DE102017208680A1 - Method of attaching a cooling plate to a turbine blade - Google Patents

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Robert Herfurth
Bernd Hornung
Agnes Link
Andre Scharping
Roland Selke
Silke Settegast
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Kühlbleches (15) an einer Turbinenschaufel (1), insbesondere eines Prallkühlblechs an einer gegossenen Turbinenschaufel, bei dem Verbindungsbereiche (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) aneinander gesetzt und miteinander verbunden werden, umfassend die Schritte, dass die Verbindungsbereiche (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) an mehreren voneinander beabstandeten, lokalen Kontaktstellen (21) miteinander verbunden werden, und zwischen den Kontaktstellen (21) liegende Spalte (22) mittels eines Dichtungsmaterials abgedichtet werden.The invention relates to a method for fastening a cooling plate (15) on a turbine blade (1), in particular an impingement cooling plate on a cast turbine blade, in the connecting portions (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1) together and with each other comprising the steps of connecting the connection areas (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1) to a plurality of spaced-apart local contact points (21) and gaps (21) between the contact points (21) 22) are sealed by means of a sealing material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Kühlbleches an einer Turbinenschaufel, bei dem Verbindungsbereiche des Kühlbleches und der Turbinenschaufel aneinander gesetzt und miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for fixing a cooling plate to a turbine blade, wherein the connecting portions of the cooling plate and the turbine blade are placed together and connected to each other.

In Strömungsmaschinen, wie etwa Gasturbinen, werden Turbinenschaufeln eingesetzt. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen rotierenden Laufschaufeln und stationären Leitschaufeln, die ein heißes fluides Arbeitsmedium, insbesondere Gas, in Richtung der Laufschaufeln leiten. Insbesondere durch die hohe Temperatur des fluiden Arbeitsmediums und den damit verbundenen hohen Wärmeeintrag aus dem fluiden Arbeitsmedium in die Turbinenschaufeln, sind die Turbinenschaufeln während ihres Betriebs hohen thermischen Belastungen ausgesetzt und müssen gekühlt werden.In turbomachines, such as gas turbines, turbine blades are used. In principle, a distinction is made between rotating blades and stationary vanes, which guide a hot fluid working medium, in particular gas, in the direction of the rotor blades. In particular, due to the high temperature of the fluid working medium and the associated high heat input from the fluid working fluid into the turbine blades, the turbine blades are exposed during their operation high thermal loads and must be cooled.

Um den hohen thermischen Belastungen von Turbinenschaufeln entgegenzutreten, sind unter anderem drei Kühlarten für Turbinenschaufeln bekannt, nämlich die konvektive Kühlung, die Filmkühlung und die Prallkühlung. Alle drei Kühlarten nutzen ein Kühlfluid, um die Turbinenschaufeln zu kühlen. Bei der konvektiven Kühlung strömt das Kühlfluid durch Kühlkanäle, die im Inneren der Turbinenschaufel ausgebildet sind, und führt hierbei mittels Konvektion Wärme an die die Kühlkanäle umgebenden Wänden ab. Bei der Filmkühlung wird das Kühlfluid über Durchgangsöffnungen, die eine Wandung der Turbinenschaufel durchsetzen, die auf der einen Seite einen Kühlkanal umgibt und auf der gegenüberliegenden Seite einen Teil der äußeren Turbinenschaufeloberfläche definiert, von dem Kühlkanal im Inneren der Turbinenschaufel nach außen geführt und umströmt dort die Turbinenschaufel unter Bildung einer isolierenden Schicht zwischen dem heißen, fluiden Arbeitsmedium und der äußeren Turbinenschaufeloberfläche. Bei der Prallkühlung wird eine Wandung der Turbinenschaufel dadurch gekühlt, dass das Kühlfluid im Inneren der Turbinenschaufel unter Bildung von Kühlfluidstrahlen erhöhter Geschwindigkeit durch Kühllöcher, die ein beabstandet von der zu kühlenden Wandung angeordnetes Kühlblech durchsetzen, strömt, in Form der Kühlfluidstrahlen auf die zu kühlende Wandung prallt, anschließend von der zu kühlenden Wandung wegströmt und hierbei Wärme mittels Konvektion abführt.In order to counteract the high thermal loads on turbine blades, three types of turbine blade cooling are known, namely convective cooling, film cooling and impingement cooling. All three types of cooling use a cooling fluid to cool the turbine blades. In convective cooling, the cooling fluid flows through cooling channels, which are formed in the interior of the turbine blade, and in this case leads by means of convection heat to the walls surrounding the cooling channels. In the film cooling, the cooling fluid is guided through through openings, which pass through a wall of the turbine blade, which surrounds a cooling channel on the one side and defines a part of the outer turbine blade surface on the opposite side, and flows out of the cooling channel in the interior of the turbine blade Turbine blade forming an insulating layer between the hot, fluid working fluid and the outer turbine blade surface. In impingement cooling, a wall of the turbine blade is cooled by flowing the cooling fluid inside the turbine blade to form cooling fluid jets of increased velocity through cooling holes passing through a cooling plate spaced apart from the wall to be cooled, in the form of cooling fluid jets on the wall to be cooled bounces, then flows away from the wall to be cooled and thereby dissipates heat by convection.

Insbesondere die Schaufelplattform einer Turbinenschaufel muss gekühlt werden. Hierbei kommen in an sich bekannter Weise die zuvor erwähnten Kühlarten zum Einsatz. Insbesondere die Prallkühlung hat sich zur Kühlung der Schaufelplattform einer Turbinenschaufel bewährt.In particular, the blade platform of a turbine blade must be cooled. Here, the aforementioned types of cooling are used in a conventional manner. In particular, the impingement cooling has proven itself for cooling the blade platform of a turbine blade.

Beispielsweise ist aus der DE 10 2011 053 891 A1 bekannt, ein von Kühllöchern durchsetztes Prallkühlblech derart an der blattabgewandten Unterseite der Schaufelplattform zu befestigen, dass es von einem gegenüberliegenden, zu kühlenden Wandabschnitt der Schaufelplattform beabstandet ist. Genauer gesagt wird in der DE 10 2011 053 891 A1 vorgeschlagen, das Prallkühlblech mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, mit der Schaufelplattform zu verbinden.For example, is from the DE 10 2011 053 891 A1 it is known to fix a baffle plate penetrated by cooling holes on the underside of the blade platform facing away from the sheet such that it is spaced from an opposite, wall section of the blade platform to be cooled. More specifically, in the DE 10 2011 053 891 A1 proposed to connect the impingement cooling plate by means of a material connection, in particular by means of a welded connection, with the blade platform.

Eine Schweißverbindung hat jedoch den Nachteil, dass die miteinander verschweißten Bauteile derart fest miteinander verbunden sind, dass während des Betriebs der Turbinenschaufel, wenn sich unterschiedliche Materialien der miteinander verschweißten Bauteile bei den hohen Betriebstemperaturen unterschiedlich stark ausdehnen, unerwünschte Spannungen zwischen diesen Bauteilen entstehen können. Des Weiteren kann ein mittels Schweißen an der Schaufelplattform befestigtes Prallkühlblech im Falle einer Reparatur, Wartung und/oder des Refurbishments der Turbinenschaufel nicht von der Schaufelplattform gelöst werden, ohne Beschädigungen an den miteinander verschweißten Bauteilen hervorzurufen, die anschließend repariert werden müssen. Da sowohl die Demontage des Kühlblechs als auch die anschließende Reparatur der Schaufelplattform sehr aufwändig und damit sehr teuer ist, ist eine wirtschaftliche Reparatur, Wartung und/oder Refurbishment der Turbinenschaufel nicht möglich.However, a welded joint has the disadvantage that the components welded together are so firmly connected to each other that during operation of the turbine blade, if different materials of the components welded together at the high operating temperatures expand differently, undesirable stresses between these components may arise. Furthermore, in the event of a repair, maintenance and / or turbine blade refurbishment, a baffle plate secured by welding to the paddle platform can not be detached from the paddle platform without causing damage to the components being welded together, which subsequently must be repaired. Since both the dismantling of the cooling plate and the subsequent repair of the blade platform is very complex and therefore very expensive, economic repair, maintenance and / or refurbishment of the turbine blade is not possible.

Ausgehend von dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Befestigen eines Kühlbleches an einer Turbinenschaufel der eingangs genannten Art anzugeben, welches es ermöglicht Kühlbleche schnell und kostengünstig an der Turbinenschaufel zu befestigen.Starting from the prior art, it is an object of the present invention to provide a method for fastening a cooling plate to a turbine blade of the type mentioned, which makes it possible to fasten cooling plates to the turbine blade quickly and inexpensively.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Befestigen eines Kühlbleches an einer Turbinenschaufel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Verbindungsbereiche des Kühlbleches und der Turbinenschaufel an mehreren voneinander beabstandeten, lokalen Kontaktstellen miteinander verbunden werden, und zwischen den Kontaktstellen liegende Spalte mittels eines Dichtungsmaterials abgedichtet werden.This object is achieved in a method for securing a cooling plate to a turbine blade of the type mentioned above in that the connecting portions of the cooling plate and the turbine blade are connected to each other at a plurality of spaced, local contact points, and sealed gap between the contact points by means of a sealing material ,

Erfindungsgemäß werden das Kühlblech und die Turbinenschaufel entlang ihrer Verbindungsbereiche nicht über ihre gesamte Länge miteinander verbunden, sondern vielmehr erfolgt die Verbindung nur an mehreren lokalen Kontaktstellen. Hierdurch wird eine einfache Befestigung des Kühlblechs an der Turbinenschaufel ermöglicht. Zusätzlich werden die zwischen den Kontaktstellen liegenden Spalte in einem getrennten Schritt mittels eines geeigneten Dichtungsmaterials abgedichtet. Auf diese Weise werden sowohl ein schnelles und kostengünstiges Befestigen und Lösen des Kühlbleches von der Turbinenschaufel als auch die Wiederverwendbarkeit des Kühlblechs ermöglicht. Außerdem werden größere Toleranzen beim Verbinden des Kühlblechs mit der Turbinenschaufel erzielt.According to the invention, the cooling plate and the turbine blade are not connected to one another along their connecting regions over their entire length, but rather the connection takes place only at a plurality of local contact points. As a result, a simple attachment of the cooling plate is made possible on the turbine blade. In addition, the gaps between the contact points are sealed in a separate step by means of a suitable sealing material. To this In this way, both a quick and cost-effective fastening and detachment of the cooling plate from the turbine blade as well as the reusability of the cooling plate are made possible. In addition, larger tolerances are achieved when connecting the cooling plate to the turbine blade.

Zum Abdichten der zwischen den Kontaktstellen liegenden Spalte kann ein Dichtungsmaterial in Form einer Dichtschnur, insbesondere in Form einer Glasfaserschnur verwendet werden. Eine solche Glasfaserschnur kann aufgrund ihrer elastischen Beschaffenheit gut an die jeweiligen Anwendungserfordernisse angepasst werden. Bevorzugt wird als Glasfaserschnur, eine gedrehte Schnur mit einer Edelstahlverstärkung und einer Messingumklöpelung aufweist, eingesetzt, die für hohe Einsatztemperaturen von bis zu 1100°C geeignet ist.For sealing the gaps located between the contact points, a sealing material in the form of a sealing cord, in particular in the form of a glass fiber cord, can be used. Due to its elastic nature, such a glass fiber cord can be adapted well to the respective application requirements. Preference is given to using as glass fiber cord, a twisted cord with a stainless steel reinforcement and Messingumklöpelung, which is suitable for high operating temperatures of up to 1100 ° C.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine vorkomprimierte Dichtschnur verwendet. Bei einer solchen Dichtschnur wird die Abdichtung durch das Ausdehnen der Dichtschnur erzielt. Bevorzugt ist die Dichtschnur von einem Material mit einer hohen Erstarrungsgeschwindigkeit, beispielsweise Wachs, umgeben. Sobald die Turbine warm wird, schmilzt das Material mit der hohen Erstarrungsgeschwindigkeit und die Dichtschnur dehnt sich aus.According to another embodiment of the present invention, a pre-compressed sealing cord is used. In such a sealing cord sealing is achieved by the expansion of the sealing cord. Preferably, the sealing cord is surrounded by a material having a high solidification rate, for example wax. As soon as the turbine gets warm, the material melts with the high solidification speed and the sealing cord expands.

Alternativ kann zum Abdichten der zwischen den Kontaktstellen liegenden Spalte ein Dichtungsmaterial in Form eines Metalldrahtes und/oder in Form einer Graphitdichtung und/oder in Form eines Metallschaums verwendet werden. Hierdurch kann eine zuverlässige Abdichtung, auch bei seitlich an der Turbinenschaufel anliegenden Dichtflächen, sichergestellt werden.Alternatively, a sealing material in the form of a metal wire and / or in the form of a graphite gasket and / or in the form of a metal foam may be used to seal the gaps between the contact points. In this way, a reliable seal, even with the voltage applied laterally on the turbine blade sealing surfaces, can be ensured.

Das Dichtungsmaterial kann zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Verbindungsbereichs des Kühlbleches und/oder der Turbinenschaufel angebracht werden, wobei anschließend die Verbindungsbereiche an den Kontaktstellen miteinander verbunden werden. Hierdurch können das Kühlblech und/oder die Turbinenschaufel mit dem Dichtungsmaterial verbunden werden. Anschließend werden dann Kühlblech und Turbinenschaufel miteinander gefügt und verbunden. Auf diese Weise kann das Kühlblech mit dem Dichtungsmaterial vorkonfektioniert und einbaufertig angeliefert werden.The sealing material can be attached at least substantially along the entire length of the connecting region of the cooling plate and / or the turbine blade, wherein subsequently the connection regions are connected to one another at the contact points. As a result, the cooling plate and / or the turbine blade can be connected to the sealing material. Then then cooling plate and turbine blade are joined together and connected. In this way, the cooling plate can be prefabricated with the sealing material and delivered ready for installation.

Weiterhin kann das Dichtungsmaterial an die Form des Kühlbleches und/oder an die Form der Turbinenschaufel angepasst werden. Hierdurch kann das Dichtungsmaterial an die jeweiligen Anwendungserfordernisse angepasst werden. Dabei kann das Dichtungsmaterial gebogen, gestanzt und/oder geschnitten werden.Furthermore, the sealing material can be adapted to the shape of the cooling plate and / or to the shape of the turbine blade. As a result, the sealing material can be adapted to the respective application requirements. In this case, the sealing material can be bent, punched and / or cut.

Bevorzugt wird das Dichtungsmaterial an dem Kühlblech über eine Presspassung befestigt. Auf diese Weise kann eine zuverlässige und einfache Befestigung des Dichtungsmaterials an dem Kühlblech erzielt werden.Preferably, the sealing material is attached to the cooling plate via a press fit. In this way, a reliable and easy attachment of the sealing material to the heat sink can be achieved.

Alternativ kann das Dichtungsmaterial über Löt- und/oder Klebepunkte an dem Kühlblech befestigt werden, wobei zur Herstellung der Klebepunkte insbesondere ein Klebstoff, der bei der Turbinenbetriebstemperatur vergast, verwendet wird. Hierdurch kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Dichtungsmaterial und Kühlblech erzielt werden.Alternatively, the sealing material can be attached to the heat sink by means of soldering and / or adhesive dots, in particular an adhesive gasifying at the turbine operating temperature being used to produce the glue dots. In this way, a cohesive connection between the sealing material and the cooling plate can be achieved.

Beispielsweise kann das Dichtungsmaterial in einer Nut des Kühlbleches befestigt werden, die sich entlang des Verbindungsbereichs erstreckt. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Abdichtung der zwischen den Kontaktstellen liegenden Spalte erzielt werden.For example, the sealing material may be secured in a groove of the cooling plate that extends along the connection area. In this way, a reliable sealing of the gaps lying between the contact points can be achieved.

Vorzugsweise wird der Randbereich des Kühlblechs an einer Umfangswandung einer Vertiefung von der Unterseite der Schaufelplattform her in Anlage gebracht, wobei der Anlagebereich den Verbindungsbereich des Kühlblechs und der Turbinenschaufel bildet. Diese Anordnung hat sich bewährt.Preferably, the edge region of the cooling plate is brought into contact with a peripheral wall of a depression from the underside of the blade platform, wherein the contact region forms the connection region of the cooling plate and the turbine blade. This arrangement has proven itself.

In üblicher Weise können die Verbindungsbereiche des Kühlbleches und der Turbinenschaufel an den Kontaktstellen verschweißt werden. Auf diese Weise kann eine hohe Kraftübertragung bei geringer Nahtdicke erzielt werden.In the usual way, the connecting portions of the cooling plate and the turbine blade can be welded at the contact points. In this way, a high power transmission can be achieved with low throat thickness.

Alternativ können die Verbindungsbereiche des Kühlbleches und der Turbinenschaufel an den Kontaktstellen miteinander verlötet werden. Hierbei ist im Vergleich zum Schweißen eine geringe Wärmeeinbringung und ein geringer Lotverbrauch erforderlich. Zudem entsteht ein geringerer Verzug.Alternatively, the connection areas of the cooling plate and the turbine blade can be soldered together at the contact points. This is compared to welding a small heat input and low solder consumption required. In addition, there is less delay.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Turbinenschaufel, insbesondere eine gegossene Turbinenschaufel, an der zumindest ein Kühlblech, insbesondere ein Prallkühlblech, befestigt ist, wobei Verbindungsbereiche des Kühlblechs und der Turbinenschaufel an mehreren voneinander beabstandeten, lokalen Kontaktstellen aneinander gesetzt und miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Kontaktstellen liegende Spalte mittels eines Dichtungsmaterials abgedichtet sind.Furthermore, the present invention relates to a turbine blade, in particular a cast turbine blade on which at least one heat sink, in particular a baffle plate is attached, wherein connecting portions of the cooling plate and the turbine blade at a plurality of spaced apart, local contact points are set together and interconnected, wherein between the Contact points lying column are sealed by means of a sealing material.

Hierbei können die zwischen den Kontaktstellen liegenden Spalte mittels eines Dichtungsmaterials in Form einer Dichtschnur abgedichtet sein.Here, the gaps lying between the contact points can be sealed by means of a sealing material in the form of a sealing cord.

Dabei kann die Dichtschnur in Form einer Glasfaserschnur, die insbesondere eine gedrehte Schnur mit einer Edelstahlverstärkung und einer Messingumklöpelung aufweist, ausgebildet sein.In this case, the sealing cord may be in the form of a fiberglass cord, which in particular has a twisted cord with a stainless steel reinforcement and a brass cladding.

Alternativ kann die Dichtschnur in Form einer vorkomprimierten Dichtschnur, die insbesondere von Wachs umgeben ist, ausgebildet sein. Alternatively, the sealing cord may be in the form of a precompressed sealing cord, which is surrounded in particular by wax.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die zwischen den Kontaktstellen liegenden Spalte mittels eines Dichtungsmaterials in Form eines Metalldrahts und/oder in Form einer Graphitdichtung und/oder in Form eines Metallschaums abgedichtet.According to a further embodiment of the present invention, the gaps lying between the contact points are sealed by means of a sealing material in the form of a metal wire and / or in the form of a graphite seal and / or in the form of a metal foam.

Das Dichtungsmaterial kann zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Verbindungsbereichs des Kühlblechs und/oder der Turbinenschaufel angebracht sein, wobei daran anschließend die Verbindungsbereiche an den Kontaktstellen miteinander verbunden sind.The sealing material may be attached at least substantially along the entire length of the connecting region of the cooling plate and / or the turbine blade, wherein subsequently the connecting regions are connected to one another at the contact points.

Ferner kann das Dichtungsmaterial an die Form des Kühlblechs und/oder an die Form der Turbinenschaufel angepasst sein.Furthermore, the sealing material may be adapted to the shape of the cooling plate and / or to the shape of the turbine blade.

Bevorzugt ist das Dichtungsmaterial an dem Kühlblech über eine Presspassung befestigt.Preferably, the sealing material is attached to the cooling plate via a press fit.

Weiterhin kann das Dichtungsmaterial über Löt- und/oder Klebepunkte an dem Kühlblech befestigt sein, wobei die Klebepunkte insbesondere einen Klebstoff, der bei der Turbinenbetriebstemperatur vergast, aufweisen.Furthermore, the sealing material can be fastened to the cooling plate by means of soldering and / or adhesive points, the adhesive points in particular having an adhesive which gasifies at the turbine operating temperature.

Vorzugsweise ist das Dichtungsmaterial in einer Nut des Kühlblechs befestigt.Preferably, the sealing material is secured in a groove of the cooling plate.

Der Randbereich des Kühlblechs kann an einer Umfangswandung einer Vertiefung von der Unterseite der Schaufelplattform her in Anlage sein, wobei der Anlagebereich den Verbindungsbereich des Kühlblechs und der Turbinenschaufel bildet.The edge region of the cooling plate may be in contact with a peripheral wall of a depression from the underside of the blade platform, wherein the contact region forms the connection region of the cooling plate and the turbine blade.

In üblicher Weise können die Verbindungsbereiche des Kühlblechs und der Turbinenschaufel an den Kontaktstellen verschweißt sein.In the usual way, the connecting portions of the cooling plate and the turbine blade can be welded at the contact points.

Alternativ können die Verbindungsbereiche des Kühlblechs und der Turbinenschaufel an den Kontaktstellen miteinander verlötet sein.Alternatively, the connecting portions of the cooling plate and the turbine blade may be soldered together at the contact points.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Darin ist

  • 1 eine schematische Ansicht einer Turbinenschaufel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine Querschnittsansicht der in 1 dargestellten Turbinenschaufel, und
  • 3 eine schematische Ansicht einer Schaufelplattform einer Turbinenschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings. That's it
  • 1 FIG. 2 is a schematic view of a turbine blade according to a first embodiment of the present invention; FIG.
  • 2 a cross-sectional view of in 1 illustrated turbine blade, and
  • 3 a schematic view of a blade platform of a turbine blade according to a second embodiment of the present invention.

In den 1 und 2 ist eine Turbinenschaufel 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine Schaufelplattform 2 und ein an der Oberseite 3 der Schaufelplattform 2 vorgesehenes Schaufelblatt 4 aufweist. Die Turbinenschaufel 1 ist ausgebildet, um während des Betriebs mittels Prallkühlung, Filmkühlung und konvektiver Kühlung gekühlt zu werden.In the 1 and 2 is a turbine blade 1 according to a first embodiment of the present invention, which is a paddle platform 2 and one at the top 3 the scoop platform 2 provided airfoil 4 having. The turbine blade 1 is designed to be cooled during operation by means of impingement cooling, film cooling and convective cooling.

Zur konvektiven Kühlung der Schaufelplattform 2 und des Schaufelblatts 4 erstrecken sich drei Kühlkanäle 5 parallel zueinander und jeweils ausgehend von einer Einlassöffnung 6 an einem zentralen Bereich der blattabgewandten Unterseite 7 der Schaufelplattform 2 in Radialrichtung der Turbinenschaufel 1 durch die Schaufelplattform 2 und das Schaufelblatt 4.For convective cooling of the blade platform 2 and the airfoil 4 extend three cooling channels 5 parallel to each other and each starting from an inlet opening 6 at a central portion of the bottom side facing away from the sheet 7 the scoop platform 2 in the radial direction of the turbine blade 1 through the scoop platform 2 and the blade 4 ,

Die blattabgewandte Unterseite 7 der Schaufelplattform 2 weist in einem Bereich zwischen den Einlassöffnungen 6 der Kühlkanäle 5 und einer stirnseitigen Wandung der Schaufelplattform 2 eine Vertiefung 8 mit einem kreissegmentartigen Öffnungsquerschnitt auf. Die Umfangswandung 9, 10 der Vertiefung 8 besteht aus einem geraden Umfangswandungsabschnitt 9, der ein Teil der stirnseitigen Wandung der Schaufelplattform 2 ist, und einem gekrümmten Umfangswandungsabschnitt 10, dessen Krümmung entsprechend der Krümmung der konkav gewölbten Druckfläche 11 des Schaufelblatts 4 gewählt ist. In dem gekrümmten Umfangswandungsabschnitt 10 ist ein Verbindungskanal 12 ausgebildet, der in einen nicht dargestellten Kühlkanal mündet. Der Boden der Vertiefung 8 entspricht einem zu kühlenden Wandabschnitt 13 der Schaufelplattform 2, der von mehreren Filmkühldurchgangsbohrungen 14 durchsetzt ist.The bottom side facing away from the sheet 7 the scoop platform 2 points in an area between the inlet openings 6 the cooling channels 5 and a frontal wall of the blade platform 2 a depression 8th with a circular segment-like opening cross section. The peripheral wall 9 . 10 the depression 8th consists of a straight peripheral wall section 9 , the part of the frontal wall of the blade platform 2 is, and a curved Umfangswandungsabschnitt 10 whose curvature corresponds to the curvature of the concave pressure surface 11 of the airfoil 4 is selected. In the curved peripheral wall section 10 is a connection channel 12 formed, which opens into a cooling channel, not shown. The bottom of the depression 8th corresponds to a wall section to be cooled 13 the scoop platform 2 that of several film cooling holes 14 is interspersed.

An der Schaufelplattform 2 ist ein Kühlblech 15 befestigt, das einen von Kühllöchern 16 durchsetzten zentralen Bereich 17 und einen diesen umgebenden Randbereich 18 umfasst. Hierbei liegt der Randbereich 18 des Kühlblechs 15 an der Umfangswandung 9, 10 der Vertiefung 8 von der Unterseite 7 der Schaufelplattform 2 her an, wobei das Kühlblech 15 und die Schaufelplattform 2 in den Anlage- oder Verbindungsbereichen 19, 20 an mehreren voneinander beabstandeten, lokalen Kontaktstellen 21 miteinander verbunden, nämlich verschweißt sind. Das Kühlblech 15 ist dabei derart gebogen, dass sein zentraler Bereich 17 gegenüber dessen Randbereich 18 in Richtung des zu kühlenden Wandabschnitts 13 der Schaufelplattform 2 versetzt und von diesem beabstandet ist.At the scoop platform 2 is a cooling plate 15 attached, the one of cooling holes 16 interspersed central area 17 and a peripheral area surrounding it 18 includes. This is the edge area 18 of the cooling plate 15 on the peripheral wall 9 . 10 the depression 8th from the bottom 7 the scoop platform 2 her on, with the cooling plate 15 and the scoop platform 2 in the plant or connection areas 19 . 20 at a plurality of spaced, local contact points 21 interconnected, namely welded. The heat sink 15 is bent in such a way that its central area 17 opposite to its edge area 18 in the direction of the wall section to be cooled 13 the scoop platform 2 offset and spaced from this.

Zusätzlich sind in den Verbindungsbereichen 19, 20 die zwischen den Kontaktstellen 21 liegenden Spalte 22 durch ein Dichtungsmaterial abgedichtet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Dichtungsmaterial in der Form einer Dichtschnur 23 vorgesehen, die in eine im Randbereich 18 des Kühlblechs 15 ausgebildete und sich entlang von diesem erstreckende, umlaufende Nut 24 eingelegt und darin befestigt ist (siehe 2). Konkret ist die Dichtschnur 23 über nicht dargestellte, einzelne Klebepunkte in der Nut 24 des Kühlblechs 15 befestigt. Zur Herstellung der Klebepunkte wird ein Klebstoff verwendet, der bei der Turbinenbetriebstemperatur vergast. Alternativ/zusätzlich kann die Dichtschnur 23 auch in die Nut 24 eingepresst oder an dem Kühlblech 15 festgelötet sein. In addition, in the connection areas 19 . 20 the between the contact points 21 lying column 22 sealed by a sealing material. In the illustrated embodiment, the sealing material is in the form of a sealing cord 23 provided in a in the edge area 18 of the cooling plate 15 trained and extending along this, circumferential groove 24 is inserted and fixed in it (see 2 ). Concrete is the sealing cord 23 not shown, individual adhesive dots in the groove 24 of the cooling plate 15 attached. To produce the adhesive dots, an adhesive is used which gasifies at the turbine operating temperature. Alternatively / additionally, the sealing cord 23 also in the groove 24 pressed or on the cooling plate 15 be soldered.

Vorliegend wird als Dichtschnur 23 eine Glasfaserschnur verwendet, die eine gedrehte Schnur mit einer Edelstahlverstärkung und einer Messingumklöpelung aufweist. Als Alternative zu der Glasfaserschnur kann als Dichtungsmaterial auch eine vorkomprimierte Dichtschnur, die von Wachs umgeben ist, ein Metalldraht, eine Graphitdichtung und/oder ein Metallschaum eingesetzt werden.Present is as a sealing cord 23 a fiberglass cord used, which has a twisted cord with a stainless steel reinforcement and a brass cladding. As an alternative to the glass fiber cord can be used as a sealing material and a precompressed sealing cord, which is surrounded by wax, a metal wire, a graphite gasket and / or a metal foam.

Zum Vorkonfektionieren des Kühlblechs 15 wird die Dichtschnur 23 auf die Länge des umlaufenden Randbereichs 18 des Kühlblechs 15 zurechtgeschnitten. Anschließend wird die Dichtschnur 23 in die Nut 24 eingelegt und an den Klebepunkten entlang des gesamten umlaufenden Randbereichs 18 des Kühlblechs 15 in der Nut 24 des Kühlblechs 15 fixiert.For prefabrication of the cooling plate 15 becomes the sealing cord 23 to the length of the peripheral edge area 18 of the cooling plate 15 cut. Subsequently, the sealing cord 23 in the groove 24 inserted and at the adhesive points along the entire peripheral edge region 18 of the cooling plate 15 in the groove 24 of the cooling plate 15 fixed.

In einem weiteren Schritt werden die Verbindungsbereiche 19, 20 des Kühlblechs 15 und der Schaufelplattform 2 an mehreren voneinander beabstandeten, lokalen Kontaktstellen 21 miteinander verschweißt. Alternativ können die Verbindungsbereiche 19, 20 des Kühlblechs 15 und der Schaufelplattform 2 an den Kontaktstellen 21 miteinander verlötet werden.In a further step, the connection areas 19 . 20 of the cooling plate 15 and the paddling platform 2 at a plurality of spaced, local contact points 21 welded together. Alternatively, the connection areas 19 . 20 of the cooling plate 15 and the paddling platform 2 at the contact points 21 be soldered together.

Während des Betriebs der Turbinenschaufel 1 tritt ein Teil eines Kühlfluids durch die Einlassöffnungen 6 in die Kühlkanäle 5 ein, durchströmt diese und führt hierbei mittels Konvektion Wärme an den die Kühlkanäle 5 umgebenden Wänden ab. Ein weiterer Teil des Kühlfluids strömt unter Bildung von Kühlfluidstrahlen erhöhter Geschwindigkeit durch die Kühllöcher 16 des Kühlblechs 15 und prallt in Form der Kühlfluidstrahlen auf den zu kühlenden Wandabschnitt 13 der Schaufelplattform 2, so dass der Wandabschnitt 13 gekühlt wird. Anschließend strömt das Kühlfluid von dem zu kühlenden Wandabschnitt 13 weg und führt hierbei Wärme mittels Konvektion ab. Ein Teil des wegströmenden Kühlfluids strömt durch die Filmkühldurchgangsbohrungen 14 des zu kühlenden Wandabschnitts 13 auf die dem Schaufelblatt 4 zugewandte Oberseite 3 der Schaufelplattform 2 und bildet dort eine isolierende Schicht zwischen dem heißen, fluiden Arbeitsmedium und der Oberseite 3 der Schaufelplattform 2, so dass der zu kühlende Wandabschnitt 13 zusätzlich mittels Filmkühlung gekühlt wird. Ein weiterer Teil des wegströmenden Kühlfluids strömt durch den Verbindungskanal 12 in dem gekrümmten Umfangswandungsabschnitt 10 der Vertiefung 8 in den nicht dargestellten Kühlkanal, um zur Kühlung der Turbinenschaufel 1 weiterverwendet zu werden.During operation of the turbine blade 1 Part of a cooling fluid passes through the inlet openings 6 in the cooling channels 5 a, flows through them and this leads by means of convection heat to the cooling channels 5 surrounding walls. Another part of the cooling fluid flows through the cooling holes to form cooling fluid jets of increased speed 16 of the cooling plate 15 and bounces in the form of the cooling fluid jets on the wall section to be cooled 13 the scoop platform 2 so that the wall section 13 is cooled. Subsequently, the cooling fluid flows from the wall section to be cooled 13 away and thereby dissipates heat by convection. Part of the flowing cooling fluid flows through the film cooling through holes 14 of the wall section to be cooled 13 on the the airfoil 4 facing top 3 the scoop platform 2 where it forms an insulating layer between the hot, fluid working medium and the top 3 the scoop platform 2 so that the wall section to be cooled 13 additionally cooled by means of film cooling. Another part of the flowing cooling fluid flows through the connection channel 12 in the curved peripheral wall portion 10 the depression 8th in the cooling channel, not shown, for cooling the turbine blade 1 continue to be used.

Die 3 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 1. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Schaufelplattform 2 der Turbinenschaufel 1 an ihrer blattabgewandten Unterseite 7 nicht nur eine Vertiefung 8 mit einem kreissegmentartigen Öffnungsquerschnitt, sondern sechs Vertiefungen 8 mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten aufweist. Die Vertiefungen 8 sind um die Einlassöffnungen 6 der Kühlkanäle 5 herum angeordnet. Zwei aneinander angrenzende Vertiefungen 8 teilen sich jeweils einen als Steg 25 ausgebildeten Umfangswandungsabschnitt. Insgesamt vier Kühlbleche 15 liegen jeweils mit ihrem Randbereich 18 an der Umfangswandung einer zugeordneten Vertiefung 8 von der Unterseite 7 der Schaufelplattform 2 her an und sind jeweils an mehreren Kontaktstellen 21 mit der Schaufelplattform 2 verschweißt, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben. Eine der sechs Vertiefungen 8 ist zur besseren Veranschaulichung nicht mit einem Kühlblech 15 versehen.The 3 shows a schematic view of a second embodiment of the turbine blade according to the invention 1 , The second embodiment differs from the first embodiment in that the blade platform 2 the turbine blade 1 on its side facing away from the sheet 7 not just a depression 8th with a circular segment-like opening cross section, but six wells 8th having different opening cross-sections. The wells 8th are around the inlet openings 6 the cooling channels 5 arranged around. Two adjoining depressions 8th each share one as a bridge 25 trained peripheral wall section. A total of four cooling plates 15 each lie with its edge area 18 on the peripheral wall of an associated recess 8th from the bottom 7 the scoop platform 2 ago and are each at several contact points 21 with the scoop platform 2 welded, as described in connection with the first embodiment. One of the six wells 8th is not for better illustration with a heat sink 15 Mistake.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So kann die vorliegende Erfindung sowohl auf Turbinenleitschaufeln als auch auf Turbinenlaufschaufeln angewandt werden.While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention can be applied to both turbine vanes and turbine blades.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011053891 A1 [0005]DE 102011053891 A1 [0005]

Claims (15)

Verfahren zum Befestigen eines Kühlbleches (15) an einer Turbinenschaufel (1), insbesondere eines Prallkühlblechs an einer gegossenen Turbinenschaufel, bei dem Verbindungsbereiche (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) aneinander gesetzt und miteinander verbunden werden, umfassend die Schritte, dass: - die Verbindungsbereiche (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) an mehreren voneinander beabstandeten, lokalen Kontaktstellen (21) miteinander verbunden werden, und - zwischen den Kontaktstellen (21) liegende Spalte (22) mittels eines Dichtungsmaterials abgedichtet werden.Method for fastening a cooling plate (15) to a turbine blade (1), in particular an impingement cooling plate on a cast turbine blade, in which connecting regions (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1) are placed against each other and connected to each other the steps that: - The connecting portions (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1) at a plurality of spaced, local contact points (21) are interconnected, and - Between the contact points (21) lying column (22) are sealed by means of a sealing material. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abdichten der zwischen den Kontaktstellen (21) liegenden Spalte (22) ein Dichtungsmaterial in Form einer Dichtschnur (23) verwendet wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a sealing material in the form of a sealing cord (23) is used to seal the gaps (22) lying between the contact points (21). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtschnur (23) in Form einer Glasfaserschnur, die insbesondere eine gedrehte Schnur mit einer Edelstahlverstärkung und einer Messingumklöpelung aufweist, verwendet wird.Method according to Claim 2 , characterized in that a sealing cord (23) in the form of a glass fiber cord, in particular having a twisted cord with a stainless steel reinforcement and a brass Umklelung is used. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorkomprimierte Dichtschnur(23), die insbesondere von Wachs umgeben ist, verwendet wird.Method according to Claim 2 , characterized in that a precompressed sealing cord (23), which is surrounded in particular by wax, is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abdichten der zwischen den Kontaktstellen (21) liegenden Spalte (22) ein Dichtungsmaterial in Form eines Metalldrahts und/oder in Form einer Graphitdichtung und/oder in Form eines Metallschaums verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sealing material in the form of a metal wire and / or in the form of a graphite gasket and / or in the form of a metal foam is used for sealing the gaps (22) lying between the contact points (21). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Verbindungsbereichs (19, 20) des Kühlblechs (15) und/oder der Turbinenschaufel (1) angebracht wird, wobei daran anschließend die Verbindungsbereiche (19, 20) an den Kontaktstellen (21) miteinander verbunden werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing material at least substantially along the entire length of the connecting portion (19, 20) of the cooling plate (15) and / or the turbine blade (1) is attached, wherein subsequently the connecting portions (19 , 20) at the contact points (21) are interconnected. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial an die Form des Kühlblechs (15) und/oder an die Form der Turbinenschaufel (1) angepasst wird.Method according to Claim 6 , characterized in that the sealing material is adapted to the shape of the cooling plate (15) and / or to the shape of the turbine blade (1). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial gebogen, gestanzt und/oder geschnitten wird.Method according to Claim 7 , characterized in that the sealing material is bent, punched and / or cut. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial an dem Kühlblech (15) über eine Presspassung befestigt wird.Method according to one of Claims 6 to 8th , characterized in that the sealing material is attached to the cooling plate (15) via a press fit. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial über Löt- und/oder Klebepunkte an dem Kühlblech (15) befestigt wird, wobei zur Herstellung der Klebepunkte insbesondere ein Klebstoff, der bei der Turbinenbetriebstemperatur vergast, verwendet wird.Method according to Claim 6 to 8th , characterized in that the sealing material is attached via solder and / or adhesive points on the cooling plate (15), wherein in particular an adhesive which is gasified at the turbine operating temperature is used for the preparation of the adhesive dots. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial in einer Nut (24) des Kühlblechs (15) befestigt wird.Method according to one of Claims 6 to 10 , characterized in that the sealing material in a groove (24) of the cooling plate (15) is attached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich (18) des Kühlblechs (15) an einer Umfangswandung (9,10) einer Vertiefung (8) von der Unterseite (7) der Schaufelplattform (2) her in Anlage gebracht wird, wobei der Anlagebereich (19) den Verbindungsbereich (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) bildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the edge region (18) of the cooling plate (15) on a peripheral wall (9,10) of a recess (8) from the bottom (7) of the blade platform (2) is brought into abutment , wherein the abutment region (19) forms the connection region (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) an den Kontaktstellen (21) verschweißt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting regions (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1) at the contact points (21) are welded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbereiche (19, 20) des Kühlblechs (15) und der Turbinenschaufel (1) an den Kontaktstellen (21) miteinander verlötet werden.Method according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that the connecting regions (19, 20) of the cooling plate (15) and the turbine blade (1) at the contact points (21) are soldered together. Turbinenschaufel (1) mit zumindest einem Kühlblech (15), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlblech (15) unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche an der Turbinenschaufel (1) befestigt ist.Turbine blade (1) with at least one cooling plate (15), characterized in that at least one cooling plate (15) is fixed to the turbine blade (1) using a method according to one of the preceding claims.
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