CH700320A1

CH700320A1 - Verfahren zum herstellen eines bauteils einer gasturbine.

Info

Publication number: CH700320A1
Application number: CH00141/09A
Authority: CH
Inventors: Brian Kenneth Wardle; Thomas Dr Heinz-Schwarzmaier; Joerg Dr Krueckels
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-07-30
Also published as: WO2010086402A3; WO2010086402A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10) einer Gasturbine, welches Bauteil (10) eine dem Heissgas der Gasturbine ausgesetzte, thermisch hoch belastete Plattform (12) aufweist, durch welche in der Plattformebene liegende Kühlversorgungskanäle (15), die zur Versorgung von an einer Oberfläche der Plattform (12) in einem Auslass (18) mündenden und für eine Filmkühlung der Plattformoberfläche eingesetzten Kühlbohrungen (17) vorgesehen sind, verlaufen, bei welchem Verfahren das Bauteil (10) in einem Giessverfahren hergestellt wird. Bei einem solchen Verfahren wird der Bearbeitungsaufwand dadurch deutlich reduziert, dass die Kühlversorgungskanäle (15) ebenfalls giesstechnisch hergestellt werden.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinen. Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Gasturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Gasturbinen werden zur Steigerung des Wirkungsgrades für immer höhere Betriebstemperaturen ausgelegt. Besonderen thermischen Belastungen ausgesetzt sind dabei vor allem die Bauteile bzw. Bauelemente im Bereich der Brennkammer sowie die Lauf- und Leitschaufeln der nachfolgenden Turbine einschliesslich der übrigen, den Heissgaskanal begrenzenden Elemente. Die auftretenden thermischen Belastungen lassen sich wirkungsvoll begegnen, wenn einerseits besonders widerstandsfähige Werkstoffe, wie z.B. Nickelbasislegierungen, eingesetzt werden. Andererseits müssen zusätzlich Massnahmen zur Kühlung der Bauelemente ergriffen werden, wobei unterschiedliche Kühlungsmethoden, wie z.B. die Filmkühlung oder die Prallkühlung, Anwendung finden.

[0003] Aus der EP-A2-1 138 878 ist ein plattenförmiger, auskragender Bauteilabschnitt einer Gasturbine bekannt, dessen eine Seite vom Heissgas der Gasturbine beaufschlagt wird, und der in der Plattenebene von Kühlversorgungskanälen durchsetzt ist (Fig. 1 und 2 der Druckschrift), die von einem grösseren Plenum im Inneren des Bauteils ausgehen und mit Kühlluft versorgt werden, und von denen eine Vielzahl von Kühlbohrungen abgehen, die an der Oberfläche des Bauteilabschnitts in den Aussenraum münden und durch die Kühlluft zur Filmkühlung der Oberfläche nach aussen abgeblasen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil eine Leitschaufel einer Gasturbine und der Bauteilabschnitt ist eine an der Schaufel angeformte, den Heissgaskanal der Turbine begrenzende Plattform.

[0004] Eine entsprechende Bauteilkonfiguration ist in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung wiedergegeben: Die Leitschaufel 10 der Fig. 1, die nur ausschnittweise dargestellt ist, umfasst ein Schaufelblatt 11, das am einen Ende in eine quer zur Schaufellängsrichtung orientierte Plattform 12 übergeht. Im eingebauten Zustand ist die Oberseite dieser Plattform 12 vom Heissgas der Turbine beaufschlagt, das in Richtung des Pfeils von einer Vorderkante 13 der Schaufel am Schaufelblatt 11 entlang zu einer Hinterkante 14 strömt.

[0005] Die Plattform 12 wird im Beispiel der Fig. 1überwiegend durch eine Filmkühlung gekühlt, bei der über die belastete Oberfläche der Plattform 12 verteilt Kühlluft nach aussen abgeblasen wird und auf der Oberfläche einen kühlenden Film bildet. Dazu sind beispielsweise in Strömungsrichtung gestaffelt mehrere Reihen von schräg verlaufenden Kühlbohrungen 17 vorgesehen, deren Auslässe 18 auf der Oberfläche der Plattform 12 angeordnet sind. Die Kühlbohrungen 17 werden reihenweise über quer dazu verlaufende (in Fig. 1 gestrichelt angedeutete) Kühlversorgungskanäle 15 mit unter Druck stehender Kühlluft versorgt, die aus einem im Inneren der Schaufel befindlichen, in Fig. 1nicht dargestellten Plenum entnommen wird.

[0006] Nach Angaben der Druckschrift werden die Kühlversorgungskanäle 15 nachträglich durch ein Funkenerosionsverfahren (EDM oder Electrical Discharge Machining) in das fertige Gussstück eingebracht. Hierdurch entsteht jedoch ein erheblicher fertigungstechnischer Aufwand, der Zeit kostet und zusätzliche Kosten verursacht.

Darstellung der Erfindung

[0007] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines eingangs genannten gekühlten Bauteils einer Gasturbine anzugeben, welches die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und sich unter anderem durch erhebliche Zeit- und Kostenvorteile auszeichnet.

[0008] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass nicht nur das Bauteil in seiner Basiskonfiguration, sondern auch die Kühlversorgungskanäle giesstechnisch hergestellt werden.

[0009] Hierbei kann auf unterschiedliche Weise vorgegangen werden: In einem Fall werden die Kühlversorgungskanäle direkt in ihrer endgültigen Geometrie giesstechnisch hergestellt. Im anderen Fall werden die Kühlversorgungskanäle zunächst mit einem kleineren Querschnitt giesstechnisch hergestellt und anschliessend durch maschinelle Bearbeitung mit einem Werkzeug auf ihre endgültige Querschnittsgeometrie gebracht. Im letztgenannten Fall lassen sich so Korrekturen vornehmen und genaue Einstellungen an den Kühlluftströmen erzielen.

[0010] Vorzugsweise ist das Bauteil, welches nach diesem Verfahren hergestellt wird, eine mit einer Plattform ausgestattete Leitschaufel der Gasturbine. Das Bauteil kann aber auch ein mit einer Plattform ausgestattetes Hitzeschild der Gasturbine sein.

Kurze Erläuterung der Figuren

[0011] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Elemente sind weggelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt einer beispielhaften Gasturbinen-Leitschaufel, wie sie zur Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet ist;

<tb>Fig. 2<sep>in der Draufsicht von oben die Leitschaufel aus Fig. 1, bei der die Kühlversorgungskanäle gemäss der Erfindung durch den Einsatz von entsprechenden Kernabschnitten giesstechnisch erzeugt werden; und

<tb>Fig. 3<sep>schematisch die nachträgliche maschinelle Nachbearbeitung der giesstechnisch hergestellten Kühlversorgungskanäle gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0012] Die Erfindung soll am Beispiel der in Fig. 1im Ausschnitt dargestellten Leitschaufel 10 einer Gasturbine erläutert werden, wie sie eingangs bereits beschrieben worden ist. Wesentlich für die Kühlung der Plattform 12 der Leitschaufel 10 sind die in der Plattform 12 verlaufenden Kühlversorgungskanäle 15, durch die im Betrieb Kühlluft zu den für die Filmkühlung notwendigen Kühlbohrungen geführt wird. Die Kühlversorgungskanäle 15 können seitlich offen sein, wie dies in Fig. 1gezeigt ist. Sie können aber auch an den Enden nachträglich verschlossen werden, wenn eine kühltechnische Verbindung mit benachbarten Bauteilen nicht erwünscht ist.

[0013] Die Kühlversorgungskanäle 15 werden nun gemäss der Erfindung in ihrer Grundkonfiguration giesstechnisch hergestellt, in dem der zur Ausbildung der Hohlräume im Inneren der Schaufel ohnehin benötigte Kern durch die in Fig. 2schraffiert angedeuteten Kernabschnitte 16 erweitert wird. Im einfachsten Fall werden dadurch Kühlversorgungskanäle 15a erzeugt, deren Durchmesser d1 bzw. deren Querschnittsflächen bereits das endgültige Mass aufweisen, und deshalb nicht weiter nachbearbeitet werden müssen. Auf diese Weise kann ein erheblicher Aufwand an Zeit und Arbeit vermieden werden, mit dem ein nachträgliches Einbringen der Kühlversorgungskanäle (z. B. durch EDM) in das gusstechnisch fertig gestellte Bauteil verbunden ist.

[0014] Es ist aber auch denkbar, gemäss Fig. 2die Kühlversorgungskanäle 15a zunächst mit einem kleineren Durchmesser d1 bzw. einer kleineren Querschnittsfläche und Verlauf giesstechnisch herzustellen, und dann die Kanäle gemäss Fig. 3mit einem geeigneten Werkzeug 19 nachzubearbeiten, so dass schliesslich Kühlversorgungskanäle 15 mit dem gewünschten grösseren Durchmesser d2 bzw. einer grösseren Querschnittsfläche resp. mit einem gezielt erwünschten Verlauf entstehen. Diese maschinelle Nachbearbeitung kann gleichzeitig dazu benutzt werden, um Korrekturen durchzuführen, wenn die Strömungsverhältnisse im Inneren des Bauteils einen anderen als den ursprünglich geplanten Querschnitt resp. Verlauf erfordern.

Es ist also hier deshalb ohne weiteres möglich, den Querschnitt und den Verlauf der Kühlversorgungskanäle, ausserhalb der giesstechnischen Möglichkeiten, individuell zu gestalten resp. anzupassen.

[0015] Insgesamt wird die Herstellung des Bauteils weniger aufwändig ausfallen, weil der Prozessschritt, mit dem die Kühlversorgungskanäle nach dem Giessen in die Plattform eingebracht werden, vollständig eingespart bzw. durch eine weniger aufwändige maschinelle Nachbearbeitung ersetzt werden kann.

Bezugszeichenliste

[0016]
<tb>10<sep>Leitschaufel (Gasturbine)

<tb>11<sep>Schaufelblatt

<tb>12<sep>Plattform

<tb>13<sep>Vorderkante

<tb>14<sep>Hinterkante

<tb>15<sep>Kühlversorgungskanal

<tb>15a<sep>Kühlversorgungskanal (wie gegossen)

<tb>16<sep>Kernabschnitt

<tb>17<sep>Kühlbohrung

<tb>18<sep>Auslass (Kühlbohrung)

<tb>19<sep>Werkzeug

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10) einer Gasturbine, welches Bauteil (10) eine dem Heissgas der Gasturbine ausgesetzte, thermisch hoch belastete Plattform (12) aufweist, durch welche in der Plattformebene liegende Kühlversorgungskanäle (15, 15a), die zur Versorgung von an einer Oberfläche der Plattform (12) in einem Auslass (18) mündenden und für eine Filmkühlung der Plattformoberfläche eingesetzten Kühlbohrungen (17) vorgesehen sind, verlaufen, bei welchem Verfahren das Bauteil (10) in einem Giessverfahren hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlversorgungskanäle (15, 15a) ebenfalls giesstechnisch hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlversorgungskanäle (15a) direkt in ihrer endgültigen Geometrie und in ihrem endgültigen Verlauf giesstechnisch hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlversorgungskanäle (15) zunächst mit einem kleineren Querschnitt (d1) giesstechnisch hergestellt werden, und dass die Kühlversorgungskanäle (15) anschliessend durch maschinelle Bearbeitung mit einem Werkzeug (19) auf ihre endgültige Querschnittsgeometrie (d2) gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maschinelle Bearbeitung Querschnitt und Verlauf der Kühlversorgungskanäle (15) anpasst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine mit einer Plattform (12) ausgestattete Leitschaufel (10) der Gasturbine ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein mit einer Plattform ausgestattetes Hitzeschild der Gasturbine ist.