metal alloy can thus be applied to the molding, without this on or melt.
  • a high surface quality of the blade and thus an optimized functionality of the rotor is ensured.
  • K3 or cold spray method has the particular advantage that the supply of thermal energy can at least largely be dispensed with and thus the requirements for oxide-poor surface layers can be reliably fulfilled.
  • particularly precise layer thicknesses, hardnesses and porosities can be produced.
  • flame spraying method plasma spraying method, detonation spraying method, arc wire spraying method and the like can also be used.
  • flame spraying method plasma spraying method, detonation spraying method, arc wire spraying method and the like
  • arc wire spraying method Corresponding to 5 in the case of a repair of the blade or the rotor, by missing or damaged surface material can be easily repaired by re-coating with the metal alloy.
  • the at least one blade is processed, in particular finely worked and / or repaired, before and / or after connection to the rotor base body.
  • a blade is provided in which the metal alloy with respect to the desired outer contour of the blade was at least partially applied with an oversize 5 on the molding. With the help of such an overmeasure or dimensions, possible manufacturing tolerances can be better taken into account and an actual outer contour of the blade can be easily adapted to the desired outer contour.
  • a blade may be provided which fits excessively in a connection region provided for connecting the blade to the rotor base body of the rotor, thereby achieving improved mechanical stability and weldability.
  • the desired outer contour of the blade is produced after the coating of the shaped body, at least in the region of the excess, by means of a separation method, in particular by means of a chip method and / or an electrochemical removal method. In this way, the desired desired outer contour 5 can be produced quickly, reliably and precisely.
  • the use of cutting processes with a geometrically defined cutting edge, for example milling has proved to be advantageous in order to produce the desired outer contour of the blade inexpensively with the desired precision.
  • ECM electrochemical removal processes
  • PECM electrochemical metal working processes
  • the separation method can be used in the case of a repair of the blade or of the rotor analogously to the simple, quick and precise removal of excess metal alloy.
  • the at least one blade is welded to the rotor base body.
  • the blade can be easily, inexpensively and o process-reliable connected to the rotor body.
  • a connection region of the at least one blade provided for connecting the at least one blade to the rotor is welded over its entire area to the rotor base body and / or that the metal alloy serving as wall material is welded to the rotor base body 5. If the shaped body of the blade is completely or at least coated in the connection region with the metal alloy, the blade can be welded according to the entire surface with the rotor base body of the rotor in order to achieve a mechanically high-strength connection.
  • the aforementioned pressure welding methods can also be used to advantage for the possibility of repositioning the rotor and for replacing the at least one blade.
  • the use of a diffusion welding method allows a joining of the blade with a comparatively low compression pressure on the joint surface, so that it can be advantageously dispensed with collars and the like and mechanical deformation of the rotor are particularly reliable 5 excluded.
  • the rotor is processed at least in the connection region of the at least one blade by means of a separation process, in particular a chip process and / or a removal process.
  • a separation process in particular a chip process and / or a removal process.
  • a multi-blade rotor having the advantages mentioned above can be manufactured and / or repaired.
  • a further aspect of the invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular an integrally bladed blisk and / or bling for a gas turbine, with a rotor main body, which is connected to at least one blade.
  • a simpler and more cost-effective manufacturability of the rotor according to the invention is given by the fact that the at least one blade comprises a porous molded body, which is at least partially coated with a metal alloy.
  • more cost-effective and material-reduced manufacturability of the rotor according to the invention is also reduced in weight and has a high vibration stiffness.
  • the vibration stiffness is achieved by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the preferably isotropic shaped body and the surface or wall material serving metal alloy of the blade.
  • the invention relates to a turbomachine, in particular a gas turbine, with at least one rotor, in particular with an integrally bladed blisk and / or bling, the rotor being manufactured according to the invention by means of a method according to one of the preceding embodiments and / or according to one the previous embodiments is formed.
  • a rotor base body and at least one blade are provided, wherein the blade comprises a porous shaped body, which is coated at least partially with a metal alloy.
  • the porous shaped body can be made, for example, from a metal foam and / or sintered or glued hollow spheres.
  • the shaped body which preferably already has an outer contour which corresponds to a desired outer contour of the blade, is subsequently surrounded by a titanium alloy, which is applied to the shaped body by means of a cold-kinetic compacting method with superimposed or oversized dimensions. It can also be provided that the shaped body is repeatedly coated with the metal alloy and / or with different metal alloys in order to obtain special properties of the blade.
  • the shaped body is not coated, in particular in a connection area provided for connecting the blade to a rotor base body, so that only coated wall areas of the blade are connected to the rotor base body in a later joining step.
  • the excess of the metal alloy is removed by means of milling or electrochemical metal machining (ECM) or precise electrochemical metal working (PECM), so that the desired target outer contour of the blade is produced.
  • ECM electrochemical metal machining
  • PECM precise electrochemical metal working
  • the blade is placed on the rotor body and connected thereto.
  • an inductive high-frequency pressure welding method (IHFP) is used as joining method, whereby a notch-free connection between the blade and the rotor base body is achieved.
  • IHFP inductive high-frequency pressure welding method
  • only coated wall areas of the blade can be connected to the rotor base body, so that no full-surface welding between the blade and the rotor base body is carried out, but only the relevant wall area is joined.
  • the testability of the joint connection is given thanks to the smooth weld bead.
  • the repair of the rotor is included given this production route. In particular, a blade exchange via IHFP is possible.
  • a blade can be provided which is also coated with the metal alloy in the joining region and, as a result, is welded over its entire surface to the rotor base body serving as the hub. Any existing or produced during welding on or oversize in the joining area can be easily removed, for example, by a subsequent milling process.
  • a plurality of blades are connected in one of the aforementioned ways with the rotor base body, whereby a multi-blade rotor can be produced with the said advantages.
  • missing surface material of a damaged blade can be supplemented with the aid of the cold-kinetic compacting method and brought back to the desired outer contour by adaptive milling or manual adjustment.
  • the rotor can be produced quickly, easily, inexpensively and with reduced material.
  • the rotor thus produced is very resistant to vibration and weight reduction compared to conventional rotors.
  • the oscillation rigidity is achieved in particular by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the isotropic shaped body and the wall material of the blade consisting of the metal alloy.

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Abstract

The invention relates to a method for producing and/or repairing a rotor of a turbo-engine, particularly a blisk and/or bling of a gas turbine having integral blades, wherein at least the steps of preparing a rotor base body, preparing at least one blade comprising a porous molded body coated at least in areas with a metal alloy, disposing the at least one blade on the rotor base body, and connecting the at least one blade to the rotor base body are performed. The invention further relates to a rotor for a turbo-engine and to a turbo-engine having at least one rotor.

Description

Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors einer Strömungsmaschine und Method for producing and / or repairing a rotor of a turbomachine and
Rotor hierzuRotor for this
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors einer Strömungsmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Rotor für eine Strömungsmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 11 angegebenen Art sowie eine Strömungsmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 13 angegebenen Art mit wenigs- tens einem Rotor.The invention relates to a method for producing and / or repairing a rotor of a turbomachine. The invention further relates to a rotor for a turbomachine specified in the preamble of claim 11 type and a turbomachine specified in the preamble of claim 13 type with wenigs- least one rotor.
Rotoren von Strömungsmaschinen, insbesondere Rotoren für Gasturbinen, sind technisch nur aufwendig und entsprechen kostenintensiv herstellbar und reparierbar. Die Rotoren werden dabei zunehmend als integral beschaufelte Rotoren ausgebildet, die, wenn ein scheibenförmiger Rotorgrundkörper vorliegt, als Blisk (bladed disk) oder, wenn ein ringförmiger Rotorgrundkörper vorliegt, als Bling (bladed ring) bezeichnet werden. Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung oder Reparatur erfordern dabei Schaufeln mit einem massiven Schaufelfuß, um die Kräfte des linearen Reibschweißprozesses, der zum Fügen der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verwendeten wird, einleiten zu können. Derartige Schaufeln, sogenannte Hohlschaufeln, werden üblicherweise durch superplastische Umformverfahren und Diffusionsverbinden von zwei Schaufelhälften mit einer dritten, gefalteten Zwischenlage hergestellt. Die Zwischenlage ist abwechseln auf der einen oder anderen Schaufelhälfte angebunden und erhöht so die Schaufelsteifigkeit.Rotors of turbomachines, in particular rotors for gas turbines, are technically only expensive and correspond to costly to produce and repair. The rotors are thereby increasingly formed as integrally bladed rotors, which, if a disk-shaped rotor body is present, as a blisk (bladed disk) or, if an annular rotor body is present, as a bling (bladed ring) are called. Prior art methods of manufacturing or repairing require blades having a solid blade root to initiate the forces of the linear friction welding process used to join the blade to the rotor body. Such blades, so-called hollow blades, are usually produced by superplastic forming processes and diffusion bonding of two blade halves with a third, folded intermediate layer. The intermediate layer is connected alternately on one or the other blade half and thus increases the blade stiffness.
Als nachteilig an den bekannten Rotoren ist der Umstand anzusehen, dass diese technisch aufwendig und entsprechen kostenintensiv in der Herstellung sind.A disadvantage of the known rotors is the fact that they are technically complex and expensive to manufacture.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen derartigen Rotor bereitzustellen, der einfacher und kostengünstiger herstellbar und/oder reparierbar ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors einer Strömungsmaschine, einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen 5 mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens - soweit anwendbar - als vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors bzw. der Strömungsmaschine und umgekehrt anzusehen sind. 0 Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, welches eine einfachere und kostengünstigere Herstellung und/oder Reparatur eines Rotors einer Strömungsmaschine ermöglicht, werden ein Rotorgrundkörper und wenigstens eine Schaufel bereitgestellt, wobei die Schaufel einen porösen Formkörper umfasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist. Die wenigstens eine Schaufel wird am Rotorgrundkörper angeordnet und5 mit dem Rotorgrundkörper verbunden. Neben der einfacheren, kostengünstigeren und materialreduzierten Verfahrensdurchführung ist der hierdurch hergestellte Rotor zudem gewichtsreduziert und besitzt eine hohe Schwingungssteifigkeit. Die Schwingungssteifigkeit wird dabei durch den Unterschied im Elastizitätsmodul (E-Modul) zwischen dem vorzugsweise isotropen Formkörper und der als Oberflächen- bzw. Wandmaterial dienenden o Metalllegierung der wenigstens einen Schaufel erreicht. Die bei der Herstellung des Rotors erzielten Vorteile werden grundsätzlich auch im Fall einer Reparatur erzielt, da fehlendes oder beschädigtes Oberflächenmaterial der wenigstens einen Schaufel durch erneutes Beschichten mit der Metalllegierung einfach und kostengünstig ausgebessert werden kann. 5 In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Schaufel bereitgestellt wird, welche einen gesinterten und/oder geklebten und/oder aufgeschäumten Formkörper umfasst. Hierdurch kann die jeweils geeignetste Schaufel variabel ausgewählt und bereitgestellt werden, wodurch der Rotor bei der Herstellung optimal an seinen jeweiligen Anwendungszeck angepasst werden kann. Entsprechendes gilt für den o Fall einer Reparatur des Rotors, so dass die genannten Vorteile beispielsweise auch bei einem Schaufelaustausch gegeben sind. Der Formkörper kann beispielsweise ein aus zu- sammengesinterten oder -geklebten Hohlkugeln hergestellter Formkörper sein, wobei die Hohlkugeln aus einem metallischen oder keramischen Material, einem Verbundwerkstoff oder dergleichen bestehen können. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein aus einem Metallschaum bestehender Formkörper bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der 5 Formkörper auch mehrteilig bzw. aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.Object of the present invention is therefore to provide such a rotor, which is easier and less expensive to produce and / or repairable. The object is achieved by a method according to claim 1 for manufacturing and / or repairing a rotor of a turbomachine, a rotor having the features of claim 11 for a turbomachine and a turbomachine with the features of claim 13. Advantageous embodiments 5 with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the method - if applicable - are to be regarded as advantageous embodiments of the rotor or the turbomachine and vice versa. In a method according to the invention, which makes possible a simpler and more cost-effective production and / or repair of a rotor of a turbomachine, a rotor base body and at least one blade are provided, wherein the blade comprises a porous shaped body, which is coated at least in regions with a metal alloy. The at least one blade is arranged on the rotor base body and connected to the rotor main body. In addition to the simpler, more cost-effective and material-reduced process implementation of the rotor thus produced is also reduced in weight and has a high vibration resistance. The vibration stiffness is achieved by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the preferably isotropic shaped body and the o metal alloy of the at least one blade serving as surface or wall material. The advantages achieved in the manufacture of the rotor are basically also achieved in the case of a repair, since missing or damaged surface material of the at least one blade can be repaired simply and cost-effectively by recoating with the metal alloy. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that at least one blade is provided, which comprises a sintered and / or glued and / or foamed molding. In this way, the respectively most suitable blade can be variably selected and provided, whereby the rotor can be optimally adapted to its respective application point during production. The same applies to the o case of repair of the rotor, so that the advantages mentioned are given for example in a blade replacement. For example, the shaped body can be made out of be sintered or glued hollow balls produced molded body, wherein the hollow balls may consist of a metallic or ceramic material, a composite material or the like. Likewise, it can be provided that a molding consisting of a metal foam is provided. Alternatively or additionally, the shaped body can also be produced in several parts or from different materials.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem wenigstens eine Schaufel bereitgestellt wird, bei welcher als Metalllegierung eine Titanlegierung verwendet wird. Hierdurch wird eine hohe mechanische, chemische und thermische Belastbarkeit der Schaufel und damit des Rotors0 bei gleichzeitig geringem Gewicht sichergestellt.Further advantages are obtained by providing at least one blade in which a titanium alloy is used as the metal alloy. As a result, a high mechanical, chemical and thermal load capacity of the blade and thus of the Rotor0 is ensured at the same time low weight.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Schaufel bereitgestellt wird, bei welcher die Metalllegierung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere eines kaltkinetischen Kompaktierverfahrens, auf den5 Formkörper aufgebracht ist. Die Metalllegierung kann somit auf den Formkörper aufgebracht werden, ohne diesen an- bzw. aufzuschmelzen. Zudem wird eine hohe Oberflächengüte der Schaufel und damit eine optimierte Funktionalität des Rotors gewährleistet. Die Verwendung eines kaltkinetischen Kompaktierverfahrens (sog. K3- oder Coldspray- Verfahren) besitzt den besonderen Vorteil, dass auf die Zufuhr von thermischer Energie o zumindest weitgehend verzichtet werden kann und somit die Forderungen nach oxidarmen Oberflächenschichten zuverlässig erfüllbar sind. Darüber hinaus können besonders präzise Schichtdicken, -härten und -porositäten erzeugt werden. Grundsätzlich können jedoch beispielsweise auch Flammspritzverfahren, Plasmaspritzverfahren, Detonationsspritzverfahren, Lichtbogendrahtspritzverfahren und dergleichen verwendet werden. Entsprechendes 5 gilt im Fall einer Reparatur der Schaufel bzw. des Rotors, indem fehlendes oder beschädigtes Oberflächenmaterial durch erneutes Beschichten mit der Metalllegierung einfach ausgebessert werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least one blade is provided, in which the metal alloy is applied to the shaped body by means of a thermal spraying method, in particular a cold-kinetic compacting method. The metal alloy can thus be applied to the molding, without this on or melt. In addition, a high surface quality of the blade and thus an optimized functionality of the rotor is ensured. The use of a cold-kinetic compacting method (so-called K3 or cold spray method) has the particular advantage that the supply of thermal energy can at least largely be dispensed with and thus the requirements for oxide-poor surface layers can be reliably fulfilled. In addition, particularly precise layer thicknesses, hardnesses and porosities can be produced. However, basically, for example, flame spraying method, plasma spraying method, detonation spraying method, arc wire spraying method and the like can also be used. Corresponding to 5 in the case of a repair of the blade or the rotor, by missing or damaged surface material can be easily repaired by re-coating with the metal alloy.
hi einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die we- o nigstens eine Schaufel vor und/oder nach dem Verbinden mit dem Rotorgrundkörper bearbeitet, insbesondere feingearbeitet und/oder repariert, wird. Hierdurch erhält man zuverläs- sig eine gewünschte Soll-Außenkontur der Schaufel bzw. des Rotors, wodurch insbesondere dessen mechanische und aerodynamische Eigenschaften optimiert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Schaufel bereitgestellt wird, bei welcher die Metalllegierung bezüglich der Soll-Außenkontur der Schaufel zumindest bereichsweise mit einem Übermaß 5 auf den Formkörper aufgebracht wurde. Mit Hilfe eines derartigen Über- bzw. Aufmasses können etwaige Fertigungstoleranzen besser berücksichtigt und eine Ist- Außenkontur der Schaufel einfach an die Soll-Außenkontur angepasst werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Schaufel bereitgestellt wird, welche ein Übermaß in einem zum Verbinden der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper des Rotors vorgesehenen Verbindungsbereich be-0 sitzt, wodurch eine verbesserte mechanische Stabilität und Schweißbarkeit erzielt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Soll-Außenkontur der Schaufel nach dem Beschichten des Formkörpers zumindest im Bereich des Übermaßes mittels eines Trennverfahrens, insbesondere mittels eines Spanverfahrens und/oder eines elektrochemischen Abtragverfahrens, erzeugt wird. Auf diese Weise kann die gewünschte Soll- Außenkontur5 schnell, prozesssicher und präzise hergestellt werden. Dabei hat sich insbesondere die Verwendung von spanabhebenden Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, beispielsweise Fräsen, als vorteilhaft gezeigt, um die Soll-Außenkontur der Schaufel kostengünstig mit der gewünschten Präzision herzustellen. Alternativ oder zusätzlich haben sich elektrochemische Abtragverfahren (ECM), insbesondere präzise elektrochemische Metall- o bearbeitungsverfahren (PECM), als vorteilhaft gezeigt, da auch hierdurch eine reproduzierbare Oberflächenbehandlung mit hoher Prozesssicherheit ermöglicht ist. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Schaufel in dem zum Verbinden mit dem Rotorgrundkörper des Rotors vorgesehenen Verbindungsbereich nicht bearbeitet wird, um die verbesserte Schweißbarkeit in diesem Bereich zu erhalten. Das Trennverfahren kann im 5 Fall einer Reparatur der Schaufel bzw. des Rotors analog zum einfachen, schnellen und präzisen Entfernen von überschüssiger Metalllegierung verwendet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the at least one blade is processed, in particular finely worked and / or repaired, before and / or after connection to the rotor base body. This gives you reliable a desired desired outer contour of the blade or the rotor, whereby in particular its mechanical and aerodynamic properties are optimized. It can be provided that a blade is provided in which the metal alloy with respect to the desired outer contour of the blade was at least partially applied with an oversize 5 on the molding. With the help of such an overmeasure or dimensions, possible manufacturing tolerances can be better taken into account and an actual outer contour of the blade can be easily adapted to the desired outer contour. Furthermore, provision may be made for a blade to be provided which fits excessively in a connection region provided for connecting the blade to the rotor base body of the rotor, thereby achieving improved mechanical stability and weldability. Furthermore, it can be provided that the desired outer contour of the blade is produced after the coating of the shaped body, at least in the region of the excess, by means of a separation method, in particular by means of a chip method and / or an electrochemical removal method. In this way, the desired desired outer contour 5 can be produced quickly, reliably and precisely. In particular, the use of cutting processes with a geometrically defined cutting edge, for example milling, has proved to be advantageous in order to produce the desired outer contour of the blade inexpensively with the desired precision. Alternatively or additionally, electrochemical removal processes (ECM), in particular precise electrochemical metal working processes (PECM), have proven to be advantageous, since in this way too a reproducible surface treatment with high process reliability is made possible. In this connection it can be provided that the blade is not machined in the connection area provided for connection to the rotor main body of the rotor, in order to obtain the improved weldability in this area. The separation method can be used in the case of a repair of the blade or of the rotor analogously to the simple, quick and precise removal of excess metal alloy.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die wenigstens eine Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verschweißt wird. Auf diese Weise kann die Schaufel einfach, kostengünstig und o prozesssicher mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zum Verbinden der wenigstens einen Schaufel mit dem Rotor vorgesehener Verbindungsbereich der wenigstens einen Schaufel vollflächig mit dem Rotorgrundkörper verschweißt wird und/oder dass die als Wandmaterial dienende Metalllegierung mit dem Rotorgrundkörper 5 verschweißt wird. Wenn der Formkörper der Schaufel vollständig oder zumindest im Verbindungsbereich mit der Metalllegierung beschichtet ist, kann die Schaufel entsprechend vollflächig mit dem Rotorgrundkörper des Rotors verschweißt werden, um eine mechanisch hochbelastbare Verbindung zu erzielen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass lediglich ein mit der Metalllegierung beschichteter Außenwandbereich der Schaufel vorzugs-0 weise kerbenfrei mit dem Rotorgrundkörper des Rotors verschweißt wird. Dies beschleunigt die Herstellung und erleichtert im Fall von etwaigen Beschädigungen der Schaufel einen späteren Schaufelaustausch bzw. eine Reparatur des Rotors. Die Prüfbarkeit der Verbindungsgüte ist aufgrund der hierbei erzielbaren glatten Schweißwulste gegeben. 5 In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass zum Verschweißen ein induktives Niederfrequenz-Pressschweißverfahren und/oder ein induktives Hochfrequenz- Pressschweißverfahren und/oder ein Diffusionsschweißverfahren verwendet wird. Die Verwendung induktiver Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren (IHFP) erlaubt zuverlässig ein kerbenfreies Fügen von Schaufel und Rotorgrundkörper. Auch für die Re- o paraturmöglichkeit des Rotors und einen Austausch der wenigstens einen Schaufel können die genannten Pressschweißverfahren vorteilhaft verwendet werden. Die Verwendung eines Diffusionsschweißverfahrens erlaubt ein Fügen der Schaufel mit einem vergleichsweise geringen Stauchdruck auf die Fügefläche, so dass auf Spannbunde und dergleichen vorteilhaft verzichtet werden kann und mechanische Verformungen des Rotors besonders zuverlässig 5 ausgeschlossen sind.Further advantages result from the fact that the at least one blade is welded to the rotor base body. In this way, the blade can be easily, inexpensively and o process-reliable connected to the rotor body. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a connection region of the at least one blade provided for connecting the at least one blade to the rotor is welded over its entire area to the rotor base body and / or that the metal alloy serving as wall material is welded to the rotor base body 5. If the shaped body of the blade is completely or at least coated in the connection region with the metal alloy, the blade can be welded according to the entire surface with the rotor base body of the rotor in order to achieve a mechanically high-strength connection. Alternatively it can be provided that only one coated with the metal alloy outer wall region of the blade is preferential-0 manner notched free welded to the rotor body of the rotor. This speeds up the manufacture and, in the event of any damage to the blade, facilitates subsequent blade replacement or repair of the rotor. The testability of the quality of connection is given due to the achievable here smooth Schweißwulste. In a further embodiment, it has proven to be advantageous for an inductive low-frequency pressure welding method and / or an inductive high-frequency pressure welding method and / or a diffusion welding method to be used for welding. The use of inductive low-frequency or high-frequency pressure welding (IHFP) reliably allows notch-free joining of the blade and rotor body. The aforementioned pressure welding methods can also be used to advantage for the possibility of repositioning the rotor and for replacing the at least one blade. The use of a diffusion welding method allows a joining of the blade with a comparatively low compression pressure on the joint surface, so that it can be advantageously dispensed with collars and the like and mechanical deformation of the rotor are particularly reliable 5 excluded.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor nach dem Verbinden der wenigstens einen Schaufel mit dem Rotorgrundkörper zumindest im Verbindungsbereich der wenigstens einen Schaufel mittels eines Trennverfahrens, ins- o besondere eines Spanverfahrens und/oder eines Abtragverfahrens, bearbeitet wird. Auch hierdurch wird sowohl bei der Herstellung als auch bei der Reparatur des Rotors eine hohe mechanische Stabilität und eine Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften des Rotors sichergestellt.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that, after the at least one blade has been connected to the rotor base body, the rotor is processed at least in the connection region of the at least one blade by means of a separation process, in particular a chip process and / or a removal process. This also results in a high, both in the manufacture and in the repair of the rotor ensured mechanical stability and optimization of the aerodynamic properties of the rotor.
Indem mehrere Schaufeln mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden, kann ein mehrere Schaufeln umfassender Rotor mit den vorstehend genannten Vorteilen hergestellt und/oder repariert werden.By connecting a plurality of blades to the rotor body, a multi-blade rotor having the advantages mentioned above can be manufactured and / or repaired.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine integral beschaufelte Blisk und/oder Bling für eine Gasturbine, mit einem Ro- torgrundkörper, welcher mit wenigstens einer Schaufel verbunden ist. Dabei ist eine einfachere und kostengünstigere Herstellbarkeit des Rotors erfindungsgemäß dadurch gegeben, dass die wenigstens eine Schaufel einen porösen Formkörper umfasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist. Neben der einfacheren, kostengünstigeren und materialreduzierten Herstellbarkeit ist der erfindungsgemäße Rotor zudem ge- wichtsreduziert und besitzt eine hohe Schwingungssteifigkeit. Die Schwingungssteifigkeit wird dabei durch den Unterschied im Elastizitätsmodul (E-Modul) zwischen dem vorzugsweise isotropen Formkörper und der als Oberflächen- bzw. Wandmaterial dienenden Metalllegierung der Schaufel erreicht.A further aspect of the invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular an integrally bladed blisk and / or bling for a gas turbine, with a rotor main body, which is connected to at least one blade. In this case, a simpler and more cost-effective manufacturability of the rotor according to the invention is given by the fact that the at least one blade comprises a porous molded body, which is at least partially coated with a metal alloy. In addition to the simpler, more cost-effective and material-reduced manufacturability of the rotor according to the invention is also reduced in weight and has a high vibration stiffness. The vibration stiffness is achieved by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the preferably isotropic shaped body and the surface or wall material serving metal alloy of the blade.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem der Rotor mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt und/oder repariert ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen.Further advantages result from the fact that the rotor is produced and / or repaired by means of a method according to one of the preceding embodiments. The resulting benefits can be found in the corresponding descriptions.
hi einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine, insbesondere ei- ne Gasturbine, mit wenigstens einem Rotor, insbesondere mit einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling, wobei der Rotor erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt und/oder gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind ebenfalls den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.In a further aspect, the invention relates to a turbomachine, in particular a gas turbine, with at least one rotor, in particular with an integrally bladed blisk and / or bling, the rotor being manufactured according to the invention by means of a method according to one of the preceding embodiments and / or according to one the previous embodiments is formed. The resulting advantages are also to be taken from the corresponding descriptions. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of an embodiment.
Zunächst werden ein Rotorgrundkörper und wenigstens eine Schaufel bereitgestellt, wobei die Schaufel einen porösen Formkörper umfasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist. Der poröse Formkörper kann beispielsweise aus einem Metallschaum und/oder zusammengesinterten oder -geklebten Hohlkugeln gefertigt sein. Der Formkörper, der vorzugsweise bereits eine mit einer Soll- Außenkontur der Schaufel korrespondierende Außenkontur aufweist, wird anschließend mit einer Titanlegierung umman- telt, die über ein kaltkinetisches Kompaktierverfahren mit Auf- bzw. Übermaß auf den Formkörper aufgetragen wird. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Formkörper mehrfach mit der Metalllegierung und/oder mit unterschiedlichen Metalllegierungen beschichtet wird, um spezielle Eigenschaften der Schaufel zu erhalten. Ebenso kann vorgesehen, dass der Formkörper insbesondere in einem zum Verbinden der Schaufel mit einem Rotorgrundkörper vorgesehenen Verbindungsbereich nicht beschichtet wird, so dass in einem späteren Verbindungsschritt nur beschichtete Wandbereiche der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden. Das Übermaß der Metalllegierung wird über Fräsen oder elektrochemisches Metallbearbeiten (ECM) bzw. präzises elektrochemisches Metallbearbeiten (PECM) abgetragen, so dass die gewünschte Soll- Außenkontur der Schaufel er- zeugt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schaufel nicht im späteren Verbindungsbzw. Schweißbereich, der zum Verscheißen der Schaufel mit einem Rotorgrundkörper dient, bearbeitet wird.First, a rotor base body and at least one blade are provided, wherein the blade comprises a porous shaped body, which is coated at least partially with a metal alloy. The porous shaped body can be made, for example, from a metal foam and / or sintered or glued hollow spheres. The shaped body, which preferably already has an outer contour which corresponds to a desired outer contour of the blade, is subsequently surrounded by a titanium alloy, which is applied to the shaped body by means of a cold-kinetic compacting method with superimposed or oversized dimensions. It can also be provided that the shaped body is repeatedly coated with the metal alloy and / or with different metal alloys in order to obtain special properties of the blade. Likewise, it is provided that the shaped body is not coated, in particular in a connection area provided for connecting the blade to a rotor base body, so that only coated wall areas of the blade are connected to the rotor base body in a later joining step. The excess of the metal alloy is removed by means of milling or electrochemical metal machining (ECM) or precise electrochemical metal working (PECM), so that the desired target outer contour of the blade is produced. It can be provided that the blade is not in the later Verbindungsbzw. Welding area, which serves for verscheißen the blade with a rotor body is processed.
Die Schaufel wird am Rotorgrundkörper angeordnet und mit diesem verbunden. Zum Ver- binden wird dabei ein induktives Hochfrequenz-Pressschweißverfahren (IHFP) als Fügeverfahren verwendet, wodurch eine kerbenfreie Verbindung zwischen der Schaufel und dem Rotorgrundkörper erzielt wird. Dabei können - wie bereits erwähnt - nur beschichtete Wandbereiche der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden, so dass keine vollflächige Verschweißung zwischen Schaufel und Rotorgrundkörper durchgeführt, son- dem nur der betreffende Wandbereich gefügt wird. Die Prüfbarkeit der Fügeverbindung ist dank der glatten Schweißwulst gegeben. Auch die Reparaturmöglichkeit des Rotors ist bei dieser Herstellroute gegeben. Insbesondere ist auch ein Schaufeltausch über IHFP möglich. Alternativ kann - gegebenenfalls nach einem Feinbearbeitungsschritt- eine Schaufel bereitgestellt werden, die auch im Fügebereich mit der Metalllegierung beschichtet ist und hierdurch vollflächig auf den als Nabe dienenden Rotorgrundkörper geschweißt werden. Ein eventuell vorhandenes oder beim Schweißen entstandenes Auf- bzw. Übermaß im Fügebereich kann beispielsweise durch einen anschließenden Fräsprozess einfach abgetragen werden. Vorzugsweise werden mehrere Schaufeln auf eine der vorstehend genannten Weisen mit dem Rotorgrundkörper verbunden, wodurch ein mehrschaufliger Rotor mit den genannten Vorteilen erzeugt werden kann.The blade is placed on the rotor body and connected thereto. For bonding, an inductive high-frequency pressure welding method (IHFP) is used as joining method, whereby a notch-free connection between the blade and the rotor base body is achieved. In this case, as already mentioned, only coated wall areas of the blade can be connected to the rotor base body, so that no full-surface welding between the blade and the rotor base body is carried out, but only the relevant wall area is joined. The testability of the joint connection is given thanks to the smooth weld bead. The repair of the rotor is included given this production route. In particular, a blade exchange via IHFP is possible. Alternatively, if desired, after a finishing step, a blade can be provided which is also coated with the metal alloy in the joining region and, as a result, is welded over its entire surface to the rotor base body serving as the hub. Any existing or produced during welding on or oversize in the joining area can be easily removed, for example, by a subsequent milling process. Preferably, a plurality of blades are connected in one of the aforementioned ways with the rotor base body, whereby a multi-blade rotor can be produced with the said advantages.
Im Fall einer Reparatur kann beispielsweise fehlendes Oberflächenmaterial einer beschädigten Schaufel mit Hilfe des kaltkinetischen Kompaktierverfahrens ergänzt werden und durch adaptives Fräsen oder händisches Angleichen wieder auf die Soll- Außenkontur gebracht werden.In the case of a repair, for example, missing surface material of a damaged blade can be supplemented with the aid of the cold-kinetic compacting method and brought back to the desired outer contour by adaptive milling or manual adjustment.
Der Rotor kann schnell, einfach, kostengünstig und materialreduziert hergestellt werden. Darüber hinaus ist der hierdurch hergestellte Rotor sehr schwingungssteif und gegenüber üblichen Rotoren gewichtsreduziert. Die Schwingungssteifigkeit wird dabei insbesondere durch den Unterschied im Elastizitätsmodul (E-Modul) zwischen dem isotropen Formkör- per und dem aus der Metalllegierung bestehenden Wandmaterial der Schaufel erreicht. The rotor can be produced quickly, easily, inexpensively and with reduced material. In addition, the rotor thus produced is very resistant to vibration and weight reduction compared to conventional rotors. The oscillation rigidity is achieved in particular by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the isotropic shaped body and the wall material of the blade consisting of the metal alloy.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors einer Strömungsmaschi- ne, insbesondere einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling einer Gasturbine, folgende Schritte umfassend:1. A method for producing and / or repairing a rotor of a flow machine, in particular an integrally bladed blisk and / or bling of a gas turbine, comprising the following steps:
Bereitstellen eines Rotorgrundkörpers;Providing a rotor body;
Bereitstellen wenigstens einer Schaufel, welche einen porösen Formkörper um- fasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist; - Anordnen der wenigstens einen Schaufel am Rotorgrundkörper; undProviding at least one blade which comprises a porous shaped body which is coated at least in regions with a metal alloy; Arranging the at least one blade on the rotor base body; and
Verbinden der wenigstens einen Schaufel mit dem Rotorgrundkörper.Connecting the at least one blade to the rotor base body.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schaufel bereitgestellt wird, welche einen gesinterten und/oder geklebten und/oder aufge- schäumten Formkörper umfasst.2. The method according to claim 1, characterized in that at least one blade is provided, which comprises a sintered and / or glued and / or foamed shaped body.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schaufel bereitgestellt wird, bei welcher als Metalllegierung eine Titanlegierung verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one blade is provided, in which a titanium alloy is used as the metal alloy.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schaufel bereitgestellt wird, bei welcher die Metalllegierung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere eines kaltkinetischen Kompaktierverfah- rens, auf den Formkörper aufgebracht ist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one blade is provided, wherein the metal alloy by means of a thermal spraying method, in particular a cold-kinetic Kompaktierverfah- rens, is applied to the molding.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaufel vor und/oder nach dem Verbinden mit dem Rotorgrundkörper bearbeitet, insbesondere feingearbeitet und/oder repariert, wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one blade processed before and / or after the connection to the rotor body, in particular finely worked and / or repaired, is.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verschweißt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one blade is welded to the rotor base body.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Verbinden der wenigstens einen Schaufel mit dem Rotor vorgesehener Verbindungsbereich der wenigstens einen Schaufel vollflächig mit dem Rotorgrundkörper verschweißt wird und/oder dass die als Wandmaterial dienende Metalllegierung mit dem Rotorgrundkörper verschweißt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that for connecting the at least one blade provided with the rotor connection region of the at least one blade is fully welded to the rotor body and / or that serving as a wall material metal alloy is welded to the rotor body.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschweißen ein induktives Hochfrequenz-Pressschweißverfahren und/oder ein Diffusions- schweißverfahren verwendet wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that for welding an inductive high-frequency pressure welding method and / or a diffusion welding method is used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor nach dem Verbinden der wenigstens einen Schaufel mit dem Rotorgrundkörper zumindest im Verbindungsbereich der wenigstens einen Schaufel mittels eines Trennverfahrens, insbesondere eines Spanverfahrens und/oder eines Abtragverfahrens, bearbeitet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor after connecting the at least one blade with the rotor base body at least in the connecting region of the at least one blade by means of a separation process, in particular a chip removal process and / or a removal process is processed.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaufeln mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that a plurality of blades are connected to the rotor base body.
11. Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere integral beschaufelte Blisk und/oder Bling für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper, welcher mit wenigstens einer Schaufel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaufel einen porösen Formkörper umfasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist.11. rotor for a turbomachine, in particular integrally bladed blisk and / or Bling for a gas turbine, with a rotor base body, which is connected to at least one blade, characterized in that the at least one blade comprises a porous molded body, at least partially with a metal alloy is coated.
12. Rotor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass dieser mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt und/oder repariert ist.12. Rotor according to claim 11, characterized in that this is produced and / or repaired by means of a method according to one of claims 1 to 10.
13. Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit wenigstens einem Rotor, insbesondere mit einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling, dadurch gekennzeich- net, dass der Rotor mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt und/oder gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12 ausgebildet ist. 13. Turbomachine, in particular gas turbine, with at least one rotor, in particular with an integrally bladed blisk and / or bling, characterized net, that the rotor is produced by means of a method according to one of claims 1 to 10 and / or formed according to one of claims 11 or 12.
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