CH708570A2 - Gasturbinenbauteile mit porösen Kühlungsmerkmalen. - Google Patents

Gasturbinenbauteile mit porösen Kühlungsmerkmalen. Download PDF

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CH708570A2 CH01270/14A CH12702014A CH708570A2 CH 708570 A2 CH708570 A2 CH 708570A2 CH 01270/14 A CH01270/14 A CH 01270/14A CH 12702014 A CH12702014 A CH 12702014A CH 708570 A2 CH708570 A2 CH 708570A2
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Benjamin Paul Lacy
Shrikanth Chandrudu Kottilingam
David Edward Schick
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Gen Electric
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Heissgaspfadbauteil (100) für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Heissgaspfadbauteil (100) weist ein Schaufelblatt (110), einen inneren Kühlhohlraum (190) und einen porösen Abschnitt (220) auf, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. Der poröse Abschnitt (220) kann in das Schaufelblatt (110) eingebaut sein, oder das Schaufelblatt (110) kann getrennt hergestellt und an dem Schaufelblatt (110) angebracht sein.

Description

Beschreibung
[0001 ] Die vorliegende Erfindung wurde mit Unterstützung der US-Regierung unter Vertragsnummer DE-FC2605NT42643, erteilt durch das Energieministerium, verfasst. Dem Staat stehen gewisse Rechte der Erfindung zu.
Technisches Gebiet
[0002] Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent beziehen sich allgemein auf Gasturbinentriebwerke und spezieller auf Gasturbinenbauteile mit porösen Kühlungsabschnitten, die durch Metall-Laser-Schmelzherstellungstechniken und dergleichen erzeugt sind.
Hintergrund zu der Erfindung
[0003] Gasturbinensysteme werden häufig auf Gebieten wie beispielsweise Leistungserzeugung eingesetzt. Die Gesamtleistung und der Gesamtwirkungsgrad einer Gasturbine kann im Allgemeinen durch eine Erhöhung innerer Verbrennungstemperaturen gesteigert werden. Die Bauteile, die den hohen Temperaturen in dem Heissgaspfad ausgesetzt sind, müssen allerdings gekühlt werden. Beispielsweise können ein Schaufelblatt und andere Bauteile eines Leitapparats und dergleichen in dem Heissgaspfad angeordnet und den verhältnismässig hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt sein. Es kann daher ein Kühlstrom aus dem Verdichter oder andernorts abgezweigt und an die unterschiedlichen Bauteile in dem Heissgaspfad ausgegeben werden.
[0004] Vielfältige Verfahren können zur Kühlung der Schaufelblätter und der sonstigen Bauteile genutzt werden. Diese Verfahren können beinhalten: Leiten eines Kühlstroms auf der Innenseite der Komponente, Leiten des Kühlstroms durch eine Prallhülse, der auf den Strom auf der Rückseite der Komponente prallt, um den Wärmeübertragungskoeffizienten darin zu steigern, Leiten des Kühlmittels durch Kühlungslöcher zu der Aussenseite der Komponente, um das Kühlmittel konvektiv zu kühlen und aus den Kühlungslöchern als Film zu entlassen, um eine Schicht von Kühlluft über der Aussenseite bereitzustellen, so dass Aussentemperaturen verringert werden. Obwohl die Verwendung dieser Verfahren eine angemessene Kühlung für die Schaufelblätter vorsehen kann, ist eine weitere Steigerung der Kühlungseffizienz gewünscht. Eine solche Erhöhung des Wirkungsgrades würde eine Verringerung der Kühlströme ermöglichen, die für die Kühlung der Schaufelblätter und anderer Bauteile erforderlich sind, und würde zusätzlich eine Verringerung der Emissionen und/oder eine Steigerung der Zündtemperaturen ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0005] Die vorliegende Erfindung und das sich ergebende Patent schaffen somit ein Heissgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Heissgaspfadbauteil kann ein Schaufelblatt, einen inneren Kühlhohlraum und einen porösen Abschnitt aufweisen, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. Der poröse Abschnitt kann in das Schaufelblatt eingebaut sein, oder das Schaufelblatt kann getrennt hergestellt und an dem Schaufelblatt angebracht sein.
[0006] Der poröse Abschnitt des Heissgaspfadbauteils kann in das Schaufelblatt eingebaut sein.
[0007] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann getrennt hergestellt und an dem Schaufelblatt angebracht sein.
[0008] Das Schaufelblatt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann eine Druckseite und eine Saugseite aufweisen, wobei der poröse Abschnitt in der Saugseite angeordnet ist.
[0009] Jedes oben erwähnte Heissgaspfadbauteil kann zudem eine zu dem porösen Abschnitt benachbarte Prallhülse aufweisen.
[0010] Jedes oben erwähnte Heissgaspfadbauteil kann ausserdem benachbart zu dem porösen Abschnitt mehrere Filmkühlungslöcher aufweisen.
[0011 ] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann darin ein poröses Medium enthalten.
[0012] Das poröse Medium jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann einen Metallschaum, einen keramischen Schaum und/oder einen Kohlenstofffaserschaum aufweisen.
[0013] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann einen porösen Abströmkantenabschnitt mit einer ganz oder teilweise darauf angeordneten Aussenhülse aufweisen.
[0014] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann einen oder mehrere poröse Seitenabschnitte aufweisen.
[0015] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann einen porösen äusseren Abschnitt aufweisen.
[0016] Der poröse äussere Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann eine Aussenhülse mit mehreren äusseren Filmkühlungslöchern aufweisen.
[0017] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heissgaspfadbauteils kann einen porösen inneren Abschnitt aufweisen.
2 [0018] Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent schaffen zudem ein Verfahren zum Kühlen eines Heissgaspfadbauteils für den Einsatz in einer Gasturbine. Zu dem Verfahren können die Schritte gehören: Ausbilden des Heissgaspfadbauteils mit einem inneren Kühlhohlraum, Erzeugen eines porösen Abschnitts mittels eines Metall-LaserSchmelzverfahrens (DLMS), Leiten eines Kühlmittels zu dem inneren Kühlhohlraum, und Leiten des Kühlmittel durch den porösen Abschnitt, um Transpirationskühlung vorzusehen. Der Erzeugungs-schritt kann beinhalten, den porösen Abschnitt auf dem Heissgaspfadbauteil anzulagern, oder den porösen Abschnitt getrennt herzustellen und den porösen Abschnitt an dem Heissgaspfadbauteil anzubringen.
[0019] Der Erzeugungsschritt kann beinhalten, den porösen Abschnitt auf dem Heissgaspfadbauteil anzulagern, oder den porösen Abschnitt getrennt herzustellen und den porösen Abschnitt an dem Heissgaspfadbauteil anzubringen.
[0020] Die vorliegende Erfindung und das sich ergebende Patent schaffen ausserdem ein Schaufelblatt für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Schaufelblatt kann eine Druckseite, eine Saugseite, einen inneren Kühlhohlraum und einen porösen Abschnitt mit einem porösen Medium aufweisen, das durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist.
[0021 ] Der poröse Abschnitt des Schaufelblatts kann in das Schaufelblatt eingebaut sein, oder der poröse Abschnitt ist getrennt ausgebildet und an dem Schaufelblatt angebracht.
[0022] Der poröse Abschnitt des Schaufelblatts kann einen porösen Abströmkantenabschnitt aufweisen.
[0023] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Schaufelblatts kann einen oder mehrere poröse Seitenabschnitte aufweisen.
[0024] Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Schaufelblatts kann einen porösen äusseren Abschnitt und/oder einen porösen inneren Abschnitt aufweisen.
[0025] Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und des sich daraus ergebenden Patents erschliessen sich dem Fachmann nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0026]
Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Gasturbinentriebwerk, das einen Verdichter, eine Brennkammeranordnung und eine Turbine aufweist.
Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt einen Abschnitt eines Schaufelblattes.
Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt einen Abschnitt eines Schaufelblatts, wie es hier beschrieben ist.
Fig. 4 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Schaufelblatts nach Fig. 3.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Schaufelblatts, wie es hier beschrieben ist.
Fig. 6 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Schaufelblatts nach Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Schaufelblatts, wie es hier beschrieben ist.
Fig. 8 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Schaufelblatts nach Fig. 7.
Fig. 9 veranschaulicht in einer detaillierten Ansicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Abschnitts des Schaufelblatts nach Fig. 7.
Fig. 10 zeigt in einer Schnittansicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Schaufelblatts, wie es hier beschrieben ist.
Fig. 1 1 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Schaufelblatts nach Fig. 10.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0027] Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen übereinstimmende Bezugszeichen über die unterschiedlichen Ansichten hinweg gleichartige Elemente bezeichnen, zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht der Gasturbine 10, wie sie hier genutzt werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet einen ankommenden Luftstrom 20. Der Verdichter 15 führt den verdichteten Luftstrom 20 einer Brennkammer 25 zu. Die Brennkammeranordnung 25 mischt den verdichteten Luftstrom 20 mit einem verdichteten Brennstoffström 30 und entzündet das Gemisch, um einen Strom von Verbrennungsgasen 35 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammeranordnung 25 gezeigt ist, kann das Gasturbinentriebwerk 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammeranordnungen 25 enthalten. Der
3 Strom von Verbrennungsgasen 35 wird seinerseits einer Turbine 40 zugeführt. Der Strom von Verbrennungsgasen 35 treibt die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu leisten. Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt über eine Welle 45 den Verdichter 15 und eine externe Last 50 wie beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen an.
[0028] Die Gasturbine 10 kann Erdgas, Flüssigkraftstoffe, vielfältige Arten von synthetischem Gas und/oder andere Arten von Brennstoffen und Kombinationen davon verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige von mehreren unterschiedlichen Gasturbinentriebwerken sein, die von General Electric, Schenectady, New York, angeboten werden, beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, eine Hochleistungsgasturbine der Reihe 7 oder 9 und dergleichen. Die Gasturbine 10 kann andere Konstruktionen aufweisen und kann sonstige Arten von Bauteilen verwenden. Es können hier auch Gasturbinentriebwerke anderer Bauart verwendet werden. Weiter können vielfältige Gasturbinentriebwerke, sonstige Arten von Turbinen und andere Arten von Kraftanlagen hier gemeinsam verwendet werden.
[0029] Fig. 2 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel eines Heissgaspfadbauteils 55. In diesem Beispiel kann das Heissgaspfadbauteil 55 ein Schaufelblatt 60 sein. Das Schaufelblatt 60 kann ein Teil eines Leitapparats, einer Schaufel oder eines beliebigen sonstigen Heissgaspfadbauteils 55 wie beispielsweise ein Mantel und dergleichen sein. Das Schaufelblatt 60 kann ein äusseres Gehäuse 65 aufweisen. Das Schaufelblatt 60 kann sich von einer Druckseite 70 zu einer Saugseite 75 erstrecken. Das Schaufelblatt 60 kann sich auch von einer Anströmkante 80 zu einer Abströmkante 85 erstrecken. Das Schaufelblatt 60 kann im Wesentlichen aerodynamisch gestaltet sein. Das Gehäuse 65 kann eine Anzahl von inneren Kühlhohlräumen 90 definieren, die mit einer Anzahl von Filmkühlungslöchern 92 strömungsmässig verbunden sind, die sich durch das Gehäuse 65 erstrecken. Weiter können sich mehrere Stiftreihen 94 in die inneren Kühlhohlräume 90 hinein erstrecken. Ein Teil des Luftstroms 20 kann von dem Verdichter 15 abgezweigt sein, um das Schaufelblatt 60 zu kühlen. Der Luftstrom 20 kann sich durch die inneren Kühlhohlräume 90 erstrecken und kann um die Filmkühlungslöcher 92 oder andernorts austreten. Die Stiftreihen 94 können dem Luftstrom.20 Turbulenz verleihen. Viele andere Arten von Heissgaspfadbauteilen 55 und Schaufelblättern 60 können genutzt werden. Ebenso können auch viele andere Arten von Kühlungsanordnungen und Bauteilen verwendet werden.
[0030] Fig. 3 und 4 zeigen ein Heissgaspfadbauteil 100, wie es hier beschrieben ist. In diesem Beispiel kann das Heissgaspfadbauteil 100 ein Schaufelblatt 1 10 sein. Das Schaufelblatt 1 10 kann Teil eines Leitapparats oder einer Schaufel sein. Es können hier auch andere Arten von Heissgaspfadbauteilen 100, beispielsweise ein Mantel und dergleichen, verwendet werden. Das Schaufelblatt 1 10 kann ein Gehäuse 120 aufweisen. Das Gehäuse 120 kann eine Innenfläche 130 und eine Aussenfläche 140 aufweisen. Die Innenfläche 130 kann dazu benachbart eine Prallhülse 135, eine Aufprallplatte, oder eine ähnliche Konstruktion aufweisen. Das Gehäuse 130 kann sich von einer Druckseite 150 zu einer Saugseite 160 erstrecken. Desgleichen kann sich das Schaufelblatt 1 10 von einer Anströmkante 170 zu einer Abströmkante 180 erstrecken und eine im Wesentlichen aerodynamische Gestalt definieren. Das Gehäuse 120 kann um seine Innenfläche 130 mehrere innere Kühlhohlräume 190 definieren. Durch das Gehäuse 120 können sich mehrere Filmkühlungslöcher 200 erstrecken. Weiter können in den inneren Hohlräumen 190 mehrere Stiftreihen 210 angeordnet sein. Es können auch andere Bauteile und sonstige Konstruktionen hierin genutzt werden.
[0031 ] Das Schaufelblatt 1 10 kann zudem einen porösen Abströmkantenabschnitt 220 aufweisen. Der poröse Abströmkantenabschnitt 220 kann mit einem porösen Medium 230 gefüllt sein. Das poröse Medium 230 kann anhand eines oder mehrerer beliebiger geeigneter poröser Materialien ausgebildet sein, die darin eine Matrix mit einer Anzahl von Poren aufweisen. Das poröse Medium 230 kann anhand eines Metallschaums, eines Metalllegierungsschaum, eines keramischen Schaums, beispielsweise eines Keramik-Matrixverbundstoffschaums, eines Kohlenstofffaserschaums und ähnlicher Arten von porösen Materialien ausgebildet sein. Nicht als beschränkend zu bewertende Beispiele spezieller Materialien können Rene 142, Rene 195, MarM247, GTD1 1 1 , GTD444, IN738, H282, H230, IN625 und dergleichen beinhalten. Der Schaum kann gewöhnlich gebildet werden, indem ein Material, beispielsweise ein Metall, eine Keramik, eine Kohlenstofffaser und dergleichen mit einer weiteren Substanz gemischt wird, und die Substanz anschliessend geschmolzen wird, so dass der poröse Schaum verbleibt. Das poröse Medium 230 kann mittels eines Metall-Laser-Schmelz-(»DMLM»)-Verfahrens und dergleichen «gedruckt» oder aufgebaut werden. Es können hier auch unterschiedliche Sintertechniken und andere Herstellungstechniken verwendet werden, um die im Vorliegenden erwähnten Bauteile zu erzeugen. Das poröse Medium kann hinsichtlich der Porosität/Durchlässigkeit auf der Grundlage einer Optimierung des hindurch strömenden Kühlstroms überall variieren. Beispielsweise ist die Durchlässigkeit in Regionen höchster Wärmelast am geringsten, so dass durch diese Regionen mehr Kühlfluid strömt als in Regionen, in denen die Wärmelast und der Bedarf an Kühlfluid möglicherweise geringer ist. Durch die Poren in dem porösen Medium 230 kann ein Kühlmittel 240 strömen, um die Kühlung in hocheffizenter Weise durchzuführen.
[0032] Der poröse Abströmkantenabschnitt 220 kann unmittelbar auf dem Schaufelblatt 1 10 aufgebaut sein, oder der poröse Abströmkantenabschnitt 220 kann getrennt hergestellt und durch eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Techniken angebracht sein. Diese Techniken können Hartlöten, Lichtbogenschweissen, Schweissen mit hoher Energiedichte, wie beispielsweise Laserschweissen und Elektronenstrahlschweissen, TLP-Kleben, Diffusionskleben, oder andere Arten mechanischer Befestigung beinhalten. Die Anlagerung des porösen Mediums 230 kann über einem bestehenden Bauteil durchgeführt werden oder als Teil der Herstellung eines Bauteils als Ganzes erzeugt werden. Der Einsatz des DMLM-Verfahrens ermöglicht eine hohe Wärmeübertragung durch das poröse Medium 230 hindurch, während eine qualitativ hochwertige Verbindungsstelle zwischen dem Schaufelblatt 1 10 und dem porösen Abströmkantenabschnitt 220 erzeugt wird. Der poröse Abströmkantenabschnitt 220 kann eine Aussenhülse 250 aufweisen, die sich ganz oder teilweise so erstreckt,
4 dass der Strom gelenkt wird, um lediglich über einem bestimmten Abschnitt oder über mehreren bestimmten Abschnitten der Abströmkante auszutreten. Die Aussenhülse 250 kann ein metallisches Bauteil, eine Wärmedämmschicht und dergleichen sein. Die Beschichtung kann ein Aluminid und dergleichen sein, das darauf gesprüht ist. Das Kühlmittel 240 strömt somit durch das Schaufelblatt 1 10 und tritt über die porösen Abströmkantenabschnitt 220 aus, um die Abströmkante 180 zu kühlen. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden.
[0033] Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Beispiel eines Heissgaspfadbauteils 100. In diesem Beispiel kann das Heissgaspfadbauteil 100 ein Schaufelblatt 260 sein. Das Schaufelblatt 260 kann einen porösen Seitenabschnitt 270 aufweisen, der auf der Saugseite 160 angeordnet ist. Der poröse Seitenabschnitt 270 kann das poröse Medium 230 enthalten. Speziell kann das poröse Medium 230 entlang der Prallhülse 135 oder um ein Netz auf der zugrundeliegenden Struktur in das Gehäuse 120 des Schaufelblatts 260 eingebaut oder darin angebracht sein. Das poröse Medium 230 kann mit dem Gehäuse fluchten, um Transpirationskühlung und dergleichen vorzusehen. Der Kühlstrom 240 kann auf diese Weise durch die Poren in dem porösen Seitenabschnitt 270 entweichen. Beliebig viele der porösen Seitenabschnitte 270 können hier mit beliebiger Abmessung oder Gestalt genutzt werden. Wie im Vorausgehenden kann die Porosität und die Durchlässigkeit über das gesamte poröse Teil hinweg variiert werden, um die Nutzung der Kühlung zu optimieren. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden.
[0034] Fig. 7-9 zeigen ein weiteres Beispiel eines Heissgaspfadbauteils 100. In diesem Beispiel kann das Heissgaspfadbauteil 100 ein Schaufelblatt 280 sein. Das Schaufelblatt 280 kann einen porösen äusseren Abschnitt 290 aufweisen, der auf der Saugseite 160 oder andernorts entlang des Schaufelblattes 280 angeordnet ist. Insbesondere kann der poröse äussere Abschnitt 290 eine Anlagerung des porösen Mediums 230 auf dem Gehäuse 120 beinhalten. In einer Abwandlung kann der poröse Abschnitt getrennt aufgebaut und durch eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Techniken einschliesslich der oben erwähnten angebracht sein. Das Gehäuse 120 und der poröse äussere Abschnitt 290 können mit den Filmkühlungslöchern 200 strömungsmässig verbunden sein, die sich durch das Gehäuse 120 erstrecken. Wie in Fig. 8 dargestellt, kann eine über dem porösen Medium 230 angeordnete Aussenhülse 300 verwendet werden. Auf der Aussenhülse 300 können mehrere äussere Filmkühlungslöcher 310 angeordnet sein. Die Aussenhülse 300 kann auf Metall, einer Wärmedämmschicht und dergleichen basieren. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann die Aussenhülse 300 optional so eingerichtet sein, dass das poröse Medium 230 keinerlei Deckschicht bedarf. Die Aussenhülse 300 kann das poröse Medium 230 zur Gänze, zum Teil oder überhaupt nicht bedecken. Der Kühlstrom 240 kann somit durch die Filmkühlungslöcher 200, das poröse Medium 230 und/oder die äusseren Filmkühlungslöcher 310 strömen. Die Filmkühlungslöcher können teilweise in dem porösen Medium ausgebildet sein, um die Strömungsverteilung in das porösen Medium hinein zu verbessern. Es können auch andere Bauteile und sonstige Konstruktionen hierin genutzt werden.
[0035] Fig. 10 und 1 1 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heissgaspfadbauteils 100. In diesem Beispiel kann das Heissgaspfadbauteil 100 ein Schaufelblatt 320 sein. Das Schaufelblatt 320 kann einen porösen inneren Abschnitt 330 aufweisen. Der poröse innere Abschnitt 330 kann eine Anlagerung des porösen Mediums 230 ganz oder teilweise um die optionale Prallhülse 135 längs der Filmkühlungslöcher 200 oder andernorts in dem Gehäuse 120 beinhalten. In einer Abwandlung kann das poröse Medium getrennt hergestellt und durch vielfältige Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, angebracht sein. Die Durchlässigkeit und Porosität des porösen Mediums kann nach Bedarf variieren, um die Nutzung des Kühlfluids zu optimieren. Der Kühlstrom 240 kann auf diese Weise durch die Prallhülse 135, das poröse Medium 230 und die Filmkühlungslöcher 200 hindurch strömen. Die Filmkühlungslöcher können teilweise in dem porösen Medium ausgebildet sein, um eine optimale Gestalt der Filmlöcher mit Blick auf eine maximierte Wirksamkeit des Films zu gewährleisten. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden.
[0036] Es können hier auch eine Reihe abgewandelter Heissgaspfadbauteile 100 verwendet werden. Speziell können DMLM-Techniken genutzt werden, um sowohl poröse als auch kompakte Merkmale des Heissgaspfadbauteils 100 herzustellen. Diese DMLM-Techniken können genutzt werden, um die Porosität und/oder die Durchlässigkeit an unterschiedlichen Orten in dem porösen Medium 230 zu verändern. Die DMLM-Techniken können somit verwendet werden, um innerhalb oder ausserhalb desselben mehrere unterschiedliche gesonderte poröse Strukturen hervorzubringen. Es können auch andere Verfahren zum Herstellen und Anbringen des porösen Materials verwendet werden.
[0037] Das Heissgaspfadbauteil 100 bietet diese integralen porösen Merkmale, um eine bessere Wärmeübertragung zu ermöglichen und um Transpirationskühlung bereitzustellen. Der Einsatz des porösen Mediums 230 sollte daher die Gesamtkühllastanforderungen reduzieren. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass das poröse Medium einen wesentlich höheren Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu bekannten Schaufelblattmaterialien aufweist und eine hervorragende Kontrolle über die Verteilung von Kühlfluid über die Komponente ermöglicht. Die Nutzung eines solchen Verfahrens an den Heissgaspfadbauteilen an mehreren Stellen kann die Wärmeübertragungsfähigkeit erhöhen, während Kühlstromanforderungen verringert werden. Darüber hinaus verleiht die Verwendung des DMLM-Verfahrens dem porösen Schaum eine integrale Verbindung mit dem Basismetall, wenn er unmittelbar auf dem Teil angelagert wird oder als Ganzes mit dem Teil hergestellt wird. Das DMLM-Verfahren ermöglicht zudem eine Steuerung der Porosität und der Durchlässigkeit über das gesamte Teil hinweg.
[0038] Es sollte verständlich sein, dass sich das Vorausgehende lediglich auf spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung und des sich daraus ergebenden Patents bezieht. Zahlreiche Änderungen und Modifikationen können im Vorliegenden durch den Fachmann durchgeführt werden, ohne von dem allgemeinen Gegenstand und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren äquivalente Bedeutungen definiert ist.
5 [0039] Die vorliegende Erfindung schafft ein Heissgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Heissgaspfadbauteil kann ein Schaufelblatt, einen inneren Kühlhohlraum und einen porösen Abschnitt aufweisen, der durch ein MetallLaser-Schmelzverfahren erzeugt ist. Der poröse Abschnitt kann in das Schaufelblatt eingebaut sein, oder das Schaufelblatt kann getrennt hergestellt und an dem Schaufelblatt angebracht sein.
Bezugszeichenliste
[0040]
10 Gasturbinentriebwerk 15 Verdichter 20 Luft
25 Brennkammeranordnung 30 Brennstoff 35 Verbrennungsgase 40 Turbine 45 Welle 50 Last
55 Heissgaspfadbauteil 60 Schaufelblatt 65 äusseres Gehäuse 70 Druckseite 75 Saugseite 80 Anströmkante 85 Abströmkante 90 Kühlhohlräume 92 Filmkühlungslöcher 94 Stiftreihen 100 Heissgaspfadbauteil 1 10 Schaufelblatt 120 Gehäuse 130 Innenfläche 135 Prallhülse 140 Aussenflache 150 Druckseite 160 Saugseite 170 Anströmkante 180 Abströmkante 190 Kühl hohl räume 200 Filmkühlungslöcher
6

Claims (1)

  1. 210 Stiftreihen 220 poröser Abströmkantenabschnitt 230 poröses Medium 240 Kühlmittel 250 Aussenhülse 260 Schaufelblatt 270 poröser Seitenabschnitt 280 Schaufelblatt 290 poröser äusserer Abschnitt 300 Aussenhülse 310 äussere Kühlungslöcher 320 Schaufelblatt 330 poröser innerer Abschnitt Patentansprüche 1. Heissgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine, zu der gehören: ein Schaufelblatt; ein innerer Kühlhohlraum; und ein poröser Abschnitt, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. 2. Heissgaspfadbauteil nach Anspruch 1 , wobei der poröse Abschnitt in das Schaufelblatt eingebaut ist; und/oder wobei der poröse Abschnitt getrennt ausgebildet ist und an dem Schaufelblatt angebracht ist. 3. Heissgaspfadbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaufelblatt eine Druckseite und eine Saugseite aufweist, und wobei der poröse Abschnitt in der Saugseite angeordnet ist. 4. Heissgaspfadbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Prallhülse, die zu dem porösen Abschnitt benachbart angeordnet ist. 5. Heissgaspfadbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausserdem mehrere Filmkühlungslöcher aufweist, die benachbart zu dem porösen Abschnitt angeordnet sind. 6. Heissgaspfadbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der poröse Abschnitt darin ein poröses Medium enthält. 7. Heissgaspfadbauteil nach Anspruch 6, wobei das poröse Medium einen Metallschaum, einen keramischen Schaum und/oder einen Kohlenstofffaserschaum aufweist. 8. Heissgaspfadbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der poröse Abschnitt einen porösen Abströmkantenabschnitt mit einer ganz oder teilweise darauf angeordneten Aussenhülse aufweist; und/oder wobei der poröse Abschnitt einen oder mehrere poröse Seitenabschnitte aufweist. 9. Verfahren zum Kühlen eines Heissgaspfadbauteils für den Einsatz in einer Gasturbine, mit den Schritten: Ausbilden des Heissgaspfadbauteils mit einem inneren Kühlhohlraum; Erzeugen eines porösen Abschnitts mittels eines Metall-Laser-Schmelzverfahrens (DLMS); Leiten eines Kühlmittels zu dem inneren Kühlhohlraum; und Leiten des Kühlmittel durch den porösen Abschnitt, um Transpirationskühlung vorzusehen. 10. Schaufelblatt für den Einsatz in einer Gasturbine, mit: einer Druckseite; einer Saugseite; einem inneren Kühlhohlraum; und einem porösen Abschnitt, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. 7
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