DE102012011952A1

DE102012011952A1 - Turbinenschaufelblatt aus Verbundwerkstoff und Verfahren zum Herstellen davon

Info

Publication number: DE102012011952A1
Application number: DE102012011952A
Authority: DE
Inventors: Rolf Hunziker; Said Havakechian
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: US10072505B2; US20120328446A1; US9587497B2; CN102839990A; JP5738235B2; US20160084093A1; CN102839990B; JP2013002450A; CH705171A1; DE102012011952B4

Abstract

Beschrieben wird eine Turbinenschaufel mit einem Fuß und einer Spitze und einem Schaufelblatt mit einem Kernabschnitt, der aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, und einer Schutzhülle oder -schicht, die mit dem Verbundstoffkern an einer Position oder an Positionen verbunden ist, die Erosion ausgesetzt sind, wobei sich der Verbundstoffkern des Schaufelblatts von einer Position in der Nähe des Fußes zu einer Position in der Nähe der spitze der Schaufel kontinuierlich erstreckt und einen Abschnitt umfasst, der mit dem Abstand von der Drehachse entlang der Länge des Schaufelblatts breiter wird und der an der Position in der Nähe der Spitze der Schaufel endet. Die Schutzhülle oder -schicht ist durch Presspassung an dem sich aufweitenden Abschnitt des Kerns befestigt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Turbinenschaufelblätter aus Verbundwerkstoff, insbesondere für Dampfturbinen, und Verfahren zum Herstellen solcher Schaufelblätter.
Allgemeiner Stand der Technik
In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck „Turbine” verwendet, um sich auf Rotationsmotoren zu beziehen, die eine rotierende Teil- und eine Statorteilkraft aufweisen, die durch ein Fluidmedium wie Wasser, Dampf oder Gas gekoppelt sind. Von besonderem Interesse für die vorliegende Erfindung sind axiale Turbinen, die radial angeordnete, feste Statorschaufeln oder -leitschaufeln umfassen, die sich mit radialen Anordnungen von sich bewegenden Rotorschaufeln abwechseln. Die Bewegungen sind im Allgemeinen als Bewegungen in Bezug auf eine Verkleidung oder ein Gehäuse definiert.
Bei großen Turbinen, insbesondere Dampfturbinen werden die sich bewegenden Schaufeln oder Schaufelblätter derzeit unter Verwendung von stahl- oder titanbasierten Legierungen hergestellt. In einer mehrstufigen Turbine nimmt die Größe der Schaufeln von Stufe zu Stufe zu. In der Endstufe von sehr großen Niederdruckturbinen kann die Höhe einer Turbinenschaufel einen Meter oder mehr übersteigen. Wenngleich es wünschenswert ist, die Größe der Turbinenstufen zu erhöhen und dadurch ihre Abströmoberfläche und Effizienz zu erhöhen, haben die Eigenschaften derzeitiger Materialien ihre Grenzen erreicht, hauptsächlich aufgrund der enormen Zentrifugalkräfte, die auf die Rotationsschaufeln wirken.
Um die durch die Materialeigenschaften von Stahl und Titan bedingten Barrieren zu überwinden, wurden Verbundwerkstoff-Schaufelblätter vorgeschlagen, die hauptsächlich auf Carbonfaser basierende Materialien verwenden. Wenngleich eine große Anzahl solcher Ausführungen veröffentlicht wurde, sind reale Anwendungen solcher Verbundstoffschaufeln derzeit auf Gasturbinen für moderne Flugzeugmotoren begrenzt.
Einer der Gründe, die bislang die großtechnische Anwendung von Verbundstoffschaufeln auf dem Gebiet der Stromerzeugung verhindert haben, ist die mangelnde Beständigkeit der Verbundwerkstoffe gegenüber Erosion. Insbesondere auf dem Gebiet der Dampfturbinenschaufeln unterliegt das Material Erosion durch Wassertropfenkondensation aus dem Dampf, der über einen langen Betriebszeitraum durch die Turbine geführt wird. Unter der konstanten Bombardierung des Kondensats aus dem Wasserdampf erodiert der Verbundwerkstoff viel schneller als die derzeit angewendeten Metalllegierungen und ist daher nicht als Schaufelblattmaterial für große Dampfturbinenschaufeln geeignet.
Seit Anfang der 1930er Jahre wird in einer Anzahl veröffentlichter Patentdokumente wie der deutschen Patentschrift DE 536278 C2 als bekannte Lösung für das allgemeine Problem der Erosion die Verwendung von Schutzschichten vorgeschlagen. Für Verbundstoffschaufeln sind Schutzschichten zum Beispiel in der veröffentlichten US-Patentanmeldung US 2008/0152506 A1 und den veröffentlichten internationalen Patentanmeldungen WO 2011/039075 A1 und WO 2010/066648 beschrieben.
Wenngleich die Lösung des Aufbringens einer Schutzschicht oder Beschichtung die Erosion an den exponierten Teilen der Turbinenschaufel potenziell verringern kann, sind weitere Verbesserungen erforderlich, um Verbundstoffschaufelblätter betriebsfähig zu machen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Art und Weise der Verbindung der Schutzschicht und des Verbundstoffkerns eines Turbinenschaufelblattes zu verbessern.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaufelblatt einer Turbinenschaufel bereitgestellt, vorzugsweise der rotierenden Schaufel, mit einem Fuß- und einem Spitzenabschnitt, wobei das Schaufelblatt einen kontinuierlichen Kern aus Verbundwerkstoff aufweist und von dem Fußabschnitt zu dem Spitzenabschnitt kontinuierlich ist und wobei eine Schutzhülle mit dem Verbundstoffkern an einer Position oder an Positionen verbunden ist, die Erosion ausgesetzt sind, wobei sich der Kern mindestens in der Nähe des Spitzenabschnitts aufweitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung wird eine Bewegung der Schutzhülle entlang des Kerns in einer radialen Richtung nach außen durch eine Presspassung zwischen dem sich aufweitenden Kern und der Schutzhülle verhindert.
Wenn auf eine radiale Richtung Bezug genommen wird, ist eine solche Richtung als die radiale Richtung von der Rotationsachse des Turbinenrotors definiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung wird die Presspassung durch eine kontinuierliche oder schrittweise Aufweitung des Verbundstoffkerns mit Abstand von der Rotationsachse erreicht. Diese Aufweitung kann zu einer erhöhten Länge des Umfangs von Querschnitten des Schaufelblatts führen, die senkrecht zu der radialen Richtung genommen werden, oder genauer im Hinblick auf Turbinenschaufeln zu einer Erhöhung der Profilsehnenlänge oder Profildicke in Richtung ihrer Spitze führen. In einer Variante dieser Ausführungsform weist die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands mindestens einen Abschnitt in der Nähe der Spitze auf, an dem die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands zunimmt, und kann einen ersten Abschnitt aufweisen, an dem die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands abnimmt, gefolgt von dem Abschnitt, an dem die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands zunimmt, bei Betrachtung entlang der Schaufel von ihrem Fuß zur Spitze.
Das Schaufelblatt ist hierin als der aerodynamisch geformte Teil der Schaufel zu verstehen, der die gewünschte Reaktionskraft auf den Rotor bewirkt, wenn sich dieser in Bezug auf das umgebende Medium bewegt. Der Ausdruck schließt den so genannten Fußteil der Schaufel, der verwendet wird, um die Schaufel in dem Rotor zu verankern, und den Deckbandteil aus, der in einigen der bekannten Schaufelausführungen verwendet wird, um in den Deckbandteil der benachbarten Schaufeln einzugreifen, um eine Abdichtung oder einen stabilisierenden Umfangsring um die zusammengebauten Schaufeln zu bilden. Die Hauptausrichtung des Deckbands erfolgt somit in Umfangsrichtung, wohingegen das Schaufelblatt und etwaige spezifische Spitzenverlängerungen des Schaufelblatts wie Winglets zur Strömungsrichtung des Mediums ausgerichtet sind. Andere stabilisierende Teile wie Dämpfer sind in dem Ausdruck „Schaufelblatt” wie hierin verwendet ebenfalls nicht enthalten.
Die Form des neuen Schaufelblatts ist in der Regel eine komplexe dreidimensionale Form, die sich zur Spitze aufweitet und als ein umgekehrter Kegelabschnitt beschrieben werden könnte. Die umgekehrte Kegelform stellt eine Presspassung bereit, die eine relative Bewegung in radialer Richtung zwischen der Schutzhülle und dem Verbundstoffkern verhindert und so eine zusätzliche Fixierung zwischen den beiden verstärkt. Es ist jedoch zu beachten, dass die umgekehrte Kegelform der Schaufel Vorteile haben kann, die über die Verbesserung der Stabilität der Verbindung zwischen der Schutzhülle und dem Verbundstoffkern hinausgehen. In einer bevorzugten Variante dieses Aspekts der Erfindung endet der Aufweitungsabschnitt des Kerns an der Spitze oder sehr nahe bei der Spitze des Schaufelblatts. Jedoch unterliegt die Position des Anfangspunktes entlang der Länge der Schaufel in hohem Maße Ausführungsüberlegungen wie Stabilität, Gewicht und gewünschter Abströmfläche.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung ist die Schutzhülle mit dem Verbundstoffkern durch eine Verbindung oder Klebstoffschicht wie einer Klebstofffolie verbunden. Die neue Ausführung der Schaufel gemäß der Erfindung hat die Funktion, die Folie zu stützen und, im Falle ihres Versagens, die Folie zu ersetzen, um einen Bruch oder Ablösung der Schutzhülle zu verhindern. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzhülle eine Metallschicht. Die Schicht ist vorteilhafterweise aus mehreren Teilen zusammengebaut, zum Beispiel einem dicken Teil, der konzipiert ist, um die Vorderkante der Schaufel und benachbarte Bereiche von hoher Erosion abzudecken, und einem zweiten Teil, der konzipiert ist, um die Hinterkante des Schaufelblatts und zwei dünne plattenähnliche Teile abzudecken, um die restlichen exponierten Bereiche auf der Druck- und Saugseite des Schaufelblattes abzudecken.
Die Herstellung eines Verbundstoffschaufelblattes oder einer -schaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Allgemeinen den bekannten Herstellungsschritten für Verbundstoffschaufeln folgen. Diese Verfahren beinhalten zum Beispiel die Verwendung von Strängen oder gewebten Teilen des Faserverbundwerkstoffs. In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung wird zusätzliches Fasermaterial an der Spitze des Schaufelblatts zu den Strängen oder gewebten Matten hinzugefügt, die den Hauptteil des Fasermaterials für den kontinuierlichen Kern ausmachen. Nach der Hinzufügung von Fasermaterial an der Spitze wird das Kernmaterial mit dem Matrixmaterial wie in herkömmlichen Ausführungen imprägniert.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den nachstehend angegebenen Zeichnungen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nun werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1A und 1B eine dreidimensionale Ansicht und einen horizontalen Querschnitt einer herkömmlichen Endschaufel für eine Dampfturbine.
2A und 2B schematisch die Veränderungen hinsichtlich der Profilsehnenlänge einer Schaufel gemäß einem Beispiel der Erfindung; und
3A und 3B eine dreidimensionale Ansicht und einen horizontalen Querschnitt einer Endschaufel für eine Dampfturbinenschaufel gemäß einem Beispiel der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Aspekte und Details von Beispielen der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand des Beispiels einer Rotorendschaufel für eine Dampfturbine ausführlicher beschrieben.
In 1A ist eine schematische Zeichnung einer Rotorendschaufel 10 für eine Dampfturbine dargestellt. Die Metallschaufel weist ein Schaufelblatt 12 auf, das an einem Fußabschnitt 11 befestigt ist. Der Fußabschnitt 11 ist in der Regel in damit übereinstimmende Rillen in dem Rotor eingefügt (nicht dargestellt). In einer Turbine sind mehrere solcher Metallschaufeln 10, in der Regel 50 bis 60 für eine Endstufe, um den Rotor herum angeordnet, um den Rotorteil der Stufe zu bilden. An ihrem distalen Ende oder ihrer Spitze 121 dreht sich die Schaufel in der Nähe des Stators oder Statorgehäuses (nicht dargestellt). Sofern nicht anderweitig angegeben, soll sich, wie auch in anderen Teilen dieser Patentschrift, eine Drehbewegung auf die Drehung des Rotors der Turbine innerhalb des Stators beziehen.
Ein horizontaler, das heißt, zu der radialen Richtung senkrechter Querschnitt entlang der willkürlich gewählten Linie A-B des Schaufelblatts 12 ist in 1B dargestellt. Der Querschnitt stellt die Vorderkante 122 und die Hinterkante 123 des Schaufelblatts 12 dar. Auch dargestellt sind die so genannte Druckseite 124 und die Saugseite 125 des Schaufelblatts 12. Eine imaginäre Linie 126, welche die Vorderkante 122 mit der Hinterkante 123 verbindet, ist als die „Profilsehne” des Schaufelblatts 12 definiert.
Im Allgemeinen kann die Profilsehne als eines der möglichen Maße zur Bestimmung der Breite des Schaufelblatts betrachtet werden. Andere mögliche Maße sind der Umfang eines horizontalen Querschnitts der Schaufel oder ihre Fläche, die Profildicke oder die Länge der Mitte oder Sturzlinie 127. Die Erhöhung eines dieser Maße kann als eine Erhöhung der Breite oder Aufweitung des Schaufelblatts bezeichnet werden. Allerdings wird die Erhöhung der Profilsehnenlänge oder eines Äquivalents davon zur Spitze der Schaufel als die effektivste Art und Weise der Umsetzung der vorliegenden Erfindung betrachtet.
Die Aufweitung durch die Erhöhung der Profilsehnenlänge ist in 2A und 2B dargestellt. In 2A ist die Profilsehnenlänge L in Bezug auf den radialen Abstand r zu der Rotorachse des Querschnitts dargestellt, an dem die Profilsehnenlänge L für eine bekannte Form eines Schaufelblatts und für ein Schaufelblatt gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung gemessen wird. Die vormals bekannte Schaufelblattform ist durch die gestrichelte Kurve 21 dargestellt und die neue Schaufelausführung ist durch die durchgezogene Kurve 22 dargestellt.
Wenngleich die echte Form eines modernen Schaufelblattes eine komplexe dreidimensionale Form ist, stimmt die Profilsehnenlänge der meisten modernen Dampfturbinen-Endschaufelblätter mit dem Profil 21 überein. Dieses Profil 21 zeigt eine kontinuierlich abnehmende Profilsehnenlänge an, die für eine allgemeine Kegelform kennzeichnend ist. Für das neue Profil 22-1 nimmt die Profilsehnenlänge L jedoch – in dem Beispiel in kontinuierlicher Weise dargestellt – zur Spitze der Schaufel zu. Die Zunahme oder Aufweitung kann auch nahe dem Fuße der Schaufel beginnen. Ein solches alternatives Beispiel der Erfindung ist durch die Kurve 22-2 dargestellt.
Mit der sich aufweitenden Schaufelblattausführung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Schaufeln in der Endstufe sogar für sehr große Dampfturbinen auf unter 40 und potenziell auf unter 35 verringert werden.
Eine andere Art und Weise der Visualisierung von Beispielen der vorliegenden Erfindung ist in 2B dargestellt: Die gestrichelte Form 23 stellt eine zweidimensionale Projektion eines herkömmlichen Schaufelblatts auf die Papierebene dar und die durchgezogene Form 24-1 stellt eine zweidimensionale Projektion eines Schaufelblatts gemäß einem Beispiel der Erfindung auf die Papierebene dar. Wieder sind der Fuß an der Unterseite und die Spitze an der Oberseite der Form angeordnet. Die durchgezogene Form 24-2 stellt eine zweidimensionale Projektion eines Schaufelblatts dar, wobei die Aufweitung bereits an der Position nahe dem Fuß beginnt.
Wenngleich die zweidimensionale Projektion in die Papierebene von 2B die dreidimensionale Form beider Schaufeltypen visuell abflacht, ist die Aufweitung der neuen Schaufelblätter deutlich sichtbar dargestellt.
Eine Schutzhülle, die um den Kern des neuen Schaufelblatts nahe der Spitze gewickelt ist, wird durch die Aufweitung des Kerns an der Spitze in Presspassung gepresst. Diese Presspassung ist besonders in den Fällen wichtig, in denen die Schutzhülle mit dem Kern durch eine Verklebung oder Klebstoffschicht verbunden ist. Während des Betriebs sind solche Schaufeln hohen Temperaturen und Zentrifugalkräften ausgesetzt, wobei, wenn die Klebeverbindung versagt, die Schutzhülle von der Schaufel fliegen und andere Teile der Turbine beschädigen kann.
Die Presspassung verhindert das Ablösen der Schutzhülle, sofern diese nicht vollständig auseinanderbricht. Die Ausführung wirkt den Kräften entgegen, die während des Betriebs durch die schnelle Rotation der Schaufel erzeugt werden.
Nachstehend sind Schritte zur Herstellung einer Verbundstoffschaufel gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 3A beschrieben, die eine perspektivische Ansicht einer Verbundstoffschaufel darstellt, und in Bezug auf 3B, die einen horizontalen Querschnitt einer Verbundstoffschaufel darstellt, die 2A ähnlich ist.
Ein Verbundstoff-Schaufelblatt oder eine Verbundstoffschaufel gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel durch das Vakuuminfusionsverfahren hergestellt werden, das an sich bekannt ist. In einem solchen Verfahren wird ein gewebtes Fasergeflecht in einer Form verteilt, die ungefähr die Form des Schaufelblattes aufweist, das hergestellt werden soll. Zusätzliches Fasermaterial wird an der Spitze des Schaufelblattes zu den Strängen oder gewebten Matten zugegeben. Nach der Zugabe von Fasermaterial an der Spitze wird das Fasermaterial unter Vakuumbedingungen in der Form mit dem Matrixmaterial wie Harz imprägniert.
Andere bekannte Herstellungsverfahren wie die Handlaminierung können angewendet werden. Varianten wie Prepreg oder Nasslaminierung können ebenfalls angewendet werden. Eine Übersicht bekannter Verfahren zur Herstellung eines Kerns aus Verbundwerkstoff ist zum Beispiel in der internationalen Patentanmeldung WO 2011/039075 veröffentlicht. Allerdings werden hierin zum Zwecke der vorliegenden Erfindung und aus Gründen der Klarheit keine weiteren Details beschrieben.
Nachdem der Verbundstoffkern hergestellt ist und Metallschichten, welche die Schutzschicht bilden, geformt und geschnitten oder verarbeitet sind, werden beide in einem kombinierten Verfahren verbunden, das die Schritte des Schweißens und Klebens beinhaltet, wie unten in Bezug auf 3 beschrieben.
In 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Verbundstoffschaufel gemäß einem Beispiel der Erfindung dargestellt. Die Schaufel 30 weist den Schaufelblattabschnitt 32 und einen Fußteil 31 auf. Der Fußteil 31 ist pyramidenförmig. Die Spitze 321 des Schaufelblattabschnitts 32 der Schaufel 30 ist durch die Gegenwart von zusätzlichem Fasermaterial 322 in dem Kern aufgeweitet.
Ein Querschnitt der Schaufel 30 entlang der Linie A-B ist in 3B dargestellt. Sie stellt schematisch die Struktur des Schaufelblatts 32 dar, das den Kern 33 aus mit Carbonfasern verstärktem, harzbasiertem Material aufweist. Der Kern 33 ist vollständig in einer Schutzhülle eingehüllt, die aus einem erosionsbeständigen Material wie einer Titan- oder Stahllegierung gefertigt ist. Zwecks einer einfachen Herstellung ist die Schutzhülle aus getrennten Teilen zusammengebaut. In dem dargestellten Beispiel weisen diese Teile eine Vorderkantenabdeckung 34, eine Abdeckplatte 35 für die Saugseite, eine Hinterkantenabdeckung 36 und eine Abdeckungsplatte 37 für die Druckseite auf.
Das Schaufelblatt 32 wird durch Verbinden zunächst der Kantenabdeckung 34, der Abdeckplatte 35 für die Saugseite und der Hinterkantenabdeckung 36 an den zwei Schweißnähten 381, 382 zusammengebaut. Das Kernmaterial 33, das von einer Klebstoffschicht 39 umgeben ist, wird dann in der Aussparung angeordnet, die durch die verschweißten Teile gebildet ist, und die Abdeckplatte 37 für die Druckseite wird darauf angeordnet, um den Kern vollständig zu umschließen. Die Abdeckplatte 37 für die Druckseite wird an den Schweißnähten 383, 384 verbunden. Diese Schweißnähte 383, 384 sind an den Kanten von Aussparungen angeordnet, die jeweils in die Vorderkantenabdeckung 34 und die Hinterkantenabdeckung 36 eingearbeitet sind, um während des Schweißvorgangs thermische Schäden an der Klebstoffschicht und dem Kern zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend rein beispielhaft beschrieben, und Modifikationen können innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden. Zum Beispiel kann die Hülle, die den Kern umgibt, durch eine Teilabdeckung ersetzt werden, die zwar auf Abschnitte des Kerns beschränkt ist, die Erosion besonders ausgesetzt sind, aber so geformt sind, dass sie die Presspassung wie beschrieben bewahren.
Die Erfindung besteht auch aus einzelnen Merkmalen, die hierin beschrieben oder impliziert sind oder in den Zeichnungen dargestellt oder impliziert sind, oder aus einer beliebigen Kombination solcher Merkmale oder einer Verallgemeinerung beliebiger solcher Merkmale oder einer solchen Kombination, die Äquivalente davon einschließt, Daher soll der Schutzumfang und -bereich der vorliegenden Erfindung durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt sein. Jedes in der Patentschrift offenbarte Merkmal, einschließlich der Zeichnungen, kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die den gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zwecken dienen, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben.
Sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, ist die Erläuterung des Standes der Technik in der gesamten Patentschrift kein Zugeständnis dahingehend, dass ein solcher Stand der Technik weitgehend bekannt ist oder Teil des üblichen Allgemeinwissens auf dem Gebiet darstellt.
Bezugszeichenliste

10: Rotorendschaufel (bekannt)
11: Fußabschnitt (bekannt)
12: Schaufelblatt (bekannt)
121: Spitze (bekannt)
122: Vorderkante
123: Hinterkante
124: Druckseite
125: Saugseite
126: Profilsehne
127: Sturzlinie
21: Profilsehnenlänge L in Bezug auf den radialen Abstand r (bekannt)
22-1, 22-2: Profilsehnenlänge L in Bezug auf den radialen Abstand r (neu)
23: zweidimensionale Projektion eines Schaufelblatts (bekannt)
24-1, 24-2: zweidimensionale Projektion eines Schaufelblatts (neu)
30: Rotorendschaufel (neu)
31: Fußabschnitt (neu)
32: Schaufelblatt (neu)
321: Spitze (neu)
322: zusätzliches Fasermaterial
33: Kern
34: Vorderkantenabdeckung
35,: Abdeckplatte für die Saugseite
36: Hinterkantenabdeckung
37: Abdeckplatte für die Druckseite
381, 382, 383, 384: Schweißnähte
39: Klebstoffschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 536278 C2 [0006]
WO 2011/039075 A1 [0006]
WO 2010/066648 [0006]
WO 2011/039075 [0034]

Claims

Turbinenschaufel mit einem Fuß und einer Spitze und einem Schaufelblatt mit einem Kernabschnitt, der aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, und einer Schutzhülle, die mit dem Verbundstoffkern an einer Position oder Positionen verbunden ist, die Erosion ausgesetzt sind, wobei der Verbundstoffkern des Schaufelblatts von einer Position in der Nähe des Fußes zu einer Position in der Nähe der Spitze der Schaufel kontinuierlich ist und einen Abschnitt umfasst, der sich mit dem Abstand von der Drehachse entlang der Länge des Schaufelblatts aufweitet und der an der Position in der Nähe der Spitze der Schaufel endet.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Bewegung der Schutzhülle entlang des Kerns in einer radialen Richtung nach außen durch eine Presspassung zwischen der Schutzhülle und dem sich aufweitenden Abschnitt des Verbundstoffkerns verhindert wird.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Aufweitung kontinuierlich oder schrittweise ist.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Aufweitung eine Verlängerung der Profilsehnenlänge des Schaufelblatts zu der Spitze beinhaltet.
Turbinenschaufel nach Anspruch 4, wobei das Schaufelblatt einen Abschnitt aufweist, an dem die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands abnimmt, gefolgt von einem Abschnitt, an dem die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands zunimmt.
Turbinenschaufel nach Anspruch 4, wobei die Profilsehnenlänge in Abhängigkeit des radialen Abstands von der Position in der Nähe des Fußes zu der Position in der Nähe der Spitze der Schaufel kontinuierlich zunimmt.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Schutzhülle mit dem Verbundstoffkern durch eine Verklebung oder Klebstoffschicht verbunden ist.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, die eine Schaufel für eine Dampfturbine ist.
Turbinenschaufel nach Anspruch 9, die eine Endschaufel für eine Dampfturbine ist.
Verfahren zum Herstellen einer Schaufel für eine große Dampfturbine, umfassend den Schritt des Umgebens eines Kerns von Verbundwerkstoff mit einer Schutzhülle eines anderen Materials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Kerns, der sich kontinuierlich von einer Position in der Nähe eines Fußabschnitts der Schaufel zu einer Position in der Nähe eines Spitzenabschnitts der Schaufel erstreckt; und – Erhöhen der Breite des Kerns von Verbundwerkstoff mindestens in der Nähe des Spitzenendes der Schaufel.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schutzhülle aus mehreren Segmenten zusammengebaut ist, die an den Kern durch eine Klebstoffschicht gebunden werden.