DE69317901T2

DE69317901T2 - Verstärkte hinterkante für gusskern einer turbinenschaufel

Info

Publication number: DE69317901T2
Application number: DE69317901T
Authority: DE
Inventors: Dennis Green; David Martin; Edward Szela; George Yamarik
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: EP0670954A1; JPH08503530A; DE69317901D1; EP0670954B1; US5337805A; JP3456534B2; WO1994012767A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf kühlbare Flügelprofilstrukturen des Typs zur Anwendung in Hochtemperaturrotationsmaschinen, und mehr insbesondere, auf die Struktur zum Formen von Einrichtungen im Innern des Hinterkantenabschittes, welche Kühlfluid zu kritischen Stellen dieses Abschnittes leiten. Die beschriebenen Gestaltungen finden Anwendung sowohl bei Turbinenleitschaufeln als auch bei Turbinenlaufschaufeln.

Hintergrund der Erfindung

Eine Axialströmungsrotationsmaschine, wie zum Beispiel ein Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug, hat einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein Strömungsweg für heiße Arbeitsmediumgase verläuft axial durch das Triebwerk. Der Strömungsweg für heiße Gase ist im wesentlichen ringförmig gestaltet.
Wenn Arbeitsmediumgase längs dem Strömungsweg fließen, werden die Gase verdichtet in dem Verdichterabschnitt, wodurch die Temperatur und der Druck der Gase ansteigt. Heiße, verdichtete Gase werden in dem Verbrennungsabschnitt mit Kraftstoff verbrannt, um den Gasen Energie zuzuführen. Diese Gase werden entspannt durch den Turbinenabschnitt zur Erzeugung von brauchbarer Arbeit und Schub.
Das Triebwerk hat einen Rotoraufbau im Turbinenabschnitt, der über eine Rotorscheibe und sich davon nach außen erstreckende Flügel geeignet ist, um den heißen Arbeitsmediumgasen Energie zu entziehen. Der Rotoraufbau erstreckt sich in den Verdichterabschnitt. Der Rotoraufbau hat Verdichterflügel, die sich nach außen durch den Arbeitsmediumströmungsweg erstrecken. Die Hochenergie- Arbeitsmediumgase in dem Turbinenabschnitt werden durch die Turbinenflügel entspannt zum Antreiben des Rotoraufbaus um seine Rotationsachse. Die Verdichterflügel drehen mit der Rotoranordnung und treiben die einströmenden Arbeitsmediumgase nach hinten, verdichten die Gase und erteilen den Gasen eine Wirbelgeschwindigkeit.
Jeder Rotorflügel hat ein Flügelprofil zum Leiten der heißen Arbeitsmediumgase durch die Stufe der Rotorschaufeln und um Energie aus den Gasen aufzunehmen. Dementsprechend sind die Flügelprofile während dem Betrieb in heiße Arbeitsmediumgase eingetaucht, wodurch thermische Spannungen in den Flügelprofilen bedingt sind. Diese thermischen Spannungen beeinträchtigen die strukturelle Integrität und Dauerfestigkeit des Flügelprofils. Außerdem erhöhen die Rotationskräfte, welche am Rotorblatt angreifen, wenn das Rotorblatt um die Drehachse antrieben wird, die Spannungen, welchen das Rotorblatt ausgesetzt ist.
Rotorflügel werden üblicherweise gekühlt, um dadurch eine zufriedenstellende strukturelle Integrität und Dauerfestigkeit für das Rotorblatt zu erreichen.
Ein Beispiel eines solchen Rotorflügels ist gezeigt in der US-A-4,474,532 betitelt "Kühlbares Flügelprofil für eine Rotationsmaschine", erteilt an Pazder und übertragen auf die Firma United Technologies Corporation. Ein anderes Beispiel für einen kühlbaren Rotorflügel ist gezeigt in der US-A-4,278,400 erteilt an Yamarik und Levengood betitelt "Kühlbarer Rotorflügel" und übertragen auf die Firma United Technologies Corporation. Jeder dieser Rotorflügel ist mit einer Mehrzahl von Kühlluftkanälen im Innern des Rotorflügels versehen. Kühlluft strömt durch die Kanäle zu dem hintersten Teil des Rotorflügels, üblicherweise als Hinterkante bezeichnet, und von dort strömt die Kühlluft aus in den Arbeitsmediumströmungsweg.
Wie in Yamarik gezeigt, hat der Hinterkantenabschnitt des Rotorflügels mehrere Streben in dem Hinterkantenabschnitt zur Steigerung der Wärmeübertragung. Eine ähnliche Hinterkantenkühleinrichtung ist auch gezeigt in den Figuren 1 und 4 der US-A-4,767,268 betitelt "Gekühltes Flügelprofil mit dreifacher Strömung", erteilt an Auxier, Hall und Tequesta und übertragen auf die Firma United Technologies Corporation, welche Streben aufweist, die sich zwischen der Druckseitenwand und der Saugseitenwand des Flügelprofils erstrecken. Mehr und mehr komplexe Konstruktionen wurden entwickelt zur Steigerung der Wärmeübertragung auf das Kühlfluid. Diese umfassen eine Konstruktion, wie in den Figuren 5 und 7 der Auxier et al Patentschrift gezeigt ist, wobei zwei sich in Spannweitenrichtung erstreckende Rippen in dem Hinterkantenbereich eine Mehrzahl von Löcher aufweisen, zum Leiten von Kühlluft durch die Löcher, um die Wärmeübertragung in dem Hinterkantenabschnitt des Flügelprofils zu verbessern. Diese Rippen sind verhältnismäßig schmal in Sehnenrichtung und verhältnismäßig lang in Spannweitenrichtung und vereinigen sich mit einer in Sehnenrichtung verlaufenden Wurzelwand und einer in Sehnenrichtung verlaufenden Spitzenwand an den Spannweitenenden derselben.
Während dem Gießvorgang eines solchen Flügelprofils, wird ein keramischer Kern (der die Öffnungen und die Struktur in dem Hinterkantenbereich bildet) in das Innere einer flügelprofilartigen Form angeordnet. Der Hinterkantenabschnitt des Kernes hat ein erstes und ein zweites sich in Spannweitenrichtung erstreckendes Kanalformelement, welche in Spannweitenrichtung durchgehend sind, und ein drittes sich in Spannweitenrichtung erstreckendes Element, das in Spannweitenrichtung unterbrochen ist, sowie eine erste Reihe von in Spannweitenrichtung beabstandeten, sich in Sehnenrichtung erstreckenden Löcherformelementen zwischen dem ersten und zweiten Kanalformelement und eine zweite Reihe von in Spannweitenrichtung beabstandeten, sich in Sehnenrichtung erstreckenden Löcherformelementen zwischen dem zweiten Kanalformelement und dem dritten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Element. Geschmolzenes Metall wird um den Kern gegossen und dringt rasch in die Form während dem Gießvorgang. Das geschmolzene Metall füllt die Öffnungen zum Bilden einer festen Struktur und fließt um das feste keramische Kernmaterial zum Formen von Löchern, wie zum Beispiel die Löcher in den Rippen. Wenn das geschmolzene Metall in die Struktur eindringt, können Teile des Kerns in dem Hinterkantenbereich einbrechen was zu einem unbrauchbaren Gußstück führt.
Unbeachtet des oben erwähnten Standes der Technik sind Wissenschaftler und Ingenieure bestrebt, kühlbare Flügelprofile zu entwickeln, die mit Kernen herzustellen sind, welche den Kräften widerstehen, welche während dem Gießvorgang auf den Kern ausgeübt werden und welche eine Kühlstruktur mit zufriedenstellender Gestaltung in dem fertigen Flügelprofil bilden.

Beschreibung der Erfindung

Entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 6 gekennzeichnet, hat ein Kern zur Bildung eines Flügelprofilgußstückes um den Kern, zwei in Spannweitenrichtung verlaufende Kanalelemente, welche Löcherformelemente in dem Kern tragen und in Sehnenrichtung und in Spannweitenrichtung abgestützt sind durch einen Rahmen mit vier Seiten. Der Rahmen hat in Sehnenrichtung verlaufende Kanalformelemente, deren Querschnittsflächen in Spannweitenrichtung benachbart zu Löcherformelementen etwa doppelt so groß ist oder größer, wie die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung der mittleren Querschnittsfläche der Löcherformelemente zum starren Tragen des ersten und zweiten in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanalformelementes.
Gemäß einem bestimmten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die in Sehnenrichtung verlaufende Kanalformelemente parallel.
In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die in Sehnenrichtung verlaufende Kanalformelemente nicht parallel. In jedem dieser Ausführungsbeispiele haben die in in Sehnenrichtung verlaufende Kanalformelemente einen durchgehenden Kernmaterialstrang.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, hat ein Flügelprofil entsprechend dem unabhängigen Anspruch 12 mit einem Hinterkantenabschnitt zwei in Spannweitenrichtung verlaufende Rippen, die unterbrochen sind durch Öffnungen, welche über einen in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanal mit Kühlfluid versorgt werden; und der in Spannweitenrichtung verlaufende Kanal ist in Strömungsverbindung mit dem Hinterkantenabschnitt über einen Spitzenkanal und einen Wurzelkanal, welche eine Sichtlinie an den Enden der in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanäle vorbei aufweisen.
Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Kern zur Bildung eines Flügelprofilgußstücks. Der Kern hat eine Reihe von Löcherformelementen, die jeweils durch Öffnungen beabstandet sind. (Die Löcher bilden zwei in Spannweitenrichtung verlaufende Rippen, die mit Reihen von Löchern versehen sind, welche sich in dem fertigen Flügelprofil durch die Rippen erstrecken). Ein anderes Merkmal ist ein Paar von in Sehnenrichtung verlaufenden Kanalformelemente. Ein dazwischen liegendes (inneres) Paar von in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanalformelementen ist daran befestigt am Spitzenende und am Wurzelende des Hinterkantenabschnittes. Die in Sehnenrichtung verlaufenden Elemente sind verbunden durch ein in Spannweitenrichtung verlaufendes Kanalformelement und ein viertes Element, das in Spannweitenrichtung verläuft. Diese sind befestigt an den Enden des in Sehnenrichtung verlaufenden Kanalformelementes zur Bildung eines Rahmens für die zwei inneren Kanalformelemente. In einem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis der Querschnittsflächen der in Sehnenrichtung verlaufenden Kanäle zu den Querschnittsflächen der Löcherformelemente etwa 2:1 oder größer. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist es mindestens 4:1.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist die Eignung für Flügelprofilgußstücke mit einem komplexen Hinterkantenabschnitt, infolge des wirksamen Abstützens der in Spannweitenrichtung verlaufenden Elemente in dem Kern des Flügelprofils. Ein anderer Vorteil ist die Dauerfestigkeit des Flügelprofils infolge der wirksamen Kühlung durch die Anwendung der komplexen Struktur in dem Hinterkantenabschnitt des Flügelprofils. Andere Merkmale und Vorteile sind zu erkennen aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, welche Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Seitenansicht eines Flügelprofils, wie zum Beispiel eines Rotorflügels, teilweise im Schnitt und teilweise aufgebrochen zur Darstellung der Saugseitenwand im Innern des Flügelprofils im Hinterkantenabschnitt des Flügelprofils.
Figur 2 ist eine Schnittansicht des Teiles des Kerns, der benutzt wird zum Formen des Hinterkantenabschnittes des Flügelprofils nach Figur 1;
Figur 3 ist eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispieles des Flügelprofils nach Figur 1, zum Teil im Schnitt und zum Teil aufgebrochen, zum Zeigen der Saugseitenwand im Innern des Flügelprofils in dem Hinterkantenabschnitt des Flügelprofils.
Figur 4 ist eine Querschnittansicht eines Teiles des zum Formen des Hinterkantenabschnittes des Flügelprofils nach Figur 3 benutzten Kerns;
Figur 5 ist eine Ansicht längs der Richtung 5-5 nach Figur 1.
Figur 5a ist eine Ansicht des Kerns nach Figur 2 gemäß der in Figur 5 genommenen Ansicht des Rotorflügels nach Figur 1.
Figur 6 ist eine Ansicht gemäß der Richtung 6-6 nach Figur 1.
Figur 6a ist eine Ansicht des Kerns nach Figur 1 gemäß der in Figur 6 genommenen Ansicht des Rotorflügels nach Figur 1.
Figur 7 ist eine Ansicht gemäß der Richtung 7-7 nach Figur 3.
Figur 7a ist eine Ansicht des Kerns nach Figur 4 gemäß der in Figur 7 genommenen Ansicht des Rotorflügels nach Figur 3.
Figur 8 ist eine Ansicht gemäß der Richtung 8-8 nach Figur 3.
Figur 8a ist eine Ansicht des Kerns nach Figur 4 gemäß der in Figur 8 genommenen Ansicht des Rotorflügels nach Figur 3.

Bestes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Flügelprofilstruktur, wie zum Beispiel einen Rotorflügel 10, für eine Rotationsmaschine. Die Flügelprofilstruktur hat ein Flügelprofil mit einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 16. Der Rotorflügel hat eine in Spannweitenrichtung verlaufende Bezugsrichtung S und eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsrichtung C. Es ist zu verstehen, daß die Flügelprofilstruktur eine Statorschaufel sein könnte.
Der Rotorflügel hat einen Wurzelabschnitt 18 und einen Plattformabschnitt 20 in der Nähe des ersten Endes. Der Wurzelabschnitt dient zum Eingriff in den Rotor einer Rotationsmaschine. Der Plattformabschitt bildet einen Teil der inneren Wand des Strömungsweges für Arbeitsmediumgase in der Rotationsmaschine. Ein Flügelprofilabschnitt 12 erstreckt sich nach außen von dem Plattformabschnitt. Der Flügelprofilabschnitt ragt nach außen durch den Arbeitsmediumströmungsweg und hat eine Spitze von seinem äußerst außen liegenden Ende.
Der Wurzelabschnitt hat eine in Sehnenrichtung verlaufende Wurzelwand 22. Eine erste Luftzuführung 24, eine zweite Luftzuführung 26 und eine dritte Luftzuführung 28 sind in Strömungsverbindung mit einer Kühlluftquelle, wie zum Beispiel ein Verdichter (nicht dargestellt). Diese Luftzuführungen ragen durch die Wurzelwand zu dem Flügelprofilabschnitt.
Der Flügelprofilabschnitt hat eine Vorderkante 34 und eine Hinterkante 36. Eine Saugseitenwand 38 und eine Druckseitenwand 42 (zum Teil weggebrochen in Figur 1 für die Übersichtlichkeit) sind miteinander verbunden an der Vorderkante und an der Hinterkante. Die Druckseitenwand ist beabstandet von der Saugseitenwand, um einen Hohlraum 44 dazwischen zu bilden. Der Hohlraum ist in Strömungsverbindung über die Luftzuführungen mit der Kühlluftquelle.
Eine Wand 46, die sich in Spannweitenrichtung erstreckt, begrenzt den Hinterkantenabschnitt des Hohlraumes. Die Wand erstreckt sich weiter in Form einer Spitzenwand 48 in Sehnenrichtung und ist in Spannweitenrichtung beabstandet von der Wurzelwand zum Begrenzen des Hinterkantenabschnittes 50.
Der Hinterkantenabschnitt hat eine Mehrzahl von Schlitzen 52 am hinteren Ende des Flügelprofils. Jeder Schlitz ist begrenzt durch eine tropfförmige Strebe 54, die sich von der Druckseitenwand zu der Saugseitenwand erstreckt. Eine erste Rippe 56 verläuft in Spannweitenrichtung zwischen der Wurzelwand 22 und der Spitzenwand 48, um einen ersten in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanal 58 zwischen der Rippe und den Streben freizulassen. Eine zweite Rippe 62, die von der ersten Rippe in Sehnenrichtung beabstandet ist, liegt zwischen der ersten Rippe und den Streben zum Freilassen eines zweiten in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanals 64, der sich zwischen der zweiten Rippe und den Streben erstreckt. Die erste Rippe ist auch in Sehnenrichtung beabstandet von der in Spannweitenrichtung verlaufenden Wand 46 zum Freilassen eines dritten Kanals 66 zwischen der ersten Rippe und der Wand. Der dritte Kanal ist in Strömungsverbindung mit der dritten Luftzuführung zum Zuführen von Kühlluft zu dem Spitzenabschnitt des Flügelprofils. Die erste Rippe hat eine Mehrzahl von Löchern 68 mit einer mittleren Querschnittsfläche A1. Die Löcher verlaufen in Sehnenrichtung durch die erste Rippe, um den dritten Kanal in Strömungsverbindung mit dem ersten Kanal zu setzen. Die Löcher sind in Sehnenrichtung ausgerichtet mit dem durchgehenden Teil der zweiten Rippe 62, um Kühlluft über den ersten Kanal zu leiten, zum Aufprallenlassen der Kühlluft auf die zweite Rippe.
Die zweite Rippe 62 hat eine Mehrzahl von zweiten Löchern 72, die durch die Rippe verlaufen, um den ersten Kanal in Strömungsverbindung mit dem zweiten Kanal zu setzen. Die Löcher in der zweiten Rippe sind jeweils in Sehnenrichtung ausgerichtet, mit einer zugeordneten Strebe an der Hinterkante des Hinterkantenabschnittes 50 zum Aufprallenlassen der Kühiluft auf die Streben während dem Betrieb. Die Löcher in der zweiten Rippe haben eine mittlere Querschnittsfläche A&sub2;. Jede der Öffnungen ist um eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse angeordnet.
Ein fünfter Kanal 74 verläuft in Sehnenrichtung längs der Spitzenwand vom dritten Kanal zum Auslaß des Turbinenflügels. Der fünfte Kanal kühlt den kritischen Spitzenabschnitt. Der fünfte Kanal hat eine durchgehende Sichtlinie vom dritten Kanal zum Auslaß des Turbinenflügels. Der fünfte Kanal hat eine minimale Querschnittsfläche A&sub5;, die mindestens dem vierfachen der mittleren Querschnittsfläche A&sub1;, A&sub2; der Löcher in der ersten Rippe und der zweiten Rippe entspricht.
Ein sechster Kanal 76 verläuft in Sehnenrichtung von dem dritten Kanal zum Ausgang des Turbinenflügels. Der sechste Kanal hat eine durchgehende Sichtlinie von dem dritten Kanal zum Auslaß des Turbinenflügels. Der sechste Kanal hat eine minimale Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung, die mindestens dem Vierfachen der Querschnittsfläche der Löcher A&sub1;, A&sub2; entspricht. Der sechste Kanal verläuft in Sehnenrichtung in der Nähe der Wurzelwand und ist im wesentlichen parallel zu dem fünften Kanal in dem Spitzenabschnitt des Flügelprofils.
Die Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Hinterkantenabschnittes des Kerns 80, der benutzt wird zum Formen des in Figur 1 gezeigten Hinterkantenabschnittes. Zum Formen der ersten Rippe hat der Kern eine erste Reihe 82 von Löcherformelementen. Jedes Element ist angeordnet, um eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse. Jedes Element ist in Spannweitenrichtung beabstandet von dem benachbarten Element um eine erste Rippenformöffnung 84 dazwischen freizulassen. Die erste Öffnung hat in Spannweitenrichtung eine Querschnittsfläche, welche größer ist als die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des Lochformelementes.
Zum Formen der zweiten Rippe 62, hat der Kern eine zweite Reihe von Löcherformelementen 86. Die zweite Reihe von Löcherformelementen sind jeweils angeordnet, um eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse. Jedes Element ist in Spannweitenrichtung beabstandet von dem benachbarten Element, um dazwischen eine zweite Rippenformöffnung 88 freizulassen. Die zweite Öffnung hat eine Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung, welche größer ist als die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des Lochformelements. Jede zweite Öffnung ist in Sehnenrichtung ausgerichtet mit einem zugeordneten Lochformelement der ersten Reihe von Löcherformelementen.
Zum Formen der Streben hat der Kern eine dritte Reihe von Löcherformelementen 92. Jedes Element ist angeordnet um eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse. Jedes dritte Element 92 ist in Spannweitenrichtung beabstandet von dem benachbarten Element, um eine dritte Strebenformöffnung 94 dazwischen freizulassen. Jedes dritte Öffnung hat eine Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung, die in Sehnenrichtung abnimmt (das heißt, in der Richtung von der zweiten Reihe von Löcherformelementen weg). Jede dritte Öffnung ist in Sehnenrichtung ausgerichtet mit einem zugeordneten Lochformelement der zweiten Reihe von Löcherformelementen.
Der Kern hat ein erstes Kanalformelement 96, das in Spannweitenrichtung verläuft und in Spannweitenrichtung durchgehend ist. Das erste Kanalformelement begrenzt die ersten und die zweiten Rippenformöffnungen in Spannweitenrichtung. Das erste Kanalformelement erstreckt sich in Sehnenrichtung zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen und ist mit denselben verbunden.
Ein zweites Kanalformelement 98 erstreckt sich in Spannweitenrichtung und ist in Spannweitenrichtung durchgehend. Das zweite Kanalformelement ist in Sehnenrichtung beabstandet von dem ersten Kanalformelement 96. Das zweite Kanalformelement begrenzt die zweiten Rippenformöffnungen in Spannweitenrichtung. Das zweite Kanalformelement erstreckt sich in Sehnenrichtung zwischen der zweiten und der dritten Reihe von Löcherformelementen und ist mit denselben verbunden.
Ein drittes Kanalformelement 102 verläuft in Spannweitenrichtung und ist in Spannweitenrichtung durchgehend. Das dritte Kanalformelement begrenzt die ersten Rippenformöffnungen in Spannweitenrichtung und ist verbunden mit der ersten Reihe von Löcherformelementen.
Der Kern hat ein viertes Element 104, das in Spannweitenrichtung verläuft längs der Hinterkante und in Spannweitenrichtung durchgehend ist. Das vierte Element begrenzt die dritten Strebenformelemente in Spannweitenrichtung und ist mit der dritten Reihe von Löcherformelementen verbunden.
Der Kern hat ein fünftes Kanalformelement 106 mit einem ersten Ende 108 und einem zweiten Ende 112. Das fünfte Kanalformelement verläuft in Sehnenrichtung und ist am ersten Ende mit dem dritten Kanalformelement 102 verbunden. Das fünfte Kanalformelement ist mit dem ersten und dem zweiten Kanalformelement 96, 98 verbunden und ist am zweiten Ende mit dem vierten in Spannweitenrichtung verlaufenden Element 104 verbunden.
Der Kern hat ein sechstes Kanalformelement 114 mit einem ersten Ende 116 und einem zweiten Ende 118. Das sechste Kanalformelement verläuft in Sehnenrichtung. Das sechste Kanalformelement ist am ersten Ende mit dem dritten in Spannweitenrichtung verlaufenden Kanalformelement 102 verbunden. Das sechste Kanalformelement ist auch mit dem ersten und dem zweiten Kanalformelement 96, 98 verbunden und ist am zweiten Ende mit dem vierten in Spannweitenrichtung verlaufenden Element 104 verbunden. Demgemäß, wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, ist ein Rahmen gebildet durch das dritte, vierte und sechste Kanalformelement 102, 106, 114 und das vierte Element 104. Und quer durch den Rahmen von oben nach unten erstrecken sich das erste und das zweite Kanalformelement 96, 98, die die sehr schmalen Löcherformelemente 82, 86 tragen, welche sich dazwischen erstrecken. Besonders bemerkenswert sind das fünfte und das sechste Kanalformelement, welche eine Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung aufweisen, die größer ist als die mittlere Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen. Wie schon erwähnt, ist das Verhältnis der Querschnittsflächen in Spannweitenrichtung des fünften Kanals zu der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen mindestens größer als vier.
Figur 3 ist eine Ansicht entsprechend der Ansicht nach Figur 1 eines anderen Ausführungsbeispieles des Rotorflügels nach Figur 1. Die Elemente des Rotorflügels haben das gleiche Bezugszeichen mit einem Index "a".
Der sechste Kanal 114a, wie der sechste Kanal in Figur 1, hat eine durchgehende Sichtlinie, die sich von dem dritten Kanal 102a durch den Rippenbereich 84, 88 des Hinterkantenabschnittes erstreckt. Der sechste Kanal ist nicht parallel zu dem fünften Kanal, hat aber wie der fünfte und sechste Kanal einen Bereich, der im wesentlichen (etwa doppelt so groß wie) der mittleren Querschnittsfläche durch die Rippen entspricht.
Genau wie die Figur 3 der Figur 1 entspricht, entspricht die Figur 4 der Kernzeichnung nach Figur 2 und gleiche Bezugszeichen mit dem Index a sind vorgesehen. Wie zu erkennen ist, ist das sechste Kanalformelement 114a nicht parallel zu dem fünften Kanalformelement 106a. Trotzdem hat das sechste Kanalformelement einen durchgehenden Kernmaterialstrang, der sich in Sehnenrichtung beidseitig an der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen vorbei erstreckt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Sichtlinie nur bis zu den Streben verlaufen.
Die Figuren 5, 6, 7 und 8 sind Schnittansichten von Teilen des Flügelprofils zur Darstellung des Zusammenhangs der Größe der Kanalformelemente zu dem schmalsten Bereich des in Sehnenrichtung verlaufenden Kanals.
Die Figuren 5A, 6A, 7A und 8A, welche den Kern zeigen, sind Ansichten, die längs Linien genommen sind, welche den in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ansichten entsprechen. Diese zeigen die relative Größe der Querschnittsflächen der kritischen in Sehnenrichtung verlaufenden fünften und sechsten Kanalformelemente 106, 114 zu den mehr empfindlichen Löcherformelementen. In dem Flügelprofil nach Figur 1 haben die Löcherformelemente zum Beispiel eine seitliche Abmessung von etwa 0,071 auf 0,060 cm (achtundzwanzig (28) Tausendstel auf vierundzwanzig (24) Tausendstel) für eine Gesamtquerschnittsfläche von etwa 0,032 cm² (fünf (5) Zehntausendstel eines Quadratzolls) (Figur 5, 5A). Der Kanal an der Wurzelwand ist etwa 0,152 cm (sechzig (60) Tausendstel) hoch in der Spannweitenrichtung und 0,127 cm (fünfzig (50) Tausendstel) in der seitlichen oder Sehnenrichtung für eine Gesamtquerschnittsfläche A&sub6; von 0,0154 cm² (vierundzwanzig (24) Zehntausendstel eines Quadratzolls) (Figur 5, 5A). Die Figur 6, 6A zeigt einen Querschnitt durch den minimalen Bereich des fünften Kanals mit einer seitlichen Breite von 0,114 cm (fünfundvierzig (45) Tausendstel) und eine Spannweitenhöhe von 0,203 cm (achtzig (80) Tausendstel) für eine Querschnittsfläche A&sub5; von 0,0193 cm² (dreißig (30) Tausendstel eines Quadratzolls).
In ähnlicher Weise hat der Kern Abmessungen, welche bemessen sind zum Formen der Löcher dieser Größenordnung in dem fertigen Gußstück.
Die Figuren 7 und 8 haben enge Löcher in den Rippen, welche eine Querschnittsfläche von etwa 0,070 cm² (elf (11) Zehntausendstel eines Quadratzolls) aufweisen und Löcher in dem fünften und dem sechsten Kanal, welche eine Querschnittsfläche von etwa 0,0141 cm² (zweiundzwanzig (22) Zehntausendstel eines Quadratzolls) aufweisen.
In ähnlicher Weise hat der Kern 7A, 8A Abmessungen, welche bemessen sind zum Formen dieser Löcher.
Während dem Gießen des Hinterkantenabschnittes trägt der Rahmen verhältnismäßig starr das erste und das zweite Kanalformelement und die empfindlichen Löcherformelemente sowie die Hinterkantenschlitzformelemente in dem Hinterkantenbereich. Empirische Ergebnisse zeigen eine wesentlich verminderte Ausschußrate im Vergleich zu den bekannten Ausführungen, wobei der erste und der zweite Kanal nicht durch einen äußeren Rahmen wie in den Figuren 2 und 4 starr abgestützt waren.

Claims

1. Kern zum Formen eines Flügelprofilgußstücks um den Kern herum in einem Gießvorgang, wobei der Kern (80; 80a) einen Hinterkantenabschnitt hat und versehen ist mit:

A. einem Rahmen mit einem Paar von sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanalformelementen (106, 114; 106a, 114a) mit einem ersten Ende (108, 116; 108a, 116a) und einem zweiten Ende (112, 118; 112a, 118a), die in Spannweitenrichtung voneinander beabstandet sind und eine Öffnung dazwischen freizulassen, und

einem ersten Paar von sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Elementen (102, 104; 102a, 104a), wobei je eines dieser Elemente an jedem Ende der sich in Sehnenrichtung erstreckenden Elemente (106, 114; 106a, 114a) vorgesehen ist, welche mit diesen verbunden sind und welche in Sehnenrichtung voneinander beabstandet sind zum Begrenzen der Öffnung, wobei eines dieser Elemente ein Kanalformelement (102; 102a) ist; und

B. einem zweiten Paar von sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Kanalformelementen (96, 98; 96a, 98a), welche in Sehnenrichtung voneinander beabstandet sind mit einer ersten Reihe von Löcherformelementen (82; 82a) und einer zweiten Reihe Löcherformelementen (86; 86a), die sich in Sehnenrichtung von dem zweiten Paar der Kanalformelemente (96, 98; 96a, 98a) erstrecken, wobei die Löcherformelemente (82, 86; 82a, 86a) eine mittlere Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung aufweisen, welche kleiner ist als die kleinste Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung, der sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanalformelemente (106, 114; 106a, 114a) des Rahmens;

wobei der Rahmen während der Handhabung des Kernes (80; 80a) und während dem Gießvorgang wirksam ist zum positiven Abstützen beider Enden des zweiten Paares der sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanalformelemente (96, 98; 96a, 98a), welche mit den damit verbundenen Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) versehen sind.

2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen des Kernes (80; 80a) ein durchgehender Materialstrang ist, der sich in Sehnenrichtung an der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) vorbei erstreckt.

3. Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalformelement (102; 102a) des ersten Paares der sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Elemente (102, 104; 102a, 104a) mit der ersten Reihe von Löcherformelementen (82; 82a) verbunden ist.

4. Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanalformelemente (106, 114) parallel sind.

5. Kern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanalformelemente (106a, 114a) nicht parallel sind.

6. Kern zum Bilden eines Flügelprofilgußstückes um den Kern herum in einem Gießvorgang, wobei der Kern (80; 80a) einen Hinterkantenteilabschnitt aufweist und versehen ist mit:

A. einer ersten Reihe von Löcherformelementen (82; 82a),

A1. jedes Element (82; 82a) um eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse angeordnet ist, und

A2. jedes Element (82; 82a) in Spannweitenrichtung beabstandet ist von dem benachbarten Element, um dazwischen eine erste Rippenformöffnung (84; 84a) freizulassen, wobei die erste Öffnung (84; 84a) eine Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung hat, welche größer ist als die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des Lochformelementes;:

B. einer zweiten Reihe von Löcherformelementen (86; 86a),

B1. jedes Element (86; 86a) um eine in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse angeordnet ist

B2. jedes Element (86; 86a) in Spannweitenrichtung beabstandet ist von einem benachbarten Element, um dazwischen eine zweite Rippenformöffnung (88; 88a) freizulassen, wobei die zweite Öffnung (88;88a) eine Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung hat, die größer ist als die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des Lochformelementes (86;86a), und

B3. jede zweite Öffnung (88;88a) in Sehnenrichtung ausgerichtet ist mit einem zugeordneten Lochformelement der ersten Reihe von Löcherformelementen (82;82a),

C. einer dritten Reihe von Löcherformelementen (92; 92a)

C1. jedes Element (92; 92a) um eine etwa in Sehnenrichtung verlaufende Bezugsachse angeordnet ist

C2. jedes Element (92; 92a) in Spannweitenrichtung beabstandet ist von einem benachbarten Element, um dazwischen eine dritte Stegformöffnung (94; 94a) freizulassen, wobei die dritte Stegformöffnung (94; 94a) eine Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung aufweist, die in Sehnenrichtung abnimmt in Richtung von der zweiten Reihe von Löcherformelementen (86, 86a) weg,

C3. jede dritte Öffnung (94; 94a) in Sehnenrichtung ausgerichtet ist mit einem zugeordneten Lochformelement der zweiten Reihe von Löcherformelementen (86; 86a);

D. einem ersten Kanalformelement (96; 96a), das sich in Spannweitenrichtung erstreckt und in Spannweitenrichtung durchgehend ist, und das die ersten und zweiten Rippenformöffnungen (84, 88; 84a, 88a) in Spannweitenrichtung begrenzt und welches sich in Sehnenrichtung zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) erstreckt und damit verbunden ist;

E. einem zweiten Kanalformelement (98; 98a), das sich in Spannweitenrichtung erstreckt und in Spannweitenrichtung durchgehend ist, das die zweiten Rippenformöffnungen (88; 88a) und die dritten Stegformöffnungen (94; 94a) in Spannweitenrichtung begrenzt und sich in Sehnenrichtung zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Löcherformelementen (86, 92; 86a, 92a) erstreckt und damit verbunden ist;

F. einem dritten Kanalformelement (102; 102a), das sich in Spannweitenrichtung erstreckt und in Spannweitenrichtung durchgehend ist, und das die ersten Rippenformöffnungen (84; 84a) in Spannweitenrichtung begrenzt und mit der ersten Reihe von Löcherformelementen (82; 82a) verbunden ist;

G. einem vierten Element (104; 104a), das sich in Spannweitenrichtung erstreckt und in Spannweitenrichtung durchgehend ist und das die dritten Strebenformöffnungen (94; 94a) in Spannweitenrichtung begrenzt und verbunden ist mit der dritten Reihe von Löcherformelementen (92; 92a)

H. einem fünften Kanalformelement (106; 106a) mit einem ersten Ende (108; 108a) und einem zweiten Ende (112; 112a), wobei das fünfte Kanalformelement (106; 106a) sich in Sehnenrichtung erstreckt und am ersten Ende (108; 108a) mit dem dritten Kanalformelement (102; 102a) verbunden ist, sowie verbunden ist mit dem ersten und zweiten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Kanalformelement (96; 98, 96a, 98a) und weiter verbunden ist am zweiten Ende (112; 112a) mit dem vierten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Element (104; 104a); und

I. einem sechsten Kanalformelement (114; 114a) mit einem ersten Ende (116; 116a) und einem zweiten Ende (118; 118a), wobei das sechste Kanalformelement (114; 114a) sich in Sehnenrichtung erstreckt und am ersten Ende (116, 116a) mit dem dritten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Kanalformelement (102; 102a) verbunden ist, sowie verbunden ist mit dem ersten und dem zweiten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Kanalformelement (96, 98; 96a, 98a), und weiter verbunden ist am zweiten Ende (118; 118a) mit dem vierten sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Element (104; 104a);

wobei beide der sich in Sehnenrichtung erstreckenden fünften und sechsten Kanalformelemente (106, 114; 106a, 114a) einen durchgehenden Kernmaterialstrang aufweisen, der sich in Sehnenrichtung über die erste und zweite Reihe von Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) hinaus erstreckt, wobei die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des fünften und sechsten Kanalformelementes (106, 114; 106a, 114a) größer ist als die mittlere Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung der ersten und zweiten Reihe von Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) und wobei das dritte, fünfte und sechste Kanalformelement (102, 106, 114; 102a, 106a, 114a) und das vierte Element (104; 104a) eine offene durchgehende Struktur schaffen zum Tragen des ersten und zweiten Kanalformelementes (98, 98; 96a, 98a).

7. Kern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des fünften Kanalformelementes (106; 106a) zur mittleren Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung der ersten und zweiten Reihe von Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) gleich oder größer ist als zwei (2.0).

8. Kern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des fünften Kanalformelementes (106; 106a) zur mittleren Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung der ersten und zweiten Reihe von Löcherformelementen (82, 86; 82a, 86a) gleich oder größer ist als vier (4.0).

9. Kern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung des fünften Kanalformelementes und des sechsten Kanalformelementes (106, 114; 106a, 114a) beide größer sind als 0.0129 cm² (zwanzig (20) zehntausendstel Quadratzoll (0.0020)) und die mittlere Querschnittsfläche in Spannweitenrichtung der ersten und zweiten Reihe von Lochformelementen (82, 86; 82a, 86a) etwa 0.0032 cm² (fünf (5) zehntausendstel Quadratzoll) beträgt.

10. Kern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte und sechste Kanalformelement (106, 114) parallel sind.

11. Kern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fünfte und sechste Kanalformelement (106a, 114a) nicht parallel sind.

12. Flügelkörper für eine Rotationsmaschine mit einem Hinterkantenbereich (50; 50a), wobei der Hinterkantenbereich versehen ist mit:

einem ersten sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanal (74; 74a) an der Spitzenwand (48; 48a) des Hinterkantenbereiches (50; 50a), der sich zur Hinterkante (36; 36a) erstreckt; und eine Blicklinie zu dieser Kante hin aufweist; und

einem zweiten sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanal (76; 76a) an der Wurzelwand (22; 22a) des Hinterkantenbereiches (50; 50a), der sich zur Hinterkante (36; 36a) erstreckt und eine Blicklinie zu dieser hin aufweist;

einem sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Zufuhrkanal (66; 66a) zum Zuführen von Kühlluft zum Hinterkantenbereich (50; 50a), der sich in Spannweitenrichtung von der Wurzelwand (22; 22a) zur Spitzenwand (48; 48a) des Hinterkantenbereiches (50; 50a) erstreckt; und

zwei sich in Spannweitenrichtung erstreckenden Rippen (56, 62; 56a, 62a), die sich im wesentlichen von der Wurzelwand (22; 22a) zu der Spitzenwand (48; 48a) erstrecken, wobei die Rippen (56, 62; 56a, 62a) mit Löchern (68, 72; 68a, 72a) versehen sind zum Blasen von Kühlluft auf in Sehnenrichtung benachbarte Struktur, wobei die Rippen (56, 62; 56a, 62a) in Sehnenrichtung beabstandet sind und zwischen dem Zufuhrkanal (66; 66a) und der Hinterkante (36; 36a) liegen;

wobei die Blicklinie für den ersten und zweiten sich in Sehnenrichtung erstreckenden Kanal (74, 76; 74a, 76a) sich vom Zufuhrkanal (66; 66a) zu der Hinterkante (36; 36a) erstreckt, so daß diese Kanäle (66, 74, 76; 66a, 74a, 76a) den Hinterkantenbereich (50, 50a) auf drei Seiten umrahmen.