[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102018203211A1 - Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine - Google Patents

Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine Download PDF

Info

Publication number
DE102018203211A1
DE102018203211A1 DE102018203211.4A DE102018203211A DE102018203211A1 DE 102018203211 A1 DE102018203211 A1 DE 102018203211A1 DE 102018203211 A DE102018203211 A DE 102018203211A DE 102018203211 A1 DE102018203211 A1 DE 102018203211A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat shield
blade
support structure
cross
turbomachine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018203211.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Richard Scharl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Priority to DE102018203211.4A priority Critical patent/DE102018203211A1/de
Publication of DE102018203211A1 publication Critical patent/DE102018203211A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/204Heat transfer, e.g. cooling by the use of microcircuits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Offenbart ist eine Schaufel einer Strömungsmaschine wie ein Flugtriebwerk, mit einer schaufelblattseitigen Stützstruktur, die eine Außenfläche hat und in der ein Kühlsystem zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet ist, und mit einem Hitzeschild als Wärmeschutz der Stützstruktur, das die Außenfläche zumindest bereichsweise abdeckt und dabei von dieser beabstandet ist, wobei sich zur Halterung des Hitzeschildes zwischen der Stützstruktur und dem Hitzeschild Anbindungselemente erstrecken, deren Querschnittsflächen in Summe kleiner sind als die Außenfläche, die von dem Hitzeschild bedeckt ist, und eine Strömungsmaschine.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Strömungsmaschine, beispielsweise ein Flugtriebwerk, sowie eine Strömungsmaschine.
  • Die Festigkeit von herkömmlichen Werkstoffen für Turbinenschaufeln nimmt bei höheren Temperaturen deutlich ab. Die abnehmende Festigkeit begrenzt die zulässige Oberflächentemperatur der Turbinenschaufeln, da sie gleichzeitig den auf sie wirkenden Fliehkräften Stand halten müssen. Risse in den Turbinenschaufeln bilden sich gewöhnlich in den Schaufelbereichen aus, in denen eine hohe thermische Belastung sowie eine hohe mechanische Belastung auftreten.
  • Zur Erhöhung der Standfestigkeit von Turbinenschaufeln ist es daher üblich, die Schaufelblätter von innen zu kühlen. Darüber hinaus schlägt die EP 2 884 048 A1 vor, eine Wärmedämmschicht auf das Schaufelblatt aufzubringen und diese rückseitig zu kühlen. Die Wärmedämmschicht liegt flächig auf den relevanten Schaufelblattbereichen, wobei zwischen der Wärmedämmschicht und den Schaufelblattbereichen enge Kühlkanäle zum Durchleiten eines Kühlmediums gebildet sind. Die EP 2 947 274 A1 schlägt vor, eine Schaufelblattwandung doppelwandig auszuführen und zwischen der Innenwand und der Außenwand ein Kühllabyrinth vorzusehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Kühlkonzepte das ursächliche Problem, das thermische und mechanische Spannungen zusammenfallen, nicht lösen, sondern lediglich zu einer Verschiebung des Problems zu höheren Temperaturbereichen führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaufel für eine Strömungsmaschine wie ein Flugtriebwerk zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Strömungsmaschine zu schaffen, deren Schaufeln bei hohen thermischen und mechanischen Belastungen eine erhöhte Standfestigkeit aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
  • Eine erfindungsgemäße Schaufel für eine Strömungsmaschine wie ein Flugtriebwerk hat eine schaufelblattseitige Stützstruktur, die eine Außenfläche aufweist und in der ein Kühlsystem zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet ist. Zudem hat die Schaufel ein Hitzeschild als Wärmeschutz der Stützstruktur, das die Außenfläche zumindest bereichsweise abdeckt und dabei von dieser beabstandet ist. Zu Halterung des Hitzeschildes sind zwischen der Stützstruktur und dem Hitzeschild Anbindungselemente ausgebildet, deren Querschnittsflächen in Summe kleiner sind als die Außenfläche, die von dem Hitzeschild bedeckt ist.
  • Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich die Standfestigkeit von Strömungsmaschinenschaufeln verbessern lässt, wenn die Schaufelbereiche, die den hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, von mechanischen Stützaufgaben befreit wird; oder anders ausgedrückt, wenn die Schaufelbereiche, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, von thermischen Einflüssen befreit sind. Wenn nun ein den hohen Temperaturen ausgesetzter Schaufelbereich eine optimierte Wärmedämmung aufweist, wird die Hitze in diesem Schaufelbereich von der Stützstruktur ferngehalten, so dass im Gegenzug die Stützstruktur hinsichtlich ihrer mechanischen Funktion optimiert werden kann.
  • Mit anderen Worten, erfindungsgemäß nimmt ein Schaufelbereich, der hohen Temperaturen ausgesetzt ist, nahezu keine Fliehkraftbelastung auf, während ein kälterer Schaufelbereich die Fliehkräfte aufnimmt und somit sein hohes mechanisches Werkstoffpotential ausnutzen kann. Der Hitzeschild des Schaufelblattes ist den hohen Gastemperaturen ausgesetzt, allerdings nur über kleine Anbindungselemente mit der kälteren innenliegenden Stützstruktur verbunden. Jeweils ein kleines Flächenelement des Hitzeschildes braucht somit nur sein eigenes Gewicht zu tragen, welches dann über die Anbindungselemente an die Stützstruktur weitergeleitet wird.
  • Diese räumliche und funktionale Trennung zwischen einer gekühlten inneren Stützstruktur, auf die eine höhere Fliehkraftbelastung wirkt ist, und einem heißeren äußeren Hitzeschild, beispielsweise in Form einer Wand, Hülle oder Schale, auf das eine geringere Fliehkraftbelastung wirkt, ermöglicht für ein gegebenes Schaufelmaterial eine höhere Betriebstemperatur, weil im Außenbereich die temperaturbedingt verminderte Kriechfestigkeit durch eine geringe Spannungsbelastung kompensiert werden kann und gleichzeitig im kälteren tragenden Stützbereich eine erhöhte Kriechfestigkeit einer größeren Spannungsbelastung entgegenwirken kann.
  • Das Flächenelement trägt aber nicht die radial weiter außenliegenden Hitzeschildbereiche. Die Schaufel ist bevorzugterweise eine turbinenseitige Laufschaufel, sie kann aber auch als Verdichterschaufel ausgebildet sein. Zudem kann sie auch als Leitschaufel ausgeführt und somit von Fliehkräften befreit sein.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein zwischen der Außenfläche und dem Hitzeschild ausgebildeter Zwischenraum, durch den sich die Anbindungselemente erstrecken, umfangsseitig verschlossen.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Hitzeschild rückseitig gekühlt. Hierzu kann zwischen der Außenfläche und dem Hitzeschild ein Kühlmedium hindurchgeleitet werden. Beispielsweise kann eine Fluidverbindung zum inneren Kühlsystem der Stützstruktur bestehen. Durch diese Maßnahme kann die Schaufel noch höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Optional kann der Hitzeschild Öffnungen aufweisen, beispielsweise in Form einer Lochung, aus der das Kühlmedium in einen von einem Heißgasstrom durchströmten Ringraum austreten kann.
  • Bevorzugterweise ist die Schaufel additiv hergestellt. Die Stützstruktur, der Hitzeschild und die Anbindungselemente sind durch diese Maßnahme gemeinsam generativ ausgebildet. Ein beispielhaftes Verfahren ist das selektive Laserschmelzen (SLM, Selective Laser Melting). Alternativ können die Stützstruktur, der Hitzeschild und die Anbindungselemente durch ein geeignetes Verfahren integral miteinander verbunden sein.
  • Bevorzugterweise beträgt die Summe der Querschnittsflächen der Anbindungselemente <10%, bevorzugterweise ≤5%, oder sogar ≤2%, der Außenfläche, die von dem Hitzeschild bedeckt ist. Somit ist sichergestellt, dass die der Hitzeschild aufnehmende Wärme nur zu einem sehr geringen Maße an die Stützstruktur weitergeleitet wird, die Stützstruktur also keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die an die Stützstruktur über die Anbindungselemente weitergeleitete Wärme hat aufgrund ihres geringen Ausmaßes keinen negativen Auswirkungen auf die mechanische Stabilität der Stützstruktur. Die Anbindungselemente bilden quasi aufgrund ihrer geringen Gesamtquerschnittsfläche im Vergleich zur Außenfläche keine merklichen Wärmebrücken.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Querschnittsdurchmesser eines Anbindungselementes in Radialrichtung kleiner als in Axialrichtung. Durch diese Maßnahme sind die Anbindungselemente in Draufsicht auf die Außenfläche dünn (Erstreckung in Radialrichtung), haben aber eine große Länge (Erstreckung in Axialrichtung). Sie sind somit bei aufrechter Position der Schaufel als liegende Verbindungsstege ausgebildet. Aufgrund der allgemeinen Ausrichtung der Schaufel in der Strömungsmaschine und einer Profilierung des Schaufelblattes umfassen die Angaben „Radialrichtung“, „Axialrichtung“ und „Umfangsrichtung“ auch die Bedeutungen „im Wesentlichen in Radialrichtung“, „im Wesentlichen in Axialrichtung“ und „im Wesentlichen in Umfangsrichtung“. Generell beziehen sich die Angaben auf die Drehachse der Rotorwelle der Strömungsmaschine, die die Axialrichtung bestimmt.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Querschnittsdurchmesser eines Anbindungselementes in Radialrichtung größer als in Axialrichtung. Durch diese Maßnahme sind die Anbindungselemente in Draufsicht auf die Außenfläche kurz (Erstreckung in Axialrichtung), haben aber eine große Breite (Erstreckung in Radialrichtung). Sie sind somit bei aufrechter Position der Schaufel als stehende Verbindungsstege ausgebildet. Bezüglich der Verwendung der Angaben „Radialrichtung“, „Axialrichtung“ und „Umfangsrichtung“ sich vorstehenden Absatz oder die Erläuterungen in der Figurenbeschreibung.
  • Die Länge der Anbindungselemente und die Breite der Anbindungselemente können unmittelbar aufeinander bezogen sein. Hierbei wird es bevorzugt, wenn die Länge der Anbindungselemente dem 3fachen bis 7fachen Wert der kleinsten Breite der Anbindungselemente entspricht.
  • Alternativ kann die Länge der Anbindungselemente auf die Dicke des Hitzeschildes bezogen sein. Beispielsweise kann die Länge der Anbindungselemente etwa dem 1fachen bis 5fachen Wert der Dicke des Hitzeschildes entsprechen. Die Dicke des Hitzeschildes ist dabei seine Erstreckung in Umfangsrichtung bzw. in eine Richtung orthogonal zur Außenfläche).
  • Zur Einstellung der Elastizität der Anbindungselemente kann deren Gestaltung bzw. Geometrie variieren. Hierdurch können die auf den Hitzeschild wirkenden mechanischen Belastungen weiter reduziert werden. Beispielsweise können zumindest einige Anbindungselemente über ihre Breite (Erstreckung in Radialrichtung), Länge (Erstreckung in Axialrichtung) und/oder Höhe (Erstreckung in Umfangsrichtung bzw. in eine Richtung orthogonal zur Außenfläche) variierende Querschnittsflächen aufweisen. Dabei kann zum einen die Querschnittsfläche in ihrer Form als auch in ihrer Größe variieren. So ist es beispielsweise möglich, dass die Querschnittsflächen bei gleicher Größe eine unterschiedliche Form haben oder aber bei gleicher Form eine unterschiedliche Größe aufweisen.
  • Zur Optimierung kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Anbindungselemente unterschiedlich dicht verteilt sind. Das heißt, die Anbindungselemente sind nicht gleichmäßig über dem Hitzeschild verteilt, sondern sie weisen eine an den Temperaturverlauf angepasste Verteilung auf.
  • Der Hitzeschild kann ebenfalls gestalterisch an die thermischen Belastungen bzw. den zu erwartenden Temperaturverlauf angepasst sein. Beispielseise kann seine Dicke und/oder seine Dichte variieren. So ist es zum Beispiel vorstellbar, den Hitzeschild zumindest abschnittsweise mit einer porenartigen Struktur zu versehen, um einen noch besseren Wärmerückhalt zu erhalten.
  • Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine hat zumindest eine Schaufel, bevorzugter Weise zumindest eine Schaufelreihe, die von einer Vielzahl von der erfindungsgemäßen Schaufel gebildet ist. Die Schaufelreihe ist bevorzugterweise aufgrund der größeren thermischen Beanspruchungen im Vergleich zum Verdichter turbinenseitig angeordnet und dabei insbesondere als Laufschaufel, ausgeführt.
  • Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schaufel,
    • 2 einen Schnitt der Schaufel aus 1 entlang der Linie A-A , und
    • 3 einen Schnitt der Schaufel aus den 1 und 2 entlang der Linie B-B.
  • Die in 1 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaufel 2 bildet eine Schaufel einer turbinenseitigen Laufschaufelreihe einer Strömungsmaschine. Die Strömungsmaschine ist beispielsweise ein Flugtriebwerk, kann jedoch auch eine stationäre Gasturbine, eine Industrieturbine, eine Schiffturbine und dergleichen sein. Die Schaufel 2 ist additiv hergestellt, beispielsweise mittels selektiven Laserschmelzens.
  • Sie hat einen Schaufelfuß 4, ein Schaufelblatt 6 sowie eine Plattform 8, die zwischen dem Schaufelfuß 4 und dem Schaufelblatt 6 ausgebildet ist. In Einbaulage ist der Schaufelfuß 4 in einer Rotorwelle der Strömungsmaschine aufgenommen, deren Drehachse eine Axialrichtung festlegt.
  • Das Schaufelblatt 6 erstreckt sich radial nach außen von der Plattform 8 und ist in dem von einem im Wesentlichen zwischen der Rotorwelle und einem Statorgehäuse ausgebildeten Ringraum angeordnet. Der Ringraum wird von einem Hauptstrom bzw. Heißgasstrom axial durchströmt. Das Schaufelblatt 6 hat eine in Richtung des Heißgastroms betrachtet vordere Anströmkante 10 sowie eine hintere Abströmkante 12. Zwischen der Anströmkante 10 und der Abströmkante 12 erstrecken sich eine Saugseite 14 und eine entgegengesetzte in dieser Darstellung nicht sichtbare Druckseite. Das Schaufelblatt 6 ist profiliert und in Einbaulage zur Axialrichtung A der Strömungsmaschine um einen Winkel angestellt.
  • Zum leichteren Verständnis erfolgt im Rahmen der Anmeldung eine vereinfachte Betrachtungsweise der Ausrichtungen des Schaufelblattes 6. Vereinfacht wird angenommen, dass die Höhe des Schaufelblatts 6 in Radialrichtung R, die Länge des Schaufelblattes 6 in Axialrichtung A und die Dicke des Schaufelblattes 6 in Umfangsrichtung U abgetragen wird, jeweils ohne Winkelstellungen oder Profilierungen. Generell bezieht sich die Axialrichtung A, die Radialrichtung R und die Umfangsrichtung U auf die Drehachse der Rotorwelle. Gemäß 1 verläuft die Axialrichtung A und somit eine Strömungsrichtung des Hauptstroms von links nach rechts, die Radialrichtung R verläuft von unten nach oben und die Umfangsrichtung U verläuft senkrecht zur Blattebene. Die Verwendung der Angaben „Radialrichtung“, „Axialrichtung“ und „Umfangsrichtung“ bedeuten bzw. umfassen somit die Angaben „im Wesentlichen in Radialrichtung“, „im Wesentlichen in Axialrichtung“ und „im Wesentlichen in Umfangsrichtung“.
  • Wie in 2 gezeigt, hat das Schaufelblatt 6 eine Stützstruktur 16 und ein Hitzeschild 18.
  • Die Stützstruktur 16 bildet das strukturelle und mechanisch optimierte Skelett des Schaufelblattes 6. Es nimmt im Prinzip sämtliche Fliehkräfte des Schaufelblattes 6 auf. Es ist mit einem Kühlsystem versehen, durch das ein Kühlmedium zum Kühlen einer Außenwandung 20 der Stützstruktur 16 führbar ist. Dieses innere bzw. interne Kühlsystem ist bildlich durch angeschnittene Kühlräume 20, 22 angedeutet. Die Außenwandung 20 begrenzt die Kühlräume 20, 22 des Kühlsystems und hat an eine von den Kühlräumen 20, 22 abgewandte geschlossene Außenfläche 24. Die Außenfläche 24 zeichnet die Außenkontur des Schaufelblattes 6 nach. In den Bereichen, in denen der Hitzeschild 18 angeordnet ist, ist die Außenfläche 24 auf Untermaß gefertigt. In den Bereichen, in denen der Hitzeschild 18 nicht angeordnet ist, bildet die Außenfläche 24 bevorzugterweise unmittelbar eine dem Heißgasstrom ausgesetzte Außenhaut des Schaufelblattes 6 und somit zumindest Bereiche der Anströmkante 10, der Abströmkante 12, der Saugseite 14, der Druckseite und/oder einer Schaufelspitze 26 (siehe 1), so dass sie in diesen Bereichen dann auf Endmaß gefertigt ist.
  • Der Hitzeschild 18 bildet einen Wärmeschutz der Stützstruktur 16 in den Schaufelblattbereichen, in denen es angeordnet ist. Er hat nahezu eine rein thermische Funktion. Zudem dient es zum Umlenken des Heißgasstroms. Er trägt im Prinzip nicht zur mechanischen Stabilität des Schaufelblattes 6 bei. Die mechanische Stabilität wird ausschließlich bzw. nahezu ausschließlich von der Stützstruktur 16 erbracht.
  • Der Hitzeschild 18 ist in den Bereichen des Schaufelblattes 6 angeordnet, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hitzschild 18 saugseitig angeordnet und bildet zumindest einen Teil der Saugseite 14. Er ist verhältnismäßig dünnwandig und erstreckt sich von der Plattform 8 in Richtung der Schaufelspitze 26 (siehe 1). In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Hitzeschild 18 eine konstante Dicke D. Er bedeckt bei diesem Ausführungsbeispiel die Außenfläche 24 großflächig, ist allerdings von dieser in Umfangsrichtung U beabstandet.
  • Zur Halterung des Hitzeschildes 18 an der Stützstruktur 16 ist eine Vielzahl von Anbindungselementen 28a bis 28d vorgesehen, von denen hier beispielsweise vier beziffert sind. Somit ist zwischen der Außenfläche 14 der Stützstruktur 16 und dem Hitzeschild 18 ein Zwischenraum 30 ausgebildet der je nach dem Verlauf der Anbindungselemente 28a bis 28d in Teilräume unterteilt ist. Der Zwischenraum 30 ist vorzugsweise umfangseitig geschlossen. Sollte durch den Zwischenraum 30 ein Kühlmedium geführt sein, so kann dieser allerdings Öffnungen aufweisen, beispielsweise in Form von Lochreihen, aus denen das Kühlmedium in den Ringraum austreten kann.
  • Die Anbindungselemente 28a bis 28d erstrecken sich zwischen der Stützstruktur 16 und dem Hitzeschild 18 und sind verhältnismäßig filigran ausgeführt, so dass ein großer Wärmeübertrag von dem Hitzeschild 18 in die Stützstruktur 16 verhindert wird. Die Erstreckung der Anbindungselemente 28a bis 28d in Umfangsrichtung U (Höhe h der Anbindungselemente 28a bis 28d) ist in Abstimmung mit dem Verlauf der Außenfläche 24 und der Dicke D des Hitzeschildes 18 so gewählt, dass der Hitzeschild 18 einen äußeren Außenhautabschnitt bzw. die Saugseite 14 gemäß ihrer Endkontur bildet. Die Höhe h der Anbindungselemente 28a bis 28d richten sich bevorzutgerweise nach ihrer jeweiligen Länge und Breite, sowie in bevorzugterweise auch einem zu erwartenden Temperaturverlaufs. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Höhe h der gezeigten Anbindungselemente 28a bis 28d der 1,5fachen Breite b (s. 3) sowie der 4fachen Länge 1 (s. 3) des jeweiligen Anbindungselements 28a bis 28j.
  • Wie in 3 gezeigt, bildet eine Vielzahl von Anbindungselementen 28a bis 28j eine Axialreihe 32, 34, 36, 38. Die Axialreihen 32, 34, 36, 38 sind in Radialrichtung R übereinander angeordnet. Die Anbindungselemente 28a bis 28j sind innerhalb der Axialreihen 32, 34, 36, 38 gleichmäßig voneinander beabstandet und in Bezug zur jeweils benachbarten Axialreihe 32, 34, 36, 38 in Axialrichtung versetzt zueinander. Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Anordnungen der Anbindungselemente 28a bis 28j vorstellbar, insbesondere auch eine Abweichung von der gezeigten Reihenanordnung und gleichmäßigen Beabstandung der Anbindungselemente 28a bis 28j voneinander. Wesentlich ist, dass Ihre Anordnung zwischen der Stützstruktur 16 und dem Hitzeschild 18 unter Berücksichtigung des zu erwartenden Temperaturverlaufes an dem Schaufelblatt 6 gewählt ist. Die Anbindungselemente 28a bis 28j können somit über die Außenfläche 16 oder über dem Hitzeschild 18 betrachtet in unterschiedlicher Dichte angeordnet sein. Zudem ist wesentlich, dass die Summe, gebildet aus den jeweils größten Querschnittsflächen der Anbindungselemente 28a bis 28j, kleiner oder höchstens gleich 10% der Außenfläche 24 beträgt, die von dem Hitzeschild 18 abgedeckt ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Anbindungselemente 28a bis 28j keine bzw. nahezu keine Wärmebrücke von dem Hitzeschild 18 zur Stützstruktur 16 bilden und die erfindungsgemäße Funktionstrennung zwischen Hitzeschild 18 - optimiert für Wärmeschutz - und Stützstruktur 16 - optimiert für mechanische Stabilität - gewährleistet ist.
  • Wie in 3 gezeigt, weisen bei diesem Ausführungsbeispiel alle Anbindungselemente 28a bis 28j die gleiche Querschnittsfläche auf. Ihr Querschnitt hat hier in Radialrichtung R einen Durchmesser dR, der kleiner ist als ihr Durchmesser dA in Axialrichtung A. Sie haben somit in diesem Ausführungsbeispiel eine größere Erstreckung in Axialrichtung A als in Radialrichtung R. Sie sind hierdurch stegartig, insbesondere als liegende Verbindungsstege mit einer kleinen Breite b und einer größere Länge 1, ausgeführt. Bevorzugterweise entspricht die Länge 1 der Anbindungselemente 28a bis 28j dem 3fachen bis 7fachen Wert der kleinsten Breite b der Anbindungselemente 28a bis 28j. Natürlich kann die Länge auch auf die Dicke D des Hitzeschildes 18 oder auf ihre Höhe h bezogen sein.
  • Es wird erwähnt, dass zur Einstellung einer Elastizität der Anbindungselemente 28a bis 28j deren Gestalt bzw. Geometrie untereinander und auch in sich variieren kann. Hierdurch können die auf den Hitzeschild 18 wirkenden mechanischen Belastungen weiter reduziert werden.
  • Offenbart ist eine Schaufel einer Strömungsmaschine wie ein Flugtriebwerk, mit einer schaufelblattseitigen Stützstruktur, die eine Außenfläche hat und in der ein Kühlsystem zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet ist, und mit einem Hitzeschild als Wärmeschutz der Stützstruktur, das die Außenfläche zumindest bereichsweise abdeckt und dabei von dieser beabstandet ist, wobei sich zur Halterung des Hitzeschildes zwischen der Stützstruktur und dem Hitzeschild Anbindungselemente erstrecken, deren Querschnittsflächen in Summe kleiner sind als die Außenfläche, die von dem Hitzeschild bedeckt ist, und eine Strömungsmaschine.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Schaufel
    4
    Schaufelfuß
    6
    Schaufelblatt
    8
    Plattform
    10
    Anströmkante
    12
    Abströmkante
    14
    Saugseite
    16
    Stützstruktur
    18
    Hitzeschild
    20
    Kühlsystem
    22
    Außenwandung
    24
    Außenfläche
    26
    Schaufelspitze
    28a bis j
    Anbindungselement
    30
    Zwischenraum
    32
    Axialreihe
    34
    Axialreihe
    36
    Axialreihe
    38
    Axialreihe
    A
    Axialrichtung
    R
    Radialrichtung
    U
    Umfangsrichtung
    D
    Dicke Hitzeschild
    h
    Höhe Anbindungselement
    b
    Breite Anbindungselement
    1
    Länge Anbindungselement
    dA
    Durchmesser Axialrichtung
    dR
    Durchmesser Radialrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2884048 A1 [0003]
    • EP 2947274 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Schaufel (2) für eine Strömungsmaschine wie ein Flugtriebwerk, mit einer schaufelblattseitigen Stützstruktur (16), die eine Außenfläche (24) hat und in der ein Kühlsystem (20, 22) zum Durchleiten eines Kühlmediums ausgebildet ist, und mit einem Hitzeschild (18) als Wärmeschutz der Stützstruktur (16), das die Außenfläche (24) zumindest bereichsweise abdeckt und dabei von dieser beabstandet ist, wobei sich zur Halterung des Hitzeschildes (24) zwischen der Stützstruktur (16) und dem Hitzeschild (18) Anbindungselemente (28a bis 28j) erstrecken, deren Querschnittsflächen in Summe kleiner sind als die Außenfläche (24), die von dem Hitzeschild (18) bedeckt ist.
  2. Schaufel nach Patentanspruch 1, wobei ein zwischen der Außenfläche (14) und dem Hitzeschild (18) ausgebildeter Zwischenraum (30), durch den sich die Anbindungselemente (28a bis 28j) erstrecken, umfangsseitig verschlossen ist.
  3. Schaufel nach Patentanspruch 1, wobei ein zwischen der Außenfläche (14) und dem Hitzeschild (18) ausgebildeter Zwischenraum (30), durch den sich die Anbindungselemente (28a bis 28j) erstrecken, mit dem Kühlsystem (20, 22) in Fluidverbindung steht.
  4. Schaufel nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei die Stützstruktur (16), der Hitzeschild (24) und die Anbindungselemente (28a bis 28j) integral miteinander verbunden und/oder gemeinsam generativ ausgebildet sind.
  5. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Summe der Querschnittsflächen der Anbindungselemente(28a bis 28j) <10%, bevorzugterweise ≤5%, der Summe der Außenfläche (24) ist, die von dem Hitzeschild (18) bedeckt ist.
  6. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Querschnittsdurchmesser (dR) eines Anbindungselements (28a bis 28j) in Radialrichtung (R) kleiner ist als ein Querschnittdurchmesser (dA) eines Anbindungselements (28a bis 28j) in Axialrichtung (A).
  7. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Querschnittsdurchmesser (dR) eines Anbindungselements (28a bis 28j) in Radialrichtung (R) größer ist als ein Querschnittdurchmesser (dA) eines Anbindungselements (28a bis 28j) in Axialrichtung (A).
  8. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Länge (1) der Anbindungselemente (28a bis 28j) dem 3fachen bis 7fachen Wert der kleinsten Breite (b) der Anbindungselemente (28a bis 28j) entspricht.
  9. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Länge der Anbindungselemente (28a bis 28j) etwa der 1fachen bis 5fachen Dicke (D) des Hitzeschildes (18) entspricht.
  10. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest einige Anbindungselemente (28a bis 28j) über ihre Breite (b), Länge (l) und/oder Höhe (h) variierende Querschnittsflächen aufweisen
  11. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Anbindungselemente (28a bis 28j) unterschiedlich dicht verteilt sind.
  12. Schaufel nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hitzeschild (18) unterschiedliche Dicken (D) und/oder Dichten aufweist.
  13. Strömungsmaschine mit zumindest einer Schaufelreihe, gebildet von einer Vielzahl von Schaufeln (2) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.
DE102018203211.4A 2018-03-05 2018-03-05 Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine Withdrawn DE102018203211A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018203211.4A DE102018203211A1 (de) 2018-03-05 2018-03-05 Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018203211.4A DE102018203211A1 (de) 2018-03-05 2018-03-05 Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018203211A1 true DE102018203211A1 (de) 2019-09-05

Family

ID=67622665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018203211.4A Withdrawn DE102018203211A1 (de) 2018-03-05 2018-03-05 Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018203211A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328331A (en) * 1993-06-28 1994-07-12 General Electric Company Turbine airfoil with double shell outer wall
US20050106021A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 General Electric Company Hot gas path component with mesh and dimpled cooling
EP2884048A1 (de) 2013-12-13 2015-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Wärmedämmbeschichtung einer Turbinenschaufel
EP2947274A1 (de) 2014-05-22 2015-11-25 United Technologies Corporation Verwirbelungskühlungsstrukturen
US20160160657A1 (en) * 2014-09-04 2016-06-09 United Technologies Corporation Staggered crossovers for airfoils
DE102015213087A1 (de) * 2015-07-13 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Schaufel für eine Strömungskraftmaschine und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328331A (en) * 1993-06-28 1994-07-12 General Electric Company Turbine airfoil with double shell outer wall
US20050106021A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 General Electric Company Hot gas path component with mesh and dimpled cooling
EP2884048A1 (de) 2013-12-13 2015-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Wärmedämmbeschichtung einer Turbinenschaufel
EP2947274A1 (de) 2014-05-22 2015-11-25 United Technologies Corporation Verwirbelungskühlungsstrukturen
US20160160657A1 (en) * 2014-09-04 2016-06-09 United Technologies Corporation Staggered crossovers for airfoils
DE102015213087A1 (de) * 2015-07-13 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Schaufel für eine Strömungskraftmaschine und Verfahren zu deren Herstellung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3940981C2 (de) Auswuchtgewicht zum Auswuchten des Rotors eines Gasturbinentriebwerks
EP3152407B1 (de) Leitschaufelkranz, innenring und strömungsmaschine
DE102011055473B4 (de) Strömungspfad für ein Dampfturbinenaußengehäuse und Strömungsbarrierevorrichtung
DE60035247T2 (de) Gasturbinenschaufel
DE102013207452A1 (de) Gehäuseabschnitt einer Turbomaschinenverdichter- oder Turbomaschinenturbinenstufe
EP2818643B1 (de) Dichteinrichtung und Strömungsmaschine
DE102012008723A1 (de) Leitrad für Turbomaschinen und Herstellungsverfahren
EP2344723B1 (de) Gasturbine mit dichtplatten an der turbinenscheibe
DE102015112835A1 (de) Turbinenschaufel-Spannweitenmittendeckband
EP1905950A1 (de) Laufschaufel für eine Turbine
EP3056677B1 (de) Schaufel und Strömungsmaschine
EP2378066A2 (de) Rotor für eine Strömungsmaschine
DE2032505A1 (de) Gekühlte Turbinenlaufschaufel
EP3312388B1 (de) Rotorteil, zugehörigeverdichter, turbine und herstellungsverfahren
DE102018206601A1 (de) Schaufel, Schaufelsegment und Baugruppe für eine Turbomaschine und Turbomaschine
EP2725200B1 (de) Leitschaufelkranz und Strömungsmaschine
EP2860356B1 (de) Strömungsmaschine
DE102017204243A1 (de) Dichtfin mit zumindest einer gewölbten Seitenflanke
DE102018203211A1 (de) Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine
EP2650520B1 (de) Fluggasturbine mit einem Entlastungskanal in einem Leitschaufelfußelement eines Nebenstromkanals
DE102016208706A1 (de) Leitschaufel für ein Eintrittsleitgitter
DE102021200125A1 (de) Schaufelcluster einer Strömungsmaschine
DE112019006421T5 (de) Rotorschaufel und scheibe eines rotationskörpers
EP3022395B1 (de) Einsatzelement, ringsegment, gasturbine, montageverfahren
EP3551850A1 (de) Verfahren zum modifizieren einer turbine

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee