WO2017114644A1 - Verfahren zum herstellen eines grundkörpers einer turbinenschaufel - Google Patents

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WO2017114644A1
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turbine blade
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Fathi Ahmad
Radan RADULOVIC
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a base body of a turbine blade, comprising at least the successive steps, providing the basic body, which along a virtual longitudinal axis successively comprises a blade root, a blade platform and an airfoil, detecting a value of a parameter representing a vibration characteristic of
  • the invention relates to a blade ring for a rotor of an axially flowed through turbine.
  • a corrosion protective layer of the MCrAlY type is frequently ⁇ fig ⁇ be applied to the produced in a casting process turbine blade.
  • the application of the protective layer takes place in the area of that surface which during operation is exposed to the hot gas of the gas turbine.
  • This range includes both the airfoil and the platform of the turbine ⁇ shovel to which the airfoil anformt.
  • a heat insulating layer within the aforementioned range may be applied to keep the heat input from the hot gas into the base material of the turbine ⁇ shovel as low as possible. The application of the layers thereby alters the vibration behavior of the turbine blade.
  • Hot gas-based vibration excitation with the respective excitation frequencies does not lead to an unduly high vibration of the blade. Accordingly, in the prior art, the turbine blades are designed such that their natural frequency deviates from the excitation frequencies of the stationary gas turbine. In the development of the turbine blade is also taken to ensure that the finished turbine blade total meets the requirements be ⁇ lug the natural resonance, even in terms of to be expected rotor speeds.
  • Vibration response of the turbine blade and in particular ih ⁇ res airfoil detected Provided that the vibratory response of the turbine blade does not satisfy the predetermined frequency values at natural frequency, this is to be discarded or to manipulate ⁇ means of suitable measures so that it is meets the requirements of the natural frequency and therefore suitable for the operation.
  • a recess, a ⁇ accommodated in the tip of the blade whereby the Mass of the turbine blade at its rem free, swingable end can be reduced.
  • the vibration characteristic is positively influenced.
  • Their Eigenfre ⁇ frequency can be moved by removing the mass to higher values.
  • the object of the invention is to provide a method for producing basic bodies of turbine blades, the natural frequencies of which correspond to the requirements for use within a stationary gas turbine. Another object is the provision of a blade ring, ⁇ sen running blades particularly robust against one of
  • the invention is based on the realization that the Einbrin ⁇ gen of the recesses must be made to adjust the natural frequency, not only on the airfoil.
  • the measure for influencing the vibration properties of the turbine blades or of their cast base body can also take place on the blade root or on the so-called platform underside.
  • the platform underside is that side of the platform of a turbine blade or the base body, which faces the hot gas side of the platform and thus faces the blade root.
  • the introduction of recesses or the reduction of a Dimension be provided below the setpoint.
  • both measures could be combined with each other.
  • the advantages of both measures is that they do not change the constructive ⁇ turmechanische integrity of the blade worsen the aerodynamics. This makes it possible to achieve the predetermined life span and power values of the blade body or the turbine blade ultimately resulting therefrom.
  • the invention proposes that the blade root on the blade root and / or on the underside of the platform has an area whose shape and / or dimensions are chosen so that they have no structural mechanical functions. Due to this property and the dimensions originally provided, the base body comprises at least one region which is regarded as a sacrificial region in order to modify the vibration properties of the base body by reducing the mass there without the functional properties changing as well. To reduce the mass, for example, a recess can be made in a planar side of the blade root. Another example is the reduction of the width of a web which is provided on the platform underside of the turbine blade.
  • the areas are located there, where the measures described above can be carried out without changing the time required for the occurring during the operation of relevant mechanical stress devischa ⁇ African integrity of the base body significantly 29lech ⁇ tert. Consequently, those moments of inertia and that rigidity of the turbine blade to be changed, which border the life of the turbine blade in any case not be ⁇ .
  • the range in question is or are the ⁇ be taken of those areas outside surfaces of the body which are überströmbar of a hot gas.
  • the method can also be applied after the coating of turbine blades with an erosion and / or thermal barrier coating.
  • the method according to the invention is applied in a rather late phase of the manufacturing process of the turbine blades.
  • the base body usually produced in the casting process has already been brought to the specified size before the value of the parameter representing a vibration characteristic is detected.
  • This ensures that the vibration measurement is carried out on the almost finished turbine blade and thus further Fer ⁇ tion steps that can change the vibration characteristics of the body or the turbine blade, at least largely avoided.
  • the method can also prior to the coat of the base body are performed when ahead determinable by which the (average) value of the detected value of Para ⁇ meters due to the then subsequently applied coating changes.
  • the aforementioned measures can be carried out in order to select those basic body whose vibration characteristics and values could not be transferred into the associated target intervals despite the implementation of the inventive measures. In this way, the expense of waste can be avoided at an early stage.
  • FIG. 1 shows a flowchart with the different production steps of a method according to the invention for producing a main body of a turbine blade
  • FIG. 2 shows a flowchart with further manufacturing steps
  • FIG. 3 shows a perspective view of an underside of a base body of a turbine blade.
  • the method 10 according to the invention is shown in FIG.
  • the method 10 for producing a main body 30 (FIG.
  • a turbine blade comprises in a first step 12, the provision of the main body 30 of the turbine blade ⁇ blade.
  • the main body 30 comprises along a virtual Longitudinal axis 31 successively a blade root 32, a platform 34 and an airfoil 36th
  • the contour of the blade root 32 is fir-tree-shaped when viewed perpendicularly on its planar end face 38 and merges via a so-called blade neck 40 into an underside 42 of the platform 34.
  • the platform Opposite the underside 42, the platform has a hot gas side 44, at which the airfoil 36 connects monolithically. This is drop-shaped and aerodynamically curved to form a pressure side 46 and a suction side 48.
  • the blade root 32 extends over a length L between the two axially opposite planar end faces 38.
  • a size of at least one parameter of the base body 30 is detected, wherein at least one of the parameters represents a vibration property of the base body.
  • the egg ⁇ gene frequencies and the vibration modes are detected by the usual methods.
  • a third production step 16 the detected value (s) is compared with an (associated) target interval. If the detected values lie outside the associated target interval, according to the invention vibration-altering measures are carried out on the blade root 32 and / or on the underside 42 of the platform as the fourth production step.
  • These can be the introduction of one or more recesses 50 and / or the reduction of the previous dimensions such as length, width or height of certain features arranged there.
  • the County ⁇ ge L of the blade root can be shortened by a few hundredths of a millimeter to a level 32 which is below the otherwise provided target value for the length L.
  • the reduction of the mass of the main body 30 takes place in the region 49, which were provided in particular for it. This changes the weight and possibly the contact surface of the turbine run ⁇ fel under centrifugal force, which has a favorable effect on the vibration property of the turbine blade. If in doubt, the second, third and fourth and fourth
  • Steps 14, 16, 18 repeatedly executed as a series to check the suitability of the base body 30. Only when the un ⁇ ters visited turbine blades meets the requirements in terms of vibration property, this whe- the reindeer manufacturing process is passed.
  • the base body 30 or the turbine blade may also be one which is or should be provided with a protective layer.
  • the protective layer is preferably a corrosion protection layer of the type
  • Protective layer may be provided, which comprises as a bondcoat a layer of the type MCrAlY on which a ceramic thermal barrier coating (TBC) has been applied further out.
  • TBC ceramic thermal barrier coating
  • the coating of the main body 30 can be carried out before the first execution of the second production step 14 or after the last time the fourth production step 18 is carried out.
  • recess 50 is a frequency shift of the natural frequency.
  • the shape of the recesses 50 is arbitrary.
  • FIG. 2 shows a second flowchart for a further embodiment of a manufacturing method.
  • the manufacturing method includes the previously mentioned steps 12, 14, 16, 18, supplemented by partial DA between intended preparation steps 13 and 19, the preparation step 13 in which the base body 30 was He ⁇ supplemented on the one hand made at least largely to size becomes.
  • a hitherto uncoated base body 30 can be provided with an erosion and / or thermal barrier coating.
  • the invention thus proposes a method for producing turbine blades or their basic bodies 30, whose frequency characteristic can be adapted particularly easily to the required boundary conditions.
  • a method is specified with which the vibration characteristic of the turbine blade can be set particularly easily and variably. This allows the off ⁇ scrap rates in the production of turbine blades re- cuted be.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Turbinenlaufschaufeln bzw. von deren Grundkörpern (30) vor, deren Frequenzeigenschaft besonders einfach an die erforderlichen Randbedingungen angepasst werden kann. Hierzu ist vorgesehen, dass das Einbringen von Ausnehmungen (50) in den Schaufelfuß (32) und/oder durch verkleinern eines Abmaßes unter den entsprechenden Sollwert erfolgt, sofern der Grundköper (30) unzureichende Schwingungseigenschaften aufweist. Hierdurch ist eine Methode angegeben, mit der die Schwingungseigenschaft der Turbinenlaufschaufel besonders einfach und variabel eingestellt werden kann. Damit kann die Ausschussquote bei der Herstellung von Turbinenlaufschaufeln reduziert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers einer Turbinenschaufel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Grundkörpers einer Turbinenlaufschaufel, umfassend zumindest die aufeinander folgenden Schritte, Bereitstellen des Grundkörpers, welcher entlang einer virtuellen Längsachse aufei- nander folgend einen Schaufelfuß, eine Schaufelplattform und ein Schaufelblatt umfasst, Erfassen eines Werts eines eine Schwingungseigenschaft repräsentierenden Parameters des
Grundkörpers, Vergleichen des erfassten Werts mit einem vorgegeben Ziel-Intervall und sofern der erfasste Wert außerhalb des Ziel-Intervalls liegt, Reduzieren der Masse der Grundkör¬ pers. Ferner betrifft die Erfindung einen Laufschaufelring für einen Rotor einer axial durchströmten Turbine.
Es ist bekannt, Turbinenlaufschaufeln mit einer Schutzschicht zu versehen, damit diese beim Betrieb in einer Gasturbine ei¬ ne erhöhte Lebensdauer aufweisen. Als Schutzschicht wird häu¬ fig eine Korrosionsschutzschicht des Typs MCrAlY auf die in einem Gießverfahren hergestellte Turbinenlaufschaufel aufge¬ bracht. Die Aufbringung der Schutzschicht erfolgt in dem Be- reich derjenigen Oberfläche, welcher im Betrieb dem Heißgas der Gasturbine ausgesetzt ist. Dieser Bereich umfasst sowohl das Schaufelblatt als auch die Plattform der Turbinenlauf¬ schaufel, an welcher sich das Schaufelblatt anformt. Neben der Korrosionsschutzschicht kann zudem eine Wärmedämmschicht im vorgenannten Bereich aufgebracht werden, um den Wärmeeintrag aus dem Heißgas in das Grundmaterial der Turbinenlauf¬ schaufel so gering wie möglich zu halten. Das Aufbringen der Schichten verändert dabei das Schwingungsverhalten der Turbinenlaufschaufel .
Des Weiteren ist bekannt, dass Turbinenlaufschaufeln einer Schwingungsanregung im Betrieb der Gasturbine ausgesetzt sind. Die Schwingungsanregung erfolgt aufgrund der Rotation des Rotors, an dem die Turbinenlaufschaufeln befestigt sind. Einen weiteren Beitrag zur Schwingungsanregung erfahren die Schaufelblätter der Turbinenlaufschaufeln durch das auf sie auftreffende Heißgas. Da die Schaufelblätter der Turbinen- laufschaufeln - in Strömungsrichtung des Heißgases gesehen - hinter einem Kranz von Turbinenleitschaufein umlaufen, werden diese durch zyklisch auftreffendes Heißgas zum Schwingen angeregt. Daher ist es erforderlich, dass jede Turbinenlauf¬ schaufel eine ausreichend hohe Eigenfrequenz aufweist, so dass sowohl die von der Rotordrehzahl als auch die vom
Heißgas herrührende Schwingungsanregung mit den jeweiligen Anregungsfrequenzen nicht zu einer unzulässig hohen Schwingung des Schaufelblatts führt. Dementsprechend werden im Stand der Technik die Turbinenlaufschaufeln derartig ausge- legt, dass deren Eigenfrequenz von den Anregungsfrequenzen der stationären Gasturbine abweicht. Bei der Entwicklung der Turbinenlaufschaufel wird zudem darauf geachtet, dass die fertige Turbinenlaufschaufel insgesamt den Anforderungen be¬ züglich der Eigenresonanz, auch im Hinblick auf die zu erwar- tenden Rotordrehzahlen genügt.
Im Fertigungsprozess der Turbinenlaufschaufel ist daher vor¬ gesehen, jede einzelne Turbinenlaufschaufel auf ihre Schwin¬ gungseigenschaften zu überprüfen. Bei dieser Überprüfung wird die Turbinenschaufel fußseitig eingespannt und per mechani¬ schem Impuls zum Schwingen angeregt. Daraufhin wird die
Schwingungsantwort der Turbinenschaufel und insbesondere ih¬ res Schaufelblattes erfasst. Sofern die Schwingungsantwort der Turbinenlaufschaufel den vorgegebenen Frequenzwerten an Eigenfrequenz nicht erfüllt, ist diese zu verwerfen oder mit¬ tels geeigneter Maßnahmen derart zu manipulieren, dass diese die Anforderungen an die Eigenfrequenz erfüllt und somit für den Betrieb geeignet ist. Um Turbinenlaufschaufeln, welche allein aufgrund Ihrer Schwingungseigenschaft nicht zum Ein- satz in der Gasturbine vorgesehen sind, der Benutzung doch zuzuführen, ist beispielsweise aus der EP 1 985 803 AI be¬ kannt, in der Spitze des Schaufelblatts eine Ausnehmung ein¬ zubringen, wodurch die Masse der Turbinenlaufschaufel an ih- rem freien, schwingfähigen Ende reduziert werden kann. Durch die Reduzierung der Masse der Turbinenlaufschaufel wird die Schwingungseigenschaft positiv beeinflusst. Ihre Eigenfre¬ quenz kann durch das Entfernen der Masse zu höheren Werten verschoben werden.
Daneben ist aus der EP 0 537 922 AI bekannt, in die Schaufel¬ plattform einer Turbinenlaufschaufel ein rohrförmigen Dämpfer einzusetzen. Dieser kann unter Fliehkraft sich geringfügig herausschieben und so zur Anlage an einer Plattform einer
Nachbarschaufel gelangen, um während des Betriebs Schaufel- zu-Schaufel-Schwingungen zu dämpfen.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen von Grundkörpern von Turbinenlaufschaufeln, deren Eigenfrequenzen den Anforderungen für den Einsatz innerhalb einer stationären Gasturbine entsprechen. Weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Laufschaufelrings , des¬ sen LaufSchaufelblätter besonders robust gegen eine vom
Heißgas herbeigeführte Schwingungsanregung sind.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch ein Verfah¬ ren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen wider- spiegeln. Die auf den Laufschaufelring bezogene Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Einbrin¬ gen der Ausnehmungen zur Einstellung der Eigenfrequenz nicht allein am Schaufelblatt erfolgen muss. Insbesondere kann auch die Maßnahme zur Beeinflussung der Schwingungseigenschaften der Turbinenschaufeln bzw. ihres gegossenen Grundkörpers auch am Schaufelfuß bzw. an der so genannten Plattformunterseite erfolgen. Die Plattformunterseite ist dabei diejenige Seite der Plattform einer Turbinenlaufschaufel bzw. des Grundkörpers, welcher der Heißgasseite der Plattform gegenüberliegt und somit dem Schaufelfuß zugewandt ist. Als Maßnahmen können das Einbringen von Ausnehmungen oder die Verkleinerung eines Abmaßes unter den Sollwert vorgesehen sein. Selbstverständ¬ lich ließen sich auch beide Maßnahmen miteinander kombinieren . Die Vorteile beider Maßnahmen sind, dass sie weder die struk¬ turmechanische Integrität des Schaufelblatts verändern noch deren Aerodynamik verschlechtern. Dies ermöglicht das Erreichen der vorbestimmten Lebendauer und Leistungswerte des Schaufelgrundkörpers bzw. der schlussendlich daraus entste- henden Turbinenlaufschaufel.
Mithin schlägt die Erfindung vor, dass der Schaufelgrundköper am Schaufelfuß und/oder an der Unterseite der Plattform einen Bereich aufweist, dessen Gestalt und/oder Abmaße so gewählt sind, dass diese keine strukturmechanischen Funktionen aufweisen. Aufgrund dieser Eigenschaft und den ursprünglich bereitgestellten Abmaßen umfasst der Grundkörper zumindest einen Bereich, der als Opferbereich angesehen wird, um durch dortige Massereduzierung die Schwingungseigenschaften des Grundkörpers zu verändern, ohne dass die funktionalen Eigenschaften sich mit ändern. Zur Massereduzierung kann beispielsweise in eine ebenflächige Seite des Schaufelfußes eine Ausnehmung eingebracht werden. Ein weiteres Beispiel ist der Reduzierung der Breite eines Steges, welches an der Platt- formunterseite der Turbinenschaufel vorgesehen ist.
Vorzugsweise sind die Bereiche dort angesiedelt, bei denen die voran beschriebenen Maßnahmen durchgeführt werden können, ohne dass sich die für die während des Betriebs auftretende relevante mechanische Belastung erforderliche strukturmecha¬ nische Integrität des Grundkörpers signifikant verschlech¬ tert. Mithin werden diejenigen Flächenträgheitsmomente und die diejenige Steifigkeit der Turbinenlaufschaufel verändert, die die Lebensdauer der Turbinenschaufel ohnehin nicht be¬ grenzen. Damit bleibt die vorbestimmte Lebensdauer der Turbi¬ nenlaufschaufel unbeeinflusst . Bevorzugt liegt der betreffende Bereich bzw. liegen die be¬ treffenden Bereiche außerhalb derjenigen Flächen des Grundkörpers, die von einem Heißgas überströmbar sind. Damit lässt sich das Verfahren auch nach dem Beschichten von Turbinen- laufschaufeln mit einer Erosions- und/oder Wärmedämmschicht anwenden .
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer recht späten Phase des Herstellungsprozesses der Turbinen- schaufeln angewendet. Dies bedeutet, dass der üblicherweise im Gießverfahren hergestellte Grundkörper vor dem Erfassen des Werts des eine Schwingungseigenschaft repräsentierenden Parameters bereits auf Sollmaß gebracht worden ist. Damit wird gewährleistet, dass die Schwingungsmessung an der nahezu fertigen Turbinenlaufschaufel erfolgt und somit weitere Fer¬ tigungsschritte, die ebenso die Schwingungseigenschaften des Grundkörpers bzw. der Turbinenlaufschaufel verändern können, zumindest weitgehend vermieden werden. Weiter bevorzugt kann das Verfahren auch vor dem beschichten des Grundkörpers durchgeführt werden, wenn vorausbestimmbar ist, um welchen (mittleren) Wert der erfasste Wert des Para¬ meters aufgrund der dann nachträglich aufgebrachten Beschich- tung sich ändert. Dann sind bereits in einer früheren Phase des Herstellprozesses die vorgenannten Maßnahmen durchführbar, um diejenigen Grundkörper zu selektieren, deren Schwingungseigenschaften und -werte trotz der Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht in die zugehörigen Ziel- Intervalle überführt werden konnten. Hiermit können Aufwen- düngen für Ausschuss frühzeitig vermieden werden.
Zweckmäßiger weise sind nur einige der Turbinenlaufschaufeln eines Schaufelkranzes, oder gar alle gemäß dem vorgenannten Verfahren hergestellt.
In dieser Anmeldung wird begrifflich zwischen einer Turbinenlaufschaufel und einem Grundkörper einer Turbinenlaufschaufel unterschieden. Dabei wird unter einer Turbinenlaufschaufel diejenige verstanden, die fertig hergestellt und dafür vorge¬ sehen ist, dass sie ohne weitere Bearbeitung an einem Rotor einer Turbine befestigt werden kann. Im Unterschied dazu wird unter dem Grundkörper einer Turbinenlaufschaufel ein Turbi¬ nenlaufschaufelrohling verstanden, der sich noch inmitten des Herstellungsprozesses befindet, an dessen Ende die fertige Turbinenlaufschaufel steht. Mithin betrifft die Erfindung nur einige der insgesamt erforderlichen Herstellungsschritte zum Fertigen einer einsatzbereiten Turbinenlaufschaufel, wobei die hier genannten Verfahrensschritte auch die allerletzten Herstellungsschritte zum Herstellen der einsatzbereiten Turbinenschaufel darstellen können.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, wobei identische Bezugszeichen gleich wirkende Bauteile beschrei¬ ben .
Es zeigen:
FIG 1 ein Ablaufdiagramm mit den unterschiedlichen Herstellungsschritten eines erfindungsgemäßen Verfahren zum Her- stellen eines Grundkörpers einer Turbinenlaufschaufel,
FIG 2 ein Ablaufdiagramm mit weiteren Herstellungsschritten und FIG 3 eine perspektivische Ansicht auf eine Unterseite eines Grundkörpers einer Turbinenlaufschaufel.
Das erfindungsgemäße Verfahren 10 ist in FIG 1 dargestellt. Das Verfahren 10 zum Herstellen eines Grundkörpers 30 (Fig.
3) einer Turbinenlaufschaufel umfasst in einem ersten Schritt 12 das Bereitstellen des Grundkörpers 30 der Turbinenlauf¬ schaufel. Der Grundkörper 30 umfasst entlang einer virtuellen Längsachse 31 aufeinander folgend einen Schaufelfuß 32, eine Plattform 34 und ein Schaufelblatt 36.
Die Kontur des Schaufelfußes 32 ist bei senkrechter Sicht auf seine ebenflächige Stirnseite 38 tannenbaumförmig und geht über einen so genannten Schaufelhals 40 in eine Unterseite 42 der Plattform 34 über. Der Unterseite 42 gegenüberliegend weist die Plattform eine Heißgasseite 44 auf, an der das Schaufelblatt 36 sich monolithisch anschließt. Dieses ist tropfenförmig ausgebildet und unter Ausbildung einer Druckseite 46 und einer Saugseite 48 aerodynamisch gekrümmt.
Der Schaufelfuß 32 erstreckt sich über eine Länge L zwischen den beiden sich axial einander gegenüberliegenden ebenflächi- gen Stirnseiten 38.
In einem zweiten Herstellungsschritt 14 wird eine Größe von mindestens einem Parameter des Grundkörpers 30 erfasst, wobei mindestens einer der Parameter eine Schwingungseigenschaft des Grundkörpers repräsentiert. Üblicherweise werden die Ei¬ genfrequenzen und die Schwingungsmoden mit den üblichen Methoden erfasst.
In einem dritten Herstellungsschritt 16 wird der erfasste Wert bzw. werden die erfassten Werte mit einem (zugehörigen) Ziel-Intervall verglichen. Liegen die erfassten Werte außerhalb des zugehörigen Ziel-Intervalls, werden erfindungsgemäß am Schaufelfuß 32 und/oder an der Unterseite 42 der Plattform 36 schwingungsverändernde Maßnahmen als vierter Herstellungs- schritt durchgeführt. Diese können das Einbringen von einer oder mehreren Ausnehmungen 50 und/oder das Verkleinern der bisherigen Abmaße wie Länge, Breite oder Höhe bestimmter, dort angeordneter Merkmale sein. Beispielsweise kann die Län¬ ge L des Schaufelfußes 32 um einige hundertstel Millimeter gekürzt werden auf ein Maß, welches unter den ansonsten vorgesehenen Sollwert für die Länge L liegt. Die Reduzierung der Masse des Grundkörpers 30 erfolgt in demjenigen Bereich 49, der insbesondere dafür vorgesehen wurden. Damit ändert sich das Gewicht und ggf. die Anpressfläche der Turbinenlaufschau¬ fel unter Fliehkraft, was auf die Schwingungseigenschaft der Turbinenlaufschaufel günstig auswirkt. Im Zweifelsfall werden die zweiten, dritten und vierten
Schritte 14, 16 ,18 als Serie wiederholt ausgeführt, um die Eignung des Grundkörpers 30 zu überprüfen. Erst wenn die un¬ tersuchte Turbinenlaufschaufeln den Anforderungen hinsichtlich der Schwingungseigenschaft genügt, wird diese dem weite- ren Herstellungsprozess übergeben.
Bei dem Grundkörper 30 bzw. bei der Turbinenlaufschaufel kann es sich auch um eine handeln, die mit einer Schutzschicht versehen ist bzw. versehen werden soll. Die Schutzschicht ist dabei vorzugsweise eine Korrosionsschutzschicht vom Typ
MCrAlY. Alternativ kann auch eine zwei- oder mehrlagige
Schutzschicht vorgesehen sein, die als Bondcoat eine Schicht vom Typ MCrAlY umfasst, auf der weiter außen eine keramische Wärmedämmschicht (thermal barrier coat-TBC) aufgebracht wor- den ist. Durch das Aufbringen der Schutzschicht, insbesondere eine Korrosionsschutzschicht, wird die Masse des Grundkörpers weiter erhöht. Die mit der Massenerhöhung einhergehende Veränderung der Eigenfrequenz kann durch das Einbringen von Ausnehmungen 50 am Schaufelfuß 32 bzw. der Unterseite der Platt- form 34 kompensiert werden. Es ist dabei vorgesehen, dass derartig viele und derartig tiefe Ausnehmungen eingebracht werden, bis die Turbinenlaufschaufel den Anforderungen an die Eigenfrequenz genügt. Es kann dabei sein, dass trotz der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Eigenfrequenz nicht stark genug beeinflusst werden kann, dass diese den An¬ forderungen genügt. In diesem Falle ist der Grundkörper für eine kommerzielle Nutzung nicht geeignet.
Die Beschichtung des Grundkörpers 30 kann vor dem erstmaligen Durchführen des zweiten Herstellungsschritts 14 oder nach dem letztmaligen Durchführen des vierten Herstellungsschrittes 18 erfolgen . Mittels der stirnseitig in den Schaufelfuß 32 angeordneten Ausnehmung 50 erfolgt eine Frequenzverschiebung der Eigenfrequenz. Die Gestalt der Ausnehmungen 50 ist beliebig.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Herstellverfahrens. Gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Herstellverfahren die bisher erwähnten Schritte 12, 14, 16, 18, ergänzt um teilweise da- zwischen durchzuführende Herstellungsschritte 13 und 19. Er¬ gänzt wurde einerseits der Herstellungsschritt 13, in welchem der Grundkörper 30 zumindest weitestgehend auf Maß gefertigt wird. Mit anderen Worten: in diesem Herstellungsschritt wer¬ den die gußtoleranzbehafteten Maße des Grundkörpers 30 auf die planmäßigen Sollwerte, die ihrerseits ebenso toleranzbe¬ haftet sein können, gebracht.
Im Herstellungsschritt 19 kann ein bis dahin unbeschichteter Grundkörper 30 mit einer Erosions- und/oder Wärmedämmschicht versehen werden.
Insgesamt schlägt somit die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Turbinenlaufschaufeln bzw. von deren Grundkörpern 30 vor, deren Frequenzeigenschaft besonders einfach an die erforderlichen Randbedingungen angepasst werden kann. Hierzu ist vorgesehen, dass das Einbringen von Ausnehmungen 50 in den Schaufelfuß 32 und/oder durch verkleinern eines Abmaßes unter den entsprechenden Sollwert erfolgt, sofern der Grund- köper 30 unzureichende Schwingungseigenschaften aufweist. Hierdurch ist eine Methode angegeben, mit der die Schwingungseigenschaft der Turbinenlaufschaufel besonders einfach und variabel eingestellt werden kann. Damit kann die Aus¬ schussquote bei der Herstellung von Turbinenlaufschaufeln re- duziert werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren (10, 20) zum Herstellen eines Grundkörpers (30) bzw. einer Turbinenlaufschaufel (40) umfassend zumindest die aufeinander folgenden Schritte,
a) Bereitstellen des Grundkörpers (30), welcher entlang einer Längsachse (31) aufeinander folgend einen Schaufel¬ fuß (32), eine Schaufelplattform (34) und ein Schaufelblatt (36) umfasst,
b) Erfassen einer Werts von mindestens einem Parameter des Grundkörpers (30), wobei mindestens einer der Parame¬ ter eine Schwingungseigenschaft des Grundkörpers (30) re¬ präsentiert,
c) Vergleichen des erfassten Werts mit einem vorgegeben Ziel-Intervall,
d) sofern der erfasste Wert außerhalb des Ziel-Intervalls liegt, Reduzieren der Masse der Grundkörpers (30), dadurch gekennzeichnet,
dass die Reduzierung der Masse am Schaufelfuß (32) und/oder am Schaufelplattform (34) durch Einbringen mindestens einer Ausnehmung (50) und/oder durch Verkleinerung eines Abmaßes unter den entsprechenden Sollwert erfolgt .
Verfahren (10, 20) nach Anspruch 1,
bei dem der Schaufelfuß (32) und/oder die Schaufelplatt¬ form (34) einen Bereich (49) umfassen, in dem die Ausnehmungen (50) einbringbar bzw. das Abmaß verringerbar sind, wodurch sich das Flächenträgheitsmoment und damit die Steifigkeit der Turbinenlaufschaufel verändert.
Verfahren (10, 20) nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der betreffende Bereich (49) bzw. die betreffenden Bereiche (49) außerhalb derjenigen Flächen des Grund¬ körpers (30) liegt bzw. liegen, die von einem Heißgas überströmbar sind. Verfahren (10, 20) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei dem vor der Durchführung des Schritts b) zumindest die meisten Abmaße des Grundkörpers (30) auf ihr Sollmaß gebracht werden.
Verfahren (10, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei dem vor dem Schritt b) oder nach dem Schritt d) als Schutzschicht eine Korrosionsschutzschicht und/oder Wär¬ medämmschicht auf den Grundkörper (30) aufgebracht wird.
Laufschaufelring für einen Rotor einer axial durchströmten Turbine,
mit einer Anzahl von Turbinenlaufschaufeln, deren Grundkörper (30) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt sind.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0537922A1 (de) * 1991-10-04 1993-04-21 General Electric Company Vibrationsdämpfer für Turbinenschaufelplattform
EP1985803A1 (de) * 2007-04-23 2008-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen von beschichteten Turbinenlaufschaufeln
WO2015157381A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-15 United Technologies Corporation Real-time resonant inspection for additive manufacturing
EP2957792A1 (de) * 2014-06-20 2015-12-23 United Technologies Corporation Rotor mit reduzierter schwingungsreaktion für eine gasbetriebene turbine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6390775B1 (en) * 2000-12-27 2002-05-21 General Electric Company Gas turbine blade with platform undercut
US6786696B2 (en) 2002-05-06 2004-09-07 General Electric Company Root notched turbine blade
US6814543B2 (en) * 2002-12-30 2004-11-09 General Electric Company Method and apparatus for bucket natural frequency tuning
FR2851285B1 (fr) * 2003-02-13 2007-03-16 Snecma Moteurs Realisation de turbines pour turbomachines ayant des aubes a frequences de resonance ajustees differentes et procede d'ajustement de la frequence de resonance d'une aube de turbine
DE102005006414A1 (de) * 2005-02-12 2006-08-24 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Bearbeiten eines integral beschaufelten Rotors
EP1905950A1 (de) * 2006-09-21 2008-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Laufschaufel für eine Turbine
US9410436B2 (en) * 2010-12-08 2016-08-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Blade disk arrangement for blade frequency tuning
EP2762678A1 (de) * 2013-02-05 2014-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Verstimmen eines Laufschaufelgitters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0537922A1 (de) * 1991-10-04 1993-04-21 General Electric Company Vibrationsdämpfer für Turbinenschaufelplattform
EP1985803A1 (de) * 2007-04-23 2008-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen von beschichteten Turbinenlaufschaufeln
WO2015157381A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-15 United Technologies Corporation Real-time resonant inspection for additive manufacturing
EP2957792A1 (de) * 2014-06-20 2015-12-23 United Technologies Corporation Rotor mit reduzierter schwingungsreaktion für eine gasbetriebene turbine

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