DE2834843A1

DE2834843A1 - Zusammengesetzte keramik-gasturbinenschaufel

Info

Publication number: DE2834843A1
Application number: DE19782834843
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hoffmueller; Wolfgang Krueger; Axel Ing Grad Rossmann
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2433098A1; IT1122732B; GB2027496A; SE7905910L; NL7905608A; GB2027496B; IT7924987A0

Description

-G-

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, 3. August 1978

Zusammengesetzte Keramik-Gasturbinenschaufel

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenschaufel, insbesondere Laufschaufel, die aus einem tragenden metallischen Kern mit am unteren Ende ausgebildetem Fuß und aus einem mit Abstand umhüllenden Profilblatt aus Keramik zusammengesetzt ist.

Eine betriebssichere Verbindung zwischen diesen beiden Schaufelteilen ist schwer herzustellen, und zwar wegen ihrer unterschiedlichen Wärmedehnung, aber auch wegen der Gefahr des Abriebs durch Fliehkraftdruck und Schwingungen und überhaupt wegen der Bruchgefahr des spröden Keramikwerkstoffs. Dieser ist zwar gegen ruhenden Druck einigermaßen widerstandsfähig, nicht aber gegen Zugbeanspruchung. Die bisher bekanntgewordenen Ausführungen haben sich deshalb trotz ihres zum Teil hohen baulichen Aufwands nicht bewährt.

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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbinenschaufel der eingangs angegebenen Art aufzuzeigen, die bei tragbarem baulichem Aufwand den hohen Anforderungen des Gasturbinenbetriebs genügt.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Schaufel können sich Kern und Profilblatt unabhängig voneinander in verschiedenem Ausmaß ausdehnen und zusammenziehen; weiterhin ist die gegenseitige Auflagefläche groß, der Flächendruck also recht gering; schließlich ist die Zugbeanspruchung durch Fliehkraft äußerst gering.

Die Ansprüche 2 bis 5 und 9 bis 11 betreffen die weiterhin vorteilhafte bauliche Ausgestaltung der Erfindung, während die Ansprüche 6 bis 8 Angaben über die Gestaltung der Schaufelkühlung machen. Die Ansprüche 12 bis 16 beziehen sich schließlich auf den Zusammenbau und die Befestigung der Schaufeln.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispxelen erläutert; dabei zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaufel samt Scheibenteil in Draufsicht und

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Fig. 1a im Längsschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 2 eine ähnliche Schaufel mit geänderten Kühlluftkanälen in Draufsicht und

Fig. 2a im Längsschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 3 eine anders aufgebaute Schaufel in Draufsicht,

Fig. 3a im Längsschnitt gemäß Linie A-A in Fig. 3 und

Fig. 3b dazu einen vergrößerten Ausschnitt.

Nach den Fig. 1 und 2 weist ein tragender metallischer Kern 2 am unteren Ende einen tannenbaumförmigen Fuß 2a auf, der zur Befestigung in der Turbinenscheibe 5 dient. Dieser Kern wird mit Abstand von einem Profilblatt 1 aus Keramik umhüllt; der Kern trägt an seinem oberen Ende einen nach beiden Seiten herausragenden Kopf 3, an dem sich das dünnwandige Profilblatt mit je einem ins Schaufelinnere ragenden Vorsprung 1e von unten her an ebenen Flächen abstützt. Diese Abstützflächen befinden sich nahe dem oberen Schaufelende.

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Das Schaufelblatt besteht seiner Höhe nach aus mehreren Abschnitten 1a, 1b und 1c, wobei der oberste Abschnitt 1a die nach innen weisenden Vorsprünge 1e trägt. Das Schaufelblatt geht an seinem unteren Ende in einen derart geformten Fußplattenteil 1d über, daß im zusammengebauten Zustand die Plattenteile aller Schaufeln unter Freilassung von schmalen Spalten einen geschlossenen Ring bilden. Zwischen Schaufelkern 2 und Profilblatt 1 ist seitlich eine nachgiebige Masse 4 angeordnet.

Nach Fig. 1 sind zwischen Schaufelkern 2 und Profilblatt 1 in Schaufellängsrichtung Kühlluftkanäle 6 ausgebildet, die auch die VorSprünge 1 durchdringen. Dazu ist die vorstehend angeführte Masse 4 gegebenenfalls luftdurchlässig ausgebildet.

Nach Fig. 2 und 3 sind die Kühllüftkanäle 6a im Schaufelkerninneren ausgebildet.

Nach Fig. 3 besteht das Schaufelprofilblatt aus einem konvexen Teil 1.' und einem konkaven Teil 1¹¹; die Abstützflachen am Kopf 3 des Schaufelkerns 2 und an den Vorsprüngen 1e des Schaufelblatts sind hinterschnitten, also hakenförmig ausgebildet, so daß der konvexe mit dem konkaven Teil zusammengehalten wird.

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Hier ist ferner dargestellt, daß auch dieses Schaufelblatt seiner Höhe nach aus mehreren Abschnitten 1a und 1b zusammengesetzt sein kann; nach Fig. 3b können diese A-schnitte eine Nut-Feder-Verbindung aufweisen. Natürlich trägt wieder der oberste Abschnitt 1a die nach innen weisenden Vorsprünge 1e.

Das untere Ende des Schaufelblatts 1 steckt in einem Falz 7a eines eigenen Fußplattenteils 7 aus Keramik; die Plattenteile aller Schaufeln bilden wieder unter Freilassung von schmalen Spalten einen geschlossenen Ring.

Der Kopf 3 des Schaufelkerns 2 wird entweder nach dem Aufschieben des Schaufelblatts 1 von oben her durch plastische Verformung, Diffusionsschweißen oder Hochtemperaturlöten gebildet oder spanabhebend hergestellt, wobei sein Fuß 2a so geformt ist, daß er durch den engsten Querschnitt des Schaufelblatts hindurchgeführt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

Aus einem tragenden metallischen Kern mit am unteren Ende ausgebildetem Fuß und aus einem mit Abstand umhüllenden Profilblatt aus Keramik zusammengesetzte Gasturbinenschaufel, insbesondere Laufschaufel, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkern (2) an seinem oberen Ende einen nach wenigstens einer Seite hinausragenden Kopf (3) aufweist, an dem sich das dünnwandige Schaufelprofilblatt (1) mit je einem ins Schaufelinnere ragenden Vorsprung (1e) von unten her abstützt.
2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absützflachen an Kopf und Vorsprüngen eben ausgebildet sind (Fig. 1 und 2).

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3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelprofilblatt (1) aus einem konvexen und einem konkaven Teil (1' bzw. 1'') besteht und daß die Abstützflächen am Kopf (3) und an den Vorsprüngen (1e) hinterschnitten, also hakenförmig ausgebildet sind (Fig. 3).
4. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf und die Vorsprünge nahe dem oberen Schaufelende angeordnet sind.
5. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelblatt (1) seiner Höhe nach aus mehreren Abschnitten (1a, 1b, 1c) besteht, die gegebenenfalls eine Nut-Feder-Verbindung (1f) aufweisen, wobei der oberste Abschnitt (1a) die nach innen weisenden Vorsprünge (1e) aufweist (Fig. 3).
6. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise vor allem in Schaufellängsrichtung liegende Kühlluftkanäle (6, 6a) angeordnet sind.
7. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftkanäle (6) zwischen Schaufel-

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kern (2) und Schaufelblatt (1), vor allem an der Kernoberfläche, und an den VorSprüngen (Ie) ausgebildet sind (Fig. 1 und 1a) .
8. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftkanäle (6a) im Kerninneren ausgebildet sind (Fig. 2 und 2a).
9. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelblatt (1) am unteren Ende in einen derart geformten Fußplattenteil (1d) übergeht, daß im zusammengebauten Zustand die Plattenteile aller Schaufeln unter Freilassung von schmalen Spalten einen geschlossenen Ring bilden (Fig. 1 und 2).
10. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 oder bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Schaufelblatts (1) ein mit einem für dieses Blatt dienenden Einsteckfalz (7a) versehenes und derart geformtes Füßplattenteil (7) aus Keramik angeordnet ist, daß im zusammengebauten Zustand die Plattenteile aller Schaufeln unter Freilassung von schmalen Spalten einen geschlossenen Ring bilden (Fig. 3).

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11. Gasturbinenschaufei nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schaufelkern

(2) und Schaufelblatt (1) seitlich eine gegebenenfalls luftdurchlässige nachgiebige Masse (4), z. B. Keramikschaum oder ein Filz aus Keramikfasern, angeordnet ist.
12. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) des Schaufelkerns (2) nach dem Aufschieben des Schaufelblatts (1) von oben her durch plastische Verformung, Diffusionsschweißen oder Hochtemperaturlöten gebildet ist.
13. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (3) des Schaufelkerns (2) spanabhebend hergestellt ist, wobei sein Fuß (2a) so geformt ist, daß er durch den engsten Querschnitt des Schaufelblatts (1) hindurchgeführt werden kann.
14. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkern (2) mit der Turbinenscheibe (5) einstückig ausgebildet ist.

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15. Gasturbxnenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkern (2) mit der Turbinenscheibe (5) gießtechnisch verbunden ist.
16. Gasturbxnenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkern (2) mit der Turbinenscheibe (5) in an sich bekannter Weise formschlüssig, z. B. durch einen vorzugsweise schwalbenschwanz förmig erweiterten, oder durch einen tannenbaumförmigen Fuß (2a) lösbar verbunden ist.

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