DE19961565A1 - Verfahren zur Einstellung des Durchflussvolumens eines Kühlmediums durch eine Turbinenkomponente - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Durchflussvolumens eines Kühlmediums durch eine mit Kühlkanälen versehene Komponente einer Strömungsmaschine, bei dem die Komponente (1) mit zumindest einem Kühlkanal bereitgestellt wird, dessen Durchflussquerschnitt größer ist als ein für das einzustellende Durchflussvolumen erforderlicher Sollquerschnitt. Anschließend wird ein an die Geometrie einer Öffnung (2) des Kühlkanals angepasster Einschubkörper (3) bereitgestellt, der derart ausgestaltet ist, dass er bei Einsetzen in die Öffnung (2) den Durchflussquerschnitt des Kühlkanals auf den für das einzustellende Durchflussvolumen erforderlichen Sollquerschnitt reduziert. Der Einschubkörper (3) wird in die Öffnung (2) des Kühlkanals eingesetzt und dort fixiert. DOLLAR A Auf diese Weise lassen sich die Komponenten auf einfache und kostengünstige Weise auf das geforderte Durchflussvolumen des Kühlmediums einstellen.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Durchflussvolumens eines Kühlmedi­ ums durch eine mit Kühlkanälen versehene Komponente ei­ ner Strömungsmaschine. Die Erfindung bezieht sich hier­ bei insbesondere auf Strömungsumlenkelemente in Turbi­ nen wie Gas- oder Dampfturbinen.

Stand der Technik

Strömungsmaschinen wie sie beispielsweise als Gas- oder Dampfturbinen in der Technik eingesetzt werden, müssen aufgrund der ständigen Leistungssteigerung immer höheren Belastungen standhalten. Dies betrifft insbe­ sondere die Temperaturbelastung von Strömungsumlenkvor­ richtungen in den Turbinen. Diese sind bei Hochlei­ stungsturbinen Umgebungstemperaturen ausgesetzt, die über der zulässigen Materialtemperatur des verarbeite­ ten Werkstoffes liegen. Für den Betrieb derartiger Kom­ ponenten müssen daher geeignete Kühlsysteme vorgesehen sein, die die Temperatur der Materialien auf einen Wert herabsetzen, der die geforderte Lebensdauer der Kompo­ nente gewährleistet. Dies erfolgt über in den Komponen­ ten angeordnete Kühlkanäle, durch die das Kühlmedium in ausreichender Menge strömen kann.

Der erforderliche Mengenbedarf an Kühlmedium hängt dabei jeweils von den Randbedingungen ab, unter denen die zu kühlende Komponente eingesetzt wird. Hierbei ist einerseits darauf zu achten, dass eine ausreichende Menge an Kühlmedium pro Zeiteinheit zur Kühlung der Komponente zur Verfügung steht, um die geforderte Le­ bensdauer der Komponente zu erreichen. Auf der anderen Seite sollte die Menge an Kühlmedium jedoch so gering wie möglich gehalten werden, um die Gesamtleistungsda­ ten der Strömungsmaschine nicht zu beeinträchtigen. Während die Abschätzung der erforderlichen Durchfluss­ mengen an Kühlmedium auf rechnerischem Wege durchge­ führt werden kann, stößt die Umsetzung der errechneten Werte bei der Herstellung der Komponenten auf Probleme.

Die Durchflussmenge wird in erster Linie über das Durchflussvolumen bestimmt, das die Geometrie der Kühl­ kanäle zuläßt. So wird das Durchflussvolumen pro Zeiteinheit bei vorgegebenem Druckunterschied zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung eines Kühlkanals durch den (kleinsten) Querschnitt des Kühlkanals fest­ gelegt. Bei der Konstruktion der zu kühlenden Komponen­ ten muss der den Durchfluss bestimmende Querschnitt der Kühlkanäle daher bereits geeignet berücksichtigt wer­ den, um beim späteren Einsatz der Komponente die gefor­ derten Durchflussmengen einhalten zu können.

Das Herstellen derartiger Komponenten mit einem vorgegebenen Querschnitt der Kühlkanäle erweist sich jedoch in der Praxis als schwierig. Da die Kosten der in der Regel gegossenen Komponenten niedrig gehalten werden müssen, ist man bestrebt, die Anzahl der dem Gießen folgenden Bearbeitungsschritte so gering wie möglich zu halten. Daher muß der Bedarf an Kühlmedium in der Regel bereits durch die Gussgeometrie bestimmt werden. Allerdings führen die Herstelltoleranzen und Herstellverfahren, insbesondere beim Gießen, dazu, dass die vorgegebene Geometrie der Kühlkanäle und somit die spätere Kühlleistung nicht eingehalten werden kann. Derartige außerhalb der Spezifikationen liegende Kompo­ nenten zählen herstellungstechnisch zum Ausschuss und erhöhen die Gesamtkosten der Anlage.

Ein weiterer Nachteil dieser Technik der Einstel­ lung des Kühlbedarfs bereits bei der Herstellung der Komponenten besteht in den erforderlichen Werkzeugände­ rungen bei der Herstellung von Komponenten mit unter­ schiedlichen Kühlanforderungen. Selbst wenn die Kompo­ nenten äußerlich die gleichen Abmessungen aufweisen, müssen für die Erzeugung unterschiedlicher Kühlkanal­ geometrien Änderungen an den eingesetzten Werkzeugen vorgenommen werden. Dies erhöht die Herstellungskosten und den Zeitaufwand. Beides wirkt sich negativ auf die Kosten für die Bereitstellung derartiger Komponenten aus.

Eine weitere Möglichkeit der Einstellung der Durchflussmenge an Kühlmedium durch die zu kühlenden Komponenten besteht in der Anordnung von Ventilen oder Drosselblenden am Einlass bzw. der Zuführung zu den Kühlkanälen. Derartige Drosselblenden regeln den Bedarf an Kühlmedium über das über die Kühlkanäle anliegende Druckgefälle. Aus der US 4,709,546 ist auch bekannt, bewegliche Schiebeventile entsprechend dem momentanen Bedarf an Kühlmedium in den Zuführungen zu den Kühlka­ nälen vorzusehen. Dies erfordert jedoch wiederum beweg­ liche Teile, die aufgrund ihres Verschleißes die Gefahr einer Störung der Kühlmittelzufuhr erhöhen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Einstellung des Durchflussvo­ lumens eines Kühlmediums durch eine mit Kühlkanälen versehene Komponente einer Strömungsmaschine bereitzu­ stellen, das sich einfach und kostengünstig realisieren läßt und eine genaue Einstellung des Durchflussvolumens ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ansprüche 13 bis 17 geben die aus der Anwendung des Verfahrens re­ sultierenden Ausgestaltungen der Komponenten der Strö­ mungsmaschine an. Anspruch 18 bezieht sich auf eine An­ wendung des Verfahrens zur Wiedereinstellung des Durch­ flussvolumens eines Kühlmediums nach dem Rekonditionie­ ren einer Komponente nach einem der Ansprüche 13 bis 17.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kom­ ponente mit zumindest einem Kühlkanal bereitgestellt, dessen (kleinster) Durchflussquerschnitt größer ist als ein für das einzustellende Durchflussvolumen erforder­ licher Sollquerschnitt. Für diese Komponente wird ein an die Geometrie der Öffnung des Kühlkanals angepasster Einschubkörper bereitgestellt, der derart ausgestaltet ist, dass er bei Einsetzen in die Öffnung den Durch­ flussquerschnitt des Kühlkanals auf den für das einzu­ stellende Durchflussvolumen erforderlichen Sollquer­ schnitt reduziert. Dieser Einschubkörper wird schließ­ lich in die Öffnung des Kühlkanals eingesetzt und dort fixiert. Da das maximale Durchflussvolumen durch den kleinsten Querschnitt im Verlauf des Kühlkanals be­ stimmt wird, bildet der Einschubkörper somit nach dem Einsetzen diesen kleinsten Querschnitt. Unter dem Quer­ schnitt ist hierbei nicht nur ein zusammenhängender Durchlassbereich zu verstehen, sondern auch die Summe mehrerer nebeneinander liegender Durchlassbereiche, durch die das Kühlmedium strömen kann.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei der Herstellung der Komponente die Anforderungen an die Genauigkeit der Geometrie des Kühlkanals deutlich reduziert sind. Der­ artige Komponenten lassen sich daher, beispielsweise mit einem Gießverfahren, praktisch ohne Ausschuss her­ stellen. Der Einschubkörper kann mit einem präziseren Herstellungsverfahren gefertigt und exakt an die Geome­ trie der Öffnung des Kühlkanals angepasst werden. Ins­ besondere kann dadurch das Durchflussvolumen am Ein­ schubkörper exakt eingestellt werden.

Durch die Möglichkeit, derartige Einschubkörper mit Herstellverfahren zu fertigen, die geringe Toleran­ zen zulassen und eine schnelle geometrische Anpassung erlauben, können sowohl die Kosten zur Herstellung der Komponente selbst, wie auch die zusätzlich anfallende Arbeitszeit zum Einsetzen und Fixieren des Einschubkör­ pers deutlich reduziert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den weiteren Vorteil, dass für unterschiedliche Randbedingungen bzw. Temperaturbelastungen jeweils Komponenten mit der glei­ chen Geometrie der Kühlkanäle hergestellt werden kön­ nen. Die Anpassung an die unterschiedlichen Randbedin­ gungen erfordert lediglich eine entsprechend unter­ schiedliche Ausgestaltung der jeweiligen Einschubkör­ per. Auf diese Weise lassen sich eine Vielzahl gleich­ artiger Komponenten auf einfache und kostengünstige Weise herstellen und dennoch für unterschiedliche Ein­ satzbedingungen vorsehen. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit des vorliegenden Verfahrens besteht darin, eventuell außerhalb der Spezifikationen - hinsichtlich der Kühlkanalgeometrie - gefertigte Komponenten nach­ träglich mit entsprechenden Einschubkörpern auf die ge­ forderten Spezifikationen zu bringen.

Auch ein Wiedereinstellen des Bedarfs an Kühlmedi­ um nach dem sogenannten Rekonditionieren der Komponente ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich. Beim Rekonditionieren wird eine Komponente für einen Wieder­ einsatz aufgearbeitet, wobei aus den notwendigen Bear­ beitungsschritten, wie beispielsweise dem Neubeschich­ ten, eine Änderung des Durchflussvolumens der Kühlkanä­ le resultieren kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ein­ schubkörper vor dem Beginn des Rekonditionierungspro­ zesses aus der Komponente ausgebaut und nach Beendigung des Rekonditionierungsprozesses wieder in die Komponen­ te eingesetzt und fixiert. Die Durchflussöffnungen im Einschubkörper werden daher durch den Rekonditionie­ rungsprozess nicht beeinflusst, so dass das ursprüng­ lich eingestellte Durchflussvolumen erhalten bleibt.

Weiterhin werden mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren Guss-Kerngeometrien bei der Herstellung der Kompo­ nenten ermöglicht, die gegenüber den für die genaue Herstellung der Kühlkanalgeometrie bisher erforderli­ chen Kerngeometrien deutlich vereinfacht sind. Hier­ durch können insbesondere Kernbrüche vermieden werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht mehr erforderlich, den exakten Bedarf an Durchflussvolumen bereits bei der Herstellung der Komponente festzulegen. Die genaue Durchflussmenge kann vielmehr an der ferti­ gen Komponente durch Bereitstellen und Anbringen oder Positionieren des entsprechenden Einschubkörpers einge­ stellt werden.

Der Einschubkörper kann beim erfindungsgemäßen Verfahren durch unterschiedliche Techniken in der Öff­ nung des Kühlkanals mechanisch fixiert werden. Die Fi­ xierung kann beispielsweise durch Form- oder Kraft­ schluss sowie durch ein Löt- oder ein Schweißverfahren erfolgen.

Vorzugsweise ist die Öffnung des Kühlkanals be­ reits mit einer oder mehreren entsprechenden Ausnehmun­ gen versehen, die den Einschubkörper beim Einsetzen me­ chanisch fixieren.

In einer vorteilhaften Variante erfolgt das Be­ reitstellen des Einschubkörpers, indem zunächst ein Grundkörper entsprechend den Abmessungen der Öffnung des Kühlkanals gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer speziell dafür vorgesehenen Ausnehmung herge­ stellt wird. Dieser Grundkörper ist derart ausgestal­ tet, dass er die Öffnung des Kühlkanals vollständig verschließt. In den Grundkörper werden Durchflussöff­ nungen eingebracht, die die gewünschte Durchflussmenge festlegen. Diese Öffnungen können mit einem geeigneten Präzisionsbohr- oder Präzisionsschneideverfahren, wie beispielsweise dem Laserbohren oder dem galvanischen Bohren, mit großer Genauigkeit erzeugt werden. Dies er­ möglicht eine sehr genaue Einstellung des Durchflussvo­ lumens.

Die Herstellung des Einschubkörpers mit den ent­ sprechenden Durchlassöffnungen getrennt von der Kompo­ nente verhindert außerdem eine Verstopfung der Kühlka­ näle durch eventuelle Herstellungsrückstände beim Boh­ ren von Durchgangsöffnungen.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Ver­ fahren nicht auf die Einstellung eines Kühlkanals in einer Komponente beschränkt. So kann insbesondere ein einziger Einschubkörper für die Einstellung der Durch­ flussvolumina mehrerer nebeneinanderliegender Kühlkanä­ le eingesetzt werden. Hierbei werden die Öffnungen der Kühlkanäle mit einer in die Komponente eingebrachten durchgehenden Ausnehmung verbunden, in die der Ein­ schubkörper mit den entsprechenden Durchlassöffnungen eingesetzt wird.

Weiterhin ist die Form des Einschubkörpers nicht auf eine Geometrie mit Durchlassöffnungen beschränkt. Als Einschubkörper kann jede Geometrie hergenommen wer­ den, die nach dem Einsetzen in die Öffnung des Kühlka­ nals bzw. in den Kühlkanal selbst den Durchfluss eines Kühlmediums ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein stabförmiger runder Einschubkörper mit entlang seiner Längsachse vorgesehenen Durchflussöffnungen quer zur Flußrichtung des Kühlmediums in eine als Kühlschlitz ausgebildete Öffnung des Kühlkanals eingesetzt. Durch entsprechendes Drehen dieses Einschubkörpers um seine Längsachse werden die Durchflussöffnungen von der Wan­ dung des Kühlschlitzes zum Teil verschlossen, so dass das Durchflussvolumen abhängig von der Stellung des Einschubkörpers variiert. Auf diese Weise können mit diesem Einschubkörper - je nach Stellung - unterschied­ liche Durchflussvolumina realisiert werden.

Eine weitere Möglichkeit, mit einem bereitgestell­ ten Einschubkörper unterschiedliche Durchflussvolumina zu realisieren, besteht darin, den Einschubkörper aus zwei übereinander liegenden balkenförmigen Elementen herzustellen, die jeweils Durchflussöffnungen aufwei­ sen. Durch gegenseitiges Verschieben dieser aufeinander liegenden balkenförmigen Elemente können die jeweiligen Durchlassöffnungen zur Deckung gebracht oder gegenein­ ander versetzt werden. Hierdurch können mit diesem Ein­ schubkörper je nach gegenseitiger Stellung der beiden balkenförmigen Elemente unterschiedliche Durchflussvo­ lumina bei gleicher Kühlkanalgeometrie realisiert wer­ den.

Die beiden letztgenannten Ausführungsformen des Einschubkörpers eignen sich insbesondere für schlitz­ förmige Kühlkanalöffnungen, wie sie an der Hinterkante von Turbinenschaufeln vorgesehen sind. In diesem Fall wird der balken- oder stabförmige Einschubkörper über die gesamte Schlitzbreite eingesetzt. Das Einsetzen kann entweder radial oder axial erfolgen.

In einer besonderen Ausführungsform können die Einschubkörper zur Erzeugung strömungstechnischer Ef­ fekte zusätzliche Elemente oder eine besondere Formge­ bung aufweisen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens noch­ mals beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein erstes Beispiel eines dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren unterzogenen Kühlkanals;

Fig. 2 das Beispiel aus Fig. 1 in einem Stadium vor dem Einsetzen des Einschubkörpers;

Fig. 3 ein zweites Beispiel für die Ausgestaltung und das Einsetzen eines Einschubkörpers;

Fig. 4 ein drittes Beispiel für einen eingesetzten Einschubkörper gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 5 ein Beispiel der Ausgestaltung eines varia­ blen Einschubkörpers für das erfindungsgemäße Verfahren;

Fig. 6 zwei weitere Beispiele von Einschubkörpern, die eine variable Anpassung ermöglichen;

Fig. 7 ein Beispiel für eine Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens im Bereich der Film Holes einer Turbinenschaufel;

Fig. 8 ein Beispiel der Ausgestaltung des Einschub­ körpers mit zusätzlichen strömungstechnischen Elementen; und

Fig. 9 ein weiteres Beispiel eines Einschubkörpers an der Hinterkante einer Turbinenschaufel.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel der Kühlschlitzöffnungen an der Hinterkante von Turbinenschaufeln.

Turbinenschaufeln weisen an der Hinterkante als Kühlkanalöffnungen Kühlschlitze 2 auf, die sich über die gesamte Länge des Schaufelblattes erstrecken. Diese Kühlschlitze werden über im Inneren der Turbinenschau­ fel verlaufende Kühlkanäle mit dem Kühlmedium, das sich in der Regel aus Luft zusammensetzt, versorgt. Fig. 1 zeigt hierbei einen Ausschnitt der Hinterkante einer Turbinenschaufel 1 mit dem Kühlschlitz 2. Eine derarti­ ge Turbinenschaufel kann mit einem üblichen Gießverfah­ ren hergestellt werden, ohne den Öffnungsquerschnitt des Kühlschlitzes 2 oder den Querschnitt des dazugehö­ rigen Kühlkanals mit hoher Genauigkeit erzeugen zu müs­ sen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Ein­ schubkörper 3 speziell an die Öffnungsbreite dieses Kühlschlitzes 2 angepasst und in den Kühlschlitz 2 ein­ gesetzt, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist. Der Ein­ schubkörper kann hierbei durch Kraftschluss oder auch mit einem Lötverfahren in dem Kühlschlitz 2 befestigt werden. Durch geeignete Formung von Durchlassöffnungen in dem Einschubkörper 3, die in der Figur nicht darge­ stellt sind, lässt sich der Durchfluss des Kühlmediums zur Hinterkante der Turbinenschaufel 1 hin gezielt vor­ geben.

Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, bei der Herstellung der Turbinenschaufel 1 die Kühlkanäle bzw. Kühlschlitze 2 bereits mit einem Querschnitt zu ferti­ gen, der exakt an die erforderliche Durchflussmenge des Kühlmediums angepasst ist. Insbesondere lassen sich hierbei eine Vielzahl gleichartiger Turbinenschaufeln 1 herstellen, die mit unterschiedlichen Einschubkörpern 3 versehen werden und damit unterschiedlichen Randbedin­ gungen genügen können. Die Einschubkörper 3 müssen sich hierbei nur in der Größe oder Anzahl der eingebrachten Durchflussöffnungen unterscheiden. Dies verbilligt die Herstellung der Turbinenschaufeln erheblich.

So lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise alle Leitschaufeln einer Leitschaufel­ reihe mit dem gleichen Gießwerkzeug herstellen und nachfolgend mit unterschiedlichen Einschubkörpern ent­ sprechend den entlang der Leitschaufelreihe vorliegen­ den Temperaturbedingungen auf den erforderlichen Kühl­ mittelfluss einstellen. Mit der bisherigen Technik müsste jede Leitschaufel einer Leitreihe bereits in An­ passung an die jeweilige Position und das benötigte Kühlvolumen gesondert gefertigt werden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ein­ bringung eines Einschubkörpers 3 in den Kühlschlitz 2 der Hinterkante einer Turbinenschaufel 1. In der Figur ist hierbei der Einschubkörper 3 als stabförmiges run­ des Element dargestellt, in den die Durchflussöffnungen 4 eingebracht sind. In diesem Beispiel sind in der Öff­ nung des Kühlkanales bzw. im Kühlschlitz 2 Ausnehmungen 5 vorgesehen, die eine mechanische Fixierung des Ein­ schubkörpers 3 ermöglichen. Im vorliegenden Beispiel wird der Einschubkörper 3 seitlich in den Kühlschlitz 2 eingebracht. Das Einbringen kann jedoch auch von der Hinterkante her erfolgen.

Die Durchflussöffnungen 4 im Einschubkörper 3 sind hierbei selbstverständlich nur schematisch angedeutet. Die Zahl, Form sowie der Durchmesser dieser Durchflus­ söffnungen richtet sich nach dem gewünschten Durch­ flussvolumen für das Kühlmedium. Diese Durchflussöff­ nungen können mit geeigneten Verfahren, wie beispiels­ weise dem Laserbohren mit hoher Genauigkeit erzeugt werden, so dass eine sehr genaue Einstellung des Durch­ flussvolumens möglich ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausge­ staltung eines Einschubkörpers 3 mit Durchflussöffnun­ gen 4. Der hier gezeigte Einschubkörper 3 ist balken­ förmig ausgestaltet und kann sowohl von der Seite wie auch von der Hinterkante her in den Kühlschlitz 2 der Turbinenschaufel 1 eingeführt werden. Auch hier lässt sich durch geeignete Präzisionsschneideverfahren die Form des Einschubkörpers 3 exakt auf die Geometrie des Kühlschlitzes 2 anpassen. Das gleiche gilt für die Öff­ nungsvolumina der Durchflussöffnungen 4.

Fig. 4 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel eines Einschubkörpers 3 mit Durchflussöffnungen 4. Der Einschubkörper ist hierbei in entsprechende Ausnehmun­ gen 5 im Kühlschlitz 2 der Turbinenschaufel 1 einge­ setzt. Die Ausnehmungen 5 bewirken hierbei bereits eine mechanische Fixierung des Einschubkörpers 3, so dass durch diese Einspannung gegebenenfalls keine weitere Fixierung erforderlich ist.

Eine andere Ausgestaltung eines Einschubkörpers 3 für den Einsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren ist in Fig. 5 dargestellt. Die Figur zeigt hierbei einen wel­ lenförmigen Einschubkörper 3 in zwei Zuständen 3a und 3b, die sich in ihrem Durchflussvolumen unterscheiden. Durch die engere Wellenform des Einschubkörpers 3b wird das Durchflussvolumen erniedrigt. Durch eine geeignet verformbare Ausführung dieses Einschubkörpers 3 läßt sich - durch Zusammenschieben oder Auseinanderziehen - eine Vielzahl von Durchflussvolumina erreichen. Der Einschubkörper wird wiederum in die Öffnung des Kühlka­ nals bzw. in den Kühlschlitz 2 einer Turbinenschaufel 1 eingesetzt. Im vorliegenden Beispiel sind hierfür in der Öffnung Ausnehmungen 5 zur Fixierung des Einschub­ körpers 3 vorgesehen.

An diesem Beispiel ist ersichtlich, dass das er­ findungsgemäße Verfahren nicht auf die Ausgestaltung von Einschubkörpern mit eingebrachten Kanälen als Durchflussöffnungen beschränkt ist, sondern dass belie­ big geformte Einschubkörper eingesetzt werden können. Die Einschubkörper müssen hierbei an die Öffnung des Kühlkanals bzw. Kühlschlitzes derart angepasst sein, dass sie problemlos eingesetzt werden können. Die Art bzw. Form des Durchlasses für ein Kühlmedium ist keiner Beschränkung unterworfen.

Grundsätzlich kann die Öffnung des Kühlkanals auch be­ reits durch eine entsprechende Ausnehmung - auch ein­ seitig - oder durch eine entsprechende Aufweitung für die Aufnahme bzw. das Aufsetzen des Einschubkörpers vorbereitet sein.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für Einschubkörper mit variabler Einstellgeometrie. Bei diesen Einschubkörpern kann das Durchflussvolumen nach deren Fertigung durch entsprechende Positionierung oder Verschiebung nachträglich eingestellt werden.

So ist beispielsweise ein runder stabförmiger Ein­ schubkörper 3 mit Durchgangsöffnungen 4 dargestellt. Sieht man für diesen Einschubkörper in den Kühlschlit­ zen 2 der Turbinenschaufel 1 entsprechende Ausnehmungen 5 vor, so kann der Durchfluss in Abhängigkeit von der Position der Durchflussöffnungen zum Kühlschlitz 2 un­ terschiedlich eingestellt werden. Dies ist auf der lin­ ken Seite der Abbildung zu erkennen, bei dem ein im Schnitt gezeigter Durchflusskanal 4 des Einschubkörpers 3 entlang des Kühlschlitzes 2 ausgerichtet ist. Hier wird der mit dem Einschubkörper maximal erzielbare Durchfluss erreicht. Im unteren Teil der Abbildung ist der Einschubkörper 3 gegenüber dem Zustand im oberen Teil der Abbildung um seine Längsachse verdreht, so dass die Durchflussöffnung 4 nicht mehr parallel zur Flussrichtung im Kühlschlitz 2 liegt. Hierdurch wird das Durchflussvolumen vermindert. Auf diese Weise las­ sen sich durch eine Drehung des Einschubkörpers 3 um seine Längsachse, wie dies mit dem Pfeil angedeutet ist, unterschiedliche Durchflussvolumina erzielen. Der Einschubkörper 3 wird hierbei in der Regel bereits in der richtigen Stellung in die Ausnehmungen 5 des Kühl­ schlitzes 2 eingebracht. Der Einschubkörper wird in dieser Position dann beispielsweise mit einem Lötver­ fahren zusätzlich fixiert.

Auf der rechten Seite der Fig. 6 ist ein weiteres Beispiel für einen variablen Einschubkörper 3 darge­ stellt. Dieser Einschubkörper besteht aus zwei überein­ ander liegenden balkenförmigen Elementen 6a/6b, die je­ weils Durchgangsöffnungen 4 aufweisen. Durch gegensei­ tiges Verschieben der beiden balkenförmigen Elemente werden die Durchflussöffnungen 4 jeweils übereinander gebracht oder gegeneinander versetzt, wie dies in der Abbildung zu erkennen ist. Die gegenseitige Verschie­ bung bewirkt eine Reduktion des Durchflussvolumens. Auf diese Weise lassen sich somit allein durch geeignete Verschiebung vor dem Einbringen dieses Einschubkörpers in die Öffnung eines Kühlkanals bzw. Kühlschlitzes un­ terschiedliche Durchflussvolumina einstellen.

Die beiden dargestellten Ausgestaltungen des Ein­ schubkörpers ermöglichen es daher, durch Fertigung nur einer Geometrie des Einschubkörpers unterschiedliche Durchflussvolumina herbeizuführen.

Bei den folgenden Beispielen der Fig. 7 bis 9 wird neben der Einstellung des Durchflussvolumens auch die Strömungsrichtung bzw. das Strömungsverhalten des Kühlmediums beim Austreten aus den Kühlöffnungen beein­ flusst.

So zeigt Fig. 7 einen in der Vorderfläche einer Turbinenschaufel 1 eingesetzten Einschubkörper 3, der als sogenannte Film Holes bezeichnete Ausgangsöffnungen 7 aufweist. Diese Ausgangsöffnungen zur Bildung eines Kühlfilms an der Vorderflanke der Turbinenschaufel 1 müssen somit nicht bei der Herstellung der Turbinen­ schaufel 1 mit hohem Aufwand gefertigt werden, sondern können mit hoher Präzision durch den Einschubkörper be­ reitgestellt werden.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel für einen spe­ ziell ausgestalteten Einschubkörper 3 zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens. Dieser Einschubkörper weist neben den Durchgangsöffnungen 4 Leitfahnen 8 zur Beein­ flussung der ausströmenden Kühlluft auf. Bei diesem Beispiel ist die Ausgangsöffnung des (nicht dargestell­ ten) Kühlkanals bzw. Kühlschlitzes durch eine entspre­ chende Ausformung für die Aufnahme des Einschubkörpers mit den Leitfahnen 8 ausgestaltet.

Fig. 9 zeigt ein ähnliches Beispiel eines Ein­ schubkörpers 3 an der Hinterkante einer Turbinenschau­ fel 1. Auch hierbei weist der Einschubkörper 3 mit den Durchgangsöffnungen 4 eine entsprechend die Strömungs­ verhältnisse an der Hinterkante beeinflussende Formge­ bung auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die einfache und genaue Einstellung des Durchflussvolu­ mens eines Kühlmediums durch Kühlkanäle in einer Kompo­ nente einer Strömungsmaschine. Hiermit können insbeson­ dere die Herstellungskosten drastisch reduziert werden. Die Einstellung des Durchflussvolumens erfolgt durch eine nachträgliche Anpassung der Geometrie des Kühlka­ nalquerschnitts durch Einsetzen eines speziell gestal­ teten Einschubkörpers.

Bezugszeichenliste

1

Turbinenschaufel

2

Kühlschlitz

3

,

3

a,

3

b Einschubkörper

4

Durchgangsöffnungen

5

Ausnehmung

6

a,

6

b balkenförmige Elemente

7

Film Holes

8

Leitfahnen

Claims (18)

1. Verfahren zur Einstellung des Durchflussvolumens eines Kühlmediums durch eine mit Kühlkanälen versehene Komponente einer Strömungsmaschine, bei dem

• - die Komponente (1) mit zumindest einem Kühlkanal be­ reitgestellt wird, dessen Durchflussquerschnitt größer ist als ein für das einzustellende Durchflussvolumen erforderlicher Sollquerschnitt;
• - ein an die Geometrie einer Öffnung (2) des Kühlkanals angepaßter Einschubkörper (3) bereitgestellt wird, der derart ausgestaltet ist, daß er bei Einsetzen in die Öffnung (2) den Durchflussquerschnitt des Kühlkanals auf den für das einzustellende Durchflussvolumen erfor­ derlichen Sollquerschnitt reduziert; und
• - der Einschubkörper (3) in die Öffnung (2) des Kühlka­ nals eingesetzt und dort fixiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bereitstellen des Einschubkörpers (3) die fol­ genden Schritte umfaßt:

• - Herstellen eines Grundkörpers mit einer an die Geome­ trie der Öffnung (2) des Kühlkanals angepaßten äußeren Form; und
• - Einbringen von Durchflussöffnungen (4) in den Grund­ körper, die das Durchflussvolumen festlegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflussöffnungen (4) mit einem Präzisions­ bohr- oder Präzisionsschneideverfahren eingebracht wer­ den.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal im Bereich der Öffnung (2) mit einer oder mehreren Ausnehmungen (5) zur formschlüssigen Auf­ nahme des Einschubkörpers (3) versehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des Einschubkörpers (3) mittels Löten oder Schweißen erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des Einschubkörpers (3) durch Form­ schluß oder Kraftschluß erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiger runder Einschubkörper (3) mit Durchflussöffnungen (4) eingesetzt und durch Drehung um seine Längsachse in eine Stellung gebracht wird, bei der der Sollquerschnitt erreicht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein balkenförmiger Einschubkörper (3) aus zwei übereinander liegenden balkenförmigen Elementen (6a, 6b) eingesetzt wird, die jeweils Durchflussöffnungen (4) aufweisen, die durch Verschieben der beiden Elemen­ te (6a, 6b) gegeneinander zur Deckung gebracht werden können, wobei der Einschubkörper (3) durch Verschieben der beiden Elemente (6a, 6b) gegeneinander in einen Zu­ stand gebracht wird, bei dem die Durchflussöffnungen (4) derart übereinander liegen, daß der Sollquerschnitt erreicht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (1) mit dem Kühlkanal durch ein Giessverfahren hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Einschubkörper (3) für mehrere Kühlkanäle eingesetzt wird, deren Öffnungen (2) neben­ einander liegen oder in einen gemeinsamen Öffnungs­ schlitz übergehen.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einschubkörper (3) eingesetzt wird, der mit zu­ sätzlichen die Strömung des Kühlmediums beeinflussenden Elementen (8) versehen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bereitstellen der Komponente (1) durch Ausbauen des Einschubkörpers (3) aus einer bereits in Betrieb befindlichen Komponente, deren Durchflussvolu­ men des Kühlmediums mit einem Verfahren gemäß den vor­ angehenden Ansprüchen eingestellt wurde, und nachfol­ gendes Rekonditionieren der Komponente erfolgt,
und daß das Bereitstellen des an die Geometrie der Öff­ nung (2) des Kühlkanals angepaßten Einschubkörpers (3) durch Verwendung des im vorangehenden Verfahrensschritt ausgebauten Einschubkörpers (3) erfolgt.

13. Komponente einer Strömungsmaschine, die zumindest einen Kühlkanal mit einer Öffnung (2) für den Durch­ fluss eines Kühlmediums aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einschubkörper (3) in die Öffnung (2) des Kühl­ kanals eingesetzt und dort fixiert ist.

14. Komponente nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschubkörper (3) stabförmig ausgestaltet und mit Durchflussöffnungen (4) versehen ist.

15. Komponente nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einschubkörper (3) aus zwei übereinander liegenden balkenförmigen Elementen (6a, 6b) zusammen­ setzt, die jeweils Durchflussöffnungen (4) aufweisen, die durch Verschieben der beiden Elemente (6a, 6b) ge­ geneinander zur Deckung gebracht werden können.

16. Komponente nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kühlkanäle vorgesehen sind, deren Öffnungen (2) nebeneinander liegen oder in einen gemeinsamen Öff­ nungsschlitz übergehen, wobei der Einschubkörper (3) als gemeinsamer Einschubkörper für die Öffnungen (2) oder den Öffnungsschlitz der mehreren Kühlkanäle ausge­ staltet ist.

17. Komponente nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschubkörper (3) mit zusätzlichen die Strö­ mung des Kühlmediums beeinflussenden Elementen (8) ver­ sehen ist.

18. Verfahren zur Wiedereinstellung des Durchflussvo­ lumens eines Kühlmediums nach dem Rekonditionieren ei­ ner Komponente nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschubkörper (3) vor dem Beginn des Rekondi­ tionierungsprozesses aus der Komponente ausgebaut und nach Beendigung des Rekonditionierungsprozesses wieder in die Komponente eingesetzt und fixiert wird.