CH695702A5

CH695702A5 - Turbine vane, for a gas turbine, has inner cooling channels in a serpentine structure, with flow connections through hairpin bends

Info

Publication number: CH695702A5
Application number: CH00054/02A
Authority: CH
Inventors: Norman Roeloffs; Samuel Miller
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2006-07-31

Abstract

The turbine vane (1), for a gas turbine, has inner cooling channels (15a-15c) in a serpentine configuration extending radially outwards and inwards. The channels have a flow link between them through hairpin bends (16,20) of 180[deg]. The hairpin bends are at the foot zone of the turbine vane, to connect a radially inwards channel with a radially outwards channel, through the side walls (15d,15e) of the coolant channel which is aligned radially inwards to the inner end of the vane foot (2). The bend is defined by an end plate (21) at the radially inner ends of the coolant channel side walls. Protective strips are placed at the casting where the channel openings are to be drilled by laser beams.

Description

       

  Technisches Gebiet der Erfindung

[0001] Diese Erfindung betrifft ein Gasturbinenschaufelblatt mit Kühlluftkanälen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Allgemeiner Stand der Technik

[0002] Turbinenschaufelblätter sind den sehr hohen Temperaturen des heissen Gases ausgesetzt, das die Turbine antreibt. Um Schäden an den Schaufelblättern aufgrund der hohen Temperaturen zu vermeiden und um eine angemessene Lebensdauer sicherzustellen, werden die Schaufelblätter äusserlich und innerlich durch ein Kühlmedium gekühlt, typischerweise durch Kühlluft, die von dem Kompressor der Gasturbine abgezapft wird. Innerliches Kühlen des Schaufelblatts wird durch mehrere Kanäle innerhalb des Schaufelblatts zwischen der druckseitigen Wand und der saugseitigen Wand des Schaufelblatts realisiert.

   Die Kanäle erstrecken sich typischerweise längs der Spannweite vom Fuss des Schaufelblatts zu seiner Spitze. Einige der Kanäle bestehen aus einem einzigen Kanal mit einer Auslassöffnung nahe der Spitze des Schaufelblatts und/oder mehreren Grenzschichtkühlungslöchern auf den Kanten oder der Seitenwand des Schaufelblatts. Andere Kanäle folgen einem schlangenlinienförmigen Weg, wodurch sie es der Kühlluft erlauben, zum Beispiel vom Fuss zur Spitze und um eine 180  -Kehre zu strömen. Von der Spitze verläuft sie zum Fuss und um eine weitere 180  -Kehre, die sie wiederum zur Spitze hin lenkt, wo sie schliesslich durch Austrittsöffnungen oder Grenzschichtkühlungslöcher austritt. Kühlkanäle dieser Art sind zum Beispiel in der US 5 403 159 offenbart.

   Sie ermöglichen einen hohen inneren Wärmeübergang mit einer minimalen Menge von Kühlluft.

[0003] Fig. 1 zeigt einen radialen Querschnitt eines typischen Schaufelblatts 1 gemäss dem Stand der Technik mit mehreren inneren Kanälen, die radial zwischen dem Fuss 2 und der Spitze 3 des Schaufelblatts 1 verlaufen. Ein erster innerer Kanal 4 verläuft von einer Eintrittsöffnung 5 in dem Fuss 2 radial nach aussen zur Spitze 3 des Schaufelblatts. Kühlluft kann von dem Fuss 2 durch den Kanal strömen und durch mehrere Kühlschlitze 6 längs der Hinterkante 7 sowie durch ein Spitzenloch 8 austreten. Ein zweiter innerer Kanal 10 verläuft von einer Eintrittsöffnung 11 radial längs der Vorderkante 12 des Schaufelblatts nach aussen.

   Kühlluft strömt durch diesen Kanal 10 und tritt durch ein Spitzenloch 13 und durch mehrere Reihen von Grenzschichtkühlungslöchern 31 aus, die durch die Vorderkante 12 des Schaufelblatts gebohrt sind. Ein schlangenlinienförmiger Kanal umfasst eine Eintrittsöffnung 14 am radial inneren Ende des Fusses und einen radial nach aussen verlaufenden ersten Kanal 15a mit einem Spitzenloch 17. An der Spitze führt eine 180  -Kehre 16 zu einem Kanal 15b, der radial nach innen verläuft. Am radial inneren Ende des Kanals führt eine zweite 180  -Kehre 18 zu einem dritten Kanal 15c, der radial nach aussen zu einem Spitzenloch 19 führt.

   Durch die geraden und schlangenlinienförmigen Kanäle strömende Kühlluft kühlt das Schaufelblatt von innen durch Aufprallkühlung und tritt durch die Grenzschichtkühlungslöcher auf den Kanten des Schaufelblatts 1 und/oder durch die Spitzenlöcher aus. Andere typische Schaufelblätter weisen mehrere schlangenlinienförmige Kühlkanäle oder Kühlkanäle mit fünf Kanälen und fünf Kehren auf.

[0004] Schaufelblätter mit einer inneren schlangenlinienförmigen Geometrie für die Kühlkanäle werden typischerweise durch ein Investmentgussverfahren hergestellt, das einen Keramikkern einsetzt, um die einzelnen inneren Kanäle zu definieren. Nach dem Giessen wird der Keramikkern aus dem Schaufelblatt durch ein Auslaugverfahren entfernt.

   Die Grenzschichtkühlungslöcher auf den Kanten und Seitenwänden des Schaufelblatts werden anschliessend durch ein Laserbohrverfahren hergestellt. Dieses Verfahren beinhaltet das Einsetzen eines Abschirm- oder Sperrmaterials, das die Laserstrahlung auf die gewünschten Orte der Grenzschichtkühlungslöcher begrenzt und eine Schädigung der Kanalwände oder anderer innerer Flächen des Schaufelblatts verhindert. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der US 5 773 790 beschrieben.

   Es verwendet Wachsmaterial als Sperrmaterial.

[0005] Während des Vorgangs des Giessens der inneren Kanäle ist es infolge thermischer Spannungen, die durch unterschiedliche Aufwärm- und Abkühlgeschwindigkeiten des Kerns und des umgebenden Metalls verursacht werden, oft schwierig, die Separation der Kanäle in den Kernen aufrechtzuerhalten.

[0006] Eine geläufige Praxis zur Aufrechterhaltung der Separation der schlangenlinienförmigen Kanäle 15a, b, c und zur Halterung des Kerns während des Giessverfahrens verwendet einen konisch geformten Durchbruch im Kern ein. Diese konischen Durchbrüche werden als Teil des Kerns ausgebildet und verlaufen vom Fuss durch eine Öffnung in der Wand der 180  -Kehre 18 und in die Kanäle 15b und 15c hinein.

   Nachdem das Teil gegossen und der Kern ausgelaugt ist, wird der konische Durchbruch mit einem kugelförmigen Stopfen 30 abgeschlossen, der festgelötet wird.

[0007] Der konische Durchbruch hält eine nahezu konstante Querschnittsfläche und einen nahezu konstanten Radius der Aussenwand durch die 180  -Kehre hindurch aufrecht, um den Druckabfall zu minimieren. Typische gemessene Druckabfälle über die Kehren betragen üblicherweise mehr als das 1,5-fache des dynamischen Drucks des in die Kehre eintretenden Kühlluftstroms.

   Der konische Durchbruch weist jedoch am Kern einen Schwachpunkt auf, an dem es brechen kann, woraus sich eine Bewegung der Kanäle 15b und 15c, der Kehre 18 und des Fussbereichs des Kanals 15a ergibt.

[0008] Nach dem Giessvorgang und dem Auslaugen des Kernmaterials muss für das Laserbohren der Grenzschichtkühlungslöcher ein Abblockmaterial in die Kühlkanäle eingesetzt werden. Da die Kanäle 15b und 15c, die den 180  -Kehren folgen, von keinem der beiden Enden einfach zugänglich ist, ist es schwierig, diese Kanäle mit Abblockmaterial zu füllen. In der derzeitigen Praxis wird dieses Problem durch die Verwendung eines flüssigen Wachses umgangen, das typischerweise heiss in die Öffnung 14 injiziert wird, bis Wachs aus dem Spitzenloch 19 austritt.

   Nach dem Abschluss des Laserbohrens, wird das wächserne Abblockmaterial aus dem Schaufelblatt durch Erwärmen des Schaufelblatts und Verbrennen des Wachses entfernt. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass die Verwendung von Wachs als Abblockmaterial die Laserenergie nicht hinreichend absorbiert und daher nur einen begrenzten Schutz vor einem sogenannten Rückwandauftreffen bereitstellt.

Darstellung der Erfindung

[0009] Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schaufelblatt und ein Verfahren zur Herstellung dieses Schaufelblatts zu schaffen, das interne Kühlfluidkanäle aufweist, die einen schlangenlinienförmigen Pfad bilden, der einen oder mehrere radial nach aussen verlaufende Kanäle und einen oder mehrere radial nach innen verlaufende Kanäle aufweist, die durch Kehren von annähernd 180 deg. verbunden sind.

   Eine Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Schaufelblatt und ein Verfahren zur Herstellung dieses Schaufelblatts bereitzustellen, das eine verbesserte Einhaltung der Kanalseparation während des Giessverfahrens und die Verwendung eines Sperrmaterials für einen Laserbohrvorgang ermöglicht, das eine grössere Abschirmung verglichen mit dem bei derzeitigen Herstellungsverfahren verwendeten Sperrmaterial bereitstellt.

[0010] Die Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 definiert.

[0011] Ein Schaufelblatt umfasst auf schlangenlinienförmige Art angeordnete, interne Kühlluftkanäle mit einem oder mehreren radial nach aussen verlaufenden Kanälen, einem oder mehreren radial nach innen verlaufenden Kanälen und Kehren von annähernd 180  ,

   die für eine Fliessverbindung zwischen einem radial nach innen verlaufenden Kanal und einem radial nach aussen verlaufenden Kanal sorgen. Ein in einem schlangenlinienförmigen Kanal radial nach innen verlaufender Kanal wird durch die Innenflächen der druck- und saugseitigen Wand des Schaufelblatts, eine erste Wand und eine zweite Wand begrenzt, die ihn von benachbarten Kanälen trennt. Ein in einem schlangenlinienförmigen Kanal radial nach aussen verlaufender Kanal, der dem radial nach innen verlaufenden Kanal in Richtung des Kühlluftstroms folgt, wird durch die Innenflächen der druck- und saugseitigen Wand des Schaufelblatts, die vorgenannte zweite Wand und eine dritte Wand begrenzt.

   Diese dritte Wand kann eine Trennwand zu einem weiteren Kühlkanal oder zu der Vorder- oder Hinterkantenwand des Schaufelblatts sein.

[0012] Erfindungsgemäss steht jeder radial nach innen verlaufende Kanal mit dem in Richtung des Kühlfluidstroms nächsten radial nach aussen verlaufenden Kanal mittels einer Kehre im Fussbereich des Schaufelblatts in Fliessverbindung. Diese Kehre im Fussbereich wird durch die erste Wand des radial nach innen verlaufenden Kanals und die dritte Wand des radial nach aussen verlaufenden Kanals begrenzt, die beide zu dem radial inneren Ende des Fusses des Schaufelblatts verlaufen.

   Die Kehre wird ausserdem durch ein Bauteil begrenzt, das die Kehre am radial inneren Ende des Fusses des Schaufelblatts abschliesst und an den radial inneren Enden der ersten und dritten Wand der Kanäle angebracht ist.

[0013] Der radial nach innen verlaufende Kanal und der radial nach aussen verlaufende Kanal werden somit unter der Plattform des Schaufelblatts zusammengeführt. Es besteht daher keine Notwendigkeit für eine gekrümmte Aussenwand für eine Kehre auf Höhe der Schaufelblattplattform.

   Diese Geometrie für ein Schaufelblatt vermeidet eine 180  -Kehre mit einer gekrümmten Seitenwand und vermeidet insgesamt die Notwendigkeit eines Lochs zur Einführung eines konischen Durchbruchs und des nachfolgenden Verschlusses mit einer Kugelverlötung.

[0014] Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung des Schaufelblatts wird ein Keramikkern zum Giessen der inneren Kanäle zwischen der druck- und saugseitigen Wand des Schaufelblatts verwendet. Mittels des Keramikkerns wird beim Giessvorgang die Kehre im Fussbereich am radial inneren Ende des Fusses des Schaufelblatts ausgeprägt. Nach dem Giessvorgang wird das Keramikmaterial aus dem gegossenen Schaufelblatt ausgelaugt. Danach werden PTFE- oder Teflonstreifen in die Kanäle eingeführt und Grenzschichtkühlungslöcher gebohrt.

   Während des Bohrvorgangs schützen die Teflonstreifen das umgebende Gussmaterial gegen die Laserstrahlung. Nach dem Bohrvorgang werden die Teflonstreifen entfernt und ein Bauteil am Ende der Kehre im Fussbereich platziert, um diese abzuschliessen.

[0015] Die Kehre im Fussbereich weist während des Giessvorgangs ein offenes Ende auf, das einen guten Zugang zur Anbringung zusätzlicher Kernträger in dem Bereich der Kehre ermöglicht. Dies sorgt für eine bessere Kontrolle über die Wandseparation und des Ortes der Kehre.

   Nach dem Giessvorgang und der Entfernung des Kerns ermöglicht das offene Ende einen ausgezeichneten Zugang zur Einführung eines Sperrmaterials, das erforderlich ist, um das Laserbohren der Grenzschichtkühlungslöcher durchzuführen.

[0016] Dieses Sperrmaterial ist nicht notwendigerweise fliessend wie beispielsweise ein wächsernes Material, sondern kann stattdessen aus einem steiferen Material bestehen, wie beispielsweise Streifen aus Teflon (PTFE). Teflon ermöglicht eine verbesserte Abschirmung verglichen mit dem wächsernen Material, das derzeit in der Praxis eingesetzt wird.

   Nach dem Laserbohrvorgang werden die Teflonstreifen wieder einfach entfernt, worauf jede Kehre im Fussbereich mit einem Bauteil verschlossen wird, wie beispielsweise einer Endplatte, die an die radial inneren Enden der Seitenwände der durch die Kehre im Fussbereieh verbundenen schlangenlinienförmigen Kanäle angeschweisst oder angelötet wird.

[0017] Die Kehren mit offenem Ende erlauben ausserdem ein verbessertes Auslaugen des Kernmaterials nach dem Giessvorgang.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0018] 
<tb>Fig. 1<sep>zeigt einen Längsschnitt eines Schaufelblatts gemäss dem Stand der Technik, das gemäss derzeitiger Praxis hergestellt ist,


  <tb>Fig. 2a<sep>zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemässen Schaufelblatts längs der Spannweite mit mehreren Kehren im Fussbereich, die radial nach innen verlaufende Kanäle mit radial nach aussen verlaufenden Kanälen verbinden,


  <tb>Fig. 2b<sep>zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemässen Schaufelblatts mit einer grösseren Zahl innerer Kanäle und Kehren im Fussbereich.

Ausführung der Erfindung

[0019] Fig. 1 ist als Teil des Standes der Technik oben beschrieben worden.

[0020] Fig. 2a zeigte ein Schaufelblatt 1 einer ähnlichen Bauform wie in Fig. 1. Es erstreckt sich vom Fuss 2 zur Spitze 3 und umfasst mehrere innere Kanäle. Ein Kanal 4 mit einem einzelnen Gang verläuft von der Öffnung 5 für Kühlluft am Fuss 2 radial nach aussen zur Spitze 3. Kühlluft kann durch Kühlschlitze 6 längs der Hinterkante 7 und ein Spitzenloch 8 austreten. Ein zweiter eingängiger Kanal 10 verläuft längs der Vorderkante 12 von der Eintrittsöffnung 11 zur Spitze, wo sie ein Spitzenloch 13 für die Kühlluft aufweist.

   Ein dreigängiger Kanal besteht in diesem Beispiel der Erfindung aus einer Eintrittsöffnung 14 für Kühlluft am Fuss des Schaufelblatts, aus Kanälen 15a und b, die durch eine 180  -Kehre 16 im Fussbereich in Fliessverbindung stehen, und einem Kanal 15c, der durch die zweite 180  -Kehre 20 im Fussbereich in Fliessverbindung mit Kanal 15b steht. Der radial nach innen verlaufende Kanal 15b wird von den Innenflächen der druck- und saugseitigen Wände des Schaufelblatts und einer ersten Wand 15d, die ihn von dem stromaufwärtigen und radial nach aussen verlaufenden Kanal 15a trennt, und schliesslich von einer zweiten Wand 15f gebildet, die ihn von dem stromabwärtigen und radial nach aussen verlaufenden Kanal 15c trennt. Die 180  -Kehre 20 erstreckt sich erfindungsgemäss zum radial inneren Ende des Fusses 2 bis auf die Höhe der Eintrittsöffnungen 5, 11 und 14.

   Sie wird von den Innenflächen der druck- und saugseitigen Wand und den radial nach innen verlaufenden Fortsätzen der Wände 15d und 15e gebildet. Der radial nach aussen verlaufende Kanal 15c des schlangenlinienförmigen Kanals wird durch eine Seite der Seitenwand 15e begrenzt, die ihn vom Kühlkanal 10 trennt.

[0021] Der gezeigte, zum Giessen des Schaufelblatts verwendete Keramikkern ermöglicht eine verbesserte Genauigkeit bei der Einhaltung der Wandseparation während des Giessens. Ausserdem ermöglicht die offene Kehre und daher das Fehlen eines blinden Kanals die Verwendung zusätzlicher Kernhalter und einen einfachen Zugang zu deren Einführung.

   Der Druckabfall um die Kehre 20 im Fussbereich für dieses Schaufelblatt herum ist annähernd der gleiche wie der für das in Fig. 1 gezeigte Schaufelblatt des Standes der Technik.

[0022] Nach dem Giessvorgang und der Entfernung des Keramikkerns durch Auslaugen werden feste Bögen aus Teflon oder PTFE als Abschirmmaterial für das Laserbohren eingeführt. Die festen Teflonbögen sorgen im Vergleich zu dem in der derzeitigen Praxis verwendeten Wachsmaterial für einen besseren Schutz des Schaufelblattmaterials, das die zu bohrenden Grenzschichtkühlungslöcher umgibt.

[0023] Die Kehre 20 im Fussbereich wird schliesslich mittels einer Endplatte 21 verschlossen, die an das radial innere Ende der Kanalwände 15d und 15e der Kanäle 15b und 15c angeschweisst oder angelötet wird.

[0024] Fig. 2b zeigt ein ähnliches Schaufelblatt wie das in Fig. 2a.

   Die Bezugszeichen in dieser Figur beziehen sich auf gleiche Komponenten wie die in Fig. 2a. Das Schaufelblatt umfasst einen zusätzlichen, dreigängigen, schlangenlinienförmigen Kanal 26a,b,c mit Wänden 26d,e,f und einer Kehre 25 im Fussbereich. Die erste Kehre 20 führt den radial nach innen verlaufenden Kanal 15b und den radial nach aussen verlaufenden Kanal 15c zusammen. Die Kehre 25 führt Kanäle 26b und 26c zusammen. Die Kehre 25 wird durch eine Endplatte 22 abgeschlossen, die an den radial inneren Enden der Wände 26d und 26e der Kanäle 26b und c angebracht ist.

[0025] Die erfindungsgemässen Kehren im Fussbereich sind nicht nur bei eingängigen oder mehreren dreigängigen Kanälen wie in den Fig. 2a und 2b anwendbar, sondern auch bei Schaufelblättern mit fünf- und mehrgängigen Kanälen.



  Technical field of the invention

This invention relates to a gas turbine blade with cooling air channels according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing the same.

General state of the art

Turbine blades are exposed to the very high temperatures of the hot gas that drives the turbine. In order to avoid blade damage due to high temperatures and to ensure adequate life, the blades are cooled externally and internally by a cooling medium, typically by cooling air tapped from the compressor of the gas turbine. Internal cooling of the airfoil is realized by multiple channels within the airfoil between the pressure-side wall and the suction-side wall of the airfoil.

   The channels typically extend along the span from the root of the airfoil to its tip. Some of the channels consist of a single channel with an outlet opening near the tip of the airfoil and / or multiple boundary layer cooling holes on the edges or sidewall of the airfoil. Other channels follow a serpentine path, allowing the cooling air to pass, for example from the foot to the top, and to make a 180 turn. From the top it runs to the foot and another 180 turn, which in turn directs it to the top, where it finally emerges through outlet openings or boundary layer cooling holes. Cooling channels of this type are disclosed, for example, in US 5,403,159.

   They allow a high internal heat transfer with a minimum amount of cooling air.

Fig. 1 shows a radial cross-section of a typical prior art airfoil 1 having a plurality of inner channels extending radially between the foot 2 and the tip 3 of the airfoil 1. A first inner channel 4 extends radially outwardly from an inlet opening 5 in the foot 2 to the tip 3 of the airfoil. Cooling air can flow from the foot 2 through the channel and exit through a plurality of cooling slots 6 along the trailing edge 7 and through a tip hole 8. A second inner channel 10 extends radially outward from an inlet opening 11 along the leading edge 12 of the airfoil.

   Cooling air flows through this channel 10 and exits through a tip hole 13 and through several rows of boundary layer cooling holes 31 drilled through the leading edge 12 of the airfoil. A serpentine channel includes an inlet opening 14 at the radially inner end of the foot and a radially outwardly extending first channel 15a having a tip hole 17. At the tip, a 180-turn 16 leads to a channel 15b which extends radially inwardly. At the radially inner end of the channel, a second 180-turn 18 leads to a third channel 15 c, which leads radially outward to a tip hole 19.

   Cooling air flowing through the straight and serpentine channels cools the airfoil from the inside by impingement cooling and exits through the boundary layer cooling holes on the edges of the airfoil 1 and / or through the top holes. Other typical airfoils have multiple serpentine cooling channels or cooling channels with five channels and five turns.

Blades having an inner serpentine geometry for the cooling channels are typically made by an investment casting process that employs a ceramic core to define the individual inner channels. After casting, the ceramic core is removed from the airfoil by a leaching process.

   The boundary layer cooling holes on the edges and sidewalls of the airfoil are then made by a laser drilling process. This method involves the insertion of a shielding or barrier material that limits laser radiation to the desired locations of the interface cooling holes and prevents damage to the channel walls or other interior surfaces of the airfoil. Such a method is described for example in US Pat. No. 5,773,790.

   It uses wax material as a barrier material.

During the process of casting the inner channels, it is often difficult to maintain the separation of the channels in the cores due to thermal stresses caused by different heating and cooling rates of the core and the surrounding metal.

A common practice for maintaining the separation of the serpentine channels 15a, b, c and for holding the core during the casting process employs a conically shaped aperture in the core. These conical apertures are formed as part of the core and extend from the foot through an opening in the wall of the 180 turn 18 and into the channels 15b and 15c.

   After the part has been cast and the core leached, the conical breakthrough is completed with a spherical plug 30 which is soldered.

The conical breakthrough maintains a nearly constant cross-sectional area and a nearly constant radius of the outer wall through the 180 turn upright to minimize the pressure drop. Typical measured pressure drops across the turns are typically more than 1.5 times the dynamic pressure of the cooling air flow entering the turn.

   However, the conical breakthrough has a weak point at the core where it can break, resulting in movement of the channels 15b and 15c, the turn 18 and the foot portion of the channel 15a.

After the casting process and the leaching of the core material, a blocking material must be inserted into the cooling channels for the laser drilling of the boundary layer cooling holes. Since the channels 15b and 15c following the 180 ears are not easily accessible from either end, it is difficult to fill these channels with blocking material. In current practice, this problem is circumvented by the use of a liquid wax, which is typically injected hot into the opening 14 until wax emerges from the tip hole 19.

   Upon completion of the laser drilling, the waxy blocking material is removed from the airfoil by heating the airfoil and burning the wax. In practice, however, it has been found that the use of wax as a blocking material does not sufficiently absorb the laser energy and therefore provides only limited protection against so-called back wall impact.

Presentation of the invention

An object of the invention is to provide an airfoil and a method of making this airfoil having internal cooling fluid channels forming a serpentine path having one or more radially outwardly extending channels and one or more radially inwardly extending channels Has channels by sweeping of approximately 180 deg. are connected.

   More particularly, it is an object of the invention to provide an airfoil and method of making this airfoil that allows for improved channel separation during the casting process and the use of a laser drilling barrier material that provides greater shielding compared to the barrier material used in current manufacturing processes provides.

The invention is defined by the features of patent claim 1.

An airfoil comprises serially arranged internal cooling air channels with one or more radially outwardly extending channels, one or more radially inwardly extending channels, and sweeps of approximately 180,

   which provide for a flow connection between a radially inwardly extending channel and a radially outwardly extending channel. A channel extending radially inwardly in a serpentine channel is bounded by the inner surfaces of the pressure and suction side wall of the airfoil, a first wall and a second wall separating it from adjacent channels. A channel extending radially outwardly in a serpentine channel, which follows the radially inward channel in the direction of the cooling air flow, is bounded by the inner surfaces of the pressure and suction side wall of the airfoil, the aforementioned second wall and a third wall.

   This third wall may be a partition wall to another cooling channel or to the front or rear edge wall of the airfoil.

According to the invention, each radially inwardly extending channel is in fluid communication with the next radially outwardly extending channel in the direction of the cooling fluid flow by means of a turn in the foot region of the blade. This turn in the foot region is bounded by the first wall of the radially inwardly extending channel and the third wall of the radially outwardly extending channel, both of which extend to the radially inner end of the foot of the airfoil.

   The turn is further limited by a member that closes the turn at the radially inner end of the foot of the airfoil and is attached to the radially inner ends of the first and third walls of the channels.

The radially inwardly extending channel and the radially outwardly extending channel are thus brought together under the platform of the airfoil. There is therefore no need for a curved outer wall for a turn at the level of the airfoil platform.

   This geometry for an airfoil avoids 180 turn with a curved sidewall and eliminates the overall need for a hole to introduce a conical breakthrough and subsequent closure with ball soldering.

In a method according to the invention for producing the airfoil, a ceramic core is used for casting the inner channels between the pressure and suction side wall of the airfoil. By means of the ceramic core, the turn in the foot region at the radially inner end of the foot of the airfoil is pronounced during the casting process. After the casting process, the ceramic material is leached from the cast airfoil. Thereafter, PTFE or Teflon strips are inserted into the channels and boundary layer cooling holes are drilled.

   During the drilling process, the teflon strips protect the surrounding casting material against the laser radiation. After the drilling process, the Teflon strips are removed and a component placed at the end of the turn in the foot area, to complete this.

The turn in the foot region has an open end during the casting process, which allows good access to the attachment of additional core carrier in the region of the turn. This provides better control over the wall separation and the location of the turn.

   After the casting process and removal of the core, the open end provides excellent access to the introduction of a barrier material required to laser drill the boundary layer cooling holes.

This barrier material is not necessarily fluid, such as a waxy material, but may instead be made of a stiffer material, such as strips of Teflon (PTFE). Teflon provides improved shielding compared to the waxy material currently used in practice.

   After the laser drilling operation, the teflon strips are simply removed again, whereupon each turn in the foot region is closed with a component, such as an end plate, which is welded or soldered to the radially inner ends of the sidewalls of the serpentine channels connected by the turn in the foot.

The sweeping with an open end also allow an improved leaching of the core material after the casting process.

Brief description of the figures

[0018]
<Tb> FIG. Fig. 1 <sep> shows a longitudinal section of a prior art airfoil made in accordance with current practice;


  <Tb> FIG. 2a shows a longitudinal section of a blade according to the invention along the span with a plurality of turns in the foot region, connecting the channels running radially inwards with radially outwardly extending channels, FIG.


  <Tb> FIG. 2b shows a longitudinal section of an inventive blade with a larger number of inner channels and sweeping in the foot area.

Embodiment of the invention

Fig. 1 has been described as part of the prior art above.

Fig. 2a shows an airfoil 1 of a similar construction as in Fig. 1. It extends from the foot 2 to the top 3 and comprises a plurality of inner channels. A single passage duct 4 extends radially outwardly from the cooling air opening 5 on the foot 2 to the top 3. Cooling air may exit through cooling slots 6 along the trailing edge 7 and a tip hole 8. A second single-channel 10 extends along the leading edge 12 from the inlet 11 to the top, where it has a tip hole 13 for the cooling air.

   A three-flighted channel, in this example of the invention, consists of an inlet opening 14 for cooling air at the foot of the airfoil, channels 15a and b in flow communication through a 180-turn 16 in the foot region, and a passage 15c formed through the second 180-. Turn 20 in the foot area in fluid communication with channel 15b. The radially inwardly extending channel 15b is formed by the inner surfaces of the pressure and suction side walls of the airfoil and a first wall 15d separating it from the upstream and radially outward channels 15a and finally by a second wall 15f which separates it from the downstream and radially outward passage 15c separates. The 180 turn 20 according to the invention extends to the radially inner end of the foot 2 up to the height of the inlet openings 5, 11 and 14th

   It is formed by the inner surfaces of the pressure and suction side wall and the radially inwardly extending projections of the walls 15d and 15e. The radially outwardly extending channel 15c of the serpentine channel is bounded by a side of the side wall 15e which separates it from the cooling channel 10.

The ceramic core used to cast the airfoil provides improved accuracy in maintaining wall separation during casting. In addition, the open loop, and therefore the lack of a blind channel, allows the use of additional core holders and easy access to their insertion.

   The pressure drop around the turn 20 in the foot region for this airfoil is approximately the same as that for the airfoil of the prior art shown in FIG.

After the casting process and the removal of the ceramic core by leaching solid sheets of Teflon or PTFE are introduced as a shielding material for laser drilling. The solid Teflon sheets provide better protection of the airfoil material surrounding the boundary layer cooling holes to be drilled as compared to the wax material used in current practice.

The turn 20 in the foot region is finally closed by means of an end plate 21 which is welded or soldered to the radially inner end of the channel walls 15d and 15e of the channels 15b and 15c.

Fig. 2b shows a similar airfoil as that in Fig. 2a.

   The reference numerals in this figure refer to the same components as those in Fig. 2a. The airfoil comprises an additional, three-flight, serpentine channel 26a, b, c with walls 26d, e, f and a turn 25 in the foot region. The first turn 20 merges the radially inwardly extending channel 15b and the radially outwardly extending channel 15c. The turn 25 leads channels 26b and 26c together. The turn 25 is terminated by an end plate 22 which is attached to the radially inner ends of the walls 26d and 26e of the channels 26b and c.

The inventive sweeps in the foot are applicable not only in catchy or several three-speed channels as in Figs. 2a and 2b, but also in blades with five- and multi-course channels.

Claims

A gas turbine blade (1) having arranged in a serpentine manner internal cooling air channels (15a, b, c, 26a, b, c) with one or more radially outwardly extending channels (15a, c, 26a, c), one or more radially to inwardly extending channels (15b, 26b) and turns (16, 18, 20, 25) of approximately 180, through which the radially inwardly extending channels (15b, 26b) are in fluid communication with the radially outwardly extending channels (15a, c, 26a, c), with each serpentine channel (15a-c, 26a-c) having a radially inwardly extending channel (15b, 26b) through the inner surfaces of the pressure and suction side wall of the airfoil, a first wall (15d, 26d ) and a second wall (15e, 26e) separating the radially inwardly extending channel (15b, 26b) from a radially outwardly extending channel (15a, c, 26a, c),

the radially inwardly extending channel (15b, 26b) follows in the direction of the cooling air flow, and wherein a radially outwardly extending channel (15c, 26c) through the inner surfaces of the pressure and suction side wall of the airfoil, the second wall (15e, 26e ) of the radially inwardly extending channel (15b, 26b) and a third wall (15f, 26f) is limited, characterized in that the turn (20, 25), for the flow connection between a radially inwardly extending channel (15b, 26b) and the next radially outwardly extending channel (15c, 26c) in the direction of the cooling air flow, is bounded by the first wall (15d, 26d) and the third wall (15e, 26e), the first and third walls (15d , e, 26d, e) extend radially inwards to the radially inner end of the foot (2) of the blade (1), and in that the turn (20, 25)

at the radially inner end of the foot (2) is closed by means of a component (21, 22) connecting the ends of the first and third walls (15d, e, 26d, e).

Second blade (1) according to claim 1, characterized in that the turn (20, 25) of an end plate (21, 22) is completed, at the radially inner ends of the first wall (15d, 15e) and the third wall (15e, 26e) of the serpentine channel (15a-c, 26a-c) is attached.

3. A method for producing a gas turbine blade (1) according to claim 1, wherein a ceramic core is used for casting the inner channels of the airfoil, by means of which to the radially inner end of the foot of the airfoil extending turn (20, 25) is pronounced in which the ceramic material is leached from the cast airfoil and teflon strips are introduced into the channels through the open end of the turn (20, 25), and wherein the boundary layer cooling holes are formed by a laser drilling process, the teflon strips providing protection against the laser radiation and the teflon strips are thereafter removed from the inner channels, and an end plate (21, 22) is attached to the radially inner ends of the first and second inner channel walls (15d, e, 26d, e) Turn (20, 25)

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