EP2127781A1 - Method for manufacturing a turbine blade - Google Patents
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- EP2127781A1 EP2127781A1 EP08009847A EP08009847A EP2127781A1 EP 2127781 A1 EP2127781 A1 EP 2127781A1 EP 08009847 A EP08009847 A EP 08009847A EP 08009847 A EP08009847 A EP 08009847A EP 2127781 A1 EP2127781 A1 EP 2127781A1
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
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- B22D19/10—Repairing defective or damaged objects by metal casting procedures
Definitions
- the invention relates to a method for producing a turbine blade. Furthermore, a turbine blade that can be produced by the method and a repair method for this turbine blade are the subject of the invention.
- This object is achieved by first producing an inner structure of the turbine blade and then encapsulating the inner structure with a sheath to form an outer shape of the turbine blade.
- the basic idea of the invention is thus first to manufacture the inner structure of the turbine blade in a separate step and then to cast a casing around the inner structure which has the outer shape of the turbine blade.
- the inventive method makes it possible to produce a turbine blade with a complex internal structure in a particularly simple manner.
- cooling ducts that have a complex geometry can be manufactured with high precision.
- the inner structure and the envelope from different materials.
- they may be formed of various metals and / or alloys. This makes it possible to select the materials so that they are optimally adapted to the requirements of the inner structure or to the envelope.
- a particularly preferred embodiment provides to make the inner structure of a material with high creep resistance and the sheath of a material with high oxidation resistance.
- Such a turbine blade has a particularly high durability and resilience.
- materials of different crystallinity for example, one or more crystalline materials can be used.
- the inner structure In the manufacture of the inner structure can be formed in this cooling channels. This is particularly easy because the internal structure is easily accessible.
- the cooling fluid may be, for example, water or air.
- the cooling fluid cools the internal structure so that it is prevented from damaging it, especially when a refractory encapsulant material is used. In this way, it is above all prevented that the internal structure softens or even melts.
- the inner structure before encapsulating the inner structure.
- the masking elements serve to form channels in the enclosure during the casting.
- channels can also be formed in the enclosure with the masking elements, which channels communicate with cooling channels in the inner structure. It is also possible to form channels with a diffuser opening in the enclosure.
- Another embodiment provides to cast the inner structure of the turbine blade.
- the invention also relates to a turbine blade, which can be produced by the method according to the invention.
- the invention comprises a repair method for the turbine blade.
- the existing envelope of the turbine blade is first removed from the inner structure. Then, a new enclosure with the outer shape of the turbine blade is poured around the inner structure.
- the Figures 1 and 2 illustrate a method of manufacturing a turbine blade according to a first embodiment of the invention. It shows FIG. 1 schematically in section an inner structure 1 of a turbine blade 2 to be produced.
- the inner structure 1 consists of an alloy with high creep resistance and has three cooling channels 3 which extend through the inner structure 2.
- FIG. 2 shows the turbine blade 2 in the finished state.
- the inner structure 1 is cast in a casing 4 of an alloy with high oxidation resistance.
- the inner structure 1 is produced from an alloy with high creep resistance. This can be done for example by machining a blank. Alternatively, the inner structure 1 may also be cast by known methods. In the manufacture of the inner structure, the cooling channels 3 are formed with.
- the inner structure 1 is arranged in a suitable mold having the negative shape of the turbine blade 2 to be produced. Then, the inner structure 1 in the mold with a melt of the alloy for Encapsulated envelope 4, wherein simultaneously water is passed as cooling fluid through the cooling channels 3, to cool the inner structure 1. After solidification of the Umgussleg réelle last finished turbine blade 2 can be removed from the mold.
- FIGS. 3 to 5 the production of a turbine blade 5 is shown according to a further embodiment of the method according to the invention. It shows the FIG. 3 schematically in section an inner structure 6 of the turbine blade 5, which has a cooling channel 7 and consists of a first alloy.
- the inner structure 6 is produced in a first step, for example, by casting it from the first alloy with the aid of a suitable mold. Subsequently, the masking elements 8 are attached to the inner structure 6. Then, the inner structure 6 with the masking elements 8 is inserted into a mold having the negative shape of the turbine blade 5. The mold is filled with a melt of the second alloy, in which case simultaneously a cooling fluid such as air is passed through the cooling channel 7 in order to cool the inner structure 6. After the serving 10 is cooled, the turbine blade 5 is removed from the mold and the masking elements 8 are removed from the enclosure 10.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel. Weiterhin sind eine nach dem Verfahren herstellbare Turbinenschaufel sowie ein Reparaturverfahren für diese Turbinenschaufel Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method for producing a turbine blade. Furthermore, a turbine blade that can be produced by the method and a repair method for this turbine blade are the subject of the invention.
Im Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln bekannt, die in ihrem Inneren eine Struktur von Kühlkanälen mit teils komplexer Geometrie aufweisen. Bei diesem Verfahren werden in einer Gussform Kerne angeordnet, um die Kühlkanäle in der Turbinenschaufel auszubilden, wenn die Form mit einer Schmelze des Gussmaterials gefüllt wird. Die Kerne müssen nach dem Erkalten des Gussmaterials aufwendig entfernt werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der
Bei den bekannten Verfahren ist in vielen Fällen eine umfassende Nachbearbeitung des Gussrohlings notwendig, um insbesondere die Kühlkanäle mit der notwendigen Genauigkeit auszubilden. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand, da die innere Struktur bei der fertigen Turbinenschaufel nur schwer zugänglich ist.In the known methods, a comprehensive post-processing of the cast blank is necessary in many cases, in particular to form the cooling ducts with the necessary accuracy. This means a considerable effort, since the internal structure is difficult to access in the finished turbine blade.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, dass die Herstellung von Turbinenschaufeln mit einer komplexen inneren Struktur vereinfacht.It is therefore an object of the present invention to provide a method of the type mentioned that simplifies the production of turbine blades with a complex internal structure.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zunächst eine innere Struktur der Turbinenschaufel gefertigt und dann die innere Struktur mit einer Umhüllung unter Bildung einer äußeren Form der Turbinenschaufel umgossen wird.This object is achieved by first producing an inner structure of the turbine blade and then encapsulating the inner structure with a sheath to form an outer shape of the turbine blade.
Grundgedanke der Erfindung ist es somit, zunächst die innere Struktur der Turbinenschaufel in einem separaten Schritt zu fertigen und dann eine Umhüllung um die innere Struktur herum zu gießen, die die äußere Form der Turbinenschaufel aufweist.The basic idea of the invention is thus first to manufacture the inner structure of the turbine blade in a separate step and then to cast a casing around the inner structure which has the outer shape of the turbine blade.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine Turbinenschaufel mit einer komplexen inneren Struktur auf besonders einfache Weise herzustellen. So können beispielsweise Kühlkanäle, die eine aufwendige Geometrie haben, mit hoher Präzision gefertigt werden.The inventive method makes it possible to produce a turbine blade with a complex internal structure in a particularly simple manner. For example, cooling ducts that have a complex geometry can be manufactured with high precision.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die innere Struktur und die Umhüllung aus verschiedenen Materialien herzustellen. Insbesondere können sie aus verschiedenen Metallen und/oder Legierungen ausgebildet werden. Dies ermöglicht es, die Materialien so auszuwählen, dass sie jeweils optimal an die Anforderungen an die innere Struktur bzw. an die Umhüllung angepasst sind. So sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor, die innere Struktur aus einem Material mit hoher Kriechfestigkeit und die Umhüllung aus einem Material mit hoher Oxidationsbeständigkeit herzustellen. Eine derartige Turbinenschaufel weist eine besonders hohe Haltbarkeit und Belastbarkeit auf. Ebenso können Materialien unterschiedlicher Kristallinität, beispielsweise ein- oder mehr kristalline Materialien eingesetzt werden.According to a first embodiment of the invention, it is provided to manufacture the inner structure and the envelope from different materials. In particular, they may be formed of various metals and / or alloys. This makes it possible to select the materials so that they are optimally adapted to the requirements of the inner structure or to the envelope. Thus, a particularly preferred embodiment provides to make the inner structure of a material with high creep resistance and the sheath of a material with high oxidation resistance. Such a turbine blade has a particularly high durability and resilience. Likewise, materials of different crystallinity, for example, one or more crystalline materials can be used.
Bei der Fertigung der inneren Struktur können in dieser Kühlkanäle ausgebildet werden. Dies ist besonders einfach möglich, da die innere Struktur gut zugänglich ist.In the manufacture of the inner structure can be formed in this cooling channels. This is particularly easy because the internal structure is easily accessible.
Es ist ebenfalls möglich, die innere Struktur während des Umgießens zu kühlen, indem ein Kühlfluid durch die Kühlkanäle geleitet wird. Bei dem Kühlfluid kann es sich beispielsweise um Wasser oder um Luft handeln. Das Kühlfluid kühlt die innere Struktur, so dass deren Beschädigung insbesondere dann verhindert wird, wenn ein hochschmelzendes Umgussmaterial verwendet wird. Auf diese Weise wird vor allem unterbunden, dass die innere Struktur erweicht oder sogar schmilzt.It is also possible to cool the inner structure during the overmolding by passing a cooling fluid through the cooling channels. The cooling fluid may be, for example, water or air. The cooling fluid cools the internal structure so that it is prevented from damaging it, especially when a refractory encapsulant material is used. In this way, it is above all prevented that the internal structure softens or even melts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, vor dem Umgießen der inneren Struktur Maskierungselemente, insbesondere solche aus Keramik, an der inneren Struktur zu befestigen. Die Maskierungselemente dienen dazu, beim Umgießen Kanäle in der Umhüllung auszuformen. Mit den Maskierungselementen können insbesondere auch Kanäle in der Umhüllung ausgebildet werden, die mit Kühlkanälen in der inneren Struktur kommunizieren. Es ist ebenfalls möglich Kanäle mit einer Diffusoröffnung in der Umhüllung zu formen.According to a further embodiment, it is provided to fasten masking elements, in particular those made of ceramic, to the inner structure before encapsulating the inner structure. The masking elements serve to form channels in the enclosure during the casting. In particular, channels can also be formed in the enclosure with the masking elements, which channels communicate with cooling channels in the inner structure. It is also possible to form channels with a diffuser opening in the enclosure.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die innere Struktur der Turbinenschaufel zu gießen.Another embodiment provides to cast the inner structure of the turbine blade.
Die Erfindung hat auch eine Turbinenschaufel zum Gegenstand, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.The invention also relates to a turbine blade, which can be produced by the method according to the invention.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Reparaturverfahren für die Turbinenschaufel. Bei diesem wird zunächst die vorhandene Umhüllung der Turbinenschaufel von der inneren Struktur entfernt. Dann wird eine neue Umhüllung mit der äußeren Form der Turbinenschaufel um die innere Struktur gegossen.Furthermore, the invention comprises a repair method for the turbine blade. In this case, the existing envelope of the turbine blade is first removed from the inner structure. Then, a new enclosure with the outer shape of the turbine blade is poured around the inner structure.
Mit Hilfe dieses Reparaturverfahrens können Beschädigungen der Umhüllung insbesondere im Rahmen des Refurbishments repariert werden.With the help of this repair process damage to the envelope can be repaired in particular in the context of the refurbishment.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Figur 1- eine schematische Schnittansicht einer inneren Struktur einer Turbinenschaufel,
Figur 2- eine schematische Schnittansicht einer Turbinennenschaufel, die in einer Umhüllung die innere Struktur der
enthält,Figur 1 Figur 3- eine schematische Schnittansicht einer weiteren inneren Struktur einer Turbinenschaufel,
- Figur 4
- eine schematische Schnittansicht der inneren Struktur der
mit daran befestigten Maskierungselementen, undFigur 3 Figur 5- eine schematische Schnittansicht einer Turbinenschaufel, die in einer Umhüllung die innere Struktur der
enthält.Figur 3
- FIG. 1
- a schematic sectional view of an inner structure of a turbine blade,
- FIG. 2
- a schematic sectional view of a turbine blade, which in an enclosure, the internal structure of
FIG. 1 contains - FIG. 3
- a schematic sectional view of another inner structure of a turbine blade,
- FIG. 4
- a schematic sectional view of the internal structure of
FIG. 3 with masking elements attached thereto, and - FIG. 5
- a schematic sectional view of a turbine blade, which in an enclosure, the internal structure of
FIG. 3 contains.
Die
Die
Um die Turbinenschaufel 2 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens herzustellen, wird in einem ersten Schritt die innere Struktur 1 aus einer Legierung mit hoher Kriechfestigkeit hergestellt. Dies kann beispielsweise durch spanende Bearbeitung eines Rohlings erfolgen. Alternativ kann die innere Struktur 1 auch mit Hilfe bekannter Verfahren gegossen werden. Bei der Herstellung der inneren Struktur werden die Kühlkanäle 3 mit ausgebildet.In order to produce the
Anschließend wird die innere Struktur 1 in einer geeigneten Gussform angeordnet, die die negative Form der herzustellenden Turbinenschaufel 2 aufweist. Dann wird die innere Struktur 1 in der Form mit einer Schmelze der Legierung für die Umhüllung 4 umgossen, wobei gleichzeitig Wasser als Kühlfluid durch die Kühlkanäle 3 geleitet wird, um die innere Struktur 1 zu kühlen. Nach dem Erstarren der Umgusslegierung kann zuletzt die fertige Turbinenschaufel 2 aus der Form entfernt werden.Subsequently, the
Vorteilhafter Weise treten beim Guss durch die Kühlung auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Legierungen Kompressionsspannungen in der Übergangszone zwischen der inneren Struktur 1 und der Umhüllung 3 auf, die eine Rissausbreitung verhindern.Advantageously, during cooling by the cooling, due to the different thermal expansion coefficients of the respective alloys, compression stresses occur in the transition zone between the
In den
In der
Zur Herstellung der Turbinenschaufel 5 wird in einem ersten Schritt die innere Struktur 6 gefertigt, indem sie beispielsweise aus der ersten Legierung unter Zuhilfenahme einer geeigneten Form gegossen wird. Anschließend werden die Maskierungselemente 8 an der inneren Struktur 6 befestigt. Dann wird die innere Struktur 6 mit den Maskierungselementen 8 in eine Gussform eingesetzt, die die negative Form der Turbinenschaufel 5 aufweist. Die Form wird mit einer Schmelze der zweiten Legierung gefüllt, wobei auch in diesem Fall gleichzeitig ein Kühlfluid wie Luft durch den Kühlkanal 7 geleitet wird, um die innere Struktur 6 zu kühlen. Nachdem die Umhüllung 10 ausgekühlt ist, wird die Turbinenschaufel 5 aus der Form entnommen und die Maskierungselemente 8 aus der Umhüllung 10 entfernt.To produce the
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst eine innere Struktur (1, 6) der Turbinenschaufel (2, 5) gefertigt und dann die innere Struktur (1, 6) mit einer Umhüllung (4, 10) unter Bildung einer äußeren Form der Turbinenschaufel (2, 5) umgossen wird.Method for producing a turbine blade (2, 5),
characterized in that
first an inner structure (1, 6) of the turbine blade (2, 5) made and then the inner structure (1, 6) with a sheath (4, 10) to form an outer shape of the turbine blade (2, 5) is encapsulated.
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Struktur (1, 6) und die Umhüllung (4, 10) aus verschiedenen Materialien, insbesondere aus verschiedenen Metallen und/oder Legierungen hergestellt werden.Method according to claim 1,
characterized in that
the inner structure (1, 6) and the sheath (4, 10) are made of different materials, in particular of different metals and / or alloys.
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Struktur (1, 6) aus einem Material mit hoher Kriechfestigkeit und die Umhüllung (4, 10) aus einem Material mit hoher Oxidationsbeständigkeit hergestellt werden.Method according to claim 2,
characterized in that
the inner structure (1, 6) is made of a material having high creep resistance, and the sheath (4, 10) of a material having high oxidation resistance.
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Fertigung in der inneren Struktur (1, 6) Kühlkanäle (3, 7) ausgebildet werden.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
in the manufacture in the inner structure (1, 6) cooling channels (3, 7) are formed.
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Struktur (1, 6) während des Umgießens gekühlt wird, indem ein Kühlfluid durch die Kühlkanäle (3, 7) geleitet wird.Method according to claim 4,
characterized in that
the inner structure (1, 6) is cooled during the overmolding by passing a cooling fluid through the cooling channels (3, 7).
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Umgießen der inneren Struktur (1, 6) Maskierungselemente (8) an der inneren Struktur (1, 6) befestigt werden, um beim Umgießen Kanäle (9) in der Umhüllung (4, 10) auszuformen.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
masking elements (8) are attached to the inner structure (1, 6) prior to encapsulating the inner structure (1, 6) to form channels (9) in the enclosure (4, 10) during encapsulation.
dadurch gekennzeichnet, dass
keramische Maskierungselemente (8) verwendet werden.Method according to claim 6,
characterized in that
ceramic masking elements (8) are used.
dadurch gekennzeichnet, dass
mit den Maskierungselementen (8) Kanäle (9) in der Umhüllung (4, 10) ausgebildet werden, die mit Kühlkanälen (3, 7) in der inneren Struktur (1, 6) kommunizieren.Method according to one of claims 6 or 7,
characterized in that
with the masking elements (8) channels (9) in the enclosure (4, 10) are formed, which communicate with cooling channels (3, 7) in the inner structure (1, 6).
dadurch gekennzeichnet, dass
Kanäle (9) mit einer Diffusoröffnung in der Umhüllung (4, 10) ausgebildet werden.Method according to one of claims 6 to 8,
characterized in that
Channels (9) are formed with a diffuser opening in the enclosure (4, 10).
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Struktur (1, 6) gegossen wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the inner structure (1, 6) is poured.
herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.Turbine blade (2, 5),
preparable by a method according to one of claims 1 to 10.
dadurch gekennzeichnet, dass
die vorhandene Umhüllung (4, 10) der Turbinenschaufel (2, 5) von der inneren Struktur (1, 6) entfernt und dann die innere Struktur (1, 6) mit einer neuen Umhüllung (4, 10) unter Bildung einer äußeren Form der Turbinenschaufel (2, 5) umgossen wird.Repair method for a turbine blade (2, 5) according to claim 11,
characterized in that
removing the existing shroud (4, 10) of the turbine blade (2, 5) from the inner structure (1, 6), and then the inner structure (1, 6) with a new sheath (4, 10) to form an outer shape of the Turbine blade (2, 5) is encapsulated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP08009847A EP2127781A1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Method for manufacturing a turbine blade |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP08009847A EP2127781A1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Method for manufacturing a turbine blade |
Publications (1)
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---|---|
EP2127781A1 true EP2127781A1 (en) | 2009-12-02 |
Family
ID=39768983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP08009847A Withdrawn EP2127781A1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Method for manufacturing a turbine blade |
Country Status (1)
Country | Link |
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EP (1) | EP2127781A1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5296308A (en) | 1992-08-10 | 1994-03-22 | Howmet Corporation | Investment casting using core with integral wall thickness control means |
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EP1634665A2 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-15 | United Technologies Corporation | Composite core for use in precision investment casting |
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EP1715139A2 (en) * | 2005-04-22 | 2006-10-25 | United Technologies Corporation | Airfoil trailing edge cooling |
-
2008
- 2008-05-29 EP EP08009847A patent/EP2127781A1/en not_active Withdrawn
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