DE19917611A1 - Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer Turbomaschinen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer TurbomaschinenInfo
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- B23P2700/06—Cooling passages of turbine components, e.g. unblocking or preventing blocking of cooling passages of turbine components
Abstract
Zur Herstellung von Kühlluftbohrungen oder Schlitzen an mit Heißgas beaufschlagten Teilen thermischer Turbomaschinen wird eine Wasserstrahltechnik verwendet. Durch diese Verwendung wird ein Wiederaufschmelzen und eine Rissbildung am Grundmaterial durch eine Vermeidung der unerwünschten Temperaturerhöhung erreicht. Beispielsweise lassen sich die Winkel von Kühlluftbohrungen an Turbinenschaufeln von Gasturbinen damit wesentlich spitzer, kleiner als 10 DEG zur Wand der Turbinenschaufel, gestalten. Eine Filmkühlung an der Oberfläche der Turbinenschaufel wird deutlich effektiver.
Description
Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von
Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen
thermischer Turbomaschinen.
Es ist seit langem bekannt, mit Heissgas beaufschlagte Teile thermischer
Turbomaschinen, also beispielsweise Turbinenschaufeln von Gasturbinen, mit
Kühlluftbohrungen zu versehen, um einerseits die Temperatur des
Heissgases erhöhen zu können und andererseits die Lebensdauer der
betroffenen Teile zu verlängern. Zum einen wird die Innenseite beispielsweise
der Turbinenschaufel mit der Kühlluft durch Abfuhr der Wärme nach aussen
gekühlt. Zum anderen wird die Aussenseite der Schaufel durch einen Film,
welcher sich an der Oberfläche der Turbinenschaufel bildet, gekühlt. Es ist
dabei Ziel, die Filmkühlung so effektiv wie möglich zu gestalten und
gleichzeitig die Kühlluftmenge zu reduzieren.
Gasturbinenschaufeln, welche mit einer Filmkühlung arbeiten, sind
beispielsweise aus den Druckschriften DE-43 28 401 A, US-4,653,983,
US-2,780,435, DE 19 46 535 B2 bekannt.
Üblicherweise werden die Kühlluftbohrungen bei dem erwähnten Stand der
Technik mit einer Lasertechnik oder mit einem Abtragungsverfahren durch
Erodieren hergestellt. Lasergestützte Verfahren sind beispielsweise aus den
Druckschriften US 5,683,600, US 5,609,799 und US 5,216,808 bekannt, ein
Verfahren, welches mit einer Elektrode erodiert, aus der Patentschrift US
4,197,443. Die mit diesen Verfahren hergestellten Kühlluftbohrungen haben
aber den Nachteil, dass es bei der Anwendung durch lokale
Temperaturerhöhungen zu einem Wiederaufschmelzen des Basismaterials
kommt, was zu unerwünschten Oberflächenrauheiten führt. Diese
Unebenheiten können zu Rissen im Grundmaterial führen, welche eine
Vorschädigung des Materials und eine verringerte Lebensdauer bedeuten.
Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich um ein gerichtet erstarrtes
Grundmaterial handelt und durch komplexere Geometrien (wie zum Beispiel
die in der Druckschrift US-4,653,983 ausgeführten konischen Ausgänge der
Kühlluftbohrungen) höhere Bearbeitungszeiten notwendig werden. Zudem
bedeuten die Oberflächenrauhigkeiten bei komplizierten Kühlluftbohrungen
eine ungewünschte Störung der Kühlluftströmung. Nachteilig am bekannten
Stand der Technik, bei welchem die Kühlluftbohrungen in die Wand der
Turbinenschaufel integriert sind, ist, dass trotz des gewünschten Kühleffektes,
welcher einen kleineren Winkel erfordern würde, lediglich ein Winkel von
ungefähr 35° oder mehr der eigentlichen Kühlluftbohrung zur Wand der
Turbinenschaufel realisiert ist, da es nur unter erschwerten Bedingungen mit
den bisher gängigen Herstellungsverfahren möglich ist, diesen Winkel zu
verringern. Bei den erwähnten Schriften US 2,780,435 oder DE 43 28 401 A1
wird das Ziel eines kleineren Winkels lediglich mit einer Hilfskonstruktion
erreicht.
In Dichtstreifen am Rotor einer Gasturbine, welche die Kühlluft vom Heissgas
an den Plattformen der Gasturbinenschaufeln trennt und welche durch die
genannten Herstellungsverfahren mit Schlitzen versehen werden, können die
Risse, welche durch das Wiederaufschmelzen und die dadurch bedingte
Temperaturerhöhung auftreten, höhere Leckageverluste verursachen.
Es ist Ziel dieser Erfindung, die genannten Nachteile zu vermeiden. Die
Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von
Kühlluftbohrungen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer
Turbomaschinen zu schaffen, mit welchem sich ein Winkel der
Kühlluftbohrung von 35° oder kleiner, vorteilhaft sogar kleiner 10°, zur Wand
des mit Heissgas beaufschlagten Teils erreichen lässt, um eine effektivere
Filmkühlung bei verringerter Kühlluftmenge an der Oberfläche des mit
Heissgas beaufschlagten Teils zu erzielen. Auch soll es mit der Erfindung
vereinfacht möglich sein, nicht parallele Schlitze in den Plattformen der mit
Heissgas beaufschlagten Teile herzustellen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Kühlluftbohrungen
oder die Schlitze durch eine Wasserstrahltechnik hergestellt werden.
Vorteilhaft können die Kühlluftbohrungen mit der Wasserstrahltechnik auch
mit einem Winkel zur Wand von 10° oder kleiner in der Wand angeordnet
werden. Durch die Verwendung der Wasserstrahltechnik werden weitere
Vorteile erreicht. Die unerwünschte Erhöhung der Temperatur während der
Herstellung, welche aus dem Stand der Technik bekannt ist, entfällt, bei
gleichzeitig wesentlich glatteren Oberflächen. Die Wasserstrahltechnik sorgt
zudem dazu, dass abgetragendes Material mit dem Wasser weggespült wird,
was bedeutet, dass sich keine feinen Teilchen an den bearbeiteten
Komponenten festsetzen können. Der flache Winkel, welcher mit der
Wasserschneidetechnik erzeugt werden kann, sorgt bei einer verringerten
Kühlluftmenge für eine wesentlich verbesserte Filmkühlung an der Oberfläche
des mit Heissgas beaufschlagten Teils und führt damit auch zu einem
erhöhten Wirkungsgrad der gesamten Turbomaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von
Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen
thermischer Turbomaschinen. Erfindungsgemäss wird dazu eine
Wasserstrahltechnik verwendet. Die Verwendung der Wasserstrahltechnik
zeichnet sich durch verschiedene Vorteile gegenüber der aus dem Stand der
Technik bekannten Lasertechnik bzw. dem bekannten Erodieren
beispielsweise mittels Formelektroden aus. Bei der Wasserschneidetechnik
treten keine unerwünschten Temperaturerhöhungen während der Bearbeitung
auf. Darum eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren insbesondere
dann, wenn höhere Schneidezeiten an den Heissgasteilen notwendig sind.
Die bearbeiteten Flächen weisen deutlich geringere Oberflächenrauhheiten
auf, was vorteilhaft zu einer gleichmässigeren Strömung des entstehenden
Kühlfilms führt. Auch treten keine Risse mehr in dem Basismaterial auf. Dies
stellt einen wesentlichen Vorteil in der Festigkeit und der Lebensdauer des
Bauteils dar, insbesondere dann, wenn das Bauteil aus einem gerichteten
erstarrten Material besteht. Die Wasserschneidetechnik zeichnet sich im
Vergleich mit lasergebohrten Kühlluftbohrungen auch durch eine wesentlich
grössere Flexibilität im Hinblick auf die Ausgestaltung von komplexen
Geometrien aus, da auch längere Bearbeitungszeiten ohne unerwünschtes
Wiederaufschmelzen und ohne das Auftreten von Rissen im Basismaterial
möglich sind. Es ist dadurch beispielsweise auch vereinfacht möglich, mit
einer zylindrischen Kühlluftbohrung einen wünschenswerten Diffusoreffekt zu
erzielen. Die Wasserstrahltechnik sorgt zudem dafür, dass abgetragendes
Material mit dem Wasser weggespült wird, was bedeutet, dass sich keine
feinen Teilchen an den bearbeiteten Komponenten festsetzen können.
Die Kühlluftbohrungen können mit der Wasserstrahlscheidetechnik unter
einem wesentlich geringerem Winkel (kleiner als 35°, vorteilhaft sogar kleiner
als 10° zur Wand des Heissgasteils) an den Komponenten angebracht
werden. Dies bedeutet, dass eine Filmkühlung auf der Oberfläche der mit
Heissgas beaufschlagten Teile bei weniger eingesetzter Kühlluft deutlich
effektiver wird. So erhöht sich insgesamt der Wirkungsgrad der thermischen
Turbomaschine.
Es ist beispielsweise denkbar, das erfindungsgemässe Verfahren zur
Herstellung von Kühlluftbohrungen an Turbinenschaufel von Gasturbinen, zur
Herstellung von nicht parallelen Kühlluftschlitzen an Plattformen von
Gasturbinenschaufeln oder zur Herstellung von Schlitzen in Dichtstreifen am
Rotor einer Gasturbine, welche die Kühlluft vom Heissgas an den Plattformen
der Gasturbinenschaufeln trennt, einzusetzen. Bei Dichtstreifen lassen sich
durch die wesentlich höhere Oberflächengüte die Leckageverluste reduzieren
und die Lebensdauer vorteilhaft erhöhen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen oder Schlitzen an mit
Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer Turbomaschinen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlluftbohrungen oder die Schlitze durch eine Wasserstrahltechnik
hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mit Heissgas beaufschlagten Teile Gasturbinenschaufeln einer
Gasturbine sind und mit der Wasserstrahltechnik Kühlluftbohrungen
hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit der Wasserstrahltechnik Kühlluftbohrungen der Gasturbinenschaufeln
hergestellt werden, welche Winkel kleiner als 35° zur Wand der
Gasturbinenschaufel aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit der Wasserstrahltechnik Kühlluftbohrungen der Gasturbinenschaufeln
hergestellt werden, welche einen Winkel kleiner als 10° zur Wand der
Gasturbinenschaufel aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mit Heissgas beaufschlagten Teile Plattenformen von
Gasturbinenschaufeln sind und mit der Wasserstrahltechnik Kühlschlitze
hergestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mit Heissgas beaufschlagten Teile Dichtstreifen vom Rotor einer
Gasturbine sind und mit der Wasserstrahltechnik Schlitze darin hergestellt
werden.
Priority Applications (2)
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DE1999117611 DE19917611A1 (de) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer Turbomaschinen |
GB0009049A GB2349111A (en) | 1999-04-19 | 2000-04-12 | Method of producing cooling-air holes and slots on those parts of thermal turbomachines which are subjected to hot gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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DE1999117611 Withdrawn DE19917611A1 (de) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen und Schlitzen an mit Heissgas beaufschlagten Teilen thermischer Turbomaschinen |
Country Status (2)
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Publication number | Publication date |
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GB0009049D0 (en) | 2000-05-31 |
GB2349111A (en) | 2000-10-25 |
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