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EP1247939A1 - Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel sowie Turbinenschaufel - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel sowie Turbinenschaufel Download PDF

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Publication number
EP1247939A1
EP1247939A1 EP01108759A EP01108759A EP1247939A1 EP 1247939 A1 EP1247939 A1 EP 1247939A1 EP 01108759 A EP01108759 A EP 01108759A EP 01108759 A EP01108759 A EP 01108759A EP 1247939 A1 EP1247939 A1 EP 1247939A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine blade
feed
chamber
turbine
cooling medium
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01108759A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Tiemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP01108759A priority Critical patent/EP1247939A1/de
Priority to JP2002100928A priority patent/JP2002317601A/ja
Priority to US10/116,873 priority patent/US6619912B2/en
Priority to CN02119076A priority patent/CN1380486A/zh
Publication of EP1247939A1 publication Critical patent/EP1247939A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y10T29/49339—Hollow blade

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a turbine blade which has at least one chamber and at least one feeder for loading the chamber with has a cooling medium, at least one feed runs at an angle to a longitudinal axis of the turbine blade. It also relates to a turbine blade, in particular for a gas turbine that has at least one chamber and at least one a feed to apply a cooling medium to the chamber having.
  • Such a method and such a turbine blade are known from US 5,599,166.
  • the turbine blade has two separate, meandering chambers on, each with a feed for loading with are connected to a coolant.
  • the two feeders run essentially parallel to the longitudinal axis of the turbine blade.
  • US 5,413,458 describes another turbine blade which likewise at least one chamber for the application of a Has cooling medium.
  • the cooling medium is in one Direction fed, which is also essentially parallel to the longitudinal axis of the turbine blade.
  • a disadvantage of the known turbine blades and manufacturing processes is the imperative to determine the direction of the Feed.
  • the turbine blades generally have a Wing profile on that of a crossing the turbine Medium flows around.
  • To attach to a housing or a platform serves as a rotor.
  • the cooling medium must first the platform flow through before it enters the wing profile. This leads to the platform and the airfoil always must be cooled with the same cooling medium, in particular with a cooling medium that has the same pressure and temperature having. A targeted cooling of more demanding Part of the turbine blade is not possible.
  • the object of the present invention is therefore a method for the manufacture of a turbine blade and a turbine blade itself to provide a targeted exposure enable with a cooling medium.
  • this object is achieved in a method of type mentioned solved in that to form the A core is used with one approach and the feed Approach is spaced from a shape so that the Feeding the turbine blade after removal from the Form is closed, and that post-processing to expose the feed is made.
  • Turbine blade is provided that the feed is angled to a longitudinal axis of the turbine blade and essentially parallel to a direction of flow of a medium the turbine runs.
  • the one or more used to manufacture the turbine blade Cores are inserted and held in the mold as before.
  • the cores are supported in the form over the base not before.
  • the cores can therefore, as in the known Move the process during the pouring process. An interference the core position through a contact between the approach and the form is not there.
  • the invention deviates for the first time from the concept of the feeders essentially parallel to the longitudinal axis of the turbine blade from.
  • a feeder is provided that is angled is arranged to the longitudinal axis and substantially parallel to a direction of flow of the medium through the turbine. This feed is a targeted application highly stressed parts of the turbine blade with a cooling medium allows.
  • a second is preferred in the method according to the invention Feed substantially parallel to the longitudinal axis of the turbine blade intended.
  • the two feeders can then with different cooling media. This Difference can be particularly in pressure and / or temperature of the coolant supplied in each case. It results targeted, highly efficient cooling of individuals Parts of the turbine blade.
  • the feeders can be on a Leading edge, a trailing edge or both edges of the Turbine blade to be arranged. Through the targeted arrangement the turbine blade can be optimally cooled.
  • the is at an angle to Longitudinal axis tapered, especially conical. It then has a relatively large one Inlet cross-section.
  • the cooling medium can therefore comparatively low pressure to be fed and is compressed as it flows in.
  • the feeder is designed that flow losses are minimized.
  • the feed extending in the axial direction is advantageous between a platform and a wing profile of the turbine blade arranged.
  • the fed through this feed Cooling medium can thus directly in the wing profile enter.
  • the second one then serves to cool the platform, feed substantially parallel to the longitudinal axis.
  • the proposed distribution of the cooling medium according to the invention is particularly advantageous in the case of a turbine blade which has at least two chambers.
  • the first chamber is then there with the first feed and the second chamber with the second Feeder in connection.
  • the first chamber is here advantageous in the area of a front edge of the turbine blade arranged.
  • This arranged in the area of the front edge has in generally a higher cooling requirement than the second chamber. If the front edge is provided with openings through which the cooling medium can leak, must also be applied with a cooling medium of higher pressure. reason for this is that the cooling medium to flow out of the first Chamber the steel pressure of the medium flowing through the turbine must overcome. According to the first chamber can now the first supply with a cooling medium with higher Pressure as the second chamber. This first Chamber can thus be specifically cooled more. This Cooling effort is not required for the second chamber. It can therefore optimize the consumption of the cooling medium and thereby the overall efficiency can be increased. alternative or in addition, targeted cooling of the rear edge respectively.
  • Figure 1 shows a schematic longitudinal section through a Gas turbine 10 with a housing 11 and a rotor 12. On the housing 11 are rows of guide vanes 13 and on the rotor 12 Rows of blades 14 are provided.
  • the gas turbine 10 a hot gas flows through it in the direction of arrow 15, that rotates the rotor 12 about its axis of rotation 16 in Arrow direction 17 offset.
  • a cooling medium is used for cooling, which is supplied according to arrows 18, 19.
  • this feed is only shown for a guide vane 13.
  • the present invention is not based on a guide vane 13 is limited, but can also with a Blade 14 are used.
  • Figure 2 shows a longitudinal section and Figure 3 shows a cross section through a guide vane 13.
  • the guide vane 13 has a platform 38 for attachment to the housing 11 and a wing profile 39 on which the hot gas flows.
  • This Wing profile 39 is supported by a suction-side wall 20 and a pressure side wall 21 is formed.
  • Between the walls 20, 21 are a first chamber 22 and three others, together communicating chambers 23, 24, 25 are provided.
  • the individual chambers 22, 23, 24, 25 are separated from one another by walls 26 Cut.
  • a retrofitted one is used for covering Platform 38, for example in the form of a sheet or Perforated plate.
  • the first chamber 22 is here on a front edge 32 of the wing profile 39 of the guide vane 13 is arranged.
  • the chamber 23 servess to apply a cooling medium to the chamber 22 an approach 30 that forms a supply for the cooling medium.
  • the chamber 23 is supplied with a cooling medium via openings 31, that successively the first chamber 23 and then the Flows through chambers 24, 25.
  • the openings 34 also form a feeder.
  • the cooling medium is according to the chamber 22 Arrow direction 18 approximately perpendicular to a longitudinal axis 37 of the Guide vane 13 supplied. Acting on chamber 23 takes place in the direction of arrow 19 approximately parallel to the longitudinal axis.
  • the approach 30 allows feeding between the platform 38 and the wing profile 39.
  • the chamber 22 is filled with a cooling medium of a higher pressure the chamber 23 acts.
  • the reason for this is that this chamber 22 in the area of the highly stressed leading edge 32 of the Guide vane 13 is located.
  • the higher pressure level is special required when chamber 22 has a series of Openings 27, 28 is provided. Through these openings it can Coolant emerge and form a cooling film that runs along of the walls 20, 21 extends in the region of the front edge 32. Since the leading edge 32 flows directly from the hot gas not only the static pressure of the hot gas, but also to overcome its back pressure.
  • Gap 29 In the area of a rear edge 34 of the guide vane 13 there is a Gap 29 provided.
  • the chamber enters through this gap 23 supplied cooling medium. Since the gap 29 only with the static pressure of the hot gas is applied to the cooling of the chambers 23, 24, 25 a lower pressure of the Cooling medium sufficient.
  • the turbine blade 13, 14 according to the invention is thus the more heavily used chamber 22 with a higher cooling medium Pressure cooled than the other chambers 23, 24, 25.
  • a separate feed in the form of the approach 30 provided.
  • This feed 30 is angled to the longitudinal axis 37 of the turbine blade 13, 14 and is between the platform 38 and the wing profile 39 arranged. It is conical and has a streamlined Shape up.
  • the cooling medium is essentially parallel via this feed 31 supplied to the longitudinal axis 37.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a turbine blade 13 in a view similar to FIG. 2.
  • This turbine blade 13 has two lugs 30a, 30b, one of which arranged on the front edge 32 and one on the rear edge 33 is.
  • Both approaches 30a, 30b are conical and flow-friendly educated.
  • the supplied via the approaches 30a, 30b Cooling medium acts in each case on chambers 22, 25 which are in the Area of the front edge 32 or the rear edge 34 lie.
  • the middle area with the chambers 23, 24 is via a feed 31 applied substantially parallel to the longitudinal axis 37.
  • FIG. 5 shows a top view of the device used to manufacture the in Figure 2 shown turbine blade 13 used core 35a, 35b, 35c and FIG. 6 shows a section along the line VI-VI through this turbine blade 13.
  • the neck 33 of the core 35a, 35b, 35c tapers, so that the feeder also serving approach 30 of the turbine blade 13 tapers.
  • the inside of the approach 30 is smooth, so that the Flow resistance is minimized.
  • FIG. 7 schematically shows a multi-part core 35a, 35b, 35c in a form 40.
  • the individual parts 35a, 35b, 35c are over Connection pins 36 fixed relative to each other.
  • the core 35a, 35b, 35c protrudes beyond the shape 40 and is there held.
  • the resulting openings in the turbine blade 13, 14 are subsequently closed by the platform 38.
  • the lugs 33a, 33b are not in contact with the mold 40.
  • the core 35a, 35b, 35c can therefore be like the known ones Moving procedure when pouring.
  • the illustrated core 35a, 35b, 35c is introduced into the mold 40 and the mold 40 closed. After filling and As the material cools, the mold 40 is opened and the turbine blade 13, 14 taken together with the core 35a, 35b, 35c. The core 35a, 35b, 35c is then removed, for example, drained. The approach 30 of the turbine blade 13, 14 is then initially closed. He is through a suitable post-processing exposed. The completed one Turbine blades 13, 14 then provide a supply of the cooling medium both in the axial direction at an angle to the longitudinal axis 37 as well as parallel to the longitudinal axis 37.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird eine Turbinenschaufel sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel (13,14) beschrieben, die mindestens eine Kammer (22,23,24,25) und mindestens eine Zuführung (30,31) zur Beaufschlagung der Kammer (22,23,24,25) mit einem Kühlmedium aufweist, wobei eine Zuführung (30) winklig zu einer Längsachse (37) der Turbinenschaufel (13,14) verläuft. Es kann daher Kühlmedium in axialer Richtung der Turbine (10) eigeleitet werden. Zur Ausbildung der Zuführung (30) wird ein Kern (35) mit einem Ansatz (33) verwendet, der beabstandet zu einer Form (40) angeordnet wird. Die Zuführung (30) der Turbinenschaufel (13,14) ist daher nach dem Entnehmen aus der Form (40) verschlossen, und wird durch eine Nachbearbeitung freigelegt. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel, die mindestens eine Kammer und mindestens eine Zuführung zur Beaufschlagung der Kammer mit einem Kühlmedium aufweist, wobei mindestens eine Zuführung winklig zu einer Längsachse der Turbinenschaufel verläuft. Sie betrifft weiter eine Turbinenschaufel, insbesondere für eine Gasturbine, die mindestens eine Kammer und mindestens eine Zuführung zur Beaufschlagung der Kammer mit einem Kühlmedium aufweist.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Turbinenschaufel sind aus der US 5,599,166 bekannt. De Turbinenschaufel weist zwei voneinander getrennte, mäanderförmig verlaufende Kammern auf, die jeweils mit einer Zuführung zur Beaufschlagung mit einem Kühlmittel verbunden sind. Die beiden Zuführungen verlaufen im wesentlichen parallel zur Längsachse der Turbinenschaufel.
Die US 5,413,458 beschreibt eine andere Turbinenschaufel, die ebenfalls mindestens eine Kammer zur Beaufschlagung mit einem Kühlmedium aufweist. Das Kühlmedium wird hierbei in einer Richtung zugeführt, die ebenfalls im wesentlichen parallel zur Längsachse der Turbinenschaufel ist.
Nachteilig bei den bekannten Turbinenschaufeln und Herstellungsverfahren ist die zwingende Festlegung der Richtung der Zuführung. Die Turbinenschaufeln weisen im allgemeinen ein Tragflügelprofil auf, das von einem die Turbine durchquerenden Medium umströmt wird. Zur Festlegung an einem Gehäuse oder einem Rotor dient eine Plattform. Bei den bekannten Turbinenschaufeln muß das Kühlmedium zunächst die Plattform durchströmen, ehe es in das Tragflügelprofil eintritt. Dies führt dazu, daß die Plattform und das Tragflügelprofil stets mit demselben Kühlmedium gekühlt werden müssen, insbesondere mit einem Kühlmedium, das denselben Druck und dieselbe Temperatur aufweist. Eine gezielte Kühlung höher beanspruchter Teil der Turbinenschaufel ist nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel sowie eine Turbinenschaufel selbst bereitzustellen, die eine gezielte Beaufschlagung mit einem Kühlmedium ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum Ausbilden der Zuführung ein Kern mit einem Ansatz verwendet wird und der Ansatz beabstandet zu einer Form angeordnet wird, so daß die Zuführung der Turbinenschaufel nach dem Entnehmen aus der Form verschlossen ist, und daß eine Nachbearbeitung zum Freilegen der Zuführung vorgenommen wird. Bei der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist vorgesehen, daß die Zuführung winklig zu einer Längsachse der Turbinenschaufel und im wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung eines Mediums durch die Turbine verläuft.
Der oder die zur Herstellung der Turbinenschaufel verwendeten Kerne werden wie bisher in die Form eingesetzt und gehalten. Eine Abstützung der Kerne in der Form über den Ansatz liegt nicht vor. Die Kerne können sich daher wie bei den bekannten Verfahren während des Gießvorgangs bewegen. Eine Beeinflussung der Kernposition durch einen Kontakt zwischen dem Ansatz und der Form liegt nicht vor.
Die Erfindung weicht erstmals von dem Konzept der Zuführungen im wesentlichen parallel zur Längsachse der Turbinenschaufel ab. Es wird erstmals eine Zuführung vorgesehen, die winkelig zur Längsachse angeordnet ist und im wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung des Mediums durch die Turbine verläuft. Mit dieser Zuführung wird eine gezielte Beaufschlagung hoch beanspruchter Teile der Turbinenschaufel mit einem Kühlmedium ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt eine zweite Zuführung im wesentlichen parallel zur Längsachse der Turbinenschaufel vorgesehen. Die beiden Zuführungen können dann mit unterschiedlichen Kühlmedien beaufschlagt werden. Dieser Unterschied kann insbesondere im Druck und/oder der Temperatur des jeweils zugeführten Kühlmittels liegen. Es ergibt sich somit eine gezielte, hoch effiziente Kühlung einzelner Teile der Turbinenschaufel.
Es können mehrere Ansätze und entsprechend mehrere derartige Zuführungen vorgesehen werden. Die Zuführungen können an einer Vorderkante, einer Hinterkante oder beiden Kanten der Turbinenschaufel angeordnet werden. Durch die gezielte Anordnung kann die Turbinenschaufel optimal gekühlt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die winklig zur Längsachse verlaufende Zuführung sich verjüngend ausgebildet, insbesondere konisch. Sie weist dann einen relativ großen Eintrittsquerschnitt auf. Das Kühlmedium kann daher mit vergleichsweise geringem Druck zur Zuführung geleitet werden und wird beim Einströmen verdichtet. Die Zuführung ist so gestaltet, daß Strömungsverluste minimiert werden.
Durch die vorteilhafte senkrecht zur Längsachse der Turbinenschaufel verlaufende Zuführung steht ausreichend Bauraum zur Verfügung. Eine komplizierte, das Material schwächende Anordnung der beiden Zuführungen etwa parallel zur Längsachse der Turbinenschaufel kann unterbleiben.
Vorteilhaft ist die in Axialrichtung verlaufende Zuführung zwischen einer Plattform und einem Tragflügelprofil der Turbinenschaufel angeordnet. Das über diese Zuführung zugeführte Kühlmedium kann somit direkt in Kammern des Tragflügelprofils eintreten. Zur Kühlung der Plattform dient dann die zweite, im wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufende Zuführung.
Die erfindungsgemäße vorgesehene Aufteilung des Kühlmediums ist insbesondere bei einer Turbinenschaufel vorteilhaft, die mindestens zwei Kammern aufweist. Die erste Kammer steht dann mit der ersten Zuführung und die zweite Kammer mit der zweiten Zuführung in Verbindung. Die erste Kammer ist hierbei vorteilhaft im Bereich einer Vorderkante der Turbinenschaufel angeordnet.
Diese im Bereich der Vorderkante angeordnete Kammer hat im allgemeinen einen höheren Kühlbedarf als die zweite Kammer. Falls die Vorderkante mit Öffnungen versehen ist, durch die das Kühlmedium austreten kann, muß darüber hinaus eine Beaufschlagung mit einem Kühlmedium höheren Drucks erfolgen. Grund hierfür ist, daß das Kühlmedium zum Ausströmen aus der ersten Kammer den Stahldruck des durch die Turbine strömenden Medium überwinden muß. Erfindungsgemäß kann nun die erste Kammer über die erste Zuführung mit einem Kühlmedium mit höherem Druck als die zweite Kammer beaufschlagt werden. Diese erste Kammer kann somit gezielt stärker gekühlt werden. Dieser Kühlaufwand ist für die zweite Kammer nicht erforderlich. Es kann daher der Verbrauch des Kühlmediums optimiert und hierdurch der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine gezielte Kühlung der Hinterkante erfolgen.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt sind. Für gleiche und funktionsidentische Bauteile werden durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt:
  • Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gasturbine;
  • Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Turbinenleitschaufel gemäß Linie II-II in Figur 3;
  • Figur 3 einen Querschnitt durch eine Turbinenleitschaufel gemäß Linie III-III in Figur 2;
  • Figur 4 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels in einer Ansicht ähnlich Figur2;
  • Figur 5 eine Draufsicht auf eine Anordnung von Kernen zur Herstellung der Turbinenschaufel gemäß Figur 2;
  • Figur 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Figur 2; und
  • Figur 7 eine schematische Darstellung eines Kerns zur Herstellung einer Turbinenschaufel.
    • Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Gasturbine 10 mit einem Gehäuse 11 und einem Rotor 12. Am Gehäuse 11 sind Reihen von Leitschaufeln 13 und am Rotor 12 Reihen von Laufschaufeln 14 vorgesehen. Die Gasturbine 10 wird gemäß Pfeilrichtung 15 von einem Heißgas durchströmt, das den Rotor 12 in eine Drehung um seine Drehachse 16 in Pfeilrichtung 17 versetzt. Zur Kühlung dient ein Kühlmedium, das gemäß den Pfeilen 18, 19 zugeführt wird. Zur Vereinfachung ist diese Zuführung nur bei einer Leitschaufel 13 dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf eine Leitschaufel 13 beschränkt, sondern kann auch bei einer Laufschaufel 14 eingesetzt werden.
    Figur 2 zeigt einen Längsschnitt und Figur 3 einen Querschnitt durch eine Leitschaufel 13. Die Leitschaufel 13 weist eine Plattform 38 zur Befestigung am Gehäuse 11 und ein Tragflügelprofil 39 auf, das von dem Heißgas umströmt wird. Dieses Tragflügelprofil 39 wird von einer saugseitigen Wand 20 und einer druckseitigen Wand 21 gebildet. Zwischen den Wänden 20, 21 sind eine erste Kammer 22 und drei weitere, miteinander in Verbindung stehende Kammern 23, 24, 25 vorgesehen. Die einzelnen Kammern 22, 23, 24, 25 sind über Wände 26 voneinander getrennt. Zur Abdeckung dient eine nachträglich angebrachte Plattform 38, beispielsweise in Form eines Blechs oder Lochblechs. Die erste Kammer 22 ist hierbei an einer Vorderkante 32 des Tragflügelprofils 39 der Leitschaufel 13 angeordnet.
    Zur Beaufschlagung der Kammer 22 mit einem Kühlmedium dient ein Ansatz 30, der eine Zuführung für das Kühlmedium bildet. Die Kammer 23 wird über Öffnungen 31 mit einem Kühlmedium beaufschlagt, das nacheinander die erste Kammer 23 und dann die Kammern 24, 25 durchströmt. Die Öffnungen 34 bilden ebenfalls eine Zuführung. Das Kühlmedium wird der Kammer 22 gemäß Pfeilrichtung 18 etwa senkrecht zu einer Längsachse 37 der Leitschaufel 13 zugeführt. Die Beaufschlagung der Kammer 23 erfolgt gemäß Pfeilrichtung 19 etwa parallel zur Längsachse. Der Ansatz 30 ermöglicht eine Zuführung zwischen der Plattform 38 und dem Tragflügelprofil 39.
    Die Kammer 22 wird mit Kühlmedium eines höheren Drucks als die Kammer 23 beaufschlagt. Grund hierfür ist, daß diese Kammer 22 im Bereich der stark beanspruchten Vorderkante 32 der Leitschaufel 13 liegt. Das höhere Druckniveau ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Kammer 22 mit einer Reihe von Öffnungen 27, 28 versehen ist. Durch diese Öffnungen kann das Kühlmedium austreten und einen Kühlfilm bilden, der sich entlang der Wände 20, 21 im Bereich der Vorderkante 32 erstreckt. Da die Vorderkante 32 direkt von dem Heißgas angeströmt wird, muß nicht nur der statische Druck des Heißgases, sondern zusätzlich noch dessen Staudruck überwunden werden.
    Im Bereich einer Hinterkante 34 der Leitschaufel 13 ist ein Spalt 29 vorgesehen. Durch diesen Spalt tritt das der Kammer 23 zugeführte Kühlmedium aus. Da der Spalt 29 lediglich mit dem statischen Druck des Heißgases beaufschlagt wird, ist für die Kühlung der Kammern 23, 24, 25 ein geringerer Druck des Kühlmediums ausreichend.
    Bei der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 13, 14 wird somit die stärker beanspruchte Kammer 22 mit Kühlmedium eines höheren Drucks gekühlt als die weiteren Kammern 23, 24, 25. Für dieses Kühlmittel ist eine eigene Zuführung in Form des Ansatzes 30 vorgesehen. Diese Zuführung 30 verläuft winkelig zur Längsachse 37 der Turbinenschaufel 13, 14 und ist zwischen der Plattform 38 und dem Tragflügelprofil 39 angeordnet. Sie ist konisch ausgebildet und weist eine strömungsgünstige Form auf.
    Zur Beaufschlagung der weiteren Kammern 23, 24, 25 mit dem Kühlmedium ist eine eigene Zuführung 31 vorgesehen. Das Kühlmedium wird über diese Zuführung 31 im wesentlichen parallel zur Längsachse 37 zugeführt.
    Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Turbinenschaufel 13 in einer Ansicht ähnlich Figur 2. Diese Turbinenschaufel 13 weist zwei Ansätze 30a, 30b auf, von denen einer an der Vorderkante 32 und einer an der Hinterkante 33 angeordnet ist. Beide Ansätze 30a, 30b sind konisch und strömungsgünstig ausgebildet. Das über die Ansätze 30a, 30b zugeführte Kühlmedium beaufschlagt jeweils Kammern 22, 25, die im Bereich der Vorderkante 32 oder der Hinterkante 34 liegen. Der Mittelbereich mit den Kammer 23, 24 wird über eine Zuführung 31 im wesentlichen parallel zur Längsachse 37 beaufschlagt.
    Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf den zur Herstellung der in Figur 2 dargestellten Turbinenschaufel 13 verwendeten Kern 35a, 35b 35c und Figur 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI durch diese Turbinenschaufel 13. Der Ansatz 33 des Kerns 35a, 35b, 35c verjüngt sich, so daß sich auch der zur Zuführung dienende Ansatz 30 der Turbinenschaufel 13 verjüngt. Die Innenseite des Ansatzes 30 ist glatt ausgebildet, so daß der Strömungswiderstand minimiert wird.
    Figur 7 zeigt schematisch einen mehrteiligen Kern 35a, 35b, 35c in einer Form 40. Die Einzelteile 35a, 35b, 35c sind über Verbindungsstifte 36 relativ zueinander fixiert. Der Kern 35a, 35b, 35c ragt über die Form 40 hinaus und wird dort gehalten. Die sich ergebenden Öffnungen in der Turbinenschaufel 13, 14 werden nachträglich durch die Plattform 38 verschlossen.
    Die Ansätze 33a, 33b stehen nicht in Kontakt mit der Form 40. Der Kern35a, 35b, 35c kann sich daher wie bei den bekannten Verfahren beim Gießen bewegen.
    Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 13, 14 wird der dargestellte Kern 35a, 35b, 35c in die Form 40 eingebracht und die Form 40 geschlossen. Nach dem Einfüllen und Abkühlen des Materials wird die Form 40 geöffnet und die Turbinenschaufel 13, 14 zusammen mit dem Kern 35a, 35b, 35c entnommen. Anschließend wird der Kern 35a, 35b, 35c entfernt, beispielsweise ausgelaugt. Der Ansatz 30 der Turbinenschaufel 13, 14 ist dann zunächst noch verschlossen. Er wird durch eine geeignete Nachbearbeitung freigelegt. Die fertiggestellte Turbinenschaufel 13, 14 stellt dann eine Zuführung des Kühlmediums sowohl in axialer Richtung winkelig zur Längsachse 37 als auch parallel zur Längsachse 37 bereit.

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel (13; 14), die mindestens eine Kammer (22; 23, 24, 25) und mindestens eine Zuführung (30; 31) zur Beaufschlagung der Kammer (22; 23, 24, 25) mit einem Kühlmedium aufweist, wobei mindestens eine Zuführung (30) winklig zu einer Längsachse (37) der Turbinenschaufel (13; 14) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbilden der Zuführung (30) ein Kern (35) mit einem Ansatz (33) verwendet wird und der Ansatz (33) beabstandet zu einer Form (40) angeordnet wird, so daß die Zuführung (30) der Turbinenschaufel (13; 14) nach dem Entnehmen aus der Form (40) verschlossen ist, und daß eine Nachbearbeitung zum Freilegen der Zuführung (30) vorgenommen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Zuführung (31) vorgesehen wird.
    3. Turbinenschaufel, insbesondere für eine Gasturbine (10), die mindestens eine Kammer (22; 23, 24, 25) und mindestens eine Zuführung (30; 31) zur Beaufschlagung der Kammer (22; 23, 24, 25) mit einem Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (30) winklig zu einer Längsachse (37) der Turbinenschaufel (13; 14) und im wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung (15) eines Mediums durch die Turbine (10) verläuft.
    4. Turbinenschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet ,daß die Zuführung (30) an einer Vorderkante (32) und/oder einer Hinterkante (34) der Turbinenschaufel (13; 14) angeordnet ist.
    5. Turbinenschaufel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (30) etwa senkrecht zur Längsachse (37) der Turbinenschaufel (13; 14) verläuft.
    6. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (30) zwischen einer Plattform (38) und einem Tragflügelprofil (39) der Turbinenschaufel (13; 14) angeordnet ist.
    7. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (30) sich verjüngend ausgebildet ist, insbesondere konisch ausgebildet ist.
    8. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine zweite Zuführung (31) vorgesehen ist, die im wesentlichen parallel zur Längsachse (37) der Turbinenschaufel (13; 14) verläuft.
    9. Turbinenschaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kammern (22; 23, 24, 25) vorgesehen sind, wobei eine erste Kammer (22) mit der ersten Zuführung (30) und eine zweite Kammer (23, 24, 25) mit der zweiten Zuführung (31) in Verbindung steht.
    10. Turbinenschaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (30) im Bereich einer Vorderkante (32) oder einer Hinterkante (34) der Turbinenschaufel (13; 14) angeordnet ist.
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