EP2241391A1 - Method for producing a negative mould for casting a turbine rotor and mould for producing a wax model of a turbine rotor - Google Patents
Method for producing a negative mould for casting a turbine rotor and mould for producing a wax model of a turbine rotor Download PDFInfo
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- EP2241391A1 EP2241391A1 EP09005327A EP09005327A EP2241391A1 EP 2241391 A1 EP2241391 A1 EP 2241391A1 EP 09005327 A EP09005327 A EP 09005327A EP 09005327 A EP09005327 A EP 09005327A EP 2241391 A1 EP2241391 A1 EP 2241391A1
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- wax model
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- platform
- turbine blade
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
- B22C9/04—Use of lost patterns
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a negative mold for the casting of a turbine blade, in which a wax model of the turbine blade is produced and the negative mold is created on the basis of the wax model.
- the invention relates to an auxiliary device used in the method and to a mold for producing a wax model of a turbine blade.
- a method for the production of a turbine blade by casting in which a wax model of the blade is produced, wherein the blade root is produced by filling in a mold having the blade contour. Subsequently, a mold shell for the casting of the turbine blade is produced, wherein the mold remains on the blade root. After a melting out of the wax model, the inner contour of the mold defines the outer contour of the turbine blade to be cast. In other words, the mold represents a part of the casting mold for the casting of the turbine blade.
- the mold is to achieve an improvement in the surface accuracy for the shaping of the blade root in the context of this method, so that a complex reworking of the blade root after casting of the turbine blade not necessary is.
- the mold is either made of a heat-resistant, sufficiently oxidation-resistant alloy material so as to be reusable, or it is made as a disposable mold made of a low alloy steel.
- the first object is achieved by a method for producing a negative mold for casting a turbine blade according to claim 1, the second object by a method for manufacturing a turbine blade according to claim 8 and the third object by a spacer for a wax mold according to claim 9.
- the dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
- the turbine blade to be cast has a blade platform and a fastening element for securing the blade to a blade holder, wherein at least one surface of the fastening element is spaced from a platform surface of the blade platform.
- a wax model of the turbine blade to be produced is produced and, using the wax model, a negative mold of the turbine blade is created after the wax model has hardened. After completion of the negative mold, the wax model is melted out.
- the invention is based on the finding that deviations in the shape of, in particular, the fastening elements of turbine blades due to deformations of the wax model during curing and / or storage until the production of the negative mold and / or a transport arise.
- These deformations can be particularly serious in the area of the blade suspension, which is generally formed by hook-shaped elements which are spaced from the blade platform.
- these hooks are particularly critical in terms of sizing the distance between the hooks and the bucket platform. Namely, this distance defines the position of the platform in the hot gas path of the turbine.
- the particularly critical distance between the hook and the blade platform can be kept very constant, so that a reworking of a cast turbine blade is usually no longer necessary. Since the spacer is removed from the wax model prior to making the female mold, it does not need to be made of a material that will survive the casting process of casting the turbine blade. Compared to the aforementioned mold, therefore, a much less heat-resistant material and thus a less expensive material can be used.
- the spacer is already arranged during hardening of the wax model between the platform surface of the blade platform and the at least one opposite surface of the fastening element, but remains until immediately before the production of the negative mold in the wax model. In this way, the distance between the blade platform and the fastener influencing deformations of the Wax model from the production to its use are avoided continuously.
- the at least one spacer completely fills the space between the platform surface of the blade platform and the at least one opposite surface of the fastening element.
- the spacer may rest against at least one further surface of the fastening element.
- a spacer may also be used which has a receptacle adapted to the shape of the fastening element for receiving at least part of the fastening element. In this way, the fastener can be secured against deformation in all relevant directions.
- the spacer may also be part of a mold for making the wax model of the turbine blade.
- the spacer used may in particular be made of metal or ceramic. If the spacer is made of metal, for example, steel or aluminum in question, with aluminum brings advantages because of its low weight.
- a turbine blade having a paddle platform and a fastener for attaching the paddle to a paddle mount is made wherein at least one surface of the fastener is spaced from a platform surface of the paddle platform.
- the turbine blade is cast by means of a negative mold of the turbine blade.
- the method according to the invention for producing a turbine blade makes it possible to produce the turbine blade with surfaces and dimensions that are easily controllable in the particularly relevant areas of the suspension, without the use of a mold being necessary for this purpose.
- a turbine blade wax mold spacer having a blade platform and a fastener for securing the blade to a blade support, at least one surface of the fastener being spaced from a platform surface of the blade platform.
- the spacer according to the invention has a receptacle adapted to the shape of the fastening element for receiving at least part of the fastening element.
- Such a spacer can advantageously be used in the context of the method according to the invention for producing a negative mold for the production of a turbine blade. It may in particular be made of metal, for example of steel or aluminum. Also, a ceramic production is possible.
- a mold for making a wax model of a turbine blade comprising a removable or separable part which, upon removal of the wax model from the mold, remains on the wax model and forms a spacer according to the invention.
- FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
- the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
- an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
- a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
- the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
- annular annular hot gas channel 111 for example.
- turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
- Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the flow direction of a working medium 113 follows in the hot gas channel 111 a Leitschaufelsch 115 a 125 formed from blades 120 series.
- the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
- air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
- the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
- the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
- the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
- the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
- the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
- the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
- substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
- iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
- Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
- EP 1 306 454 .
- the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
- M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
- X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
- Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
- EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 are known from the EP 0 486 489 B1 .
- MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
- the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
- the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
- FIG. 2 shows a perspective view of a blade 120 or guide vane 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.
- the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
- the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
- the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
- a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
- the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
- the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
- Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
- EP 1 306 454 .
- the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
- Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
- Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
- These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
- dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal.
- a columnar grain structure columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified
- a monocrystalline structure i. the whole workpiece consists of a single crystal.
- directionally solidified microstructures which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
- the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
- M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
- X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
- Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 . EP 0 786 017 B1 . EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
- the density is preferably 95% of the theoretical density.
- the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y.
- nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5RE.
- thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
- Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
- the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
- the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
- Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
- the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
- the FIG. 3 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
- the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged around a rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
- the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
- the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. Even with these, for the materials unfavorable operating parameters, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed from heat shield elements 155.
- Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
- M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
- MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
- Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
- EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 are known from the EP 0 486 489 B1 .
- EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 is known from the EP 0 486 489 B1 .
- MCrAlX may still be present, for example, a ceramic thermal barrier coating and consists for example of ZrO 2 Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
- Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
- thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
- Refurbishment means that heat shield elements 155 may have to be freed of protective layers after their use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a recoating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
- the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
- FIG. 4 shows in a highly schematic representation of the suspension of a guide vane 1 on a retaining ring 3, which extends in the circumferential direction of the turbine at least a portion of the circumference.
- the holding element 3 has holding projections 5, on which the turbine blade 1 is fastened.
- the turbine blade 1 has an airfoil 9 and at least one blade platform 11 arranged at the radially outer end of the airfoil 9. A corresponding blade platform can also be arranged at the radially inner end of the airfoil 9 (in FIG FIG. 4 not shown).
- the blade platform 11 has a radially inner platform surface 13, which forms part of the wall of the flow path for the hot combustion gases in the gas turbine.
- retaining hooks 7 are formed, with which the turbine blade can be suspended from the retaining projections 5 of the support member 3. Corresponding retaining hooks may also be present on the radially inner platform.
- the distance d between the radially outer platform surface 15 and a hook surface 17 opposite this platform surface determines, in conjunction with the position of the holding projections 5 of the holding element 3, the positioning of the radially inner platform surface 13 in the hot gas path of the gas trubline and is thus suitable for forming a fluidically optimized hot gas path of FIG great importance.
- a defined distance d between the radially outer platform surface and the hook surface 7 is of great importance.
- a casting mold for a wax model of the turbine blade 9 to be produced is created. Since no particularly high temperatures occur when casting the wax model, the material for the wax mold can be optimized in terms of machinability, so that the contour of the wax model can be generated precisely as a negative mold. A once manufactured mold for the wax model can also be reused, so that not necessarily included in any method for producing a negative model for a turbine blade, the step of producing a mold for a wax model. Only when a turbine blade with a new geometry is to be produced for the first time, a casting mold for the corresponding wax model has to be newly produced.
- the wax model of the turbine blade is poured in step 21.
- spacer elements are inserted into the region of the retaining hooks 7.
- Such a spacer element 219 is schematically in FIG. 6 shown.
- the figure shows a section of a wax model 201 of the turbine blade 1 FIG. 4 ,
- the wax model includes a model vane blade 209, a model platform 211 having a radially inner model platform surface 213, and a radially outer model platform surface 215.
- Extending from the model platform 211 is a model holding hook 207, which has a model hook surface 217 facing and spaced from the outer model platform surface 215.
- spacer elements 219 are inserted into the space between the radially outer model platform surface 215 and the opposed model hook surface 217.
- the spacer 219 is made of a dimensionally stable material, such as metal or ceramic.
- metallic materials such as steel or aluminum, can be produced with precise dimensions, so that the thickness of the spacer can be adapted very closely to the distance d to be maintained between the radially outer model platform surface 215 and the opposing model hook surface 217.
- the spacer 219 is inserted into the space between the radially outer platform surface 215 and the opposing model hook surface 217, the distance between these two surfaces is against a change due to deformations in the wax model during further curing and / or during transport and / or secured the bearing of the wax model.
- the spacer 219 also has a thickened portion 221, which serves as an edge, which lies opposite the end face 223 of the model hook 207. In this way, a displacement of the end face 223 by deformation in particular of the model hook 207 can be reliably counteracted.
- the spacer 219 in the present embodiment after removal of the wax model from the mold may also be formed so that it forms part of the mold during the casting process, which can then be taken together with the wax model from the mold or separated from the mold. Due to the fact that in this alternative embodiment of the method the spacer is already in its position during casting, the wax model in the region of the model hook 207 is also secured against deformations which could occur when removing the model from the mold.
- the spacer 229 advantageously remains in the wax model 201 of the turbine blade 1 until, based on the wax model 201, a negative mold for the turbine blade 1 is created.
- the negative mold is formed, for example, by means of a ceramic material around the wax model (step 27).
- the wax is melted out of the negative mold, so that the resulting cavity for casting the turbine blade in step 29 is used.
- the female mold is removed and the process for producing the turbine blade is completed.
- the present invention provides a simple means of counteracting deformation of the wax model used during a casting process to manufacture a turbine blade. This can provide improvements in maintaining a precise geometry of the wax model, thereby reducing the number of faulty cast turbine blades that are to be reworked or, in the worst case, scrap.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Negativform für den Guss einer Turbinenschaufel, in dem ein Wachsmodell der Turbinenschaufel hergestellt wird und die Negativform anhand des Wachsmodells erstellt wird. Daneben betrifft die Erfindung ein im Verfahren Verwendung findendes Hilfsmittel sowie eine Form zum Herstellen eines Wachsmodells einer Turbinenschaufel.The present invention relates to a method for producing a negative mold for the casting of a turbine blade, in which a wax model of the turbine blade is produced and the negative mold is created on the basis of the wax model. In addition, the invention relates to an auxiliary device used in the method and to a mold for producing a wax model of a turbine blade.
Aus
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Negativform für das Gießen einer Turbinenschaufel zur Verfügung zu stellen, mit welchem sich auch ohne Verwendung einer Kokille in kritischen Schaufelbereichen eine verbesserte Formgebung realisieren lässt.Compared to this prior art, it is an object of the present invention to provide an advantageous method for producing a negative mold for the casting of a turbine blade, with which even without the use of a mold in critical blade areas can realize an improved shape.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel zur Verfügung zu stellen, mit dem sich eine verbesserte Formgebung der Turbinenschaufel ohne die Verwendung einer Kokille erreichen lässt.It is a second object of the present invention to provide an advantageous method for manufacturing a turbine blade, which can achieve improved shaping of the turbine blade without the use of a mold.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Hilfsmittel zum Herstellen einer Negativform einer Turbinenschaufel zur Verfügung zu stellen.It is a further object of the present invention to provide an advantageous tool for producing a negative mold of a turbine blade.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Negativform zum Gießen einer Turbinenschaufel nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel nach Anspruch 8 und die dritte Aufgabe durch einen Abstandshalter für eine Wachsform nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by a method for producing a negative mold for casting a turbine blade according to claim 1, the second object by a method for manufacturing a turbine blade according to claim 8 and the third object by a spacer for a wax mold according to claim 9. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Negativform zum Gießen einer Turbinenschaufel weist die zu gießende Turbinenschaufel eine Schaufelplattform und ein Befestigungselement zum Befestigen der Schaufel an einer Schaufelhalterung auf, wobei wenigstens eine Fläche des Befestigungselements einer Plattformfläche der Schaufelplattform mit Abstand gegenüberliegt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Wachsmodell der herzustellenden Turbinenschaufel hergestellt und anhand des Wachsmodells eine Negativform der Turbinenschaufel erstellt, nachdem das Wachsmodell ausgehärtet ist. Nach dem Fertigstellen der Negativform wird das Wachsmodell ausgeschmolzen. Erfindungsgemäß ist während des Aushärtens und/oder einer Lagerung und/oder eines Transports des Wachsmodells wenigstens ein Abstandshalter zwischen der Plattformfläche der Schaufelplattform und der wenigstens einen gegenüberliegenden Fläche des Befestigungselements des Wachsmodells angeordnet.In the method according to the invention for producing a negative mold for casting a turbine blade, the turbine blade to be cast has a blade platform and a fastening element for securing the blade to a blade holder, wherein at least one surface of the fastening element is spaced from a platform surface of the blade platform. In the method according to the invention, a wax model of the turbine blade to be produced is produced and, using the wax model, a negative mold of the turbine blade is created after the wax model has hardened. After completion of the negative mold, the wax model is melted out. According to the invention, during hardening and / or storage and / or transport of the wax model, at least one spacer between the platform surface of the blade platform and the at least arranged an opposite surface of the fastener of the wax model.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Abweichungen in der Formgebung insbesondere der Befestigungselemente von Turbinenschaufeln aufgrund von Deformationen des Wachsmodells während des Aushärtens und/oder des Lagerns bis zum Herstellen der Negativform und/oder eines Transports entstehen. Besonders gravierend können diese Deformationen im Bereich der Schaufelabhängung sein, die in der Regel durch hakenförmige Elemente gebildet wird, welche von der Schaufelplattform beabstandet sind. Diese Haken sind jedoch besonders kritisch, was die Dimensionierung des Abstandes zwischen den Haken und der Schaufelplattform betrifft. Dieser Abstand definiert nämlich die Lage der Plattform im Heißgaspfad der Turbine.The invention is based on the finding that deviations in the shape of, in particular, the fastening elements of turbine blades due to deformations of the wax model during curing and / or storage until the production of the negative mold and / or a transport arise. These deformations can be particularly serious in the area of the blade suspension, which is generally formed by hook-shaped elements which are spaced from the blade platform. However, these hooks are particularly critical in terms of sizing the distance between the hooks and the bucket platform. Namely, this distance defines the position of the platform in the hot gas path of the turbine.
Durch das Einsetzen des Abstandshalters kann der besonders kritische Abstand zwischen den Haken und der Schaufelplattform sehr gut konstant gehalten werden, so dass ein Nacharbeiten einer gegossenen Turbinenschaufel in der Regel nicht mehr notwendig ist. Da der Abstandshalter vor dem Herstellen der Negativform aus dem Wachsmodell entfernt wird, braucht er nicht aus einem Material zu bestehen, das den Gießvorgang beim Gießen der Turbinenschaufel übersteht. Im Vergleich zu der eingangs genannten Kokille kann daher ein sehr viel weniger warmfestes Material und damit ein kostengünstigeres Material zur Anwendung kommen.By inserting the spacer, the particularly critical distance between the hook and the blade platform can be kept very constant, so that a reworking of a cast turbine blade is usually no longer necessary. Since the spacer is removed from the wax model prior to making the female mold, it does not need to be made of a material that will survive the casting process of casting the turbine blade. Compared to the aforementioned mold, therefore, a much less heat-resistant material and thus a less expensive material can be used.
Es ist vorteilhaft, wenn der Abstandshalter bereits während des Aushärtens des Wachsmodells zwischen der Plattformfläche der Schaufelplattform und der wenigstens einen gegenüberliegenden Fläche des Befestigungselementes angeordnet ist, sonder bis unmittelbar vor dem Herstellen der Negativform im Wachsmodell verbleibt. Auf diese Weise können den Abstand zwischen der Schaufelplattform und dem Befestigungselement beeinflussende Verformungen des Wachsmodells von der Herstellung bis zu seiner Verwendung ununterbrochen vermieden werden.It is advantageous if the spacer is already arranged during hardening of the wax model between the platform surface of the blade platform and the at least one opposite surface of the fastening element, but remains until immediately before the production of the negative mold in the wax model. In this way, the distance between the blade platform and the fastener influencing deformations of the Wax model from the production to its use are avoided continuously.
Um etwaige auftretende Kräfte möglichst gleichmäßig zu verteilen, ist es vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Abstandshalter den Raum zwischen der Plattformfläche der Schaufelplattform und der wenigstens einen gegenüberliegenden Fläche des Befestigungselementes vollständig ausfüllt.In order to distribute any occurring forces as evenly as possible, it is advantageous if the at least one spacer completely fills the space between the platform surface of the blade platform and the at least one opposite surface of the fastening element.
Um nicht nur Verschiebungen im Abstand zwischen dem Befestigungselement und der Schaufelplattform zu unterbinden, sondern auch Lateralbewegungen zwischen der Schaufelplattform und dem Befestigungselement, kann der Abstandshalter an wenigstens einer weiteren Fläche des Befestigungselements anliegen. Außerdem kann auch ein Abstandshalter Verwendung finden, der eine an die Form des Befestigungselements angepasste Aufnahme zum Aufnehmen wenigstens eines Teils des Befestigungselements aufweist. Auf diese Weise kann das Befestigungselement in allen relevanten Richtungen gegen Deformationen abgesichert werden. Insbesondere kann der Abstandshalter auch ein Teil einer Form zum Herstellen des Wachsmodells der Turbinenschaufel sein.In order not only to prevent displacements in the distance between the fastening element and the blade platform, but also lateral movements between the blade platform and the fastening element, the spacer may rest against at least one further surface of the fastening element. In addition, a spacer may also be used which has a receptacle adapted to the shape of the fastening element for receiving at least part of the fastening element. In this way, the fastener can be secured against deformation in all relevant directions. In particular, the spacer may also be part of a mold for making the wax model of the turbine blade.
Der verwendete Abstandshalter kann insbesondere aus Metall oder Keramik hergestellt sein. Falls der Abstandshalter aus Metall hergestellt ist, kommen beispielsweise Stahl oder Aluminium in Frage, wobei Aluminium aufgrund seines geringen Gewichts Vorteile mit sich bringt.The spacer used may in particular be made of metal or ceramic. If the spacer is made of metal, for example, steel or aluminum in question, with aluminum brings advantages because of its low weight.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel wird eine Turbinenschaufel mit einer Schaufelplattform und einem Befestigungselement zum Befestigen der Schaufel an einer Schaufelhalterung hergestellt, wobei wenigstens eine Fläche des Befestigungselements einer Plattformfläche der Schaufelplattform mit Abstand gegenüber liegt. Die Turbinenschaufel wird mit Hilfe einer Negativform der Turbinenschaufel gegossen. Erfindungsgemäß wird die Negativform entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Negativform erstellt.In the turbine blade manufacturing method of the present invention, a turbine blade having a paddle platform and a fastener for attaching the paddle to a paddle mount is made wherein at least one surface of the fastener is spaced from a platform surface of the paddle platform. The turbine blade is cast by means of a negative mold of the turbine blade. According to the invention Negative mold according to the inventive method for producing a negative mold created.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel erlaubt das Herstellen der Turbinenschaufel mit in den besonders relevanten Bereichen der Aufhängung gut kontrollierbaren Oberflächen und Dimensionen, ohne dass hierfür die Verwendung einer Kokille notwendig wäre.The method according to the invention for producing a turbine blade makes it possible to produce the turbine blade with surfaces and dimensions that are easily controllable in the particularly relevant areas of the suspension, without the use of a mold being necessary for this purpose.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Abstandshalter für eine Wachsform einer Turbinenschaufel mit einer Schaufelplattform und einem Befestigungselement zum Befestigen der Schaufel an einer Schaufelhalterung, wobei wenigstens eine Fläche des Befestigungselements einer Plattformfläche der Schaufelplattform mit Abstand gegenüberliegt, zur Verfügung gestellt. Der erfindungsgemäße Abstandshalter weist eine an die Form des Befestigungselements angepasste Aufnahme zum Aufnehmen wenigstens eines Teil des Befestigungselements auf. Ein derartiger Abstandshalter kann vorteilhaft im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Negativform für die Herstellung einer Turbinenschaufel Verwendung finden. Er kann insbesondere aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein. Auch eine Herstellung aus Keramik ist möglich.According to the invention, there is also provided a turbine blade wax mold spacer having a blade platform and a fastener for securing the blade to a blade support, at least one surface of the fastener being spaced from a platform surface of the blade platform. The spacer according to the invention has a receptacle adapted to the shape of the fastening element for receiving at least part of the fastening element. Such a spacer can advantageously be used in the context of the method according to the invention for producing a negative mold for the production of a turbine blade. It may in particular be made of metal, for example of steel or aluminum. Also, a ceramic production is possible.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Form zur Herstellung eines Wachsmodells einer Turbinenschaufel zur Verfügung gestellt. Die Form umfasst einen herausnehmbaren oder abtrennbaren Teil, der bei der Entnahme des Wachsmodells aus der Form am Wachsmodell verbleibt und einen erfindungsgemäßen Abstandshalter bildet.According to another aspect of the invention, there is provided a mold for making a wax model of a turbine blade. The mold comprises a removable or separable part which, upon removal of the wax model from the mold, remains on the wax model and forms a spacer according to the invention.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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Figur 1 zeigt eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt. -
Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Beispiel für eine Turbinenschaufel. -
zeigt ein Beispiel für eine Brennkammer einer GasturbineFigur 3 -
Figur 4 zeigt stark schematisiert die Aufhängung einer Turbinenschaufel. -
zeigt den Ablauf eines Verfahrens zum gießtechnischen Herstellen einer Turbinenschaufel.Figur 5 -
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wachsmodell einer Turbinenschaufel.
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FIG. 1 shows a gas turbine in a longitudinal section. -
FIG. 2 shows in perspective view an example of a turbine blade. -
FIG. 3 shows an example of a combustion chamber of a gas turbine -
FIG. 4 shows very schematically the suspension of a turbine blade. -
FIG. 5 shows the sequence of a method for the casting production of a turbine blade. -
FIG. 6 shows a section of a wax model of a turbine blade.
Die
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.The
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.Along the rotor 103 follow one another an
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.The
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.Each
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.The
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.The components exposed to the hot working
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).Likewise, substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.As the material for the components, in particular for the
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.The
Die
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.The
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).As a
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).In the mounting
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.The
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.The
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.In
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.The
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.The production of such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.Here, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal. In these processes, it is necessary to avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification, since non-directional growth necessarily produces transverse and longitudinal grain boundaries which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).The term generally refers to directionally solidified microstructures, which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Solche Verfahren sind aus der
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.The density is preferably 95% of the theoretical density.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer).A protective aluminum oxide layer (TGO = thermal grown oxide layer) is formed on the MCrAlX layer (as an intermediate layer or as the outermost layer).
Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0,6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al-0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-11Al-0,4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr-10Al-0,4Y-1,5Re.Preferably, the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y. In addition to these cobalt-based protective coatings, nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1 are also preferably used , 5RE.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
The thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance. The thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Refurbishment means that
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The
Die
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.To achieve a comparatively high efficiency, the
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.Each
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2 Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.On the MCrAlX may still be present, for example, a ceramic thermal barrier coating and consists for example of ZrO 2 Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.By suitable coating methods, e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD. The thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.Refurbishment means that
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.Due to the high temperatures inside the
Die Turbinenschaufel 1 weist ein Schaufelblatt 9 und wenigstens eine am radial äußeren Ende des Schaufelblatts 9 angeordnete Schaufelplattform 11. Eine entsprechende Schaufelplattform kann auch am radial inneren Ende des Schaufelblatts 9 angeordnet sein (in
Der Abstand d zwischen der radial äußeren Plattformfläche 15 und einer dieser Plattformfläche gegenüberliegenden Hakenfläche 17 bestimmt in Verbindung mit der Lage der Haltevorsprünge 5 des Halteelements 3 die Positionierung der radial inneren Plattformfläche 13 im Heißgaspfad der Gastrubine und ist somit für das Ausbilden eines strömungstechnisch optimierten Heißgaspfades von großer Bedeutung. Im Rahmen der gießtechnischen Herstellung einer Turbinenschaufel kommt daher das Gewährleisten eines definierten Abstandes d zwischen der radial äußeren Plattformfläche und der Hakenfläche 7 große Bedeutung zu.The distance d between the radially
Ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung der in
In einem ersten Verfahrensschritt 19 wird eine Gießform für ein Wachsmodell der herzustellenden Turbinenschaufel 9 erstellt. Da beim Gießen des Wachsmodells keine besonders hohen Temperaturen vorkommen, kann das Material für die Wachsmodellgießform im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit optimiert gewählt werden, so dass sich die Kontur des Wachsmodells präzise als Negativform erzeugen lässt. Eine einmal hergestellte Gießform für das Wachsmodell kann auch wieder verwendet werden, so dass nicht notwendigerweise in jedem Verfahren zum Herstellen eines Negativmodells für eine Turbinenschaufel der Schritt des Herstellens einer Gießform für ein Wachsmodell enthalten sein muss. Lediglich dann, wenn eine Turbinenschaufel mit neuer Geometrie zum ersten Mal hergestellt werden soll, ist eine Gießform für das entsprechende Wachsmodell neu herzustellen.In a
Mittels der Gießform für das Wachsmodell wird in Schritt 21 das Wachsmodell der Turbinenschaufel gegossen. Nachdem das Wachsmodell soweit ausgehärtet ist, dass die Gießform entfernt werden kann, werden in Schritt 23 Abstandshalterelemente in den Bereich der Haltehaken 7 eingesetzt. Ein solches Abstandshalterelement 219 ist schematisch in
Sobald das Wachsmodell 209 aus der Form genommen werden kann, werden Abstandshalterelemente 219 in den Zwischenraum zwischen der radial äußeren Modellplattformfläche 215 und der gegenüberliegenden Modellhakenfläche 217 eingeschoben. Der Abstandshalter 219 ist aus einem formbeständigen Material, beispielsweise Metall oder Keramik hergestellt. Insbesondere metallische Materialien, etwa Stahl oder Aluminium, lassen sich mit präzisen Abmessungen herstellen, so dass die Dicke des Abstandshalters sehr genau an den einzuhaltenden Abstand d zwischen der radial äußeren Modellplattformfläche 215 und der gegenüber liegenden Modellhakenfläche 217 angepasst werden kann.Once the
Sobald der Abstandshalter 219 in den Zwischenraum zwischen der radial äußeren Plattformfläche 215 und der gegenüber liegenden Modellhakenfläche 217 eingeschoben ist, ist der Abstand zwischen diesen beiden Flächen gegen eine Veränderung aufgrund von Deformationen im Wachsmodell während des weiteren Aushärtens und/oder während des Transports und/oder des Lagerns des Wachsmodells gesichert. Der Abstandshalter 219 weist zudem einen verdickten Abschnitt 221 auf, welcher als Rand dient, der der Stirnfläche 223 des Modellhakens 207 gegenüber liegt. Auf diese Weise kann auch einer Verlagerung der Stirnfläche 223 durch Deformation insbesondere des Modellhakens 207 zuverlässig entgegengewirkt werden.Once the
Obwohl der Abstandshalter 219 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach der Entnahme des Wachsmodells aus der Gießform eingesetzt wird, kann der Abstandshalter auch so ausgebildet sein, dass er während des Gießprozesses einen Teil der Gießform bildet, der anschließend zusammen mit dem Wachsmodell aus der Gießform genommen oder von der Gießform abgetrennt werden kann. Dadurch, dass sich in dieser alternativen Ausgestaltung des Verfahrens der Abstandshalter bereits während des Gießens in seiner Position befindet, ist das Wachsmodell im Bereich des Modellhakens 207 auch gegen Verformungen, die beim Entnehmen des Modells aus der Form auftreten könnten, gesichert.Although the
Der Abstandshalter 229 verbleibt vorteilhafter Weise solange im Wachsmodell 201 der Turbinenschaufel 1, bis anhand des Wachsmodells 201 eine Negativform für die Turbinenschaufel 1 erstellt wird. Nachdem der Abstandshalter in Schritt 25 des Verfahrens entfernt worden ist, wird die Negativform beispielsweise mittels eines Keramikmaterials um das Wachsmodell herum gebildet (Schritt 27). Nach dem Abbinden der Negativform wird das Wachs aus der Negativform ausgeschmolzen, so dass der dadurch entstehende Hohlraum zum Gießen der Turbinenschaufel in Schritt 29 zur Verwendung steht. Nachdem die Turbinenschaufel mit Hilfe der Negativform gegossen worden ist, wird die Negativform entfernt und das Verfahren zum Herstellen der Turbinenschaufel ist abgeschlossen.The spacer 229 advantageously remains in the
Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches Mittel zur Verfügung, mit dem einer Deformation des Wachsmodells, das während eines Gießprozesses zum Herstellen einer Turbinenschaufel Verwendung findet, entgegengewirkt werden kann. Dadurch lassen sich Verbesserungen beim Einhalten einer präzisen Geometrie des Wachsmodells erreichen, wodurch die Zahl an fehlerhaft gegossenen Turbinenschaufeln, die nachzuarbeiten sind, oder im schlimmsten Fall Ausschuss darstellen, verringert werden kann.The present invention provides a simple means of counteracting deformation of the wax model used during a casting process to manufacture a turbine blade. This can provide improvements in maintaining a precise geometry of the wax model, thereby reducing the number of faulty cast turbine blades that are to be reworked or, in the worst case, scrap.
Claims (14)
dadurch gekennzeichnet, dass
während des Aushärtens und/oder während einer Lagerung und/oder während einem Transport des Wachsmodells (201) wenigstens ein Abstandhalter (219) zwischen der Plattformfläche (215) der Schaufelplattform (211) und der wenigstens einen gegenüber liegenden Fläche des Befestigungselementes (207) des Wachsmodells (201) angeordnet ist.
characterized in that
at least one spacer (219) between the platform surface (215) of the blade platform (211) and the at least one opposing surface of the fastener (207) of the blade during curing and / or during transport and / or transport of the wax model (201) Wax model (201) is arranged.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstandshalter (219) bis unmittelbar von der Herstellen der Negativform im Wachsmodell (201) verbleibt.Method according to claim 1,
characterized in that
the spacer (219) remains until immediately from the production of the negative mold in the wax model (201).
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Abstandshalter (219) den Raum zwischen der Plattformfläche (215) der Schaufelplattform (211) und der wenigstens einen gegenüber liegenden Fläche (217) des Befestigungselementes (207) des Wachsmodells (201) vollständig ausfüllt.A method according to claim 1 or claim 2,
characterized in that
the at least one spacer (219) completely fills the space between the platform surface (215) of the blade platform (211) and the at least one opposing surface (217) of the fastener (207) of the wax model (201).
dadurch gekennzeichnet, dass
das der Abstandhalter (219) an wenigstens einer weiteren Fläche (223) des Befestigungselements (207) des Wachsmodells (201) anliegt.Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
in that the spacer (219) rests against at least one further surface (223) of the fastening element (207) of the wax model (201).
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abstandhalter (219) Verwendung findet, der eine an die Form des Befestigungselementes (207) des Wachsmodells (201) angepasste Aufnahme zum Aufnehmen wenigstens eines Teils des Befestigungselementes (207) aufweist.Method according to one of claims 1 to 4,
characterized in that
a spacer (219) is used which has a receptacle adapted to the shape of the fastening element (207) of the wax model (201) for receiving at least a part of the fastening element (207).
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstandshalter (219) Teil einer Form zum Herstellen des Wachsmodells ist.Method according to one of claims 1 to 5,
characterized in that
the spacer (219) is part of a mold for making the wax model.
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abstandhalter (219) aus Metall Verwendung findet.Method according to one of claims 1 to 6,
characterized in that
a metal spacer (219) is used.
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abstandhalter (219) aus Keramik Verwendung findet.Method according to one of claims 1 to 6,
characterized in that
a spacer (219) made of ceramic is used.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Negativform der Turbinenschaufel (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 erstellt wird.Method for producing a turbine blade (1) having a blade platform (11) and a fastening element (7) for securing the turbine blade (1) to a blade holder (3), wherein at least one surface (17) of the fastening element (7) of a platform surface (15 ) is spaced from the blade platform (11) by casting the turbine blade (1) with the aid of a negative mold of the turbine blade,
characterized in that
the negative mold of the turbine blade (1) according to one of claims 1 to 8 is created.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstandshalter (219) eine an die Form des Befestigungselementes (207) des Wachsmodells (201) der Turbinenschaufel (1) angepasste Aufnahme zum Aufnehmen wenigstens eines Teils des Befestigungselementes (207) des Wachsmodells (201) aufweist.A spacer (219) for a wax model (201) of a turbine blade (1) having a blade platform (11) and a fastener (7) for securing the turbine blade (1) to a blade support (3), at least one surface (17) of the fastener (7) is spaced from a platform surface (15) of the blade platform (11),
characterized in that
the spacer (219) has a receptacle adapted to the shape of the fastening element (207) of the wax model (201) of the turbine blade (1) for receiving at least part of the fastening element (207) of the wax model (201).
gekennzeichnet durch
seine Ausgestaltung aus Metall.Spacer (219) according to claim 9,
marked by
its design of metal.
gekennzeichnet durch
seine Ausgestaltung aus Keramik.Spacer (219) according to claim 9,
marked by
its design of ceramic.
der Abstandshalter (219) Teil einer zum Herstellen des Wachsmodells (201) Verwendung findenden Form ist, welcher zusammen mit dem Wachsmodell (201) aus der Form herausgelöst werden kann.Spacer (219) according to one of claims 10 to 12, characterized in that
the spacer (219) is part of a mold used to make the wax model (201) which can be released from the mold together with the wax model (201).
dadurch gekennzeichnet, dass
sie einen herausnehmbaren oder abtrennbaren Teil zum Verbleib am Wachsmodell (201) bei der Entnahme des Wachsmodells (201) aus der Form umfasst, der einen Abstandshalter (219) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 bildet.Mold for producing a wax model (201) of a turbine blade (1),
characterized in that
it comprises a removable or detachable part for remaining on the wax model (201) upon removal of the wax model (201) from the mold forming a spacer (219) according to any one of claims 10 to 13.
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