WO2013144245A1 - Turbinenschaufel sowie zugehöriges verfahren zum herstellen einer turbinenschaufel - Google Patents

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WO2013144245A1
WO2013144245A1 PCT/EP2013/056594 EP2013056594W WO2013144245A1 WO 2013144245 A1 WO2013144245 A1 WO 2013144245A1 EP 2013056594 W EP2013056594 W EP 2013056594W WO 2013144245 A1 WO2013144245 A1 WO 2013144245A1
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turbine blade
frame
blade
platform frame
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PCT/EP2013/056594
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Fathi Ahmad
Nihal Kurt
Hans-Thomas Bolms
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Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to IN7295DEN2014 priority patent/IN2014DN07295A/en
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    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
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    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
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    • F01D5/12Blades
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2240/80Platforms for stationary or moving blades
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/49336Blade making
    • Y10T29/49339Hollow blade

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade having a buildin ⁇ actuating portion, a platform for defining a Strö ⁇ mung channel and a blade, which follow one another along a longitudinal axis of the turbine blade.
  • the width ⁇ ren the invention relates to a method for manufacturing a turbine blade comprising the step of: preparing a mo ⁇ nolithischen Rumpfschaufei comprising fastening portion an airfoil, a platform for defining a flow channel and a loading.
  • Turbine blades and methods of making turbine blades are known in a variety of ways from the extensive prior art. For example, turbine blades for gas turbines are often in one
  • turbine blades used in stationary turbomachinery are subject to a variety of loads during operation of the turbomachinery which cause the turbine blades to age and wear down in both predictable and unpredictable ways.
  • both low-cycle and higher cyclic fatigue loads as well as thermo-mechanical loading ⁇ loads occur.
  • turbine blades are to be protected from oxidation and creep.
  • the aforementioned charge loading meet particular the hot gas or superheated steam immediacy ⁇ bar exposed surfaces and components of the turbine blades.
  • turbine blades are also exposed to so-called “bearing loads” and "friction loads”.
  • the material of integral turbine blades must be selected so that, if possible, a large number, if not all, loads are absorbed by the material without premature aging or premature end-of-life of the turbine blade being achieved.
  • the thermal load and in terms of stress corrosion example it is known to equip Turbi ⁇ nenschaufeln of gas turbines with a layer system, which protects the material from corrosion as well as both prior to an excessive heat input.
  • Blade with two platform halves which are arranged on both sides of a blade.
  • a positive connection is provided, wherein the ⁇ at the platform halves are pinned together.
  • the attachment of the platforms is classified as unsafe.
  • An equally half division of platforms is disclosed by EP 1 905 950 AI and US 4,019,832 AI.
  • WO 2000/057032 A1 discloses a single platform element between two directly adjacent blades of a rotor blade ring. Here, the assembly of the components on the rotor appears to be disadvantageous.
  • the object of the invention is to provide a turbine blade with a mounting portion, a platform for defining a flow channel and an airfoil, which follow one another along a longitudinal axis of the turbine blade aufein ⁇ , which turbine blade is Wegaufarbeitbar with very little effort.
  • Another object of the invention is to provide a method of manufacturing turbine blades.
  • the invention is based on the finding that, in particular in the case of operationally required turbine blades, flaws caused by oxidation can also occur at the outer edge of the platform. These oxidation problems occur, in particular, when the thermal insulation layer, which is often provided there, locally flakes off. Such findings can lead to an increased operating risk in the turbine blade, which is why such turbine blades are replaced or processed.
  • the reprocessing of the turbine blade has been comparatively expensive.
  • the work-up rate i. the proportion of recycled blades that actually continue to qualify for use in the turbomachinery after reprocessing is likely to be low.
  • Platform part and an outer platform part wherein the outer platform part is formed as a the outer edge of the inner platform part encompassing endless platform frame.
  • the platform frame is thus endlessly circulating and one-piece - it could also be called closed.
  • the invention does not attempt to provide a construction for mo- lar turbine blades, and therefore preferably the überströmbare from the hot gas surface of the inner platforms is substantially larger than the molding flowable from the hot gas via ⁇ surface of the platform frame.
  • the flaws specified above near the edge of the platform must be removed by setting back the edge of the platform, for example by milling or grinding.
  • the platform edge along the entire circulation is reset so as to produce a monolithic Rumpfschaufei whose platform as the inner part of the platform to be manufactured turbo binenschaufel a contact surface for a platform frame ⁇ be riding up. After attaching an endless platform frame to the inner platform portion, the turbine bucket thus produced then has a platform whose dimensions correspond to the original turbine bucket.
  • Rumpfschaufei an airfoil, a platform and a Fixed To ⁇ constriction portion is provided in a monolithic embodiment comprising first.
  • the monolithic Rumpfschaufei can be made on conven ⁇ tionellem way by casting and beispiels- as well as monocrystalline or directionally solidified.
  • the platform edge of the fuselage bucket is possibly still to be brought along the entire circulation by slight grinding or milling to the predetermined, ex ⁇ tected measure to the inner platform portion of the turbine blade with a dimensionally bearing surface for the platform ⁇ form frame provide.
  • the turbine blade is then produced as a new component.
  • the platform frame may have different shapes in cross section. However, preferred are such forms, the make a positive connection with the edge of the inner platform part.
  • the cross-sectional shape may be diamond-shaped or C-shaped.
  • the edge of the inner platform part is always designed corresponding to the cross-sectional shape.
  • a particular advantage of the turbine blade according to the invention and of the method that in particular two, can also be used under ⁇ Kunststofferie materials for the Rumpfschaufei and for the platform frame.
  • ⁇ Kunststofferie materials for the Rumpfschaufei and for the platform frame.
  • a further advantage of the turbine blade according to the invention is the higher precision with regard to the external dimensions of the platform, since these can be produced more easily when producing the platform frame than when casting a purely monolithic turbine blade.
  • Different methods can be used for permanently connecting the platform frame to the fuselage bucket. Since the platform frame is designed as an endless frame, it is preferable to shrink the platform frame to the peripheral edge of the inner platform part. Prior to shrinking, the platform frame may be heated and / or the hull blast chilled. After assembly of platform frame and fuselage bucket and a subsequent temperature adjustment of the platform frame then sits firmly on the peripheral edge of the inner platform part. Soldering and welding - selectively as well as along the connecting line from the edge of the inner platform part and platform ⁇ frame - are possible. According to a first advantageous development of the
  • Platform frame surface on the inner platform part wherein the contact surface at least partially with the longitudinal axis forms an angle which is greater than 0 ° and smaller than 90 °.
  • Such an arrangement prevents at least in one direction a parallel displacement of the platform frame along the longitudinal axis, which is particularly advantageous when using the invention on turbine blades.
  • the force acting on the platform frame during operation of the turbomachine centrifugal force is also transmitted by positive engagement due to the inclined with respect to the longitudinal axis contact surface ⁇ in the platform part. This ver ⁇ prevents reliably the loss of the platform frame due to the centrifugal force.
  • the angle is a size between 15 ° and 35 °, for example, the angle is 20 °. According to a second advantageous embodiment of the
  • Platform frame on at least one laterally outwardly facing surface on a slot for receiving a sealing element.
  • the turbine blade can be designed both as Leit ⁇ blade or as a blade.
  • the turbine blade with the inner platform part and the outer platform part in the form of the endless platform frame enclosing the inner platform part can also be used in high-temperature applications, it is advantageous if the inner platform part and the platform frame are coated in a coating process.
  • a seamless protective coating will be applied to both ⁇ platform parts.
  • FIG. 1 is a perspective view of the side view of a turbine blade according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the plan view of a platform frame
  • Figure 4 shows a section of the corner of a platform of
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbine blade 10.
  • the turbine blade 10 is designed as a rotor blade. However, it could be designed as a guide vane forms ⁇ .
  • the turbine blade 10 comprises along its longitudinal axis 12 in immediate succession a Fixed To ⁇ constriction portion 14, a platform 16 and an airfoil 18.
  • the attachment portion 14 is contoured in a typical run ⁇ shovel manner the manner of a fir tree profile.
  • Guide vanes for turbines, instead of the fir-tree-shaped attachment portion 14 mostly a plurality of hooks, which are inserted into a not shown guide vane carrier of the turbomachine.
  • the attachment portion 14 merges into the platform 16.
  • the platform 16 has an upwardly pointing platform surface 20 on which the blade 18 settles.
  • the platform 16 comprises an inner platform part 22 - in radial relation to the longitudinal axis 12 and an outer platform part 24, wherein the outer platform ⁇ part 24 is formed as a the outer edge 26 of the inner platform part 22 encompassing endless platform frame 28.
  • both attachment portion 14, the inner platform portion 22 and the blade 18 are monolithic - so one piece - keptbil ⁇ det. This monolithic unit is also referred to as fuselage hoop 19.
  • the surface of the inner platform part 22 that can be overflowed by the hot gas is substantially larger than the area of the platform frame 28 that can be overflowed by the hot gas.
  • the turbine blade 10 can be designed to be internally cooled in any desired manner with the aid of a cooling medium. Also film ⁇ cool openings and trailing edge openings for the coolant can be provided. Of course, the turbine blade can also be uncooled.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the platform frame 28.
  • the platform frame 28 includes two parallel longitudinal struts 30 and two mutually parallel Quer ⁇ struts 32.
  • the platform frame 28 may be made of a different material than the material shown in Figure 1
  • the platform frame 28 may also be made of the same material.
  • the platform frame may also be made by welding the longitudinal struts 30 to the cross struts 32. It can also be cast or milled from solid.
  • FIG. 3 shows a section through the turbine blade 10 along the longitudinal axis 12.
  • turbine blade of the attachment portion of Figure 3 is not Tannenbaumförmig formed, but dovetailed.
  • FIG. 3 shows the platform frame 28 during assembly on the fuselage boom 19, shortly before the platform frame 28 reaches its final assembly position.
  • the platform frame 28 has a diamond shape in cross section. Other shapes are possible.
  • Each strut 30, 32 of the platform frame 28 has an inwardly facing first abutment surface 34 and a second on ⁇ bearing surface 36.
  • the outer edge 26 of the inner ren platform part 22 has a laterally outwardly facing first abutment surface 38 and a second abutment surface 40.
  • first contact surfaces and second contact surfaces are inclined differently with respect to the longitudinal axis 12.
  • the first contact surface is aligned in the transverse ⁇ section parallel to the longitudinal axis 12.
  • the second contact surface is inclined in cross-section at an acute angle relative to the longitudinal axis 12. This exporting ⁇ approximate shape prevented by form-fit disengagement of the platform frame 28 from the Rumpfschaufei 19 at the door ⁇ binenschaufel 10 acting centrifugal forces.
  • Figure 4 shows a perspective view of a corner of the inner platform part 22 and the platform frame 28 during assembly.
  • a slot 44 for receiving a sheet-like sealing element is also shown in Figure 4 on a laterally outwardly facing surface 42 of the platform frame 28.
  • the invention thus relates to a turbine blade 10 having a mounting portion 14, a platform 16 and an airfoil 18, which along a longitudinal axis 12th the turbine blade immediately follow each other.
  • the platform 16 - in radial relation to the longitudinal axis 12 - an inner platform portion 22 and an outer platform portion 24 includes, wherein the outer platform ⁇ part 24 as a the outer edge 26 of the inner Platform part 22 encompassing endless platform frame 28 is formed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (10) mit einem Befestigungsabschnitt (14), einer Plattform (16) und einen Schaufelblatt (18), welche entlang einer Längsachse (12) der Turbinenschaufel (10) aufeinander folgen, wobei die Plattform (16) - in radialen Bezug auf die Längsachse (12) - ein inneres Plattformteil (22) und ein äußeres Plattformteil (24) umfasst, wobei das äußere Plattformteil (24) als ein den äußeren Rand (26) des inneren Plattformteils (22) umgreifender geschlossener Plattformrahmen (28) ausgebildet ist. Zugehöriges Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel.

Description

Beschreibung
TURBINENSCHAUFEL SOWIE ZUGEHÖRIGES VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER TURBINENSCHAUFEL
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einem Befes¬ tigungsabschnitt, einer Plattform zur Begrenzung eines Strö¬ mungskanals und einem Schaufelblatt, welche entlang einer Längsachse der Turbinenschaufel aufeinanderfolgen. Des Weite¬ ren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel umfassend den Schritt: Herstellen einer mo¬ nolithischen Rumpfschaufei umfassend ein Schaufelblatt, eine Plattform zur Begrenzung eines Strömungskanals und einen Be- festigungsabschnitt .
Turbinenschaufeln und Verfahren zum Herstellen von Turbinenschaufel sind aus dem umfangreich vorhandenen Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt. Beispielsweise werden Turbinenschaufeln für Gasturbinen häufig in einem
Gießverfahren hergestellt. Beim Gießen werden gleichzeitig Schaufelfuß, Plattform und Schaufelblatt aus dem Gießmaterial geformt, so dass derartige Turbinenschaufeln einstückig sind. Anschließend werden die dem Heißgas der Turbine ausgesetzten Flächen - also Plattform und Schaufelblatt - noch mit einer Korrosionsschutzschicht und einer Wärmeschutzschicht verse¬ hen, um die Lebensdauer der Turbinenschaufel zu erhöhen. Die gegossenen Turbinenschaufeln sind zumeist auch hohl ausgebildet, damit im Inneren ein Mittel zur Kühlung des Schaufelma- terials strömen kann. Turbinenschaufeln von Dampfmaschinen werden zumeist aus dem Vollen gefräst oder sind geschmiedet.
Die in stationären Turbomaschinen eingesetzten Turbinenschaufeln unterliegen beim Betrieb der Turbomaschine einer Viel- zahl von Belastungen, die die Turbinenschaufeln sowohl in vorhersehbarer als auch in nicht vorhersehbarer Art und Weise altern und abnutzen lassen. Im Detail treten sowohl niederzyklische als auch höher zyklische Ermüdungsbelastungen sowie auch thermo-mechanische Be¬ lastungen auf. Auch sind Turbinenschaufeln vor Oxidation und vor Kriechen zu schützen. Die vorgenannten Belastungen be- treffen insbesondere die dem Heißgas oder Heißdampf unmittel¬ bar ausgesetzten Oberflächen und Bestandteile der Turbinenschaufeln. Befestigungsseitig sind Turbinenschaufeln zudem noch sogenannten "Auflagerbelastungen" und "Reibbelastungen" ausgesetzt. Im Lichte dieser unterschiedlichen Belastungen und Anforderungen muss das Material von einstückigen Turbinenschaufeln so gewählt sein, dass nach Möglichkeit eine Vielzahl, wenn nicht sogar alle Belastungen vom Material aufgenommen werden, ohne dass eine vorzeitige Alterung oder ein vorzeitiges Lebensdauerende der Turbinenschaufel erreicht wird. Hinsichtlich der thermischen Belastung und hinsichtlich der Korrosionsbelastung ist es beispielsweise bekannt, Turbi¬ nenschaufeln von Gasturbinen mit einem Schichtsystem auszustatten, welches deren Material sowohl vor Korrosion als auch vor einem überhöhten Wärmeeintrag schützt.
Dennoch können in verschiedenen Bereichen der Turbinenschaufel Verschleißerscheinungen wie Risse auftreten, die den Betrieb der Turbomaschine gefährden. Aus diesem Grund ist es bekannt, Turbinenschaufeln nach einer vorbestimmten Einsatz- zeit auf derartige Defekte hin zu überprüfen und bei Vorlie¬ gen eines derartigen Befundes die betroffenen Turbinenschau¬ feln auszutauschen oder wieder aufzubereiten.
Auch bekannt ist es, Turbinenschaufeln modular auszugestalten und die entsprechenden Module aus denjenigen Materialen herzustellen, die auf ihre lokalen Anforderungen abgestimmt sind. Hier mangelt es häufig jedoch an einer dauerhaften und zuverlässigen Verbindung. Beispielsweise offenbart hierzu die US 4,650,399 AI eine
Laufschaufel mit zwei Plattformhälften, die beidseits eines Schaufelblatts angeordnet sind. Um eine Verschiebung der Plattformhälften entland des Schaufelblattes zu verhindern, ist eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, wobei die bei¬ den Plattformhälften miteinander verstiftet sind. Die Befestigung der Plattformen wird jedoch als unsicher eingestuft. Eine ebenso hälftige Teilung von Plattformen offenbaren die EP 1 905 950 AI und die US 4,019,832 AI.
Anstelle der Plattformhäften der US 4, 650,399 AI offenbart die WO 2000/057032 AI ein einziges Plattformelement zwischen zwei unmittelbar benachtbarten Laufschaufeln eines Laufschau- felkranzes. Hier erscheint die Montage der Bauteile am Rotor nachteilig zu sein.
Weitere Varianten von gebauten Turbinenschaufeln zeigen die US 3,451,654 AI und die US 7,762,781 Bl . In beiden Schriften wird vorgeschlagen, eine einstückige Plattform für Turbinenschaufeln zu verwenden, die eine dem Profil des Schaufel¬ blatts folgende Ausnehmung aufweist. Zur Fertigungstellung der Turbinenschaufeln werden jeweils das plattformlose Schau¬ felblatt durch die Plattform hindurchgesteckt und mittels Zwischenstücken befestigt.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Turbinenschaufel mit einem Befestigungsabschnitt, einer Plattform zur Begrenzung eines Strömungskanals und einem Schaufelblatt, welche entlang einer Längsachse der Turbinenschaufel aufein¬ ander folgen, welche Turbinenschaufel mit besonders geringem Aufwand wiederaufarbeitbar ist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen von Turbinenschaufeln.
Die auf die Turbinenschaufel gerichtete Aufgabe wird mit ei¬ ner solchen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die auf das Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel ge- richtete Aufgabe wird mit den Verfahrensschritten gemäß An¬ spruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den je¬ weiligen Unteransprüchen angegeben. Dabei sind die Merkmale der jeweiligen Unteransprüche mit den Merkmalen anderer Unteransprüche ohne Weiteres kombinierbar.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbeson- dere bei betriebsbeanspruchten Turbinenschaufeln auch am äußeren Rand der Plattform durch Oxidation verursachte Fehlstellen auftreten können. Diese Oxidationsprobleme treten insbesondere dann auf, wenn die häufig auch dort vorgesehene Wärmedämmschicht lokal abplatzt. Derartige Befunde können bei der Turbinenschaufel zu einem erhöhten Betriebsrisiko führen, weswegen derartige Turbinenschaufeln ausgetauscht oder aufbereitet werden. Die Wiederaufbereitung der Turbinenschaufel ist bisher vergleichsweise aufwendig. Gleichzeitig kann die Aufarbeitungsquote, d.h. der Anteil an wiederaufbereiteten Schaufeln, die sich nach der Wiederaufbereitung tatsächlich weiterhin für den Einsatz in der Turbomaschine qualifizieren, eher gering sein. Um diesen Effekten entgegenzuwirken wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Plattform - in radialem Bezug auf eine zentrale Längsachse - ein inneres
Plattformteil und ein äußeres Plattformteil umfasst, wobei das äußere Plattformteil als ein den äußeren Rand des inneren Plattformteils umgreifender endloser Plattformrahmen ausgebildet ist. Der Plattformrahmen ist somit endlos umlaufend und einstückig - er könnte auch als geschlossen bezeichnet werden.
Dabei versucht die Erfindung nicht eine Konstruktion für mo- dulare Turbinenschaufeln bereitzustellen, weswegen vorzugsweise die vom Heißgas überströmbare Fläche des inneren Platt- formteils wesentlich größer ist als die vom Heißgas über¬ strömbare Fläche des Plattformrahmens.
Sofern eine betriebsbeanspruchte Turbinenschaufel im Bereich des Plattformrands aufzuarbeiten ist, sind die weiter oben angegebenen Fehlstellen in der Nähe des Plattformrands zu entfernen, indem der Rand der Plattform beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen zurückgesetzt wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass beim Zurücksetzen des Plattformrands nicht nur die lokale Fehlstelle entfernt wird. Vielmehr wird der Plattformrand entlang des gesamten Umlaufs zurückgesetzt, um so eine monolithische Rumpfschaufei herzustellen, deren Plattform als inneres Plattformteil der herzustellenden Tur- binenschaufel eine Anlagefläche für einen Plattformrahmen be¬ reitstellt. Nach dem Anbringen eines endlosen Plattformrahmens an dem inneren Plattformteil weist die so hergestellte Turbinenschaufel dann eine Plattform auf, deren Abmaße der ursprünglichen Turbinenschaufel entsprechen.
Zwar wird bei diesem Verfahren auch nicht beeinträchtiges bzw. beschädigtes Schaufelmaterial entfernt. Dies hat jedoch den Vorteil, dass die Wiederaufbereitung nicht individuell - also in Abhängigkeit der defekten Stelle - durchgeführt wer- den muss, sondern automatisiert ablaufen kann. Dies reduziert den Aufwand zur Wiederaufarbeitung und die Ausschussrate.
Selbstverständlich lassen sich nach dem Verfahren auch neue Bauteile, also nicht durch Betrieb beanspruchte Turbinen- schaufeln herstellen, indem zuerst eine sog. Rumpfschaufei umfassend ein Schaufelblatt, eine Plattform und ein Befesti¬ gungsabschnitt in monolithischer Ausführungsform bereitgestellt wird. Die monolithische Rumpfschaufei kann auf konven¬ tionellem Wege im Gießverfahren hergestellt und beispiels- weise auch einkristallin oder gerichtet erstarrt sein. Nach dem Herstellen der Rumpfschaufei ist der Plattformrand der Rumpfschaufei ggf. noch entlang des gesamten Umlaufs durch geringfügiges Schleifen oder Fräsen auf das vorbestimmte, ex¬ akte Maß zu bringen, um das innere Plattformteil der Turbi- nenschaufel mit einer maßhaltigen Anlagefläche für den Platt¬ formrahmen bereitzustellen. Vor, während oder danach ist der Plattformrahmen als zumeist rechteckiges Gebilde herzustel¬ len. Nach dem Anbringen bzw. der Montage des Plattformrahmens an dem maßhaltigen Rand des inneren Plattformteils ist dann die Turbinenschaufel als Neubauteil hergestellt.
Der Plattformrahmen kann im Querschnitt unterschiedliche Formen aufweisen. Bevorzugt sind jedoch derartige Formen, die einen Formschluss mit dem Rand des inneren Plattformteils herbeiführen. Beispielweise kann die Querschnittform rautenförmig oder C-förmig ausgebildet sein. Der Rand des inneren Plattformteils ist dabei stets korrespondierend zur Quer- schnittsform ausgeführt.
Besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel und auch des Verfahrens ist, dass insbesondere auch zwei unter¬ schiedliche Materialien für die Rumpfschaufei und für den Plattformrahmen verwendet werden können. So kann zusätzlich auf die unterschiedlichen lokalen Belastungen Rücksicht genommen werden, was ggf. zu einer verlängerten Lebensdauer der Turbinenschaufel führt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist die höhere Präzision hinsichtlich der äußeren Abmaße der Plattform, da diese beim Herstellen des Plattformrahmens sich einfacher herbeiführen lassen als beim Gießen einer rein monolithischen Turbinenschaufel.
Zum dauerhaften Verbinden des Plattformrahmens mit der Rumpfschaufel sind unterschiedliche Verfahren einsetzbar. Da der Plattformrahmen als endloser Rahmen ausgestaltet ist, bietet sich vorzugsweise das Aufschrumpfen des Plattformrahmens auf den umlaufenden Rand des inneren Plattformteils an. Vor dem Aufschrumpfen kann der Plattformrahmen erhitzt und/oder die Rumpfschaufei abgekühlt werden. Nach dem Zusammensetzen von Plattformrahmen und Rumpfschaufei und einer sich anschließenden Temperaturangleichung sitzt der Plattformrahmen dann fest an dem umlaufenden Rand des inneren Plattformteils. Auch Löten und Schweißen - punktuell als auch entlang der Verbindungslinie vom Rand des inneren Plattformteils und Plattform¬ rahmen - sind möglich. Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung liegt der
Plattformrahmen flächig an dem inneren Plattformteil an, wobei die Kontaktfläche zumindest teilweise mit der Längsachse einen Winkel einschließt, welcher größer als 0° und kleiner als 90° ist. Eine derartige Anordnung verhindert zumindest in einer Richtung eine Parallelverschiebung des Plattformrahmens entlang der Längsachse, was insbesondere bei der Verwendung der Erfindung an Turbinenlaufschaufeln von Vorteil ist. In diesem Fall wird die während des Betriebs der Turbomaschine auf den Plattformrahmen einwirkende Fliehkraft auch durch Formschluss aufgrund der in Bezug auf die Längsachse geneig¬ ten Kontaktfläche in das Plattformteil übertragen. Dies ver¬ hindert zuverlässig den Verlust des Plattformrahmens aufgrund der Fliehkraft.
Vorzugsweise beträgt der Winkel eine Größe zwischen 15° und 35°, beispielsweise liegt der Winkel bei 20°. Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung weist der
Plattformrahmen an zumindest einer seitlich nach außen weisenden Fläche einen Schlitz zur Aufnahme eines Dichtelements auf. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass bei Verschleiß von im Plattformrand vorhandenen Schlitzen aufgrund der darin sitzenden blechförmigen Dichtelemente mit der nunmehr bereitgestellten Erfindung eine einfache und zuverlässige Möglichkeit besteht, auch derartige betriebsbean¬ spruchte Turbinenschaufeln wieder aufzuarbeiten. Zudem lassen sich derartige Schlitze kostengünstiger herstellen als bei rein monolithischen Turbinenschaufeln.
Zweckmäßigerweise kann die Turbinenschaufel sowohl als Leit¬ schaufel oder als Laufschaufel ausgebildet sein. Damit die Turbinenschaufel mit dem inneren Plattformteil und dem äußeren Plattformteil in Form des das innere Plattformteil umgreifenden endlosen Plattformrahmens auch bei Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden kann, ist es von Vorteil, wenn der innere Plattformteil und der Plattformrahmen in einem Beschichtungsvorgang beschichtet werden. Somit kann eine nahtlose Schutzschicht auf beide Plattformteile aufge¬ bracht werden. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in der Figu¬ renbeschreibung angegeben. Es zeigen:
Figur 1 in perspektivischer Darstellung die Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel,
Figur 2 in perspektivischer Darstellung die Draufsicht auf einen Plattformrahmen,
Figur 3 den Querschnitt durch eine Turbinenschaufel gemäß
Figur 1 und
Figur 4 einen Ausschnitt von der Ecke einer Plattform der
Turbinenschaufel nach Figur 1 beim Zusammensetzen von Rumpfschaufei und Plattformrahmen.
In allen Figuren sind identische Merkmale mit den identischen Bezugsziffern versehen.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Turbinenschaufel 10. Die Turbinenschaufel 10 ist als Laufschaufei ausgebildet. Sie könnte jedoch auch als Leitschaufel ausge¬ bildet sein. Die Turbinenschaufel 10 umfasst entlang ihrer Längsachse 12 unmittelbar aufeinanderfolgend einen Befesti¬ gungsabschnitt 14, eine Plattform 16 sowie ein Schaufelblatt 18. Der Befestigungsabschnitt 14 ist in einer für eine Lauf¬ schaufel typischen Manier nach Art eines Tannenbaumprofils konturiert. Leitschaufeln für Turbinen weisen anstelle des tannenbaumförmigen Befestigungsabschnitts 14 zumeist mehrere Haken auf, welche in einen nicht weiter dargestellten Leitschaufelträger der Turbomaschine eingeschoben sind.
Der Befestigungsabschnitt 14 geht in die Plattform 16 über. Gemäß der in Figur 1 gewählten Darstellung weist die Plattform 16 eine nach oben weisende Plattformoberfläche 20 auf, an der sich das Schaufelblatt 18 ansiedelt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Plattform 16 - in radialem Bezug auf die Längsachse 12 - ein inneres Plattformteil 22 und ein äußeres Plattformteil 24, wobei das äußere Plattform¬ teil 24 als ein den äußeren Rand 26 des inneren Plattformteils 22 umgreifender endloser Plattformrahmen 28 ausgebildet ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl Befestigungsabschnitt 14, das innere Plattformteil 22 und das Schaufelblatt 18 monolithisch - also einstückig - ausgebil¬ det. Diese monolithische Einheit wird auch als Rumpfschaufei 19 bezeichnet. Die gemäß dieser Darstellung zum Schaufelblatt 18 weisenden Flächen 20 des inneren Plattformteils 22 und des äußeren Plattformteils 24 sind zueinander versatzfrei, so dass sie - bei der Verwendung der Turbinenschaufel 10 in ei¬ ner Turbomaschine - für das in der Turbomaschine strömende Arbeitsmedium eine kanten- und stufenfreie Begrenzungswand bereitstellen .
Dabei ist die vom Heißgas überströmbare Fläche des inneren Plattformteils 22 wesentlich größer ist als die vom Heißgas überströmbare Fläche des Plattformrahmens 28. Die Turbinenschaufel 10 kann in beliebiger Weise mit Hilfe eines Kühlmediums innengekühlt ausgebildet sein. Auch Film¬ kühlöffnungen und Hinterkantenöffnungen für Kühlmittel können vorgesehen sein. Selbstverständlich kann die Turbinenschaufel auch ungekühlt sein.
Figur 2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Plattformrahmen 28. Der Plattformrahmen 28 umfasst zwei zueinander parallele Längsstreben 30 sowie zwei zueinander parallele Quer¬ streben 32. Der Plattformrahmen 28 kann aus einem anderen Ma- terial hergestellt sein als die in Figur 1 dargestellte
Rumpfschaufei 19. Der Plattformrahmen 28 kann aber auch aus dem gleichen Material hergestellt sein. Der Plattformrahmen kann auch durch Verschweißen von den Längsstreben 30 mit den Querstreben 32 hergestellt sein. Er kann auch gegossen oder aus dem Vollen gefräst sein.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch die Turbinenschaufel 10 entlang der Längsachse 12. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel ist der Befestigungsabschnitt gemäß Figur 3 nicht tannenbaumförmig ausgebildet, sondern schwalbenschwanzförmig . Zudem zeigt Figur 3 den Plattformrahmen 28 während der Montage an der Rumpfschaufei 19, kurz be- vor der Plattformrahmen 28 seine endgültige Montageposition erreicht. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Plattformrahmen 28 im Querschnitt eine Rautenform auf. Auch andere Formen sind möglich.
Jede Strebe 30, 32 des Plattformrahmens 28 weist eine nach innen gerichtete erste Anlagefläche 34 und eine zweite An¬ lagefläche 36 auf. Ebenso weist der äußere Rand 26 des inne¬ ren Plattformteils 22 eine seitlich nach außen weisende erste Anlagefläche 38 sowie eine zweite Anlagefläche 40 auf. Nach der Montage des Plattformrahmens 28 liegen dessen erste An¬ lagefläche 34 an der ersten Anlagefläche 38 des inneren
Plattformteils 22 und dessen zweite Anlagefläche 36 an der zweiten Anlagefläche des inneren Plattformteils 22 flächig an. Die sich so ausbildenden ersten Kontaktflächen und zweiten Kontaktflächen sind gegenüber der Längsachse 12 unterschiedlich geneigt. Die erste Kontaktfläche ist im Quer¬ schnitt parallel zur Längsachse 12 ausgerichtet. Die zweite Kontaktfläche ist im Querschnitt jedoch unter einem spitzen Winkel gegenüber der Längsachse 12 geneigt. Diese Ausfüh¬ rungsform verhindert auch durch Formschluss das Lösen des Plattformrahmens 28 von der Rumpfschaufei 19 bei auf die Tur¬ binenschaufel 10 einwirkenden Fliehkräften.
Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ecke des inneren Plattformteils 22 und des Plattformrahmens 28 während der Montage. Neben den bereits beschriebenen Merkmalen ist zudem in Figur 4 an einer seitlich nach außen weisenden Fläche 42 des Plattformrahmens 28 ein Schlitz 44 zur Aufnahme eines blechförmigen Dichtelements dargestellt.
Insgesamt betrifft die Erfindung somit eine Turbinenschaufel 10 mit einem Befestigungsabschnitt 14, einer Plattform 16 und einem Schaufelblatt 18, welche entlang einer Längsachse 12 der Turbinenschaufel unmittelbar aufeinander folgen. Um eine besonders langlebige Turbinenschaufel 10 bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass die Plattform 16 - in radialem Bezug auf die Längsachse 12 - ein inneres Plattformteil 22 und ein äußeres Plattformteil 24 umfasst, wobei das äußere Plattform¬ teil 24 als ein den äußeren Rand 26 des inneren Plattformteils 22 umgreifender endloser Plattformrahmen 28 ausgebildet ist. Hinsichtlich des Verfahrens wird vorgeschlagen, eine mo¬ nolithisch hergestellte Rumpfschaufei 19 zu verwenden oder eine bereits betriebsbeanspruchte Turbinenschaufel 10 entlang des gesamten Umlaufs des Plattformrands anzupassen bzw. zu¬ rückzusetzen und einen endlosen Plattformrahmen 28 herzustellen, welcher anschließend an dem Plattformrand 26 montiert werden kann, um so die ursprünglichen oder planmäßig vorgese- henen Abmessungen der Turbinenschaufel 10 herzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (10) mit einem Befestigungsabschnitt (14), einer Plattform (16) zur Begrenzung eines Strömungskanals und einem Schaufelblatt (18), welche entlang einer Längsachse (12) der Turbinenschaufel (10) aufeinander fol¬ gen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Plattform (16) - in radialem Bezug auf die Längsachse (12) - ein inneres Plattformteil (22) und ein äußeres
Plattformteil (24) umfasst, wobei das äußere Plattformteil (24) als ein den äußeren Rand (26) des inneren Plattformteils (22) umgreifender endloser Plattformrahmen (28) ausgebildet ist.
2. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1,
bei der der Plattformrahmen (28) flächig an dem inneren Plattformteil (22) anliegt und die Kontaktfläche zumindest teilweise mit der Längsachse (12) einen Winkel einschließt, welcher größer als 0° und kleiner als 90° ist.
3. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 2,
bei der der Winkel eine Größe zwischen 10° und 35° auf¬ weist.
4. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei der
das innere Plattformteil (22) und der Befestigungsabschnitt (14) und/oder
das innere Plattformteil (22) und das Schaufelblatt (18) monolithisch sind.
5. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der der Plattformrahmen (28) an zumindest einer seitlich nach außen weisenden Fläche (42) einen Schlitz (44) zur Aufnahme eines Dichtelements aufweist.
Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der der Plattformrahmen (28) auf dem inneren Plattform' teil (22) aufgeschrumpft ist und/oder mit dieser verlötet und/oder verschweißt ist.
7. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden An- Sprüche,
ausgebildet aus Leitschaufel oder als Laufschaufei .
8. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der die vom Heißgas überströmbare Fläche des inneren
Plattformteils (22) wesentlich größer ist als die vom Hei߬ gas überströmbare Fläche des Plattformrahmens (28).
Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel (10) um fassend die Schritte:
- Herstellen einer monolithischen Rumpfschaufei (19) umfas send ein Schaufelblatt (18), eine Plattform (16) als inne¬ res Plattformteil (22) zur Begrenzung eines Strömungskanal und einen Befestigungsabschnitt (14),
- Herstellen eines endlosen Plattformrahmens (28) und
- Montage des endlosen Plattformrahmens (28) am Rand (26) der Plattform (16) .
10. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem zum Herstellen der Rumpfschaufei (19)
der Plattformrand einer betriebbeanspruchten Turbinenschaufel entlang ihres gesamten Umlaufs zum Herstellen einer Anlagefläche (36, 38) für einen endlosen Plattformrahmen (28) und zur Umwandlung der Plattform (16) in das innere Platt- formteil (22) zurückgesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem die Rumpfschaufei (19) umfassend einen Befesti- gungsabschnitt (14), eine Plattform (16) und ein Schaufel¬ blatt (18) in einem Gießverfahren hergestellt wird und der Plattformrand (26) als Anlagefläche (36, 38) für einen end¬ losen Plattformrahmen (28) ausgestaltet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11,
mit dem Schritt, dass
der Plattformrahmen (28) auf dem inneren Plattformteil (22) aufgeschrumpft ist und/oder mit der Rumpfschaufei (19) ver- lötet und/oder verschweißt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12,
mit dem Schritt, dass der innere Plattformteil (22) und der Plattformrahmen (28) in einem Beschichtungsvorgang be- schichtet werden.
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