WO2018196956A1 - Turbine blade comprising a blade consisting of at least one ceramic component and at least one metal component - Google Patents

Turbine blade comprising a blade consisting of at least one ceramic component and at least one metal component Download PDF

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WO2018196956A1
WO2018196956A1 PCT/EP2017/059779 EP2017059779W WO2018196956A1 WO 2018196956 A1 WO2018196956 A1 WO 2018196956A1 EP 2017059779 W EP2017059779 W EP 2017059779W WO 2018196956 A1 WO2018196956 A1 WO 2018196956A1
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component
turbine blade
ceramic
blade
cooling air
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PCT/EP2017/059779
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Tobias Buchal
Robert Grewe
Sebastian HOHENSTEIN
Robert Kunte
Uwe Paul
Gregor Schmid
Stephan Schwarz
Stefan Völker
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284—Selection of ceramic materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]

Definitions

  • Turbine blade which has an airfoil, which is mounted from at least one ceramic component and at least one metal ⁇ cal component
  • the present invention relates to a turbine blade, in particular rotor blade or vane, which has a blade root, an adjoining platform and a subsequent blade on the side facing away from the blade ⁇ blade, which has a leading edge and a trailing edge extending in a main extension direction of a root area réellere ⁇ cken to a tip region of the airfoil, and a suction side and a pressure side, which ⁇ tween the leading edge and the trailing edge, comprises and is mounted from at least one ceramic component and at least egg ⁇ nem metallic component.
  • Turbine blades are used in turbomachines, such as gas turbines.
  • a distinction is fundamentally ⁇ Lich between rotating blades and stationary vanes, which direct a hot fluid working fluid, in particular gas, in the direction of the blades.
  • the temperature of the fluid working medium is usually above the permissible material temperatures of the most metallic turbine blades. This may result in damage to the turbine blades.
  • the temperature and the pressure of the gas stream from the leading edge to the trailing edge decrease of a turbine airfoil.
  • the lowest pressures prevail, the temperature and pressure load by the gas flow at the leading edge is greatest.
  • WO2014 / 011242 an airfoil of a turbine blade, which is mounted from at least one metallic component and at least one ceramic component. More specifically, that indicates Blade sheet on a ceramic trailing edge region and a metallic leading edge region. While the metal alloys used require cooling to about 900 ° C, ceramic can withstand temperatures up to 1250 ° C. Due to the high temperature resistance and the low bathleitfä ⁇ ability of ceramic can be completely or partially dispensed with internal cooling air channels in the ceramic component. Also, a cooled metallic component of the airfoil may cool the ceramic component to 1250 ° C if the temperature of the working fluid is above it.
  • the present invention has the object to provide a turbine blade with an alternative to ⁇ construction.
  • the present invention provides a turbine blade of the type mentioned, which is characterized in that the at least one ceramic construction ⁇ part defines the leading edge and extending from this at least along the pressure side.
  • the ceramic member can protect the pressure side of the turbine show ⁇ fel very efficiently from the high-pressure side gas temperatures, which is why a metallic component is at least less strongly heated.
  • a metal component a simpler and cost-effective material can be used for at least ⁇ .
  • pressure forces and no or minimal tensile, bending and shearing forces in the ceramic component occur primarily due to the arrangement of the at least one ceramic component in the region of the front edge and the pressure side. This will damage such as cracks beispielswei ⁇ se, avoided tensile, bending and / or shear forces or at least reduced. The resulting reduced wear increases the service life of the ceramic component, which reduces the operating costs of a turbomachine.
  • At least one ceramic component at least 50%, be ⁇ vorzugt extends at least 60%, more preferably at least 75% of the length of the pressure side between the leading edge and the trailing edge. Because the ceramic component extends over a majority of the length of the printed page, it may be the turbine blade efficiently from the high pressure side gas- Protect temperatures, which is why cooling air can be ⁇ saves in particular.
  • the at least one ceramic component extends from the leading edge along the suction side, forming a maximum of 60% of the suction side, preferably a maximum of 25%. Since relatively high temperatures ⁇ Tempe occur in a region of the trailing edge, it is reasonable that the at least a part of the area of the trailing edge of at least one ceramic component, in order to also increase the temperature resistance of the turbine blade. Particularly advantageous is all ⁇ recently, if the at least one ceramic component, that is, substantially forms only a small part of the suction side of the part in the region of the leading edge. Because edge in the front, for example, the temperature loads of Tur ⁇ binenschaufel greatest.
  • the at least one ceramic component ⁇ part extends starting from the leading edge along the pressure side and the suction side the same distance. This is particularly ⁇ some way before, when the with the at least one metal component is positively connected at least one ceramic component. Such a positive connection will be explained in more detail ⁇ the following.
  • the at least one ceramic component is fastened in a form- fitting manner to the at least one metallic component and / or to the platform.
  • the positive connection via a sliding seat in the platform can be done.
  • the at least one ceramic component can be plugged into a entspre ⁇ sponding recess in the platform.
  • the at least one metallic component is connected to the platform via a journal connection and that the at least one ceramic component, in particular via a dovetail-like connection, is in turn positively connected to the at least one metallic component.
  • a purely form-fitting connection is particularly before ⁇ some way, because it allows a relative movement between the connected components, in particular an axial mutual displacement or sliding of the components.
  • This can be as ⁇ to contribute that in the at least one ceramic component occur no or extremely low tensile, bending and Scherspannun ⁇ gen.
  • the at least one ceramic construction ⁇ part for example during an inspection light from ⁇ exchangeable.
  • the relatively large pressure forces on the pressure side can form a positive fit between the at least one support a ke ⁇ ramischen component and the at least one metallic component and thus the cohesion of both components.
  • connection between the at least one ceramic component and said at least one metallic component should be designed in some way to be such prior ⁇ that occurring tensile, bending and shear stresses a well-cooled metallic component are from the at least included in the first place and not on the at least one ceramic component übertra ⁇ gen be. Thus, no or only extremely low tensile, bending and shear stresses occur in the at least one ceramic component.
  • the at least one ceramic component may be connected to the at least one metallic component as an alternative or in addition to a positive connection via a solder connection, in particular via a ductile solder connection. or is connected via a connection which is based on a binder and ei ⁇ nem firing process.
  • Solder joints especially made by means of active soldering, generally have a very good thermal conductivity, which ensures optimum heat exchange between the connected components is reached.
  • an additional solder joint prevents a relative movement between the connected components, in particular an axial displacement of the components relative to one another.
  • a ductile solder joint offers the additional advantage that thermal stresses occurring during operation of the turbine blade, which occur in particular due to different thermal expansion coefficients between the at least one metallic component and the at least one ceramic component, can be accommodated within the solder joint. This is done by the ductile solder joint elastically and / or plastically deformed.
  • At least a main formed cooling air duct which is fluidly connected to the pressure ⁇ page and / or the suction side and / or the trailing edge.
  • the at least one main cooling air duct extends in particular in the main direction of extent of the airfoil and may preferably extend into or into the blade root of the turbine blade.
  • the at least one main cooling air channel offer the advantage that both the at least one metallic component and the at least one ceramic component can be sufficiently cooled.
  • An arrangement of a main cooling air channel between the at least one ceramic component and the at least one metallic component is particularly advantageous.
  • the fluidic connection is realized by cooling air holes, in particular cooling air holes, which are formed in the at least one metallic component and / or in the at least one ceramic component.
  • cooling air holes it is particularly advantageous if the cooling air holes are formed in the at least one metallic component. Because this does not weaken the stability of the at least one ceramic component.
  • the cooling air holes contribute that can result in a reduction of the Benö ⁇ preferential cooling air of at least 70% for the airfoil.
  • a plurality of cooling air holes are arranged adjacent to a transition region between the at least one ceramic component and the at least one metallic component.
  • both a part of the at least one ceramic component and a part of the at least one metallic component can be cooled by means of the cooling air holes.
  • Outlet openings are preferably arranged at least a part of the cooling air holes on the pressure side, the suction side and / or at the trailing edge of the airfoil in the Kleinerstre ⁇ ckungsraum substantially along a straight line and loading abstandet each other. Even if such an order is to ⁇ preferred, other arrangement patterns are conceivable.
  • the at least one ceramic component and at least one metal component which extends in particular in the main direction of extension of the blade Abstandshal ⁇ ter, particularly in the form of pins and / or struts are provided which, within a cooling air passage between.
  • the braces can be, in particular over the entire main extension direction of the blade horrre ⁇ CKEN.
  • the cooling ⁇ air duct for example, by mounting the at least one NEN ceramic component with the at least one metallic component are formed automatically without additional drilling are mandatory.
  • Such thermal protection layers ⁇ the temperature of at least one me--metallic component can be reduced. Such coatings thus contribute to the fact that a re ⁇ production of the required cooling air of at least 70% can result for the airfoil. It is also advantageous if having at least a ceramic construction ⁇ part a "Ceramic Matrix Composite", CMC, material or consists thereof. The CMC material increases the strength of the at least one ceramic component. Furthermore, due to a good high temperature resistance of the CMC -Materials no or only a slight cooling of the at least one ke ⁇ ramischen component necessary.
  • a temperature gradient across the wall thickness of the at least one ke ⁇ ramischen component is reduced, for example in the interior region of the turbine airfoil which the thermally induced stresses in the at least one ceramic Reduced component and there ⁇ increases with the life of the turbine blade.
  • the blade consists of exactly one Kerami ⁇ rule component and exactly one metallic component.
  • the ceramic member extending, for example starting from the front edge over 75% of the length of the pressure side and about 25% of the length of the suction side between the leading edge and the trailing edge, then the metallic component extends out ⁇ from the trailing edge corresponding to about the remaining 25 % of the length of the pressure side and over the remaining 75% of the length of the suction side.
  • the ceramic component forms 75% of the pressure side and the metallic component 75% of the suction side. So there is an advantageous task take place. Because on the ceramic component on the Drucksei ⁇ te act primarily pressure forces and no or only extremely low harmful tensile, bending and shear forces.
  • the ceramic component effectively protects the blade of the turbine blade against the high pressure-side temperatures, in particular in the region of the front edge.
  • the metal ⁇ lic component on the suction side takes mainly tensile, bending and shear stresses.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a
  • Turbine blade according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic view of an airfoil of a turbine blade according to a second exporting ⁇ approximate shape of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic view of a blade ei ⁇ ner turbine blade according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a turbine blade 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the turbine blade 1 shown in FIG. 1 is a rotor blade. It should be understood, however, that other embodiments not shown herein may be a vane.
  • the turbine blade 1 has a blade root 2, an adjoining platform 3 and a side facing away from the foot of the platform 3
  • the blade 4 on.
  • the blade 4 comprises a front ⁇ edge 5 and a trailing edge 6, which extend in a Haupter- stretch direction R from a root portion 7 to a tip region 8 of the blade 4, and a suction page 9 and a pressure side 10, which extend between the front ⁇ edge 5 and the trailing edge 6.
  • the blade 4 is made of exactly one ceramic component 11, in this case made of CMC material, and exactly one metallic component 12.
  • the ceramic component 11 defines the leading edge 5 and extends from the front edge 5 at ⁇ least along the pressure side 10.
  • the ceramic component 11 extends over approximately 60% of the length of the pressure side 10 between the leading edge 5 and the trailing edge 6, thus forming approximately 60% of the length pressure side.
  • the ceramic member 11 also extends from the front edge 5 than about 25% of the length of the suction side 9 Zvi ⁇ rule of the leading edge 5 and the trailing edge 6, that constitutes about 25% of the suction side 9. Since the blade 4 ceramic of only the Component 11 and the metallic component 12, the metallic component 12 extends correspondingly from the trailing edge 6 over the remaining about 40% of the length of the pressure side 10 between the front edge 5 and the trailing edge 6. In addition, the metallic component 12 extends from the trailing edge 6 via the verblei ⁇ be released about 75% of the length of the suction side 9 between the front edge 5 and the trailing edge. 6
  • the ceramic component 11 is positively secured to the platform 3 by being inserted into a corresponding recess 13 of the platform 3.
  • the ceramic member 11 is easily replaceable and it is against each other sliding or sliding of the two components 11, 12 allows. Since the ceramic component 11 extends over a substantial part of the length of the pressure side 10 and the metallic component 11 see component 12 extends over a substantial part of the length of the suction side 9, support the relatively large pressure forces on the pressure side 10, the connection of the two construction ⁇ parts 11, 12th
  • two main cooling air channels 14 are formed.
  • One of the two main cooling air channels 14 is fluidly connected to the suction side 9 of the airfoil 4 via a plurality of cooling air holes 15 formed in the metallic component 12.
  • the other main cooling air channel 14 is connected to the pressure side 10 and to the trailing edge 6 of the airfoil 4 via a plurality of further cooling air holes 15, which are likewise formed in the metallic component 12.
  • Both the pressure-side and a part of the so-called cooling air holes 15 are arranged adjacent to a transition region between the metallic component 12 and the ceramic component 11.
  • Outlet openings 16 of the cooling air holes 15 are arranged on the pressure side 10, the suction side 9 and at the trailing edge 6 in the main extension direction R of the airfoil 4 each substantially along a straight line and spaced from each other.
  • Both the main cooling air passages 14 extend in the main Warreckungs ⁇ direction R of the blade 4.
  • the fact that the ceramic construction ⁇ part 11 in the first embodiment forms a major part of the pressure side 10, it can protect the turbine blade efficiently against the high pressure side temperatures. At the same time, the service life of the ceramic component 11 is increased, since it is exposed primarily to compressive forces and only to a small extent tensile, bending and shear forces.
  • the metallic component 12 is additionally provided with a metallic layer (bond coat) and a coated on this layer (Thermal Barrier Coating, TBC) to further minimize heating of the turbine blade 1 during its operation.
  • Figure 2 shows a schematic view of a blade 4 of a turbine blade 1 according to a second embodiment of the present invention ⁇ .
  • the ceramic component 11 extends from the front edge 5 about 60% of the length of the length of the pressure side 10 between the leading edge 5 and the trailing edge 6.
  • the ke ⁇ ramische member 11 also extends from the front edge 5 than about 60% of the length of the suction side 9 between the leading edge 5 and the trailing edge 6.
  • the ceramic component 11 he ⁇ thus extends along the pressure side 10 and the suction side 9 equidistant. Since the airfoil 4 consists only of the ceramic component 11 and the metallic component 12, the metallic component 12 extends from the trailing edge 6 over the respective remaining approximately 40% of the length of the
  • the metallic component 12 is connected in a form-fitting manner to the platform 3 via a spigot connection 17, and the ceramic component 11 is in turn connected in a form-fitting manner to the metallic component 12 via a dovetail-like connection 18.
  • the ceramic member 11 is bonded to the metallic member 12 through a bond based on a binder and a firing process. Alternatively, it would also be possible to provide a solder joint.
  • the ceramic component 11 is particularly securely connected to the metallic component 12.
  • a main cooling air channel 14 is formed, which are fluidly connected to the suction side 9, the pressure side 10 and the trailing edge 6 of the airfoil 4 via a plurality of cooling air holes 15 formed in the metallic component 12.
  • Both the pressure-side and the so-called cooling air holes 15 are arranged adjacent to a transition region between the metallic component 12 and the ceramic component 11.
  • Outlet openings 16 of the cooling air holes 15 are arranged on the pressure side 10, the suction side 9 and at the trailing edge 6 in the main extension direction R of the airfoil 4 each substantially along a straight line and spaced from each other.
  • the main cooling air passage 14 extends in the
  • FIG. 1 shows a schematic view of a blade 4 of a turbine blade 1 according to a third execution ⁇ of the present invention.
  • the ceramic member 11 extends from the front edge 5 than about 75% of the length of the printing page 10 between the leading edge 5 and the trailing edge 6.
  • the ceramic j ⁇ specific component 11 also extends from the front edge 5 than about 25% of the length of the suction side 9 between the leading edge 5 and the trailing edge 6.
  • the metallic member 12 extends entspre ⁇ accordingly starting from the trailing edge 6 over the remaining approximately 25% the length of the pressure side 10 and the ver ⁇ lasting about 75% of the length of the suction side 9 between the leading edge 5 and the trailing edge.
  • the ceramic component 11 may be connected to the metallic component 12 in different ways.
  • the ceramic component 11 can be fixed in a form-fitting manner to the platform 3 and / or connected to the metallic component 12 via a ductile solder joint.
  • it does not depend on the exact connection to the ⁇ ser embodiment, it may be advantageous, to choose a connection that allows a certain relative movement between the two connected components 11, 12.
  • a main cooling air channel 14 is formed, which extends in the main extension direction R of the blade 4 and fluidly with the suction side 9 of the blade ⁇ blade 4 via a plurality of cooling ⁇ air holes 15 which are formed in the metallic component 12 connected is.
  • a second main cooling air channel 14 is between the ceramic section 11 and the metallic one
  • Section 12 is formed and also extends in the main extension direction R of the airfoil 4.
  • spacers 19 are provided in the form of struts.
  • the struts 19 extend in the main extension direction R of the blade 4 over the entire length of the second main cooling air passage 14.
  • the struts 19 are indicated not to erken the length of all ⁇ recently for purposes of illustration perspective ⁇ NEN.
  • the second main cooling air channel 14 is fluidly connected to the trailing edge 6 via a plurality of cooling air holes 15.
  • the second main cooling air channel 14 at the indicated in the figure 3 positions I and II with the suction side 9 and the pressure side 10 fluidly ver ⁇ connected.
  • outlet openings 16 of the cooling air holes 15 in the main extension direction R of the airfoil 4 are each arranged in wesent ⁇ union along a straight line and spaced from each other.
  • only one cooling air hole 15 can be seen from each of the three rows due to the perspective.
  • the ceramic component 11 forms a major part of the pressure side 10 in the third embodiment , it can efficiently protect the turbine blade 1 from the high pressure-side temperatures. At the same time, the life ⁇ life of the ceramic component 11 increases, since it is primarily subjected to compressive forces and only slightly tensile, bending and shear forces.
  • the main cooling air channel 14 between the ceramic component 11 and the metallic component 12 has the advantage that, for example, heat of the ceramic section 11 heated during operation of the turbine blade 1 can be released directly to a cooling air flowing through this main cooling air channel 14, without the metallic component 12 continuing heat.

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Abstract

The invention relates to a turbine blade (1), particularly a moving blade or a fixed blade, comprising a blade root (2), a platform (3) connected thereto, and a blade (4) connected to the side of the platform (3) that faces away from the root, said blade (4) having a leading edge (5) and a trailing edge (6) that extend in a main direction of extension R from a root region (7) to a tip region (8) of the blade (4), and a suction side (9) and a pressure side (10) that extend between the leading edge (5) and the trailing edge (6), and consisting of at least one ceramic component (11) and at least one metal component (12), the at least one ceramic component (11) defining the leading edge (5) and extending therefrom at least along the pressure side (10).

Description

Beschreibung description
Turbinenschaufel, die ein Schaufelblatt aufweist, das aus zu- mindest einem keramischen Bauteil und zumindest einem metal¬ lischen Bauteil montiert ist Turbine blade, which has an airfoil, which is mounted from at least one ceramic component and at least one metal ¬ cal component
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel, insbesondere Lauf- oder Leitschaufel, die einen Schaufelfuß, eine sich daran anschließende Plattform und ein sich an der fußabgewandten Seite der Plattform anschließendes Schaufel¬ blatt aufweist, das eine Vorderkante und eine Hinterkante, die sich in einer Haupterstreckungsrichtung von einem Wurzel- bereich zu einem Spitzenbereich des Schaufelblatts erstre¬ cken, und eine Saugseite und eine Druckseite, die sich zwi¬ schen der Vorderkante und der Hinterkante erstrecken, umfasst und aus zumindest einem keramischen Bauteil und zumindest ei¬ nem metallischen Bauteil montiert ist. The present invention relates to a turbine blade, in particular rotor blade or vane, which has a blade root, an adjoining platform and a subsequent blade on the side facing away from the blade ¬ blade, which has a leading edge and a trailing edge extending in a main extension direction of a root area erstre ¬ cken to a tip region of the airfoil, and a suction side and a pressure side, which ¬ tween the leading edge and the trailing edge, comprises and is mounted from at least one ceramic component and at least egg ¬ nem metallic component.
Turbinenschaufeln werden in Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel Gasturbinen, eingesetzt. Man unterscheidet grundsätz¬ lich zwischen rotierenden Laufschaufeln und stationären Leitschaufeln, die ein heißes fluides Arbeitsmedium, insbesondere Gas, in Richtung der Laufschaufeln leiten. Die Temperatur des fluiden Arbeitsmediums liegt in der Regel über den zulässigen Materialtemperaturen der meist metallischen Turbinenschaufeln. Hierdurch können sich Beschädigungen der Turbinenschaufeln ergeben. Bei Gasturbinen nehmen die Temperatur und der Druck des Gasstroms von der Vorderkante zur Hinterkante (axi¬ ale Stromabrichtung) eines Turbinenschaufelblatts ab. Während also im Bereich der Hinterkante über die axiale Länge des Schaufelblatts gesehen die niedrigsten Drücke herrschen, ist die Temperatur- und Druckbelastung durch den Gasstrom jeweils an der Vorderkante am größten. Das erzeugt einen hohen Wärme¬ eintrag aus dem Gasstrom in die Vorderkante. Durch Tempera¬ turgradienten innerhalb einer gekühlten Turbinenschaufel tre¬ ten insbesondere unerwünschte thermische Spannungen auf. Ne- ben thermo-mechanischen Belastungen treten auch aerodynamische Belastungen auf, die ihre Ursache in den aerodynamischen Kräften des Gasstroms haben, die auf die Turbinenschaufeln wirken. Zusätzlich treten bei rotierenden Laufschaufeln noch Zentrifugalkräfte bzw. Fliehkräfte auf. Alle diese Belastun¬ gen führen zu lokal unterschiedlichen Zug-, Druck-, Biege- und Scherspannungen in der Turbinenschaufel. Auch wenn in der Beschreibung manchmal auf Gasturbinen Bezug genommen wird, ist dies nur exemplarisch zu sehen, so dass die beschriebenen Merkmale und deren Vorteile sich auch auf jede beliebige an¬ dere Strömungsmaschine beziehen können. Turbine blades are used in turbomachines, such as gas turbines. A distinction is fundamentally ¬ Lich between rotating blades and stationary vanes, which direct a hot fluid working fluid, in particular gas, in the direction of the blades. The temperature of the fluid working medium is usually above the permissible material temperatures of the most metallic turbine blades. This may result in damage to the turbine blades. In gas turbines, the temperature and the pressure of the gas stream from the leading edge to the trailing edge (axi ¬ ale downstream) decrease of a turbine airfoil. Thus, while seen in the region of the trailing edge over the axial length of the airfoil, the lowest pressures prevail, the temperature and pressure load by the gas flow at the leading edge is greatest. This generates a high heat input from the gas flow into the leading edge. By temperature gradients on ¬ within a cooled turbine blade tre ¬ th especially undesirable thermal stresses. Ne In addition, aerodynamic loads, which are due to the aerodynamic forces of the gas flow acting on the turbine blades, also occur in thermo-mechanical loads. In addition, centrifugal forces or centrifugal forces still occur on rotating blades. All these Belastun ¬ gen lead to locally different tensile, compressive, flexural and shear stresses in the turbine blade. Although reference is sometimes made in the description to gas turbines, this is to be seen only as an example, so that the features described and their advantages can also be related to any other ¬ turbomachine.
Um insbesondere den während des Betriebs einer Strömungsma¬ schine auftretenden hohen thermischen Belastungen von Turbinenschaufeln aus metallischen Legierungen entgegenzutreten, sind unterschiedliche Herangehensweisen bekannt. So werden beispielsweise Nickel-basierte Superlegierungen, teilweise mit einkristalliner oder gerichtet erstarrter Kristallstruktur, eingesetzt, um die zulässige maximale Materialtemperatur der Turbinenschaufeln zu erhöhen. Zudem wird je nach Bedarf eine thermische Schutzschicht auf die metallische Turbinen¬ schaufel aufgebracht. Zusätzlich wird die Turbinenschaufel aktiv gekühlt. Hierbei erfolgt die Kühlung im Inneren der Turbinenschaufel über konvektive Kühlverfahren sowie Prall¬ kühlung. Bei besonders hohen Temperaturen wird diese noch um eine externe Kühlung in Form einer Filmkühlung ergänzt. In particular the counter during operation of a machine Strömungsma ¬ occurring high thermal stress of turbine blades made of metallic alloys, different approaches are known. For example, nickel-based superalloys, sometimes with a single crystal or directionally solidified crystal structure, are used to increase the allowable maximum turbine blade material temperature. In addition, as required, a thermal protection layer on the metal turbine is applied ¬ shovel. In addition, the turbine blade is actively cooled. Here, the cooling takes place inside the turbine blade via convective cooling method and impact ¬ cooling. At particularly high temperatures, this is supplemented by an external cooling in the form of a film cooling.
Die zuvor beschriebenen Maßnahmen können den erforderlichen Kühlaufwand für eine metallische Turbinenschaufel nicht ent- scheidend reduzieren. Um eine metallische Turbinenschaufel effizienter zu kühlen ist es bekannt, durch Integration zumindest eines keramischen Bauteils, das eine wesentlich ge¬ ringere Wärmeleitfähigkeit als die der eingesetzten Metallle¬ gierungen aufweist, den metallischen Gesamtanteil der Turbi- nenschaufel zu reduzieren. Beispielsweise beschreibt dieThe measures described above can not decisively reduce the required cooling effort for a metallic turbine blade. In order to cool a metallic turbine blade efficiently, it is known to reduce by integrating at least a ceramic component, which has a substantially ge ¬ ringere thermal conductivity than that of the employed Metallle ¬ metallic alloys total proportion of the turbine blade. For example, this describes
WO2014/011242 ein Schaufelblatt einer Turbinenschaufel, das aus zumindest einem metallischen Bauteil und zumindest einem keramischen Bauteil montiert ist. Genauer gesagt weist das Schaufelblatt einen keramischen Hinterkantenbereich und einen metallischen Vorderkantenbereich auf. Während die eingesetzten Metalllegierungen eine Kühlung auf etwa 900°C erfordern, kann Keramik Temperaturen bis 1250 °C aushalten. Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit und der geringen Wärmeleitfä¬ higkeit von Keramik kann in dem keramischen Bauteil ganz oder teilweise auf interne Kühlluftkanäle verzichtet werden. Auch kann ein gekühltes metallisches Bauteil des Schaufelblatts das keramische Bauteil auf 1250°C kühlen, falls die Tempera- tur des Arbeitsfluids darüber liegt. Verglichen mit einer rein metallischen Turbinenschaufel lässt sich somit Kühlluft sparen, die damit der Verbrennung zur Verfügung steht und entsprechend die Leistung und den Wirkungsgrad der Gasturbine erhöht. Allerdings wird durch die in der WO2014/011242 vorge- schlagene Anordnung des keramischen Bauteils ein Kühlluftein- sparpotential der Turbinenschaufel nicht vollständig ausge¬ schöpft. Zudem treten während des Betriebs einer Strömungsma¬ schine aufgrund der Anordnung des keramischen Bauteils in der WO2014/011242 hohe Zug-, Biege- und Scherspannungen in diesem auf. Dies kann zu einer verringerten Lebensdauer des keramischen Bauteils und somit zu erhöhten Betriebskosten einer Strömungsmaschine führen, da keramische Werkstoffe eine ge¬ ringere Festigkeit als metallische Werkstoffe gegen diese Spannungen aufweisen. WO2014 / 011242 an airfoil of a turbine blade, which is mounted from at least one metallic component and at least one ceramic component. More specifically, that indicates Blade sheet on a ceramic trailing edge region and a metallic leading edge region. While the metal alloys used require cooling to about 900 ° C, ceramic can withstand temperatures up to 1250 ° C. Due to the high temperature resistance and the low Wärmeleitfä ¬ ability of ceramic can be completely or partially dispensed with internal cooling air channels in the ceramic component. Also, a cooled metallic component of the airfoil may cool the ceramic component to 1250 ° C if the temperature of the working fluid is above it. Compared to a purely metallic turbine blade, it is thus possible to save cooling air which is thus available for combustion and accordingly increases the power and the efficiency of the gas turbine. However, a cooling air inlets is saving potential of the turbine blade is not completely exhausted by the ¬ / superiors in WO2014 011242 troubled arrangement of the ceramic component. In addition, high tensile, bending and shear stresses occur in the WO2014 / 011242 during the operation of a Strömungsma ¬ machine due to the arrangement of the ceramic component in this. This can lead to a reduced service life of the ceramic component and therefore in increased cost of operating a turbomachine, since ceramic materials have a ge ¬ ringere strength than metallic materials against these stresses.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel mit alternativem Auf¬ bau bereitzustellen. Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Turbinenschaufel der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zumindest eine keramische Bau¬ teil die Vorderkante definiert und sich ausgehend von dieser zumindest entlang der Druckseite erstreckt. Against this background, the present invention has the object to provide a turbine blade with an alternative to ¬ construction. To achieve this object, the present invention provides a turbine blade of the type mentioned, which is characterized in that the at least one ceramic construction ¬ part defines the leading edge and extending from this at least along the pressure side.
Auf der Druckseite des Schaufelblatts herrschen, wie der Name bereits andeutet, höhere Gas-Drücke als auf der Saugseite, wobei wiederum auf der Druckseite im Bereich der Vorderkante die höchste Druck- und Temperaturbelastung durch einen On the pressure side of the airfoil prevail, as the name suggests, higher gas pressures than on the suction side, again on the pressure side in the region of the leading edge the highest pressure and temperature load by a
Gasstrom auftritt. Denn der Druck und die Temperatur des Gasstroms nimmt, wie bereits zuvor erwähnt, von der Vorderkante zur Hinterkante ab. Somit wird ein hoher Wärmeeintrag aus dem Gasstrom in die Vorderkante erzeugt. Deswegen müssen insbe¬ sondere die vorderen Reihen (Reihe 1 und 2) der Turbinenschaufeln einer Strömungsmaschine im Vorderkantenbereich intensiv gekühlt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des zumindest einen keramischen Bauteils lässt sich Kühlluft, insbesondere mehr Kühlluft als bei einer Anbringung eines ke¬ ramischen Bauteils lediglich in einem Hinterkantenbereich, sparen. Diese Kühlluft kann wiederum für die Verbrennung genutzt werden und damit kann die Leistung und der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine verbessert werden. Insbesondere kann das keramische Bauteil auf der Druckseite die Turbinenschau¬ fel sehr effizient vor den hohen druckseitigen Gas- Temperaturen schützen, weshalb das zumindest eine metallische Bauteil weniger stark aufgeheizt wird. Somit kann für das zu¬ mindest eine metallische Bauteil ein einfacherer und kosten- günstigerer Werkstoff benutzt werden. Zudem treten während des Betriebs einer Strömungsmaschine durch die Anordnung des zumindest einen keramischen Bauteils im Bereich der Vorderkante und der Druckseite vornehmlich Druckkräfte und keine oder minimale Zug-, Biege- und Scherkräfte in dem keramischen Bauteil auf. Dadurch werden Beschädigungen, wie beispielswei¬ se Risse, durch Zug-, Biege- und/oder Scherkräfte vermieden oder zumindest verringert. Der hierdurch erzielte verringerte Verschleiß erhöht die Lebensdauer des keramischen Bauteils, wodurch sich die Betriebskosten einer Strömungsmaschine ver- ringern. Gas flow occurs. Because the pressure and the temperature of the gas stream decreases, as already mentioned, from the leading edge to the trailing edge. Thus, a high heat input from the gas flow is generated in the leading edge. Therefore, in particular ¬ sondere the front rows (rows 1 and 2) of the turbine blades of a turbomachine in the leading edge region must be intensively cooled. Due to the inventive arrangement of at least one ceramic component can be cooling air, in particular more cooling air than with a mounting of a ke ¬ ramischen component only in a trailing edge region save. This cooling air can in turn be used for combustion and thus the performance and efficiency of the turbomachine can be improved. More specifically, the ceramic member can protect the pressure side of the turbine show ¬ fel very efficiently from the high-pressure side gas temperatures, which is why a metallic component is at least less strongly heated. Thus, a metal component, a simpler and cost-effective material can be used for at least ¬. In addition, during operation of a turbomachine, pressure forces and no or minimal tensile, bending and shearing forces in the ceramic component occur primarily due to the arrangement of the at least one ceramic component in the region of the front edge and the pressure side. This will damage such as cracks beispielswei ¬ se, avoided tensile, bending and / or shear forces or at least reduced. The resulting reduced wear increases the service life of the ceramic component, which reduces the operating costs of a turbomachine.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das zumindest eine keramische Bauteil über mindestens 50 %, be¬ vorzugt mindestens 60%, besser noch mindestens 75% der Länge der Druckseite zwischen der Vorderkante und der Hinterkante. Dadurch, dass sich das keramische Bauteil über einen Großteil der Länge der Druckseite erstreckt, kann es die Turbinen¬ schaufel effizient vor den hohen druckseitigen Gas- Temperaturen schützen, weshalb insbesondere Kühlluft einge¬ spart werden kann. According to one embodiment of the invention, at least one ceramic component at least 50%, be ¬ vorzugt extends at least 60%, more preferably at least 75% of the length of the pressure side between the leading edge and the trailing edge. Because the ceramic component extends over a majority of the length of the printed page, it may be the turbine blade efficiently from the high pressure side gas- Protect temperatures, which is why cooling air can be ¬ saves in particular.
Vorzugsweise erstreckt sich das zumindest eine keramische Bauteil ausgehend von der Vorderkante entlang der Saugseite, wobei es maximal 60% der Saugseite bildet, bevorzugt maximal 25%. Da in einem Bereich der Hinterkante relativ hohe Tempe¬ raturen auftreten, ist es sinnvoll, dass das zumindest eine keramische Bauteil zumindest einen Teil des Bereichs der Hin- terkante bildet, um auch dort die Temperaturbeständigkeit der Turbinenschaufel zu erhöhen. Besonders vorteilhaft ist aller¬ dings, wenn das zumindest eine keramische Bauteil nur einen kleinen Teil der Saugseite, d.h. im Wesentlichen den Teil im Bereich der Vorderkante, bildet. Denn im Bereich der Vorder- kante sind beispielsweise die Temperaturbelastungen der Tur¬ binenschaufel am größten. Preferably, the at least one ceramic component extends from the leading edge along the suction side, forming a maximum of 60% of the suction side, preferably a maximum of 25%. Since relatively high temperatures ¬ Tempe occur in a region of the trailing edge, it is reasonable that the at least a part of the area of the trailing edge of at least one ceramic component, in order to also increase the temperature resistance of the turbine blade. Particularly advantageous is all ¬ recently, if the at least one ceramic component, that is, substantially forms only a small part of the suction side of the part in the region of the leading edge. Because edge in the front, for example, the temperature loads of Tur ¬ binenschaufel greatest.
Bevorzugt erstreckt sich das zumindest eine keramische Bau¬ teil ausgehend von der Vorderkante entlang der Druckseite und der Saugseite gleich weit. Dies ist insbesondere dann vor¬ teilhaft, wenn das zumindest eine keramische Bauteil mit dem zumindest einen metallischen Bauteil formschlüssig verbunden ist. Eine derartige formschlüssige Verbindung wird im Folgen¬ den noch näher erläutert. Preferably, the at least one ceramic component ¬ part extends starting from the leading edge along the pressure side and the suction side the same distance. This is particularly ¬ some way before, when the with the at least one metal component is positively connected at least one ceramic component. Such a positive connection will be explained in more detail ¬ the following.
Vorteilhaft ist das zumindest eine keramische Bauteil form¬ schlüssig an dem zumindest einen metallischen Bauteil und/oder an der Plattform befestigt. Beispielsweise kann der Formschluss über einen Schiebesitz in der Plattform erfolgen. Das zumindest eine keramische Bauteil kann in eine entspre¬ chende Ausnehmung der Plattform gesteckt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Formschluss über einen Zapfen erfolgen, über den das keramische Bauteil gelegt ist. Es ist auch denkbar, dass das zumindest eine metallische Bauteil über ei- ne Zapfenverbindung mit der Plattform verbunden ist und das zumindest eine keramische Bauteil, insbesondere über eine schwalbenschwanzartige Verbindung, wiederum formschlüssig mit dem zumindest einen metallischen Bauteil verbunden ist. Eine rein formschlüssige Verbindung ist insbesondere deshalb vor¬ teilhaft, weil sie eine Relativbewegung zwischen den verbundenen Bauteilen, insbesondere ein axiales gegeneinander Verschieben oder Gleiten der Bauteile, ermöglicht. Dies kann da¬ zu beitragen, dass in dem zumindest einen keramischen Bauteil keine oder nur äußerst geringe Zug-, Biege- und Scherspannun¬ gen auftreten. Zudem ist das zumindest eine keramische Bau¬ teil beispielsweise während einer Inspektion leicht aus¬ tauschbar. In einem Fall, wo sich das zumindest eine keramische Bauteil über einen wesentlichen Teil der Länge der Druckseite erstreckt und sich das zumindest eine metallische Bauteil über einen wesentlichen Teil der Länge der Saugseite erstreckt, können die relativ großen Druckkräfte auf der Druckseite einen Formschluss zwischen dem zumindest einen ke¬ ramischen Bauteil und dem zumindest einen metallischen Bauteil und damit den Zusammenhalt beider Bauteile unterstützen. Advantageously, the at least one ceramic component is fastened in a form- fitting manner to the at least one metallic component and / or to the platform. For example, the positive connection via a sliding seat in the platform can be done. The at least one ceramic component can be plugged into a entspre ¬ sponding recess in the platform. Additionally or alternatively, the positive connection via a pin, over which the ceramic component is placed. It is also conceivable that the at least one metallic component is connected to the platform via a journal connection and that the at least one ceramic component, in particular via a dovetail-like connection, is in turn positively connected to the at least one metallic component. A purely form-fitting connection is particularly before ¬ some way, because it allows a relative movement between the connected components, in particular an axial mutual displacement or sliding of the components. This can be as ¬ to contribute that in the at least one ceramic component occur no or extremely low tensile, bending and Scherspannun ¬ gen. In addition, the at least one ceramic construction ¬ part, for example during an inspection light from ¬ exchangeable. In a case where the at least one ceramic component extends over a substantial portion of the length of the pressure side and the at least one metallic component extends over a substantial portion of the length of the suction side, the relatively large pressure forces on the pressure side can form a positive fit between the at least one support a ke ¬ ramischen component and the at least one metallic component and thus the cohesion of both components.
Die Verbindung zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil und dem zumindest einen metallischen Bauteil sollte vor¬ teilhafterweise so gestaltet werden, dass auftretende Zug-, Biege- und Scherspannungen in erster Linie von dem zumindest einen gut gekühlten metallischen Bauteil aufgenommen werden und nicht auf das zumindest eine keramische Bauteil übertra¬ gen werden. So treten keine oder nur äußerst geringe Zug-, Biege- und Scherspannungen in dem zumindest einen keramischen Bauteil auf. The connection between the at least one ceramic component and said at least one metallic component should be designed in some way to be such prior ¬ that occurring tensile, bending and shear stresses a well-cooled metallic component are from the at least included in the first place and not on the at least one ceramic component übertra ¬ gen be. Thus, no or only extremely low tensile, bending and shear stresses occur in the at least one ceramic component.
Auch wenn eine rein formschlüssige Verbindung aus den zuvor erwähnten Gründen vorteilhaft sein kann, ist es grundsätzlich auch möglich, dass das zumindest eine keramische Bauteil mit dem zumindest einen metallischen Bauteil alternativ oder zusätzlich zu einer formschlüssigen Verbindung über eine Lötverbindung, insbesondere über eine duktile Lötverbindung, oder über eine Verbindung, die auf einem Bindemittel und ei¬ nem Brennvorgang basiert, verbunden ist. Lötverbindungen, die insbesondere mittels Aktivlöten hergestellt sind, haben im Allgemeinen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch ein optimaler Wärmeaustausch zwischen den verbundenen Bauteilen erreicht wird. Im Falle einer formschlüssigen Verbindung verhindert eine zusätzliche Lötverbindung eine Relativbewegung zwischen den verbundenen Bauteilen, insbesondere ein axiales gegeneinander Verschieben der Bauteile. Da jedes noch so geringe Spiel zwischen den formschlüssig verbundenen Bauteilen bei einer Schwingung des Schaufelblatts während des Betriebs der Turbinenschaufel normalerweise zu einem erhöhten Ver¬ schleiß führt, trägt die Lötverbindung zu einem verringerten Verschleiß der Turbinenschaufel bei. Eine duktile Lötverbindung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass während eines Betriebs der Turbinenschaufel auftretende thermische Spannungen, die insbesondere aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem zumindest einen metallischen Bauteil und dem zumindest einen keramischen Bauteil entstehen, innerhalb der Lötverbindung aufgenommen werden können. Dies geschieht, indem sich die duktile Lötverbindung elastisch und/oder plastisch verformt. Although a purely positive connection may be advantageous for the reasons mentioned above, it is also possible in principle for the at least one ceramic component to be connected to the at least one metallic component as an alternative or in addition to a positive connection via a solder connection, in particular via a ductile solder connection. or is connected via a connection which is based on a binder and ei ¬ nem firing process. Solder joints, especially made by means of active soldering, generally have a very good thermal conductivity, which ensures optimum heat exchange between the connected components is reached. In the case of a positive connection, an additional solder joint prevents a relative movement between the connected components, in particular an axial displacement of the components relative to one another. As each even a slight clearance between the positively connected parts during a vibration of the blade during operation of the turbine blade normally results in an increased wear Ver ¬, the solder joint contributes to a reduced wear of the turbine blade. A ductile solder joint offers the additional advantage that thermal stresses occurring during operation of the turbine blade, which occur in particular due to different thermal expansion coefficients between the at least one metallic component and the at least one ceramic component, can be accommodated within the solder joint. This is done by the ductile solder joint elastically and / or plastically deformed.
Bevorzugt ist in dem zumindest einen metallischen Bauteil und/oder zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil und dem zumindest einen metallischen Bauteil zumindest ein Haupt- kühlluftkanal ausgebildet, der fluidtechnisch mit der Druck¬ seite und/oder der Saugseite und/oder der Hinterkante verbunden ist. Der zumindest eine Hauptkühlluftkanal erstreckt sich insbesondere in der Haupterstreckungsrichtung des Schaufelblatts und kann sich bevorzugt bis in den Schaufelfuß der Turbinenschaufel hinein oder dadurch hindurch erstrecken. Der zumindest eine Hauptkühlluftkanal bieten den Vorteil, dass sowohl das zumindest eine metallische Bauteil als auch das zumindest eine keramische Bauteil ausreichend gekühlt werden können. Eine Anordnung eines Hauptkühlluftkanals zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil und dem zumindest einen metallischen Bauteil ist besonders vorteilhaft. Denn hier¬ durch kann die Wärme des während des Betriebs der Turbinen¬ schaufel aufgeheizten zumindest einen keramischen Bauteils unmittelbar an eine diesen Hauptkühlluftkanal durchströmende Kühlluft abgegeben werden, ohne das zumindest eine metalli¬ sche Bauteil weiter aufzuheizen. Vorteilhafterweise ist die fluidtechnische Verbindung durch Kühlluftlöcher, insbesondere Kühlluftbohrungen, realisiert, die in dem zumindest einen metallischen Bauteil und/oder in dem zumindest einen keramischen Bauteil ausgebildet sind. Be¬ sonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlluftlöcher in dem zumindest einen metallischen Bauteil ausgebildet sind. Denn hierdurch wird die Stabilität des zumindest einen keramischen Bauteils nicht geschwächt. Die Kühlluftlöcher tragen dazu bei, dass sich für das Schaufelblatt eine Reduktion der benö¬ tigten Kühlluft von mindestens 70% ergeben kann. Preferably, in the at least one metal component and / or between the at least one ceramic component and said at least one metallic component, at least a main formed cooling air duct which is fluidly connected to the pressure ¬ page and / or the suction side and / or the trailing edge. The at least one main cooling air duct extends in particular in the main direction of extent of the airfoil and may preferably extend into or into the blade root of the turbine blade. The at least one main cooling air channel offer the advantage that both the at least one metallic component and the at least one ceramic component can be sufficiently cooled. An arrangement of a main cooling air channel between the at least one ceramic component and the at least one metallic component is particularly advantageous. For here ¬ by the heat of the heated during operation of the turbine blade ¬ at least one ceramic component can be delivered directly to a cooling air flowing through this main cooling air without further heat the at least one metalli ¬ cal component. Advantageously, the fluidic connection is realized by cooling air holes, in particular cooling air holes, which are formed in the at least one metallic component and / or in the at least one ceramic component. Be ¬ it is particularly advantageous if the cooling air holes are formed in the at least one metallic component. Because this does not weaken the stability of the at least one ceramic component. The cooling air holes contribute that can result in a reduction of the Benö ¬ preferential cooling air of at least 70% for the airfoil.
Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Kühlluftlöchern benachbart zu einem Übergangsbereich zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil und dem zumindest einen metallischen Bauteil angeordnet. Mittels der Kühlluftlöcher kann somit sowohl ein Teil des zumindest einen keramischen Bauteils als auch ein Teil des zumindest einen metallischen Bauteils gekühlt werden . Preferably, a plurality of cooling air holes are arranged adjacent to a transition region between the at least one ceramic component and the at least one metallic component. Thus, both a part of the at least one ceramic component and a part of the at least one metallic component can be cooled by means of the cooling air holes.
Bevorzugt sind Austrittsöffnungen von zumindest einem Teil der Kühlluftlöcher auf der Druckseite, der Saugseite und/oder an der Hinterkante des Schaufelblatts in der Haupterstre¬ ckungsrichtung im Wesentlichen entlang einer Geraden und be- abstandet zueinander angeordnet. Auch wenn eine derartige An¬ ordnung bevorzugt wird, sind selbstverständlich auch andere Anordnungsmuster denkbar. Outlet openings are preferably arranged at least a part of the cooling air holes on the pressure side, the suction side and / or at the trailing edge of the airfoil in the Haupterstre ¬ ckungsrichtung substantially along a straight line and loading abstandet each other. Even if such an order is to ¬ preferred, other arrangement patterns are conceivable.
Vorteilhaft sind innerhalb eines Kühlluftkanals zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil und dem zumindest einen metallischen Bauteil, der sich insbesondere in der Haupterstreckungsrichtung des Schaufelblatts erstreckt, Abstandshal¬ ter, insbesondere in Form von Pins und/oder Streben, vorgesehen. Die Streben können sich hierbei insbesondere über die gesamte Haupterstreckungsrichtung des Schaufelblatts erstre¬ cken. Durch die Auswahl der Länge der Abstandshalter kann die Breite des Kühlluftkanals einfach bestimmt werden. Der Kühl¬ luftkanal kann beispielsweise durch Montage des zumindest ei- nen keramischen Bauteils mit dem zumindest einen metallischen Bauteil automatisch ausgebildet werden, ohne dass zusätzliche Bohrungen zwingend erforderlich sind. Vorzugsweise ist das zumindest eine metallische Bauteil mit einer metallischen Schicht (Bondcoat) und einer Advantageously, the at least one ceramic component and at least one metal component which extends in particular in the main direction of extension of the blade Abstandshal ¬ ter, particularly in the form of pins and / or struts are provided which, within a cooling air passage between. The braces can be, in particular over the entire main extension direction of the blade erstre ¬ CKEN. By selecting the length of the spacers, the width of the cooling air duct can be easily determined. The cooling ¬ air duct, for example, by mounting the at least one NEN ceramic component with the at least one metallic component are formed automatically without additional drilling are mandatory. Preferably, this is at least one metallic component with a metallic layer (bond coat) and a
daraufliegenden keramischen Schicht (Thermal Barrier ceramic layer (Thermal Barrier
Coating,TBC) beschichtet. Durch solche thermischen Schutz¬ schichten lässt sich die Temperatur des zumindest einen me- tallischen Bauteils reduzieren. Derartige Beschichtungen tragen also dazu bei, dass sich für das Schaufelblatt eine Re¬ duktion der benötigten Kühlluft von mindestens 70% ergeben kann . Von Vorteil ist auch, wenn das zumindest eine keramische Bau¬ teil ein „Ceramic Matrix Composite", CMC, -Material aufweist oder daraus besteht. Das CMC-Material steigert die Festigkeit des zumindest einen keramischen Bauteils. Weiterhin ist durch eine gute Hochtemperaturbeständigkeit des CMC-Materials keine oder allenfalls eine geringe Kühlung des zumindest einen ke¬ ramischen Bauteils notwendig. Damit wird beispielsweise ein Temperaturgradient über die Wanddicke des zumindest einen ke¬ ramischen Bauteils in den inneren Bereich des Turbinenschaufelblattes verringert, was die thermisch bedingten Spannungen in dem zumindest einen keramischen Bauteil verringert und da¬ mit die Lebensdauer der Turbinenschaufel erhöht. Coating, TBC). Such thermal protection layers ¬ the temperature of at least one me--metallic component can be reduced. Such coatings thus contribute to the fact that a re ¬ production of the required cooling air of at least 70% can result for the airfoil. It is also advantageous if having at least a ceramic construction ¬ part a "Ceramic Matrix Composite", CMC, material or consists thereof. The CMC material increases the strength of the at least one ceramic component. Furthermore, due to a good high temperature resistance of the CMC -Materials no or only a slight cooling of the at least one ke ¬ ramischen component necessary. Thus, a temperature gradient across the wall thickness of the at least one ke ¬ ramischen component is reduced, for example in the interior region of the turbine airfoil which the thermally induced stresses in the at least one ceramic Reduced component and there ¬ increases with the life of the turbine blade.
Bevorzugt besteht das Schaufelblatt aus genau einem kerami¬ schen Bauteil und genau einem metallischen Bauteil. Erstreckt sich das keramische Bauteil also beispielsweise ausgehend von der Vorderkante über 75% der Länge der Druckseite und über 25% der Länge der Saugseite zwischen der Vorderkante und der Hinterkante, so erstreckt sich das metallische Bauteil ausge¬ hend von der Hinterkante entsprechend über die verbleibenden 25% der Länge der Druckseite und über die verbleibenden 75% der Länge der Saugseite. In diesem Fall bildet das keramische Bauteil 75% der Druckseite und das metallische Bauteil 75% der Saugseite. Es findet also eine vorteilhafte Aufgabentei- lung statt. Denn auf das keramische Bauteil auf der Drucksei¬ te wirken vornehmlich Druckkräfte und keine oder nur äußerst geringe schädliche Zug-, Biege- und Scherkräfte. Gleichzeitig schützt das keramische Bauteil das Schaufelblatt der Turbi- nenschaufel effektiv gegenüber den hohen druckseitigen Temperaturen, insbesondere im Bereich der Vorderkante. Das metal¬ lische Bauteil auf der Saugseite nimmt hingegen vornehmlich Zug-, Biege- und Scherspannungen auf. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer¬ den anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen einer Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist Preferably, the blade consists of exactly one Kerami ¬ rule component and exactly one metallic component. Thus, the ceramic member extending, for example starting from the front edge over 75% of the length of the pressure side and about 25% of the length of the suction side between the leading edge and the trailing edge, then the metallic component extends out ¬ from the trailing edge corresponding to about the remaining 25 % of the length of the pressure side and over the remaining 75% of the length of the suction side. In this case, the ceramic component forms 75% of the pressure side and the metallic component 75% of the suction side. So there is an advantageous task take place. Because on the ceramic component on the Drucksei ¬ te act primarily pressure forces and no or only extremely low harmful tensile, bending and shear forces. At the same time, the ceramic component effectively protects the blade of the turbine blade against the high pressure-side temperatures, in particular in the region of the front edge. The metal ¬ lic component on the suction side, however, takes mainly tensile, bending and shear stresses. Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of various embodiments of a turbine blade according to the present invention with reference to the accompanying drawings. That's it
Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Figure 1 is a schematic perspective view of a
Turbinenschaufel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;  Turbine blade according to a first embodiment of the present invention;
Figur 2 eine schematische Ansicht eines Schaufelblatts ei- ner Turbinenschaufel gemäß einer zweiten Ausfüh¬ rungsform der vorliegenden Erfindung; undFigure 2 is a schematic view of an airfoil of a turbine blade according to a second exporting ¬ approximate shape of the present invention; and
Figur 3 eine schematische Ansicht eines Schaufelblatts ei¬ ner Turbinenschaufel gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 3 is a schematic view of a blade ei ¬ ner turbine blade according to a third embodiment of the present invention.
Figur 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel 1 handelt es sich um eine Laufschaufei . Es sollte jedoch klar sein, dass es sich in anderen hier nicht dargestellten Ausführungsformen auch um eine Leitschaufel handeln kann. Die Turbinenschaufel 1 weist einen Schaufelfuß 2, eine sich daran anschließende Plattform 3 und ein sich an der fußabgewandten Seite der Plattform 3 anschließendes FIG. 1 shows a schematic perspective view of a turbine blade 1 according to a first embodiment of the present invention. The turbine blade 1 shown in FIG. 1 is a rotor blade. It should be understood, however, that other embodiments not shown herein may be a vane. The turbine blade 1 has a blade root 2, an adjoining platform 3 and a side facing away from the foot of the platform 3
Schaufelblatt 4 auf. Das Schaufelblatt 4 umfasst eine Vorder¬ kante 5 und eine Hinterkante 6, die sich in einer Haupter- streckungsrichtung R von einem Wurzelbereich 7 zu einem Spitzenbereich 8 des Schaufelblatts 4 erstrecken, und eine Saug- seite 9 und eine Druckseite 10, die sich zwischen der Vorder¬ kante 5 und der Hinterkante 6 erstrecken. Das Schaufelblatt 4 ist aus genau einem keramischen Bauteil 11, in diesem Fall aus CMC-Material, und genau einem metallischen Bauteil 12 montiert. Das keramische Bauteil 11 definiert die Vorderkante 5 und erstreckt sich ausgehend von der Vorderkante 5 zumin¬ dest entlang der Druckseite 10. Die bis hierin beschriebenen Merkmale der Turbinenschaufel 1 treffen auch auf die beiden weiteren Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Turbinen- schaufei 1 zu, die in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind und im Anschluss an diese Beschreibung der ersten Ausführungsform ausführlich beschrieben werden. Blade 4 on. The blade 4 comprises a front ¬ edge 5 and a trailing edge 6, which extend in a Haupter- stretch direction R from a root portion 7 to a tip region 8 of the blade 4, and a suction page 9 and a pressure side 10, which extend between the front ¬ edge 5 and the trailing edge 6. The blade 4 is made of exactly one ceramic component 11, in this case made of CMC material, and exactly one metallic component 12. The ceramic component 11 defines the leading edge 5 and extends from the front edge 5 at ¬ least along the pressure side 10. The far described herein features of the turbine blade 1 also apply to the other two embodiments of a turbine according to the invention blade or vane 1, which in the Figures 2 and 3 are shown and described in detail following this description of the first embodiment.
Wieder Bezug nehmend auf die in der Figur 1 dargestellte ers- te Ausführungsform, erstreckt sich das keramische Bauteil 11 ausgehend von der Vorderkante 5 über etwa 60% der Länge der Druckseite 10 zwischen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6, bildet also etwa 60% der Druckseite. Zusätzlich erstreckt sich das keramische Bauteil 11 ebenfalls ausgehend von der Vorderkante 5 über etwa 25% der Länge der Saugseite 9 zwi¬ schen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6, bildet also etwa 25% der Saugseite 9. Da das Schaufelblatt 4 nur aus dem keramischen Bauteil 11 und dem metallischen Bauteil 12 besteht, erstreckt sich das metallische Bauteil 12 entsprechend ausgehend von der Hinterkante 6 über die verbleibenden etwa 40% der Länge der Druckseite 10 zwischen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6. Zudem erstreckt sich das metallische Bauteil 12 ausgehend von der Hinterkante 6 über die verblei¬ benden etwa 75% der Länge der Saugseite 9 zwischen der Vor- derkante 5 und der Hinterkante 6. Referring again to the first embodiment shown in FIG. 1, starting from the leading edge 5, the ceramic component 11 extends over approximately 60% of the length of the pressure side 10 between the leading edge 5 and the trailing edge 6, thus forming approximately 60% of the length pressure side. In addition, the ceramic member 11 also extends from the front edge 5 than about 25% of the length of the suction side 9 Zvi ¬ rule of the leading edge 5 and the trailing edge 6, that constitutes about 25% of the suction side 9. Since the blade 4 ceramic of only the Component 11 and the metallic component 12, the metallic component 12 extends correspondingly from the trailing edge 6 over the remaining about 40% of the length of the pressure side 10 between the front edge 5 and the trailing edge 6. In addition, the metallic component 12 extends from the trailing edge 6 via the verblei ¬ be released about 75% of the length of the suction side 9 between the front edge 5 and the trailing edge. 6
Das keramische Bauteil 11 ist formschlüssig an der Plattform 3 befestigt, indem es in eine entsprechende Ausnehmung 13 der Plattform 3 gesteckt ist. Somit ist das keramische Bauteil 11 leicht austauschbar und es wird ein gegeneinander Gleiten oder Verschieben der beiden Bauteile 11, 12 ermöglicht. Da sich das keramische Bauteil 11 über einen wesentlichen Teil der Länge der Druckseite 10 erstreckt und sich das metalli- sehe Bauteil 12 über einen wesentlichen Teil der Länge der Saugseite 9 erstreckt, unterstützen die relativ großen Druckkräfte auf der Druckseite 10 die Verbindung der beiden Bau¬ teile 11, 12. The ceramic component 11 is positively secured to the platform 3 by being inserted into a corresponding recess 13 of the platform 3. Thus, the ceramic member 11 is easily replaceable and it is against each other sliding or sliding of the two components 11, 12 allows. Since the ceramic component 11 extends over a substantial part of the length of the pressure side 10 and the metallic component 11 see component 12 extends over a substantial part of the length of the suction side 9, support the relatively large pressure forces on the pressure side 10, the connection of the two construction ¬ parts 11, 12th
In dem metallischen Bauteil 12 sind zwei Hauptkühlluftkanäle 14 ausgebildet. Einer der beiden Hauptkühlluftkanäle 14 ist über eine Vielzahl von Kühlluftlöchern 15, die in dem metallischen Bauteil 12 ausgebildet sind, fluidtechnisch mit der Saugseite 9 des Schaufelblatts 4 verbunden. Der andere Haupt- kühlluftkanal 14 ist über eine Vielzahl von weiteren Kühlluftlöchern 15, die ebenfalls in dem metallischen Bauteil 12 ausgebildet sind, mit der Druckseite 10 beziehungsweise mit der Hinterkante 6 des Schaufelblatts 4 verbunden. Sowohl die druckseitigen als auch ein Teil der sogseitigen Kühlluftlöcher 15 sind benachbart zu einem Übergangsbereich zwischen dem metallischen Bauteil 12 und dem keramischen Bauteil 11 angeordnet. Austrittsöffnungen 16 der Kühlluftlöcher 15 sind auf der Druckseite 10, der Saugseite 9 und an der Hinterkante 6 in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4 jeweils im Wesentlichen entlang einer Geraden und beabstandet zueinander angeordnet. Insgesamt gibt es drei Reihen von Kühlluftöffnungen 16, wovon die sogseitige Reihe darstel¬ lungsbedingt der Figur 1 nicht zu entnehmen ist. Beide Haupt- kühlluftkanäle 14 erstrecken sich in der Haupterstreckungs¬ richtung R des Schaufelblatts 4. Die Pfeile an den Kühlluft¬ löchern 15 in der Figur 1 sollen eine mögliche Strömungsrichtung von Kühlluft andeuten. Dadurch, dass das keramische Bau¬ teil 11 in der ersten Ausführungsform einen Großteil der Druckseite 10 bildet, kann es die Turbinenschaufel effizient vor den hohen druckseitigen Temperaturen schützen. Gleichzeitig erhöht sich die Lebensdauer des keramischen Bauteils 11, da es vornehmlich Druckkräften und nur in geringem Maße Zug-, Biege- und Scherkräften ausgesetzt ist. In the metallic component 12, two main cooling air channels 14 are formed. One of the two main cooling air channels 14 is fluidly connected to the suction side 9 of the airfoil 4 via a plurality of cooling air holes 15 formed in the metallic component 12. The other main cooling air channel 14 is connected to the pressure side 10 and to the trailing edge 6 of the airfoil 4 via a plurality of further cooling air holes 15, which are likewise formed in the metallic component 12. Both the pressure-side and a part of the so-called cooling air holes 15 are arranged adjacent to a transition region between the metallic component 12 and the ceramic component 11. Outlet openings 16 of the cooling air holes 15 are arranged on the pressure side 10, the suction side 9 and at the trailing edge 6 in the main extension direction R of the airfoil 4 each substantially along a straight line and spaced from each other. There are three rows of cooling holes 16, of which the series sogseitige depicting ¬ lung conditionally of Figure 1 is not apparent. Both the main cooling air passages 14 extend in the main Erstreckungs ¬ direction R of the blade 4. The arrows on the cooling air ¬ holes 15 in the figure 1 to a possible flow direction of cooling air hint. The fact that the ceramic construction ¬ part 11 in the first embodiment forms a major part of the pressure side 10, it can protect the turbine blade efficiently against the high pressure side temperatures. At the same time, the service life of the ceramic component 11 is increased, since it is exposed primarily to compressive forces and only to a small extent tensile, bending and shear forces.
In der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 1 ist das metallische Bauteil 12 noch zusätzlich mit einer metallischen Schicht (Bondcoat) und einer daraufliegenden keramischen Schicht (Thermal Barrier Coating, TBC) beschichtet, um eine Erwärmung der Turbinenschaufel 1 während ihres Betriebs weiter zu minimieren. Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaufelblatts 4 einer Turbinenschaufel 1 gemäß einer zweiten Ausführungs¬ form der vorliegenden Erfindung. Das keramische Bauteil 11 erstreckt sich ausgehend von der Vorderkante 5 über etwa 60% der Länge der Länge der Druckseite 10 zwischen der Vorderkan- te 5 und der Hinterkante 6. Zusätzlich erstreckt sich das ke¬ ramische Bauteil 11 ebenfalls ausgehend von der Vorderkante 5 über etwa 60% der Länge der Saugseite 9 zwischen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6. Das keramische Bauteil 11 er¬ streckt sich also entlang der Druckseite 10 und der Saugseite 9 gleich weit. Da das Schaufelblatt 4 nur aus dem keramischen Bauteil 11 und dem metallischen Bauteil 12 besteht, erstreckt sich das metallische Bauteil 12 ausgehend von der Hinterkante 6 über die jeweils verbleibenden etwa 40% der Länge der In the first embodiment of the turbine blade 1 according to the invention, the metallic component 12 is additionally provided with a metallic layer (bond coat) and a coated on this layer (Thermal Barrier Coating, TBC) to further minimize heating of the turbine blade 1 during its operation. Figure 2 shows a schematic view of a blade 4 of a turbine blade 1 according to a second embodiment of the present invention ¬. The ceramic component 11 extends from the front edge 5 about 60% of the length of the length of the pressure side 10 between the leading edge 5 and the trailing edge 6. In addition, the ke ¬ ramische member 11 also extends from the front edge 5 than about 60% of the length of the suction side 9 between the leading edge 5 and the trailing edge 6. the ceramic component 11, he ¬ thus extends along the pressure side 10 and the suction side 9 equidistant. Since the airfoil 4 consists only of the ceramic component 11 and the metallic component 12, the metallic component 12 extends from the trailing edge 6 over the respective remaining approximately 40% of the length of the
Druckseite 10 und der Länge der Saugseite 9 zwischen der Vor- derkante 5 und der Hinterkante 6. Pressure side 10 and the length of the suction side 9 between the front edge 5 and the rear edge. 6
Das metallische Bauteil 12 ist über eine Zapfenverbindung 17 formschlüssig mit der Plattform 3 verbunden und das keramische Bauteil 11 ist wiederum über eine schwalbenschwanzartige Verbindung 18 formschlüssig mit dem metallischen Bauteil 12 verbunden. Zusätzlich ist das keramische Bauteil 11 über eine Verbindung, die auf einem Bindemittel und einem Brennvorgang basiert, mit dem metallischen Bauteil 12 verbunden. Alternativ wäre es auch möglich, eine Lötverbindung vorzusehen. The metallic component 12 is connected in a form-fitting manner to the platform 3 via a spigot connection 17, and the ceramic component 11 is in turn connected in a form-fitting manner to the metallic component 12 via a dovetail-like connection 18. In addition, the ceramic member 11 is bonded to the metallic member 12 through a bond based on a binder and a firing process. Alternatively, it would also be possible to provide a solder joint.
Durch die zweifache Befestigung ist das keramische Bauteil 11 besonders sicher mit dem metallischen Bauteil 12 verbunden. Due to the double attachment, the ceramic component 11 is particularly securely connected to the metallic component 12.
In dem metallischen Bauteil 12 ist ein Hauptkühlluftkanal 14 ausgebildet, der über eine Vielzahl von Kühlluftlöchern 15, die in dem metallischen Bauteil 12 ausgebildet sind, fluid- technisch mit der Saugseite 9, der Druckseite 10 und mit der Hinterkante 6 des Schaufelblatts 4 verbunden sind. Sowohl die druckseitigen als auch die sogseitigen Kühlluftlöcher 15 sind benachbart zu einem Übergangsbereich zwischen dem metallischen Bauteil 12 und dem keramischen Bauteil 11 angeordnet. Austrittsöffnungen 16 der Kühlluftlöcher 15 sind auf der Druckseite 10, der Saugseite 9 und an der Hinterkante 6 in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4 jeweils im Wesentlichen entlang einer Geraden und beabstandet zueinander angeordnet. Insgesamt gibt es drei Reihen von Kühl- luftöffnungen 16. In der Figur 2 ist aufgrund der Perspektive jeweils nur ein Kühlluftloch 15 aus jeder der drei Reihen zu erkennen. Der Hauptkühlluftkanal 14 erstreckt sich in derIn the metallic component 12, a main cooling air channel 14 is formed, which are fluidly connected to the suction side 9, the pressure side 10 and the trailing edge 6 of the airfoil 4 via a plurality of cooling air holes 15 formed in the metallic component 12. Both the pressure-side and the so-called cooling air holes 15 are arranged adjacent to a transition region between the metallic component 12 and the ceramic component 11. Outlet openings 16 of the cooling air holes 15 are arranged on the pressure side 10, the suction side 9 and at the trailing edge 6 in the main extension direction R of the airfoil 4 each substantially along a straight line and spaced from each other. Overall, there are three rows of cooling air openings 16. In FIG. 2, only one cooling air hole 15 can be seen from each of the three rows due to the perspective. The main cooling air passage 14 extends in the
Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4. Die Pfeile an den Kühlluftlöchern 15 in der Figur 2 sollen eine mögliche Strömungsrichtung von Kühlluft andeuten. Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Schaufelblatts 4 einer Turbinenschaufel 1 gemäß einer dritten Ausführungs¬ form der vorliegenden Erfindung. Hier erstreckt sich das keramische Bauteil 11 ausgehend von der Vorderkante 5 über etwa 75% der Länge der Druckseite 10 zwischen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6. Zusätzlich erstreckt sich das kerami¬ sche Bauteil 11 ebenfalls ausgehend von der Vorderkante 5 über etwa 25% der Länge der Saugseite 9 zwischen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6. Da das Schaufelblatt 4 nur aus dem keramischen Bauteil 11 und dem metallischen Bauteil 12 besteht, erstreckt sich das metallische Bauteil 12 entspre¬ chend ausgehend von der Hinterkante 6 über die verbleibenden etwa 25% der Länge der Druckseite 10 beziehungsweise die ver¬ bleibenden etwa 75% der Länge der Saugseite 9 zwischen der Vorderkante 5 und der Hinterkante 6. Main extension direction R of the airfoil 4. The arrows on the cooling air holes 15 in Figure 2 are intended to indicate a possible flow direction of cooling air. Figure 3 shows a schematic view of a blade 4 of a turbine blade 1 according to a third execution ¬ of the present invention. Here, the ceramic member 11 extends from the front edge 5 than about 75% of the length of the printing page 10 between the leading edge 5 and the trailing edge 6. In addition, the ceramic j ¬ specific component 11 also extends from the front edge 5 than about 25% of the length of the suction side 9 between the leading edge 5 and the trailing edge 6. Since the blade 4 consists only of the ceramic member 11 and the metallic member 12, the metallic member 12 extends entspre ¬ accordingly starting from the trailing edge 6 over the remaining approximately 25% the length of the pressure side 10 and the ver ¬ lasting about 75% of the length of the suction side 9 between the leading edge 5 and the trailing edge. 6
In dieser dritten Ausführungsform kann das keramische Bauteil 11 auf unterschiedliche Weise mit dem metallischen Bauteil 12 verbunden sein. Beispielsweise kann das keramische Bauteil 11 formschlüssig an der Plattform 3 befestigt und/oder mit dem metallischen Bauteil 12 über eine duktile Lötverbindung verbunden sein. Obwohl es auf die genaue Verbindungsart in die¬ ser Ausführungsform nicht ankommt, kann es vorteilhaft sein, eine Verbindung zu wählen, die eine gewisse Relativbewegung zwischen den beiden verbundenen Bauteilen 11, 12 ermöglicht. In this third embodiment, the ceramic component 11 may be connected to the metallic component 12 in different ways. For example, the ceramic component 11 can be fixed in a form-fitting manner to the platform 3 and / or connected to the metallic component 12 via a ductile solder joint. Although it does not depend on the exact connection to the ¬ ser embodiment, it may be advantageous, to choose a connection that allows a certain relative movement between the two connected components 11, 12.
In dem metallischen Bauteil 12 ist ein Hauptkühlluftkanal 14 ausgebildet, der sich in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4 erstreckt und über eine Vielzahl von Kühl¬ luftlöchern 15, die in dem metallischen Bauteil 12 ausgebildet sind, fluidtechnisch mit der Saugseite 9 des Schaufel¬ blatts 4 verbunden ist. Ein zweiter Hauptkühlluftkanal 14 ist zwischen dem keramischen Abschnitt 11 und dem metallischenIn the metallic component 12, a main cooling air channel 14 is formed, which extends in the main extension direction R of the blade 4 and fluidly with the suction side 9 of the blade ¬ blade 4 via a plurality of cooling ¬ air holes 15 which are formed in the metallic component 12 connected is. A second main cooling air channel 14 is between the ceramic section 11 and the metallic one
Abschnitt 12 ausgebildet und erstreckt sich ebenfalls in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4. Innerhalb des zweiten Hauptkühlluftkanals 14 sind Abstandshalter 19 in Form von Streben vorgesehen. Die Streben 19 erstrecken sich in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4 über die gesamte Länge des zweiten Hauptkühlluftkanals 14. In der Figur 3 sind die Streben 19 angedeutet, deren Länge aller¬ dings aus Gründen der Darstellungsperspektive nicht zu erken¬ nen. Der zweite Hauptkühlluftkanal 14 ist über eine Vielzahl von Kühlluftlöchern 15 mit der Hinterkante 6 fluidtechnisch verbunden. Zusätzlich ist der zweite Hauptkühlluftkanal 14 an den in der Figur 3 kenntlich gemachten Positionen I und II mit der Saugseite 9 und der Druckseite 10 fluidtechnisch ver¬ bunden. Auf der Saugseite 9 und an der Hinterkante 6 sind Austrittsöffnungen 16 der Kühlluftlöcher 15 in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts 4 jeweils im Wesent¬ lichen entlang einer Geraden und beabstandet zueinander angeordnet. Insgesamt gibt es drei Reihen von Kühlluftöffnungen 16, zwei auf der Saugseite 9 und eine an der Hinterkante 6. In der Figur 3 ist aufgrund der Perspektive jeweils nur ein Kühlluftloch 15 aus jeder der drei Reihen zu erkennen. Beide Hauptkühlluftkanäle 14 erstrecken sich in der Haupterstre¬ ckungsrichtung R des Schaufelblatts 4. Die Pfeile an den Kühlluftlöchern 15 in der Figur 1 sollen eine mögliche Strö- mungsrichtung von Kühlluft andeuten. Section 12 is formed and also extends in the main extension direction R of the airfoil 4. Within the second main cooling air channel 14 spacers 19 are provided in the form of struts. The struts 19 extend in the main extension direction R of the blade 4 over the entire length of the second main cooling air passage 14. In Figure 3, the struts 19 are indicated not to erken the length of all ¬ recently for purposes of illustration perspective ¬ NEN. The second main cooling air channel 14 is fluidly connected to the trailing edge 6 via a plurality of cooling air holes 15. In addition, the second main cooling air channel 14 at the indicated in the figure 3 positions I and II with the suction side 9 and the pressure side 10 fluidly ver ¬ connected. On the suction side 9 and at the trailing edge 6 outlet openings 16 of the cooling air holes 15 in the main extension direction R of the airfoil 4 are each arranged in wesent ¬ union along a straight line and spaced from each other. In total there are three rows of cooling air openings 16, two on the suction side 9 and one on the trailing edge 6. In FIG. 3, only one cooling air hole 15 can be seen from each of the three rows due to the perspective. Both the main cooling air passages 14 extending in the Haupterstre ¬ ckungsrichtung R of the blade 4. The arrows at the cooling air holes 15 in the figure 1 to a possible direction of flow of cooling air to suggest.
Dadurch, dass das keramische Bauteil 11 in der dritten Aus¬ führungsform einen Großteil der Druckseite 10 bildet, kann es die Turbinenschaufel 1 effizient vor den hohen druckseitigen Temperaturen schützen. Gleichzeitig erhöht sich die Lebens¬ dauer des keramischen Bauteils 11, da es vornehmlich Druckkräften und nur in geringem Maße Zug-, Biege- und Scherkräf- ten ausgesetzt ist. Zudem bietet der Hauptkühlluftkanal 14 zwischen dem keramischen Bauteil 11 und dem metallischen Bauteil 12 den Vorteil, dass beispielsweise Wärme des während des Betriebs der Turbinenschaufel 1 aufgeheizten keramischen Abschnitts 11 unmittelbar an eine diesen Hauptkühlluftkanal 14 durchströmende Kühlluft abgegeben werden kann, ohne das metallische Bauteil 12 weiter aufzuheizen. Because the ceramic component 11 forms a major part of the pressure side 10 in the third embodiment , it can efficiently protect the turbine blade 1 from the high pressure-side temperatures. At the same time, the life ¬ life of the ceramic component 11 increases, since it is primarily subjected to compressive forces and only slightly tensile, bending and shear forces. In addition, the main cooling air channel 14 between the ceramic component 11 and the metallic component 12 has the advantage that, for example, heat of the ceramic section 11 heated during operation of the turbine blade 1 can be released directly to a cooling air flowing through this main cooling air channel 14, without the metallic component 12 continuing heat.
Bezüglich weiterer Vorteile der im Zusammenhang mit der Beschreibung der drei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel erwähnten Merkmale oder Merkmalskombinatio¬ nen wird auf den allgemeinen Beschreibungsteil verwiesen. With regard to further advantages of in connection with the description of three embodiments of the turbine blade mentioned features or combination Natio ¬ nen invention is made to the general part of the description.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention in detail by the preferred embodiment has been illustrated and described in detail, the invention is not limited ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Turbinenschaufel (1), insbesondere Lauf- oder Leitschau- fei, die einen Schaufelfuß (2), eine sich daran anschließende Plattform (3) und ein sich an der fußabgewandten Seite der Plattform (3) anschließendes Schaufelblatt (4) aufweist, das eine Vorderkante (5) und eine Hinterkante (6), die sich in einer Haupterstreckungsrichtung R von einem Wurzelbereich (7) zu einem Spitzenbereich (8) des Schaufelblatts (4) erstre¬ cken, und eine Saugseite (9) und eine Druckseite (10), die sich zwischen der Vorderkante (5) und der Hinterkante (6) er¬ strecken, umfasst und aus zumindest einem keramischen Bauteil (11) und zumindest einem metallischen Bauteil (12) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine kerami¬ sche Bauteil (11) die Vorderkante (5) definiert und sich aus¬ gehend von dieser zumindest entlang der Druckseite (10) er¬ streckt . 1. turbine blade (1), in particular running or Leitschau- fei having a blade root (2), an adjoining platform (3) and an on the foot-facing side of the platform (3) subsequent blade (4), the a leading edge (5) and a trailing edge (6) extending in a main extension direction R from a root region (7) to a tip region (8) of the blade (4) erstre ¬ CKEN, and a suction side (9) and a pressure side (10 ), which he ¬ extend between the leading edge (5) and the trailing edge (6), comprising and consisting of at least (a ceramic member 11) and at least one metal component (12) is mounted, characterized in that the at least one ceramic j ¬ -specific component (11) the leading edge (5) defined and it stretches from ¬ ¬ continuously from said at least along the pressure side (10).
2. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, 2. turbine blade (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
sich das zumindest eine keramische Bauteil (11) über mindes¬ tens 50 %, bevorzugt mindestens 60%, besser noch mindestens 75% der Länge der Druckseite (10) zwischen der Vorderkante (5) und der Hinterkante (6) erstreckt. the at least one ceramic component (11) via Minim ¬ least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 75% of the length of the pressure side (10) between the leading edge (5) and the trailing edge (6).
3. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
sich das zumindest eine keramische Bauteil (11) ausgehend von der Vorderkante (5) entlang der Saugseite (9) erstreckt, wo¬ bei es maximal 60% der Saugseite (9) bildet, bevorzugt maxi¬ mal 25%. the at least one ceramic component (11) starting from the front edge (5) along the suction side (9), where it forms ¬ at most 60% of the suction side (9), preferably maxi ¬ times 25%.
4. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
sich das zumindest eine keramische Bauteil (11) ausgehend von der Vorderkante (5) entlang der Druckseite (10) und der Saug¬ seite (9) gleich weit erstreckt. the at least one ceramic component (11) starting from the front edge (5) along the pressure side (10) and the suction side ¬ (9) extends equally far.
5. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, 5. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine keramische Bauteil (11) formschlüssig an dem zumindest einen metallischen Bauteil (12) und/oder an der Plattform (3) befestigt ist. the at least one ceramic component (11) is fastened in a form-fitting manner to the at least one metallic component (12) and / or to the platform (3).
6. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine keramische Bauteil (11) mit dem zumindest einen metallischen Bauteil (12) über eine Lötverbindung, insbesondere über eine duktile Lötverbindung, oder über eine Verbindung, die auf einem Bindemittel und einem Brennvorgang basiert, verbunden ist. the at least one ceramic component (11) is connected to the at least one metallic component (12) via a solder joint, in particular via a ductile solder joint, or via a bond based on a binder and a firing process.
7. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in dem zumindest einen metallischen Bauteil (12) und/oder zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil (11) und dem zumindest einen metallischen Bauteil (12) zumindest ein Hauptkühlluftkanal (14) ausgebildet ist, der fluidtechnisch mit der Druckseite (10) und/oder der Saugseite (9) und/oder der Hinterkante (6) verbunden ist und sich insbesondere in der Haupterstreckungsrichtung R des Schaufelblatts (4) er- streckt. in which at least one metallic component (12) and / or between the at least one ceramic component (11) and the at least one metallic component (12) at least one main cooling air duct (14) is formed, which fluidly communicates with the pressure side (10) and / or the suction side (9) and / or the trailing edge (6) is connected and extends in particular in the main extension direction R of the airfoil (4).
8. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 7, 8. turbine blade (1) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die fluidtechnische Verbindung durch Kühlluftlöcher (15), insbesondere Kühlluftbohrungen, realisiert ist, die in dem zumindest einen metallischen Bauteil (12) und/oder in dem zumindest einen keramischen Bauteil (11) ausgebildet sind. the fluidic connection is realized by cooling air holes (15), in particular cooling air bores, which are formed in the at least one metallic component (12) and / or in the at least one ceramic component (11).
9. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 8, 9. turbine blade (1) according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Vielzahl von Kühlluftlöchern (15) benachbart zu einem Übergangsbereich zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil (11) und dem zumindest einen metallischen Bauteil (12) angeordnet sind. a plurality of cooling air holes (15) are arranged adjacent to a transition region between the at least one ceramic component (11) and the at least one metallic component (12).
10. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10. turbine blade (1) according to any one of claims 8 and 9, characterized in that
Austrittsöffnungen (16) von zumindest einem Teil der Kühlluftlöcher (15) auf der Druckseite (10), der Saugseite (9) und/oder an der Hinterkante (6) des Schaufelblatts (4) in der Haupterstreckungsrichtung R im Wesentlichen entlang einer Geraden und beabstandet zueinander angeordnet sind.  Outlet openings (16) of at least part of the cooling air holes (15) on the pressure side (10), the suction side (9) and / or on the trailing edge (6) of the airfoil (4) in the main extension direction R substantially along a straight line and spaced are arranged to each other.
11. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass 11. turbine blade (1) according to one of claims 7 to 10, characterized in that
innerhalb eines Kühlluftkanals (14) zwischen dem zumindest einen keramischen Bauteil (11) und dem zumindest einen metal¬ lischen Bauteil (12) Abstandshalter (19), insbesondere in Form von Pins und/oder Streben, vorgesehen sind. within a cooling air channel (14) between the at least one ceramic component (11) and the at least one metal ¬ cal component (12) spacers (19), in particular in the form of pins and / or struts, are provided.
12. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine metallische Bauteil (12) mit einer metal- lischen Schicht und einer daraufliegenden keramischen Schicht beschichtet ist. the at least one metallic component (12) is coated with a metallic layer and a ceramic layer lying thereon.
13. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das zumindest eine keramische Bauteil ein CMC-Material auf- weist oder daraus besteht. the at least one ceramic component comprises or consists of a CMC material.
14. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Schaufelblatt (4) aus genau einem keramischen Bauteil (11) und genau einem metallischen Bauteil (12) besteht. the blade (4) consists of exactly one ceramic component (11) and exactly one metallic component (12).
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