WO2000058606A1 - Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel - Google Patents

Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel Download PDF

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WO2000058606A1
WO2000058606A1 PCT/EP2000/002606 EP0002606W WO0058606A1 WO 2000058606 A1 WO2000058606 A1 WO 2000058606A1 EP 0002606 W EP0002606 W EP 0002606W WO 0058606 A1 WO0058606 A1 WO 0058606A1
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gas turbine
turbine blade
core
supply channels
coolant
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PCT/EP2000/002606
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Peter Tiemann
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc

Definitions

  • the invention relates to a cast gas turbine blade through which coolant flows, in particular gas turbine rotor blade with a blade root, which is inserted into a rotatable disk of the gas turbine and which has a plurality of supply channels for an internal cooling system and which has a distributor space, coolant being able to be fed to the supply channels by means of a supply channel to the disk that communicates with the supply channels through the distribution room.
  • the invention further relates to a device for casting a
  • Gas turbine blade with a casting core which has core ribs forming supply channels, and a method for producing a cast gas turbine blade.
  • a gas turbine blade is known from US Pat. No. 4,344,738, which is inserted with a blade root into a disk transverse groove of a rotatable disk of the gas turbine, the disk having a supply duct for supplying the gas turbine with coolant.
  • the feed channel opens below the blade root in the transverse disk groove intended for receiving the blade root.
  • Supply channels lead from the blade root, through which the coolant is led into the internal cooling system.
  • the supply channels have predominantly edge-entry openings.
  • US Pat. No. 4,992,026 discloses a gas turbine blade through which a coolant flows and with an internal cooling system, the coolant being introduced into the blade root through supply channels and introduced into the internal cooling system through supply channels.
  • the supply channels have edges set at right angles at their transitions from the blade root.
  • the internal cooling of the gas turbine blade is intended to prevent excessive heating of the blade material caused by high operating temperatures, which can lead to serious damage.
  • a further possibility of forming the supply duct area in the lower blade root is to provide a so-called distributor space, from which the supply ducts for the internal cooling system originate and which is supplied with coolant from the supply duct of the disk.
  • the distribution space should essentially serve a reliable and uniform distribution of the coolant to the supply channels, with only slight losses of the coolant being allowed to occur.
  • this distribution space is generally rectangular and in particular has right-angled transitions of the supply channels to the distribution space.
  • the edged structure of the entrances to the supply channels creates strong flow vortices, which in principle ensure good cooling of the flow areas.
  • the distributor space since the distributor space is located in the blade root, it is not subjected to excessive heat and therefore has only a low cooling requirement.
  • This condition can be improved by mechanically reworking the inputs of the supply channels in the distributor space after the casting process.
  • this has to be done predominantly by hand and is therefore very labor-intensive.
  • this procedure does not ensure that all supply channels of a gas turbine blade have the desired shape or all gas turbine blades of one type have the same flow resistance, which would, however, be necessary for a calculation of the flow properties and optimal utilization of the cooling medium that meets the high quality requirements.
  • the object of the invention is therefore to provide a coolant-flowed, cast gas turbine blade, in particular a gas turbine blade, which has flow-optimized transitions from the distribution space to the supply channels, that is to say low flow resistances at the outlet openings of the distribution space.
  • Distribution room and internal cooling system should be able to be produced in a single manufacturing process, the casting process.
  • Another object of the invention is to provide a device and a method for producing such a coolant-flowed, cast gas turbine blade with a corresponding distributor space.
  • the object directed to a cast gas turbine blade through which coolant flows is achieved in that a cast distributor space is present which has rounded or flattened inlet openings of the supply ducts.
  • the rounded or flattened inlet openings of the supply channels, which adjoin the distribution space, ensure that the flow resistance of the cooling medium is minimized, in particular in the transition area from the distribution space to the supply channels.
  • the flow of the coolant it remains mostly laminar.
  • the coolant can thus - with a corresponding edge-free transition solution from the supply duct to the distribution space - flow almost freely into and out of the distribution space through the supply ducts and in this way reaches the internal cooling system quickly and with low losses, which is particularly important for the hot and coolant-intensive areas of the Gas turbine blade, for example the contact edge area, leads to a greatly extended service life.
  • the coolant supplied is better used.
  • the medium fed through the supply channel of the disk no longer has to be introduced into the internal cooling system through two 90 ° angles, but is instead conducted in a flowing, continuous flow movement directly to the internal cooling system.
  • the cooling medium flows around, there are no cavities in which the cooling medium is located as in dead zones.
  • the supplied cooling medium is swirled very little due to the rounding or flattening of the inlet openings.
  • the inlet openings of the supply channels connect directly to the distribution space and are produced with it in a manufacturing process.
  • the rounding or flattening is designed to be reproducible through the casting process.
  • a series of gas turbine blades can have the same, predetermined sizes or dimensions for the inlet openings and the distributor space. This provides the basis for a reliable predetermination of the coolant requirement or the coolant function. This is particularly important in order to ensure that even remote parts of the gas turbine blades are reliably cooled and thus wear due to overheating is minimized.
  • the present invention cools the coolant even at a low pressure due to the low flow rate. introduced through the distribution space into the supply channels and thus only escapes to a small extent through the space between the blade root and the rotating disk of the gas turbine. This minimizes the loss of the coolant and makes optimal use of the coolant.
  • the distribution space is preferably designed in the form of a semi-ellipsoid. Its base area also corresponds to the largest cross section of the ellipsoid and is delimited by the disk when the gas turbine blade is inserted into a disk groove.
  • the side surfaces of the semi-ellipsoid and also the transitions between the side surfaces are rounded. This simple geometry is easy to manufacture and reliably prevents the formation of dead zones in which the introduced coolant is located. Due to the missing edges, only slight turbulence occurs on the walls of the distribution room, which leads to negligible flow losses. Due to the ellipsoidal shape, it is possible to control the flow of coolant to the supply channels adjacent to different areas of the ellipsoid.
  • a further optimization of the coolant flow is achieved in that the rounded or flattened inlet openings adjoin one another in an optimized flow or are adjacent to one another.
  • Optimized in terms of flow means that the necessary flow deflections caused by the relative position of two inlet openings or the distributor space and one inlet opening relative to one another take place with the least possible turbulence in the flow. This is done in particular by rounding off the edges which result from the meeting of the respective roundings of the inlet openings.
  • the optimization of the flow vortex preventing shape is possible through the use of the rounded one-piece cast core individually tailored to the requirements placed on a particular type of gas turbine and without post-processing in the casting process.
  • a predetermined coolant supply can be easily adjusted in that the cross section of the supply duct and the local changes in the cross sections of the distributor space are matched to the cross sections of the inlet openings downstream in terms of flow.
  • the changes in cross-section of the distribution space correspond, for example, in the height and width to the shape of a semi-ellipsoid.
  • the transitions between the inlet openings or around the inlet openings are referred to as transition cross sections. Due to the rounding or flattening of the inlet openings, a larger inlet opening cross-section is created directly at the distributor space, which cross-section is then reduced at the transition to the supply duct.
  • the supply duct has an essentially constant cross section, but there may also be a rounding or flattening of a supply duct to improve the flow properties, as a result of which the cross section to the distributor space increases.
  • the cross-sections described are coordinated, i.e. predetermined cross-sectional relationships for matching the coolant supply are taken into account. This is necessary if, for example, there is an increased coolant requirement due to a high operating temperature or special designs of the internal cooling system in a gas turbine blade which require high coolant pressures or have a high leakage rate.
  • the lowermost longitudinal rib of the blade root which is closest to the axis of rotation of the gas turbine, is extended along a main axis of the gas turbine blade. With its longitudinal ribs, the blade root is held on the undercuts of the disk groove in which it is inserted. The distribution space for the cooling medium is housed in the lowest longitudinal rib.
  • the blade root is extended according to the invention in the area of the lowest longitudinal rib. This extension takes place along the main axis of the gas turbine blade, that is to say, when the gas turbine blade is inserted, perpendicular to the circumference of the disk. Due to the extended design of the lower longitudinal rib, the stability of the holding device in the blade root is still ensured and the extension can be easily accomplished in the manufacturing process of the gas turbine blade by making the core base of the casting core thicker.
  • the inlet openings of the supply channels are at the level of the transition flank between the lowermost longitudinal rib and the longitudinal rib above it. In this way it is ensured that the area of the distribution space is only encompassed by the lowest longitudinal rib. There is a transition flank between each of the two longitudinal ribs. supply ensures that the blade root of the gas turbine blade is held securely in the undercut of the disk.
  • the proposed arrangement of the inlet openings of the supply channels ensures that subsequent processing of the blade root after the casting process can take place in a defined area without the blade being damaged, the area of the distributor space being located within the lowermost longitudinal rib. The extent of the longitudinal rib can thus be adjusted almost as desired.
  • the object directed to a casting device for producing a gas turbine blade with a distribution space is achieved by a device for casting a gas turbine blade with a casting core which has core ribs which form supply channels, the casting core having a core base which forms the distribution space and with which the core ribs are formed in one piece and there is a smooth transition from the core base to the core ribs.
  • the casting device has an inner casting core in addition to an outer jacket.
  • the casting core is used in the casting of the gas turbine blade in order to keep a predetermined, inner area of the gas turbine blade free of casting material. This reserved area includes the internal cooling system, the supply ducts and the distribution room.
  • the supply channels are kept free by elongated approaches of the casting core, the so-called core ribs.
  • the distribution space is formed by an area that is widened compared to the core ribs and has a certain thickness and height, the so-called core foot.
  • the core base is formed in one piece with the core ribs. The one-piece design of the two parts of the casting core enables a rounded design of the transition between the supply channels and the distribution space.
  • the rounded design of the transition between the supply channels and the distribution room always takes place in the same way as specified by the shape of the casting core. This enables exact compliance with predetermined dimensions. It is possible to ensure desired dimensions of the internal cooling system of the gas turbine blade in such a way that they can be set reproducibly for a whole series of gas turbine blades. This provides a basis for an inexpensive and reliable manufacture of internally cooled gas turbine blades.
  • the casting core is formed in one piece, it is very stable against the deformation forces which occur due to the solidification of the melt.
  • the transition from the core base to the core ribs is designed in such a way that it takes place smoothly, in that the cross section from the core ribs to the core base preferably increases continuously. After the casting process, due to the smooth transition of the core ribs into the core base, no reworking of the inlet openings of the supply channels is necessary to ensure a low flow resistance.
  • the core ribs merge with the increasing cross section into the core foot, which has a thickness that is greater than the thickness of the core ribs. In this way, a further reduction in the flow resistance of the coolant flow is possible.
  • the transition from the distribution space to the supply channels is provided in that the rounded core ribs end in a curved surface that ends in the core base.
  • This area forms a constriction, which is introduced to the actual entrances of the supply channels and which supports a continuous and low-swirl diversion of the coolant flow into the supply channels.
  • tiger casting core easier to manufacture and also better calculated in terms of its flow properties.
  • the object directed to a method for producing a gas turbine show using a described device for casting is achieved in that the distributor space and the supply channels are cast by using the one-piece casting core.
  • the casting process is more accurate and at the same time less time-consuming, since the individual parts of the casting core can be set up together. With this method, the distribution room no longer has to be mechanically incorporated. This complex, essentially to be carried out by hand
  • the distribution space can be mechanically reworked. This is simplified compared to the usual mechanical processing in that most of the material to be worked out is already missing due to the casting process. It is therefore only necessary to carry out minor corrections which require less production effort.
  • Fig.l shows a detail of the disc and the blade root in a perspective side view
  • Fig.2 shows a perspective view of the blade root and the distributor space from below
  • Fig.3 shows a view of the distributor space, the inlet openings and the supply channels from below
  • FIG. 4b a cross section through the distribution space of FIG. 3
  • FIG. 5 a perspective side view of the lower part of the casting core
  • FIG. 6 a cross section through a core rib and the core foot of Fig. 5.
  • FIG. 1 shows schematically and not to scale a basic structure of the base area of a gas turbine blade 1 inserted into a disk 3 of a gas turbine.
  • the disk 3 can be rotated about the axis of rotation 14 of the gas turbine.
  • the gas turbine blade 1 is held with its blade root 2, which has two longitudinal ribs 13, 13 ', in a disk transverse groove 60 of the disk 3.
  • the blade root 2 is supported on undercuts 12 of the disk 3 with its longitudinal ribs 13, 13 'against the centrifugal forces acting parallel to the longitudinal direction 15 of the gas turbine blade 15 when the disk 3 rotates about the axis of rotation 14.
  • the disk 3 has a supply duct 6 and the blade root 2 has a plurality of supply ducts 4, which are in flow connection with one another through a distributor space 5.
  • coolant 80 can be guided from the disk 3 into the internal cooling system of the gas turbine blade 1.
  • the coolant 80 is preferably cooling air.
  • the distribution space 5 has rounded or flattened inlet openings 7 of the supply channels 4.
  • the coolant 80 passed through is divider room 5 and directed into the supply channels 4 to the internal cooling system with minimal flow losses.
  • the distribution space 5 is open on its base side 70 to the supply duct 6. There is almost no flow loss on this base side 70.
  • the distribution space 5 is rounded in the manner of an ellipsoid. In its cross-sectional shape parallel to its base side 70, it has a shape of a shrinking ellipse. In the perpendicular cross-sectional area 9, shown in FIG. 4b, it has the cross-sectional shape of a half ellipse with a continuously changing cross-section. This semi-elliptical shape is interrupted by the rounded inlet openings 7 of the supply channels 4.
  • the transitions between the inlet openings 7 of the supply channels 4 and the half ellipse of the distributor space 5 are rounded, so that they do not form any appreciable flow resistance.
  • the inlet openings 7 can both lie directly next to one another, that is to say abut one another or be adjacent to one another.
  • the areas between the inlet openings 7 of the supply channels 4 are rounded in terms of flow, ie there are no edges.
  • This also applies to the cross sections 8 of the supply duct 6 in the disk 3 of the gas turbine.
  • the cross section 8 of the supply duct 6 is preferably matched to the local changes in the cross sections 9 of the distributor space 5 perpendicular to its base plane 70, as well as to the cross sections 10 of the inlet openings 7 arranged downstream in terms of flow. In this way, one for cooling the most distant regions of the gas turbine blade 1 necessary coolant flow 80 can be set safely.
  • the supply channels 4 adjoin the distribution space 5 with different cross-sections 10 and transition cross-sections 11 which are adapted to them and which merge into the distribution space 5. In this way, a differently strong coolant flow 80, which depends in each case on the cross section 10 of the supply duct 4, can be changed into a predetermined one Area of the internal cooling system. This enables an individual adaptation of the cooling.
  • the gas turbine blade 1, which is shown in FIG. 1, is produced in a single casting process, the distributor space 5 being formed by a casting core 18 with the core ribs 19, which keep the supply channels 4 free of casting material.
  • the distributor space 5 has a height 90 which approximately corresponds to the height 16 of the distance of the lower part of the lower longitudinal rib 13 to the transition into the subsequent longitudinal rib 13 'of the blade root 2. Accordingly, in order to obtain a large distributor space 5 with as little flow resistance as possible, it is advantageous if the lower longitudinal rib 13 is extended along a main axis 15 of the gas turbine blade 1. With such an enlarged distributor space 5, only a small proportion of turbulence in the coolant flow 80 can be determined within the distributor space 5 and at the transition into the inlet openings 7.
  • FIG. 2 shows a top view of the base side 70 of the blade root 2 in a perspective view.
  • Rounded or flattened inlet openings 7 of the supply ducts 4 depart from the distributor space 5.
  • the longitudinal ribs 13, 13 ' are formed with undercuts 12.
  • the supply channels 4 have an oval or elliptical shape, which is particularly aerodynamic.
  • the inlet openings 7 are also correspondingly elliptical, the cross section of the elliptical inlet openings 7 continuously decreasing from the distributor space 5 to the supply channels 4.
  • the coolant flow 80 runs from the supply duct 6 with a diameter 8 into the distributor space 5 and through the inlet openings 7 into the supply ducts 4 rounded inlet openings 7 and the rounded distributor space 5 as well as the rounded opening 110 of the supply duct 6, the coolant flow 80 is passed unhindered into the internal cooling system of the gas turbine blade 1.
  • the distribution space 5 has a maximum height 90.
  • FIG. 4b shows a cross section through the view of FIG.
  • the blade root 2 of the gas turbine blade is shown, which is cut through the distributor space 5.
  • the distributor space has an elliptical cross-section with the cross-sectional area 9.
  • the casting core 18 represents the essential component of the device for casting a gas turbine blade 1.
  • the casting core 18 has core ribs 19 and one
  • the core ribs 19 with the thickness 21 form the supply channels 4 of the gas turbine blade 1 during casting.
  • the core foot 20 and the core ribs 19 are formed in one piece and the core rib 19 merges into the core foot 20 with an enlarging cross section 21. This transition takes place in a continuously increasing cross section 21, so that no sudden changes in the thickness occur.
  • the core ribs 19 are rounded and preferably end in a curved surface 24 which ends in the core base 20. In this way, the distributor space 5 is shaped particularly aerodynamically after the casting. 6 shows in a longitudinal section through the core base 20 and a core rib 19 the continuous transition of the thickness 23 of the core rib 19 into the thickness 22 of the core base 20.
  • a casting core 18 described above is used in the manufacture of the gas turbine blade 1 described above. It enables simple manufacture of both a large distributor space 5 and a continuous transition from the distributor space 5 to the supply ducts 4 of the gas turbine blade, without the gas turbine blade 1 having to be reworked in this area. However it is readily possible to mechanically reprocess a gas turbine blade 1 cast in this way in its distributor space 5, for example in order to subsequently adapt the gas turbine blade 1 to changed requirements or to use the same casting core 18 for different models. A substantial part of the material to be worked out is already kept free by the core base 20. The subsequent mechanical processing is therefore only a correction that can be carried out quickly and inexpensively.

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Abstract

Eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel (1), mit einem Schaufelfuss (2), der mehrere Versorgungskanäle (4) und einen Verteilerraum (5) aufweist, wobei den Versorgungskanälen (4) Kühlmittel mittels eines Zuleitungskanals (6) der Scheibe (3) zuleitbar ist, der mit den Versorgungskanälen (4) über den Verteilerraum (5) kommuniziert, wird strömungs- und herstellungsmässig dadurch optimiert, dass ein gegossener Verteilerraum (5) vorhanden ist, der abgerundete oder abgeflachte Einlassöffnungen (7) der Versorgungskanäle (4) aufweist und der durch einen einstückigen Giesskern hergestellt wird.

Description

Beschreibung
Kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Verteiler- raums der Gasturbinenschaufel
Die Erfindung betrifft eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel, insbesondere Gasturbinenlaufschaufel mit einem Schaufelfuß, der in eine rotierbare Scheibe der Gastur- bine eingesetzt ist und der mehrere Versorgungskanäle für ein Innenkühlungssystem und der einen Verteilerraum aufweist, wobei den Versorgungskanälen Kühlmittel mittels eines Zuleitungskanals der Scheibe zuleitbar ist, der mit den Versorgungskanälen über den Verteilerraum kommuniziert. Die Erfin- düng betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Gießen einer
Gasturbinenschaufel mit einem Gießkern, der Versorgungskanäle formende Kernrippen hat, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer gegossenen Gasturbinenschaufel.
Aus der US-PS 4,344,738 ist eine Gasturbinenschaufel bekannt, die mit einem Schaufelfuß in eine Scheibenquernut einer rotierbaren Scheibe der Gasturbine eingesetzt ist, wobei die Scheibe einen Zuleitungskanal zur Versorgung der Gasturbine mit Kühlmittel aufweist. Der Zuleitungskanal mündet unterhalb des Schaufelfußes in der für die Aufnahme des Schaufelfußes bestimmten Scheibenquernut. Vom Schaufelfuß gehen Versorgungskanäle ab, durch die das Kühlmittel in das Innenkühlungssystem geleitet wird. Die Versorgungskanäle weisen überwiegend kantenbehaftete Eingangsöffnungen auf.
Die US-PS 4,992,026 offenbart eine kühlmitteldurchströmte Gasturbinenschaufel mit einem Innenkühlungssystem, wobei das Kühlmittel durch Zuleitungskanäle in den Schaufelfuß eingeleitet und durch Versorgungskanäle in das Innenkühlungssystem eingeleitet. Die Versorgungskanäle weisen an ihren Übergängen vom Schaufelfuß rechtwinklig angesetzte Kanten auf. Die Innenkühlung der Gasturbinenschaufel soll eine durch hohe Betriebstemperaturen entstehende, starke Aufheizung des Schaufelmaterials verhindern, die zu schwerwiegenden Schädigungen führen kann. Hierzu ist es notwendig, daß das Kühlme- dium insbesondere die weit von seinem Einströmbereich entfernten Teile der Gasturbinenschaufeln, die den größten Belastungen ausgesetzt sind, problemlos erreicht. In der Nähe der Eingänge der Versorgungskanäle, die nahezu keinen Kühlungsbedarf besitzen, entstehen jedoch bei einem stark kantenbehaf- teten Aufbau der Eingänge der zum Innenkühlungssystem führenden Versorgungskanäle, wie er in beispielsweise in US-PS 4,344,738 oder US-PS 4,992,026 offenbart ist, Totzonen und die Strömungen weichen stark vom idealen laminaren Verlauf ab. Dies bedingt beispielsweise erhöhte Gefahr der Bil- düng von Ablagerungen und insbesondere einen großen Strömungswiderstand. Das Kühlmedium kann nur mit einem erhöhten Druck durch die Versorgungsleitungen gepreßt werden, was häufig nicht in ausreichendem Maße möglich ist.
Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung des Versorgungskanal- bereichs im unteren Schaufelfuß besteht darin, einen sogenannten Verteilerraum vorzusehen, von dem die Versorgungskanäle für das Innenkühlungssystem ausgehen und der von dem Zuleitungskanal der Scheibe mit Kühlmittel versorgt wird. Der Verteilerraum soll im wesentlichen einer zuverlässigen und gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels auf die Versorgungskanäle dienen, wobei lediglich geringe Verluste des Kühlmittels auftreten dürfen. Dieser Verteilerraum ist nach dem üblichen Gußvorgang im allgemeinen rechtwinklig ausgebildet und weist insbesondere rechtwinklige Übergänge der Versorgungskanale zum Verteilerraum auf. Durch den kantenbehafteten Aufbau der Eingänge der Versorgungskanäle entstehen starke Strömungswirbel, die prinzipiell eine gute Kühlung der umströmten Bereiche gewärleisten. Da sich der Verteilerraum jedoch im Schaufelfuß befindet, ist er keiner starken Hitzebelastung unterworfen und weist somit nur einen geringen Kühlbedarf auf. Dieser Zustand kann dadurch verbessert werden, daß die Eingänge der Versorgungskanäle im Verteilerraum nach dem Gußvorgang mechanisch nachbearbeitet werden. Dies muß jedoch wegen der Geometrie des Schaufelfußes und der Eigenschaften des Schaufelmaterials überwiegend in Handarbeit erfolgen und ist deswegen sehr arbeitsintensiv. Darüberhinaus ist bei dieser Vorgehensweise nicht sichergestellt, daß alle Versorgungskanäle einer Gasturbinenschaufel die gewünschte Form bzw. alle Gasturbinenschaufeln einer Art den gleichen Strömungswider- stand aufweisen, was für eine den hohen Qualitätsanforderungen genügende Verausberechnung der Strömungseigenschaften und einer optimalen Ausnutzung des Kühlmediums jedoch notwendig wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel, insbesondere Gasturbinenlaufschaufel anzugeben, die strömungsmäßig optimierte Übergänge vom Verteilerraum zu den Versorgungskanälen aufweist, das heißt, geringe Strömungswiderstände an den Auslaß- Öffnungen des Verteilerraumes. Verteilerraum und Innenkühlungssystem sollen in einem einzigen Herstellungsvorgang, dem Gußvorgang, herstellbar sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen kühlmitteldurchströmten, gegossenen Gasturbinenschaufel mit einem entsprechenden Verteilerraum anzugeben.
Die auf eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein ge- gossener Verteilerraum vorhanden ist, der abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen der Versorgungskanale aufweist.
Durch die abgerundeten oder abgeflachten Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle, die an den Verteilerraum angrenzen, ist es gewährleistet, daß der Strömungswiderstand des Kühlmediums insbesondere im Übergangsbereich vom Verteilerraum zu den Versorgungskanälen minimiert ist. Die Strömung des Kühlmedi- ums bleibt überwiegend laminar. Das Kühlmittel kann somit - bei entsprechend kantenfreier Übergangslösung vom Zuleitungskanal zum Verteilerraum - annähernd ungehindert in den Verteilerraum hinein- und durch die Versorgungskanäle aus ihm herausströmen und erreicht das Innenkühlungssystem auf diese Weise schnell und mit geringen Verlusten, was insbesondere für die heißen und kühlmittelintensiven Bereichen der Gasturbinenschaufel, beispielsweise dem Anstreifkantenbereich, zu einer stark verlängerten Standdauer führt. Das zugeführte Kühlmittel wird besser ausgenutzt.
Das durch den Zuleitungskanal der Scheibe zugeführte Medium muß nicht mehr um zwei 90°-Winkel herum in das Innenkühlungssystem hineingeführt werden, sondern wird in einer fließen- den, kontinuierlichen Strömungsbewegung direkt zum Innenkühlungssystem geleitet. Es entstehen bei der Umströmung mit Kühlmedium keine Kavitäten, in denen das Kühlmedium wie in Totzonen steht. Das zugeführte Kühlmedium wird aufgrund der Abrundungen beziehungsweise Abflachungen der Einlaßöffnungen nur sehr wenig verwirbelt.
Die Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle schließen sich direkt an den Verteilerraum an und sind in einem Herstellungsvorgang mit ihm erzeugt. Die Abrundungen beziehungsweise Ab- flachungen sind durch den Gießvorgang reproduzierbar ausgestaltet. Auf diese Weise kann eine Serie von Gasturbinenschaufeln dieselben, vorbestimmten Größen bzw. Dimensionen für die Einlaßöffnungen und den Verteilerraum erhalten. Dadurch wird die Grundlage für eine zuverlässige Vorausbestim- mung des Kühlmittelbedarfs beziehungsweise der Kühlmittelfunktion geliefert. Dies ist insbesondere wichtig, um sicherzustellen, daß auch entlegene Teile der Gasturbinenlaufschau- feln zuverlässig gekühlt werden und somit der Verschleiß durch Überhitzung minimiert wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird das Kühlmittel bereits bei einem geringen Druck aufgrund des geringen Strömungswi- derstandes durch den Verteilerraum hindurch in die Versorgungskanäle eingebracht und entweicht somit nur in geringem Maße durch den Zwischenraum zwischen Schaufelfuß und rotierender Scheibe der Gasturbine. Hierdurch werden die Verluste des Kühlmittels minimiert und das Kühlmittel optimal ausgenutzt.
Dadurch, daß der Verteilerraum ellipsoidartig abgerundet ausgebildet ist, kann die Kühlluft besonders vorteilhaft den Versorgungskanälen zugeleitet werden. Der Verteilerraum ist dabei vorzugsweise in Form eines Halbellipsoids ausgestaltet. Seine Basisfläche entspricht zugleich dem größten Querschnitt des Ellipsoids und ist bei in eine Scheibennut eingesetzter Gasturbinenschaufel durch die Scheibe begrenzt. Die Seiten- flächen des Halbellipsoids und auch die Übergänge zwischen den Seitenflächen sind abgerundet ausgebildet. Diese einfache Geometrie ist leicht herzustellen und verhindert zuverlässig die Bildung von Totzonen, in denen das eingeleitete Kühlmittel steht. Aufgrund der fehlenden Kanten entstehen lediglich geringe Verwirbelungen an den Wänden des Verteilerraums, die zu vernachlässigbaren Strömungsverlusten führen. Durch die ellipsoidartige Form ist es möglich, den Kühlmittelzufluß zu den an verschiedene Bereiche des Ellipsoids angrenzenden Versorgungskanälen gezielt zu steuern.
Eine weitere Optimierung der Kühlmittelströmung wird dadurch erreicht, daß die abgerundeten oder abgeflachten Einlaßöffnungen strömungsmäßig optimiert aneinanderstoßen oder einander benachbart sind. Strömungsmäßig optimiert bedeutet, daß die durch die relative Lage zweier Einlaßöffnungen bzw. des Verteilerraums und einer Einlaßöffnung zueinander bedingten, notwendigen Strömungsumlenkungen mit möglichst geringen Strö- mungsverwirbelungen stattfinden. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß die Kanten, die durch das Aufeinandertreffen der jeweiligen Abrundungen der Einlaßöffnungen entstehen, wiederum abgerundet werden. Die Optimierung der Strömungswirbel verhindernden Form ist durch den Einsatz des abgerundeten, einteiligen Gußkerns individuell auf die Anforderungen, die an eine bestimmte Gasturbinenart gestellt werden, abstimmbar und ohne Nachbearbeitung im GußVorgang herzustellen.
Eine vorbestimmte Kühlmittelzufuhr kann dadurch leicht eingestellt werden, daß der Querschnitt des Zuleitungskanals und die lokalen Änderungen der Querschnitte des Verteilerraums auf die Querschnitte der strömungsmäßig nachgeordneten Einlaßöffnungen abgestimmt sind. Die Querschnittsänderungen des Verteilerraums entsprechen beispielsweise in Höhe und Breite der Form eines Halbellipsoids. Die Übergänge zwischen den Einlaßöffnungen beziehungsweise um die Einlaßöffnungen herum werden als Übergangsquerschnitte bezeichnet. Durch die Abrundungen beziehungsweise Abflachungen der Einlaßöffnungen ent- steht direkt am Verteilerraum ein größerer Einlaßöffnungsquerschnitt, der sich dann beim Übergang zum Versorgungskanal hin verringert. Der Zuleitungskanal weist einen im wesentlichen konstanten Querschnitt auf, es kann jedoch auch eine Ab- rundung beziehungsweise eine Abflachung eines Zuleitungska- nals zur Verbesserung der Strömungseigenschaften vorhanden sein, wodurch sich der Querschnitt zum Verteilerraum hin vergrößert. Die beschriebenen Querschnitte werden aufeinander abgestimmt, d.h. es werden vorbestimmte Querschnittsverhältnisse zur -Abstimmung der Kühlmittelzufuhr berücksichtigt. Dies ist notwendig, wenn beispielsweise ein erhöhter Kühlmittelbedarf aufgrund einer hohen Betriebstemperatur beziehungsweise spezieller Ausbildungen des Innenkühlungssystems in einer Gasturbinenschaufel besteht, die hohe Drücke des Kühlmittels benötigen beziehungsweise eine hohe Leckagerate aufwei- sen.
Bei unterschiedlichem Bedarf an Kühlmittel an verschiedenen Stellen des Innenkühlungssystems ist es vorteilhaft, daß mehrere Versorgungskanäle mit unterschiedlichen Querschnitten und jeweils daran angepaßte Übergangsquerschnitte der Einlaßöffnungen vorhanden sind. Auf diese Weise kann das Kühlmittel individuell auf die Kühlmittelbedürfnisse der verschiedenen Bereiche der Gasturbinenschaufel abgestimmt werden. Hierdurch wird der Kühlmittelverbrauch auf das notwendige Maß reduziert. Die Herstellung der unterschiedlich großen Versorgungskanäle beziehungsweise unterschiedlich großen Quer- schnitte ist in einem Herstellungsvorgang beim Gießen möglich. Hierzu muß lediglich der Durchmesser der Kernrippe angepaßt werden.
Um einen großen, strömungswirbelverminderten Verteilerraum zu erhalten, ist es vorteilhaft, daß die unterste Längsrippe des Schaufelfußes, die der Rotationsachse der Gasturbine nächste, entlang einer Hauptachse der Gasturbinenschaufel verlängert ist. Mit seinen Längsrippen wird der Schaufelfuß an Hinter- schneidungen der Scheibennut gehalten, in die er eingesetzt ist. In der untersten Längsrippe ist der Verteilerraum für das Kühlmedium untergebracht. Um einen möglichst großen Verteilerraum und damit geringe Verwirbelungen des Kühlmittels zu erhalten, wird der Schaufelfuß erfindungsgemäß im Bereich der untersten Längsrippe verlängert. Diese Verlängerung er- folgt entlang der Hauptachse der Gasturbinenschaufel, das heißt bei eingesetzter Gasturbinenschaufel senkrecht zum Umfang der Scheibe. Durch die verlängerte Ausbildung der unteren Längsrippe ist die Stabilität der Haltevorrichtung im Schaufelfuß weiterhin gewährleistet und die Verlängerung läßt sich im Herstellungsvorgang der Gasturbinenschaufel leicht bewerkstelligen, indem der Kernfuß des Gießkernes verdickt ausgebildet wird.
Für die Herstellung der Gasturbinenschaufel, insbesondere der nachträglichen Bearbeitung des Schaufelfußes und für die Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität ist es vorteilhaft, daß die Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle auf der Höhe der Übergangsflanke zwischen der untersten Längsrippe und der darüberliegenden Längsrippe liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Bereich des Verteilerraums lediglich von der untersten Längsrippe umfaßt wird. Zwischen zwei Längsrippen liegt jeweils eine Übergangsflanke, deren Stei- gung gewährleistet, daß ein sicherer Halt des Schaufelfußes der Gasturbinenschaufel in der Hinterschneidung der Scheibe gegeben ist. Die vorgeschlagene Anordnung der Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle stellt sicher, daß eine nachträgliche Bearbeitung des Schaufelfußes nach dem Gußvorgang in einem definierten Bereich stattfinden kann, ohne daß die Schaufel beschädigt wird, wobei der Bereich des Verteilerraums sich jeweils innerhalb der untersten Längsrippe befindet. Die Ausdehnung der Längsrippe ist damit nahezu beliebig einstellbar.
Die auf eine Gießvorrichtung zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel mit einem Verteilerraum gerichtete Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel mit einem Gießkern, der Versorgungskanäle formende Kernrippen hat, gelöst, wobei der Gießkern einen den Verteilerraum bildenden Kernfuß hat, mit dem die Kernrippen einstückig ausgebildet sind und ein fließender Übergang vom Kernfuß zu den Kernrippen vorhanden ist.
Die Gießvorrichtung weist neben einem äußeren Mantel einen inneren Gießkern auf. Der Gießkern wird beim Guß der Gasturbinenschaufel eingesetzt, um einen vorbestimmten, inneren Bereich der Gasturbinenschaufel von Gießmaterial frei zu halten. Dieser freigehaltene Bereich umfaßt das Innenkühlungssy- stem, die Versorgungskanäle und den Verteilerraum. Die Versorgungskanäle werden durch längliche Ansätze des Gießkerns freigehalten, die sogenannten Kernrippen. Der Verteilerraum wird durch einen gegenüber den Kernrippen verbreiterten und eine gewisse Dicke und Höhe aufweisenden Bereich gebildet, den sogenannten Kernfuß. Der Kernfuß ist mit den Kernrippen einstückig ausgebildet. Die einstückige Ausbildung der beiden Teile des Gießkerns ermöglicht eine abgerundete Ausbildung des Überganges zwischen den Versorgungskanälen und dem Verteilerraum.
Die abgerundete Ausbildung des Überganges zwischen den Versorgungskanalen und dem Verteilerraum erfolgt immer in der- selben Weise nach Vorgabe durch die Form des Gießkerns. Dies ermöglicht eine exakte Einhaltung vorbestimmter Maße. Es möglich, gewünschte Maße des Innenkühlungssystems der Gasturbinenschaufel so sicherzustellen, daß sie reproduzierbar für eine ganze Serie von Gasturbinenschaufeln eingestellt werden können. Dies liefert eine Grundlage für eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung von innengekühlten Gasturbinenschaufeln.
Dadurch, daß der Gießkern einstückig ausgebildet ist, ist er gegen die Verformungskräfte, die durch das Erstarren der Schmelze auftreten, sehr stabil.
Der Übergang des Kernfußes zu den Kernrippen ist jeweils so ausgestaltet, daß er fließend erfolgt, indem sich der Querschnitt von den Kernrippen zum Kernfuß hin vorzugsweise kontinuierlich vergrößert. Nach dem Gußvorgang ist aufgrund des fließenden Übergangs der Kernrippen in den Kernfuß keine Nachbearbeitung der Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle zur Sicherstellung eines geringen Strömungswiderstands nötig.
Demgemäß entfällt ein Arbeitsschritt bei der Herstellung der Gasturbinenschaufel .
Vorteilhaft ist es, wenn die Kernrippen mit sich vergrößern- dem Querschnitt in den Kernfuß übergehen, der eine Dicke aufweist, die größer ist, als die Dicke der Kernrippen. Auf diese Weise ist eine noch weitergehende Reduzierung des Strömungswiderstandes des Kühlmittelstroms möglich.
Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des
Übergangs vom Verteilerraum in die Versorgungskanäle wird dadurch geliefert, daß die abgerundeten Kernrippen in eine gekrümmte Fläche auslaufen, die in dem Kernfuß endet. Diese Fläche bildet eine den eigentlichen Eingängen der Versor- gungskanäle vorgestellte Verengung, die eine kontinuierliche und verwirbelungsarme Umleitung des Kühlmittelstroms in die Versorgungskanäle unterstützt. Darüber hinaus ist ein derar- tiger Gießkern einfacher herzustellen und auch hinsichtlich seiner Strömungseigenschaften besser zu berechnen.
Die auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschau- fei unter Verwendung einer beschriebenen Vorrichtung zum Gießen gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Verteilerraum und die Versorgungskanäle durch Verwendung des einstückigen Gießkerns gegossen werden.
Der Gießvorgang ist durch die Verwendung des einstückigen Gießkerns maßgenauer und zugleich weniger zeitaufwendig, da die einzelnen Teile des Gießkernes gemeinsam eingerichtet werden können. Der Verteilerraum muß bei diesem Verfahren nicht mehr nachträglich mechanisch eingearbeitet werden. Diese aufwendige, im wesentlichen per Hand durchzuführende
Maßnahme, stellt einen zeit- und kostenaufwendigen Schritt in der Herstellung einer Gasturbinenschaufel mit Verteilerraum dar. Dieser Vorgang wird durch die vorgeschlagene Verwendung des einstückigen Gießkernes nunmehr überflüssig. Darüber hin- aus sind die Maße und damit der Kühlmitteldurchfluß durch die Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle und den Verteilerraum reproduzierbar einstellbar.
Sind dennoch noch weitere Veränderungen an dem Verteilerraum beziehungsweise den Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle notwendig beziehungsweise gewünscht, kann der Verteilerraum ergänzend mechanisch nachbearbeitet werden. Dies ist gegenüber der übliche mechanischen Bearbeitung dadurch vereinfacht, daß bereits durch den Gießvorgang der größte Teil des herauszuarbeitenden Materials fehlt. Es sind also lediglich kleinere Korrekturen durchzuführen, die einen geringeren Herstellungsaufwand erfordern.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei- spiele werden die Gasturbinenschaufel, die Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel mit einem gegossenen Verteilerraum näher erläutert. Es zeigen: Fig.l einen Ausschnitt der Scheibe und des Schaufelfußes in perspektivischer Seitenansicht, Fig.2 eine perspektivische Aufsicht auf den Schaufelfuß und den Verteilerraum von unten, Fig.3 eine Aufsicht auf den Verteilerraum, die Einlaßöffnungen und die Versorgungskanäle von unten, Fig. a einen Längsschnitt durch einen Zuleitungskanal der
Scheibe, den Verteilerraum und die Versorgungskanäle des Schaufelfußes der Fig.3, Fig.4b einen Querschnitt durch den Verteilerraum der Fig.3, Fig.5 eine perspektivische Seitenansicht des unteren Teils des Gießkernes und Fig.6 einen Querschnitt durch eine Kernrippe und den Kernfuß der Fig.5.
In Fig.l ist schematisch und nicht maßstäblich ein prinzipieller Aufbau des Fußbereiches einer Gasturbinenschaufel 1, eingesetzt in eine Scheibe 3 einer Gasturbine dargestellt. Die Scheibe 3 ist um die Rotationsachse 14 der Gasturbine ro- tierbar. Die Gasturbinenschaufel 1 ist mit Ihrem Schaufelfuß 2, der zwei Längsrippen 13,13' aufweist, in einer Scheibenquernut 60 der Scheibe 3 gehalten. Der Schaufelfuß 2 stützt sich an Hinterschneidungen 12 der Scheibe 3 mit seinen Längsrippen 13,13' entgegen den parallel zur Längsrichtung 15 der Gasturbinenschaufel 15 wirkenden Fliehkräfte bei um die Rotationsachse 14 rotierender Scheibe 3 ab.
Die Scheibe 3 weist einen Zuleitungskanal 6 und der Schaufelfuß 2 mehrere Versorgungskanäle 4 auf, die durch einen Ver- teilerraum 5 miteinander in strömungsmäßiger Verbindung stehen. Durch dieses Leitungssystem kann Kühlmittel 80 von der Scheibe 3 in das Innenkühlungssystem der Gasturbinenschaufel 1 geleitet werden. Das Kühlmittel 80 ist vorzugsweise Kühlluft. Der Verteilerraum 5 weist abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 auf. Auf diese
Weise wird das hindurchgeleitete Kühlmittel 80 durch den Ver- teilerraum 5 und in die Versorgungskanäle 4 zum Innenkühlungssystem mit minimalen Strömungsverlusten geleitet.
Der Verteilerraum 5 ist an seiner Basisseite 70 zum Zulei- tungskanal 6 hin geöffnet. An dieser Basisseite 70 entstehen also nahezu keine Strömungsverluste. Der Verteilerraum 5 ist ellipsoidartig abgerundet. Er weist in seiner Querschnittsform parallel zu seiner Basisseite 70 eine Form einer sich verkleinernden Ellipse auf. In der dazu senkrechten Quer- schnittsfläche 9, dargestellt in Fig. 4b, weist er die Querschnittsform einer halben Ellipse mit sich kontinuierlich veränderndem Querschnitt auf. Diese Halbellipsenform wird durch die abgerundeten Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanale 4 unterbrochen. Die Übergänge zwischen den Einlaßöffnun- gen 7 der Versorgungskanäle 4 und der halben Ellipse des Verteilerraums 5 sind abgerundet ausgestaltet, so daß sie keinen nennenswerten Strömungswiderstand bilden. Dabei können die Einlaßöffnungen 7 sowohl direkt nebeneinander liegen, also aneinander stoßen oder einander benachbart sein.
Die Bereiche zwischen den Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 sind strömungsmäßig optimiert abgerundet, d.h. es liegen keinerlei Kanten vor. Dies gilt auch für die Querschnitte 8 des Zuleitungskanals 6 in der Scheibe 3 der Gas- turbine. Der Querschnitt 8 des Zuleitungskanals 6 ist vorzugsweise auf die lokalen Änderungen der Querschnitte 9 des Verteilerraums 5 senkrecht zu seiner Basisebene 70 abgestimmt, ebenso wie mit den Querschnitten 10 der strömungsmäßig nachgeordneten Einlaßöffnungen 7. Auf diese Weise kann ein zur Kühlung der entferntesten Bereiche der Gasturbinenschaufel 1 notwendiger Kühlmittelstrom 80 sicher eingestellt werden. Die Versorgungskanäle 4 grenzen mit unterschiedlichen Querschnitten 10 und jeweils daran angepaßten Übergangsquerschnitten 11, die in den Verteilerraum 5 übergehen, an den Verteilerraum 5 an. Auf diese Weise kann ein unterschiedlich starker Kühlmittelstrom 80, der jeweils von dem Querschnitt 10 des Versorgungskanals 4 abhängt, in einen vorbestimmten Bereich des Innenkühlungssystems eingeleitet werden. Dies ermöglicht eine individuelle -Anpassung der Kühlung.
Die Gasturbinenschaufel 1, die in Fig.l dargestellt ist, wird in einem einzigen Gießvorgang hergestellt, wobei der Verteilerraum 5 durch einen Gießkern 18 mit den Kernrippen 19, die die Versorgungskanäle 4 von Gußmaterial frei halten, gebildet wird. Der Verteilerraum 5 weist eine Höhe 90 auf, die mit der Höhe 16 des Abstandes des unteren Teils der unteren Längs- rippe 13 zum Übergang in die nachfolgende Längsrippe 13' des Schaufelfußes 2 annähernd übereinstimmt. Um einen großen, möglichst Strömungswiderstandsarmen Verteilerraum 5 zu erhalten, ist es dementsprechend vorteilhaft, wenn die untere Längsrippe 13 entlang einer Hauptachse 15 der Gasturbinen- schaufei 1 verlängert ist. Bei einem derartig vergrößerten Verteilerraum 5, ist nur ein geringer -Anteil Verwirbelungen der Kühlmittelströmung 80 innerhalb des Verteilerraums 5 und beim Übergang in die Einlaßöffnungen 7 festzustellen.
Fig.2 zeigt eine Aufsicht auf die Basisseite 70 des Schaufelfußes 2 in perspektivischer Ansicht. Von dem Verteilerraum 5 gehen abgerundete beziehungsweise abgeflachte Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanale 4 ab. Die Längsrippen 13,13' sind mit Hinterschneidungen 12 ausgebildet.
Fig.3 zeigt eine direkte Aufsicht auf die untere Seite des Schaufelfußes 2. Die Versorgungskanäle 4 besitzen eine ovale beziehungsweise elliptische Form, die besonders strömungsgünstig ist. Dementsprechend elliptisch sind auch die Einlaßöff- nungen 7 angepaßt, wobei sich der Querschnitt der elliptischen Einlaßöffnungen 7 vom Verteilerraum 5 aus hin zu den Versorgungskanälen 4 kontinuierlich verringert.
Fig.4a zeigt einen Längsschnitt durch Schaufelfuß 2 und Scheibe 3. Die Kühlmittelströmung 80 verläuft vom Zuleitungskanal 6 mit Durchmesser 8 in den Verteilerraum 5 und durch die Einlaßöffnungen 7 in die Versorgungskanäle 4. Durch die abgerundeten Einlaßöffnungen 7 und den abgerundeten Verteilerraum 5 ebenso wie die abgerundete Öffnung 110 des Zuleitungskanals 6 wird der Kühlmittelfluß 80 ungehindert in das Innenkühlungssystem der Gasturbinenschaufel 1 hineingeleitet. Der Verteilerraum 5 weist eine maximale Höhe 90 auf.
Fig.4b zeigt einen Querschnitt durch die -Ansicht von Fig.3. Dargestellt ist der Schaufelfuß 2 der Gasturbinenschaufel, der durch den Verteilerraum 5 geschnitten ist. Der Verteiler- räum besitzt einen ellipsenförmigen Querschnitt mit der Querschnittfläche 9.
Fig.5 zeigt einen Gießkern 18, der den wesentlichen Bestandteil der Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel 1 darstellt. Der Gießkern 18 weist Kernrippen 19 und einen
Kernfuß 20 auf. Die Kernrippen 19 mit der Dicke 21 formen die Versorgungskanäle 4 der Gasturbinenschaufel 1 beim Guß. Der Kernfuß 20 und die Kernrippen 19 sind einstückig ausgebildet und die Kernrippe 19 gehen mit einem sich vergrößernden Quer- schnitt 21 in den Kernfuß 20 über. Dieser Übergang erfolgt in einem stetig sich vergrößernden Querschnitt 21, so daß keine sprunghaften Änderungen der Dicke auftreten. Die Kernrippen 19 sind abgerundet und laufen vorzugsweise in eine verkrümmte Fläche 24 aus, die in dem Kernfuß 20 endet. Auf diese Weise ist der Verteilerraum 5 nach dem Guß besonders strömungsgünstig geformt. Fig.6 zeigt in einem Längsschnitt durch den Kernfuß 20 und eine Kernrippe 19 den kontinuierlichen Übergang der Dicke 23 der Kernrippe 19 in die Dicke 22 des Kernfußes 20.
Ein oben beschriebener Gießkern 18 wird bei der Herstellung der oben beschriebenen Gasturbinenschaufel 1 verwendet. Er ermöglicht eine einfache Herstellung sowohl eines großen Verteilerraums 5 als auch eines kontinuierlichen Überganges vom Verteilerraum 5 zu den Versorgungskanälen 4 der Gasturbinenschaufel, ohne daß eine Nachbearbeitung der Gasturbinenschaufel 1 in diesem Bereich notwendig wäre. Allerdings ist es ohne weiteres möglich, eine derartig gegossene Gasturbinenschaufel 1 in ihrem Verteilerraum 5 mechanisch nachzubearbei- ten, zum Beispiel um die Gasturbinenschaufel 1 an veränderte Anforderungen nachträglich noch anzupassen oder denselben Gießkern 18 für verschiedene Modelle zu verwenden. Durch den Kernfuß 20 wird dabei schon ein wesentlicher Teil des herauszuarbeitenden Materials frei gehalten. Die nachträgliche mechanische Bearbeitung ist damit lediglich eine Korrektur, die schnell und kostengünstig durchzuführen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel (1), insbesondere Gasturbinenlaufschaufel mit einem Schaufelfuß (2), der in eine rotierbare Scheibe (3) der Gasturbine eingesetzt ist und der mehrere Versorgungskanäle (4) eines Innenkühlungssystems und einen Verteilerraum (5) aufweist, wobei den Versorgungskanälen (4) Kühlmittel mittels eines Zuleitungskanals (6) der Scheibe (3) zuleitbar ist, der mit den Versorgungskanälen (4) über den Verteilerraum (5) kommuniziert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein gegossener Verteilerraum (5) vorhanden ist, der abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen (7) der Versorgungskanäle (4) aufweist.
2. Gasturbinenschaufel nach -Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Verteilerraum (5) ellipsoid- artig abgerundet ist.
3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die abgerundeten oder abgeflachten Einlaßöffnungen (7) strömungsmäßig optimiert aneinander stoßen oder einander benachbart sind.
4. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Querschnitt (8) des Zuleitungskanals (6) und die lokalen Änderungen der Querschnitte (9) des Verteilerraums (5) auf die Querschnitte (10) der strömungsmäßig nachgeordneten Einlaß- Öffnungen (7) abgestimmt sind.
5. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Versorgungskanäle (4) mit unterschiedlichen Querschnit- ten (10) und jeweils daran angepaßte Übergangsquerschnitte (11) der Einlaßöffnungen (7) vorhanden sind.
6. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schaufelfuß (2) in Hinterschneidungen (12) der Scheibe (3) eingreifende Längsrippen (13, 13') hat, von denen die unter- ste (13), der Rotationsachse (14) der Gasturbine nächste, entlang einer Hauptachse (15) der Gasturbinenschaufel (1) verlängert ist.
7. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Absprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die
Einlaßöffnungen (7) der Versorgungskanäle (4) auf der Höhe (16) der Übergangsflanke (17) zwischen der untersten Längsrippe (13) und der darüberliegenden Längsrippe (13') liegen.
8. Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Gießkern (18), der Versorgungskanäle (4) formende Kernrippen (19) hat, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gießkern
(18) einen den Verteilerraum (5) formenden Kernfuß (20) hat, mit dem die Kernrippen (19) einstückig ausgebildet sind, und ein fließender Übergang vom Kernfuß (20) zu den Kernrippen
(19) vorhanden ist.
9. Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der -Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kernrippen (19) mit sich vergrößerndem Querschnitt (21) in den Kernfuß (20) übergehen, der eine Dicke (22) aufweist, die größer ist, als die Dicke (23) der Kernrippen (19) .
10. Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die abgerundeten Kernrippen (19) in eine gekrümmte Fläche (24) auslaufen, die in dem Kernfuß (20) endet.
11. Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der -Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Verteilerraum (5) und die Versorgungskanäle (4) unter Verwendung des Gießkerns (18) gegossen werden.
PCT/EP2000/002606 1999-03-29 2000-03-23 Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel WO2000058606A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/937,829 US6565318B1 (en) 1999-03-29 2000-03-23 Cast gas turbine blade through which coolant flows, together with appliance and method for manufacturing a distribution space of the gas turbine blade
EP00920564A EP1165939B1 (de) 1999-03-29 2000-03-23 Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel
JP2000608077A JP4567206B2 (ja) 1999-03-29 2000-03-23 冷却材の貫流する鋳造ガスタービン翼
DE50003266T DE50003266D1 (de) 1999-03-29 2000-03-23 Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel

Applications Claiming Priority (2)

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EP99106454.4 1999-03-29
EP99106454A EP1041246A1 (de) 1999-03-29 1999-03-29 Kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Verteilerraums der Gasturbinenschaufel

Publications (1)

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DE (1) DE50003266D1 (de)
WO (1) WO2000058606A1 (de)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6474946B2 (en) * 2001-02-26 2002-11-05 United Technologies Corporation Attachment air inlet configuration for highly loaded single crystal turbine blades
US7216694B2 (en) * 2004-01-23 2007-05-15 United Technologies Corporation Apparatus and method for reducing operating stress in a turbine blade and the like
US7059825B2 (en) * 2004-05-27 2006-06-13 United Technologies Corporation Cooled rotor blade
US20060222587A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 Paras Prasad Hybrid inorganic nanoparticles, methods of using and methods of making
US7357623B2 (en) * 2005-05-23 2008-04-15 Pratt & Whitney Canada Corp. Angled cooling divider wall in blade attachment
US7690896B2 (en) * 2005-05-27 2010-04-06 United Technologies Corporation Gas turbine disk slots and gas turbine engine using same
US7632071B2 (en) * 2005-12-15 2009-12-15 United Technologies Corporation Cooled turbine blade
EP1806426A1 (de) * 2006-01-09 2007-07-11 Siemens Aktiengesellschaft Halterung zum Halten eines metallischen Turbinenbauteils
CH699996A1 (de) * 2008-11-19 2010-05-31 Alstom Technology Ltd Verfahren zum bearbeiten eines gasturbinenläufers.
EP2236746A1 (de) 2009-03-23 2010-10-06 Alstom Technology Ltd Gasturbine
EP2243574A1 (de) * 2009-04-20 2010-10-27 Siemens Aktiengesellschaft Giessvorrichtung zum Herstellen einer Turbinenlaufschaufel einer Gasturbine und Turbinenlaufschaufel
US8622702B1 (en) * 2010-04-21 2014-01-07 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine blade with cooling air inlet holes
EP2639407A1 (de) 2012-03-13 2013-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbinenanordnung zur Reduzierung von Spannungen an Turbinenscheiben und zugehörige Gasturbine
US20140208771A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-31 United Technologies Corporation Gas turbine engine component cooling arrangement
WO2014126704A1 (en) * 2013-02-12 2014-08-21 United Technologies Corporation Fan blade including external cavities
US9777575B2 (en) 2014-01-20 2017-10-03 Honeywell International Inc. Turbine rotor assemblies with improved slot cavities
FR3025444B1 (fr) * 2014-09-04 2016-09-23 Snecma Procede de production d'un noyau ceramique
CN106890945A (zh) * 2015-12-17 2017-06-27 通用电气公司 模芯组件及熔模铸造方法
US20170234447A1 (en) * 2016-02-12 2017-08-17 United Technologies Corporation Methods and systems for modulating airflow
DE102016124806A1 (de) 2016-12-19 2018-06-21 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Turbinen-Laufschaufelanordnung für eine Gasturbine und Verfahren zum Bereitstellen von Dichtluft in einer Turbinen-Laufschaufelanordnung
WO2019008656A1 (ja) * 2017-07-04 2019-01-10 東芝エネルギーシステムズ株式会社 タービン翼及びタービン
KR102028804B1 (ko) * 2017-10-19 2019-10-04 두산중공업 주식회사 가스 터빈 디스크
FR3087479B1 (fr) 2018-10-23 2022-05-13 Safran Aircraft Engines Aube de turbomachine
CN110043328B (zh) * 2018-12-17 2021-10-22 中国航发沈阳发动机研究所 一种冷却式变几何低压涡轮导向叶片

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3582230A (en) * 1969-02-26 1971-06-01 Bbc Sulzer Turbomaschinen Turbomachine with cooled rotor
US3918835A (en) * 1974-12-19 1975-11-11 United Technologies Corp Centrifugal cooling air filter
US4203705A (en) * 1975-12-22 1980-05-20 United Technologies Corporation Bonded turbine disk for improved low cycle fatigue life
US4344738A (en) 1979-12-17 1982-08-17 United Technologies Corporation Rotor disk structure
GB2224082A (en) * 1988-10-19 1990-04-25 Rolls Royce Plc Turbine disc having cooling and sealing arrangements
US4992026A (en) 1986-03-31 1991-02-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine blade
EP0894941A1 (de) * 1997-07-28 1999-02-03 Asea Brown Boveri AG Rotor einer Strömungsmaschine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3540752A1 (de) 1985-11-16 1987-05-21 Blaupunkt Werke Gmbh Schaltungsanordnung mit steuerbarem verstaerkungsfaktor
JPS62203902A (ja) * 1986-03-04 1987-09-08 Toshiba Corp ガスタ−ビンホイ−ル
JPH0231355U (de) * 1988-08-19 1990-02-27
DE3835932A1 (de) * 1988-10-21 1990-04-26 Mtu Muenchen Gmbh Vorrichtung zur kuehlluftzufuehrung fuer gasturbinen-rotorschaufeln
US5117626A (en) * 1990-09-04 1992-06-02 Westinghouse Electric Corp. Apparatus for cooling rotating blades in a gas turbine
US5403156A (en) * 1993-10-26 1995-04-04 United Technologies Corporation Integral meter plate for turbine blade and method
DE4422965A1 (de) * 1994-06-30 1996-01-04 Mtu Muenchen Gmbh Einrichtung zur Abscheidung von Fremdpartikeln aus der den Laufschaufeln einer Turbine zuzuführenden Kühlluft
JPH0828297A (ja) * 1994-07-28 1996-01-30 Hitachi Ltd 高温ガスタービン及び複合発電プラント
JPH0970642A (ja) * 1995-09-05 1997-03-18 Mitsubishi Materials Corp 鋳型の製造方法及びこの鋳型を用いた精密鋳造品の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3582230A (en) * 1969-02-26 1971-06-01 Bbc Sulzer Turbomaschinen Turbomachine with cooled rotor
US3918835A (en) * 1974-12-19 1975-11-11 United Technologies Corp Centrifugal cooling air filter
US4203705A (en) * 1975-12-22 1980-05-20 United Technologies Corporation Bonded turbine disk for improved low cycle fatigue life
US4344738A (en) 1979-12-17 1982-08-17 United Technologies Corporation Rotor disk structure
US4992026A (en) 1986-03-31 1991-02-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine blade
GB2224082A (en) * 1988-10-19 1990-04-25 Rolls Royce Plc Turbine disc having cooling and sealing arrangements
EP0894941A1 (de) * 1997-07-28 1999-02-03 Asea Brown Boveri AG Rotor einer Strömungsmaschine

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