DE102014111837A1 - Gasturbinenbauteile mit porösen Kühlungsmerkmalen - Google Patents

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Srikanth Chandrudu Kottilingam
David Edward Schick
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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Heißgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Heißgaspfadbauteil kann ein Blatt, einen inneren Kühlhohlraum und einen porösen Abschnitt aufweisen, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. Der poröse Abschnitt kann in das Blatt eingebaut sein, oder das Blatt kann getrennt hergestellt und an dem Blatt angebracht sein.

Description

  • ERKLÄRUNG HINSICHTLICH BUNDESSTAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde mit Unterstützung der US-Regierung unter Vertragsnummer DE-FC26-05NT42643, erteilt durch das Energieministerium, verfasst. Dem Staat stehen gewisse Rechte der Erfindung zu.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent beziehen sich allgemein auf Gasturbinentriebwerke und spezieller auf Gasturbinenbauteile mit porösen Kühlungsabschnitten, die durch Metall-Laserschmelzherstellungstechniken und dergleichen erzeugt sind.
  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • 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 Blatt 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.
  • 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.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung und das sich ergebende Patent schaffen somit ein Heißgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Heißgaspfadbauteil kann ein Blatt, einen inneren Kühlhohlraum und einen porösen Abschnitt aufweisen, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. Der poröse Abschnitt kann in das Blatt eingebaut sein, oder das Blatt kann getrennt hergestellt und an dem Blatt angebracht sein.
  • Der poröse Abschnitt des Heißgaspfadbauteils kann in das Blatt eingebaut sein.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann getrennt hergestellt und an dem Blatt angebracht sein.
  • Das Blatt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann eine Druckseite und eine Saugseite aufweisen, wobei der poröse Abschnitt in der Saugseite angeordnet ist.
  • Jedes oben erwähnte Heißgaspfadbauteil kann zudem eine zu dem porösen Abschnitt benachbarte Prallhülse aufweisen.
  • Jedes oben erwähnte Heißgaspfadbauteil kann außerdem benachbart zu dem porösen Abschnitt mehrere Filmkühlungslöcher aufweisen.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann darin ein poröses Medium enthalten.
  • Das poröse Medium jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann auf einem Metallschaum, einem keramischen Schaum und/oder einem Kohlenstofffaserschaum basieren.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann einen poröse Abströmkantenabschnitt mit einer ganz oder teilweise darauf angeordneten Außenhülse aufweisen.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann einen oder mehrere poröse Seitenabschnitte aufweisen.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann einen porösen äußeren Abschnitt aufweisen.
  • Der poröse äußere Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann eine Außenhülse mit mehreren äußeren Filmkühlungslöchern aufweisen.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Heißgaspfadbauteils kann einen porösen inneren Abschnitt aufweisen.
  • 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-Laser-Schmelzverfahrens (DLMS), Leiten eines Kühlmittels zu dem inneren Kühlhohlraum, und Leiten des Kühlmittel durch den porösen Abschnitt, um Transpirationskühlung vorzusehen. 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.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung und das sich ergebende Patent schaffen außerdem ein Blatt für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Blatt 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.
  • Der poröse Abschnitt des Blatts kann in das Blatt eingebaut sein, oder der poröse Abschnitt ist getrennt ausgebildet und an dem Blatt angebracht.
  • Der poröse Abschnitt des Blatts kann einen porösen Abströmkantenabschnitt aufweisen.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Blatts kann einen oder mehrere poröse Seitenabschnitte aufweisen.
  • Der poröse Abschnitt jedes oben erwähnten Blatts kann einen porösen äußeren Abschnitt und/oder einen porösen inneren Abschnitt aufweisen.
  • 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.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Gasturbinentriebwerk, das einen Verdichter, eine Brennkammeranordnung und eine Turbine aufweist.
  • 2 zeigt in einem Längsschnitt einen Abschnitt eines Blattes.
  • 3 zeigt in einem Längsschnitt einen Abschnitt eines Blatts, wie es hier beschrieben ist.
  • 4 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Blatts nach 3.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Blatts, wie es hier beschrieben ist.
  • 6 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Blatts nach 5.
  • 7 zeigt eine Schnittansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Blatts, wie es hier beschrieben ist.
  • 8 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Blatts nach 7.
  • 9 veranschaulicht in einer detaillierten Ansicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Abschnitts der Schaufel nach 7.
  • 10 zeigt in einer Schnittansicht ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Blatts, wie es hier beschrieben ist.
  • 11 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts des Blatts nach 10.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen übereinstimmende Bezugszeichen über die unterschiedlichen Ansichten hinweg gleichartige Elemente bezeichnen, zeigt 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 Brennstoffstrom 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 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.
  • 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.
  • 2 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel eines Heißgaspfadbauteils 55. In diesem Beispiel kann das Heißgaspfadbauteil 55 ein Blatt 60 sein. Das Blatt 60 kann ein Teil eines Leitapparats, einer Schaufel oder eines beliebigen sonstigen Heißgaspfadbauteils 55 wie beispielsweise ein Mantel und dergleichen sein. Das Blatt 60 kann ein äußeres Gehäuse 65 aufweisen. Das Blatt 60 kann sich von einer Druckseite 70 zu einer Saugseite 75 erstrecken. Das Blatt 60 kann sich auch von einer Anströmkante 80 zu einer Abströmkante 85 erstrecken. Das Blatt 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 Blatt 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 Blättern 60 können genutzt werden. Ebenso können auch viele andere Arten von Kühlungsanordnungen und Bauteilen verwendet werden.
  • 3 und 4 zeigen ein Heißgaspfadbauteil 100, wie es hier beschrieben ist. In diesem Beispiel kann das Heißgaspfadbauteil 100 ein Blatt 110 sein. Das Blatt 110 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 Blatt 110 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 Blatt 110 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.
  • Das Blatt 110 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, GTD111, 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.
  • Der poröse Abströmkantenabschnitt 220 kann unmittelbar auf dem Blatt 110 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 Blatt 110 und dem porösen Abströmkantenabschnitt 220 erzeugt wird. Der poröse Abströmkantenabschnitt 220 kann eine Außenhülse 250 aufweisen, die sich ganz oder teilweise so erstreckt, 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 Blatt 110 und tritt über die porösen Abströmkantenabschnitt 220 aus, um die Abströmkante 180 zu kühlen. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden.
  • 5 und 6 zeigen ein weiteres Beispiel eines Heißgaspfadbauteils 100. In diesem Beispiel kann das Heißgaspfadbauteil 100 ein Blatt 260 sein. Das Blatt 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 Blatts 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.
  • 79 zeigen ein weiteres Beispiel eines Heißgaspfadbauteils 100. In diesem Beispiel kann das Heißgaspfadbauteil 100 ein Blatt 280 sein. Das Blatt 280 kann einen porösen äußeren Abschnitt 290 aufweisen, der auf der Saugseite 160 oder andernorts entlang des Blattes 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 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 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.
  • 10 und 11 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heißgaspfadbauteils 100. In diesem Beispiel kann das Heißgaspfadbauteil 100 ein Blatt 320 sein. Das Blatt 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.
  • 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.
  • 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 Blattmaterialien aufweist und eine hervorragenden 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.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Heißgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine. Das Heißgaspfadbauteil kann ein Blatt, einen inneren Kühlhohlraum und einen porösen Abschnitt aufweisen, der durch ein Metall-Laser-Schmelzverfahren erzeugt ist. Der poröse Abschnitt kann in das Blatt eingebaut sein, oder das Blatt kann getrennt hergestellt und an dem Blatt angebracht sein.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Gasturbinentriebwerk
    15
    Verdichter
    20
    Luft
    25
    Brennkammeranordnung
    30
    Brennstoff
    35
    Verbrennungsgase
    40
    Turbine
    45
    Welle
    50
    Last
    55
    Heißgaspfadbauteil
    60
    Blatt
    65
    äußeres Gehäuse
    70
    Druckseite
    75
    Saugseite
    80
    Anströmkante
    85
    Abströmkante
    90
    Kühlhohlräume
    92
    Filmkühlungslöcher
    94
    Stiftreihen
    100
    Heißgaspfadbauteil
    110
    Blatt
    120
    Gehäuse
    130
    Innenfläche
    135
    Prallhülse
    140
    Außenfläche
    150
    Druckseite
    160
    Saugseite
    170
    Anströmkante
    180
    Abströmkante
    190
    Kühlhohlräume
    200
    Filmkühlungslöcher
    210
    Stiftreihen
    220
    poröser Abströmkantenabschnitt
    230
    poröses Medium
    240
    Kühlmittel
    250
    Außenhülse
    260
    Blatt
    270
    poröser Seitenabschnitt
    280
    Blatt
    290
    poröser äußerer Abschnitt
    300
    Außenhülse
    310
    äußere Kühlungslöcher
    320
    Blatt
    330
    poröser innerer Abschnitt

Claims (10)

  1. Heißgaspfadbauteil für den Einsatz in einer Gasturbine, zu der gehören: ein Blatt; 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 Blatt eingebaut ist; und/oder wobei der poröse Abschnitt getrennt ausgebildet ist und an dem Blatt angebracht ist.
  3. Heißgaspfadbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufel 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 auf einem Metallschaum, einem keramischen Schaum und/oder einem Kohlenstofffaserschaum basiert.
  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. Blatt 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.
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