DE3203869C2 - Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke - Google Patents
Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere GasturbinentriebwerkeInfo
- Publication number
- DE3203869C2 DE3203869C2 DE3203869A DE3203869A DE3203869C2 DE 3203869 C2 DE3203869 C2 DE 3203869C2 DE 3203869 A DE3203869 A DE 3203869A DE 3203869 A DE3203869 A DE 3203869A DE 3203869 C2 DE3203869 C2 DE 3203869C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- blade
- core
- jacket
- ceramic
- metallic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/284—Selection of ceramic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Bei dieser hoch-temperaturbelastbaren und für extrem hohe Drehzahlen geeigneten Metall-Keramik-Verbundschaufel weist der von oben auf den metallischen Kern aufsetzbare keramische Schaufelmantel im Bereich seines oberen Endes einen Quersteg auf, über welchen der Mantel mit mindestens einem durch den Quersteg geführten metallischen Haltestift am Kern festlegbar ist; innerhalb eines vom oberen Stegende ausgehenden, vom radial vorstehenden Schaufelmantelende umgebenen Raums befindet sich das schraubenkopfartig ausgebildete Ende des mindestens einen Haltestiftes nebst eines Teiles einer auf dieses Ende aufgebrachten porösen Anstreifschicht, die das benachbarte Schaufelmantelende geringfügig überkragt und über einen vorzugsweise in der Stiftlängsachse liegenden Kühlkanal mit Kühlluft beaufschlagbar und von dieser durchströmbar ist.
Description
a) Die mantelinnenwandseitig angeordneten Absätze sind durch entlang der Schaufelskelettlinie
aufeinander folgende Radialbohrungen (4, 5, 6) eines den gesamten Schaufelhohlraum durchsetzenden
Querstegs (7) des gemeinsamen Schaufeimantels (3) gebildet;
b) das verbreiterte Ende der Halteeinrichtung besteht aus den jeweils schraubenkopfartigen Enden
(10) mehrerer metallischer Haltestifte (8), mit denen der Sct.aufeltn-:*ntel (3) über die Bohrungen
(4,5,6) des Querstegs (7) an dem an das
untere Querstegende ang> nzenden Schaufelkern (2) festlegbar ist:
c) innerhalb der Kontaktbereiche zwischen dem Schaufelkern (2) sowie den Haltestiften (8)
nebst schraubenkopfartigen Enden (10) einerseits und den daran angrenzenden Schaufelmantel-
und Querstegpartien andererseits sind zusätzliche keramische Wärmeisolierungen bzw. Isolierformteile (16) angeordnet;
d) auf die von den schraubenkopfartigen Enden (10) gebildete Verbreiterung der Halteeinrichtung
ist eine poröse, gänzlich von Kühlluft durchflutbare Anstreifschicht (11) aufgebracht,
die mit den Kühlluftaustritten der jeweils im wesentlichen in der Stiftlängsachse liegenden
Kühlkanäle (12) kommuniziert.
2.Turbinenlaufschaufel nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß die poröse Anstreifschicht (11) aus einem Sinter- oder Feltmetall besteht und weiter
durch eine Lot- oder Diffusionsverbindung an den schraubenkopfartigen Enden (10) der Haltestifte (8)
befestigt ist.
3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestifte (8) über
eine Lot-, Diffusions- oder Schraubverbindung am metallischen Kern (2) festlegbar sind.
4. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch I. 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierungen
bzw. -isolicrformteile (16) aus Aluminiumtitanat oder Zirkonoxid gefertigt sind.
5. Turbinenlaufschaufel nach einem oder mehre ren der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet,
daß der überwiegende Teil des blattseitigen Schaufelkerns (2') von einem der Innenkontur des keramischen
Schaufelmantels (3) angepaßten Blechmantel (18) umgeben ist, der zwischen sich und diesem blattseitigen
Teil des Schaufelkerns (2') ein mittels Kühlluft beaufschlagbares Kanalsystem (19) einschließt,
dessen Konfiguration durch einen im Sinne einer hocheffizienten Bauteilkühlung ausgebildeten Außenstrukturverlauf
des metallischen Schaufelkerns (2') bestimmt ist.
6. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem keramischen Schaufelmantel
(3) zugewandte Seite des Blechmantels (18) mit einer strahlungsreflektierenden Schicht versehen
ist
7. Turbinenlaufschaufel nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Blechmantel
(8) umschlossene Kühlkanalsystem (19) am Schaufelkern (2') von der Schaufelfußseite aus mit
Kühlluft beaufschlagbar ist, die zunächst über radiale Kanäle (21, 21') durch den Schaufelkern (T) in
Richtung auf das obere Kernende geleitet von dort über eine seitliche Kanalverzweigung (22) dem
Kühlkanalsystem (19) zugeführt wird, dessen gemeinsamer Kühlluftaustritt (23) an der Schaufelfußplatte
(1) in den Turbinenkanal ausmündet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke,
die aus einem den Schaufelfuß enthaltenden, tragenden metallischen Kern und einem denselben
mit Abstand umhüllenden keramischen Schaufelmantel besteht, der über eine Halteeinrichtung frei
dehnbar am Kern aufgehängt ist und hierzu vom oberen Ende der Mantelinnenwand aus gegen die Schaufelmitte
vorspringende Absätze aufweist, die zwischen ihrem oberen Ende und dem seitlich außerhalb derselben radial
auskragenden Schaufelmantel einen das verbreiterte Ende der Halteeinrichtung aufnehmenden Raum definieren,
wobei eine von der Schaufelfußseite aus radial durch den Schaufelkern verlaufende Kühlluftführung
mit Kühlkanälen kommuniziert, die die Halteeinrichtung einschließlich des verbreiterten Endes in Längsrichtung
durchsetzen.
Bei einer derartigen, aus der DE-OS 28 34 843 bekannten
Laufschaufel besteht die Halteeinrichtung des keramischen Schacfelmantels am metallischen Schaufelkern
aus einem den letzteren an seinem oberen Ende räumlich erweiternden, der Mantelinnenkontur formal
folgenden Kopfteil unterhalb desselben der Schaufelmantel mittels dessen gegen die Schaufelmitte seitlich
auskragenden Absätzen unmittelbar an bzw. in eine entsprechende Vertiefung des Kerns zangenartig an- bzw.
eingreifen soll. Als Folge dieser zangenartigen, räumlich engen sowie unmittelbaren Mamel-Kern-Aufhängung
dürfte insbesondere aufgrund vergleichsweise extrem unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Keramikmantels einerseits und des z. B. aus Stahl oder einer Siahllegierung gefertigten Schaufelkerns andererseits
eine frei dehnbare Manielaufhängunj: am Kern
wcilestgehend in f'ragc gestellt sein. Im Extremfall dürfte
gar mit einer Aufsprcngung des keramischen Mantels gerechnet werden können, zumal die mantelscitige Aufhängungspanie
festigkeitsmäßig vergleichsweise schwach ausgebildet ist.
Infolge des absatzförmigen und zangenartigen Eingriffs des Schaufelmantels in den Schaufelkern sind im
vorliegenden bekannten Fall ferner die Mantel-Kern-Aufhängung
beeinträchtigende Scherspannungen (Kerbwirkung) zu erwarten und es ist ferner weder eine
gleichmäßige Verteilung der Auflageflächenkräfte noch eine festigkeitsmäßig ausreichend lange Fügefläche an
der betreffenden Verbindungsstelle realisierbar.
Ferner muß im vorliegenden bekannten Fall der die
betreffende Aufweitung der Halteeinrichtung bildende Kopfteil des Sdiaufelkems im Wege des bzw. nach dem
Aufsetzen des Mantels auf den Kern auf mechanische oder anderweitige Verfahrensweise (Diffusionsschweißen,
Löten) hergestellt werden. Würde man nun den Schaufelmantel in irgendeiner Form vom Kern lösen
wollen, so könnte dies allenfalls nur durch eine Zerstörung oder besondere Zerlegung des Schaufeimantels
erfolgen oder aber in der Weise, daß der Kem selbst bzw. der Schaufelfuß vergleichsweise schlank und dementsprechend
festigkeitsmäßig geschwächt ausgeführt werden müßte, um gegebenenfalls durch die betreffende
Engstelle zwischen den Mantelabsätzen hindurchgezogen werden zu können, nachdem der Kem nebst Fuß
und Mantel zuvor von der Radscheibe entfernt worden sind.
Bei der zuvor genannten, bekannten Laufschaufel nach der DE-OS 28 34 843 sind außerdem keinerlei Vorkehrungen
getroffen, um die Laufschaufel im Schaufelspitzenbereich hinsichtlich etwaiger Gehäuseanstreifvorgänge
sowie hinsichtlich Abbrand- sowie etwaiger Korrosions- und Erosionsgefahren durchgreifend schützen
zu können.
Bei einer bekannten Turbinenlaufschaufel nach der FR-PS 9 99820 ist zwar schon eine Verbindung des
Schaufelmantels mit dem Kern unter der Verwendung je eines Schraubbolzens bzw. röhrenartigen Gliedes
vorgesehen, wobei diese Schraubbolzen bzw. Röhren zugleich den metallischen Schaufelkern bereitstellen
sollen. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Lösung wird zum einen darin gesehen, daß eine metallische
Verbindung in Form einer Lasche am oberen Kopfende der Schauiel zwischen dem Schaufelmantel und dem
Kern vorgesehen sein soll. Diese unmittelbare metallische Wärmeleitverbindung zwischen dem Schaufelmantel
und dem Kern dürfte überdies eine frei dehnbare Aufhängung des Mantels am Kern weitestgehend auch
deshalb in Frage stellen, da sie zugleich den Kern und den Mantel vergleichsweise eng umschließen muß, um
überhaupt diese Mantel-Kern-Verbindung in die Wege leiten zu können.
Auch dürfte diese bekannten Turbinenlaufschaufel vergleichsweise hoheti mechanischen Belastungen deshalb
nicht gewachsen sein, weil der ausschließlich aus Bolzen oder Röhrchen bestehende, tragende Kernquerschnitt
vergleichsweise viel zu gering ausgeführt ist. Im vorliegenden bekannten Fall sind außerdem keinerlei
Wärmeisolationsvorkehrungen im Aufhängungsbereich zwischen dem Keramikmantel und dem metallischen
Schaufclkern vorgesehen; ferner weist diese bekannte Lösung keine ausreichende Schaufelmantelversteifung
im aufhängungsseitigen Bereich auf. Somit kann auch bei dieser bekannten Laufschaufel die Gefahr einer Aufsprengung
des Schaufelmantels im betreffenden Verbindungsbereich nicht ausgeschlossen werden und eine
tatsächlich »frei dehnbare« Aufhängung des Mantels am Kern dürfte infolge der unmittelbaren, laschenartigen
sowie räur.ilich engen Metallverbindung zwischen
Mantel und Kern weitestgehend in Frage gestellt sein. Im übrigen vermitn.it diese bekannte Turbinenlaufschaufel
keinerlei Vorkehrungen, um die betreffende Schaufelspitzenpartie, insbesondere hinsichtlich der
Hochtemperatureinsatzgefahren, gleichzeitig einlaufgünstig und verschleißarm ausbilden zu können.
Die aus der GB-OS 20 75 129 bekannte Turbinenlaufschaufel vermittelt bereits aus der Sicht der eingangs
genannten gattungsgemäßen Laufschaufel keinerlei Hinweis auf die Schaffung einer Metall-Keramik-Verbundschaufel.
In dieser GB-OS 20 75 129 ist ferner für diese bekannte Turbinenlaufschaufel weder aufgaben- noch lösungsgemäß ein Weg aufgezeigt, um insbesondere trotz hoher Temperatur- und Fliehkraftbeanspruchungen sowie der Werkstoffwahl (Metall/Keramik) eine die »freie Dehnbarkeit« gewährleistende, betriebssichere Verbindung zwischen einem keramischen Schaufelmantel und einem metallischen Schaufelkern bereitstellen zu können. Aus dieser GB-OS 20 75 129 ist es lediglich für sich bekannt, das obere Schaufelkopfende abschnittsweise und in Schaufelquerrichtung gegeneinander abgestuft mit einer Schaufelanstreifschicht ry versehen, wobei zwischen diesen einzelnen Absturungen Kühlluftbohrungen ausmünden, die mit dem iuftbeaufschlagten Schaufelinneren in Verbindung stehen. Nachdem hierbei aber diese Anstreifschichten nicht unmittelbar gezielt in den Kühlprozeß mit einbezogen sind, muß beim praktischen Einsatz, insbesondere bei vergleichsweise hohen Turbineneintrittstemperaturen, damit gerechnet werden, daß ein solcher Schaufelkopf verhältnismäßig schnell durch Heißgasoxydation bzw. -korrosion unbrauchbar wird.
In dieser GB-OS 20 75 129 ist ferner für diese bekannte Turbinenlaufschaufel weder aufgaben- noch lösungsgemäß ein Weg aufgezeigt, um insbesondere trotz hoher Temperatur- und Fliehkraftbeanspruchungen sowie der Werkstoffwahl (Metall/Keramik) eine die »freie Dehnbarkeit« gewährleistende, betriebssichere Verbindung zwischen einem keramischen Schaufelmantel und einem metallischen Schaufelkern bereitstellen zu können. Aus dieser GB-OS 20 75 129 ist es lediglich für sich bekannt, das obere Schaufelkopfende abschnittsweise und in Schaufelquerrichtung gegeneinander abgestuft mit einer Schaufelanstreifschicht ry versehen, wobei zwischen diesen einzelnen Absturungen Kühlluftbohrungen ausmünden, die mit dem iuftbeaufschlagten Schaufelinneren in Verbindung stehen. Nachdem hierbei aber diese Anstreifschichten nicht unmittelbar gezielt in den Kühlprozeß mit einbezogen sind, muß beim praktischen Einsatz, insbesondere bei vergleichsweise hohen Turbineneintrittstemperaturen, damit gerechnet werden, daß ein solcher Schaufelkopf verhältnismäßig schnell durch Heißgasoxydation bzw. -korrosion unbrauchbar wird.
In Ermangelung eines gattungsgemäßen Verbundschaufelkonzepts vermittelt diese bekannte Turbinenlaufschaufel
aus der GB-OS 20 75 129 ferner keinerlei Lösungsansätze für eine montagefreundliche Befestigungsweise
eines Schaufelmantels am -kern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu Bekanntem vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und
eine gattungsgemäße Turbinenlaufschaufel zu schaffen, die trotz extrem hoher Temperatur- und Fliehkraftbeanspruchung
eine schaufelkopfseitig verschleißarme, d> ·: freie Dehnbarkeit nicht behindernde, betriebssichere
sowie lösbare Verbindung zwischen Schaufelmantel und -kern bei optimaler Gesamtfestigkeitsstruktur der
Schaufel erreichen lassen soll.
Die gestellte Aufgabe wird erfindur.^sgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Palentanspruchs
1 gelöst.
Demnach ist die Erstellung einer mechanisch hochbelastbaren Turbinenlaufschaufel möglich, da u. a. ein ausreichender
tragender Querschnitt im höchstbelasteten Teil des Schaufeikerns (Kernquerschnitt in Höhe des
unteren Schaufelmantelendes) und zudem eine ausreichend lange Fügefläche im Wege der Bolzenverbindung
des Schaufelmantels mit dem Kern möglich ist. Ferner bleiben etwa auftretende Scherspannungen weitestgehend
ohne Einfluß auf die Verbindung bzw. Halteeinrichtung zwischen dem Schaufelmantel und dem -kern.
Der wesentliche Vorteil der gegebenen Wärmeisolierung ist es, daß durch den Einsatz eines keramischen
Wärmeisolators mit extrem niedriger Wärmeleitfähigkeit und Wärmedehnung gerade an dieser gefährdeten
Stelle erreicht wird, daß zur Gewährleistung einer tatsächlich »frei dehnbaren« Schaufelmantelaufhängung
sich der im Betrieb gekühlte Schaufelkern praktisch nicht stärker ausu;hnt als das betreffende keramische
Gegenmaterial bzw. der Schaufelmantel. Dadurch, daß
ferner eine verhältnismäßig stark versteifte Schaufelstruktur (durchlaufender Quersteg) zugrunde gelegt
werden kann, der nur durch die Einzelbohrungen für die
Festlegung des Mantels am Kern durchbrochen bzw. »geschwächt« werden muß, besteht somit nicht die Gefahr, daß der keramische Schaufelmantel, insbesondere
in Kombination mit der Wirkung dieser Wärmeisolierung aufgesprengt werden könnte, und zwar hauptsächlich als Ursache üblicherweise verhältnismäßig stark unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen und keramischen Werkstoff auf
der einen Seite und etwaigen extrem hohen Fliehkraftbeanspruchungen auf der anderen Seite.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des genannten Wärmeisolators besteht darin, daß dieser mit vergleichsweise geringerer Festigkeit (niedrigerer E-Modul) ausgelegt werden kann als die übrige Werkstoffpaarung, um so zu einer »dämpfenden« Wirkung zu
gelangen, und zwar hinsichtlich einer gleichmäßigen Verteilung der Auflageflächenkräfte an der betreffenden Verbindungsstelle.
Die im Rahmen einer Transpirationskühlung gänzlich und gezielt von Kühlluft durchströmbare Anstreifschicht gewährleistet eine extrem geringe schaufelkopfseitige Verschleißfestigkeit bezüglich Heißgaskorrosionen und -erosionen bei zugleich günstigen Schaufeleinlaufeigenschaften.
Insbesondere mit Rücksicht auf eine Schraubgewindeverbindung der die obere metallische Kernfortsetzung bildenden Haltestifte mit dem Schaufclkern wäre
ferner eine vergleichsweise leichte Lösbarkeit des Schaufelmantels vom -kern vorstellbar.
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen Schaufelradialschnitt nach der Linie I-1
der F i g. 2,
F i g. 3 einen Radialschnitt des keramischen Schaufcimanteis gemäß der Linie iii-iii der F i g. 4,
Fig.4 die Draufsicht des keramischen Schaufelmantels nach F i g. 3 und
F i g. 5 eine hinsichtlich der zusätzlichen Verwendung eines kernaußenseitigen Kühlsystems und dessen Beaufschlagung besonders gegenüber F i g. 1 abgewandelte, als Radialschnitt dargestellte Schaufelvariante ohne
den Schaufelmantel nach F i g. 3.
Die in F i g. 1 dargestellte Turbinenlaufschaufel, z. B.
für ein Gasturbinentriebwerk, besteht aus einem den Schaufelfuß 1 enthaltenden, tragenden metallischen
Kern 2 sowie aus einem diesen Kern 2 mit Abstand umhüllenden keramischen Schaufelmantel 3. Dieser keramische Schaufelmantel 3 ist von oben auf den metallischen Kern 2 aufsetzbar und weist im Bereich des oberen Endes mantelinnenwandseitige Absätze auf, die
durch entlang der Schaufelskelettlinie aufeinander folgende Radiaibohrungen 4,5 und 6 eines den gesamten
Schaufelhohlraum durchsetzenden Querstegs 7 des gemeinsamen Schaufelmantels 3 gebildet sind. Ober diesen Quersteg 7 kann der keramische Schaufelmantel 3
mittels in die Radialbohrungen 4, 5 und 6 einsetzbarer metallischer Haltestifte, z. B. 8 (F i g. 1), am Kern 2 festgelegt werden.
Wie ferner aus F i g. 3 entnehmbar, befinden sich innerhalb eines vom oberen Stegende ausgehenden, seitlich außerhalb desselben vom radial auskragenden
Schaufelmantelende umschlossenen Raums 9 zur Aufnahme des verbreiterten Endes der Haiteeinrichtung die
schraubenkopfartig ausgebildeten Enden 10 (F i g. 1) nebst eines Teiles einer auf diese Enden der Haltestifte 8
aufgebrachten porösen Anstreifschicht 11, die das benachbarte Schaufelmantelende geringfügig überkragt.
Diese Anstreifschicht Il ist über in den betreffenden Stiftlängsachsen liegenden Kühlkanäle 12 mit Kühlluft
beaufschlagbar sowie ferner von dieser Kühlluft gänz
lieh durchflutbar (Transpirationskühlung). Die Kühlka
näle 12 kommunizieren mit einer von der Schaufelfußseite ausgehenden Kühlluftzufuhr; und zwar wird die
Kühlluft gemäß Fig. 1 über einen an den Schaufelfußnutgrund angrenzenden Hohlraum 13 einer Bohrung 14
zugeführt, die auf der vom Nutgrund abgewandten Seite in eine Sacklochende 15 ausmündet, das von der betreffenden Bohrung des Haltestiftes 8 bereitgestellt
wird. Position 15 könnte aber auch einen Kanal definieren, von dem aus sämtliche Kühlluftkanäle aller drei
is Stifte gleichzeitig mit Kühlluft beaufschlagbar wären.
Diese poröse, beim Anstreifen der Schaufelspitzen an
der Turbinenummantelung teilweise abreibbare Anstreifschicht 11 kann z. B. aus einem Sinter- oder Feltmetal) gefertigt sein, und sie kann ferner z. B. durch eine
Lot- oder Diffusionsverbindung an den schraubenkopfartigen Enden 10 der Haltestifte 8 befestigt werden.
In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, können
die Haltestifte über einen Lot-, Diffusions- oder Schraubverbindung am metallischen Kern der Turbi
nenlaufschaufel festgelegt werden.
Wie <".us Fig. I ferner hervorgeht, können in den
Kontakthereichen /wischen dem metallischen Schaufclkern 2 sowie den Haltestiften 8 nebst schraubenkopftigen Enden 10 einerseits und den daran angrenzenden
Schaufelmantel- und Querstegpartien andererseits zusätzliche keramische Wärmeisolierungen bzw. -isolierformteile 16 angeordnet sein, die z. B. aus Aluminiumtitanat oder Zirkonoxid gefertigt sein können. Insbesondere im Bereich der Halteeinrichtung bzw. Verbin-
dungssteile kann auf diese Weise ein Wärmetransport vom Schaufelmantel zum -kern weitestgehend unterbunden werden.
Gemäß F i g. 5 kann der überwiegende Teil des blattseitigen Schaufelkerns 2' von einem der Innenkontur 17
(F i g. 3) des keramischen Schaufelmantels 3 angepaßten Blechmantel 18 umgeben sein. Dieser Blechmantel 18
schließt zwischen sich und dem blattseitigen Teil des Schaufelkerns 2' ein mittels Kühlluft beaufschlagbares
Kanalsystem 19 ein, dessen Konfiguration durch einen
im Sinne einer hocheffizienten Bauteilkühlung ausgebildeten Außenstrukturverlauf des metallischen Schaufelkerns 2' bestimmt sein soll. Von dieser genannten Kühlkonfiguration sind in Fig.5 lediglich Noppen 20 als
Anlageflächen zwischen dem Blechmantel 18 und dem
so Schaufelkern 2' entnehmbar. Dieser Anordnung - -äre
bei extrem hoher Heißgastemperaturerwartung der Vorzug zu geben.
Um den metallischen Schaufelkern noch besser gegenüber der Wärmeabstrahlung aus dem keramischen
Schaufelblatt schützen zu können, kann die dem keramischen Schaufelmantel zugewandte Seite des Blechmantels zusätzlich mit einer strahlungsreflektierenden
Schicht versehen werden.
Das vom Blechmantel 18 nach F i g. 5 umschlossene
Kühlkanalsystem 19 am Schaufelkern 2' ist von der
Schaufelfußseite aus mit Kühlluft beaufschlagbar. Die Kühlluft wird hier zunächst vom an den Schaufelfußnutgrund angrenzenden Hohlraum 13 über radiale Kanäle
21, 2Γ durch den Schaufelkern 2' in Richtung auf das
obere Kernende geieitet und von dort über eine seitliche Kanalverzweigung 22 dem Kühlkanalsystem 19 zugeführt. Der gemeinsame Kühlluftaustritt, über den die
Kühlluft dann aus dem Kühlkanalsystem 19 dem Turbi-
nenk.inal zugeführt werden kann, ist in f·' i g. 5 mit 2.3
bezeichnet, wobei dieser gemeinsame Kühlluflaustritt
23 ;in der Sihaufclfußplattc I in ilen Turbinenkanal ausmündet.
Der in F i g. I und 3 dargestellte keramische Schau- ■>
felmantcl 3 wäre aufgrund der vorbeschriebenen Stiftverbindung, vorzugsweise als Einschraubverbindung
mit d·; ο Schaufelkern sowie der angegebenen QuerstegausiHldung, leicht austauschbar.
Unter anderem können für wesentliche Bauteile folgende Werkstoffe bevorzugt zugrundegelef t werden:
— für den metallischen Schaufelkern :lnconel 100,
— für den keramischen Schaufelmantel : gesintertes Siliziumkarbid oder gesintertes Siliziumnitrid.
— für die metallischen Haltestifte :lnconel 100.
— für den Blechmantel : Inconel625
Die Erfindung eignet sich für alle Arten hochtemperaturgasseitig beaufschlagbarer Turbinen von Strömungsmaschinen, wie Gasturbinentriebwerke für den statio-
nären Betrieb sowie für Gasturbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen.
30
35
40
45
55
60
65
Claims (1)
1. Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke, die aus einem
den Schaufelfuß enthaltenden, tragenden metallischen Kern und einem denselben mit Abstand umhüllenden
keramischen Schaufelmantel besteht, der über eine Halteeinrichtung frei dehnbar am Kern
aufgehängt ist und hierzu vom oberen Ende der Mantelinnenwand aus gegen die Schaufelmitte vorspringende
Absätze aufweist, die zwischen ihrem oberen Ende und dem seitlich außerhalb derselben
radial auskragenden Schaufelmantel einen das verbreiterte Ende der Halteeinrichtung aufnehmenden
Raum definieren, wobei eine von der Schaufelfußseite aus radial durch den Schaufelkern verlaufende
Kühlluftführung mit Kühlkanälen kommuniziert, die die Halteeir-richtung einschließlich des verbreiterten
Endes in Längsrichtung durchsetzen, gekennzeichnet du rch folgende Merkmale:
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3203869A DE3203869C2 (de) | 1982-02-05 | 1982-02-05 | Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke |
FR8221921A FR2521213B1 (fr) | 1982-02-05 | 1982-12-28 | Aube mobile de turbine pour machines a flux gazeux notamment pour mecanismes d'entrainement par turbines a gaz |
US06/461,117 US4480956A (en) | 1982-02-05 | 1983-01-26 | Turbine rotor blade for a turbomachine especially a gas turbine engine |
GB08302126A GB2114676B (en) | 1982-02-05 | 1983-01-26 | Turbine rotor blade |
JP58016318A JPS58144604A (ja) | 1982-02-05 | 1983-02-04 | 流体機械用のタ−ビン回転羽根 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3203869A DE3203869C2 (de) | 1982-02-05 | 1982-02-05 | Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3203869A1 DE3203869A1 (de) | 1983-08-18 |
DE3203869C2 true DE3203869C2 (de) | 1984-05-10 |
Family
ID=6154827
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3203869A Expired DE3203869C2 (de) | 1982-02-05 | 1982-02-05 | Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4480956A (de) |
JP (1) | JPS58144604A (de) |
DE (1) | DE3203869C2 (de) |
FR (1) | FR2521213B1 (de) |
GB (1) | GB2114676B (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19858031A1 (de) * | 1998-12-16 | 2000-06-21 | Rolls Royce Deutschland | Anstreifdichtung zwischen einem Wandabschnitt und den Schaufelspitzen einer Gasturbine |
EP1076157A2 (de) | 1999-08-09 | 2001-02-14 | ALSTOM POWER (Schweiz) AG | Reibungskomponente einer thermischen Turbomaschine |
DE10024302A1 (de) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Alstom Power Nv | Verfahren zur Herstellung eines thermisch belasteten Gussteils |
US7141128B2 (en) | 2002-08-16 | 2006-11-28 | Alstom Technology Ltd | Intermetallic material and use of this material |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2538029A1 (fr) * | 1982-12-15 | 1984-06-22 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Perfectionnements apportes aux aubes ceramiques, tournantes ou fixes de turbomachines |
DE3521782A1 (de) * | 1985-06-19 | 1987-01-02 | Mtu Muenchen Gmbh | Hybridschaufel aus metall und keramik zusammengesetzt |
JPH02215903A (ja) * | 1989-02-13 | 1990-08-28 | Toshiba Corp | ターボ機械の動翼構造 |
GB2239214B (en) * | 1989-12-23 | 1993-11-03 | Rolls Royce Plc | A sandwich structure and a method of manufacturing a sandwich structure |
US5193736A (en) * | 1991-03-01 | 1993-03-16 | Interturbine Corporation | Method for repairing turbine vanes |
US5476363A (en) * | 1993-10-15 | 1995-12-19 | Charles E. Sohl | Method and apparatus for reducing stress on the tips of turbine or compressor blades |
US6000906A (en) * | 1997-09-12 | 1999-12-14 | Alliedsignal Inc. | Ceramic airfoil |
DE19750516A1 (de) * | 1997-11-14 | 1999-05-20 | Asea Brown Boveri | Abreibbare Dichtung |
DE19848104A1 (de) | 1998-10-19 | 2000-04-20 | Asea Brown Boveri | Turbinenschaufel |
DE19928871A1 (de) * | 1999-06-24 | 2000-12-28 | Abb Research Ltd | Turbinenschaufel |
GB2378733A (en) * | 2001-08-16 | 2003-02-19 | Rolls Royce Plc | Blade tips for turbines |
US7497215B1 (en) * | 2002-12-20 | 2009-03-03 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Medical ventilator with compressor heated exhalation filter |
US7080971B2 (en) * | 2003-03-12 | 2006-07-25 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Cooled turbine spar shell blade construction |
JP2005201079A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | タービン翼及びその製造方法 |
GB0428201D0 (en) * | 2004-12-22 | 2005-01-26 | Rolls Royce Plc | A composite blade |
US7597536B1 (en) * | 2006-06-14 | 2009-10-06 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Turbine airfoil with de-coupled platform |
US20090180869A1 (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-16 | Brock Gerald E | Inlet wind suppressor assembly |
US20090280009A1 (en) * | 2008-01-16 | 2009-11-12 | Brock Gerald E | Wind turbine with different size blades for a diffuser augmented wind turbine assembly |
US20090280008A1 (en) | 2008-01-16 | 2009-11-12 | Brock Gerald E | Vorticity reducing cowling for a diffuser augmented wind turbine assembly |
US8142163B1 (en) * | 2008-02-01 | 2012-03-27 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Turbine blade with spar and shell |
US8007242B1 (en) | 2009-03-16 | 2011-08-30 | Florida Turbine Technologies, Inc. | High temperature turbine rotor blade |
JP5343992B2 (ja) | 2011-03-23 | 2013-11-13 | 株式会社豊田中央研究所 | 内燃機関の軸受構造 |
US9133712B2 (en) * | 2012-04-24 | 2015-09-15 | United Technologies Corporation | Blade having porous, abradable element |
FR2990367B1 (fr) * | 2012-05-11 | 2014-05-16 | Snecma | Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine |
US20150192029A1 (en) * | 2012-09-20 | 2015-07-09 | General Electric Company | Turbomachine blade tip insert |
EP2959110B1 (de) * | 2013-02-23 | 2017-06-28 | Rolls-Royce Corporation | Gasturbinenmotorkomponente |
DE102014206162A1 (de) * | 2014-04-01 | 2015-10-01 | Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg | Abgasturbolader |
US10202854B2 (en) * | 2014-12-18 | 2019-02-12 | Rolls-Royce North America Technologies, Inc. | Abrasive tips for ceramic matrix composite blades and methods for making the same |
US9982684B2 (en) | 2015-08-07 | 2018-05-29 | General Electric Company | Hybrid metal compressor blades |
US10196904B2 (en) * | 2016-01-24 | 2019-02-05 | Rolls-Royce North American Technologies Inc. | Turbine endwall and tip cooling for dual wall airfoils |
US9506350B1 (en) | 2016-01-29 | 2016-11-29 | S&J Design, Llc | Turbine rotor blade of the spar and shell construction |
US10724380B2 (en) * | 2017-08-07 | 2020-07-28 | General Electric Company | CMC blade with internal support |
US10738644B2 (en) | 2017-08-30 | 2020-08-11 | General Electric Company | Turbine blade and method of forming blade tip for eliminating turbine blade tip wear in rubbing |
US11215061B2 (en) * | 2020-02-04 | 2022-01-04 | Raytheon Technologies Corporation | Blade with wearable tip-rub-portions above squealer pocket |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US730363A (en) * | 1902-08-21 | 1903-06-09 | Gen Electric | Detachable turbine-bucket. |
FR51723E (fr) * | 1941-08-14 | 1943-04-09 | Bmw Flugmotorenbau Gmbh | Aube de rotor pour turbines à gaz d'échappement |
GB572059A (en) * | 1943-02-18 | 1945-09-20 | British Thomson Houston Co Ltd | Improvements in and relating to blades for compressors and like machines |
US2479057A (en) * | 1945-03-27 | 1949-08-16 | United Aircraft Corp | Turbine rotor |
FR999820A (fr) * | 1946-01-11 | 1952-02-05 | Perfectionnements aux turbines à gaz | |
GB1119392A (en) * | 1966-06-03 | 1968-07-10 | Rover Co Ltd | Axial flow rotor for a turbine or the like |
GB1187978A (en) * | 1966-10-01 | 1970-04-15 | Plessey Co Ltd | Improvements in or relating to Gas-Turbine Rotors. |
DE1801475B2 (de) * | 1968-10-05 | 1971-08-12 | Daimler Benz Ag, 7000 Stuttgart | Luftgekuehlte turbinenschaufel |
US4169020A (en) * | 1977-12-21 | 1979-09-25 | General Electric Company | Method for making an improved gas seal |
DE2834843A1 (de) * | 1978-08-09 | 1980-06-26 | Motoren Turbinen Union | Zusammengesetzte keramik-gasturbinenschaufel |
DE2834864C3 (de) * | 1978-08-09 | 1981-11-19 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Laufschaufel für eine Gasturbine |
FR2463849A1 (fr) * | 1979-08-23 | 1981-02-27 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Perfectionnements apportes aux aubes tournantes de turbines a gaz, et aux turbines a gaz equipees de ces aubes |
US4390320A (en) * | 1980-05-01 | 1983-06-28 | General Electric Company | Tip cap for a rotor blade and method of replacement |
US4411597A (en) * | 1981-03-20 | 1983-10-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Tip cap for a rotor blade |
-
1982
- 1982-02-05 DE DE3203869A patent/DE3203869C2/de not_active Expired
- 1982-12-28 FR FR8221921A patent/FR2521213B1/fr not_active Expired
-
1983
- 1983-01-26 GB GB08302126A patent/GB2114676B/en not_active Expired
- 1983-01-26 US US06/461,117 patent/US4480956A/en not_active Expired - Fee Related
- 1983-02-04 JP JP58016318A patent/JPS58144604A/ja active Granted
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19858031A1 (de) * | 1998-12-16 | 2000-06-21 | Rolls Royce Deutschland | Anstreifdichtung zwischen einem Wandabschnitt und den Schaufelspitzen einer Gasturbine |
EP1076157A2 (de) | 1999-08-09 | 2001-02-14 | ALSTOM POWER (Schweiz) AG | Reibungskomponente einer thermischen Turbomaschine |
DE19937577A1 (de) * | 1999-08-09 | 2001-02-15 | Abb Alstom Power Ch Ag | Reibungsbehaftete Gasturbinenkomponente |
DE10024302A1 (de) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Alstom Power Nv | Verfahren zur Herstellung eines thermisch belasteten Gussteils |
EP1645347A1 (de) | 2000-05-17 | 2006-04-12 | Alstom Technology Ltd | Verfahren zur Herstellung eines thermisch belasteten Gussteils |
US7141128B2 (en) | 2002-08-16 | 2006-11-28 | Alstom Technology Ltd | Intermetallic material and use of this material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2114676B (en) | 1985-06-05 |
FR2521213A1 (fr) | 1983-08-12 |
US4480956A (en) | 1984-11-06 |
GB8302126D0 (en) | 1983-03-02 |
DE3203869A1 (de) | 1983-08-18 |
FR2521213B1 (fr) | 1986-04-25 |
GB2114676A (en) | 1983-08-24 |
JPS58144604A (ja) | 1983-08-29 |
JPS6310282B2 (de) | 1988-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3203869C2 (de) | Turbinenlaufschaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke | |
DE3110098C2 (de) | Turbinenleitschaufel für Gasturbinentriebwerke | |
EP0118020B1 (de) | Keramische Turbinenschaufel mit metallenem Stützkern | |
EP1007271B1 (de) | Gasturbinenschaufel und verfahren zum herstellen einer gasturbinenschaufel | |
EP1173657B1 (de) | Turbinenschaufel und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel | |
DE3211139C1 (de) | Axialturbinenschaufel,insbesondere Axialturbinenlaufschaufel fuer Gasturbinentriebwerke | |
DE3019920C2 (de) | Einrichtung zur äußeren Ummantelung der Laufschaufeln von Axialturbinen für Gasturbinentriebwerke | |
DE3110180C2 (de) | ||
EP0285778B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Gasturbinenschaufel bestehend aus Fussstück, Schaufelblatt und Deckplatte oder Deckband, wobei das Schaufelblatt aus einer dispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung besteht, und nach diesem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Gasturbinenschaufel | |
DE3821005C2 (de) | ||
DE2158307C3 (de) | Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug | |
EP3191244B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer laufschaufel und so erhaltene schaufel | |
DE19809008C2 (de) | Gasturbinenschaufel | |
DE2743355C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines gekrümmten Kühlluftschlitzes | |
DE3521782A1 (de) | Hybridschaufel aus metall und keramik zusammengesetzt | |
DE3102575A1 (de) | "spitzenkappe fuer eine rotorschaufel und verfahren zum austauschen derselben" | |
EP0224817A1 (de) | Hitzeschildanordnung, insbesondere für Strukturteile von Gasturbinenanlagen | |
DE102011121634A1 (de) | Turbinenschaufel | |
EP0290783B1 (de) | Befestigung einer Deckplatte an dem Blatt einer Turbomaschinenschaufel | |
DE102019122029B4 (de) | Schützen eines lochs in der komponente während des beschichtungsprozesses mit einem stopfen mit wasserlöslicher schicht | |
DE2900545C3 (de) | Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk | |
DE715421C (de) | Hohlschaufel fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Brennkraftturbinen, und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
EP0973998B1 (de) | Verfahren zur kühlung einer turbinenschaufel | |
DE202011109225U1 (de) | Turbinenschaufel | |
EP1481747A2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines wärmebelasteten Bauteils sowie wärmebelastetes Bauteil |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |