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Patent Searching and Data


Title:
LAYER SYSTEM HAVING A COATING RECESS ON COOLING AIR HOLES OF TURBINE BLADES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/148916
Kind Code:
A1
Abstract:
The spallation behavior of a TBC is significantly improved by means of a special recess around cooling air holes (11`, 11``,...), in which an enveloping recess (13`, 13``) and a strip-shaped depression (8), which connects the enveloping recesses to each other, are provided.

Inventors:
AHMAD, Fathi (Moselstr. 1, Kaarst, 41564, DE)
MENKE, Christian (Thusneldastr. 25, Essen, 45329, DE)
VOSS, Christian (Glückstraße 5, Kevelaer, 47625, DE)
Application Number:
EP2017/054597
Publication Date:
September 08, 2017
Filing Date:
February 28, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
International Classes:
F01D5/28
Foreign References:
US20110305582A12011-12-15
DE102007038858A12008-03-06
EP1043480A22000-10-11
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Schichtsystem (1),

zumindest aufweisend:

ein Substrat mit zumindest einer äußeren Schicht (9), insbesondere mit einer äußeren keramischen Schicht (9), wobei das Schichtsystem (1) mehrere Kühlluftlöcher (11 11 λ λ , ...) aufweist,

die insbesondere in zumindest einer Kühlluftreihe (10

10 λ λ, ...) angeordnet und

wobei um mehrere Kühlluftlöcher (11 11 λ λ, ...) zumindest eine gemeinsame, durchgehende Aussparung (12) in der

Schicht (9) vorhanden ist,

wobei Aussparung (12) bedeutet, dass dort zumindest keine äußere Schicht (9) vorhanden ist,

wobei die Aussparung (12) gebildet ist durch

eine streifenförmige Aussparung (8) und

kreisförmige oder ovalförmige Aussparungen (13 13 λ λ, ...) um die Kühlluftlöcher (11, 11 λ λ, ...) ,

die mit der streifenförmigen Aussparung (8) verbunden sind, die (8) ebenfalls keine Schicht (9) aufweist.

2. Schichtsystem nach Anspruch 1,

bei dem die äußere Schicht (9) eine äußere keramische

Schicht (9) darstellt.

3. Schichtsystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,

bei dem die äußere keramische Schicht (9) eine teilstabili¬ sierte Zirkonoxidschicht aufweist.

4. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,

bei dem unter der äußeren keramischen Schicht (9) eine metallische Haft ermittlerschicht ,

insbesondere auf der Basis NiCoCrAlY vorhanden ist.

5. Schichtsystem nach Anspruch 4,

bei dem in den Aussparungen (13 13 λ λ, 8; 12) keine äußere keramische Schicht (9),

aber eine metallische Haftvermittlerbeschichtung vorhanden ist .

6. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5,

bei dem die Aussparung (12) nur einen Teil von Kühlluftlöchern (11 11 λ λ, ...) einer Kühlluftreihe (10 10 λ λ, ...) einer Turbinenschaufel betrifft.

7. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,

bei dem sich die streifenförmige Vertiefung (8) nur entlang der Kühlluftlöcher (11 11 λ λ, ...) erstreckt,

die Aussparungen (13 13 λ λ, ...) aufweisen.

8. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7,

bei dem die streifenförmige Aussparung (8) strömungstechnisch hinter den Kühlluftlöchern (11 11 λ λ, ...) angeordnet ist .

9. Schichtsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8,

bei dem die streifenförmige Aussparung (8) rechteckig aus¬ gebildet ist.

Description:
Schichtsystem mit Beschichtungsaussparung an Kühlluftlöchern von Turbinenschaufeln

Die Erfindung betrifft die Aussparung einer Beschichtung um Kühlluftlöcher bei Turbinenschaufeln.

Die Leit- und Laufschaufeln der ersten Turbinenstufen von Gasturbinen sind aufgrund der hohen thermischen Belastung in der Regel mit einer thermischen Schutzschicht (Thermal

Barrier Coating = TBC) versehen. Nach dem Beschichten der Turbinenschaufel mit der TBC müssen die vormals eingebrachten Kühlluftbohrungen erneut geöffnet bzw. erstmalig gebohrt wer ¬ den. Durch das angewendete Bohrverfahren ist es bisher unver- meidlich, dass in die Randbereiche der jeweiligen Öffnungen Mikrorisse initiiert werden. Diese Mikrorisse können der Startpunkt für TBC-Abplatzungen sein und sollten somit nach Abschluss der Schaufelfertigung möglichst gar nicht mehr vorhanden sein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein System aufzuzeigen, das die Abplatzung der TBC um die Kühlluftlöcher herum verhindert . Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schichtsystem gemäß An ¬ spruch 1.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön- nen, um weitere Vorteile zu erzielen.

Es zeigen die Figuren 1, 2 Ausführungsbeispiele der

Erfindung . Als Erfindung soll hier ein optimales Muster für eine TBC-

Aussparung aufgezeigt werden. Das Ziel ist weiterhin, Mikrorisse in der TBC um Kühlluftbohrungen gänzlich zu vermeiden. Das Muster kann sowohl vor dem Aufbringen der TBC mittels einer Markierung aufgebracht werden, sodass die Schaufel an diesen Stellen erst gar nicht mit einer TBC beschichtet wird oder es wird nachträglich mit einer Negativmaske beklebt und anschließend mechanisch bearbeitet, sodass die TBC dann nur an diesen Stellen wieder abgetragen wird, z.B. durch

Sandstrahlen .

Die optimale Aussparung besteht aus folgenden geometrischen Formen :

1. Kreisflächen oder Ovalflächen um die Kühlluftlöcher;

2. streifenförmige Quernut axial hinter diesen Flächen, die alle Kreisflächen oder Ovalflächen einer Kühlluftreihe miteinander verbindet.

Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.

Die Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Schaufelblatt 4 eines Turbinenbauteils und einer Turbinenschaufel 1 - hier als beispielhaftes Bauteil -.

Das Schaufelblatt 4 weist an der Anströmkante sowie auf der Saug- bzw. Druckseite Kühlluftlöcher 11 11 λ λ , ... auf, die insbesondere in mehreren Kühlluftreihen 10 10 λ λ , ...

angeordnet sind.

Außerdem weist die Turbinenschaufel 1 eine äußere Schicht 9 auf einem Substrat auf, die auf dem vorzugsweise verwendeten nickel- oder kobaltbasierten Substrat aufgebracht ist und einen metallischen Haftvermittlerschicht und/oder eine äußere keramischen Schicht 9 aufweist.

Um einen Teil 7 (gestrichelt angedeutet) der Kühlluftlöcher 11 11 λ λ , also nicht alle Kühlluftlöcher 11 11 λ λ , ... betreffend, ist eine Aussparung 12 der äußeren Schicht 9 vorhanden . Figur 2 zeigt eine vergrößerte Sicht auf diese Kühlluftlöcher 11 11 λ λ , ... gemäß Figur 1.

Um diese Kühlluftlöcher 11 11 λ λ , ... herum ist jeweils eine kreisförmige oder ovalförmige Aussparung 13 13 λ λ , ...

vorhanden, die sich um das jeweilige gesamte Kühlluftloch 11 11 λ λ , ... erstreckt.

Weiterhin ist eine streifenförmige Vertiefung 8 vorhanden, die sich an die Aussparungen 13 13 λ λ der Kühlluftlöcher

11 11 λ λ , ... direkt anschließt und die durchgehende Ausspa ¬ rung 12 bildet.

Die streifenförmige Vertiefung 8 ist vorzugsweise rechteckig ausgebildet.

In dieser streifenförmigen Vertiefung 8 sind keine

Kühlluftlöcher vorhanden.

Die streifenförmige Vertiefung 8 erstreckt sich vorzugsweise nur entlang der Kühlluftlöcher 11 11 λ λ , die die

Aussparungen 13 13 λ λ , ... aufweisen, aber nicht darüber hinaus und ist strömungstechnisch hinter den Kühlluftlöchern 11 11 λ λ , ... angeordnet. Dabei ist das Muster nur in einem gewissen Bereich der

Kühlluftlöcher eingebracht (eine halbe Kühlluftreihe) . Die Aussparungen können auch auf größere Teile der Schaufel angewendet werden. Die Aussparung 13 13 λ λ , 8 kann durch nachträgliche Bear ¬ beitung entstehen oder beim Beschichten durch entsprechende Abschaffung erneut erzeugt werden.

Die Vorteile sind:

• das eingebrachte Aussparungsmuster birgt das Potential, die TBC-Abplatzungen im laufenden Betrieb der Turbinenschaufel zu verringern oder sogar gänzlich zu vermeiden. Je nach Grad der Auswirkung auf das Abplatzungsverhalten können dadurch ungeplante Stillstände sowie ungeplante Schaufelaustäusche verringert werden. Das hier aufgezeigte Muster birgt eine höhere thermische Schutzfunktion,

· die Abtragung um die Kühlluftbohrungen entfernt die beim Bohren unvermeidlich eingebrachten Mikrorisse. Die alle kreisförmigen Aussparrungen verbindende Quernut reduziert zusätzlich die Neigung zum Abplatzen der TBC, da sie eine Rissfortpflanzungsbarriere darstellt,

· Kosteneinsparungen beim Service der Gasturbinen durch

Steigerung der Zuverlässigkeit der Gasturbine und damit Einhaltung von Garantien (Verfügbarkeit) sowie gesteigerter Kundennutzen und damit stärke Kundenbindung / Potential auf neue Aufträge.