DE102019107654A1 - Mehrschichtige Außenwand eines Turbinenschaufelblattes - Google Patents

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Gary Michael Itzel
James William Vehr
Jeffrey Jones
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General Electric Co
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Abstract

Es ist ein Schaufelblatt mit einer Außenwand (34, 120), die mehrere beabstandete Schichten (122) enthält, für eine verbesserte Kühlung und Lebensdauer offenbart. Das Schaufelblatt (32, 100) und die Außenwand (34, 120) sind durch additive Fertigung hergestellt. Die Außenwand (34, 120) enthält: eine Außenschicht (126), eine Zwischenschicht (128) und eine Innenschicht (130), die jeweils von benachbarten Schichten durch mehrere Abstandselemente (140) getrennt sind; mehrere erste Kühlkammern (152a) zwischen der Außen- und der Zwischenschicht (126, 128), wobei die Kammern durch eine erste Trennwand (156) unterteilt sind; mehrere zweite Kühlkammern (152b) zwischen der Zwischen- und der Innenschicht (128, 130), wobei die Kammern durch eine zweite Trennwand (156) unterteilt sind; eine Wärmeschutzbeschichtung auf der Außenschicht (126); mehrere Prallöffnungen (210, 186) in der Zwischenschicht (128) und mehrere zweite Prallöffnungen (210, 186) in der Innenschicht (130); und mehrere Kühlkanäle (174) in der Außenschicht (126). Die Außenschicht (126) kann ferner Plateaus (178) auf einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) enthalten, durch die die Kühlkanäle (174) verlaufen.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Die Offenbarung betrifft allgemein die Kühlung von Komponenten und insbesondere eine mehrschichtige Wand einer Heißgaspfadkomponente, die durch additive Fertigung hergestellt ist.
  • Heißgaspfadkomponenten, die einem Arbeitsfluid mit hohen Temperaturen ausgesetzt sind, werden häufig in industriellen Maschinen verwendet. Zum Beispiel enthält ein Gasturbinensystem eine Turbine mit einer Anzahl von Stufen mit Laufschaufeln, die sich von einer tragenden Rotorscheibe aus nach außen erstrecken. Jede Laufschaufel enthält ein Schaufelblatt, das der Strömung der heißen Verbrennungsgase ausgesetzt ist. Das Schaufelblatt muss gekühlt werden, um den durch die Verbrennungsgase erzeugten hohen Temperaturen zu widerstehen. Eine unzureichende Kühlung kann eine übermäßige Belastung und Oxidation an dem Schaufelblatt zur Folge haben und kann zur Ermüdung und/oder Beschädigung führen. Das Schaufelblatt ist deshalb im Wesentlichen hohl mit einem oder mehreren inneren Kühlströmungskreisläufen ausgebildet, die zu einer Anzahl von Kühllöchern und dergleichen führen. Kühlluft wird durch die Kühllöcher ausgegeben, um eine Filmkühlung an der äußeren Oberfläche des Schaufelblattes zu erzielen. Andere Arten von Heißgaspfadkomponenten und andere Arten von Turbinenkomponenten können in ähnlicher Weise gekühlt werden.
  • Obwohl viele Modelle und Simulationen durchgeführt werden können, bevor eine gegebene Komponente im Feld in Betrieb genommen wird, variieren die exakten Temperaturen, die eine Komponente oder ein Bereich von dieser erreichen kann, stark aufgrund der komponentenspezifischen heißen und kalten Stellen. Insbesondere kann die Komponente temperaturabhängige Eigenschaften haben, die durch eine Überhitzung beeinträchtigt werden können. Infolgedessen können viele Heißgaspfadkomponenten unterkühlt werden, um örtlich begrenzte heiße Stellen zu kompensieren, die an den Komponenten entstehen können. Eine derartige übermäßige Unterkühlung kann jedoch eine negative Auswirkung auf die gesamte Ausgabe und Effizienz einer industriellen Maschine haben.
  • Trotz der Gegenwart von Kühldurchgängen sind viele Komponenten ferner auf eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC, thermal barrier coating) angewiesen, die auf eine äußere Oberfläche von ihr aufgebracht wird, um die Komponente zu schützen. Falls ein Bruch, Riss oder Verlust, der als Abplatzung bezeichnet wird, in einer TBC einer Heißgaspfadkomponente auftritt, kann die lokale Temperatur der Komponente an der Abplatzung bis auf eine schädliche Temperatur ansteigen. Zum Beispiel kann die Abplatzung die Außenwand der Heißgaspfadkomponente für das Hochtemperaturfluid freilegen, was die äußere Oberfläche veranlasst zu oxidieren, wodurch die Lebensdauer der Heißgaspfadkomponente verkürzt wird. Ein Lösungsansatz für eine TBC-Abplatzung sieht einen Stopfen in einem Kühlloch unter der TBC vor. Wenn eine Abplatzung auftritt, wird der Stopfen gewöhnlich durch Einwirkung von Wärmeentfernt, die ausreicht, um den Stopfen zu schmelzen, wobei sich das Kühlloch öffnet und ein Kühlmedium aus einem inneren Kühlkreislauf strömen kann, der mit dem Kühlloch fluidmäßig verbunden ist. Der Stopfen kann porös sein, um bei seiner Entfernung zu unterstützen. Dieser Prozess reduziert eine Unterkühlung. Die Ausbildung des Stopfens ist jedoch komplex und erfordert eine präzise spanabhebende Bearbeitung und/oder präzise thermische oder chemische Verarbeitung von Materialien, um den Stopfen zu erzeugen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erster Aspekt der Offenbarung sieht ein Turbinenschaufelblatt vor, wobei das Schaufelblatt enthält: eine Außenwand, die enthält: mehrere beabstandete Schichten, zu denen eine Außenschicht, eine Zwischenschicht und eine Innenschicht gehören, wobei jede der mehreren beabstandeten Schichten von einer benachbarten beabstandeten Schicht durch mehrere Abstandselemente getrennt ist; einen ersten Zwischenraum zwischen der Außenschicht und der Zwischenschicht, der eine erste Kühlkammer definiert; einen zweiten Zwischenraum zwischen der Zwischenschicht und der Innenschicht, der eine zweite Kühlkammer definiert; eine erste Trennwand, die die erste Kühlkammer axial in mehrere erste Kühlkammern unterteilt; eine zweite Trennwand, die die zweite Kühlkammer axial in mehrere zweite Kühlkammern unterteilt; eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC), die auf einer Außenfläche der Außenschicht aufgebracht ist, wobei die TBC eine Außenfläche aufweist, die eingerichtet ist, um einem Arbeitsfluid mit einer hohen Temperatur ausgesetzt zu werden; mehrere erste Prallöffnungen innerhalb der Innenschicht, wobei die mehreren ersten Prallöffnungen einen Durchgang für ein Kühlmedium von einer zentralen Kühlkammer des Turbinenschaufelblattes zu wenigstens einer von den mehreren zweiten Kühlkammern bereitstellen; mehrere zweite Prallöffnungen innerhalb der Zwischenschicht, wobei die mehreren zweiten Prallöffnungen einen Durchgang für das Kühlmedium von wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern zu wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern bereitstellen; und mehrere Kühlkanäle innerhalb der Außenschicht, wobei die mehreren Kühlkanäle einen Durchgang für das Kühlmedium von wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern zu der Außenfläche der TBC bereitstellen.
  • In dem zuvor erwähnten Turbinenschaufelblatt kann sich die erste Trennwand entlang einer radialen Länge des Turbinenschaufelblattes von einer Außenfläche der Zwischenschicht zu einer Innenfläche der Außenschicht erstrecken.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann sich die zweite Trennwand von einer Außenfläche der Innenschicht zu einer Innenfläche der Zwischenschicht entlang einer radialen Länge des Turbinenschaufelblattes erstrecken.
  • In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelblattes können die erste Trennwand und die zweite Trennwand kollinear sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein beliebiges vorstehend erwähntes Turbinenschaufelblatt ferner mehrere Plateaus aufweisen, die auf der Außenfläche der Außenschicht angeordnet sind, wobei jeder Kühlkanal in den mehreren Kühlkanälen angeordnet sein kann, um durch ein einzelnes Plateaus hindurchzutreten, und wobei eine oberste Fläche jedes Plateaus in den mehreren Plateaus frei von der TBC sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelblattes kann eine Dicke der Außenschicht im Wesentlichen gleich einer Dicke wenigstens einer von der Zwischenschicht und der Innenschicht sein.
  • Insbesondere kann die Dicke der Außenschicht ungefähr 20 Millimeter bis ungefähr 80 Millimeter betragen.
  • In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelblattes kann die Zwischenschicht eine Abschrägung an einer Verbindungsstelle zwischen einer Außenfläche der Zwischenschicht und einer Seitenwand einer Prallöffnung der mehreren zweiten Prallöffnungen enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelblattes können die mehreren ersten Prallöffnungen nicht mit den mehreren zweiten Prallöffnungen ausgerichtet sein.
  • In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelblattes kann eine Querschnittsgeometrie jedes Abstandselementes in den mehreren Abstandselementen eine von einer kreisförmigen, länglichen, rennbahnförmigen, quadratischen, quadratischen Geometrie mit gewölbten Seiten und rechteckigen Geometrie aufweisen.
  • Ein zweiter Aspekt der Offenbarung sieht eine Heißgaspfad(HGP)-Komponente vor, wobei das Schaufelblatt enthält: eine Außenwand, die enthält: mehrere beabstandete Schichten, zu denen eine Außenschicht, eine Zwischenschicht und eine Innenschicht gehören, wobei alle der mehreren beabstandeten Schichten von einer benachbarten Schicht durch mehrere Abstandselemente getrennt sind; einen ersten Zwischenraum zwischen der Außenschicht und der Zwischenschicht, der eine erste Kühlkammer definiert; einen zweiten Zwischenraum zwischen der Zwischenschicht und der Innenschicht, der eine zweite Kühlkammer definiert; eine erste Trennwand, die die erste Kühlkammer axial in mehrere erste Kühlkammern unterteilt; eine zweite Trennwand, die die zweite Kühlkammer axial in mehrere zweite Kühlkammern unterteilt; eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC), die auf einer Außenfläche der Außenschicht aufgebracht ist, wobei die TBC eine Außenfläche aufweist, die eingerichtet ist, um einem Arbeitsfluid mit einer hohen Temperatur ausgesetzt zu werden; mehrere erste Prallöffnungen innerhalb der Innenschicht, wobei die mehreren ersten Prallöffnungen einen Durchgang für ein Kühlmedium von einer zentralen Kühlkammer des Turbinenschaufelblattes zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern bereitstellen; mehrere zweite Prallöffnungen innerhalb der Zwischenschicht, wobei die mehreren zweiten Prallöffnungen einen Durchgang für das Kühlmedium von wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern zu wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern bereitstellen; mehrere Plateaus, die auf der Außenfläche der Außenschicht angeordnet sind, wobei eine oberste Fläche jedes Plateaus in den mehreren Plateaus frei von der TBC ist; und mehrere Kühlkanäle innerhalb der Außenschicht, wobei jeder Kühlkanal in den mehreren Kühlkanälen angeordnet ist, um durch ein einzelnes Plateaus der mehreren Plateaus zu verlaufen, und wobei die mehreren Kühlkanäle einen Durchgang für das Kühlmedium von wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern zu der Außenfläche der TBC bereitstellen.
  • In der vorstehend erwähnten HGP-Komponente kann eine Dicke der Außenschicht im Wesentlichen gleich einer Dicke wenigstens einer von der Zwischenschicht und der Innenschicht sein.
  • Insbesondere kann die Dicke der Außenschicht ungefähr 20 Millimeter bis ungefähr 80 Millimeter betragen.
  • In jeder beliebigen vorstehend erwähnten HGP-Komponente kann in einer Situation, in der eine durch Abplatzung induzierte Öffnung in der TBC und der Außenschicht einen ersten Abschnitt der mehreren zweiten Prallöffnungen freilegt, das Kühlmedium in der Außenwand eingerichtet sein, um einen Schlitzkühlfilm über einem Abschnitt der Außenwand zu bilden, der durch die durch Abplatzung induzierte Öffnung freigelegt ist.
  • Ein dritter Aspekt der Offenbarung sieht ein Verfahren vor, das enthält: additives Fertigen eines Turbinenschaufelblattes, wobei das Turbinenschaufelblatt enthält: eine Außenwand, die aufweist: mehrere beabstandete Schichten, zu denen eine Außenschicht, eine Zwischenschicht und eine Innenschicht gehören, wobei alle der mehreren beabstandeten Schichten von einer benachbarten beabstandeten Schicht durch mehrere Abstandselemente getrennt sind; einen ersten Zwischenraum zwischen der Außenschicht und der Zwischenschicht, der eine erste Kühlkammer definiert; einen zweiten Zwischenraum zwischen der Zwischenschicht und der Innenschicht, der eine zweite Kühlkammer definiert; eine erste Trennwand, die die erste Kühlkammer axial in mehrere erste Kühlkammern unterteilt; eine zweite Trennwand, die die zweite Kühlkammer axial in mehrere zweite Kühlkammern unterteilt; mehrere erste Prallöffnungen innerhalb der Innenschicht, wobei die mehreren ersten Prallöffnungen einen Durchgang für ein Kühlmedium von einer zentralen Kühlkammer des Turbinenschaufelblattes zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern bereitstellen; mehrere zweite Prallöffnungen innerhalb der Zwischenschicht, wobei die mehreren zweiten Prallöffnungen einen Durchgang für das Kühlmedium von wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern zu wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern bereitstellen; und mehrere Kühlkanäle innerhalb der Außenschicht, wobei die mehreren Kühlkanäle einen Durchgang für das Kühlmedium von wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern zu einer Außenfläche der Außenschicht bereitstellen; und Aufbringen einer Wärmeschutzbeschichtung (TBC) auf die Außenfläche der Außenschicht, wobei die TBC eine Außenfläche aufweist, die eingerichtet ist, um einem Arbeitsfluid mit einer hohen Temperatur ausgesetzt zu werden.
  • Das zuvor erwähnte Verfahren kann ferner als Reaktion auf eine durch Abplatzung induzierte Öffnung in der Außenschicht des Turbinenschaufelblattes ein Ermöglichen, dass das Kühlmedium einen Schlitzkühlfilm über einem Abschnitt der Außenfläche, der durch die durch Abplatzung induzierte Öffnung freigelegt ist, aufweisen.
  • Zusätzlich kann der Schlitzkühlfilm durch ein erstes adaptives Kühlmedium, das aus einem ersten Abschnitt der mehreren zweiten Prallöffnungen austritt, der durch die durch Abplatzung induzierte Öffnung freigelegt ist, und eine zweite adaptive Fluidströmung gebildet sein, die aus einem zweiten Abschnitt der mehreren zweiten Prallöffnungen austritt, wobei der zweite Abschnitt der mehreren zweiten Prallöffnungen sich benachbart zu und stromaufwärts von dem ersten Abschnitt befindet, wobei die zweite adaptive Fluidströmung mit der ersten adaptiven Fluidströmung in Kontakt stehen kann, um die erste adaptive Fluidströmung in eine Richtung parallel zu einer Innenfläche der Außenschicht zu lenken.
  • Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann die erste Trennwand das Arbeitsfluid daran hindern, in die durch Abplatzung induzierte Öffnung einzutreten, und die erste Trennwand kann den Schlitzkühlfilm daran hindern, in die durch Abplatzung induzierte Öffnung wiedereinzutreten.
  • Jedes beliebige vorstehend erwähnte Verfahren kann ferner als Reaktion auf eine Abplatzung in der TBC, die einen Abschnitt der Außenfläche der Außenschicht freilegt, aufweisen, dass eine adaptive Kühlströmung von der zentralen Kühlkammer zu einer Innenfläche der Außenschicht strömt, um die Oxidation der Außenschicht wesentlich zu reduzieren.
  • In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Verfahrens kann die Zwischenschicht eine Abschrägung an einer Verbindungsstelle zwischen einer Außenfläche der Zwischenschicht und einer Seitenwand einer Prallöffnung der mehreren zweiten Prallöffnungen enthalten, und das Verfahren kann ferner aufweisen, dass der Abschrägung ermöglicht wird, das Kühlmedium im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche der Zwischenschicht zu lenken.
  • Die beispielhaften Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind dazu bestimmt, die hierin beschriebenen Probleme und/oder andere nicht erläuterte Probleme zu lösen.
  • Figurenliste
  • Diese und weitere Merkmale dieser Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, in denen:
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften industriellen Maschine, die eine Heißgaspfadkomponente aufweist, in Form eines Gasturbinensystems.
    • 2 zeigt eine Perspektivansicht einer bekannten Heißgaspfadkomponente in Form eines Turbinenschaufelblattes.
    • 3 zeigt eine Perspektivansicht einer Heißgaspfadkomponente in Form eines Turbinenschaufelblattes gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer mehrschichtigen Außenwand des Turbinenschaufelblattes gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 5-10 zeigen Querschnittsansichten verschiedener Geometrien von Abstandselementen der mehrschichtigen Außenwand des Turbinenschaufelblattes gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der mehrschichtigen Außenwand eines Turbinenschaufelblattes, der eine TBC-Abplatzung über der Außenschicht der Wand enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 12 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der mehrschichtigen Außenwand des Turbinenschaufelblattes, der durch Abplatzung induzierte Öffnungen in der Außenschicht der Wand enthält, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
    • 13 zeigt ein Blockdiagramm eines additiven Fertigungsprozesses, der ein nicht-transitorisches computerlesbares Speichermedium enthält, das einen Code speichert, der eine Heißgaspfadkomponente in Form eines Turbinenschaufelblattes repräsentiert, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
  • Es sei erwähnt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sind dazu bestimmt, lediglich typische Aspekte der Offenbarung darzustellen, und sollten folglich nicht in einem den Umfang der Offenbarung beschränkenden Sinne betrachtet werden. In den Zeichnungen repräsentieren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Als eine anfängliche Angelegenheit ist es, um die vorliegende Offenbarung deutlich zu beschreiben, erforderlich, eine bestimmte Terminologie zu wählen, wenn auf relevante Maschinenkomponenten innerhalb einer industriellen Maschine, wie etwa einem Gasturbinensystem, Bezug genommen wird und diese bzw. dieses beschrieben wird. Dabei wird, falls möglich, in der Industrie übliche Terminologie verwendet und in einer Weise eingesetzt, die mit deren akzeptierter Bedeutung übereinstimmt. Sofern nichts anderes angegeben ist, sollte eine derartige Terminologie in weitem Sinne entsprechen dem Kontext der vorliegenden Anmeldung und dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche interpretiert werden. Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass häufig eine bestimmte Komponente mit mehreren verschiedenen oder überlappenden Begriffen bezeichnet werden kann. Was hierin als ein Einzelteil beschrieben sein kann, kann in einem anderen Kontext mehrere Komponenten enthalten und als aus mehreren Komponenten bestehend bezeichnet werden. Alternativ kann das, was hierin als mehrere Komponenten enthaltend beschrieben sein kann, woanders als ein Einzelteil bezeichnet werden.
  • Außerdem können verschiedene beschreibende Begriffe hierin regelmäßig verwendet werden, und es sollte sich als hilfreich erweisen, diese Begriffe zu Beginn dieses Abschnitts zu definieren. Diese Begriffe und ihre Definitionen sind, sofern nichts anderes angegeben ist, wie folgt. Der Begriff „radial“ bezieht sich auf eine Bewegung oder Position senkrecht zu einer Achse. In Fällen wie diesen, wird in dem Fall, dass sich eine Komponente näher an der Achse als eine zweite Komponente befindet, hierin angegeben, dass sich die erste Komponente „radial innen“ oder „innenliegend“ von der zweiten Komponente befindet. Falls sich die erste Komponente andererseits von der Achse weiter entfernt als die zweite Komponente befindet, kann hierin angegeben sein, dass sich die erste Komponente „radial außen“ oder „außenliegend“ von der zweiten Komponente befindet. Es wird erkannt, dass derartige Begriffe in Bezug auf die Mittelachse der Turbine angewandt werden können.
  • Wie hierin angezeigt, stellt die Offenbarung eine Heißgaspfad(HGP)-Komponente in Form eines Turbinenschaufelblattes bereit, das eine Außenwand mit mehreren Schichten enthält. Die Schichten der Außenwand des Turbinenschaufelblattes können voneinander beabstandet sein, um Kühlkammern dazwischen zu bilden. Die Kühlkammern können jeweils durch Trennwände, die sich zwischen den Schichten erstrecken, axial in mehrere Kühlkammern unterteilt sein. Die Außenschicht der Außenwand des Turbinenschaufelblattes kann mehrere Kühlkanäle enthalten, die eine Kühlfluidströmung von wenigstens einer der Kühlkammern zu einer äußeren Oberfläche des Turbinenschaufelblattes ermöglichen. Die Außenschicht kann ferner eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC, thermal barrier coating) an deren Außenoberfläche enthalten. Die Schichten der Außenwand, die sich von der Außenschicht unterscheiden, können jeweils mehrere Prallöffnungen enthalten, um Kühlfluiden zu ermöglichen, zwischen einer zentralen Kammer des Turbinenschaufelblattes und wenigstens einer der Kühlkammern zu strömen.
  • Die Außenwand des Turbinenschaufelblattes und deren Strukturen können durch additive Fertigung gebildet werden. Wenn eine Abplatzung in der Wärmeschussbeschichtung (TBC) die Außenschicht einer mehrschichtigen Außenwand für eine Hochtemperaturumgebung freilegt, ermöglicht die Struktur der Wand einer Kühlfluidströmung, von der zentralen Kammer des Turbinenschaufelblattes durch die Kühlkammern hindurch zu einer inneren Fläche der Außenschicht hindurchzutreten, um die Oxidation der freigelegten Außenschicht zu verlangsamen. Nachdem eine Oxidation durch die Außenschicht wenigstens eine der anderen Schichten der Wand freilegt, können die Kühlkammern und Prallöffnungen der Kühlfluidströmung ermöglichen, einen Schlitzfilm über der Öffnung in der freigelegten Außenschicht zu bilden. Bevor Abplatzungen gebildet werden, ermöglichen die Kühlkammern und die Prallöffnungen der Kühlfluidströmung, mit der Innenfläche der Außenschicht in Kontakt zu treten, um die Schicht zu kühlen. Die Außenwand des Turbinenschaufelblattes und deren Strukturen, wie sie hierin erläutert sind, können die Lebensdauer des Schaufelblattes in einer Situation, in der eine Abplatzung in der TBC gebildet wird, verlängern.
  • Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente überall in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, zeigt 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften industriellen Maschine in Form eines Gasturbinensystems 2. Während die Offenbarung nachstehend in Bezug auf das Gasturbinensystem 2 beschrieben ist, sei betont, dass die Lehren der Offenbarung auf eine beliebige industrielle Maschine anwendbar sind, die eine Heißgaspfadkomponente aufweist, die eine Kühlung erfordert. Das Gasturbinensystem 2 kann einen Verdichter 4 enthalten. Der Verdichter 4 verdichtet eine ankommende Luftströmung 8 und liefert die verdichtete Luftströmung 8 zu einer Brennkammer 10. Die Brennkammer 10 vermischt die verdichtete Luftströmung 8 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung 12 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 16 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 10 veranschaulicht ist, kann das Gasturbinensystem 2 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 10 enthalten. Die Strömung der Verbrennungsgase 16 wird wiederum zu einer Turbine 18 geliefert. Die Strömung der Verbrennungsgase 16 treibt die Turbine 18 an, um so mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 18 verrichtete mechanische Arbeit treibt den Verdichter 4 über eine Welle 20 und eine externe Last 24, wie etwa einen elektrischen Generator und dergleichen, an.
  • Das Gasturbinensystem 2 kann Erdgas, Flüssigbrennstoffe, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen und deren Gemischen verwenden. Das Gasturbinensystem 2 kann zum Beispiel ein beliebiges von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, die von der General Electric Company aus Schenectady, NY, angeboten werden. Das Gasturbinensystem 2 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Die Lehren der Offenbarung können auf andere Arten von Gasturbinensystemen und/oder industriellen Maschinen, die einen Heißgaspfad verwenden, anwendbar sein. Es können auch mehrere Gasturbinensysteme oder Arten von Turbinen und/oder Arten von Energieerzeugungseinrichtungen hierin gemeinsam verwendet werden.
  • 2 zeigt ein Beispiel einer Heißgaspfad(HGP)-Komponente 39, die ein Turbinenschaufelblatt 32 aufweist, das in dem Heißgaspfad (HGP) der Turbine 18 (1) und dergleichen verwendet werden kann. Während die Offenbarung nachstehend in Bezug auf das Turbinenschaufelblatt 32 und insbesondere dessen Außenwand 34 beschrieben ist, sei betont, dass die Lehren der Offenbarung auf eine beliebige Heißgaspfad(HGP)-Komponente, die eine Kühlung erfordert, anwendbar sind. Allgemein beschrieben, kann die HGP-Komponente 30 das Schaufelblatt 32, einen Schaftabschnitt 36 und eine Plattform 40 enthalten, die zwischen dem Schaufelblatt 32 und dem Schaftabschnitt 36 angeordnet ist. Das Schaufelblatt 32 erstreckt sich von der Plattform 40 im Wesentlichen radial nach außen und enthält eine Vorderkante 42 und eine Hinterkante 44. Das Schaufelblatt 32 kann ferner eine konkave Oberfläche, die eine Druckseite 48 definiert, und eine gegenüberliegende konvexe Oberfläche, die eine Saugseite 46 definiert, enthalten. Die Plattform 40 kann im Wesentlichen horizontal verlaufen und eben sein. Der Schaftabschnitt 36 kann sich von der Plattform 40 aus radial abwärts derart erstrecken, dass die Plattform 40 im Wesentlichen eine Verbindungsstelle zwischen dem Schaufelblatt 32 und dem Schaftabschnitt 36 definiert. Der Schaftabschnitt 36 kann einen Schafthohlraum 52 enthalten. Der Schaftabschnitt 36 kann ferner eine oder mehrere Engelflügel-Dichtungen 54 und eine Wurzelstruktur 56, wie etwa einen Schwalbenschwanz und dergleichen, enthalten. Die Wurzelstruktur 56 kann eingerichtet sein, um mit einer anderen Struktur der HGP-Komponente 30 an der Welle 20 (1) gesichert zu sein. Es kann eine beliebige Anzahl von HGP-Komponenten 30 in Umfangsrichtung um die Welle 20 (1) herum angeordnet sein. Es können auch andere Komponenten und/oder Konfigurationen hierin verwendet werden.
  • Das Turbinenschaufelblatt 32 kann einen oder mehrere Kühlkreisläufe 60 enthalten, die sich durch dieses hindurch erstrecken, um ein Kühlmedium 62, wie etwa Luft aus dem Verdichter 4 (1) oder aus einer anderen Quelle, strömen zu lassen. Es können auch Dampf und andere Arten von Kühlmedien 62 hierin verwendet werden. Die Kühlkreisläufe 60 und das Kühlmedium 62 können wenigstens durch Abschnitte des Schaufelblattes 32, des Schaftabschnittes 36 und der Plattform 40 in einer beliebigen Reihenfolge, Richtung oder auf einer beliebigen Strecke umlaufen. Es können viele verschiedene Arten von Kühlkreisläufen und Kühlmedien hierin in beliebiger Ausrichtung verwendet werden. Die Kühlkreisläufe 60 können zu einer Anzahl von Kühldurchgängen 66 oder anderen Arten von Kühlpfaden zur Filmkühlung an dem Schaufelblatt 32 oder woanders führen. Es können andere Arten von Kühlverfahren verwendet werden. Es können auch andere Komponenten und/oder Konfigurationen hierin verwendet werden.
  • 3-4 zeigen ein Beispiel einer HGP-Komponente in Form eines Turbinenschaufelblattes 100 (hier nachfolgend Schaufelblatt 100), wie es hierin beschrieben sein kann. 3 zeigt eine Perspektivansicht des Schaufelblattes 100, und 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Außenwand 120 des Schaufelblattes 100. Obwohl ein Abschnitt des Schaufelblattes 100 in 4 veranschaulicht ist, wird verstanden, dass die Außenwand 120 und deren Strukturen sich entlang eines Abschnitts oder einer Gesamtheit des Randes des Schaufelblattes 100 erstrecken können.
  • Die Außenwand 120 und deren Strukturen, wie hierin beschrieben, sind nicht auf das Schaufelblatt 100 beschränkt. Wie vorstehend erläutert, kann die Struktur gemäß der Offenbarung, obwohl sie hierin in Bezug auf das Schaufelblatt 100 beschrieben ist, ein Teil einer Laufschaufel, einer Leitschaufel oder einer beliebigen Art einer luftgekühlten Komponente sein, zu der ein Schaft, eine Plattform oder eine beliebige Art einer Heißgaspfadkomponente gehören. Es können andere Arten von HGP-Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden. Die Struktur gemäß der Offenbarung kann auch auf Leitapparate (zum Beispiel Statorleitapparate, Leitapparatseitenwände, etc.,) Deckbänder, Wärmeschilder und/oder Verbrennungskomponenten anwendbar sein.
  • Ähnlich dem vorstehend Beschriebenen kann das Schaufelblatt 100 eine Vorderkante 108 und eine Hinterkante 110 enthalten. Ebenso kann das Schaufelblatt 100 eine Druckseite 112 und eine Saugseite 114 enthalten. Ein Arbeitsfluid 116 kann entlang einer freigelegten Wärmeschutzbeschichtung (TBC) 166 des Schaufelblattes 100 von der Vorderkante zu der Hinterkante strömen. Das Arbeitsfluid 116 kann eine hohe Temperatur aufweisen. In dem hierin verwendeten Sinne hängt eine „hohe Temperatur“ von der Form der industriellen Maschine ab, so dass zum Beispiel für das Gasturbinensystem 2 eine hohe Temperatur eine Temperatur von mehr als 100 Grad Celsius (°C) sein kann.
  • Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, kann das Schaufelblatt 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung die Außenwand 120 enthalten. Wie am besten in 4 gezeigt, enthält die Außenwand 120 mehrere voneinander beabstandete Schichten 122. Wie in weiteren Einzelheiten hierin nachstehend erläutert ist, können die mehreren beabstandeten Schichten 122 die Kühlung der Außenwand 120 und/oder des Schaufelblattes 100 durch ein Kühlmedium 124, das durch das Schaufelblatt 100 strömt, verbessern. Die Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 kann eine Außenschicht 126, eine Zwischenschicht 128 und eine Innenschicht 130 enthalten. Jede beabstandete Schicht 122 kann eine Dicke von ungefähr 0,020 Zoll bis ungefähr 0,100 Zoll aufweisen. Es können zwei oder mehrere beabstandete Schichten 122 derart ausgebildet sein, dass sie die gleichen und/oder unterschiedliche Dicken aufweisen. In dem Beispiel nach 4 kann die Außenschicht 126 eine Dicke T1 aufweisen, die im Wesentlichen gleich einer Dicke T2 der Zwischenschicht 128 und/oder einer Dicke T3 der Innenschicht 130 ist. Obwohl drei Schichten veranschaulicht sind, wird verstanden, dass die Außenwand 120 eine beliebige gewünschte Anzahl (zum Beispiel fünf Schichten, zehn Schichten, zwanzig Schichten, etc.) der beabstandeten Schichten 122, d.h. mit mehr als einer einzigen Zwischenschicht 128, enthalten kann.
  • Die Außenwand 120 kann mehrere Abstandselemente 140 enthalten, die jede beabstandete Schicht 122 von einer benachbarten beabstandeten Schicht trennen. Jedes Abstandselement 140 kann aus einem wärmleitenden Material, zum Beispiel einem oder mehreren Metallen, ausgebildet sein. Die Abstandselemente 140 können Wärme durch die Außenwand 120 leiten und helfen, die Strömung des Kühlmediums 124 während eines Betriebs durch die Außenwand 120 zu leiten. Wie in 4 veranschaulicht, können sich die Abstandselemente 140a von einer Außenfläche 142 der Innenschicht 130 zu einer Innenfläche 144 der Zwischenschicht 128 erstrecken. Die Abstandselemente 140b können sich von einer Außenfläche 146 der Zwischenschicht 128 bis zu einer Innenfläche 148 der Außenschicht 126 erstrecken. Die Abstandselemente 140 können beabstandete Schichten 122 durch einen beliebigen Abstand, zum Beispiel basierend auf den charakteristischen Eigenschaften einer bestimmten Turbomaschine, in der das Schaufelblatt 100 eingesetzt wird, und/oder eines Strömungspfads, in die dem Turbomaschine verwendet wird, trennen. Zum Beispiel können die Abstandselemente 140 alle beabstandeten Schichten 122 um einen Abstand trennen, der gleich ungefähr der Hälfte bis zum Fünffachen eines Durchmessers einer hier nachstehend erläuterten Prallöffnung ist, wie sie innerhalb einer oder mehrerer der beabstandeten Schichten ausgebildet ist. Ein Bilden der beabstandeten Schichten 122 mit diesem Abstand kann die Menge an Kühlmedium 124, das während eines Betriebs zwischen den Schichten 122 der Außenwand 120 stagnieren kann, reduzieren.
  • Indem kurz auf die 5-10 verwiesen wird, sind Querschnittsansichten verschiedener geometrischer Profile für das (die) Abstandselement(e) 140 veranschaulicht. Die Abstandselemente 140 können eine beliebige gewünschte Querschnittsgeometrie zur Leitung von Wärme und zur Leitung der Strömung des Kühlmediums 124 durch die Außenwand 120 während eines Betriebs aufweisen. Die Querschnittsgeometrie kann auch zum Beispiel basierend auf den charakteristischen Eigenschaften einer bestimmten Turbomaschine, in der das Schaufelblatt 100 eingesetzt wird, und/oder eines Strömungspfades, in dem die Turbomaschine verwendet wird, ausgewählt werden. Zum Beispiel können die Abstandselemente 140, wie in den 5 und 6 veranschaulicht, eine runde oder längliche Querschnittsgeometrie aufweisen. Wie in den 7 und 8 veranschaulicht, können die Abstandselemente 140 eine quadratische oder rechteckige Querschnittsgeometrie aufweisen. Wie in 9 veranschaulicht, können die Abstandselemente 140 eine polygonale, zum Beispiel quadratische, Querschnittsgeometrie mit gekrümmten Seiten aufweisen. Wie in 10 veranschaulicht, können die Abstandselemente 140 eine krummlinige und/oder zusammengesetzte (d.h. rennbahnförmige) Querschnittsgeometrie aufweisen. Obwohl sie in den 5-10 veranschaulicht sind, wie sie bestimmte Geometrien und Orientierungen aufweisen, wird verstanden, dass die Abstandselemente eine beliebige gewünschte Querschnittsgeometire und/oder Orientierung aufweisen können. Obwohl eine bestimmte Gestaltung und Anzahl der Abstandselemente 140 in 4 veranschaulicht ist, wird verstanden, dass eine beliebige Anzahl und/oder Gestaltung der Abstandselemente verwendet werden kann, um beabstandete Schichten 122 zu trennen, ohne den Umfang der Offenbarung zu überschreiten. Außerdem wird verstanden, dass eine beliebige Anzahl der Abstandselemente 140 die gleiche und/oder eine andere Querschnittsgeometrie aufweisen kann.
  • Mehrere der beabstandeten Schichten 122 der Außenwand 120 können es ermöglichen, dass mehrere Kühlkammern 152 innerhalb der Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 ausgebildet werden. Wie in 4 veranschaulicht, können Zwischenräume 150 zwischen den beabstandeten Schichten 122 Kühlkammern 152 definieren. Zum Beispiel kann ein erster Zwischenraum 150a zwischen der Außenschicht 126 und der Zwischenschicht 128 eine erste Kühlkammer 152a definieren. Ein zweiter Zwischenraum 150b zwischen der Zwischenschicht 128 und der Innenschicht 130 kann eine zweite Kühlkammer 152b definieren. Wie vorstehend erläutert, kann eine beliebige Anzahl von beabstandeten Schichten 122 in der Außenwand 120 enthalten sein, und folglich kann eine beliebige Anzahl von Kühlkammern 152, die durch die Zwischenräume 150 dazwischen definiert sind, in der Außenwand 120 enthalten sein.
  • Die Außenwand 120 kann ferner wenigstens eine Trennwand 156 enthalten, die jede Kühlkammer 152 zwischen einem Satz beabstandeter Schichten 122 axial in mehrere Kühlkammern 154 trennt. Die Trennwand (Trennwände) 156 kann (können) sich im Unterschied zu den Abstandselementen 140 in die Seite der 4 hinein und aus dieser heraus erstrecken. Wie hier nachstehend weiter erläutert ist, können die Trennwände 156 in einer Situation, in der eine durch Abplatzung induzierte Öffnung (zum Beispiel die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 nach 12) in der Außenschicht 126 der Außenwand 120 gebildet wird, das Kühlmedium 124 am Wiedereintritt und das Arbeitsfluid 116 am Eintritt in das Schaufelblatt 100 hindern. Wie in 4 veranschaulicht, kann ein erster Satz der Trennwände 156a die erste Kühlkammer 152a in mehrere erste Kammern 154a axial trennen. Jede Trennwand 156 des ersten Satzes von Trennwänden 156a kann sich von der Außenfläche 146 der Zwischenschicht 128 zu der Innenfläche 148 der Außenschicht 126 erstrecken. Wie ferner in 4 veranschaulicht, kann ein zweiter Satz von Trennwänden 156b die zweite Kühlkammer 152b axial in mehrere zweite Kammern 154b trennen. Jede Trennwand 156 des zweiten Satzes von Trennwänden 156b kann sich von der Außenfläche 142 der Innenschicht 130 bis zu der Innenfläche 144 der Zwischenschicht 128 erstrecken.
  • Jede Trennwand 156 kann sich im Wesentlichen entlang einer gesamten radialen Länge L (3) des Schaufelblattes 100 erstrecken. Zum Beispiel kann sich jede Trennwand 156 für die gesamte Länge des Schaufelblattes 100 in die Seite der 4 hinein und aus dieser heraus erstrecken. In einem weiteren nicht beschränkenden Beispiel kann sich jede Trennwand 156 entlang unterschiedlicher Abschnitte der radialen Länge L ( 3) des Schaufelblattes 100 erstrecken. Wie ferner in 4 veranschaulicht, können benachbarte erste und zweite Trennwände 156a, 156b, zum Beispiel ein benachbarter Satz 158 (in Phantomlinien), im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sein. Alternativ können benachbarte erste und zweite Trennwände 156a, 156b, zum Beispiel der benachbarte Satz 160 (in Phantomlinien), nicht miteinander ausgerichtet sein. Obwohl vier Trennwände 156 in dem Beispiel nach 4 veranschaulicht sind, wird verstanden, dass eine beliebige gewünschte Anzahl von Trennwänden entlang der Druckseite 112 und/oder der Saugseite 114 der Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 enthalten sein kann.
  • Wie vorstehend erläutert, kann das Schaufelblatt 100 die TBC 166 enthalten, die an der Außenwand 120 angeordnet ist, um dem Arbeitsfluid 116 ausgesetzt zu sein. Die TBC 166 kann das Schaufelblatt 100 schützen, während die Komponente dem Hochtemperatur-Arbeitsfluid 116 ausgesetzt ist. Zum Beispiel kann eine Außenfläche 170 der TBC 166 eingerichtet sein, um eine Beaufschlagung durch das Arbeitsfluid 116 zu ertragen. Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, kann die TBC 166 auf einer Außenfläche 168 der Außenschicht 126 der Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 angeordnet sein. Die TBC 166 kann beliebige heutzutage bekannte oder künftig entwickelte Schichten oder Materialien enthalten, die eingerichtet sind, um die Außenoberfläche 168 der Außenwand 120 gegen thermische Beschädigung (zum Beispiel Kriechen, thermischen Ermüdung, Rissbildung und/oder Oxidation) zu schützen. Die TBC 166 kann zum Beispiel ein keramisches Deckmaterial, Zirkoniumdioxid, mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid, ein Edelmetall-Aluminid, wie etwa Platinaluminid, eine MCrAlY-Legierung, in der M Kobalt, Nickel oder eine Kobalt-Nickel-Legierung sein kann und Y Yttrium oder ein anderes Seltenerdelement ist, und/oder ein beliebiges heutzutage bekanntes oder künftig entwickeltes TBC-Material enthalten.
  • Die TBC 166 kann eine oder mehrere Schichten aus einer oder mehreren Materialzusammensetzungen enthalten. Zum Beispiel kann die TBC 166 eine Bindeschicht unter einer Wärmeschutzbeschichtung enthalten. In einem weiteren, nicht beschränkenden, nicht veranschaulichten Beispiel, kann die TBC 166 eine Bindeüberzugsschicht, eine Zwischenschicht, die auf der Bindeüberzugsschicht positioniert ist, und eine äußere oder Isolierschicht enthalten, die auf der Zwischenschicht positioniert ist. In einem Beispiel, in dem die TBC 166 eine (nicht veranschaulichte) Bindeüberzugsschicht enthält, kann die Bindeüberzugsschicht enthalten: ein aluminiumreiches Material, das ein Diffusionsaluminid enthält; MCrAlY, worin M Eisen, Kobalt oder Nickel ist und Y Yttrium oder ein anderes Seltenerdelement ist; oder ein beliebiges sonstiges geeignetes Haftschichtmaterial. In einem Beispiel, in dem die TBC eine Zwischenschicht enthält, kann die Zwischenschicht mit Yttrium stabilisiertes Zirkoniumdioxid oder ein beliebiges sonstiges TBC-Zwischenschichtmaterial enthalten. In dem Beispiel, in dem die TBC 166 eine Außen- oder Isolierschicht enthält, kann die Isolierschicht ein Keramikmaterial mit ultraniedriger Leitfähigkeit enthalten, das zum Beispiel eine Oxidgitterstruktur auf Zirkonium- oder Hafnium-Basis (ZrO2 oder HfO2) und eine Oxidstabilisatorverbindung (die manchmal als ein Oxid-„Dotiermittel“ bezeichnet wird), das eines oder mehrere von Ytterbiumoxid (Yb2O3), Yttriumoxid (Y2O3), Hafniumoxid (HfO2), Lanthanoxid (La2O3), Tantaloxid (Ta2O5) und Zirkoniumoxid (ZrO2) enthält, oder ein beliebiges sonstiges gewünschtes TBC-Isoliermaterial enthalten.
  • Die TBC 166 kann auf der Außenfläche 168 durch Abscheidung und/oder einen beliebigen sonstigen heutzutage bekannten oder künftig entwickelten Prozess zur Bildung einer TBC auf einer Oberfläche ausgebildet sein. Die TBC 166 kann auf einer Außenfläche 168 der Außenschicht 126 ausgebildet werden, nachdem das Schaufelblatt 100 fertiggestellt worden ist. In einem weiteren nicht beschränkenden Beispiel kann die TBC 166 vor der Bildung von Kühlkanälen 172 innerhalb der Außenschicht 126 auf der Außenfläche 168 ausgebildet werden.
  • Wie am besten in 4 gezeigt und wie hier nachstehend in größeren Einzelheiten erläutert ist, können die beabstandeten Schichten 122 der Außenwand 120 jeweils mehrere Öffnungen darin enthalten, um das Kühlmedium 124 derart zu leiten, um das Kühlmedium 124 derart zu leiten, dass es von einer zentralen Kammer 172 des Schaufelblattes 100 durch die Außenwand 120 hindurch zu der Außenfläche 170 der TBC 166 strömt. Zum Beispiel kann das Kühlmedium 124 während eines Betriebs geleitet werden, um von der zentralen Kammer 172 entlang von Pfaden A, B und/oder C zu strömen. Das Kühlmedium 124 kann das Schaufelblatt 100 kühlen, während es dem Hochtemperatur-Arbeitsfluid 116 ausgesetzt ist. Zum Beispiel kann das durch die Außenwand 120 strömende Kühlmedium 124 Wärme von der Außenwand 120, der TBC 166 und/oder anderen Abschnitten des Schaufelblattes 100 absorbieren.
  • Indem zunächst auf die Außenschicht 126 verwiesen wird, können mehrere Kühlkanäle 174 darin enthalten sein. Die Kühlkanäle 174 können dem Kühlmedium 124 ermöglichen, aus der Außenwand 120 auszutreten, um die TBC 166 zu kühlen, während diese dem Hochtemperatur-Arbeitsfluid 116 ausgesetzt ist. Zum Beispiel kann das Kühlmedium 124 entlang des Pfades C von einer oder mehreren der mehreren ersten Kühlkammern 154a zu der Außenfläche 170 der TBC 166 strömen. Die Kühlkanäle 174 können eine beliebige Größe, Gestalt oder Konfiguration aufweisen, die z.B. basierend auf den charakteristischen Eigenschaften einer bestimmten Turbomaschine und/oder eines Strömungspfades, in dem die Turbomaschine eingesetzt wird, ausgewählt wird. Es kann eine beliebige Anzahl von Kühlkanälen 174 hierin verwendet werden. Die Kühlkanäle 174 können sich bis zu der Außenfläche 168 der Außenschicht 126 und/oder der Außenfläche 170 der TBC 166 in einer orthogonalen oder nicht-orthogonalen Weise erstrecken.
  • Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, kann die Außenschicht 126 optional mehrere Plateaus 178 oder erhabene Merkmale enthalten, die auf der Außenoberfläche 168 der Außenschicht 126 angeordnet sind. Die Plateaus 178 können Abschnitten der Außenschicht 126 eine zusätzliche Dicke verleihen. Die Gegenwart der Plateaus 178 kann es ermöglichen, dass die Länge der Kühlkanäle 174 vergrößert wird, und kann somit die Strömung des Kühlmediums 124 durch diese hindurch verbessern. Ein oder mehrere Kühlkanäle 174 können sich durch die Plateaus 178 hindurch bis zu einer obersten Oberfläche 180 von diesen erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen kann jedes Plateau 178 in der in 4 veranschaulichten Einrichtung eine Weite W von ungefähr 0,1 Zoll bis 1,5 Zoll und eine Höhe H von ungefähr 0,04 Zoll bis ungefähr 0,15 Zoll aufweisen. Obwohl eine bestimmte Anzahl von Plateau(s) 178 in dem Beispiel gemäß den 3 und 4 veranschaulicht ist, wird verstanden, dass eine beliebige Anzahl der Plateaus an der Außenoberfläche 168 der Außenschicht 126 enthalten sein kann. Wie ferner in 4 veranschaulicht, kann die TBC 166 in dem Beispiel, in dem die Außenschicht 126 die daran angeordneten Plateaus 178 enthält, eine Dicke aufweisen, die kleiner als oder gleich einer Höhe der Plateaus 178 ist. Zum Beispiel kann, wie in beiden 3 und 4 veranschaulicht, die oberste Oberfläche 180 der Plateaus 178 frei von der TBC 166 bleiben. Obwohl die Oberfläche 180 in 3 veranschaulicht ist, wie sie eine quadratische Geometrie enthält, wird verstanden, dass die Oberfläche 180 eine beliebige gewünschte Gestalt, z.B. kreisförmige, rautenförmige, rechteckige, ovale, etc., aufweisen kann.
  • In dem als nächstes auf die Zwischenschicht 128 und die Innenschicht 130 der beabstandeten Schichten 122 verwiesen wird, kann jede Schicht mehrere Prallöffnungen 186 enthalten. Die Prallöffnungen 186 können die Strömung des Kühlmediums 124 derart leiten, dass es von der zentralen Kammer 172 des Schaufelblattes 100 in die Kühlkammern 152 der Außenwand 120 eintritt und durch diese hindurchtritt. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht 128, wie in 4 veranschaulicht, mehrere erste Prallöffnungen 186a enthalten, die darin ausgebildet sind. Während eines Betriebs kann das Kühlmedium 124 geleitet werden, um entlang eines Pfades A von der zentralen Kammer 172 aus durch mehrere zweite Prallöffnungen 186b hindurch in eine oder mehrere Kühlkammern der mehreren zweiten Kühlkammern 154b hinein zu strömen. Die Innenschicht 130 kann mehrere zweite Prallöffnungen 186b enthalten, die darin ausgebildet sind. Während eines Betriebs kann das Kühlmedium 124 ferner geleitet werden, um entlang eines Pfades B von einer oder mehreren Kühlkammern der mehreren zweiten Kühlkammern 154b aus durch mehrere erste Prallöffnungen 186a hindurch und zu einer oder mehreren Kühlkammern der mehreren ersten Kühlkammern 154a zu strömen. Wie in 4 veranschaulicht, kann das entlang des Pfades B strömende Kühlmedium 124 mit der Innenfläche 148 in Kontakt treten, wobei es Wärme von dieser absorbiert und die Außenschicht 126 kühlt.
  • Die Prallöffnungen 186 können eine beliebige Größe, Gestalt oder Konfiguration aufweisen, die z.B. basierend auf den charakteristischen Eigenschaften einer bestimmten Turbomaschine, in der das Schaufelblatt 100 eingesetzt werden kann, und/oder eines Strömungspfades, in dem die Turbomaschine verwendet wird, ausgewählt wird. Zum Beispiel können alle Prallöffnungen 186 jeweils einen Durchmesser von ungefähr 0,012 Zoll bis ungefähr 0,10 Zoll aufweisen und können um das Äquivalent von ungefähr 3 bis ungefähr 12 Durchmessern der Öffnungen voneinander beabstandet sein. Wie vorstehend in einem Beispiel in Bezug auf die Abstandselemente 140 erläutert, kann jede beabstandete Schicht 122 um einen Abstand von ungefähr der Hälfte bis zum Fünffachen eines Durchmessers der Prallöffnungen getrennt sein, was die Menge an Kühlmedium 124, das aus den Prallöffnungen austritt und das während eines Betriebs in den Kühlkammern stagnieren kann, reduzieren kann. Es kann eine beliebige Anzahl von Prallöffnungen 186 hierin verwendet werden. Die Prallöffnungen 186 können sich bis zu einer Außenfläche 142, 146 der Innenschicht 130 und/oder der Zwischenschicht 128 in einer orthogonalen oder nicht-orthogonalen Weise erstrecken. Die Position der mehreren ersten Prallöffnungen 186a in Bezug auf einen benachbarten Satz von Prallöffnungen (zum Beispiel die mehreren zweiten Prallöffnungen 186a) kann basierend auf dem gewünschten Durchfluss des Kühlmediums 124 durch die Außenwand 120 variiert werden. Zum Beispiel kann die relative Lage der Prallöffnungen in benachbarten beabstandeten Schichten 122 angepasst werden, um das Strömungsprofil, die Turbulenz, etc. des Kühlmediums 124 innerhalb der Außenwand 120 zu verändern. Wie in dem Beispiel nach 4 veranschaulicht, können die mehreren ersten Prallöffnungen 186a mit den mehreren zweiten Prallöffnungen 186b nicht fluchtend ausgerichtet sein. Die Bildung von Prallöffnungen in benachbarten beabstandeten Schichten in einer derartigen Weise, dass sie nicht miteinander ausgerichtet sind, kann zum Beispiel das Kühlmedium 124 entlang eines längeren Pfades leiten, was dem Kühlmedium ermöglichen kann, mehr Wärme aus der Außenwand 120 zu absorbieren. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, können in einem anderen nicht beschränkenden Beispiel einige oder alle der Öffnungen der mehreren ersten Prallöffnungen 186a mit den mehreren zweiten Prallöffnungen 186b im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet sein.
  • Wie ferner in 4 veranschaulicht, kann/können die Zwischenschicht 128 und/oder die Innenschicht 130 optional einen abgeschrägten oder Diffusorabschnitt 190 (hier nachfolgend als Abschrägung(en) 190 bezeichnet) an einer Verbindungsstelle 192 zwischen einer Prallöffnung 186 und einer Stirnfläche der Schicht enthalten. Zum Beispiel kann die Zwischenschicht 128 eine Abschrägung 190 an einer Verbindungsstelle 192 zwischen der Seitenwand 192 der Prallöffnung 186a und der Außenfläche 146 der Zwischenschicht enthalten. Die Abschrägung 190 kann das Kühlmedium 124 derart lenken, dass es freier zwischen den Kühlkammern 152a, 152b und der zentralen Kammer 172 strömt. Zum Beispiel kann in einer Situation, in der in einem Abschnitt der Außenwand 120 ein Bruch auftritt, der eine Schicht der Wand und der Prallöffnungen 186 darin freilegt (z.B. die Zwischenwand 122 und die freigelegten Prallöffnungen 120, wie in 12 veranschaulicht), eine Abschrägung an der stromabwärtigen Seite der freigelegten Prallöffnung(en) in Bezug auf die Gaspfadströmungsrichtung (z.B. das Arbeitsfluid 116) das Kühlmedium 124 zwingen, entlang der freigelegten Oberfläche der freigelegten Schicht der Außenwand 120 zu strömen, anstatt von dieser Oberfläche weggeblasen zu werden. Die Abschrägungen können zum Beispiel die Strömung des Kühlmediums 124 verbessern. Obwohl zwei Abschrägungen 190 veranschaulicht sind, wird verstanden, dass die Zwischenschicht 128 und/oder die Innenschicht 130 eine beliebige Anzahl, Größe, Gestalt und/oder Konfiguration der Abschrägungen 190 aufweisen kann/können. Die Abschrägungen 190 können zum Beispiel während der Bildung der Prallöffnungen 186a, 186b in der Zwischenschicht 128 bzw. der Innenschicht 130 gebildet werden. Wenn zum Beispiel die Außenwand 120 additiv gefertigt wird, können die Abschrägungen 190 ausgebildet werden, indem ein Material an der gewünschten Stelle der Abschrägungen während des additiven Fertigungsprozesses nicht aufgebracht und nicht gesintert wird. In einem anderen nicht beschränkenden Beispiel können die Abschrägungen 190 während der Beaufschlagung der Außenwand 120 mit dem Arbeitsfluid 116 in dem Fall einer TBC-Abplatzung gebildet werden. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, kann/können zum Beispiel die Zwischenschicht 128 und/oder die Innenschicht 130 ausgebildet sein, um an der Verbindungsstelle 192 ein Material zu enthalten, das eingerichtet ist, um während einer Beaufschlagung durch das Kühlmedium 124 und/oder das Arbeitsfluid 116 aufgebrochen zu werden, um die Abschrägungen 190 zu bilden. Zum Beispiel kann das Material ausgelegt sein, um in Folge der Beaufschlagung durch eines oder beide von dem Kühlmedium 124 und dem Arbeitsfluid 116 physisch zusammenzubrechen (zum Beispiel zu schmelzen). Das Material kann bei der unmittelbaren Beaufschlagung oder über eine Zeitdauer einer kontinuierlichen Beaufschlagung zusammenbrechen. Außerdem kann das Material eingerichtet sein, um teilweise oder vollständig zusammenzubrechen. In dem Beispiel, in dem die Abschrägungen 190 während einer Beaufschlagung durch das Arbeitsfluid 116 gebildet werden, können die Abschrägungen 190 gemeinsam mit den Prallöffnungen 186 gebildet und anschließend während des additiven Fertigungsprozesses mit einem Material gefüllt werden, das thermische Eigenschaften aufweist, die ausgelegt sind, um bei einer vorbestimmten Temperatur (von z.B. ungefähr 1800 Grad Fahrenheit (°F) bis ungefähr 2100 °F) zusammenzubrechen und die Abschrägung freizulegen. Zum Beispiel kann das Material, das zum Füllen der Abschrägungen verwendet wird, einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Material haben, das verwendet wird, um den Rest der Zwischen- und/oder Innenschichten 128, 130 zu bilden. Das Material kann zum Beispiel nickel-, kobalt- oder chrombasierte Legierungen enthalten, wie sie in der Technik bekannt sind.
  • Die Struktur der Außenwand 120, wie sie hierin erläutert ist, kann im Vergleich zu herkömmlichen Schaufelblattkonstruktionen eine verbesserte Kühlung des Schaufelblattes 100, einschließlich der Außenwand 120, ermöglichen. Wie in 4 veranschaulicht, kann das Kühlmedium 124 während eines Betriebs entlang der Pfade A, B, C strömen, um die Außenschicht 126, auf deren Außenfläche die TBC 166 positioniert ist, zu kühlen. Die mehreren beabstandeten Schichten 122 der Außenwand 120 können die Oberfläche der Wand vergrößern und den Oberflächenbereich, der mit dem Kühlmedium 124 in Kontakt kommt, das entlang der Pfade A, B und C durch die Kühlkammern 152 strömt, vergrößern. Die Struktur der Außenwand 120 kann es ferner ermöglichen, dass die Dicke jeder beabstandeten Schicht 122 bei Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität der Wand reduziert werden kann. Eine Reduktion der Dicke der Schichten 122 und eine Erhöhung der Oberfläche der Außenwand 120, die mit dem Kühlmedium 124 in Kontakt steht, kann den Temperaturgradienten über der Außenwand 120 reduzieren und die Wärmemenge erhöhen, die das Kühlmedium 124 von dem Schaufelblatt 100 zu absorbieren in der Lage ist. Die Abstandselemente 140, die die beabstandeten Schichten 122 der Außenwand 120 trennen, können auch helfen, Wärme durch die Außenwand 120 hindurch zu leiten und eine gewünschte Strömung des Kühlmediums 124 durch die Außenwand 120 zu leiten.
  • Die Struktur der Außenwand 120 und die dadurch erzielte verbesserte Kühlung können die Lebensdauer eines Schaufelblattes (z.B. des Schaufelblattes 100), das eine TBC (z.B. die TBC 166) darauf enthält, erhöhen. Wie hierin nachstehend in Bezug auf die 11 näher erläutert ist, kann die Struktur der Außenwand 120 beispielsweise eine Oxidation der Außenschicht 126 der Wand in einer Situation verringern, in der eine Abplatzung in der TBC 166 auftritt, die einen Abschnitt der Außenschicht freilegt. Außerdem kann die Struktur der Außenwand 120, wie hier nachstehend in Bezug auf die 12 näher erläutert ist, nach einem Betrieb über eine längere Zeitdauer eine oder mehrere Abplatzungen und/oder durch Abplatzung induzierte Öffnungen enthalten. Die Außenwand 120 kann die eventuelle Bildung von Abplatzungen und/oder durch Abplatzung induzierten Öffnungen durch Umleitung der Strömung des Kühlmediums 124 durch die durch Abplatzung induzierten Öffnungen als einen Kühlschlitzfilm 214 berücksichtigen. Das umgeleitete Kühlmedium 124 kann auch mit dem Arbeitsfluid 116 in Kontakt treten, um die Menge an Arbeitsfluid 116, die in das Schaufelblatt 100 durch die durch Abplatzung induzierte(n) Öffnung(en) eintritt, zu verhindern und/oder zu verringern.
  • 11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Außenwand 120 des Schaufelblattes 100, der eine Abplatzung 200 in der TBC 166 enthält. Die Abplatzung 200 kann eine beliebige Veränderung in der TBC 166 umfassen, die einen thermischen Pfad bis zu der Außenfläche 168 der Außenwand 120 des Arbeitsfluids 116 schafft, der zuvor nicht vorhanden war. Zum Beispiel kann die Abplatzung 200 einen Bruch oder Riss in oder eine Verdrängung der TBC 166 umfassen, der bzw. die einen thermischen Pfad bis zu der Außenfläche 168 der Außenwand 120 erzeugt. Wenn eine Abplatzung 200 auftritt, wird ein Abschnitt 202 der Außenfläche 168 der Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 (3) den hohen Temperaturen und anderen extremen Umgebungen des Arbeitsfluids 116 dort ausgesetzt, wo, bevor die Abplatzung 200 auftrat, der Abschnitt 202 der Außenfläche 168 durch die TBC 166 geschützt war. Nachdem die Abplatzung 200 während eines Betriebs auftritt, steht das Kühlmedium 124, das durch die Außenwand 120 entlang der Pfade A, B und C strömt, weiterhin mit jeder der beabstandeten Schichten 122 der Außenwand 120, einschließlich der Innenfläche 148 der Außenschicht 126, in Kontakt. Wie vorstehend erläutert, kann die Außenwand 120 mit den mehreren beabstandeten Schichten 122 eine Reduktion der Dicke der Schichten und eine Vergrößerung der Oberfläche, mit der das Kühlmedium 124 in Kontakt treten kann, ermöglichen. Das Kühlmedium 124 kann folglich jede der beabstandeten Schichten 122 berühren und Wärme von jeder der beabstandeten Schichten 122 absorbieren und die Temperatur der Außenwand 120, einschließlich der Abschnitte unterhalb des Abschnitts 202, der dem Arbeitsfluid 116 ausgesetzt ist, reduzieren. Außerdem kann das Kühlfluid, das mit der Innenfläche 148 der Außenschicht 126 in Kontakt tritt, im Wesentlichen die gesamte Dicke T1 der dünnen Außenschicht durchgehend bis zu der Außenfläche 168, die dem Arbeitsfluid 116 unmittelbar ausgesetzt ist, kühlen.
  • Indem als nächstes auf 12 verwiesen wird, ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Schaufelblattes 100, der durch Abplatzung induzierte Öffnungen 210a,b in der Außenschicht 126 der Außenwand 120 enthält, veranschaulicht. Die Abplatzungen in der TBC 166, wie die Abplatzung 200, die in 11 veranschaulicht ist, können bewirken, dass eine durch Abplatzung induzierte Öffnung 210a oder 210b in der Außenschicht 126 der Außenwand 120 auftritt. Zum Beispiel kann der Abschnitt 202 der Außenfläche 168, wie in 11 veranschaulicht, während der Beaufschlagung durch das Hochtemperatur-Arbeitsfluid 116 eventuell oxidieren und dabei die durch Abplatzung induzierte Öffnung 210a oder 210b bilden. Wenn während eines Betriebs durch Abplatzung induzierte Öffnungen 210a,b auftreten, tritt das Kühlmedium 124 normalerweise aus dem Schaufelblatt 100 durch die Öffnungen in einer Richtung senkrecht zu der Außenfläche 170 der TBC 166 aus. Im Unterschied hierzu kann, wie in 12 veranschaulicht, die Struktur der Außenwand 120 es ermöglichen, dass ein Kühlschlitzfilm 214 über den Oberflächen gebildet wird, die durch die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 freigelegt werden, zum Beispiel die Abschnitte der Außenschicht 126 und der Zwischenschicht 128. Die Struktur der Außenwand 120 kann folglich die Lebensdauer eines Schaufelblattes, das eine TBC, wie die TBC 166, enthält, verlängern. Zum Beispiel kann der Kühlschlitzfilm 214 die freigelegten Abschnitte 120 gegenüber der hohen Temperatur des Arbeitsfluids 116 schützen und die Oxidation der freigelegten Schichten verringern.
  • Wie in 12 veranschaulicht, kann die Außenwand 120 eingerichtet sein, um als Reaktion auf durch Abplatzung induzierte Öffnungen 210a,b adaptive Kühlströme 216 und 218 zu bilden. Die adaptiven Kühlströme 216 und 218 können miteinander in Kontakt treten, um den Kühlschlitzfilm 214 zu bilden. Wie in 12 veranschaulicht, bewirkt bei einer Freilegung der Zwischenschicht 128, die die Prallöffnungen 186a darin enthält, ein vergrößerter Austrittsbereich eine Druckgradientenveränderung über der Außenwand 120, die wiederum eine erste adaptive Kühlströmung 216 zu dem freigelegten Abschnitt 220 der Prallöffnungen 186a an der (den) durch Abplatzung induzierten Öffnung(en) einziehen kann. Zum Beispiel kann die Oberfläche der mehreren beabstandeten Schichten 122 an der Öffnung 210 eine vergrößerte Rücklaufströmung des Kühlmediums 124 von der zentralen Kammer 172 zu dem freigelegten Abschnitt 220 der Prallöffnungen 186a hin leiten, um die erste adaptive Kühlströmung 216 zu bilden. Die erste adaptive Kühlströmung kann aus dem freigelegten Abschnitt der Prallöffnungen 186a der Zwischenschicht 128 in einer Richtung senkrecht zu der Außenfläche 146 der Zwischenschicht 128 austreten. Wie ferner in 12 veranschaulicht, kann eine zweite adaptive Kühlströmung 218 als Reaktion auf die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 aus einem stromaufwärtigen Abschnitt 222 der Prallöffnungen 186a benachbart zu dem freigelegten Abschnitt 220 der Prallöffnungen 186a an den durch Abplatzung induzierten Öffnungen austreten. Ähnlich der Strömung des Kühlmediums 124 vor der durch Abplatzung induzierten Öffnung kann die zweite adaptive Kühlströmung 218 durch die erste Kühlkammer 152a strömen und mit der Innenfläche 148 der Außenschicht 126 in Kontakt treten. Eine Kühlfluidströmung kann folglich aus der Kühlkammer an den durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210a,b in einer Richtung parallel zu der Innenfläche 148 der Außenschicht 126 austreten. Wie ferner in 12 veranschaulicht, kann die zweite adaptive Kühlströmung 218 mit der ersten adaptiven Kühlströmung 216 in der durch Abplatzung induzierten Öffnung in Kontakt treten und dabei die erste adaptive Kühlströmung 216 in die Richtung parallel zu der Innenfläche 148 lenken. Die zweite adaptive Kühlströmung 218, die mit der ersten adaptiven Kühlströmung 218 in Kontakt tritt, kann den Kühlschlitzfilm 214 über den Abschnitten der Außenwand 120 bilden, die durch die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 freigelegt sind. Die zweite adaptive Kühlströmung 218 und/oder die erste adaptive Kühlströmung 216 kann/können auch mit dem Arbeitsfluid 116 an der (den) Öffnung(en) 210 in Kontakt treten und dabei das Arbeitsfluid von der freigelegten Zwischenschicht 128 weg lenken und die Menge an Arbeitsfluid, das durch die Öffnung(en) in das Schaufelblatt 100 eintritt, verhindern und/oder verringern.
  • Obwohl sie in einem bestimmten Abschnitt der Außenwand 120 veranschaulicht sind, wird verstanden, dass die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 an einer beliebigen Stelle innerhalb der Außenwand 120 auftreten können und sie dennoch durch die Struktur der Außenwand 120, wie hierin offenbart, abgeschwächt werden können. Außerdem wird verstanden, dass, obwohl die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 veranschaulicht sind, wie sie sich nur durch die Außenschicht 126 der Außenwand 120 hindurch erstrecken, die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 sich ferner durch die Zwischenschicht 128 und/oder die Innenschicht 130 hindurch erstrecken können und ebenso durch die Struktur der Außenwand 120 abgeschwächt werden können.
  • Wie ferner in 12 veranschaulicht, können die Trennwände 156 das Arbeitsfluid 116 am Eintreten und/oder das Kühlmedium 124 am Wiedereintreten in das Schaufelblatt 100 durch Abschnitte der Außenwand 120, die durch die durch Abplatzung induzierten Öffnungen 210 freigelegt sind, hindern. Zum Beispiel kann die Trennwand 156 eine Druckdifferenz bilden, um das Arbeitsfluid 116 am Eintreten und/oder das Kühlmedium 124 am Wiedereintreten in einen stromabwärtigen Abschnitt 226 der ersten und/oder zweiten Kühlkammer(n) 154 zu blockieren. Die Trennwände 156 können ferner den Teil des Kühlmediums 124, der aus der durch Abplatzung induzierte Öffnung 210a austritt, am Wiedereintritt in die erste(n) und/oder zweite(n) Kühlkammer(n) 154 an einer benachbarten, stromabwärtigen, durch Abplatzung induzierten Öffnung 210b und/oder (einem) benachbarten Kühlkanal (Kühlkanälen) 174 blockieren.
  • Bezug nehmend auf die 13 können gemäß Ausführungsformen der Offenbarung die HGP-Komponente in Form des Schaufelblattes 100 und deren Außenwand 120 derart additiv gefertigt werden, dass Strukturen der Außenwand 120 die integral geformte Außenwand 126 bilden. Die additive Fertigung ermöglicht eine leichte Bildung eines Großteils der hierin beschriebenen Struktur, d.h. ohne eine sehr komplexe spanabhebende Bearbeitung. In dem hierin verwendeten Sinne kann additive Fertigung (AM, additive manufacturing) einen beliebigen Prozess zur Erzeugung eines Objektes durch die aufeinanderfolgende Schichtung eines Materials anstatt durch das Abtragen von Material, was bei herkömmlichen Prozessen der Fall ist, erzeugen. Additive Fertigung kann komplexe Geometrien ohne die Verwendung irgendeiner Art von Werkzeugen, Formen oder Spannvorrichtungen und mit wenig oder ohne Abfallmaterial erzeugen. Anstatt Komponenten aus festen Kunststoff- oder Materialblöcken spanabhebend zu bearbeiten, von denen ein Großteil weggeschnitten und weggeworfen wird, ist das einzige Material, das bei der additiven Fertigung verwendet wird, dasjenige, das zur Gestaltung des Teils erforderlich ist. Zu additiven Fertigungsprozessen können einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, gehören: 3D-Drucken, Rapid Prototyping (RP, schnelle Prototypherstellung), direkte digitale Fertigung (DDM, direct digital manufacturing), Binder Jetting (additive Fertigung mit Bindemittelverklebung), selektives Laserschmelzen (SLM, selective laser melting) und direktes Metall-Laserschmelzen (DMLM, direct metal laser melting).
  • Um ein Beispiel eines additiven Fertigungsprozesses zu veranschaulichen, zeigt 13 eine schematische Ansicht / Blockansicht eines beispielhaften computergestützten Fertigungssystems 300 zur Erzeugung eines Objektes 302, d.h. des Schaufelblattes 100. In diesem Beispiel ist das System 300 zum DMLM eingerichtet. Es wird verstanden, dass die allgemeinen Lehren der Offenbarung in gleicher Weise auf andere Formen der additiven Fertigung anwendbar sind. Das AM-System 300 enthält allgemein ein computergestütztes Steuersystem 304 zur additiven Fertigung (AM) und einen AM-Drucker 306. Das AM-System 300, wie es nachstehend beschrieben ist, führt einen Code 320 aus, der einen Satz computerausführbarer Instruktionen enthält, die die Außenwand 120 (4), einschließlich deren Strukturen (z.B. die mehreren beabstandeten Schichten 122, die Abstandselemente 140a, 140b, die Prallöffnungen 186a, 186b, etc.), definieren, um die Komponente unter Verwendung des AM-Druckers 306 physisch zu erzeugen. Jeder AM-Prozess kann unterschiedliche Ausgangsmaterialien zum Beispiel in Form eines feinkörnigen Pulvers, einer Flüssigkeit (z.B. von Polymeren), eines Blattes, etc., verwenden, von denen ein Vorrat in einer Kammer 310 des AM-Druckers 306 vorgehalten werden kann. Im vorliegenden Fall kann das Schaufelblatt 100 (3 und 4) aus einem Metallpulver oder ähnlichen Materialien hergestellt sein. Wie veranschaulicht, kann ein Applikator 312 eine dünne Schicht des Ausgangsmaterials 314 erzeugen, die als das blanke Tuch ausgebreitet wird, von dem aus jede nachfolgende Schicht des endgültigen Objektes erzeugt wird. In anderen Fällen kann der Applikator 312 die nächste Schicht unmittelbar auf eine vorherige Schicht aufbringen oder aufdrucken, wie dies durch den Code 320 definiert ist, wenn zum Beispiel das Material ein Polymer ist oder wenn ein metallbasierter Binder-Jetting-Prozess eingesetzt wird. In dem veranschaulichten Beispiel verschmilzt ein Laser oder Elektronenstrahl 316 Partikel für jede Schicht, wie durch den Code 320 definiert, wobei dies nicht notwendigerweise dort der Fall ist, wo ein schnell härtender flüssiger Kunststoff / schnell härtendes Polymer eingesetzt wird. Verschiedene Teile des AM-Druckers 306 können sich bewegen, um die Zugabe jeder neuen Schicht aufzunehmen, wobei zum Beispiel nach jeder Schicht eine Bauplattform 318 abgesenkt werden kann und/oder die Kammer 310 und/oder der Applikator 312 angehoben werden kann bzw. können.
  • Das AM-Steuersystem 304 ist veranschaulicht, wie es auf einem Computer 330 als ein Computerprogrammcode implementiert ist. Insofern ist der Computer 330 veranschaulicht, wie er einen Speicher 332, einen Prozessor 334, eine Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schnittstelle 336 und einen Bus 338 enthält. Ferner ist der Computer 330 in Kommunikationsverbindung mit einer externen E/A-Vorrichtung 340 und einem externen Speichersystem 342 veranschaulicht. Im Allgemeinen führt der Prozessor 334 einen Computerprogrammcode, wie das AM-Steuersystem 304, der in dem Speicher 332 und/oder dem Speichersystem 342 gespeichert ist, unter Instruktionen von dem Code 320, der das Schaufelblatt 100 (3 und 4) repräsentiert, wie hierin beschrieben, aus. Während er den Computerprogrammcode ausführt, kann der Prozessor 334 Daten von/zu dem Speicher 332, dem Speichersystem 342, der E/A-Vorrichtung 340 und/oder dem AM-Drucker 306 lesen und/oder schreiben. Der Bus 338 stellt eine Kommunikationsverbindung zwischen jeder der Komponenten in dem Computer 330 her, und die E/A-Vorrichtung 340 kann eine beliebige Vorrichtung aufweisen, die einem Benutzer ermöglicht, mit dem Computer 330 zu interagieren (zum Beispiel eine Tastatur, Zeigevorrichtung, Anzeige, etc.). Der Computer 330 ist nur für verschiedene mögliche Kombinationen aus Hardware und Software repräsentativ. Zum Beispiel kann der Prozessor 334 eine einzige Verarbeitungseinheit aufweisen, oder er kann über eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten an einem oder mehreren Orten, z.B. an einem Client und einem Server, verteilt sein. Ebenso kann/können sich der Speicher 332 und/oder das Speichersystem 342 an einem oder mehreren physikalischen Orten befinden. Der Speicher 332 und/das Speichersystem 342 können eine beliebige Kombination von verschiedenen Arten von nicht-transitorischen computerlesbaren Speichermedien, einschließlich magnetischer Medien, optischer Medien, Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), etc., aufweisen. Der Computer 330 kann eine beliebige Art einer Rechenvorrichtung, wie einen Netzwerk-Server, einen Desktop-Computer, einen Laptop, eine handgeführte Vorrichtung, ein Mobiltelefon, einen Pager, einen persönlichen Datenassistenten, etc., aufweisen.
  • Additive Fertigungsprozesse beginnen damit, dass ein nicht-transitorisches computerlesbares Speichermedium (z.B. der Speicher 332, das Speichersystem 342, etc.) den Code 320 speichert, der das Schaufelblatt 100 (3 und 4) repräsentiert. Wie erwähnt, enthält der Code 320 einen Satz computerausführbarer Instruktionen, die das Objekt 302 definieren und die verwendet werden können, um bei einer Ausführung des Codes durch das System 300 das Objekt physisch zu erzeugen. Zum Beispiel kann der Code 320 ein genau definiertes 3D-Modell des Schaufelblattes 100 (3 und 4) enthalten, und dieser kann von beliebigen von einer großen Vielfalt allgemein bekannter computergeschützter Entwurfs(CAD)-Softwaresysteme, wie etwa AutoCAD®, TurboCAD®, DesignCAD 3D Max, etc., generiert werden. In dieser Hinsicht kann der Code 320 ein beliebiges heutzutage bekanntes oder künftig entwickeltes Dateiformat einnehmen. Zum Beispiel kann der Code 320 in der Standard Tessellation Language (STL) vorliegen, die für Stereolithography-CAD-Programme von 3D-Systemen geschaffen wurde, oder als eine additive Fertigungsdatei (AMF, additive manufacturing file), die ein Standard der American Society of Mechanical Engineers (ASME, Bundesverband der Maschinenbauingenieure in den USA) ist, der ein auf einer erweiterbaren Auszeichnungssprache (XML, extensible markup-language) basierendes Format ist, das dazu ausgelegt ist, einer beliebigen CAD-Software zu ermöglichen, die Gestalt und Zusammensetzung eines beliebigen dreidimensionalen Objektes zu beschreiben, das auf einem beliebigen AM-Drucker gefertigt werden soll. Der Code 320 kann zwischen verschiedenen Formaten umgesetzt, in einen Satz von Datensignalen umgewandelt und übertragen, als ein Satz Datensignale empfangen und in einen Code umgewandelt, gespeichert, etc. werden, wie dies erforderlich sein kann. Der Code 320 kann in ein System 300 eingegeben werden und kann von einem Teileentwickler, einem Dienstleister für geistiges Eigentum (IP), einer Designfirma, dem Betreiber oder Besitzer des Systems 300 oder von anderen Quellen stammen. In jedem Fall führt das AM-Steuersystem 304 den Code 320 aus, wobei es das Schaufelblatt 100 (3 und 4) in eine Reihe dünner Scheiben [unterteilt], die es unter Verwendung des AM-Druckers 306 in aufeinanderfolgenden Schichten eines flüssigen, pulverförmigen, blattförmigen oder sonstigen Materials zusammenfügt. In dem DMLM-Beispiel wird jede Schicht auf die exakte Geometrie, die durch den Code 320 definiert ist, aufgeschmolzen und mit der vorherigen Schicht verschmolzen.
  • Nach der additiven Fertigung kann das Schaufelblatt 100 (3 und 4) beliebigen vielfältigen Endbearbeitungsprozessen, z.B. einer geringfügigen maschinellen Bearbeitung, Versiegelung, Polieren, Montage an einem anderen Teil, etc., ausgesetzt werden. Im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung kann die TBC 166 auf die Außenfläche 168 der Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 aufgebracht werden. Die TBC 166 kann unter Verwendung beliebiger heutzutage bekannter oder künftig entwickelter Beschichtungstechniken aufgebracht werden und kann in einer beliebigen Anzahl von Schichten aufgebracht werden.
  • Im Betrieb ermöglicht die Struktur der Außenwand 120, wie in 11 veranschaulicht, nach dem Auftreten einer Abplatzung 200 in der TBC 166 über der Außenschicht 126 dem Kühlmedium 124, hindurchzutreten, wodurch die Lebensdauer der Außenwand und des Schaufelblattes verlängert wird. Ferner ermöglicht die Struktur der Außenwand 120 im Betrieb, wie in 12 veranschaulicht, nach dem Auftreten von durch Abplatzung induzierter (induzierten) Öffnung(en) 210 in der TBC 166 über der Außenschicht 126, dass der Schlitzkühlfilm 114 aus dem Kühlmedium 124 über Abschnitten der Außenwand 120 gebildet wird, die durch die durch Abplatzung induzierten Öffnungen freigelegt sind.
  • Das Schaufelblatt 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung stellt eine Außenwand 120 bereit, die als Reaktion auf eine Abplatzung 200 das [Schaufelblatt] 100 kühlt und dessen Lebensdauer verlängert. Die Struktur der Außenwand 120 kann nominale Kühlströme deutlich reduzieren. Die Verwendung der additiven Fertigung für das Schaufelblatt 100 ermöglicht es, dass die Außenwand 120 des Schaufelblattes 100 derart gebildet wird, das sie eine mehrschichtige, Multi-Material-(z.B. in dem Fall der Abschrägung oder des Diffusionsabschnitts 190) und/oder Multi-Kühlkammer-Struktur enthält.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll für die Offenbarung nicht beschränkend sein. In dem hierin verwendeten Sinne, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ bzw. „das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern aus dem Kontext nicht deutlich was anderes hervorgeht. Es wird ferner verstanden, dass die Ausdrücke „aufweist“ und „aufweisen“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch die Gegenwart oder Hinzunahme einer/eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht ausschließen. „Optional“ oder „wahlweise“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand eintreten kann oder nicht und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis eintritt, sowie Fälle, in denen es nicht eintritt.
  • Eine Näherungssprache, wie sie hierin überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewandt werden, um jede quantitative Darstellung zu modifizieren, die in zulässiger Weise variieren könnte, ohne zu einer Veränderung der Grundfunktion, mit der sie in Beziehung steht, zu führen. Demgemäß soll ein Wert, der durch einen Ausdruck oder durch Ausdrücke, wie „etwa“, „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt sein. In wenigstens einigen Fällen kann die Näherungssprache der Präzision eines Instrumentes zur Messung des Wertes entsprechen. Hier und überall in der Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen miteinander kombiniert und/oder gegeneinander getauscht werden, wobei derartige Bereiche identifiziert sind und all die darin enthaltenen Unterbereiche umfassen, sofern aus dem Kontext oder der Formulierung nicht etwas anderes hervorgeht. „Ungefähr“, wenn es auf einen bestimmten Wert eines Bereiches angewandt wird, gilt für beide Werte, und sofern es nicht ansonsten von der Genauigkeit des den Wert messenden Instrumentes abhängig ist, kann es +/-10% der (des) angegebenen Werte(s) anzeigen.
  • Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel- oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen eine beliebige Struktur, ein beliebiges Material oder eine beliebige Handlung zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie sie speziell beansprucht sind, umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist für die Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert worden, soll jedoch nicht erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Es werden sich viele Modifikationen und Veränderungen Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet erschließen, ohne dass von dem Umfang und Rahmen der Offenbarung abgewichen wird. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern, und um andere Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet zu befähigen, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifizierungen, wie sie für die spezielle vorgesehene Verwendung geeignet sind, zu verstehen.
  • Es ist ein Schaufelblatt mit einer Außenwand 34, 120, die mehrere beabstandete Schichten 122 enthält, für eine verbesserte Kühlung und Lebensdauer offenbart. Das Schaufelblatt 32, 100 und die Außenwand 34, 120 sind durch additive Fertigung hergestellt. Die Außenwand 34, 120 enthält: eine Außenschicht 126, eine Zwischenschicht 128 und eine Innenschicht 130, die jeweils von benachbarten Schichten durch mehrere Abstandselemente 140 getrennt sind; mehrere erste Kühlkammern 152a zwischen der Außen- und der Zwischenschicht 126, 128, wobei die Kammern durch eine erste Trennwand 156 unterteilt sind; mehrere zweite Kühlkammern 152b zwischen der Zwischen- und der Innenschicht 128, 130, wobei die Kammern durch eine zweite Trennwand 156 unterteilt sind; eine Wärmeschutzbeschichtung auf der Außenschicht 126; mehrere Prallöffnungen 210, 186 in der Zwischenschicht 128 und mehrere zweite Prallöffnungen 210, 186 in der Innenschicht 130; und mehrere Kühlkanäle 174 in der Außenschicht 126. Die Außenschicht 126 kann ferner Plateaus 178 auf einer Außenfläche 142, 146, 168, 170 enthalten, durch die die Kühlkanäle 174 verlaufen.
  • Bezugszeichenliste
    • 18
    Turbine
    30
    HGP-Komponente
    32, 100
    Schaufelblatt
    34, 120
    Außenwand
    62, 124
    Kühlmedium
    116
    Arbeitsfluid
    122
    beabstandete Schicht
    126
    Außenschicht
    128
    Zwischenschicht
    130
    Innenschicht
    140
    Abstandselement
    144, 148
    Innenfläche
    142, 146, 168, 170
    Außenfläche
    150
    Zwischenräume
    152
    Kühlkammer
    156
    Trennwand
    166
    TBC
    172
    zentrale Kammer
    174
    Kühlkanäle
    178
    Plateau
    186
    Prallöffnung
    190
    Abschrägung
    191
    Seitenwand
    191
    Verbindungsstelle
    200
    Abplatzung
    202
    Abschnitt
    210
    Öffnung
    214
    Schlitzkühlfilm
    310
    Abschrägung
    150a
    erster Zwischenraum
    150b
    zweiter Zwischenraum
    152a
    erste Kühlkammer
    152b
    zweite Kühlkammer

Claims (10)

  1. Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18), wobei das Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18) aufweist: eine Außenwand (34, 120), die enthält: mehrere beabstandete Schichten (122), zu der eine Außenschicht (126), eine Zwischenschicht (128) und eine Innenschicht (130) gehören, wobei jede der mehreren beabstandeten Schichten von einer benachbarten beabstandeten Schicht (122) durch mehrere Abstandselemente (140) getrennt ist; einen ersten Zwischenraum (150a) zwischen der Außenschicht (126) und der Zwischenschicht (128), der eine erste Kühlkammer (152a) definiert; einen zweiten Zwischenraum (150b) zwischen der Zwischenschicht (128) und der Innenschicht (130), der eine zweite Kühlkammer (152b) definiert; eine erste Trennwand, die die erste Kühlkammer (152a) axial in mehrere erste Kühlkammern (152a) unterteilt; eine zweite Trennwand, die die zweite Kühlkammer (152b) axial in mehrere zweite Kühlkammern (152b) unterteilt; eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC) (166), die auf einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht (126) angeordnet ist, wobei die TBC (166) eine Außenfläche (142, 146, 168, 170) aufweist, die eingerichtet ist, um einem Arbeitsfluid (116) ausgesetzt zu werden, das eine hohe Temperatur aufweist; mehrere erste Prallöffnungen (210) (186) innerhalb der Innenschicht (130), wobei die mehreren ersten Prallöffnungen (210) (186) einen Durchgang für ein Kühlmedium (62, 124) von einer zentralen Kühlkammer (152) des Schaufelblattes (32, 100) der Turbine (18) zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) bereitstellen; mehrere zweite Prallöffnungen (210)(186) innerhalb der Zwischenschicht (128), wobei die mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) einen Durchgang für das Kühlmedium (62, 124) von wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) zu wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern (152a) bereitstellen; und mehrere Kühlkanäle (174) innerhalb der Außenschicht (126), wobei die mehreren Kühlkanäle (174) einen Durchgang für das Kühlmedium (62, 124) von wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern (152a) zu der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der TBC (166) bereitstellen.
  2. Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18) nach Anspruch 1, wobei sich die erste Trennwand entlang einer radialen Länge des Schaufelblattes (32, 100) einer Turbine (18) von einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Zwischenschicht (128) bis zu einer Innenfläche (144, 148) der Außenschicht (126) erstreckt; und/oder wobei sich die zweite Trennwand entlang einer radialen Länge des Schaufelblattes (32, 100) einer Turbine (18) von einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Innenschicht (130) bis zu einer Innenfläche (144, 148) der Zwischenschicht (128) erstreckt.
  3. Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18) nach Anspruch 1 oder 2, das ferner mehrere Plateaus (178) aufweist, die auf der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht (126) angeordnet sind, wobei jeder Kühlkanal in den mehreren Kühlkanälen (174) angeordnet ist, um durch ein einzelnes Plateau (178) der mehreren Plateaus (178) zu verlaufen, und wobei eine oberste Fläche jedes Plateaus (178) in den mehreren Plateaus (178) frei von der TBC (166) ist.
  4. Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Außenschicht (126) im Wesentlichen gleich einer Dicke wenigstens einer von der Zwischenschicht (128) und der Innenschicht (130) ist; wobei die Dicke der Außenschicht (128) vorzugsweise ungefähr 20 Millimeter bis ungefähr 80 Millimeter beträgt.
  5. Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (128) eine Abschrägung (190) an einer Verbindungsstelle (192) zwischen einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Zwischenschicht (128) und einer Seitenwand (191) einer Prallöffnung (210) (186) der mehreren zweiten Prallöffnungen (210)(186) enthält; und/oder wobei die mehreren ersten Prallöffnungen (210) (186) mit den mehreren zweiten Prallöffnungen (210)(186) nicht ausgerichtet sind.
  6. Heißgaspfad(HGP)-Komponente, wobei die HGP-Komponente (30) aufweist: eine Außenwand (34, 120), die enthält: mehrere beabstandete Schichten (122), zu denen eine Außenschicht (126), eine Zwischenschicht (128) und eine Innenschicht (130) gehören, wobei jede der mehreren beabstandeten Schichten (122) von einer benachbarten beabstandeten Schicht durch mehrere Abstandselemente (140) getrennt ist; einen ersten Zwischenraum (150a) zwischen der Außenschicht (126) und der Zwischenschicht (128), der eine erste Kühlkammer (152a) definiert; einen zweiten Zwischenraum (150b) zwischen der Zwischenschicht (128) und der Innenschicht (130), der eine zweite Kühlkammer (152b) definiert; eine erste Trennwand, die die erste Kühlkammer (152a) axial in mehrere erste Kühlkammern (152a) unterteilt; eine zweite Trennwand, die die zweite Kühlkammer (152b) axial in mehrere zweite Kühlkammern (152b) unterteilt; eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC) (166), die auf einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht (126) angeordnet ist, wobei die TBC (166) eine Außenfläche (142, 146, 168, 170) aufweist, die eingerichtet ist, um einem Arbeitsfluid (116) ausgesetzt zu werden, das eine hohe Temperatur aufweist; mehrere Prallöffnungen (210) (186) innerhalb der Innenschicht (130), wobei die mehreren ersten Prallöffnungen (210) (186) einen Durchgang für ein Kühlmedium (62, 124) von einer zentralen Kühlkammer (152) des Schaufelblattes (32, 100) einer Turbine (18) zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) bereitstellen; mehrere zweite Prallöffnungen (210)(186) innerhalb der Zwischenschicht (128), wobei die mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) einen Durchgang für das Kühlmedium (62, 124) von wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) zu wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern (152a) bereitstellen; mehrere Plateaus (178), die auf der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht (126) angeordnet sind, wobei eine oberste Fläche jedes Plateaus (178) in den mehreren Plateaus (178) frei von der TBC (166) ist; und mehrere Kühlkanäle (174) innerhalb der Außenschicht (126), wobei jeder Kühlkanal in den mehreren Kühlkanälen (174) angeordnet ist, um durch ein einzelnes Plateau (178) der mehreren Plateaus (178) zu verlaufen, und wobei die mehreren Kühlkanäle (174) einen Durchgang für das Kühlmedium (62, 124) von wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern (152a) zu der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der TBC (166) bereitstellen.
  7. Verfahren, das aufweist: additives Fertigen eines Schaufelblattes (32, 100) einer Turbine (18), wobei das Schaufelblatt (32, 100) einer Turbine (18) enthält: eine Außenwand (34, 120), die enthält: mehrere beabstandete Schichten (122), zu der eine Außenschicht (126), eine Zwischenschicht (128) und eine Innenschicht (130) gehören, wobei jede der mehreren beabstandeten Schichten von einer benachbarten beabstandeten Schicht (122) durch mehrere Abstandselemente (140) getrennt ist; einen ersten Zwischenraum (150a) zwischen der Außenschicht (126) und der Zwischenschicht (128), der eine erste Kühlkammer (152a) definiert; einen zweiten Zwischenraum (150b) zwischen der Zwischenschicht (128) und der Innenschicht (130), der eine zweite Kühlkammer (152b) definiert; eine erste Trennwand, die die erste Kühlkammer (152a) axial in mehrere erste Kühlkammern (152a) unterteilt; eine zweite Trennwand, die die zweite Kühlkammer (152b) axial in mehrere zweite Kühlkammern (152b) unterteilt; mehrere erste Prallöffnungen (210) (186) innerhalb der Innenschicht (130), wobei die mehreren ersten Prallöffnungen (210) (186) einen Durchgang für ein Kühlmedium (62, 124) von einer zentralen Kühlkammer (152) des Schaufelblattes (32, 100) einer Turbine (18) zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) bereitstellen; mehrere zweite Prallöffnungen (210)(186) innerhalb der Zwischenschicht (128), wobei die mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) einen Durchgang für das Kühlmedium (62, 124) von wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) zu wenigstens einer der mehreren zweiten Kühlkammern (152b) zu wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern (152a) bereitstellen; und mehrere Kühlkanäle (174) innerhalb der Außenschicht (126), wobei die mehreren Kühlkanäle (174) einen Durchgang für das Kühlmedium (62, 124) von wenigstens einer der mehreren ersten Kühlkammern (152a) zu der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht bereitstellen; und Aufbringen einer Wärmeschutzbeschichtung (TBC) (166) auf die Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht (126), wobei die TBC (166) eine Außenfläche (142, 146, 168, 170) aufweist, die eingerichtet ist, um einem Arbeitsfluid (116) ausgesetzt zu werden, das eine hohe Temperatur aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 das ferner aufweist, dass als Reaktion auf eine durch Abplatzung (200) induzierte Öffnung (210) in der Außenschicht (126) des Schaufelblattes (32, 100) einer Turbine (18) dem Kühlmedium (62, 124) ermöglicht wird, einen Schlitzkühlfilm (214) über einem Abschnitt (202) der Außenwand (34, 120) zu bilden, der durch die durch Abplatzung (200) induzierte Öffnung (210) freigelegt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schlitzkühlfilm (214) durch ein erstes adaptives Kühlmedium (62, 124), das aus einem ersten Abschnitt (202) der mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) austritt, der durch die durch Abplatzung (200) induzierte Öffnung (210) freigelegt ist, und eine zweite adaptive Fluidströmung gebildet wird, die aus einem zweiten Abschnitt (202) der mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) austritt, wobei der zweite Abschnitt (202) der mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) sich benachbart zu und stromaufwärts von dem ersten Abschnitt (202) befindet, wobei die zweite adaptive Fluidströmung mit der ersten adaptiven Fluidströmung in Kontakt tritt, um die erste adaptive Fluidströmung in eine Richtung parallel zu einer Innenfläche (144, 148) der Außenschicht zu lenken; und/oder wobei die erste Trennwand das Arbeitsfluid (116) am Eintreten in die durch Abplatzung (200) induzierte Öffnung (210) hindert und wobei die erste Trennwand den Schlitzkühlfilm (214) am Wiedereintritt in die durch Abplatzung (200) induzierte Öffnung (210) hindert.
  10. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 7-9, das ferner aufweist, dass in Reaktion auf eine Abplatzung (200) in der TBC (166), die einen Abschnitt (202) der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Außenschicht (126) freilegt, eine adaptive Kühlströmung von der zentralen Kühlkammer (152) zu einer Innenfläche (144, 148) der Außenschicht (126) strömt, um die Oxidation der Außenschicht (126) wesentlich zu reduzieren; und/oder wobei die Zwischenschicht (128) eine Abschrägung (190) an einer Verbindungsstelle (192) zwischen einer Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Zwischenschicht (128) und einer Seitenwand (191) einer Prallöffnung der mehreren zweiten Prallöffnungen (210) (186) enthält und das Verfahren ferner aufweist, dass der Abschrägung (190) ermöglicht wird, das Kühlmedium (62, 124) im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche (142, 146, 168, 170) der Zwischenschicht (128) zu lenken.
DE102019107654.4A 2018-04-09 2019-03-26 Mehrschichtige Außenwand eines Turbinenschaufelblattes Pending DE102019107654A1 (de)

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