EP1201879A2 - Gekühltes Bauteil, Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils - Google Patents

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EP1201879A2
EP1201879A2 EP01123193A EP01123193A EP1201879A2 EP 1201879 A2 EP1201879 A2 EP 1201879A2 EP 01123193 A EP01123193 A EP 01123193A EP 01123193 A EP01123193 A EP 01123193A EP 1201879 A2 EP1201879 A2 EP 1201879A2
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EP
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channel
cooling
cooling channel
diameter
component
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Hartmut Haehnle
Ibrahim Dr. El-Nashar
Rudolf Dr. Kellerer
Beat Von Arx
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General Electric Technology GmbH
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Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
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    • 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
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y10T29/49339—Hollow blade
    • Y10T29/49341—Hollow blade with cooling passage

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas turbine technology. It relates to a cooled component for gas turbines according to the preamble of Claim 1.
  • Such a component is in the form of a turbine blade, e.g. from the publication GB-A-2 202 907.
  • the invention further relates to a cast core for the production of such Component and a method for producing such a component.
  • the efficiency of gas turbines which is closely related to the level of the inlet temperature for the hot combustion gases and for reasons of efficient Fuel efficiency and economy should be as high as possible material-related reasons to a particular extent depending on an efficient Use of the cooling air, which as a coolant is usually the compressor stage is removed.
  • the operational safety and service life of the gas turbine are essential adequate cooling of the thermally highly stressed turbine components or components, in particular the inlet-side guide vanes and blades of the first turbine stages.
  • the cooling can be effected in different ways, e.g. by means of internal cooling (cooling the component by cooling air circulating inside) and / or by means of Film cooling (generating a cooling air film through suitably arranged outlet openings on the loaded outside of the component).
  • a known method for efficient internal cooling is a so-called “cyclone” (or “vortex chamber” in GB-A-2 202 907).
  • a "cyclone” will an elongated cooling duct with a mostly circular or elliptical cross section through a series of tangentially opening feed bores with cooling air applied.
  • the incoming cooling air forms a vortex in the cooling channel the longitudinal axis of the channel rotates and due to the high speed and Turbulence in the edge area a particularly effective cooling of the channel wall and so that the cooled component causes.
  • Fig. 1 is a turbine blade in a simplified perspective view 10 reproduced with such a known cyclone cooling.
  • the turbine blade 10 is shown "transparently" so that the inner ones Cavities and channels are recognizable as solid lines.
  • the Turbine blade 10 has a leading edge 13 and a trailing edge ("trailing edge") 14, each between the longitudinal direction of the blade extend the blade root 11 and the blade tip 12.
  • the special one Formation of the blade root 11 for fastening the blade to the rotor and Supply of the blade with cooling air, as described, for example, in US-A-4,293,275 or US-A-5,002,460 is disclosed in Figure 1 for the sake of Simplification not reproduced.
  • Coolant channel 15 For internal cooling of the turbine blade 10 is from the blade root 11 through a connecting channel, not shown, cooling air in a longitudinal direction extending coolant channel 15 fed (vertical arrows in Fig. 1). Parallel to the coolant channel 15 and parallel to the one to be cooled, particularly thermally loaded front edge 13 of the turbine blade 10 runs a cylindrical cooling channel 16, which forms the cyclone. From the coolant channel 15 a number of transverse feed bores 17 to the cooling channel 16 and opens out there approximately tangential one. The tangential through the feed holes 17 in the cooling channel 16 Incoming cooling air (horizontal arrows in Fig. 1) forms one over the Channel-extending vortex, the heat from the surrounding channel wall receives.
  • the heated cooling air either emerges from the cooling channel 16 at the end from, or - as shown in GB-A-2 202 907 - through tangential outlets in Form of holes or slots.
  • Other internal cooling facilities, the simultaneously serve for film cooling and / or with the rear edge 14 in connection are omitted in Fig. 1 for the sake of simplicity.
  • cyclone cooling depends to a large extent on the feed (Boundary conditions, position and cross sections of the feed bores, etc.).
  • feed bores 17 with a bore diameter that is smaller than half the hydraulic diameter of the cooling channel (cyclone) 16. Since a turbine blade 10 of the type shown in FIG. 1 is usually by a Metal casting process is required for the formation of the coolant channel 15, the cooling channel 16 and the two connecting feed bores 17 a corresponding multi-connected cast core can be used. Weaknesses of such a core are those due to the above Diameter condition comparatively thin connecting webs, which the the form later feed bores. At this point it can easily become one Core breakage come, which questions the success of the casting.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is through a suitable formation of the whole the feed bores increase the rigidity of the associated cast core improve without adhering to the specified diameter conditions for having to give up the feed holes. This happens because the Feed bores predominantly have a bore diameter that is smaller than half the hydraulic diameter of the cooling channel, and that for Improvement of the output rate when casting the component selected feed bores have a bore diameter that is larger than that half hydraulic diameter of the cooling channel.
  • the selected feed holes at the ends of the cooling channel arranged, in particular the bottom and the top feed hole are used as the selected feed hole. This can the desired swirl of cooling air over the entire interior of the cooling duct train practically unhindered and develop its maximum cooling effect.
  • the component e.g. a turbine blade, particularly long, can, however, in the Be advantageous in terms of core stability if according to another Embodiment additionally selected feed bores in the central area of the cooling channel are provided.
  • the cast core according to the invention for the production of such a component which Cast core a first channel part to form the coolant channel and one includes second channel part to form the cooling channel, and a plurality of Connecting webs, which run transversely between the two channel parts and serve to form the feed holes, is characterized in that the Connecting webs predominantly have an outer diameter that is smaller is selected as half the hydraulic diameter of the cooling channel, and that Connecting webs have an outer diameter that is larger than half the hydraulic diameter of the cooling channel.
  • the selected connecting webs are preferably at the ends of the arranged second channel part, in particular the bottom and the top Connection bridge are used as the selected connection bridge.
  • the method according to the invention for producing a component according to the invention by means of a metal casting process is characterized in that a cast core according to the invention is used.
  • FIG. 3 is an exemplary embodiment of an internally cooled gas turbine component
  • a turbine blade 10 'comparable to FIG. 1 is reproduced.
  • the same parts of the turbine blade 10 ' are given the same reference numerals provided, as with the turbine blade 10 from FIG. 1.
  • the majority of the feed holes, namely the feed holes 17, meet the criterion characteristic of a cyclone in diameter, that their bore diameter is smaller than half the hydraulic one Diameter of the cooling channel 16.
  • Only a few selected feed holes, namely the feed bores 25, 26 and 27 have a bore diameter which is larger than half the hydraulic diameter of the cooling duct 16. Through these selected feed bores 25, .., 27 can - as will be explained below - the production output rate the blades are increased significantly.
  • the cast core 18 comprises a first channel part 19, which is required to form the coolant channel 15 and a second channel part 20, which is used for the formation of the cooling channel 16 responsible is.
  • Both channel parts 19 and 20 are one above the other by a series arranged connecting webs 21 and 22, .., 24 connected, each one have a round cross-section.
  • the majority of the connecting webs, namely the "Thin” connecting webs 21 serve to form the feed bores the above "Cyclone criterion" with regard to the diameter are sufficient.
  • Only a few selected connecting webs, namely connecting webs 22, 23 and 24, are “thicker” and thus strengthen the connection between the core parts 19 and 20 and thus the mechanical rigidity of the cast core 18 as a whole.
  • cooling channel 16 or the second channel part 20 is not very long, it is sufficient off, the two outer connecting webs 22 and 24 as selected Form connecting webs with an enlarged cross section. In this way can be practically on the entire length of the cooling channel 16 of the cooling air vortex train undisturbed because the "cyclone criterion" is met there. With longer cooling channels 16 or channel parts 20, however, it can be expedient and advantageous to also provide individual selected connecting webs 26 in the middle area, to make the casting core 18 stiffer there.
  • the diameter of the selected feed holes 25, .., 27 or the selected one Connecting webs 22, .., 24 is chosen larger than that in any case half hydraulic diameter. How big the diameter actually is depends largely on the geometry of the casting core and the casting process and must be determined in individual cases.

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Abstract

Ein gekühltes Bauteil, insbesondere Turbinenschaufel (10, 10'), für Gasturbinen, weist zur effizienten Innenkühlung einen innenliegenden Kühlkanal (16) mit rundem Kanalquerschnitt auf, in welchen Kühlkanal (16) zur Ausbildung eines Kühlmittelwirbels eine Reihe von in Richtung der Längsachse des Kühlkanals (16) übereinander angeordneten, von einem gemeinsamen Kühlmittelkanal (15) ausgehenden Anspeisebohrungen (17) für das Kühlmittel im wesentlichen tangential einmünden. Bei einem solchen Bauteil wird die Herstellbarkeit dadurch verbessert, dass die Anspeisebohrungen (17) überwiegend einen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (16), und dass zur Verbesserung der Ausbringungsrate beim Giessen des Bauteils (10') ausgewählte Anspeisebohrungen (25,..,27) einen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der grösser ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (16). <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technik von Gasturbinen. Sie betrifft ein gekühltes Bauteil für Gasturbinen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eins solches Bauteil ist in Gestalt einer Turbinenschaufel z.B. aus der Druckschrift GB-A-2 202 907 bekannt.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils.
STAND DER TECHNIK
Der Wirkungsgrad von Gasturbinen, der eng mit der Höhe der Eintrittstemperatur für die heissen Verbrennungsgase zusammenhängt und aus Gründen der effizienten Brennstoffausnutzung und Wirtschaftlichkeit möglichst hoch sein soll, ist aus werkstofftechnischen Gründen in besonderem Masse abhängig von einer effizienten Nutzung der Kühlluft, die als Kühlmittel üblicherweise der Kompressorstufe entnommen wird. Die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Gasturbine bedingen eine ausreichende Kühlung der thermisch hoch belasteten Turbinenkomponenten bzw. -bauteile, zu denen insbesondere die eingangsseitigen Leitschaufeln und Laufschaufeln der ersten Turbinenstufen gehören. Die Kühlung kann dabei auf unterschiedliche Weise bewirkt werden, also z.B. mittels Innenkühlung (Kühlung der Komponente durch im Inneren zirkulierende Kühlluft) und/oder mittels Filmkühlung (Erzeugen eines Kühlluftfilms durch geeignet angeordnete Austrittsöffnungen auf der belasteten Aussenseite der Komponente).
Eine bekannte Methode zur effizienten Innenkühlung ist ein sogenannter "Zyklon" (oder "vortex chamber" in der GB-A-2 202 907). Bei einem solchen "Zyklon" wird eine länglicher Kühlkanal mit meist kreisrundem oder elliptischem Querschnitt durch eine Reihe von tangential einmündenden Anspeisebohrungen mit Kühlluft beaufschlagt. Die einströmende Kühlluft bildet einen Wirbel im Kühlkanal, der um die Längsachse des Kanals rotiert und aufgrund der hohen Geschwindigkeit und Turbulenz im Randbereich eine besonders wirksame Kühlung der Kanalwand und damit des gekühlten Bauteils bewirkt.
In Fig. 1 ist in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung eine Turbinenschaufel 10 mit einer solchen an sich bekannten Zyklon-Kühlung wiedergegeben. Die Turbinenschaufel 10 ist dabei "durchsichtig" dargestellt, so dass die innenliegenden Hohlräume und Kanäle als durchgezogene Linien erkennbar sind. Die Turbinenschaufel 10 weist eine Vorderkante ("leading edge") 13 und eine Hinterkante ("trailing edge") 14 aus, die sich jeweils in Längsrichtung der Schaufel zwischen dem Schaufelfuss 11 und der Schaufelspitze 12 erstrecken. Die spezielle Ausbildung des Schaufelfusses 11 zur Befestigung der Schaufel am Rotor und zur Versorgung der Schaufel mit Kühlluft , wie sie beispielsweise in der US-A-4,293,275 oder der US-A-5,002,460 offenbart ist, ist in Fig. 1 aus Gründen der Vereinfachung nicht wiedergegeben.
Zur Innenkühlung der Turbinenschaufel 10 wird vom Schaufelfuss 11 her durch einen nicht gezeigten Verbindungskanal Kühlluft in einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kühlmittelkanal 15 eingespeist (vertikale Pfeile in Fig. 1). Parallel zum Kühlmittelkanal 15 und parallel zu der zu kühlenden, thermisch besonders belasteten Vorderkante 13 der Turbinenschaufel 10 verläuft ein zylindrischer Kühlkanal 16, der den Zyklon bildet. Vom Kühlmittelkanal 15 aus geht eine Reihe von querliegenden Anspeisebohrungen 17 zum Kühlkanal 16 und mündet dort in etwa tangential ein. Die durch die Anspeisebohrungen 17 in den Kühlkanal 16 tangential einströmende Kühlluft (horizontale Pfeile in Fig. 1) bildet einen sich über den Kanal erstreckenden Wirbel aus, der von der umgebenden Kanalwand Wärme aufnimmt. Die erwärmte Kühlluft tritt entweder stirnseitig aus dem Kühlkanal 16 aus, oder - wie in der GB-A-2 202 907 gezeigt - durch tangentiale Auslässe in Form von Bohrungen oder Schlitzen. Weitere Einrichtungen zur Innenkühlung, die gleichzeitig zur Filmkühlung dienen und/oder mit der Hinterkante 14 in Verbindung stehen, sind in Fig. 1 der Einfachheit halber weggelassen.
Die Wirkung der Zyklon-Kühlung hängt in starkem Masse von der Anspeisung (Randbedingungen, Lage und Querschnitte der Anspeisebohrungen, etc.) ab. Erforderlich sind dabei Anspeisebohrungen 17 mit einem Bohrungsdurchmesser, der kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (Zyklons) 16. Da eine Turbinenschaufel 10 der in Fig. 1 gezeigten Art üblicherweise durch ein Metallgussverfahren hergestellt wird, muss für die Ausbildung des Kühlmittelkanals 15, des Kühlkanals 16 und der beide verbindenden Anspeisebohrungen 17 ein entsprechender mehrfach zusammenhängender Gusskern eingesetzt werden. Schwachstellen eines solchen Gusskerns sind die wegen der o.g. Durchmesserbedingung vergleichsweise dünnen Verbindungsstege, welche beim Guss die späteren Anspeisebohrungen bilden. An dieser Stelle kann es daher leicht zu einem Kernbruch kommen, der den Erfolg des Gusses in Frage stellt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gasturbinen-Bauteil der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass das Auftreten von Kernbrüchen beim Giessen wirksam eingeschränkt und die beim Giessen erreichte Ausbringungsrate deutlich verbessert wird.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, durch eine geeignete Ausbildung der Gesamtheit der Anspeisebohrungen die Steifigkeit des zugehörigen Gusskerns zu verbessern, ohne die Einhaltung der vorgegebenen Durchmesserbedingungen für die Anspeisebohrungen aufgeben zu müssen. Dies geschieht dadurch, dass die Anspeisebohrungen überwiegend einen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals, und dass zur Verbesserung der Ausbringungsrate beim Giessen des Bauteils ausgewählte Anspeisebohrungen einen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der grösser ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Bauteils nach der Erfindung sind die ausgewählten Anspeisebohrungen jeweils an den Enden des Kühlkanals angeordnet , wobei insbesondere die unterste und die oberste Anspeisebohrung als ausgewählte Anspeisebohrung eingesetzt sind. Hierdurch kann sich über den gesamten Innenbereich des Kühlkanals der gewünschte Kühlluftwirbel praktisch ungehindert ausbilden und seine maximale Kühlwirkung entfalten.
Ist das Bauteil, z.B. eine Turbinenschaufel, besonders lang, kann es jedoch im Hinblick auf die Stabilität des Kerns vorteilhaft sein, wenn gemäss einer anderen Ausführungsform zusätzlich im mittleren Bereich des Kühlkanals ausgewählte Anspeisebohrungen vorgesehen sind.
Der erfindungsgemässe Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils, welcher Gusskern einen ersten Kanalteil zur Bildung des Kühlmittelkanals und einen zweiten Kanalteil zur Bildung des Kühlkanals umfasst, sowie eine Mehrzahl von Verbindungsstegen, welche zwischen den beiden Kanalteilen quer verlaufen und der Bildung der Anspeisebohrungen dienen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege überwiegend einen Aussendurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals, und dass ausgewählte Verbindungsstege einen Aussendurchmesser aufweisen, der grösser ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals.
Bevorzugt sind die ausgewählten Verbindungsstege jeweils an den Enden des zweiten Kanalteils angeordnet, wobei insbesondere der unterste und der oberste Verbindungssteg als ausgewählter Verbindungssteg eingesetzt sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach der Erfindung mittels eines Metallgussverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erfindungsgemässer Gusskern verwendet wird.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1
in einer vereinfachten perspektivischen Seitenansicht eine Turbinenschaufel mit an sich bekannter Innenkühlung der Vorderkante durch einen sogenannten Zyklon;
Fig. 2
in perspektivischer Seitenansicht einen versteiften Gusskern zur Herstellung einer zu Fig. 1 vergleichbaren Turbinenschaufel gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 3
in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung die mit dem Gusskern aus Fig. 2 hergestellte Turbinenschaufel.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel eines innengekühlten Gasturbinen-Bauteils nach der Erfindung eine zu Fig. 1 vergleichbare Turbinenschaufel 10' wiedergegeben. Gleiche Teile der Turbinenschaufel 10' sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen, wie bei der Turbinenschaufel 10 aus Fig. 1. Auch bei der Turbinenschaufel 10' sind der Kühlmittelkanal 15 und der Kühlkanal 16 durch eine übereinander angeordnete Reihe von Anspeisebohrungen 17 bzw. 25,..,27 verbunden. Die Mehrzahl der Anspeisebohrungen, nämlich die Anspeisebohrungen 17, erfüllen vom Durchmesser her das für einen Zyklon charakteristische Kriterium, dass nämlich ihr Bohrungsdurchmesser kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals 16. Nur wenige ausgewählte Anspeisebohrungen, nämlich die Anspeisebohrungen 25, 26 und 27, weisen einen Bohrungsdurchmesser auf, der abweichend davon grösser ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals 16. Durch diese ausgewählten Anspeisebohrungen 25,..,27 kann - wie nachfolgend erläutert wird - die Ausbringungsrate bei der Herstellung der Schaufeln deutlich erhöht werden.
Für die Herstellung der Turbinenschaufel 10' mittels eines Metallgussverfahrens wird ein Gusskern 18 der in Fig. 2 dargestellten Art benötigt. Der Gusskern 18 umfasst einen ersten Kanalteil 19, der zur Ausbildung des Kühlmittelkanals 15 benötigt wird, und einen zweiten Kanalteil 20, der für die Bildung des Kühlkanals 16 zuständig ist. Beide Kanalteile 19 und 20 sind durch eine Reihe von übereinander angeordneten Verbindungsstegen 21 und 22,..,24 verbunden, die jeweils einen runden Querschnitt aufweisen. Die Mehrzahl der Verbindungsstege, nämlich die "dünnen" Verbindungsstege 21, dienen zur Bildung der Anspeisebohrungen, die dem o.g. "Zyklon-Kriterium" hinsichtlich der Durchmesser genügen. Nur wenige ausgewählte Verbindungsstege, nämlich die Verbindungsstege 22, 23 und 24, sind "dicker" ausgebildet und verstärken so die Verbindung zwischen den Kernteilen 19 und 20 und damit die mechanische Steifigkeit des Gusskerns 18 insgesamt.
Ist der Kühlkanal 16 bzw. der zweite Kanalteil 20 nicht sehr lang, reicht es vollkommen aus, die beiden äusseren Verbindungsstege 22 und 24 als ausgewählte Verbindungsstege mit vergrössertem Querschnitt auszubilden. Auf diese Weise kann sich praktisch auf der gesamten Länge des Kühlkanals 16 der Kühlluftwirbel ungestört ausbilden, weil dort das "Zyklon-Kriterium" erfüllt ist. Bei längeren Kühlkanälen 16 bzw. Kanalteilen 20 kann es jedoch zweckmässig und vorteilhaft sein, auch einzelne ausgewählte Verbindungsstege 26 im mittleren Bereich vorzusehen, um den Gusskern 18 dort steifer zu machen.
Der Durchmesser der ausgewählten Anspeisebohrungen 25,..,27 bzw. der ausgewählten Verbindungsstege 22,..,24 wird in jedem Fall grösser gewählt als der halbe hydraulische Durchmesser. Wie gross der Durchmesser tatsächlich sein wird, hängt massgeblich von der Geometrie des Gusskerns und dem Giessverfahren ab und muss im Einzelfall bestimmt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
10,10'
Turbinenschaufel
11
Schaufelfuss
12
Schaufelspitze
13
Vorderkante
14
Hinterkante
15
Kühlmittelkanal
16
Kühlkanal (Zyklon)
17
Anspeisebohrung
18
Gusskern
19,20
Kanalteil (Gusskern)
21
Verbindungssteg
22,..,24
ausgewählter Verbindungssteg
25,..,27
ausgewählte Anspeisebohrung

Claims (9)

  1. Gekühltes Bauteil, insbesondere Turbinenschaufel (10, 10'), für Gasturbinen, welches Bauteil (10, 10') zur effizienten Innenkühlung einen innenliegenden Kühlkanal (16) mit rundem Kanalquerschnitt aufweist, in welchen Kühlkanal (16) zur Ausbildung eines Kühlmittelwirbels eine Reihe von in Richtung der Längsachse des Kühlkanals (16) übereinander angeordneten, von einem gemeinsamen Kühlmittelkanal (15) ausgehenden Anspeisebohrungen (17) für das Kühlmittel im wesentlichen tangential einmünden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anspeisebohrungen (17) überwiegend einen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (16), und dass zur Verbesserung der Ausbringungsrate beim Giessen des Bauteils (10') ausgewählte Anspeisebohrungen (25,..,27) einen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der grösser ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (16).
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Anspeisebohrungen (25, 27) jeweils an den Enden des Kühlkanals (16) angeordnet sind.
  3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterste und die oberste Anspeisebohrung (25 bzw. 27) als ausgewählte Anspeisebohrung eingesetzt sind.
  4. Bauteil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich im mittleren Bereich des Kühlkanals (16) ausgewählte Anspeisebohrungen (26) vorgesehen sind.
  5. Gusskern (18) für die Herstellung eines Bauteils nach Anspruch 1, welcher Gusskern (18) einen ersten Kanalteil (19) zur Bildung des Kühlmittelkanals (15) und einen zweiten Kanalteil (20) zur Bildung des Kühlkanals (16) umfasst, sowie eine Mehrzahl von Verbindungsstegen (21; 22,..,24), welche zwischen den beiden Kanalteilen (19, 20) quer verlaufen und der Bildung der Anspeisebohrungen (17; 25,..,27) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (21) überwiegend einen Aussendurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (16), und dass ausgewählte Verbindungsstege (22,..,24) einen Aussendurchmesser aufweisen, der grösser ist als der halbe hydraulische Durchmesser des Kühlkanals (16).
  6. Gusskern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Verbindungsstege (22, 24) jeweils an den Enden des zweiten Kanalteils (20) angeordnet sind.
  7. Gusskern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der unterste und der oberste Verbindungssteg (22 bzw. 24) als ausgewählter Verbindungssteg eingesetzt sind.
  8. Gusskern nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich im mittleren Bereich des zweiten Kanalteils (20) ausgewählte Verbindungsstege (23) vorgesehen sind.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach Anspruch 1 mittels eines Metallgussverfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gusskern nach einem der Ansprüche 5 bis 8 verwendet wird.
EP01123193A 2000-10-27 2001-09-28 Gekühltes Bauteil, Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils Expired - Lifetime EP1201879B1 (de)

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