CH708449A2 - Schaufelblatt mit einer Hinterkantenergänzungsstruktur. - Google Patents

Abstract

Ein Schaufelblatt weist einen Hauptabschnitt auf, der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern (82) aufweist, der einen Hohlbereich umfasst. Es ist auch ein Hinterkantenbereich (42) des Hauptabschnitts enthalten. Ferner ist eine Hinterkantenergänzungsstruktur (46) enthalten, die eine niedrigschmelzende Superlegierung aufweist, die in der Nähe des Hinterkantenbereichs mit dem Basismaterial wirkverbunden ist. Noch ferner ist wenigstens ein Kühlkanal (86) enthalten, der den Innenkern (82) des Hauptbereichs mit einem Innenbereich des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet. Auch ist ein Hinterkantenbereichsabgaspfad enthalten, der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung (84) in einer Spannweitenrichtung des Schaufelblatts zu leiten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Schaufelblätter und insbesondere ein Schaufelblatt mit einer Hinterkantenergänzungsstruktur.

[0002] Schaufelblätter, die in vielfältigen Turbinensystemen verwendet werden, sind als Laufschaufeln und als Leitschaufeln ausgebildet. Ein Arbeitsfluid, wie z.B. heisses Gas, wird typischerweise an den Schaufelblättern vorbei getrieben, wobei die Laufschaufeln mit einem Rotor des Turbinensystem gekoppelt sind. Die Kraft des Arbeitsfluids auf die Laufschaufeln veranlasst die Laufschaufeln und folglich den gekoppelten Körper des Rotors zu rotieren. Die aerodynamische Geometrie der Schaufelblätter an sich beeinflusst die Gesamtsystemleistung des Turbinensystems. Vielfältige Herstellungsprozesse, wie z.B. Giessen, können angewendet werden, um die Schaufelblätter auszubilden, aber solche Prozesse sind in bestimmter Hinsicht einschränkend, wobei sich eine Einschränkung auf die aerodynamischen Eigenschaften der hergestellten Schaufelblätter bezieht.

[0003] Die Schaufelblätter werden typischerweise aus Nickel, Kobalt oder Eisen-basierten Superlegierungen mit erwünschten mechanischen und Umwelteigenschaften erzeugt, um Turbinenbetriebstemperaturen und -bedingungen standzuhalten. Weil die Effizienz eines Turbinensystems von seinen Betriebstemperaturen abhängig ist, besteht ein Bedarf an Schaufelblättern, die in der Lage sind, zunehmend höheren Temperaturen standhalten. Wenn sich die lokale Temperatur einer Superlegierungskomponente der Schmelztemperatur der Superlegierung nähert, wird Zwangskühlluft notwendig. Aus diesem Grunde erfordern Schaufelblätter von Gasturbinenlaufschaufeln und -leitapparaten oft komplexe Kühlschemata, in welchen Dampf oder Luft, gewöhnlich Verdichterzapfluft, durch interne Kühlkanäle in dem Schaufelblatt getrieben und dann durch Kühllöcher an der Schaufelblattoberfläche ausgegeben wird, um Wärme von der Komponente weg zu übertragen. Wie vorstehend erwähnt, sind die Prozesse, die zur Herstellung von Schaufelblättern verwendet werden, etwas einschränkend, und dies beeinflusst die Kühlkanalgenauigkeit hinsichtlich sowohl der Lage als auch der Abmessung.

[0004] Typischerweise verwenden gekühlte Schaufelblätter zur Kühlung in Sehnenrichtung verlaufende Löcher durch eine dicke Hinterkante, druckseitige Schlitze oder radiale Löcher in der Nähe der Hinterkante, durch die ein Kühlmedium hindurch strömt. Alle drei Optionen sind nicht ideal für die Kühleffektivität oder die Dünnheit der Hinterkante. Die letzten beiden Optionen verwenden eine grosse Menge Kühlluft, die die aerodynamischen Vorteile aufwiegen oder geometrisch beschränkt sind und nicht ausreichend Kühlluft in dem Hinterkantenbereich liefern können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0005] Gemäss einem Aspekt der Erfindung enthält ein Schaufelblatt einen Hauptabschnitt, der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern aufweist, der einen Hohlbereich umfasst. Es ist auch ein Hinterkantenbereich des Hauptabschnitts enthalten. Ferner ist eine Hinterkantenergänzungsstruktur enthalten, die eine niedrigschmelzende Superlegierung aufweist, die in der Nähe des Hinterkantenbereichs mit dem Basismaterial wirkverbunden ist. Noch ferner ist wenigstens ein Kühlkanal enthalten, der den Innenkern des Hauptbereichs mit einem Innenbereich des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet. Auch ist ein Hinterkantenbereichsabgaspfad enthalten, der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung in eine Spannweitenrichtung des Schaufelblatts zu leiten.

[0006] In dem zuvor erwähnten Schaufelblatt kann die Hinterkantenergänzungsstruktur an dem Hinterkantenbereich angelötet sein.

[0007] In dem Schaufelblatt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann der wenigstens eine Kühlkanal die Kühlluftströmung in einer Sehnenrichtung des Schaufelblatts leiten.

[0008] In dem Schaufelblatt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann die niedrigschmelzende Superlegierung ein vorgesintertes Vorformling(PSP)-Material aufweisen.

[0009] In dem Schaufelblatt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann die Hinterkantenergänzungsstruktur einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, die integral miteinander ausgebildet sind, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils ein stromaufwärtiges Ende aufweisen, das mit dem Hinterkantenbereich des Hauptabschnitts verbunden sind.

[0010] Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt können jeweils ein stromabwärtiges Ende aufweisen, die sich schneiden, um eine scharfe Spitze auszubilden.

[0011] Das Schaufelblatt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ferner wenigstens eine Kühleinrichtung aufweisen, die in dem Innenbereich des Hinterkantenbereichs angeordnet ist.

[0012] Die wenigstens eine Kühleinrichtung kann wenigstens einen Stift aufweisen.

[0013] Die wenigstens eine Kühleinrichtung kann mit einer inneren Oberfläche des Innenabschnitts wirkverbunden sein.

[0014] Die wenigstens eine Kühleinrichtung kann in einer inneren Oberfläche des Innenabschnitts integral ausgebildet sein.

[0015] Insbesondere kann die wenigstens eine Kühleinrichtung in der inneren Oberfläche gegossen sein.

[0016] Alternativ kann die wenigstens eine Kühleinrichtung in der inneren Oberfläche maschinell hergestellt sein.

[0017] In dem Schaufelblatt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs, der die wenigstens eine Kühleinrichtung aufweist, kann die Hinterkantenergänzungsstruktur eine einzelne Komponente aufweisen, die ein stromabwärtiges Ende aufweist, das mit einer stromabwärtigen Stelle des Hinterkantenbereichs des Hauptabschnitts verbunden ist.

[0018] Insbesondere kann die Hinterkantenergänzungsstruktur mit der wenigstens einen Kühleinrichtung verbunden sein.

[0019] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Schaufelblatt einen Hauptabschnitt, der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern aufweist, der einen Hohlbereich umfasst. Auch ist ein Hinterkantenbereich in dem Hauptabschnitt enthalten. Ferner ist eine Hinterkantenergänzungsstruktur enthalten, die ein erstes niedrigschmelzendes Superlegierungsblech und ein zweites niedrigschmelzendes Superlegierungsblech aufweist, wobei das erste niedrigschmelzende Superlegierungsblech und das zweite niedrigschmelzende Superlegierungsblech mit dem Basismaterial des Hauptabschnitts in der Nähe des Hinterkantenbereichs wirkverbunden sind. Noch ferner ist wenigstens ein Kühlkanal enthalten, der den Innenkern des Hauptabschnitts mit dem Innenbereich des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet. Auch ist ein Hinterkantenbereichsabgaspfad enthalten, der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung in eine Spannweitenrichtung des Schaufelblatts zu leiten.

[0020] In dem Schaufelblatt gemäss dem zweiten vorstehend erwähnten Aspekt können das erste niedrigschmelzende Superlegierungsblech und das zweite niedrigschmelzende Superlegierungsblech jeweils ein stromabwärtiges Ende aufweisen, die einander schneiden, um eine scharfe Spitze des Schaufelblatts auszubilden.

[0021] In dem Schaufelblatt gemäss dem zweiten Aspekt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann die Hinterkantenergänzungsstruktur an dem Hinterkantenbereich angelötet sein.

[0022] In dem Schaufelblatt gemäss dem zweiten Aspekt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs können das erste niedrigschmelzende Superlegierungsblech und das zweite niedrigschmelzende Superlegierungsblech ein vorgesintertes Vorformling(PSP)-Material aufweisen.

[0023] Das Schaufelblatt gemäss dem zweiten Aspekt jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann wenigstens eine Kühleinrichtung aufweisen, die in dem Innenbereich des Hinterkantenbereichs integral ausgebildet ist.

[0024] Gemäss einem noch weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Gasturbine einen Verdichter, eine Brennkammeranordnung, eine Turbine und ein Schaufelblatt auf, das wenigstens entweder in dem Verdichter und/oder in der Turbine angeordnet ist. Das Schaufelblatt weist einen Hauptabschnitt auf, der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern und einen Hinterkantenbereich aufweist. Das Schaufelblatt weist auch eine Hinterkantenergänzungsstruktur auf, die eine niedrigschmelzende Superlegierung aufweist, die mit dem Basismaterial in der Nähe des Hinterkantenbereichs wirkverbunden ist. Das Schaufelblatt weist ferner wenigstens einen Kühlkanal auf, der den Innenkern mit einem Innenbereich des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet. Das Schaufelblatt weist noch ferner einen Hinterkantenbereichsabgaspfad auf, der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung in eine Spannweitenrichtung des Schaufelblatts zu leiten.

[0025] Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0026] Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, ist in den Patentansprüchen am Schluss der Beschreibung im Besonderen hervorgehoben und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Darstellung einer Gasturbine; <tb>Fig. 2<SEP>eine ebene Draufsicht eines Schaufelblatts; <tb>Fig. 3<SEP>eine vergrösserte ebene Draufsicht eines Abschnitts A nach Fig. 2 , der einen Hinterkantenbereich des Schaufelblatts gemäss einer ersten Ausführungsform zeigt; <tb>Fig. 4<SEP>eine entlang der Linie A–A der Fig. 2 geschnittene Querschnittsansicht einer Hinterkantenergänzungsstruktur der Ausführungsform aus Fig. 3 ; <tb>Fig. 5<SEP>eine vergrösserte ebene Draufsicht eines Abschnitts A nach Fig. 2 , die den Hinterkantenbereich des Schaufelblatts gemäss einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht; <tb>Fig. 6<SEP>eine entlang der Linie A–A der Fig. 2 geschnittene Querschnittsansicht einer Hinterkantenergänzungsstruktur der Ausführungsform aus Fig. 5 ; <tb>Fig. 7<SEP>eine vergrösserte ebene Draufsicht eines Abschnitts A nach Fig. 2 , die den Hinterkantenbereich des Schaufelblatts gemäss einer dritten Ausführungsform veranschaulicht; und <tb>Fig. 8<SEP>eine entlang der Linie A–A der Fig. 2 geschnittene Querschnittsansicht einer Hinterkantenergänzungsstruktur der Ausführungsform aus Fig. 7 ;

[0027] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung samt ihrer Vorteile und Merkmale beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

DETAILLIERRTE BESCHEIBUNG DER ERFINDUNG

[0028] Die Ausdrücke «axial» und «in Axialrichtung», wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen und Orientierungen, die im Wesentlichen parallel zu einer zentralen Längsachse eines Turbinensystems verlaufen. Die Ausdrücke «radial» und «in Radialrichtung», wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen und Orientierungen, die im Wesentlichen orthogonal zu der zentralen Längsachse des Turbinensystems verlaufen. Die Ausdrücke «stromaufwärts» und «stromabwärts», wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen und Orientierungen relativ zu einer axialen Strömungsrichtung in Bezug auf die zentrale Längsachse des Turbinensystems. Die Begriffe «in Sehnenrichtung» und «in Spannweitenrichtung», wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich auf Richtungen, wie sie gewöhnlich Dimensionen der Sehne und der Spannweite eines Schaufelblatts zugeordnet sind.

[0029] Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Turbinensystem 10, das gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist, schematisch veranschaulicht. Das veranschaulichte Turbinensystem 10 weist eine Gasturbine auf, wobei aber erkannt werden sollte, dass hierin beschriebene Ausführungsformen in alternativen Systemen, wie z.B. einer Dampfturbine, verwendet werden können. Zu Veranschaulichungs- und Erläuterungszwecken wird auf eine Gasturbine Bezug genommen.

[0030] Die Gasturbine 10 weist einen Verdichterabschnitt 12 und mehrere Brennkammeranordnungen in einer Ring-Rohr-Anordnung auf, von denen eine mit 14 gekennzeichnet ist und einen Verbrennungsabschnitt 18 aufweist. Es sollte erkannt werden, dass diese Erfindung von den Details des Brennkammersystems unabhängig ist und dass auf das Ring-Rohr-System zu Beschreibungszwecken Bezug genommen wird. Brennstoff und verdichtete Luft werden in den Verbrennungsabschnitt 18 geleitet und gezündet, um ein Verbrennungsprodukt oder einen Luftstrom hoher Temperatur und hohen Drucks zu erzeugen, das bzw. der verwendet wird, um einen Turbinenabschnitt 24 anzutreiben. Der Turbinenabschnitt 24 weist mehrere Stufen 26–28 auf, die mittels eines Rotors 30 mit dem Verdichterabschnitt 12 wirkverbunden sind. Insbesondere weist jede der mehreren Stufen 26–28 einen Leitapparat 32 und eine Laufschaufel 34 auf, wobei die Laufschaufel 34 mit dem Rotor 30 wirkverbunden ist. Der Leitapparat 32 und die Laufschaufel 34 jeder der mehreren Stufen 26–28 sind Schaufelblätter, über die das Arbeitsfluid (z.B. ein Luft-Brennstoff-Gemisch) drüber strömt. Es sollte erkannt werden, dass, obwohl drei Stufen identifiziert sind, mehr oder weniger Stufen vorhanden sein können.

[0031] Bezug nehmend nun auf Fig. 2 ist ein Schaufelblatt 36, das entweder eine Leitschaufel 32 oder eine Laufschaufel 34 darstellt, detaillierter gezeigt. Das Schaufelblatt 36 weist einen Hauptabschnitt 38 auf, der sich von einer Vorderkante 40 bis zu einem Hinterkantenbereich 42 erstreckt. Der Hauptabschnitt 38 ist aus einem Basismaterial ausgebildet, das abhängig von der speziellen Anwendung variieren kann. In einigen Ausführungsformen weist das Basismaterial Nickel-, Kobalt- oder Eisen-basierte Superlegierungen auf. Der Hauptabschnitt 38 kann als ein gleichachsiges, gerichtet erstarrtes (DS) oder monokristallines (SX) Gussteil ausgebildet sein, um den hohen Temperaturen und Belastungen zu widerstehen, denen er z.B. in einer Gasturbine ausgesetzt ist. Der Hinterkantenbereich 42 weist eine hintere Weite des Hinterkantenbereichs auf.

[0032] Das Schaufelblatt 36 weist ferner eine Hinterkantenergänzungsstruktur 46 auf, die mit dem Hauptabschnitt 38 in der Nähe einer Oberfläche des Hinterkantenbereichs 42 wirkverbunden ist. Wie gezeigt, verengt sich die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 bezüglich des Hauptabschnitts 38 zu einem dünneren, spitzeren Endabschnitt, wobei auf die Abmessung hierin als eine hintere Weite der Hinterkantenergänzungsstruktur Bezug genommen wird.

[0033] Bezug nehmend auf die Fig. 3 und 4 sind der Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 und die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 gemäss einer ersten Ausführungsform detaillierter dargestellt. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 ein niedrigschmelzendes Superlegierungsmaterial auf, das eine Mischung aus einer Superlegierungsbasis und einem niedrigschmelzenden Lötlegierungspulver aufweist, die hierin als niedrigschmelzendes Superlegierungs-(LMS)-Blech 50 bezeichnet wird. Eine beispielhafte Ausführungsform des LMS-Blechs 50 ist eine erste vorgesinterte Vorformling(PSP)-Struktur. Das LMS-Blech 50 enthält eine Mischung von Partikeln, die eine erste Legierung und eine zweite Legierung aufweisen, die bei einer Temperatur unterhalb ihrer Schmelzpunkte miteinander gesintert worden sind, um eine agglomerierte und leicht poröse Masse zu bilden. Geeignete Partikelgrössenbereiche für Pulverpartikel weisen 150 mesh oder sogar 325 mesh oder kleinere auf, um ein rasches Sintern der Partikel zu fördern und die Porosität in dem LMS-Blech 50 auf ungefähr 10 Volumenprozent oder weniger zu reduzieren.

[0034] Die erste Legierung des LMS-Blechs 50 weist eine beliebige Zusammensetzung auf, wie z.B. eine, die dem Basismaterial des Hauptabschnitts 38 ähnlich ist, um gemeinsame physikalische Eigenschaften zwischen dem LMS-Blech 50 und dem Hauptabschnitt 38 zu fördern. Beispielsweise weisen in einigen Ausführungsformen die erste Legierung und das Basismaterial eine gemeinsame Zusammensetzung auf (d.h. sie sind vom gleichen Materialtyp). In einigen Ausführungsformen weist die erste Legierung eine Nickel-basierte Superlegierung oder eine Kobalt-basierte Superlegierung auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Eigenschaften der ersten Legierungen chemische und metallurgische Kompatibilität zu dem Basismaterial, wie z.B. hohe Ermüdungsfestigkeit, geringe Neigung zum Reissen, Oxidationsresistenz und/oder maschinelle Herstellbarkeit auf.

[0035] Die zweite Legierung kann ebenfalls eine Zusammensetzung ähnlich dem Basismaterial des Hauptabschnitts 38 aufweisen, aber beinhaltet ferner ein schmelzpunktsenkendes Material, um das Sintern der Partikel der ersten Legierung und der zweiten Legierung zu fördern und die Verbindung des LMS-Blechs 50 mit dem Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des Basismaterials zu fördern. Z.B. weist in einigen Ausführungsformen das schmelzpunktsenkende Material Bor, Gold, Kupfer, Phosphor und/oder Silizium auf.

[0036] Das LMS-Blech 50 weist beliebige relative Mengen der ersten Legierung und der zweiten Legierung auf, die genügen, um ausreichend schmelzpunktsenkenden Mittels zu liefern, um eine Benetzung und Verbindung (z.B. Diffusions-/Hartlötverbindung) der Partikel der ersten Legierung und der zweiten Legierung miteinander und mit dem Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 des Schaufelblatts 36 sicherzustellen. In einigen Ausführungsformen weist z.B. die zweite Legierung wenigstens 10 Gew.-% des LMS-Blechs 50. In einer Ausführungsform weist die zweite Legierung ungefähr 70 Gew.-% des LMS-Blechs 50 auf, wobei die erste Legierung ungefähr 30 Gew.-% des LMS-Blechs 50 aufweist, was ein Gewichtsmischungsverhältnis der ersten Legierung zu der zweiten Legierung von ungefähr 30:70 ergibt. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Gewichtsmischungsverhältnis der ersten Legierung zu der zweiten Legierung von ungefähr 40:60 angewendet.

[0037] In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 eine Einzelkomponente auf, die einen ersten Abschnitt 52 und einen zweiten Abschnitt 54 aufweist, die integral miteinander ausgebildet werden. Der erste Abschnitt 52 und der zweite Abschnitt 54 weisen jeweils ein stromaufwärtiges Ende 56 auf, das mit dem Hinterkantenbereich 42 des Hauptbereichs 38 verbunden ist. Der erste Abschnitt 52 und der zweite Abschnitt 54 weisen ferner jeweils ein stromabwärtiges Ende 58 auf, die sich schneiden, um eine scharfe Spitze des Schaufelblatts 36 auszubilden. Der schmale, spitze Winkel des stromabwärtigen Endes 58 der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 ermöglicht einen dünneren Hinterkantenabschnitt des Schaufelblatts 36, was effektiv die aerodynamische Blockade reduziert, wodurch die Gesamtleistung des Turbinensystems verbessert wird.

[0038] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 sind mit einem einzigen LMS-Blech veranschaulicht und beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass mehrere LMS-Bleche verwendet und mit dem Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 verbunden werden können.

[0039] Unabhängig von der genauen Anzahl von verwendeten LMS-Blechen ist/sind das Blech/die Bleche mit dem Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 wirkverbunden. In einer Ausführungsform sind die LMS-Bleche an den Hinterkantenbereich 42 hartgelötet. Die LMS-Bleche sind aus Materialien ausgebildet, die eingerichtet sind, um an den Hinterkantenbereich 42 ohne die Notwendigkeit der Aufbringung einer Hartlotpaste angelötet zu werden. Auf diese Weise wird/werden das/die LMS-Blech(e) in einer gewünschten Lage in einer anstossenden Weise mit dem Hinterkantenbereich 42 innerhalb eines Ofens angeordnet und auf eine notwendige Temperatur erhitzt, um ein Hartlöten der LMS-Bleche an den Hauptabschnitt 38 zu ermöglichen. Zusätzlich zum Hartlöten, ist vorgesehen, dass alternative Verbindungsverfahren angewendet werden können, einschliesslich, aber nicht darauf beschränkt, Schweissen, Diffusionsschweissen oder mechanisches Befestigen.

[0040] Bezug nehmend auf die Fig. 2 , 5 und 6 sind der Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 und die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 gemäss einer zweiten Ausführungsform detailliert veranschaulicht. Die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 weist ähnliche Materialien und Verbindungsprozesse auf, wie jene, die hier mit ihren Wesentlichen Details beschrieben sind, so dass ähnliche Bezugszeichen dort verwendet werden, wo es geeignet ist, und doppelte Beschreibung wird vermieden. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 ein erstes LMS-Blech 60 und ein zweites LMS-Blech 62 auf, die mit dem Basismaterial des Hauptabschnitts 38 in der Nähe des Hinterkantenbereichs 42 wirkverbunden sind. Das erste LMS-Blech 60 und das zweite LMS-Blech 62 weisen jeweils ein stromabwärtiges Ende 64 auf, die sich schneiden, um eine scharfe Spitze des Schaufelblatts 36 auszubilden.

[0041] Bezug nehmend auf die Fig. 2 , 7 und 8 sind der Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 und die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 gemäss einer dritten Ausführungsform detailliert beschrieben. Die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 weist ähnliche Materialien und Verbindungsprozesse auf, wie jene, die hier bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert sind, so dass ähnliche Bezugszeichen dort verwendet werden, wo es geeignet ist, und doppelte Beschreibung wird vermieden.

[0042] In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine einzige LMS-Struktur oder ein einziges LMS-Blech verwendet, wie z.B. das erste LMS-Blech 50, das im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform vorstehend beschrieben ist. Wie gezeigt, ist das erste LMS-Blech 50 an mehreren Stellen mit dem Hinterkantenbereich 42 des Hauptabschnitts 38 des Schaufelblatts 36 verbunden. Insbesondere ist das erste LMS-Blech 50 an dem stromaufwärtigen Ende 56 und dem stromabwärtigen Ende 58 mit dem Hinterkantenbereich 42 verbunden, wobei das stromabwärtige Ende 58 des ersten LMS-Blechs 50 mit einem stromabwärtigen Punkt 70 des Hinterkantenbereichs 42 verbunden ist. Es können zusätzliche Verbindungsschnittstellen vorhanden sein, wie veranschaulicht und nachstehend detailliert beschrieben.

[0043] Bezug nehmend nun auf die Fig. 2 – 8 wird zur Schaffung einer wirksamen Kühlung des Schaufelblatts 36 eine Kühlanordnung 80 innerhalb des Hinterkantenbereichs 42 des Hauptabschnitts 38 und durch die Hinterkantenergänzungsstruktur 46 hindurch implementiert. Der Hauptabschnitt 38 weist einen Innenkern 82 auf, der einen Hohlbereich enthält. Der Innenkern 82 wird durch die Zufuhr einer Kühlluftströmung 84, die aus einer (nicht gezeigten) Kühlluftquelle zugeführt wird, aktiv gekühlt. Die Kühlluftströmung 84 wird zur Kühlung des Hauptabschnitts 38 des Schaufelblatts 36 zugeführt. Die Kühlanordnung 80 weist wenigstens einen, aber typischerweise mehrere Kühlkanäle 86 auf, die in der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 angeordnet sind. Die mehreren Kühlkanäle 86 schaffen eine Fluidverbindung zwischen dem Innenkern 82 und dem Innenbereich 88, der durch eine oder mehrere innere Oberflächen 89 der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 definiert und eingerichtet ist, um die Kühlluftströmung 84 in eine Spannweitenrichtung 90 des Schaufelblatts 36 zu leiten. Der Innenkern 82 weist einen Hinterkantenbereichsabgaspfad 92 auf, der eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung 84 in einer Spannweitenrichtung 94 des Schaufelblatts 36 zu leiten. In einer weiteren Ausführungsform ist der Hinterkantenbereichsabgaspfad 92 eingerichtet, um eine Kühlluftströmung 84 in der Sehnenrichtung 90 des Schaufelblatts 36 zu leiten. In einer noch weiteren Ausführungsform ist der Hinterkantenbereichsabgaspfad 92 eingerichtet, um eine Kühlluftströmung 84 in einer Kombination aus der Sehnenrichtung 90 und der Spannweitenrichtung 94 zu leiten.

[0044] Die mehreren Kühlkanäle 86 können auf vielfältige Weise und zu vielfältigen Zeiten während des Herstellungsprozesses erzeugt werden. Insbesondere können die mehreren Kühlkanäle 86 vor der Verbindung der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 mit dem Hauptabschnitt 38 oder auf die Verbindung folgend erzeugt werden.

[0045] Eine Erzeugung der mehreren Kühlkanäle 86 vor der Verbindung der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 mit dem Hauptabschnitt 38 kann die Bildung negativer Rillen, Schlitze oder ähnliches in dem LMS-Blech/in den LMS-Blechen während der Erzeugung des LMS-Blechs/der LMS-Bleche selbst aufweisen, so dass die LMS-Bleche vor dem endgültigen Sintern immer noch in ihrem nachgiebigen, «grünem Zustand» sind. Alternativ können die mehreren Kühlkanäle maschinell hergestellt werden (d.h. Zerspanen von einigem Material aus dem LMS-Blech/den LMS-Blechen mittels jedes geeigneten materialabführenden Verfahrens, einschliesslich, aber nicht darauf beschränkt, Fräsen, Schleifen, Drahterodierverfahren (EDM), Fräs-EDM, Sinker-EDM, elektro-chemisches Verarbeiten (ECM), Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden und deren Kombinationen. Alternativ oder in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können die mehreren Kühlkanäle 86 mit dem Innenbereich 88 oder dem Hauptabschnitt 38 wirkverbunden mit oder integral ausgebildet sein.

[0046] In einer Ausführungsform ist wenigstens ein, aber typischerweise sind mehrere Kühleinrichtungen 96 in der Nähe des Innenbereichs 88 des Hinterkantenbereichs 42 angeordnet. Die mehreren Kühleinrichtungen 96 können die Ausbildung von mehreren Kühlkanälen 86 erleichtern und können Wärmesenken schaffen, um ferner den Hinterkantenbereich 42 zu kühlen. Wie am besten in Fig. 7 und 8 gezeigt, können die mehreren Kühleinrichtungen 96 in Form von Stiften, Turbulatoren, Winkeln oder anderen Strömungsbeeinflussenden Komponenten vorliegen. Wie bei der allgemeinen Ausbildung der mehreren Kühlkanäle 86 können die mehreren Kühleinrichtungen 96 mit der einen oder den mehreren Oberflächen 89 des Hinterkantenbereichs 42 wirkverbunden oder integral ausgebildet sein. In einer Ausführungsform, die integral ausgebildete Kühleinrichtungen aufweist, kann ein Giess- oder ein maschineller Bearbeitungsprozess angewendet werden, um die Kühleinrichtungen in dem Hinterkantenbereich 42 auszubilden.

[0047] In einer Ausführungsform, die einen maschinellen Zerspanungsprozess verwendet, um die mehreren Kühlkanäle 86 und/oder die mehreren Kühleinrichtungen 96 zu erzeugen, ist es vorgesehen, dass der maschinelle Zerspanungsprozess vor der Verbindung der Hinterkantenergänzungsstruktur 46 mit dem Hauptabschnitt 38 oder nach einer solchen Verbindung erfolgen kann. Unabhängig von der Zeit für die Ausbildung der mehreren Kühlkanäle 86 und/oder der mehreren Kühleinrichtungen 96 stehen die Kühlkanäle und/oder die Kühleinrichtungen in Fluidverbindung mit dem Innenkern 82. Es ist vorgesehen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in neue oder vorhandene Schaufelblätter vielfältiger Turbinensysteme eingebaut werden können.

[0048] Obwohl die Erfindung im Detail nur im Zusammenhang mit einer begrenzten Anzahl an Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte ohne weiteres klar sein, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um jede beliebige Anzahl an Veränderungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die hier noch nicht beschrieben wurden, jedoch dem Geist und Rahmen der Erfindung entsprechen, einzubringen. Ausserdem versteht es sich, obwohl verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben wurden, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Demnach sollte die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt angesehen werden, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.

[0049] Ein Schaufelblatt weist einen Hauptabschnitt auf, der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern aufweist, der einen Hohlbereich umfasst. Es ist auch ein Hinterkantenbereich des Hauptabschnitts enthalten. Ferner ist eine Hinterkantenergänzungsstruktur enthalten, die eine niedrigschmelzende Superlegierung aufweist, die in der Nähe des Hinterkantenbereichs mit dem Basismaterial wirkverbunden ist. Noch ferner ist wenigstens ein Kühlkanal enthalten, der den Innenkern des Hauptbereichs mit einem Innenbereich des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet. Auch ist ein Hinterkantenbereichsabgaspfad enthalten, der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung in einer Spannweitenrichtung des Schaufelblatts zu leiten.

Bezugszeichenliste

[0050] <tb>10<SEP>Turbinensystem <tb>12<SEP>Verdichterabschnitt <tb>14<SEP>Brennkammerordnungen <tb>18<SEP>Verbrennungsabschnitt <tb>24<SEP>Turbinenabschnitt <tb>26–28<SEP>Mehrere Stufen <tb>30<SEP>Rotor <tb>32<SEP>Leitapparat/-schaufel <tb>34<SEP>Laufschaufel <tb>36<SEP>Schaufelblatt <tb>38<SEP>Hauptabschnitt <tb>40<SEP>Vorderkante <tb>42<SEP>Hinterkantenbereich <tb>46<SEP>Hinterkantenergänzungsstruktur <tb>50<SEP>niederschmelzendes Superlegierungsblech (LMS-Blech) <tb>52<SEP>Erster Abschnitt <tb>54<SEP>Zweiter Abschnitt <tb>56<SEP>Stromaufwärtiges Ende <tb>58<SEP>Stromabwärtiges Ende <tb>60<SEP>Erstes LMS-Blech <tb>62<SEP>Zweites LMS-Blech <tb>70<SEP>Stromabwärtige Stelle <tb>80<SEP>Kühlanordnung <tb>82<SEP>Innenkern <tb>84<SEP>Kühlluftströmung <tb>86<SEP>Mehrere Kühlkanäle <tb>88<SEP>Innenbereich <tb>89<SEP>Innere Oberflächen <tb>90<SEP>Sehnenrichtung <tb>92<SEP>Abgaspfad <tb>94<SEP>Spannweitenrichtung <tb>96<SEP>Mehrere Kühleinrichtungen

Claims (10)

1. Schaufelblatt (36), das aufweist: einen Hauptabschnitt (38), der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern (82) aufweist, der einen Hohlbereich umfasst; einen Hinterkantenbereich (42) des Hauptabschnitts; eine Hinterkantenergänzungsstruktur (46), die eine niedrigschmelzende Superlegierung aufweist, die in der Nähe des Hinterkantenbereichs mit dem Basismaterialwirkverbunden ist; wenigstens einen Kühlkanal (86), der den Innenkern des Hauptbereichs mit einem Innenbereich (88) des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet; und einen Hinterkantenbereichsabgaspfad (92), der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung (84) in eine Spannweitenrichtung (94) des Schaufelblatts zu leiten.

2. Schaufelblatt gemäss Anspruch 1, wobei die Hinterkantenergänzungsstruktur an den Hinterkantenbereich angelötet ist.

3. Schaufelblatt gemäss Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kühlkanal die Kühlluftströmung in eine Sehnenrichtung (90) des Schaufelblatts leitet.

4. Schaufelblatt gemäss Anspruch 1, wobei die niedrigschmelzende Superlegierung ein vorgesintertes Vorformling (PSP)-Material aufweist.

5. Schaufelblatt gemäss Anspruch 1, wobei die Hinterkantenergänzungsstruktur einen ersten Abschnitt (52) und einen zweiten Abschnitt (54) aufweist, die integral miteinander ausgebildet sind, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils ein stromaufwärtiges Ende (56) aufweisen, das mit dem Hinterkantenbereich des Hauptabschnitts verbunden ist.

6. Schaufelblatt gemäss Anspruch 5, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils ein stromabwärtiges Ende (58) aufweisen, die sich schneiden, um eine scharfe Spitze auszubilden.

7. Schaufelblatt gemäss Anspruch 1, das ferner wenigstens eine Kühleinrichtung (96) aufweist, die in dem Innenbereich des Hinterkantenbereichs angeordnet ist.

8. Schaufelblatt gemäss Anspruch 7, wobei die Hinterkantenergänzungsstruktur eine Einzelkomponente aufweist, die ein stromabwärtiges Ende (58) aufweist, das mit einer stromabwärtigen Stelle (70) des Hinterkantenbereichs des Hauptbereichs verbunden ist, wobei die Hinterkantenergänzungsstruktur vorzugsweise mit der wenigstens einen Kühleinrichtung verbunden ist.

9. Schaufelblatt, das aufweist: einen Hauptabschnitt (38), der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern (82) aufweist, der einen Hohlbereich umfasst; einen Hinterkantenbereich (42) des Hauptabschnitts; eine Hinterkantenergänzungsstruktur (46), die ein erstes niedrigschmelzendes Superlegierungsblech (60) und ein zweites niedrigschmelzendes Superlegierungsblech (62) aufweist, wobei das erste niedrigschmelzende Superlegierungsblech und das zweite niedrigschmelzende Superlegierungsblech in der Nähe des Hinterkantenbereichs mit dem Basismaterial des Hauptabschnitts wirkverbunden sind; wenigstens einen Kühlkanal (86), der den Innenkern des Hauptabschnitts mit einem Innenbereich (88) des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet; und einen Hinterkantenbereichsabgaspfad (92), der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung (84) entweder im Wesentlichen in eine Spannweitenrichtung (94) und/oder im Wesentlichen in eine Sehnenrichtung (90) des Schaufelblatts zu leiten.

10. Gasturbine (10), die aufweist: einen Verdichter (12); eine Brennkammeranordnung (14); eine Turbine (24); und ein Schaufelblatt (36), das entweder in dem Verdichter und/oder in der Turbine angeordnet ist, wobei das Schaufelblatt aufweist: einen Hauptabschnitt (38), der aus einem Basismaterial ausgebildet ist und einen Innenkern (82) und einen Hinterkantenbereich (42) aufweist; eine Hinterkantenergänzungsstruktur (46), die eine niedrigschmelzende Superlegierung aufweist, die mit dem Basismaterial in der Nähe des Hinterkantenbereichs wirkverbunden ist; wenigstens einen Kühlkanal (86), der den Innenkern mit einem Innenbereich (88) des Hinterkantenbereichs strömungsmässig verbindet; und einen Hinterkantenbereichsabgaspfad (92), der in dem Innenbereich angeordnet und eingerichtet ist, um eine Kühlluftströmung (84) in eine Spannweitenrichtung (94) des Schaufelblatts zu leiten.