CH706953B1

CH706953B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts.

Info

Publication number: CH706953B1
Application number: CH01540/13A
Authority: CH
Inventors: Hu Zhaoli; Anthony Serieno Douglas
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2017-10-31
Also published as: CN204082224U; US8969760B2; JP2014058969A; CH706953A2; DE102013109548A1; US20140076857A1; JP6186219B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaufelblatts (40) enthält einen Laser (72) zum Erzeugen eines nicht fokussierten Laserstrahls (74) und Mittel zum Bereitstellen einer Fluidsäule (76) im Strahlengang des Lasers (72), um einen fokussierten Laserstrahl (78) zu erzeugen, der auf das Schaufelblatt (40) gerichtet ist. Ein im Inneren des Schaufelblatts (40) strömendes Gas stört die Fluidsäule (76) im Inneren des Schaufelblatts (40), um den fokussierten Laserstrahl (78) zu streuen. Ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts (40) beinhaltet die Schritte: Fokussieren eines Laserstrahls im Inneren einer Fluidsäule (76), um einen fokussierten Laserstrahl (78) zu erzeugen, und Richten des fokussierten Laserstrahls (78) auf eine Oberfläche des Schaufelblatts (40). Weiter beinhaltet das Verfahren die Schritte: Ausbilden eines Lochs durch die Oberfläche des Schaufelblatts (40) mittels des fokussierten Laserstrahls (78), und Stören der Fluidsäule (76) mittels eines im Inneren des Schaufelblatts (40) strömenden Gases.

Description

Beschreibung Gebiet der Erfindung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts.

Hintergrund zu der Erfindung [0002] Turbinen werden häufig im industriellen und kommerziellen Betrieb verwendet. Eine typische im Handel erhältliche Dampf- oder Gasturbine, die zur Erzeugung elektrischen Stroms genutzt wird, enthält abwechselnde Stufen stationärer und rotierender Schaufelblätter. Beispielsweise können stationäre Leitschaufeln an einem stationären Bauteil, beispielsweise an einem Gehäuse, befestigt sein, das die Turbine umgibt, und rotierende Laufschaufeln können an einem Laufrad angebracht sein, das entlang einer axialen Mittellinie der Turbine angeordnet ist. Ein verdichtetes Arbeitsfluid, z.B., jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, Dampf, Verbrennungsgase oder Luft, strömt durch die Turbine, und die stationären Leitschaufeln beschleunigen und lenken das verdichtete Arbeitsfluid auf die nachfolgende Stufe rotierender Laufschaufeln, um die rotierenden Laufschaufeln in Bewegung zu versetzen, so dass das Laufrad gedreht wird und Arbeit verrichtet.

[0003] Der Wirkungsgrad der Turbine steigt allgemein mit höheren Temperaturen des verdichteten Arbeitsfluids. Allerdings können zu hohe Temperaturen in der Turbine die Lebensdauer der Schaufelblätter in der Turbine reduzieren und dadurch Reparaturen, Wartungen und Ausfallzeiten in Zusammenhang mit der Turbine vermehren. Infolgedessen wurden vielfältige Konstruktionen und Verfahren entwickelt, um den Schaufelblättern Kühlung bereit zu stellen. Beispielsweise kann einem Hohlraum im Inneren des Schaufelblatts ein Kühlmedium zugeführt werden, um Wärme von dem Schaufelblatt durch Konvektion und/oder Wärmeleitung abzuführen. In speziellen Ausführungsbeispielen kann das Kühlmedium durch Kühlkanäle in dem Schaufelblatt aus dem Hohlraum strömen, um über der Aussenfläche des Schaufelblatts Filmkühlung zu ermöglichen.

[0004] Da die Temperaturen und/oder Leistungsstandards weiter steigen, werden die für das Schaufelblatt genutzten Materialien immer dünner, was eine zuverlässige Herstellung des Schaufelblatts zunehmend erschwert. Speziell wird das Schaufelblatt gewöhnlich aus einem hochlegierten Metall gegossen, wobei an der Aussenfläche des Schaufelblatts eine Wärmedämmschicht angebracht sein kann, um den thermischen Schutz zu verbessern. Um den Kühlmittelstrom über die Schaufel zu optimieren, werden die Kühlkanäle häufig nach dem Giessen durch Bohren oder spanabhebende Bearbeitung an genau festgelegten Orten und in genauen Geometrien in dem hochlegierten Metall ausgebildet. Beispielsweise kann ein Wasserstrahl genutzt werden, um die Kühlkanäle an speziellen Orten und unter speziellen Winkeln durch das hochlegierte Metall zu bohren, um den Kühlmittelstrom über der Aussenfläche des Schaufelblatts zu verfeinern. Obwohl der Wasserstrahl für die genaue Bohrung von Löchern geringen Durchmessers durch das hochlegierte Metall wirkungsvoll eingesetzt wird, kann er die Wärmedämmschicht auch beschädigen und/oder Schleifstaubnebenprodukte in das Innere des Schaufelblatts einbringen, die sich möglicherweise nur schwer vollständig entfernen lassen. Alternativ oder darüber hinaus kann der Wasserstrahl unbeabsichtigt auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums auf der Innenseite des Schaufelblatts auftreffen, mit der Folge einer Beschädigung der Innenseite des Schaufelblatts. Die Schleifstaubnebenprodukte im Inneren des Schaufelblatts und/oder Schäden an der Innenseite des Schaufelblatts lassen sich während der Endbearbeitungsschritte des Schaufelblatts nur schwer entdecken. Infolgedessen wäre ein System und Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts von Vorteil, dass die Beschädigung der Wärmedämmschicht, die Einführung von Schleifstaubnebenprodukten in das Schaufelblatt und/oder die unbeabsichtigte Beschädigung der Innenseite des Schaufelblatts vermindert oder verhindert.

Kurze Beschreibung der Erfindung [0005] Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung unterbreitet, oder können sich offensichtlich aus der Beschreibung ergeben.

[0006] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaufelblatts. Zu der Vorrichtung gehören ein Laser zum Erzeugen eines nicht fokussierten Laserstrahls und Mittel zum Bereitstellen einer Fluidsäule in einem Strahlengang des Lasers, so dass der nicht fokussierte Laserstrahl innerhalb der Fluidsäule fokussiert wird, um einen fokussierten Laserstrahl zu erzeugen, der auf das Schaufelblatt gerichtet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner Mittel zum Bereitstellen eines Gases, das im Inneren des Schaufelblatts strömt, wobei das Gas die Fluidsäule im Inneren des Schaufelblatts stört, um den fokussierten Laserstrahl zu streuen.

[0007] Das Gas kann Dampf beinhalten.

[0008] Darüber hinaus oder alternativ kann das Gas ein Inertgas beinhalten.

[0009] Das Gas beliebiger Art kann einen Druck aufweisen, der 172,639 Kilopascal (25 Pfund pro Quadratzoll) überschreitet.

[0010] Das Gas kann die Fluidsäule im Inneren des Schaufelblatts durchkreuzen.

[0011] Das Gas kann eine Gassäule im Inneren des Schaufelblatts beinhalten.

[0012] Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts die Schritte: Richten eines nicht fokussierten Laserstrahls auf eine Oberfläche des Schaufelblatts, und Fokussieren des Laserstrahls ausserhalb der Schaufel im Inneren einer Fluidsäule, um ausserhalb der Schaufel einen fokussierten Laserstrahl zu erzeugen. Das Verfahren beinhaltet weiter die Schritte: Ausbilden eines Lochs durch die Oberfläche des Schaufelblatts mittels des fokussierten Laserstrahls, und Stören der Fluidsäule mittels eines Gases im Inneren des Schaufelblatts, um den fokussierten Laserstrahl zu streuen.

[0013] Das Verfahren kann ferner ein Strömen des Gases im Inneren des Schaufelblatts beinhalten.

[0014] Das oben erwähnte Verfahren kann zusätzlich den Schritt beinhalten: Verhindern, dass der fokussierte Laserstrahl an der dem Loch gegenüberliegenden Seite auf eine Innenfläche des Schaufelblatts trifft.

[0015] Das oben erwähnte Verfahren kann zudem ein Streuen des fokussierten Laserstrahls im Inneren des Schaufelblatts beinhalten.

[0016] Das oben erwähnte Verfahren kann ferner den Schritt beinhalten, die Fluidsäule mit dem Gas im Inneren des Schaufelblatts zu durchkreuzen.

[0017] Auch hier kann das Gas im Inneren des Schaufelblatts Dampf und/oder ein Inertgas im Inneren des Schaufelblatts beinhalten.

[0018] [0025] Dem Fachmann werden die Merkmale und Aspekte solcher und weiterer Ausführungsbeispiele nach dem Lesen der Beschreibung verständlicher.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0019] Eine vollständige und in die Praxis umsetzbare Beschreibung der vorliegenden Erfindung, die den für den Fachmann besten Modus der Erfindung beinhaltet, ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren spezieller beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht einer exemplarischen Turbine, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nutzen kann;

Fig. 2 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein exemplarisches Schaufelblatt gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Kern, der genutzt werden kann, um das in Fig. 2 gezeigte Schaufelblatt zu giessen;

Fig. 4 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine Vorrichtung zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Schaufelblatts; und

Fig. 5 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung, nachdem der fokussierte Laserstrahl das Schaufelblatt durchdrungen hat.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung [0020] Es wird nun im Einzelnen auf vorliegende Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen, wobei ein oder mehrere der Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet alphanumerische Bezeichnungen, um auf Merkmale in den Figuren Bezug zu nehmen. In den Figuren und in der Beschreibung wurden übereinstimmende oder ähnliche Bezeichnungen verwendet, um auf übereinstimmende oder ähnliche Elemente der Erfindung Bezug zu nehmen. In dem hier verwendeten Sinne können die Begriffe «erster», «zweiter» und «dritter» untereinander austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sollen nicht den Ort oder die Bedeutung der einzelnen Komponenten bezeichnen. Darüber hinaus beziehen sich die Begriffe «stromaufwärts» und «stromabwärts» auf die relative Anordnung der Komponenten in einem Strömungspfad. Beispielsweise befindet sich eine Komponente A stromaufwärts einer Komponente B, falls ein Fluid von Komponente A zu Komponente B strömt. Im Gegensatz dazu ist eine Komponente B stromabwärts von Komponente A angeordnet, falls die Komponente B einen Fluidstrom von Komponente A her aufnimmt.

[0021] Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts. Die Vorrichtung weist allgemein einen nicht fokussierten Laserstrahl auf, der durch eine Fluidsäule fokussiert wird, und der fokussierte Laserstrahl kann genutzt werden, um genaue Löcher unter speziellen Winkeln durch eine Schaufeloberfläche hindurch auszubilden. Während der fokussierte Laserstrahl die Schaufeloberfläche durchdringt, stört ein im Inneren des Schaufelblatts strömendes Gas die Fluidsäule im Inneren des Schaufelblatts, um zu verhindern, dass der fokussierte Laserstrahl das Innere der Schaufel beschädigt. In dem hier verwendeten Sinne beinhaltet der Begriff «Gas» beliebige gasförmige Medien mit Ausnahme von Luft.

[0022] Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet sind, zeigt Fig. 1 in einer vereinfachten seitlichen Schnittansicht eine exemplarische Turbine 10 gemäss unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Turbine 10 allgemein ein Laufrad 12 und ein Gehäuse 14 auf, die zumindest teilweise einen Gaspfad 16 durch die Turbine 10 definieren. Das Laufrad 12 ist mit einer axialen Mittellinie 18 der Turbine 10 im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet und kann mit einem Generator, einem Verdichter oder einem weiteren Triebwerk verbunden sein, um Arbeit zu verrichten. Das Laufrad 12 kann abwechselnde Abschnitte von Laufrädern 20 und Rotorabstandhaltern 22 aufweisen, die miteinander durch einen Bolzen 24 verbunden sind, um gemeinsam zu rotieren. Das Gehäuse 14 umgibt wenigstens einen Abschnitt des Laufrads 12, um ein verdichtetes Arbeitsfluid 26 aufzunehmen, das den Gaspfad 16 durchströmt. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 kann beispielsweise Verbrennungsgase, verdichtete Luft, gesättigten Dampf, ungesättigten Dampf, oder eine Kombination davon beinhalten.

[0023] Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Turbine 10 ausserdem abwechselnde Stufen rotierender Laufschaufeln 30 und stationärer Leitschaufeln 32 auf, die sich radial zwischen dem Rotor 12 und dem Gehäuse 14 erstrecken. Die rotierenden Laufschaufeln 30 sind kreisförmig um das Laufrad 12 angeordnet und können durch vielfältige Mittel mit den Laufrädern 20 verbunden sein. Im Gegensatz dazu können die stationären Leitschaufeln 32 an der den Rotorabstandhaltern 22 gegenüberliegenden Seite rund um die Innenseite des Gehäuses 14 peripher angeordnet sein. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, weisen die rotierenden Laufschaufeln 30 und die stationären Leitschaufeln 32 allgemein ein Schaufelprofil mit einer konkaven Druckseite, einer konvexen Saugseite sowie Anströmkanten und Abströmkanten auf. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 strömt, wie in Fig. 1 gezeigt, von links nach rechts entlang des Gaspfads 16 durch die Turbine 10. Während das verdichtete Arbeitsfluid 26 die erste Stufe rotierender Laufschaufeln 30 überstreicht, expandiert das verdichtete Arbeitsfluid, was bewirkt, dass die rotierenden Laufschaufeln 30, die Laufräder 20, die Rotorabstandhalter 22, der Bolzen 24 und das Laufrad 12 in Drehung versetzt werden. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 strömt anschliessend über die nächste Stufe stationärer Leitschaufeln 32, die das verdichtete Arbeitsfluid 26 beschleunigen und zu der nächsten Stufe rotierender Laufschaufeln 30 umlenken; und der Vorgang wiederholt sich für die folgenden Stufen. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Turbine 10 zwei Stufen stationärer Leitschaufeln 32 zwischen drei Stufen rotierender Laufschaufeln 30 auf; jedoch wird dem Fachmann ohne weiteres einleuchten, dass die Anzahl von Stufen rotierender Laufschaufeln 30 und stationärer Leitschaufeln 32 keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung bedeutet, es sei denn, dies ist in den Ansprüchen speziell erwähnt.

[0024] Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Schaufelblatts 40, wie es in die rotierenden Laufschaufeln 30 oder in die stationären Leitschaufeln 32 integriert sein kann, gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Schaufelblatt 40 allgemein eine konkav gekrümmte Druckseite 42 und eine konvex gekrümmte Saugseite 44 auf, die entgegengesetzt zu der Druckseite 42 angeordnet ist. Die Druckseite und Saugseite 42, 44 sind voneinander getrennt, um im Inneren des Schaufelblatts 40 zwischen der Druckseite und der Saugseite 42, 44 einen Hohlraum 46 zu definieren. Der Hohlraum 46 kann eine Serpentine oder einen gewundenen Pfad für ein Kühlmedium bereitstellen, das im Inneren des Schaufelblatts 40 strömt, um konduktiv und/oder konvektiv Wärme von dem Schaufelblatt 40 abzuführen. Darüber hinaus sind die Druckseite und die Saugseite 42, 44 vereinigt, um an einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt der Schaufel 40 eine Anströmkante 48 und stromabwärts des Hohlraums 46 an einem stromabwärts gelegenen Abschnitt der Schaufel 40 eine Abströmkante 50 zu bilden. Mehrere Kühlkanäle 52 in der Druckseite 42, in der Saugseite 44, in der Anströmkante 48 und/oder in der Abströmkante 50 können eine strö-mungsmässige Verbindung von dem Hohlraum 46 durch das Schaufelblatt 40 bereitstellen, um das Kühlmedium über der Aussenfläche des Schaufelblatts 40 zu verbreiten. Wie in Fig. 2 dargestellt, können die Kühlkanäle 52 beispielsweise an der Anströmkante und an der Abströmkante 48,50 und/oder entlang der Druckseite 42 und/oder entlang der Saugseite 44 angeordnet sein. Einem Fachmann wird anhand der hier unterbreiteten Lehre ohne weiteres einleuchten, dass die Anzahl und/oder der Ort der Kühlkanäle 52 in Abhängigkeit von speziellen Ausführungsbeispielen variieren können, und dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle Anzahl oder Position von Kühlkanälen 52 beschränkt ist, es sei denn, dies ist in den Ansprüchen speziell erwähnt.

[0025] Das in Fig. 2 gezeigte exemplarische Schaufelblatt 40 kann mittels eines beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens hergestellt werden. Beispielsweise zeigt Fig. 3 eine Draufsicht eines Kerns 60, der genutzt werden kann, um das in Fig. 2 gezeigte Schaufelblatt 40 durch Wachsausschmelzgiessen herzustellen. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann der Kern 60 einen Serpentinenabschnitt 62 mit einer Anzahl langer, dünner Zweige oder Vorsprünge 64 aufweisen, die sich ausgehend von dem Serpentinenabschnitt 62 erstrecken. Der Serpentinenabschnitt 62 entspricht im Wesentlichen der Grösse und dem Ort für den Hohlraum 46 in dem Schaufelblatt 40, und die Vorsprünge 64 entsprechen im Wesentlichen der Grösse und dem Ort der grösseren Kühlkanäle 52 durch die Abströmkante 50 des Schaufelblatts 40. Der Kern 60 kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das ausreichende Festigkeit aufweist, um den hohen Temperaturen der Giessschmelze (z.B. eines hochlegierten Metalls) zu widerstehen, während die feste Positionierung, die für den Kern 60 während des Giessens erforderlich ist, aufrecht erhalten wird. Beispielsweise kann der Kern 60 aus Keramikmaterial, keramischem Verbundmaterial, oder sonstigen geeigneten Materialien gegossen sein. Nach dem Giessen oder einem sonstigen Herstellungsverfahren kann ein Laser, eine Elektroerosionsmaschine, ein Bohrer, ein Wasserstrahl, oder eine sonstige geeignete Vorrichtung genutzt werden, um den Serpentinenabschnitt 62 und/oder Vorsprünge 64, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, zu verfeinern oder auszugestalten.

[0026] Der Kern 60 kann anschliessend, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in einem Wachsausschmelzverfahren oder in einem anderen Giessverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann der Kern 60 mit einem Wachs oder einem sonstigen geeigneten Material beschichtet werden, das sich ohne weiteres hinsichtlich der gewünschten Dicke und Krümmung des Schaufelblatts 40 formen lässt. Der mit Wachs bedeckte Kern 60 kann anschliessend wiederholt in eine flüssige keramische Lösung getaucht werden, um über der Wachsoberfläche eine Keramikschale zu erzeugen. Das Wachs kann anschliessend erwärmt werden, um das Wachs zwischen dem Kern 60 und der Keramikschale zu entfernen, so dass zwischen dem Kern 60 und der Keramikschale ein Hohlraum entsteht, der als Giessform für das Schaufelblatt 40 dient.

[0027] Ein geschmolzenes hochlegiertes Metall kann anschliessend in die Giessform gegossen werden, um das Schaufelblatt 40 zu bilden. Das hochlegierte Metall kann beispielsweise Nickel, Kobalt und/oder Eisensuperlegierungen beinhalten, z.B. GTD-111, GED-222, Rene 80, Rene 41, Rene 125, Rene 77, Rene N5, Rene N6, PWA 1484, PWA 1480, Einkristallsuperlegierungen der 4. Generation, MX-4, Hastelloy X, kobaltbasiertes HS-188 und ähnliche Legierungen. Nachdem das hochlegierte Metall abgekühlt und verfestigt ist, kann die Keramikschale gebrochen und entfernt werden, wobei das hochlegierte Metall freigelegt wird, das die Gestalt des Hohlraums angenommen hat, der durch die Entfernung des Wachses erzeugt worden war. Der Kern 60 kann mittels aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren aus dem Inneren des Schaufelblatts 40 entfernt werden. Beispielsweise kann der Kern 60 durch ein Auslaugverfahren aufgelöst werden, um den Kern 60 zu entfernen, wobei der Hohlraum 46 und die Kühlkanäle 52 in dem Schaufelblatt 40 Zurückbleiben.

[0028] Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Systems 70, das dazu dient, durch das Schaufelblatt 40 hindurch zusätzliche Kühlkanäle 52 auszubilden. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann das System 70 einen Laser 72 enthalten, der in der Lage ist, einen nicht fokussierten Laserstrahl 74 zu erzeugen. Der nicht fokussierte Laserstrahl 72 kann eine Wellenlänge von etwa 532 nm, eine Pulsfrequenz von etwa 10 kHz und eine mittlere Leistung von etwa 40-50 W aufweisen. In dem in Fig. 4 gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel lenkt der Laser 72 den nicht fokussierten Laserstrahl 74 in eine Fluidsäule 76 hinein oder durch sie hindurch in Richtung des Schaufelblatts 40. Die Fluidsäule 76 kann auf einem beliebigen gasförmigen oder flüssigen Fluid basieren, das in der Lage ist, den nicht fokussierten Laserstrahl 74 zu fokussieren, und sie kann einen Druck im Bereich von etwa 4,826 bis 10,342 Megapascal (700-1500 Pfund pro Quadratzoll) aufweisen, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf einen speziellen Druck der Fluidsäule 76 beschränkt ist, es sei denn, dies ist in den Ansprüchen speziell erwähnt. Die Fluidsäule 76 wirkt für den nicht fokussierten Laserstrahl 74 als Lichtleiter, so dass ein fokussierter Laserstrahl 78 entsteht, der auf das Schaufelblatt 40 gerichtet ist. Der fokussierte Laserstrahl 78 trägt die Oberfläche des Schaufelblatts 40 ab, wobei schliesslich der gewünschte Kühlkanal 52 durch das Schaufelblatt 40 hindurch entsteht.

[0029] Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Fig. 4 gezeigten Systems 70, nachdem der fokussierte Laserstrahl 78 das Schaufelblatt 40 durchdrungen hat. Wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, weist das System 70 ausserdem ein Gas 80 auf, das im Inneren des Schaufelblatts 40 strömt. In dem hier verwendeten Sinne beinhaltet der Begriff «Gas» beliebige gasförmige Medien mit Ausnahme von Luft. Beispielsweise kann das Gas 80 ein Inertgas, ein Vakuum, ein gesättigter Dampf, ein überhitzter Dampf oder ein beliebiges sonstiges von Luft abweichendes Gas sein, das im Inneren des Schaufelblatts 40 eine Gassäule 82 bilden kann. Das im Inneren des Schaufelblatts 40 strömende Gas 80 kann einen Druck aufweisen, der in etwa mit dem Druck des Gases oder der Flüssigkeit in der Fluidsäule 76 übereinstimmt und ausreicht, um die Fluidsäule 76 im Inneren des Schaufelblatts 40 zu stören. Beispielsweise kann das Gas 80, das im Inneren des Schaufelblatts 40 strömt, einen Druck aufweisen, der etwa 172,369 Kilopascal (25 Pfund pro Quadratzoll) überschreitet, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf einen speziellen Druck für das Gas 80 beschränkt ist, es sei denn, dies ist in den Ansprüchen speziell erwähnt.

[0030] Wie am deutlichsten in Fig. 5 gezeigt, kann das Gas 80 ausgerichtet werden, um die Fluidsäule 76 und/oder den fokussierten Laserstrahl 78 im Inneren des Schaufelblatts 40 zu schneiden. In speziellen Ausführungsbeispielen kann das Gas 80 im Wesentlichen rechtwinklig zu der Fluidsäule 76 ausgerichtet sein, während in anderen speziellen Ausführungsformen das Gas 80 gegenüber der Fluidsäule 76 und/oder gegenüber dem fokussierten Laserstrahl 78 unter einem stumpfen oder spitzen Winkel ausgerichtet sein kann. Da das Gas 80 die Fluidsäule 76 im Inneren des Schaufelblatts 40 schneidet, stört/zerreisst das Gas 80 die Fluidsäule 76 und/oder streut den fokussierten Laserstrahl 78 im Inneren des Schaufelblatts 40. In dieser Weise verhindert das Gas, dass der fokussierte Laserstrahl 78 auf eine Innenfläche des Schaufelblatts 40 trifft, die dem soeben ausgebildeten Kühlkanal 52 quer gegenüberliegt.

[0031] Einem Fachmann wird anhand der hier unterbreiteten Lehre ohne weiteres einleuchten, dass das mit Bezug auf Fig. 4 und 5 beschriebene und veranschaulichte System 70 ein Verfahren zur Herstellung des Schaufelblatts 40 bereitstellen kann. Beispielsweise kann das Verfahren beinhalten, den nicht fokussierten Laserstrahl 74 auf die Oberfläche des Schaufelblatts 40 zu richten, und den nicht fokussierten Laserstrahl 74 mittels der Fluidsäule 76 ausserhalb der Schaufel 40 zu begrenzen, um den fokussierten Laserstrahl 78, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, ausserhalb der Schaufel 40 zu erzeugen. Weiter kann das Verfahren die Schritte beinhalten: Ausbilden der Öffnung oder des Kühlkanals 52 durch die Oberfläche des Schaufelblatts 40 mittels des fokussierten Laserstrahls 78, und Stören der Fluidsäule 76 und/oder des fokussierten Laserstrahls 78 im Inneren des Schaufelblatts 40 mittels des Gases 80 im Inneren des Schaufelblatts 40, wie in Fig. 5 gezeigt. Das Verfahren kann den fokussierten Laserstrahl 78 somit im Inneren des Schaufelblatts 40 streuen, so dass ein Auftreffen des fokussierten Laserstrahls 78 auf der dem Kühlkanal 52 quer gegenüberliegenden Innenfläche des Schaufelblatts 40 verhindert ist.

[0032] Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schaufelblatts enthält einen Laser, der einen nicht fokussierten Laserstrahl bereitstellt, und Mittel zum Bereitstellen einer Fluidsäule im Strahlengang des Lasers, um den nicht fokussierten Laserstrahl zu fokussieren, der auf das Schaufelblatt gerichtet ist. Ein Gas, das im Inneren des Schaufelblatts strömt, stört die erste Fluidsäule im Inneren des Schaufelblatts, um den fokussierten Laserstrahl zu streuen. Ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts beinhaltet die Schritte: Fokussieren eines Laserstrahls im Inneren einer Fluidsäule, um einen fokussierten Laserstrahl zu erzeugen, und Richten des fokussierten Laserstrahls auf eine Oberfläche des Schaufelblatts. Das Verfahren beinhaltet zudem die Schritte: Ausbilden eines Lochs durch die Oberfläche des Schaufelblatts mittels des fokussierten Laserstrahls, Strömen eines Gases im Inneren des Schaufelblatts, und Stören der Fluidsäule mittels des im Inneren des Schaufelblatts strömenden Gases, um den fokussierten Laserstrahl zu streuen.

Bezugszeichenliste [0033] 10 Turbine 12 Laufrad 14 Gehäuse 16 Gaspfad 18 Axiale Mittellinie 20 Laufräder 22 Rotorabstandhalter 24 Bolzen 26 Arbeitsfluid 30 Rotierende Laufschaufeln 32 Stationäre Leitschaufeln 40 Schaufelblatt 42 Druckseite 44 Saugseite 46 Hohlraum 48 Anström kante 50 Abström kante 52 Kühlkanäle 60 Kern 62 Serpentinenabschnitt 64 Vorsprünge 70 System 72 Laser 74 Nicht fokussierter Laserstrahl 76 Fluidsäule 78 Fokussierter Laserstrahl 80 Gas 82 Gassäule

Claims

Patentansprüche 1. 1. Vorrichtung zur Herstellung eines Schaufelblatts (40), wobei zu der Vorrichtung gehören: a) ein Laser (72) zum Erzeugen eines nicht fokussierten Laserstrahls (74); b) Mittel zum Bereitstellen einer Fluidsäule (76) in einem Strahlengang des Lasers (72), so dass der nicht fokussierte Laserstrahl (74) innerhalb der Fluidsäule (76) fokussiert wird, um einen fokussierten Laserstrahl (78) zu erzeugen, der auf das Schaufelblatt (40) gerichtet ist; und c) Mittel zum Bereitstellen eines Gases (80), das im Inneren des Schaufelblatts (40) strömt, wobei das Gas (80) die Fluidsäule (76) im Inneren des Schaufelblatts (40) stört, um den fokussierten Laserstrahl (78) zu streuen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gas (80) Dampf und/oder ein Inertgas beinhaltet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gas (80) die Fluidsäule (76) im Inneren des Schaufelblatts (40) schneidet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Gas (80) eine Gassäule (82) im Inneren des Schaufelblatts (40) ausformt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblatts (40), mit den Schritten: a) Richten eines nicht fokussierten Laserstrahls (74) auf eine Oberfläche des Schaufelblatts (40); b) Fokussieren des Laserstrahls (74) im Inneren einer Fluidsäule (76) ausserhalb des Schaufelblatts (40), um ausserhalb des Schaufelblatts (40) einen fokussierten Laserstrahl (78) zu erzeugen; c) Ausbilden eines Lochs durch die Oberfläche des Schaufelblatts (40) mittels des fokussierten Laserstrahls (78); und d) Stören der Fluidsäule (76) mittels eines Gases (80) im Inneren des Schaufelblatts (40), um den fokussierten Laserstrahl (78) zu streuen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt des Strömenlassens des Gases (80) im Inneren des Schaufelblatts (40).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, das wenigstens einen der folgenden Schritte beinhaltet: a) Verhindern, dass der fokussierte Laserstrahl (78) auf eine Innenfläche des Schaufelblatts (40) an der dem Loch gegenüberliegenden Seite trifft; b) Streuen des fokussierten Laserstrahls (78) im Inneren des Schaufelblatts (40); c) Ausrichten des Gases (80), um die Fluidsäule (76) im Inneren des Schaufelblatts (40) zu schneiden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner mit dem Schritt, das Gas (80) im Inneren des Schaufelblatts (40) im Wesentlichen rechtwinklig zu der Fluidsäule (76) auszurichten.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Strömen des Gases (80) im Inneren des Schaufelblatts (40) ein Strömen von Dampf und/oder eines Inertgases im Inneren des Schaufelblatts (40) beinhaltet.