WO2012172099A1

WO2012172099A1 - Gegossene turbinenschaufel

Info

Publication number: WO2012172099A1
Application number: PCT/EP2012/061535
Authority: WO
Inventors: Lars Engl; Thomas Duda; Brian Kenneth Wardle
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2013-12-17
Also published as: CH705187A1

Abstract

Beschrieben wird eine gegossene Turbinenschaufel, mit einem Schaufelblatt, das von einer druck- und saugseitigen Schaufelblattwand begrenzt ist, die zumindest längs einer der Turbinenschaufel zuordenbaren Schaufelvorderkante miteinander verbunden sind und wenigstens einen Hohlraum miteinander beidseitig begrenzen, der im Bereich der Turbinenschaufelspitze gussherstellungsbedingt offen mündet. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer gegossenen Turbinenschaufel beschrieben. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Schaufelblattwand im Bereich der Turbinenschaufelspitze eine dem Hohlraum zugewandte, eine der Schaufelblattwand zuordenbare Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur besitzt.

Description

Gegossene Turbinenschaufel

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine gegossene Turbinenschaufel, mit einem Schaufelblatt, das von einer druck- und saugseitigen Schaufelblattwand begrenzt ist, die zumindest längs einer der Turbinenschaufel zuordenbaren Schaufelvorderkante miteinander verbunden sind und wenigstens einen Hohlraum beidseitig begrenzen, der im Bereich der Turbinenschaufelspitze gussherstellungsbedingt offen mündet. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Giessverfahren zur Herstellung einer diesbezüglichen Turbinenschaufel, bei dem zur Ausbildung eines Hohlraumes innerhalb der Turbinenschaufel ein Gusskern verwendet wird, der die Form der Turbinenschaufel in Richtung der Turbinenschaufelspitze überragt und bei dem nach Erkalten und Separation der Turbinenschaufel vom Gusskern eine Turbinenschaufel erhalten wird.

Stand der Technik

Turbinenschaufeln, die sowohl als Lauf- als auch als Leitschaufeln ausgebildet sind, die in modernen, leistungsfähigen Gas- oder Dampfturbinenanlagen zum Einsatz kommen, werden mittels eines Giessverfahrens unter Verwendung sogenannter Gusskerne hergestellt, die während des Giessprozesses als formgebende Platzhalter für innerhalb der sich ausbildenden Turbinenschaufel befindlichen Hohlräume dienen. Derartige zumeist aus keramischen Materialien bestehende Gusskerne gilt es innerhalb der Gussform während des gesamten Giessverfahrens exakt zu positionieren, um auf diese Weise den Anforderungen hoher Masshaltigkeit für die Ausbildung möglichst dünnwandiger Turbinenschaufelwände Rechnung zu tragen. Insbesondere die Herstellung von Hochleistungsturbinenschaufeln für den Einsatz in Gasturbinenstufen, in denen die Schaufeln sehr hohen thermischen sowie auch mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, erfordert ein Höchstmass an präziser Gusskernpositio- nierung innerhalb der Gussform, zumal die Schaufelblattwandstärke zu Zwecken einer aktiven Kühlung lediglich wenige Millimeter stark sein darf.

Die Befestigung des Gusskerns innerhalb der Gussform erfordert zumindest an einigen wenigen Stellen Fixierverstrebungen zwischen dem Gusskern und der Gussform, durch die jedoch die sich ausbildende Turbinenschaufel giesstechnisch bedingte Öffnungen erfährt, die es im Rahmen einer Nachbearbeitung teilweise oder vollständig zu verschliessen gilt.

In der WO 00/19065 A1 ist eine Gasturbinenlaufschaufel beschrieben, deren Laufschaufelspitze stirnseitig von einer ebenfalls im Rahmen des Giessprozesses hergestellte Deckplatte begrenzt ist, in der gussherstellungsbedingte Durchgangsöffnungen zu Zwecken der Fixierung des Gusskerns eingebracht sind. Im Weiteren werden bei dieser auch als geschlossen gegossen bezeichneten Turbinenlaufschaufel in eine oder mehrere dieser gussherstellungsbedingten Durchgangsöffnungen zylindrische Haltestifte eingebracht, deren an der gegenüberliegenden Seite der Deckplatte überragende Fussbereiche jeweils gefesselt werden.

Eine andere Möglichkeit zur Fixierung des Gusskerns innerhalb einer Giessform zur Herstellung einer Turbinenschaufel, insbesondere einer Turbinenlaufschaufel, besteht in der giesstechnischen Herstellung einer Turbinenschaufel mit offen ausgebildeter Laufschaufelspitze. Der Laufschaufelspitzenbereich einer derartig ausgestalteten Turbinenschaufel, hier als Turbinenlaufschaufel dargelegt, ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Die Schaufelblattspitze wird jeweils seitlich begrenzt durch eine druckseitige Schaufelblattwand 1 sowie eine saugseitige Schaufelblattwand 2. Beide Schaufelblattwände 1 , 2 sind einstückig über die Schaufelvorderkante 3 sowie auch die Schaufelhinterkante 4 verbunden und begrenzen innwandig einen Hohlraum 5, der im illustrierten Ausführungsbeispiel durch drei Zwischenwände 6, 6^', 6^" unterteilt ist. Die Zwischenwände 6, 6^' sowie 6^" verbinden jeweils innwandig die druck- und saugseitige Schaufelblattwand 1 , 2 und unterteilen den Hohlraum 5 in jeweils getrennt von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanalabschnitte. Durch die offene Ausbildung der Schaufelspitze kann der zur Herstellung der Turbinenschaufel erforderliche Gusskern (nicht dargestellt) über die Schaufelspitze hinausragen und zur Durchführung des Giessprozesses entsprechend relativ zur Gussform fixiert werden. Verglichen zur giesstechnischen Ausbildung einer giesstechnisch geschlossenen Turbinenschaufel vereinfacht sich der giesstechnische Verfahrensaufwand erheblich. Dennoch bedarf es eines Nachbearbeitungsschrittes, um die offene Schaufelspitzenstruktur mit Hilfe einer geeignet ausgebildeten Deckplatte zu verschliessen, um letztlich einen Kühlmittelverlust durch die offene Schaufelspitzenstruktur zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren. Zum Aufsetzen und Verbinden einer Deckplatte auf die offen gestaltete Turbinenschaufelspitze wird üblicherweise ein an die Innenkontur der von den Schaufelwänden begrenzten Hohlraum ange- passtes Deckblatt eingesetzt und mit den Innenwänden der Schaufelwänden ver- schweisst bzw. gelötet. Um für eine ausreichend stabile Fügeverbindung zwischen dem Deckblatt und den Innenseiten der Schaufelwänden im Laufschaufelspitzenbe- reich zu sorgen, ist es u.a. erforderlich, die Innenwandkonturen im Laufschaufelspit- zenbereich gestuft auszubilden, so dass die Deckplatte auf einem die Innenwandseite der Schaufelblattwände umlaufenden Absatz zu liegen kommt. Auch aus Gründen eines verbesserten Anstreifens der Laufschaufelspitzen an stationären Turbinenkomponenten sowie für einen kontrollierten Kühlluftaustritt ist die Deckplatte gegenüber den stirnseitig endenden Turbinenschaufelwänden abgesenkt. Im übertragenen Sinn gelten diese Überlegung, allenfalls mit gewissen Einschränkungen, auch für Turbinenleitschaufeln.

In diesem Zusammenhang sei auf die Figuren 3a, b verwiesen, die einen Querschnitt durch die in Figur 2 ersichtliche Schnittachse AA der Turbinenschaufel im Schaufelspitzenbereich zeigt. Figur 3a stellt den Laufschaufelspitzenbereich unmittelbar nach Fertigstellung des Giessprozesses dar. Hierbei begrenzen die druckseitige Schaufelblattwand 1 sowie die saugseitige Schaufelblattwand 2 beidseitig den von der Turbinenschaufel umschlossenen Hohlraum 5, der durch eine innen liegende Verbindungswand 6^' in einzelne Teilvolumina unterteilt ist. In dem in Figur 3a dargestellten Fertigungsschritt weisen die Schaufelblattwände 1 , 2 im Schaufelblattspitzenbereich jeweils eine Dicke a auf. Um die offene Ausbildung der Schaufelblattspitze mit Hilfe einer geeignet ausgebildeten Deckplatte 7 zu verschliessen, werden die Innenseiten der Schaufelblattwände 1 , 2 im Wege einer Materialabtragung zur Ausbildung einer Abstützfläche 8 dünner gemacht. Ein derartiges Querschnittsprofil ist in Figur 3b illustriert. Sowohl die druck- als auch saugseitige Schaufelblattwand 1 , 2 weisen nun stirnseitig jeweils eine Schaufelwanddicke b auf, die gegenüber der ursprünglichen Wanddicke a um das Wandmass c reduziert ist. Die sich durch den Materialabtra- gungsprozess, beispielsweise im Wege eines Fräs-, Schleif- oder Abrassiv- Vorganges ergebende Abstützfläche 8 misst eine Absatzbreite c, die ausreichend gross bemessen ist, um in Verbindung mit einer Schweiss- oder Lötverbindung einen sicheren Sitz der Abdeckplatte 7 innerhalb der Laufschaufelspitze zu gewährleisten. Für die Durchführung der vorstehend erläuterten Materialabtragung zur Herstellung einer Abstützfläche 8 sind zwei Bedingungen zu erfüllen. Zum einen gilt es die Absatzbreit c grösser oder gleich einer minimal erforderlichen Absatzbreite c_mir, zu wählen, die es gilt nicht zu unterschreiten, um für eine ausreichend grosse Robustheit für die Fügeverbindung zu sorgen. Andererseits gilt es das Wanddickenmass b nicht unter ein kritisches Minimumwanddickenmass b_min zu vermindern, zumal bei unterschreiten des kritischen Wanddickenmasses b_mir, die konstruktiv vorgegebene

Schaufelstabilität nicht mehr gewährleistet werden kann.

Für die Wanddickenwahl der im Wege des Giessprozesses herzustellenden druck- und saugseitigen Schaufelblattwände im Turbinenschaufelspitzenbereich gilt es dafür zu sorgen, die Wanddicke a zumindest so gross zu wählen, dass sie folgender Forderung entspricht: a > b_mir, + c_min. Die vorstehende Forderung ist ohne weiteres für Turbinenschaufeln mit dicker Schaufelwandstärke zu erfüllen.

Hochleistungsgasturbinenschaufeln müssen jedoch für eine möglichst hocheffiziente Kühlung ausgelegt werden, die eine möglichst dünnwandige Ausbildung der Schaufelblattwände erfordert, um grosse Temperaturdifferenzen zwischen der den Heiss- gasen ausgesetzten Schaufelblattwandaussenseiten und den kühlmittelbeaufschlagten Schaufelblattwandinnenseiten zu vermeiden. Treten hingegen grosse Temperaturdifferenzen zwischen beiden Schaufelblattoberflächen auf, so führt dies zu hohen thermischen Spannungen und infolge dessen zu einer geringen Lebensdauer der einzelnen Turbinenschaufeln. Daher ist es ein erklärtes Konstruktionsziel in der Ausbildung von Hochleistungsturbinenschaufeln die Schaufelblattwände möglichst dünn auszugestalten. Dies jedoch führt zu einem Konflikt im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Forderungen für eine robuste Implementierung und Verbindung einer Abdeckplatte an eine giesstechnisch im Schaufelspitzenbereich offen ausgebildete Turbinenschaufel. Durch die kühlungsbedingte Optimierung einer möglichst dünnwandig auszubildenden Turbinenschaufel können weder die Forderung b > bmin sowie auch c > c_mir, erfüllt werden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegossene Turbinenschaufel, die grundsätzlich sowohl eine Laufschaufel als auch eine Leitschaufel sein kann, mit einem Schaufelblatt, das von einer druck- und saugseitigen Schaufelblattwand begrenzt ist, die zumindest längs einer der Turbinenschaufel zuordenbaren Schaufelvorderkante miteinander verbunden sind und wenigstens einen Hohlraum miteinander beidseitig begrenzen, der im Bereich der Turbinenschaufelspitze gussherstel- lungsbedingt offen mündet, derart weiterzubilden, dass trotz reduzierter Schaufelblattwandstärke eine sichere und robuste Fügung zwischen Turbinenschaufelspitze und einer Abdeckplatte möglich wird, ohne dabei die Minimalanforderungen hinsichtlich einer Mindestbreite c_min für die Abstützfläche sowie der Schaufelblattwanddicke bmin zu unterschreiten.

Wenn also im Folgenden von einer Turbineschaufel die Rede ist, so ist darunter sowohl eine Laufschaufel aus auch eine Leitschaufel zu subsumieren, unabhängig davon, ob solche Leitschaufel mit derselben Anwendungsbreite wie die Laufschaufel zur Herstellung gelangen.

Ferner gilt es ein Verfahren anzugeben, mit dem die Herstellung einer vorstehend erläuterten Turbinenschaufel möglich wird.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 9 ist ein lösungsgemässes Verfahren zur Herstellung einer diesbezüglichen Turbinenschaufel. Den Erfindungsgedanken in vorteil- hafter Weise ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Lösungsgemäss zeichnet sich eine gegossene Turbinenschaufel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass wenigstens eine Schaufelblattwand im Bereich der Turbinenschaufelspitze eine dem Hohlraum zugewandte, eine der Schaufelblattwand zuordenbare Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur besitzt.

Die lösungsgemässe gegossene Turbinenschaufel stellt zunächst ein Halbfertigprodukt dar, bei dem die Voraussetzung geschaffen ist, dass trotz reduzierter Schaufelblattwanddicke im überwiegenden Schaufelblattbereich die nach oben hin offen ausgebildete Turbinenschaufelspitze sicher und zuverlässig mit einer Abdeckplatte verfügt werden kann. Die lösungsgemäss an der Turbinenschaufelspitze vorgesehene die Schaufelwanddicke lokal vergrössernde Struktur weist eine Schaufelwanddicke im Bereich der Turbinenschaufelspitze auf, die grösser ist als die minimal erforderliche Schaufelwanddicke b_min zuzüglich der minimalen Breite c_min, die für eine stabile Abstützung der den Hohlraum verschliessenden Abdeckplatte sorgt. In besonders vorteilhafter Weise ist die Schaufelblattwand im Turbinenschaufelspitzenbereich vollständig umlaufend mit einer gegenüber der übrigen Schaufelblattwand vergrösserten Wanddicke ausgebildet, d. h. sowohl die saug- als auch druckseitige Schaufelblattwand sowie auch die Bereiche der Schaufelvorder- sowie -hinterkante weisen im Bereich der Turbinenschaufelspitze Wandverdickungen auf. Die lösungsgemässe Massnahme kann jedoch im einfachsten Fall auch nur lokal begrenzt an einer Schaufelwand vorgesehen werden.

Die lösungsgemässe, die Schaufelwand zuordenbare Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur im Schaufelspitzenbereich ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der von der Druck- und Saugseite beidseitig begrenzte Hohlraum in Richtung der Turbinenschaufelspitze eine flaschenhalsartig verengende Kontur aufweist. Ebenfalls begrenzt eine entsprechende flaschenhalsartig ausgebildete Kontur sowohl den in der Turbinenschaufel innenliegenden Hohlraum auch zu Seiten der Schaufelvorder- sowie -hinterkante.

Im Rahmen einer Nachbearbeitung wird mittels kontrollierter Materialabtragung die an der Turbinenschaufelspitze stirnseitig endende, die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur teilweise unter Ausbildung einer Abstützfläche, die vorzugsweise eben und orthogonal zur Schaufelblattwand orientiert ist, abgetragen. Der Materialabtragungsvorgang erfolgt vorzugsweise mittels Erosionstechnik.

Der Materialabtrag erfolgt in Richtung zur Schaufelblattlängserstreckung in einem einheitlichen Mass, so dass die sich durch den Materialabtrag an den Schaufelblattinnenwänden ausbildende Abstützfläche eine Ablageebene aufspannt, auf der die Abdeckplatte zur Auflage gebracht werden kann.

Die Abdeckplatte stützt sich auf den sich durch den Materialabtragungsvorgang herausgearbeiteten Abstützflächen seitlich ab, und liegt vorzugsweise zudem, sofern vorhanden, an den in Richtung der Turbinenschaufelspitze zugewandten Stirnseiten der im Inneren der Turbinenschaufel vorgesehenen Zwischenwänden auf. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es für die Realisierung des lösungsgemässen Gedankens nicht zwingend erforderlich, die vorstehen beschriebene Abstützfläche vollständig innwandig innerhalb der Turbinenschaufel umlaufend vorzusehen.

Für eine belastbare, dauerhafte Befestigung der Abdeckplatte im Turbinenschaufel- spitzenbereich ist die auf der vorstehend beschriebenen Abstützfläche aufliegende Abdeckplatte mit der durch den Materialabtrag neu gebildeten Turbinenschaufelin- nenwand im Turbinenschaufelspitzenbereich mittels Löt- oder Schweissverbindung verbunden.

Das der lösungsgemässen gegossenen Turbinenschaufel zugrunde liegende Herstellungsverfahren basiert auf der Nutzung eines Gusskerns zur Ausbildung wenigstens eines Hohlraums innerhalb der Turbinenschaufel, der die Form der Turbinenschaufel in Richtung der Turbinenschaufelspitze überragt und bei dem nach Erkalten und Separation der Turbinenschaufel vom Gusskern eine Turbinenschaufel erhalten wird, die ein Schaufelblatt aufweist, das von einer druck- und saugseitigen Schaufelblattwand begrenzt ist, die zumindest längst einer der Turbinenschaufel zuordenba- ren Schaufelvorderkante miteinander verbunden sind und den wenigstens einen Hohlraum miteinander beidseitig begrenzen, der im Bereich der Turbinenschaufel- spitze gussherstellungsbedingt offen mündet. Eine derartige Turbinenschaufel ist im Vergleich zu im Turbinenschaufelspitzenbereich weitgehend geschlossen ausgebildeten Turbinenschaufeln mit einem geringeren verfahrenstechnischen Aufwand sowie dadurch bedingt kostengünstiger herstellbar. Um einerseits den Forderungen nach einer möglichst dünn auszubildenden Turbinenschaufelblattwand nachzukommen, darüber hinaus jedoch den bestehenden hohen Anforderungen an Strukturfestigkeit zu erfüllen, wird die Turbinenschaufel lösungsgemäss mit wenigstens einer Schaufelblattwand gegossen, die im Bereich der Turbinenschaufelspitze eine Struktur vorsieht, die eine der Schaufelblattwand an der Turbinenschaufelspitze zuorden- bare Schaufelwanddicke aufweist, die grösser bemessen ist als eine Schaufelblattwanddicke in einem von der Turbinenschaufelspitze beabstandeten Schaufelblattwandbereich. Eine derart, als Halbfertigprodukt vorliegende gegossene Turbinenschaufel wird nach Erkalten und Separieren vom Gusskern im Wege eines Materialabtragungsverfahrens derart nachbearbeitet, dass von Seiten der Turbinenschaufelspitze die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur zum Teil abgetragen wird. Der Materialabtragungsvorgang erfolgt innwandig an der Turbinenschaufelspitze dadurch, so dass sich eine Stufenstruktur ausbildet mit einem ebenen und orthogonal zur Schaufelblattwand orientierten Flächenabschnitt, der von der dickenreduzierten Schaufelblattwand in Richtung der Turbinenschaufelspitze überragt wird. Der sich ausbildende Flächenabschnitt dient als Abstützfläche für die Auflage eines Abdeckelementes, das den wenigstens einen Hohlraum innerhalb der Turbinenschaufel zumindest teilweise in Richtung der zur Turbinenschaufelspitz abdeckt oder entsprechend abdichtet. Hierfür wird das Abdeckelement mit entsprechender Löt- und Schweisstechnik mit der das Abdeckelement zirkulär umgebenden Schaufelblattinnenwand vorzugsweise vollständig umlaufend verfügt.

Kurze Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 a - e Sequenzbilddarstellung zur Illustration der Herstellung einer lö- sungsgemäss ausgebildeten Turbinenlaufschaufel,

Fig. 2 perspektivische Darstellung einer offen ausgebildeten Turbinenlaufschaufelspitze nach Stand der Technik,

Fig. 3a, b Längsschnittdarstellungen einer Turbinenlaufschaufelspitze gemäss

Stand der Technik sowie

Fig. 4 Längsschnittdarstellung durch eine Turbinenlaufschaufelspitze mit

Laufschaufelhinterkante.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Die Figuren 1 a - e entsprechen Schnittbildern durch eine Turbinenlaufschaufelspitze längs einer der in Figur 2 eingezeichneten Schnittebene A-A. In Figur 1 a ist zur Illustration der Ausbildung einer Turbinenlaufschaufel mit offen ausgebildeter Turbinenlaufschaufelspitze im Wege eines an sich bekannten Giessverfahrens illustriert. Zur Ausbildung des zwischen den Schaufelblattwänden 1 , 2 befindlichen inneren Hohlraums 5 ist während des Giessprozesses ein Gusskern 9 eingebracht, dessen gleichbleibende Position während des gesamten Giessprozesses durch entsprechende Fixierung innerhalb der Gussform (nicht dargestellt) im Bereich des über die Turbinenlaufschaufelspitze hinausragenden Kernbereiches 9^' erfolgt. Gemäss der in Figur 1 a illustrierten Situation ist der Gusskern 9 mit konstanter Dicke ausgebildet, so dass sich während des Giessverfahrens die Schaufelblattwände 1 , 2 mit ebenso konstant vorgegebener Schaufelblattwand a ergeben.

Zur Vermeidung der sich insbesondere bei der Herstellung hochmoderner Turbinenlaufschaufeln ergebenden Problematik, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3a, b bereits erläutert worden ist, wird lösungsgemäss vorgeschlagen, während des Giessprozesses einen Gusskern 10 einzusetzen, der aus der Bilddarstel- lung gemäss Figur 1 b zu entnehmen ist. Der neuartige Gusskern 10 weist im Bereich der Turbinenlaufschaufelspitze eine flaschenhalsartige Verjüngung auf, wodurch die Schaufelblattwände 1 , 2 während des Giessprozesses im Bereich der Turbinenlaufschaufelspitze jeweils eine die Schaufelblattwanddicke a lokal vergrössernde Struktur 1 1 erhalten. Die Strukturwanddicke a' der die Schaufelblattwanddicke lokal ver- grössernden Struktur 1 1 ist dabei grösser als die Schaufelblattwand a, ausgebildet, die das Schaufelblatt im übrigen, von der Turbinenlaufschaufelspitze beabstandeten Bereich besitzt.

Insbesondere gilt für die Wahl der vergrösserten Strukturwanddicke a^': a^' > a > b_min +

Cmin-

In der Sequenzbilddarstellung gemäss Figur 1 c ist der Gusskern 10 aus der erkalteten Turbinenlaufschaufel entfernt, deren Schaufelblattwände 1 , 2 im Turbinenlaufschaufelspitzenbereich einen flaschenhalsartig ausgebildeten Hohlraum 5 begrenzen.

Im Wege eines Materialabtragungsverfahrens werden nun die die Schaufelwanddicke lokal vergrössernden Strukturen 1 1 in der in Figur 1 d illustrierten Weise abgetragen. Hierbei wird zum einen die Wanddicke der Schaufelblattwand im Turbinelauf- schaufelspitzenbereich ausgedünnt, so dass die dort entstehende Schaufelblattwand eine minimale Wanddicke von b_min nicht unterschritten wird, die den Strukturfestigkeitsansprüchen für den Betrieb einer Turbinenlaufschaufel genügt. Zudem entsteht im Wege des Materialabtragungsprozesses innerhalb einer von der Turbinenlaufschaufelspitze gemessenen Abtragetiefe t eine Abstützfläche 8, deren minimale Erstreckung orthogonal zur Schaufelblattwand 1 , 2 c_min entspricht, bei der ein festes Fügen eines Abdeckelementes mit der Abstützfläche sichergestellt ist.

In Figur 1 e ist eine Deckplatte 7 auf die sich innwandig zwischen beiden Schaufelblattwänden 1 , 2 gegenüberliegenden Abstützflächen 8 aufgebracht, wodurch der mit Kühlluft durchspülte Hohlraum 5 in Richtung der Turbinenlaufschaufelspitze abgedeckt wird. Die Deckplatte 7 wird typischerweise mit den Innenwandbereichen der Laufschaufelblätter 1 , 2, fest verlötet bzw. verschweisst. Die Deckplatte 7 kann zu Zwecken einer gezielten Kühlmittelabführung aus dem Hohlraum 5 mit einer entsprechend dimensionierten Öffnung 7^' oder mehreren Öffnungen versehen sein.

Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Turbinenlaufschaufel im Bereich der Turbinenlaufschaufelspitze längs eines Schnittes BB, der aus Figur 2 zu entnehmen ist. Das in Figur 4 illustrierte Ausführungsbeispiel verdeutlicht das Vorsehen einer die Schaufelwanddicke lokal vergrössernden Struktur 1 1 auch innwandig längs zur Turbinenlaufschaufelhinterkante 4, so dass die nicht in Figur 4 illustrierte Abdeckplatte 7 auch zu Seiten der Hinterkante stabil abgestützt wird. Die vorzugsweise vollständig längs der Innenwandkontur der Laufschaufelspitze umlaufenden die Schaufelwanddicke vergrössernde Struktur bildet eine für die Abdeckplatte einheitliche Abdeckebene E die vorzugsweise mit den Stirnflächen 6s etwaiger im Inneren der Turbinenlaufschaufel vorgesehener Trennwände 6 zusammenfällt. Auf diese Weise lagert die Abdeckplatte 7 nicht nur an den seitlichen Abstützflächen 8, sondern wird zudem durch die inneren Trennwände 6 stirnseitig unterstützt.

Bezugszeichenliste

1 Druckseitige Schaufelblattwand

2 Saugseitige Schaufelblattwand

3 Schaufelvorderkante

4 Schaufelhinterkante

5 Hohlraum

6, 6', 6" Interne Trennwände

6s Stirnseite der Trennwand

7 Deckplatte

8 Abstützfläche

9 Gusskern

9' Stirnseitige über das offene Ende der Turbinenschaufel hinausragender Gusskern

10 Gusskern

1 1 die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur

E Auflageebene für die Deckplatte

Claims

Patentansprüche

1 . Turbinenschaufel, die durch einen Giessprozess hergestellt ist, mit einem

Schaufelblatt, das von einer druck- und saugseitigen Schaufelblattwand (1 , 2) begrenzt ist, die zumindest längs einer der Turbinenschaufel zuordenbaren Schaufelvorderkante (3) miteinander verbunden sind und wenigstens einen Hohlraum (5) miteinander beidseitig begrenzen, der im Bereich der Turbinenschaufelspitze gussherstellungsbedingt offen mündet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schaufelblattwand im Bereich der Turbinenschaufelspitze eine dem Hohlraum (5) zugewandte, eine der Schaufelblattwand zu- ordenbare Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) besitzt.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufel eine Laufschaufel oder eine Leitschaufel ist.

3. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) einen der Turbinenschaufelspitze zugewandten ebenen und orthogonal zur Schaufelblattwand orientierten Flächenabschnitt (8) aufweist.

4. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) eine der Turbinenschaufelspitze abgewandte, den Hohlraum (5) in Richtung der Turbinenschaufelspitze einseitig flaschenhalsartig verengende Kontur aufweist.

5. Turbinenschaufelblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelblattwand die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) in Richtung der Turbinenschaufelspitze überragt, und dass die Schaufelblattwand an der Turbineschaufelspitze einseitig stirnseitig endet.

6. Turbinenschaufelblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) einstückig mit der Schaufelblattwand während eines Giessprozesses hergestellt ist.

7. Turbinenschaufelblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die druck- und saugseitige Schaufelblattwand (1 , 2) eine gemeinsame Querschnittsebene aufweisen, in der der von beiden Schaufelblattwänden begrenzte Hohlraum (5) bedingt durch das Vorsehen jeweils einer die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) sowohl an der druck- als auch an der saugseitigen Schaufelblattwand (1 , 2) lokal flaschenartig verjüngt ist.

8. Turbinenschaufelblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) sowohl an der druck- als auch saugseitigen Schaufelblattwand (1 , 2) jeweils einen ebenen und orthogonal zur jeweiligen Schaufelblattwand orientierten Flächenabschnitt (8) aufweisen, die beide in einer gemeinsamen Ebene (E) liegen.

9. Turbinenschaufelblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die wenigstens eine die Schaufel blattwanddicke lokal vergrössernde Struktur (1 1 ) mit wenigstens einem den Hohlraum (5) zumindest teilweise in Richtung der Turbinenschaufelspitze abdeckenden Abdeckelement (7) gefügt ist.

10. Turbinenschaufel nach 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abdeckelement (7) jeweils an den Flächenabschnitt (8) der die Schaufelblattwanddicke lokal vergrössernden Struktur (1 1 ) der druck- und saugseitigen Schaufelblattwand (1 , 2) unter Ausbildung einer Schweiss- oder Lötverbindung gefügt ist.

1 1 . Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel im Wege eines Giesprozes- ses, bei dem zur Ausbildung eines Hohlraumes (5) innerhalb der Turbinen- schaufei ein Gusskern (10) verwendet wird, der die Form der Turbinenschaufel in Richtung der Turbinenschaufelspitze überragt und bei dem nach Erkalten und Separation der Turbinenschaufel vom Gusskern (1 0) eine Turbinenschaufel erhalten wird, die ein Schaufelblatt aufweist, das von einer druck- und saugseitigen Schaufelblattwand (1 , 2) begrenzt ist, die zumindest längs einer der Turbinenschaufel zuordenbaren Schaufelvorderkante (3) miteinander verbunden sind und den wenigstens einen Hohlraum (5) miteinander beidseitig begrenzen, der im Bereich der Turbinenschaufelspitze gussherstellungsbe- dingt offen mündet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schaufelblattwand (1 , 2) im Bereich Turbinenschaufelspitze mit einer Struktur (1 1 ) gegossen wird, die eine der Schaufelblattwand an der Turbinenschaufelspitze zuordenbare Schaufelwanddicke aufweist, die grösser bemessen ist als eine Schaufelwanddicke in einem von der Turbinenschaufelspitze beabstandeten Schaufelwandbereich, und dass mittels eines Materialabtrageverfahrens an der erkalteten und vom Gusskern (10) separierten Turbinenschaufel von Seiten der Turbinenschaufelspitze die die Schaufelblattwanddicke lokal vergrös- sernde Struktur zum Teil abgetragen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag derart erfolgt, dass beabstandet zur Turbinenschaufelspitze ein ebener und orthogonal zur Schaufelblattwand (1 , 2) orientierter Flächenabschnitt (8) erzeugt wird, der von der Schaufelblattwand (1 , 2) in Richtung der Turbinenschaufelspitze überragt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an die zum Teil abgetragene Struktur (1 1 ) ein Abdeckelement (7) gefügt wird, durch das der wenigstens ein Hohlraum (5) zumindest teilweise in Richtung zur Turbinenschaufelspitze abgedeckt oder abgedichtet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag derart erfolgt, dass die Schaufelblattwand, die sich über die Struktur (1 1 ) in Richtung der Turbinenschaufelspitze erstreckt wenigstens eine Schaufelwanddicke aufweist, die eine minimale Wanddicke (b_mir,) nicht unterschreitet, die an die Turbinenschaufel feststellbaren Strukturfestigkeitsansprüchen genügt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag derart erfolgt, dass der ebene und orthogonal zur Schaufelblattwand orientierte Flächenabschnitt (8) wenigstens eine minimale Erstreckung (c_mir,) orthogonal zur Schaufelblattwand vorsieht, die ein festes Fügen eines Abdeckelementes (7) mit der Fügefläche sicherstellt.