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EP1041246A1 - Kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Verteilerraums der Gasturbinenschaufel - Google Patents

Kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Verteilerraums der Gasturbinenschaufel Download PDF

Info

Publication number
EP1041246A1
EP1041246A1 EP99106454A EP99106454A EP1041246A1 EP 1041246 A1 EP1041246 A1 EP 1041246A1 EP 99106454 A EP99106454 A EP 99106454A EP 99106454 A EP99106454 A EP 99106454A EP 1041246 A1 EP1041246 A1 EP 1041246A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas turbine
turbine blade
core
supply channels
casting
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Withdrawn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
EP99106454A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Dipl.-Ing. Tiemann
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP99106454A priority Critical patent/EP1041246A1/de
Priority to US09/937,829 priority patent/US6565318B1/en
Priority to EP00920564A priority patent/EP1165939B1/de
Priority to JP2000608077A priority patent/JP4567206B2/ja
Priority to PCT/EP2000/002606 priority patent/WO2000058606A1/de
Priority to DE50003266T priority patent/DE50003266D1/de
Publication of EP1041246A1 publication Critical patent/EP1041246A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc

Definitions

  • the invention relates to a coolant-flowed, cast Gas turbine blade, in particular gas turbine blade with a blade root, which is in a rotating disc of the gas turbine is used and the multiple supply channels for one Internal cooling system and having a distribution space, wherein the supply channels coolant by means of a supply channel the disc can be supplied with the supply channels communicated via the distribution room.
  • the invention further relates to a device for casting a Gas turbine blade with a casting core, the supply channels has forming core ribs, as well as a method of manufacture a cast gas turbine blade.
  • a gas turbine blade is known from US Pat. No. 4,344,738, the one with a blade root in a disc transverse groove of a rotatable Disk of the gas turbine is used, the Washer a supply duct for supplying the gas turbine with coolant.
  • the supply duct opens below of the blade root in the for receiving the blade root certain disc transverse groove.
  • Supply channels go from the blade root through which the coolant enters the internal cooling system is directed.
  • the supply channels predominantly point edged entry openings.
  • U.S. Patent 4,992,026 discloses a coolant flow Gas turbine blade with an internal cooling system, the Coolant is introduced into the blade root through supply channels and through supply channels into the internal cooling system initiated.
  • the supply channels point at their transitions edges set at right angles from the blade root.
  • the internal cooling of the gas turbine blade is said to be high Operating temperatures, strong heating of the Avoid blade material that can cause serious damage can lead.
  • the cooling medium especially those far from its inflow area Parts of the gas turbine blades that have the greatest loads are easily reached.
  • the cooling medium can only be increased Pressure through the supply lines what is often not possible to a sufficient extent.
  • the Distribution room is said to be essentially a reliable and even distribution of the coolant to the supply channels serve, with only small losses of the coolant may occur.
  • This distribution room is the usual one Casting process generally rectangular and shows in particular right-angled transitions of the supply channels to the distribution room. Due to the edged structure strong flow vortices arise at the entrances of the supply channels, which basically good cooling of the flow Ensure areas.
  • the distribution room is in the Blade root, it is not a strong heat load subject and thus has only a low cooling requirement on.
  • This condition can be improved by the inputs the supply channels in the distribution room after the casting process mechanically reworked.
  • this must be because of the geometry of the blade root and the properties of the Scoop material is mainly made by hand and is therefore very labor intensive.
  • this one Procedure does not ensure that all supply channels the desired shape or all of a gas turbine blade Gas turbine blades of one type have the same flow resistance have what a high quality requirements sufficient calculation of the flow properties and however, optimal use of the cooling medium is necessary would.
  • the object of the invention is therefore to provide a coolant through which cast gas turbine blade, in particular gas turbine blade specify the flow optimized Has transitions from the distribution room to the supply channels, that is, low flow resistances at the outlet openings of the distribution room.
  • Distribution room and internal cooling system are said to be in a single manufacturing process, the Casting process, can be produced.
  • Another object of the invention consists of an apparatus and a method for Production of such a coolant-flowed, cast Gas turbine blade with a corresponding distribution space specify.
  • the medium fed through the supply channel of the disc no longer has to go through two 90 ° angles in the internal cooling system be introduced, but is in a flowing, continuous flow movement directly to the internal cooling system headed. It arises with the flow around Cooling medium no cavities in which the cooling medium as in Dead zones stands.
  • the cooling medium supplied is due to the Rounding or flattening of the inlet openings very little swirled.
  • the inlet openings of the supply channels close directly to the distribution room and are in a manufacturing process generated with it.
  • the roundings or flattenings are designed to be reproducible through the casting process.
  • a series of gas turbine blades the same, predetermined sizes or dimensions for the inlet openings and the distribution space.
  • This becomes the basis for reliable prediction the coolant requirement or the coolant function delivered. This is particularly important to ensure that even remote parts of the gas turbine blades be reliably cooled and thus wear is minimized by overheating.
  • the coolant is already at a low pressure due to the low flow resistance through the distribution room into the supply channels introduced and thus escapes only slightly Dimensions by the space between the blade root and rotating Disk of the gas turbine. This will reduce the losses of the coolant is minimized and the coolant is used optimally.
  • the distribution room is preferably in the form of a semi-ellipsoid. Its base area also corresponds to the largest cross section of the ellipsoid and is inserted into a disk groove Gas turbine blade limited by the disc. The side faces of the semi-ellipsoid and also the transitions between the side surfaces are rounded.
  • This simple one Geometry is easy to manufacture and reliably prevents the formation of dead zones in which the introduced coolant stands. Due to the missing edges only arise low turbulence on the walls of the distribution room, the lead to negligible flow losses. Through the ellipsoidal shape, it is possible to the coolant inflow the supply channels adjacent to different areas of the ellipsoid to steer specifically.
  • a predetermined coolant supply can thus be easily set be that the cross section of the supply channel and the local changes in the cross-sections of the distribution room on the cross sections of the inlet openings downstream are coordinated.
  • the cross-sectional changes of the Distribution room correspond for example in height and width in the shape of a semi-ellipsoid.
  • the transitions between the Inlet openings or around the inlet openings are called transition cross-sections. Due to the rounding or flattening of the inlet openings a larger cross-section of the inlet opening directly at the distributor space, which is then at the transition to the supply channel reduced.
  • the feed channel essentially has one constant cross section, but there may also be a rounding or a flattening of a supply channel available to improve the flow properties be, which increases the cross section to the distribution room.
  • the cross sections described are on top of each other coordinated, i.e. there are predetermined cross-sectional ratios taken into account to coordinate the coolant supply. This is necessary if, for example, an increased coolant requirement due to a high operating temperature respectively special training of the internal cooling system in one Gas turbine blade consists of the high pressures of the coolant need or have a high leakage rate.
  • the lowest longitudinal rib of the Blade root closest to the axis of rotation of the gas turbine, extended along a major axis of the gas turbine blade is.
  • the blade root With its longitudinal ribs, the blade root is at undercuts the washer groove in which it is inserted is.
  • the distribution space for is in the lowest longitudinal rib the cooling medium housed.
  • the blade root is in the range the lowest longitudinal rib extended. This extension takes place along the major axis of the gas turbine blade, the means when the gas turbine blade is inserted perpendicular to the circumference the disc. Due to the extended training of the lower Longitudinal rib is the stability of the holding device in the Blade root still guaranteed and the extension leaves become easy in the manufacturing process of the gas turbine blade accomplish this by thickening the core base of the casting core is trained.
  • the inlet openings of the supply channels on the Height of the transition flank between the lowest longitudinal rib and the overlying longitudinal rib. In this way ensures that the area of the distribution room is only is covered by the lowest longitudinal rib. Between two Longitudinal ribs each have a transition flank, the slope ensures that the blade root is held securely the gas turbine blade in the undercut of the disc given is.
  • the proposed arrangement of the inlet openings of the supply channels ensures that a subsequent Machining of the blade root after the casting process in one defined area can take place without the shovel is damaged, the area of the distribution room itself each located within the lowest longitudinal rib. The extension the longitudinal rib can thus be adjusted almost as desired.
  • the on a casting device for producing a gas turbine blade with a distribution room task by a device for casting a gas turbine blade with a casting core the core ribs forming the supply channels has solved, the casting core forming a distribution space Has core base with which the core ribs are integrally formed are and a smooth transition from the core to the Core ribs is present.
  • the casting device has one inner core.
  • the casting core becomes when the gas turbine blade is cast used to a predetermined inner area to keep the gas turbine blade free of casting material.
  • This free area includes the internal cooling system, the supply channels and the distribution room.
  • the supply channels through elongated approaches of the casting core kept free, the so-called core ribs.
  • the distribution room is widened compared to the core ribs and formed a certain thickness and height area, the so-called core foot.
  • the core base is with the core ribs integrally formed.
  • the rounded design of the transition between the supply channels and the distribution room always takes place in the same Way according to the shape of the casting core. This enables exact adherence to predetermined dimensions. It is possible desired dimensions of the internal cooling system of the gas turbine blade so ensure they are reproducible for a whole series of gas turbine blades can be set can. This provides a basis for an inexpensive and reliable manufacture of internally cooled gas turbine blades.
  • the casting core is formed in one piece, it is against the deformation forces caused by the solidification of the Melt occur, very stable.
  • the transition from the core foot to the core ribs is like this in each case designed to be fluent by changing the cross section preferably continuously from the core ribs to the core foot enlarged. After the casting process is due to the smooth transition of the core ribs into the core foot none Post-processing of the inlet openings of the supply channels Ensuring a low flow resistance is necessary. Accordingly, one step in the production of the Gas turbine blade.
  • the core ribs with increasing Cross section into the core foot which has a thickness, which is larger than the thickness of the core ribs. On this is a further reduction in flow resistance of the coolant flow possible.
  • a further improvement in the flow properties of the This creates a transition from the distribution room to the supply channels delivered that the rounded core ribs into a curved Expire surface that ends in the core base.
  • This The area forms one of the actual entrances to the supply channels imagined narrowing that is a continuous and low turbulence redirection of the coolant flow in the Supply channels supported.
  • Casting core easier to manufacture and also in terms of to better calculate its flow properties.
  • the on a method of manufacturing a gas turbine blade using a described device for casting directed problem is solved in that the distribution room and the supply channels by using the one-piece Pouring core.
  • the casting process is one-piece through the use of the Casting core more accurate and at the same time less time-consuming because the individual parts of the casting core set up together can be.
  • the distribution room must use this procedure can no longer be incorporated mechanically.
  • This complex essentially to be carried out by hand Measure, represents a time-consuming and costly step in the manufacture of a gas turbine blade with a distributor space
  • This process is through the proposed use of the one-piece casting core is now superfluous. Furthermore are the dimensions and thus the coolant flow through the Inlet openings of the supply channels and the distribution room reproducibly adjustable.
  • the distribution room can be necessary or desired can also be mechanically reworked. This is opposite simplifies the usual mechanical processing, that through the casting process most of the material to be worked out is missing. So it's just make minor corrections that require less manufacturing require.
  • Fig.1 is a schematic and not to scale a principle Construction of the base area of a gas turbine blade 1, shown inserted in a disk 3 of a gas turbine.
  • the disk 3 is rotatable about the axis of rotation 14 of the gas turbine.
  • the gas turbine blade 1 is with your blade root 2, which has two longitudinal ribs 13, 13 ', in a disk transverse groove 60 of the disc 3 held.
  • the blade root 2 supports undercuts 12 of the disc 3 with its longitudinal ribs 13,13 'against the parallel to the longitudinal direction 15 of the Gas turbine blade 15 acting centrifugal forces around the axis of rotation 14 rotating disc 3.
  • the disc 3 has a supply channel 6 and the blade root 2 several supply channels 4 through a distribution room 5 are in fluid communication with each other.
  • This line system allows coolant 80 from the Disk 3 in the internal cooling system of the gas turbine blade 1 be directed.
  • the coolant 80 is preferably cooling air.
  • the distribution space 5 has rounded or flattened Inlet openings 7 of the supply channels 4. To this Way, the coolant 80 passed through the distribution space 5 and in the supply channels 4 to the internal cooling system headed with minimal flow losses.
  • the distribution space 5 is on its base side 70 to the supply duct 6 open. On this base page 70 arise so almost no flow losses.
  • the distribution room 5 is rounded like an ellipsoid. It shows in its cross-sectional shape parallel to its base side 70 a shape of itself shrinking ellipse. In the perpendicular cross-sectional area 9, shown in Fig. 4b, it has the cross-sectional shape half an ellipse with itself continuously changing cross section. This semi-elliptical shape will through the rounded inlet openings 7 of the supply channels 4 interrupted. The transitions between the inlet openings 7 of the supply channels 4 and half the ellipse of the distribution room 5 are rounded, so that they do not form appreciable flow resistance.
  • the Inlet openings 7 are both directly next to each other, that is bump or be adjacent to each other.
  • the areas between the inlet openings 7 of the supply channels 4 are rounded in terms of flow, i.e. it there are no edges.
  • the cross section 8 of the feed channel 6 is preferred to the local changes in cross-sections 9 of the Distribution space 5 aligned perpendicular to its base plane 70, just as with the cross sections 10 of the flow downstream inlet openings 7. In this way one for cooling the most distant areas of the gas turbine blade 1 necessary coolant flow 80 safely set become.
  • the supply channels 4 limit with different Cross sections 10 and transition cross-sections adapted to them 11, which merge into the distribution room 5 to the Distribution room 5. This way one can be different strong coolant flow 80, each of the cross section 10 of the supply channel 4 depends on a predetermined Area of the internal cooling system. this makes possible an individual adjustment of the cooling.
  • the gas turbine blade 1 which is shown in Fig.1, is Made in a single casting process, with the distribution space 5 by a casting core 18 with the core ribs 19, the keep the supply channels 4 free of casting material, formed becomes.
  • the distribution space 5 has a height 90, which with the Height 16 of the distance of the lower part of the lower longitudinal rib 13 for the transition into the subsequent longitudinal rib 13 'of Blade base 2 approximately matches.
  • FIG. 2 shows a plan view of the base side 70 of the blade root 2 in a perspective view. From the distribution room 5 rounded or flattened inlet openings 7 of the supply channels 4. The longitudinal ribs 13, 13 'are with Undercuts 12 formed.
  • the supply channels 4 have an oval or elliptical shape, which is particularly streamlined is.
  • the inlet openings are correspondingly elliptical 7 adapted, the cross section of the elliptical Inlet openings 7 from the distribution space 5 to the Supply channels 4 continuously reduced.
  • the coolant flow 80 runs from the supply duct 6 with diameter 8 in the distribution space 5 and through the inlet openings 7 in the supply channels 4. Through the rounded inlet openings 7 and the rounded distribution space 5 as well as the rounded opening 110 of the feed channel 6, the coolant flow 80 is unhindered in the Internal cooling system of the gas turbine blade 1 introduced.
  • the distribution space 5 has a maximum height 90.
  • FIG. 4b shows a cross section through the view of Fig.3.
  • the blade root 2 of the gas turbine blade is shown, which is cut through the distribution space 5.
  • the distribution room has an elliptical cross-section with the cross-sectional area 9.
  • the casting core 18 shows a casting core 18, which is the essential component the device for casting a gas turbine blade 1 represents.
  • the casting core 18 has core ribs 19 and one Core foot 20 on.
  • the core ribs 19 with the thickness 21 form the Supply channels 4 of the gas turbine blade 1 when casting.
  • the Core foot 20 and core ribs 19 are integrally formed and the core rib 19 go with an increasing cross section 21 in the core foot 20 over. This transition takes place in a continuously increasing cross section 21, so that none abrupt changes in thickness occur.
  • the core ribs 19 are rounded and preferably run into a curved one Surface 24, which ends in the core base 20. In this way is the distribution space 5 after the casting particularly streamlined shaped.
  • 6 shows a longitudinal section through the Core foot 20 and a core rib 19 the continuous transition the thickness 23 of the core rib 19 in the thickness 22 of the core base 20th
  • a casting core 18 described above is used in the manufacture the gas turbine blade 1 described above. He enables easy manufacture of both a large distribution space 5 as well as a continuous transition from Distribution space 5 to the supply ducts 4 of the gas turbine blade, without reworking the gas turbine blade 1 would be necessary in this area. However it is easily possible, such a cast gas turbine blade 1 mechanically rework in their distribution room 5, For example, changed around the gas turbine blade 1 Adjust the requirements later or the same Casting core 18 to use for different models. By the Core foot 20 becomes an essential part of what is to be worked out Materials kept free. The subsequent mechanical Editing is therefore just a correction can be carried out quickly and inexpensively.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel (1), mit einem Schaufelfuß (2), der mehrere Versorgungskanäle (4) und einen Verteilerraum (5) aufweist, wobei den Versorgungskanälen (4) Kühlmittel mittels eines Zuleitungskanals (6) der Scheibe (3) zuleitbar ist, der mit den Versorgungskanälen (4) über den Verteilerraum (5) kommuniziert, wird strömungs- und herstellungsmäßig dadurch optimiert, daß ein gegossener Verteilerraum (5) vorhanden ist, der abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen (7) der Versorgungskanäle (4) aufweist und der durch einen einstückigen Gießkern hergestellt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel, insbesondere Gasturbinenlaufschaufel mit einem Schaufelfuß, der in eine rotierbare Scheibe der Gasturbine eingesetzt ist und der mehrere Versorgungskanäle für ein Innenkühlungssystem und der einen Verteilerraum aufweist, wobei den Versorgungskanälen Kühlmittel mittels eines Zuleitungskanals der Scheibe zuleitbar ist, der mit den Versorgungskanälen über den Verteilerraum kommuniziert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel mit einem Gießkern, der Versorgungskanäle formende Kernrippen hat, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer gegossenen Gasturbinenschaufel.
Aus der US-PS 4,344,738 ist eine Gasturbinenschaufel bekannt, die mit einem Schaufelfuß in eine Scheibenquernut einer rotierbaren Scheibe der Gasturbine eingesetzt ist, wobei die Scheibe einen Zuleitungskanal zur Versorgung der Gasturbine mit Kühlmittel aufweist. Der Zuleitungskanal mündet unterhalb des Schaufelfußes in der für die Aufnahme des Schaufelfußes bestimmten Scheibenquernut. Vom Schaufelfuß gehen Versorgungskanäle ab, durch die das Kühlmittel in das Innenkühlungssystem geleitet wird. Die Versorgungskanäle weisen überwiegend kantenbehaftete Eingangsöffnungen auf.
Die US-PS 4,992,026 offenbart eine kühlmitteldurchströmte Gasturbinenschaufel mit einem Innenkühlungssystem, wobei das Kühlmittel durch Zuleitungskanäle in den Schaufelfuß eingeleitet und durch Versorgungskanäle in das Innenkühlungssystem eingeleitet. Die Versorgungskanäle weisen an ihren Übergängen vom Schaufelfuß rechtwinklig angesetzte Kanten auf.
Die Innenkühlung der Gasturbinenschaufel soll eine durch hohe Betriebstemperaturen entstehende, starke Aufheizung des Schaufelmaterials verhindern, die zu schwerwiegenden Schädigungen führen kann. Hierzu ist es notwendig, daß das Kühlmedium insbesondere die weit von seinem Einströmbereich entfernten Teile der Gasturbinenschaufeln, die den größten Belastungen ausgesetzt sind, problemlos erreicht. In der Nähe der Eingänge der Versorgungskanäle, die nahezu keinen Kühlungsbedarf besitzen, entstehen jedoch bei einem stark kantenbehafteten Aufbau der Eingänge der zum Innenkühlungssystem führenden Versorgungskanäle, wie er in beispielsweise in US-PS 4,344,738 oder US-PS 4,992,026 offenbart ist, Totzonen und die Strömungen weichen stark vom idealen laminaren Verlauf ab. Dies bedingt beispielsweise erhöhte Gefahr der Bildung von Ablagerungen und insbesondere einen großen Strömungswiderstand. Das Kühlmedium kann nur mit einem erhöhten Druck durch die Versorgungsleitungen gepreßt werden, was häufig nicht in ausreichendem Maße möglich ist.
Eine weitere Möglichkeit der Ausbildung des Versorgungskanalbereichs im unteren Schaufelfuß besteht darin, einen sogenannten Verteilerraum vorzusehen, von dem die Versorgungskanäle für das Innenkühlungssystem ausgehen und der von dem Zuleitungskanal der Scheibe mit Kühlmittel versorgt wird. Der Verteilerraum soll im wesentlichen einer zuverlässigen und gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels auf die Versorgungskanäle dienen, wobei lediglich geringe Verluste des Kühlmittels auftreten dürfen. Dieser Verteilerraum ist nach dem üblichen Gußvorgang im allgemeinen rechtwinklig ausgebildet und weist insbesondere rechtwinklige Übergänge der Versorgungskanäle zum Verteilerraum auf. Durch den kantenbehafteten Aufbau der Eingänge der Versorgungskanäle entstehen starke Strömungswirbel, die prinzipiell eine gute Kühlung der umströmten Bereiche gewärleisten. Da sich der Verteilerraum jedoch im Schaufelfuß befindet, ist er keiner starken Hitzebelastung unterworfen und weist somit nur einen geringen Kühlbedarf auf.
Dieser Zustand kann dadurch verbessert werden, daß die Eingänge der Versorgungskanäle im Verteilerraum nach dem Gußvorgang mechanisch nachbearbeitet werden. Dies muß jedoch wegen der Geometrie des Schaufelfußes und der Eigenschaften des Schaufelmaterials überwiegend in Handarbeit erfolgen und ist deswegen sehr arbeitsintensiv. Darüberhinaus ist bei dieser Vorgehensweise nicht sichergestellt, daß alle Versorgungskanäle einer Gasturbinenschaufel die gewünschte Form bzw. alle Gasturbinenschaufeln einer Art den gleichen Strömungswiderstand aufweisen, was für eine den hohen Qualitätsanforderungen genügende Verausberechnung der Strömungseigenschaften und einer optimalen Ausnutzung des Kühlmediums jedoch notwendig wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel, insbesondere Gasturbinenlaufschaufel anzugeben, die strömungsmäßig optimierte Übergänge vom Verteilerraum zu den Versorgungskanälen aufweist, das heißt, geringe Strömungswiderstände an den Auslaßöffnungen des Verteilerraumes. Verteilerraum und Innenkühlungssystem sollen in einem einzigen Herstellungsvorgang, dem Gußvorgang, herstellbar sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen kühlmitteldurchströmten, gegossenen Gasturbinenschaufel mit einem entsprechenden Verteilerraum anzugeben.
Die auf eine kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein gegossener Verteilerraum vorhanden ist, der abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle aufweist.
Durch die abgerundeten oder'abgeflachten Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle, die an den Verteilerraum angrenzen, ist es gewährleistet, daß der Strömungswiderstand des Kühlmediums insbesondere im Übergangsbereich vom Verteilerraum zu den Versorgungskanälen minimiert ist. Die Strömung des Kühlmediums bleibt überwiegend laminar. Das Kühlmittel kann somit - bei entsprechend kantenfreier Übergangs lösung vom Zuleitungskanal zum Verteilerraum - annähernd ungehindert in den Verteilerraum hinein- und durch die Versorgungskanäle aus ihm herausströmen und erreicht das Innenkühlungssystem auf diese Weise schnell und mit geringen Verlusten, was insbesondere für die heißen und kühlmittelintensiven Bereichen der Gasturbinenschaufel, beispielsweise dem Anstreifkantenbereich, zu einer stark verlängerten Standdauer führt. Das zugeführte Kühlmittel wird besser ausgenutzt.
Das durch den Zuleitungskanal der Scheibe zugeführte Medium muß nicht mehr um zwei 90°-Winkel herum in das Innenkühlungssystem hineingeführt werden, sondern wird in einer fließenden, kontinuierlichen Strömungsbewegung direkt zum Innenkühlungssystem geleitet. Es entstehen bei der Umströmung mit Kühlmedium keine Kavitäten, in denen das Kühlmedium wie in Totzonen steht. Das zugeführte Kühlmedium wird aufgrund der Abrundungen beziehungsweise Abflachungen der Einlaßöffnungen nur sehr wenig verwirbelt.
Die Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle schließen sich direkt an den Verteilerraum an und sind in einem Herstellungsvorgang mit ihm erzeugt. Die Abrundungen beziehungsweise Abflachungen sind durch den Gießvorgang reproduzierbar ausgestaltet. Auf diese Weise kann eine Serie von Gasturbinenschaufeln dieselben, vorbestimmten Größen bzw. Dimensionen für die Einlaßöffnungen und den Verteilerraum erhalten. Dadurch wird die Grundlage für eine zuverlässige Vorausbestimmung des Kühlmittelbedarfs beziehungsweise der Kühlmittelfunktion geliefert. Dies ist insbesondere wichtig, um sicherzustellen, daß auch entlegene Teile der Gasturbinenlaufschaufeln zuverlässig gekühlt werden und somit der Verschleiß durch Überhitzung minimiert wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird das Kühlmittel bereits bei einem geringen Druck aufgrund des geringen Strömungswiderstandes durch den Verteilerraum hindurch in die Versorgungskanäle eingebracht und entweicht somit nur in geringem Maße durch den Zwischenraum zwischen Schaufelfuß und rotierender Scheibe der Gasturbine. Hierdurch werden die Verluste des Kühlmittels minimiert und das Kühlmittel optimal ausgenutzt.
Dadurch, daß der Verteilerraum ellipsoidartig abgerundet ausgebildet ist, kann die Kühlluft besonders vorteilhaft den Versorgungskanälen zugeleitet werden. Der Verteilerraum ist dabei vorzugsweise in Form eines Halbellipsoids ausgestaltet. Seine Basisfläche entspricht zugleich dem größten Querschnitt des Ellipsoids und ist bei in eine Scheibennut eingesetzter Gasturbinenschaufel durch die Scheibe begrenzt. Die Seitenflächen des Halbellipsoids und auch die Übergänge zwischen den Seitenflächen sind abgerundet ausgebildet. Diese einfache Geometrie ist leicht herzustellen und verhindert zuverlässig die Bildung von Totzonen, in denen das eingeleitete Kühlmittel steht. Aufgrund der fehlenden Kanten entstehen lediglich geringe Verwirbelungen an den Wänden des Verteilerraums, die zu vernachlässigbaren Strömungsverlusten führen. Durch die ellipsoidartige Form ist es möglich, den Kühlmittelzufluß zu den an verschiedene Bereiche des Ellipsoids angrenzenden Versorgungskanälen gezielt zu steuern.
Eine weitere Optimierung der Kühlmittelströmung wird dadurch erreicht, daß die abgerundeten oder abgeflachten Einlaßöffnungen strömungsmäßig optimiert aneinanderstoßen oder einander benachbart sind. Strömungsmäßig optimiert bedeutet, daß die durch die relative Lage zweier Einlaßöffnungen bzw. des Verteilerraums und einer Einlaßöffnung zueinander bedingten, notwendigen Strömungsumlenkungen mit möglichst geringen Strömungsverwirbelungen stattfinden. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß die Kanten, die durch das Aufeinandertreffen der jeweiligen Abrundungen der Einlaßöffnungen entstehen, wiederum abgerundet werden. Die Optimierung der Strömungswirbel verhindernden Form ist durch den Einsatz des abgerundeten, einteiligen Gußkerns individuell auf die Anforderungen, die an eine bestimmte Gasturbinenart gestellt werden, abstimmbar und ohne Nachbearbeitung im Gußvorgang herzustellen.
Eine vorbestimmte Kühlmittelzufuhr kann dadurch leicht eingestellt werden, daß der Querschnitt des Zuleitungskanals und die lokalen Änderungen der Querschnitte des Verteilerraums auf die Querschnitte der strömungsmäßig nachgeordneten Einlaßöffnungen abgestimmt sind. Die Querschnittsänderungen des Verteilerraums entsprechen beispielsweise in Höhe und Breite der Form eines Halbellipsoids. Die Übergänge zwischen den Einlaßöffnungen beziehungsweise um die Einlaßöffnungen herum werden als Übergangsquerschnitte bezeichnet. Durch die Abrundungen beziehungsweise Abflachungen der Einlaßöffnungen entsteht direkt am Verteilerraum ein größerer Einlaßöffnungsquerschnitt, der sich dann beim Übergang zum Versorgungskanal hin verringert. Der Zuleitungskanal weist einen im wesentlichen konstanten Querschnitt auf, es kann jedoch auch eine Abrundung beziehungsweise eine Abflachung eines Zuleitungskanals zur Verbesserung der Strömungseigenschaften vorhanden sein, wodurch sich der Querschnitt zum Verteilerraum hin vergrößert. Die beschriebenen Querschnitte werden aufeinander abgestimmt, d.h. es werden vorbestimmte Querschnittsverhältnisse zur Abstimmung der Kühlmittelzufuhr berücksichtigt. Dies ist notwendig, wenn beispielsweise ein erhöhter Kühlmittelbedarf aufgrund einer hohen Betriebstemperatur beziehungsweise spezieller Ausbildungen des Innenkühlungssystems in einer Gasturbinenschaufel besteht, die hohe Drücke des Kühlmittels benötigen beziehungsweise eine hohe Leckagerate aufweisen.
Bei unterschiedlichem Bedarf an Kühlmittel an verschiedenen Stellen des Innenkühlungssystems ist es vorteilhaft, daß mehrere Versorgungskanäle mit unterschiedlichen Querschnitten und jeweils daran angepaßte Übergangsquerschnitte der Einlaßöffnungen vorhanden sind. Auf diese Weise kann das Kühlmittel individuell auf die Kühlmittelbedürfnisse der verschiedenen Bereiche der Gasturbinenschaufel abgestimmt werden. Hierdurch wird der Kühlmittelverbrauch auf das notwendige Maß reduziert. Die Herstellung der unterschiedlich großen Versorgungskanäle beziehungsweise unterschiedlich großen Querschnitte ist in einem Herstellungsvorgang beim Gießen möglich. Hierzu muß lediglich der Durchmesser der Kernrippe angepaßt werden.
Um einen großen, strömungswirbelverminderten Verteilerraum zu erhalten, ist es vorteilhaft, daß die unterste Längsrippe des Schaufelfußes, die der Rotationsachse der Gasturbine nächste, entlang einer Hauptachse der Gasturbinenschaufel verlängert ist. Mit seinen Längsrippen wird der Schaufelfuß an Hinterschneidungen der Scheibennut gehalten, in die er eingesetzt ist. In der untersten Längsrippe ist der Verteilerraum für das Kühlmedium untergebracht. Um einen möglichst großen Verteilerraum und damit geringe Verwirbelungen des Kühlmittels zu erhalten, wird der Schaufelfuß erfindungsgemäß im Bereich der untersten Längsrippe verlängert. Diese Verlängerung erfolgt entlang der Hauptachse der Gasturbinenschaufel, das heißt bei eingesetzter Gasturbinenschaufel senkrecht zum Umfang der Scheibe. Durch die verlängerte Ausbildung der unteren Längsrippe ist die Stabilität der Haltevorrichtung im Schaufelfuß weiterhin gewährleistet und die Verlängerung läßt sich im Herstellungsvorgang der Gasturbinenschaufel leicht bewerkstelligen, indem der Kernfuß des Gießkernes verdickt ausgebildet wird.
Für die Herstellung der Gasturbinenschaufel, insbesondere der nachträglichen Bearbeitung des Schaufelfußes und für die Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität ist es vorteilhaft, daß die Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle auf der Höhe der Übergangs flanke zwischen der untersten Längsrippe und der darüberliegenden Längsrippe liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Bereich des Verteilerraums lediglich von der untersten Längsrippe umfaßt wird. Zwischen zwei Längsrippen liegt jeweils eine Übergangsflanke, deren Steigung gewährleistet, daß ein sicherer Halt des Schaufelfußes der Gasturbinenschaufel in der Hinterschneidung der Scheibe gegeben ist. Die vorgeschlagene Anordnung der Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle stellt sicher, daß eine nachträgliche Bearbeitung des Schaufelfußes nach dem Gußvorgang in einem definierten Bereich stattfinden kann, ohne daß die Schaufel beschädigt wird, wobei der Bereich des Verteilerraums sich jeweils innerhalb der untersten Längsrippe befindet. Die Ausdehnung der Längsrippe ist damit nahezu beliebig einstellbar.
Die auf eine Gießvorrichtung zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel mit einem Verteilerraum gerichtete Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel mit einem Gießkern, der Versorgungskanäle formende Kernrippen hat, gelöst, wobei der Gießkern einen den Verteilerraum bildenden Kernfuß hat, mit dem die Kernrippen einstückig ausgebildet sind und ein fließender Übergang vom Kernfuß zu den Kernrippen vorhanden ist.
Die Gießvorrichtung weist neben einem äußeren Mantel einen inneren Gießkern auf. Der Gießkern wird beim Guß der Gasturbinenschaufel eingesetzt, um einen vorbestimmten, inneren Bereich der Gasturbinenschaufel von Gießmaterial frei zu halten. Dieser freigehaltene Bereich umfaßt das Innenkühlungssystem, die Versorgungskanäle und den Verteilerraum. Die Versorgungskanäle werden durch längliche Ansätze des Gießkerns freigehalten, die sogenannten Kernrippen. Der Verteilerraum wird durch einen gegenüber den Kernrippen verbreiterten und eine gewisse Dicke und Höhe aufweisenden Bereich gebildet, den sogenannten Kernfuß. Der Kernfuß ist mit den Kernrippen einstückig ausgebildet. Die einstückige Ausbildung der beiden Teile des Gießkerns ermöglicht eine abgerundete Ausbildung des Überganges zwischen den'Versorgungskanälen und dem Verteilerraum.
Die abgerundete Ausbildung des Überganges zwischen den Versorgungskanälen und dem Verteilerraum erfolgt immer in derselben Weise nach Vorgabe durch die Form des Gießkerns. Dies ermöglicht eine exakte Einhaltung vorbestimmter Maße. Es möglich, gewünschte Maße des Innenkühlungssystems der Gasturbinenschaufel so sicherzustellen, daß sie reproduzierbar für eine ganze Serie von Gasturbinenschaufeln eingestellt werden können. Dies liefert eine Grundlage für eine kostengünstige und zuverlässige Herstellung von innengekühlten Gasturbinenschaufeln.
Dadurch, daß der Gießkern einstückig ausgebildet ist, ist er gegen die Verformungskräfte, die durch das Erstarren der Schmelze auftreten, sehr stabil.
Der Übergang des Kernfußes zu den Kernrippen ist jeweils so ausgestaltet, daß er fließend erfolgt, indem sich der Querschnitt von den Kernrippen zum Kernfuß hin vorzugsweise kontinuierlich vergrößert. Nach dem Gußvorgang ist aufgrund des fließenden Übergangs der Kernrippen in den Kernfuß keine Nachbearbeitung der Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle zur Sicherstellung eines geringen Strömungswiderstands nötig. Demgemäß entfällt ein Arbeitsschritt bei der Herstellung der Gasturbinenschaufel.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kernrippen mit sich vergrößerndem Querschnitt in den Kernfuß übergehen, der eine Dicke aufweist, die größer ist, als die Dicke der Kernrippen. Auf diese Weise ist eine noch weitergehende Reduzierung des Strömungswiderstandes des Kühlmittelstroms möglich.
Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des Übergangs vom Verteilerraum in die Versorgungskanäle wird dadurch geliefert, daß die abgerundeten Kernrippen in eine gekrümmte Fläche auslaufen, die in dem Kernfuß endet. Diese Fläche bildet eine den eigentlichen Eingängen der Versorgungskanäle vorgestellte Verengung, die eine kontinuierliche und verwirbelungsarme Umleitung des Kühlmittelstroms in die Versorgungskanäle unterstützt. Darüber hinaus ist ein derartiger Gießkern einfacher herzustellen und auch hinsichtlich seiner Strömungseigenschaften besser zu berechnen.
Die auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel unter Verwendung einer beschriebenen Vorrichtung zum Gießen gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Verteilerraum und die Versorgungskanäle durch Verwendung des einstückigen Gießkerns gegossen werden.
Der Gießvorgang ist durch die Verwendung des einstückigen Gießkerns maßgenauer und zugleich weniger zeitaufwendig, da die einzelnen Teile des Gießkernes gemeinsam eingerichtet werden können. Der Verteilerraum muß bei diesem Verfahren nicht mehr nachträglich mechanisch eingearbeitet werden. Diese aufwendige, im wesentlichen per Hand durchzuführende Maßnahme, stellt einen zeit- und kostenaufwendigen Schritt in der Herstellung einer Gasturbinenschaufel mit Verteilerraum dar. Dieser Vorgang wird durch die vorgeschlagene Verwendung des einstückigen Gießkernes nunmehr überflüssig. Darüber hinaus sind die Maße und damit der Kühlmitteldurchfluß durch die Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle und den Verteilerraum reproduzierbar einstellbar.
Sind dennoch noch weitere Veränderungen an dem Verteilerraum beziehungsweise den Einlaßöffnungen der Versorgungskanäle notwendig beziehungsweise gewünscht, kann der Verteilerraum ergänzend mechanisch nachbearbeitet werden. Dies ist gegenüber der übliche mechanischen Bearbeitung dadurch vereinfacht, daß bereits durch den Gießvorgang der größte Teil des herauszuarbeitenden Materials fehlt. Es sind also lediglich kleinere Korrekturen durchzuführen, die einen geringeren Herstellungsaufwand erfordern.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele werden die Gasturbinenschaufel, die Vorrichtung und das Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel mit einem gegossenen Verteilerraum näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1
einen Ausschnitt der Scheibe und des Schaufelfußes in perspektivischer Seitenansicht,
Fig.2
eine perspektivische Aufsicht auf den Schaufelfuß und den Verteilerraum von unten,
Fig.3
eine Aufsicht auf den Verteilerraum, die Einlaßöffnungen und die Versorgungskanäle von unten,
Fig.4a
einen Längsschnitt durch einen Zuleitungskanal der Scheibe, den Verteilerraum und die Versorgungskanäle des Schaufelfußes der Fig.3,
Fig.4b
einen Querschnitt durch den Verteilerraum der Fig.3,
Fig.5
eine perspektivische Seitenansicht des unteren Teils des Gießkernes und
Fig.6
einen Querschnitt durch eine Kernrippe und den Kernfuß der Fig.5.
In Fig.1 ist schematisch und nicht maßstäblich ein prinzipieller Aufbau des Fußbereiches einer Gasturbinenschaufel 1, eingesetzt in eine Scheibe 3 einer Gasturbine dargestellt. Die Scheibe 3 ist um die Rotationsachse 14 der Gasturbine rotierbar. Die Gasturbinenschaufel 1 ist mit Ihrem Schaufelfuß 2, der zwei Längsrippen 13,13' aufweist, in einer Scheibenquernut 60 der Scheibe 3 gehalten. Der Schaufelfuß 2 stützt sich an Hinterschneidungen 12 der Scheibe 3 mit seinen Längsrippen 13,13' entgegen den parallel zur Längsrichtung 15 der Gasturbinenschaufel 15 wirkenden Fliehkräfte bei um die Rotationsachse 14 rotierender Scheibe 3 ab.
Die Scheibe 3 weist einen Zuleitungskanal 6 und der Schaufelfuß 2 mehrere Versorgungskanäle 4 auf, die durch einen Verteilerraum 5 miteinander in strömungsmäßiger Verbindung stehen. Durch dieses Leitungssystem kann Kühlmittel 80 von der Scheibe 3 in das Innenkühlungssystem der Gasturbinenschaufel 1 geleitet werden. Das Kühlmittel 80 ist vorzugsweise Kühlluft. Der Verteilerraum 5 weist abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 auf. Auf diese Weise wird das hindurchgeleitete Kühlmittel 80 durch den Verteilerraum 5 und in die Versorgungskanäle 4 zum Innenkühlungssystem mit minimalen Strömungsverlusten geleitet.
Der Verteilerraum 5 ist an seiner Basisseite 70 zum Zuleitungskanal 6 hin geöffnet. An dieser Basisseite 70 entstehen also nahezu keine Strömungsverluste. Der Verteilerraum 5 ist ellipsoidartig abgerundet. Er weist in seiner Querschnittsform parallel zu seiner Basisseite 70 eine Form einer sich verkleinernden Ellipse auf. In der dazu senkrechten Querschnittsfläche 9, dargestellt in Fig. 4b, weist er die Querschnittsform einer halben Ellipse mit sich kontinuierlich veränderndem Querschnitt auf. Diese Halbellipsenform wird durch die abgerundeten Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 unterbrochen. Die Übergänge zwischen den Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 und der halben Ellipse des Verteilerraums 5 sind abgerundet ausgestaltet, so daß sie keinen nennenswerten Strömungswiderstand bilden. Dabei können die Einlaßöffnungen 7 sowohl direkt nebeneinander liegen, also aneinander stoßen oder einander benachbart sein.
Die Bereiche zwischen den Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 sind strömungsmäßig optimiert abgerundet, d.h. es liegen keinerlei Kanten vor. Dies gilt auch für die Querschnitte 8 des Zuleitungskanals 6 in der Scheibe 3 der Gasturbine. Der Querschnitt 8 des Zuleitungskanals 6 ist vorzugsweise auf die lokalen Änderungen der Querschnitte 9 des Verteilerraums 5 senkrecht zu seiner Basisebene 70 abgestimmt, ebenso wie mit den Querschnitten 10 der strömungsmäßig nachgeordneten Einlaßöffnungen 7. Auf diese Weise kann ein zur Kühlung der entferntesten Bereiche der Gasturbinenschaufel 1 notwendiger Kühlmittelstrom 80 sicher eingestellt werden. Die Versorgungskanäle 4 grenzen mit unterschiedlichen Querschnitten 10 und jeweils daran angepaßten Übergangsquerschnitten 11, die in den Verteilerraum 5 übergehen, an den Verteilerraum 5 an. Auf diese Weise kann ein unterschiedlich starker Kühlmittelstrom 80, der jeweils von dem Querschnitt 10 des Versorgungskanals 4 abhängt, in einen vorbestimmten Bereich des Innenkühlungssystems eingeleitet werden. Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung der Kühlung.
Die Gasturbinenschaufel 1, die in Fig.1 dargestellt ist, wird in einem einzigen Gießvorgang hergestellt, wobei der Verteilerraum 5 durch einen Gießkern 18 mit den Kernrippen 19, die die Versorgungskanäle 4 von Gußmaterial frei halten, gebildet wird. Der Verteilerraum 5 weist eine Höhe 90 auf, die mit der Höhe 16 des Abstandes des unteren Teils der unteren Längsrippe 13 zum Übergang in die nachfolgende Längsrippe 13' des Schaufelfußes 2 annähernd übereinstimmt. Um einen großen, möglichst strömungswiderstandsarmen Verteilerraum 5 zu erhalten, ist es dementsprechend vorteilhaft, wenn die untere Längsrippe 13 entlang einer Hauptachse 15 der Gasturbinenschaufel 1 verlängert ist. Bei einem derartig vergrößerten Verteilerraum 5, ist nur ein geringer Anteil Verwirbelungen der Kühlmittelströmung 80 innerhalb des Verteilerraums 5 und beim Übergang in die Einlaßöffnungen 7 festzustellen.
Fig.2 zeigt eine Aufsicht auf die Basisseite 70 des Schaufelfußes 2 in perspektivischer Ansicht. Von dem Verteilerraum 5 gehen abgerundete beziehungsweise abgeflachte Einlaßöffnungen 7 der Versorgungskanäle 4 ab. Die Längsrippen 13,13' sind mit Hinterschneidungen 12 ausgebildet.
Fig.3 zeigt eine direkte Aufsicht auf die untere Seite des Schaufelfußes 2. Die Versorgungskanäle 4 besitzen eine ovale beziehungsweise elliptische Form, die besonders strömungsgünstig ist. Dementsprechend elliptisch sind auch die Einlaßöffnungen 7 angepaßt, wobei sich der Querschnitt der elliptischen Einlaßöffnungen 7 vom Verteilerraum 5 aus hin zu den Versorgungskanälen 4 kontinuierlich verringert.
Fig.4a zeigt einen Längsschnitt durch Schaufelfuß 2 und Scheibe 3. Die Kühlmittelströmung 80 verläuft vom Zuleitungskanal 6 mit Durchmesser 8 in den Verteilerraum 5 und durch die Einlaßöffnungen 7 in die Versorgungskanäle 4. Durch die abgerundeten Einlaßöffnungen 7 und den abgerundeten Verteilerraum 5 ebenso wie die abgerundete Öffnung 110 des Zuleitungskanals 6 wird der Kühlmittelfluß 80 ungehindert in das Innenkühlungssystem der Gasturbinenschaufel 1 hineingeleitet. Der Verteilerraum 5 weist eine maximale Höhe 90 auf.
Fig.4b zeigt einen Querschnitt durch die Ansicht von Fig.3. Dargestellt ist der Schaufelfuß 2 der Gasturbinenschaufel, der durch den Verteilerraum 5 geschnitten ist. Der Verteilerraum besitzt einen ellipsenförmigen Querschnitt mit der Querschnittfläche 9.
Fig.5 zeigt einen Gießkern 18, der den wesentlichen Bestandteil der Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel 1 darstellt. Der Gießkern 18 weist Kernrippen 19 und einen Kernfuß 20 auf. Die Kernrippen 19 mit der Dicke 21 formen die Versorgungskanäle 4 der Gasturbinenschaufel 1 beim Guß. Der Kernfuß 20 und die Kernrippen 19 sind einstückig ausgebildet und die Kernrippe 19 gehen mit einem sich vergrößernden Querschnitt 21 in den Kernfuß 20 über. Dieser Übergang erfolgt in einem stetig sich vergrößernden Querschnitt 21, so daß keine sprunghaften Änderungen der Dicke auftreten. Die Kernrippen 19 sind abgerundet und laufen vorzugsweise in eine verkrümmte Fläche 24 aus, die in dem Kernfuß 20 endet. Auf diese Weise ist der Verteilerraum 5 nach dem Guß besonders strömungsgünstig geformt. Fig.6 zeigt in einem Längsschnitt durch den Kernfuß 20 und eine Kernrippe 19 den kontinuierlichen Übergang der Dicke 23 der Kernrippe 19 in die Dicke 22 des Kernfußes 20.
Ein oben beschriebener Gießkern 18 wird bei der Herstellung der oben beschriebenen Gasturbinenschaufel 1 verwendet. Er ermöglicht eine einfache Herstellung sowohl eines großen Verteilerraums 5 als auch eines kontinuierlichen Überganges vom Verteilerraum 5 zu den Versorgungskanälen 4 der Gasturbinenschaufel, ohne daß eine Nachbearbeitung der Gasturbinenschaufel 1 in diesem Bereich notwendig wäre. Allerdings ist es ohne weiteres möglich, eine derartig gegossene Gasturbinenschaufel 1 in ihrem Verteilerraum 5 mechanisch nachzubearbeiten, zum Beispiel um die Gasturbinenschaufel 1 an veränderte Anforderungen nachträglich noch anzupassen oder denselben Gießkern 18 für verschiedene Modelle zu verwenden. Durch den Kernfuß 20 wird dabei schon ein wesentlicher Teil des herauszuarbeitenden Materials frei gehalten. Die nachträgliche mechanische Bearbeitung ist damit lediglich eine Korrektur, die schnell und kostengünstig durchzuführen ist.

Claims (11)

  1. Kühlmitteldurchströmte, gegossene Gasturbinenschaufel (1), insbesondere Gasturbinenlaufschaufel mit einem Schaufelfuß (2), der in eine rotierbare Scheibe (3) der Gasturbine eingesetzt ist und der mehrere Versorgungskanäle (4) eines Innenkühlungssystems und einen Verteilerraum (5) aufweist, wobei den Versorgungskanälen (4) Kühlmittel mittels eines Zuleitungskanals (6) der Scheibe (3) zuleitbar ist, der mit den Versorgungskanälen (4) über den Verteilerraum (5) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegossener Verteilerraum (5) vorhanden ist, der abgerundete oder abgeflachte Einlaßöffnungen (7) der Versorgungskanäle (4) aufweist.
  2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerraum (5) ellipsoidartig abgerundet ist.
  3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundeten oder abgeflachten Einlaßöffnungen (7) strömungsmäßig optimiert aneinander stoßen oder einander benachbart sind.
  4. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (8) des Zuleitungskanals (6) und die lokalen Änderungen der Querschnitte (9) des Verteilerraums (5) auf die Querschnitte (10) der strömungsmäßig nachgeordneten Einlaßöffnungen (7) abgestimmt sind.
  5. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Versorgungskanäle (4) mit unterschiedlichen Querschnitten (10) und jeweils daran angepaßte Übergangsquerschnitte (11) der Einlaßöffnungen (7) vorhanden sind.
  6. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (2) in Hinterschneidungen (12) der Scheibe (3) eingreifende Längsrippen (13, 13') hat, von denen die unterste (13), der Rotationsachse (14) der Gasturbine nächste, entlang einer Hauptachse (15) der Gasturbinenschaufel (1) verlängert ist.
  7. Gasturbinenschaufel nach einem oder mehreren der Absprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (7) der Versorgungskanäle (4) auf der Höhe (16) der Übergangsflanke (17) zwischen der untersten Längsrippe (13) und der darüberliegenden Längsrippe (13') liegen.
  8. Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Gießkern (18), der Versorgungskanäle (4) formende Kernrippen (19) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießkern (18) einen den Verteilerraum (5) formenden Kernfuß (20) hat, mit dem die Kernrippen (19) einstückig ausgebildet sind, und ein fließender Übergang vom Kernfuß (20) zu den Kernrippen (19) vorhanden ist.
  9. Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernrippen (19) mit sich vergrößerndem Querschnitt (21) in den Kernfuß (20) übergehen, der eine Dicke (22) aufweist, die größer ist, als die Dicke (23) der Kernrippen (19).
  10. Vorrichtung zum Gießen einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abgerundeten Kernrippen (19) in eine gekrümmte Fläche (24) auslaufen, die in dem Kernfuß (20) endet.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Gasturbinenschaufel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerraum (5) und die Versorgungskanäle (4) unter Verwendung des Gießkerns (18) gegossen werden.
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