Turbinenschaufelspitze, Turbinenschaufel und Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Design einer Turbinenschaufelspitze einer Turbinenschaufel sowie Herstel lungsverfahren dafür.

Turbinenschaufeln von Gasturbinen oder Turbinen, die einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt sind, weisen im Inneren Kühlstrukturen sowie gegebenenfalls Kühllöcher an der Außen wand des Schaufelblatts auf, aus denen Kühlluft aus dem Inne ren der Turbinenschaufel herausströmt.

Diese Schaufelspitzen weisen an ihrem radialen Ende oft eine umlaufende Wand auf, die an der Außenkontur des Schaufel blatts entlang verläuft und so dazwischen eine Vertiefung bildet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kühlung einer solchen Tur binenschaufelspitze zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufelspitze gemäß An spruch 1, eine Turbinenschaufel nach Anspruch 6 und ein Ver fahren gemäß Anspruch 8.

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 bis 6 schematisch die Erfindung.

Die Beschreibung und die Figuren stellen nur Ausführungsbei spiele der Erfindung dar, die auch beliebig miteinander kom biniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.

Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf eine Turbinenschaufelspitze 3 einer Turbinenschaufel 1. Zu erkennen sind eine Anströmkante 7 und eine Abströmkante 10 eines Schaufelblatts 4 der Turbinenschaufel 1.

Die Schaufelspitze 3 weist eine Wand 19 auf, die entlang der Außenkontur des Schaufelblatts 4 verläuft.

Die Wand 19 verläuft auf einer vorzugsweise flachen oder ebe nen Oberfläche 28 der Turbinenschaufel 1.

In Radialrichtung 14 (Einbaurichtung der Turbinenschaufel 1 in der Turbine) gesehen weist die Wand 19 vorzugsweise an je der Stelle vorzugsweise die gleiche Dicke auf.

Vorzugsweise hat die Wand 19 überall auch die gleiche Höhe von der Oberfläche 28 aus betrachtet.

Solche Verläufe und Geometrien der Wand 19 sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Innerhalb einer Vertiefung 20, die durch die Wand 19 gebildet wird, ist vorzugweise zumindest ein, sind insbesondere min destens zwei Kühlluftlöcher 18 im Grundkörper der Turbinen schaufel 1 vorhanden, aus denen aus der Oberfläche 28 Kühl luft ausströmt. Vorzugsweise sind es zwei oder drei Kühlluft löcher 18. Die Kühlluftlöcher 18 sind vorzugsweise nahe der Anströmkante 7 und in Längsrichtung (= von Anströmkante 7 in Richtung Abströmkante 10) oder Umströmungsrichtung der Turbi nenschaufel 1 im Einsatz gesehen vorzugsweise vor einem Ein- strömgehäuse 22 angeordnet.

Bei mehreren Kühlluftlöchern 18 sind diese vorzugsweise in Längsrichtung der Turbinenschaufel 1 hintereinander angeord net.

Innerhalb der Vertiefung 20 ist vorzugsweise ein Einströmge- häuse 22 vorhanden, das Zuluftkanäle 32 (Fig. 4, 5) aus dem Inneren 35 der Turbinenschaufel 1 abdeckt, so dass Kühlluft in einen Kanal 40 der Wand 19 eingeleitet werden kann (Figur 5).

Es gibt insbesondere mindestens drei Zuluftkanäle 32. Vorzugsweise gibt es auch nur einen Kanal 40 in der Wand 19. Das Einströmgehäuse 22 ist auf der Oberfläche 28 innerhalb der Vertiefung 20 angeordnet und grenzt direkt an die Wand 19 an.

Dieses Einströmgehäuse 22 ist vorzugsweise auf der Saugseite 13 ausgebildet, die der Druckseite 16 gegenüberliegt. Das Einströmungsgehäuse 22 ist vorzugsweise nicht so hoch wie die Wand 19. Das Einströmungsgehäuse 22 ist gerade so lang ausge bildet, um die Zuluftkanäle 32 zu überdecken (Fig. 5).

Das Einströmgehäuse 22 liegt in Längsrichtung gesehen vor zugsweise hinter dem letzten Kühlluftloch 18.

Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf die Turbinenschaufelspitze 3. Die Wand 19 weist auf der Saugseite 13 auf ihrer äußersten Oberfläche 21 Ausgänge mehrerer Kühllöcher 25 auf, hier ins besondere zehn, aus denen Kühlluft aus dem Kanal 40 (Fig. 5,

6) der Wand 19 durch die Wand 19 nach außen strömt.

Die Kühllöcher 25 sind in Längsrichtung der Turbinenschau felspitze 3 hintereinander und vorzugsweise versetzt zueinan der angeordnet.

Von diesen Kühllöchern 25 gibt es vorzugsweise mindestens drei, ganz vorzugsweise mindestens fünf.

Die Kühlluftversorgung der Kühllöcher 25 erfolgt über einen Kühlluftkanal 40 (Fig. 5, 6), insbesondere nur durch den ei nen Kühlluftkanal 40.

Auf der Druckseite 16 sind in der Wand 19 vorzugsweise keine Löcher ausgebildet.

Figur 3 zeigt eine beispielhafte Ausgangssituation bei der Herstellung einer solchen Turbinenschaufelspitze 3.

Die Turbinenschaufel 1 wird mit einer vorzugsweise flachen oder ebenen Oberfläche 28 hergestellt oder nach einem Einsatz bereitgestellt bzw. aufgearbeitet, die vorzugsweise dann schon die Kühlluftlöcher 18 aufweist, die innerhalb des Be reichs der Vertiefung 20 angeordnet sind, sowie weitere, ins besondere fünf, Zuluftkanäle 32, aus denen Kühlluft aus dem Inneren 35 (Fig. 4, 5) der Turbinenschaufel 1 in den Kanal 40 innerhalb der Wand 19 strömen kann.

Eine solche Turbinenschaufel 1 kann schon bei der Neuherstel lung oder bei der Reparatur gemäß Figur 3 hergestellt werden. Die Kühlluftlöcher 18 werden neu eingebracht bzw. sind schon vorhanden oder werden teilweise verschlossen, weil die Küh lung der Schaufelspitze 3 verbessert wurde. Insbesondere das in Umströmungsrichtung gesehen letzte Kühlluftloch 18.

Ebenso kann die gesamte Turbinenschaufel 1 mit Schaufelspitze 3 in einem additiven Verfahren komplett zusammen hergestellt sein.

Ebenso kann die Schaufelspitze 3 auf die Oberfläche 28 aufge tragen werden mittels SLM, SLS, Auftragsschweißen oder jedem anderen additiven Fertigungsverfahren.

Ebenso ist es möglich, die Schaufelspitze 3 separat herzu stellen (Fig. 6) und mit der Turbinenschaufel 1 gemäß Figur 3 zu verbinden.

Figur 4 zeigt einen Schnitt gemäß Figur 3 mit der Oberfläche 28 und den Zuluftkanälen 32, die über das Innere 35, insbe sondere aus einem Umlenkkanal (dem Inneren 35) heraus, inner halb der Turbinenschaufel 1 versorgt werden.

Die Zuluftkanäle 32 verlaufen vorzugsweise unter einem Winkel von 90° > > 0°, insbesondere 80° > h 5° zur Radial richtung 14.

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Struktur einer Schaufelspitze 3.

Die Schaufelspitze 3 kann ein Teil des Inneren 35 beinhalten oder auch erst ab Oberfläche 28 ausgebildet sein (Fig. 6).

Zu erkennen ist die Saug- 13 und Druckseite 16 und ein Inne res 35 oder Umlenkkanal 35 einer inneren Kühlstruktur der Turbinenschaufel 1 im Schaufelblatt 4. Die Wand 19 weist im Querschnitt im Inneren den Kanal 40 auf, in den Kühlluft aus den Zuluftkanälen 32 einströmt. Der Kanal 40 verteilt dann über die vorzugsweise vorhandenen zehn Kühl luftlöcher 25 die Kühlluft nach außen.

Vorzugsweise die gesamte Kühlluft für die Wand 19 strömt aus vorzugsweise aus allen Zuluftkanälen 32 in den vorzugsweise einzigen Kanal 40 und dann vorzugsweise durch alle Kühllöcher 25 durch die Wand 19 nach draußen.

Der Kanal 40 weist im Querschnitt eine dreieckähnliche Form auf, die an dem oberen Ende abgerundet ist. Dadurch weist der Kanal 40 auf der Höhe der Oberfläche 28 eine größere Breite auf als am radialen Ende in Radialrichtung 14 gesehen.

Der Kanal 40 ist auf der Höhe der Oberfläche 28 vorzugsweise breiter als der Durchmesser der Zuluftkanäle ausgebildet.

Der Kanal 40 wird also im Querschnitt begrenzt durch die Oberfläche 28 der Turbinenschaufel 1 und der Wand 19 und wird auch durch das Einströmgehäuse 22 mitgebildet.

Der gegenüberliegende Teil der Wand 19 auf der Druckseite 16 weist vorzugsweise keinen Kanal in der Wand und auch keine Kühlluftlöcher auf.

Es können verschiedene Materialien für Schaufelspitze 3 und Schaufelblatt 4 verwendet werden.

Ebenso sind vorzugsweise keine Löcher vorhanden, die auf der Schaufelblattseite 13, 16 in der Nähe der Schaufelspitze aus treten.

Solche Strukturen können durch additive Fertigungsverfahren, wie insbesondere selektives Laserschmelzen hergestellt wer den. Dies kann bei der Neuherstellung oder bei der Reparatur erfolgen.