CH707668A2 - Gasturbinensystem. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinensystem mit einer Turbine, welche eine Komponente aufweist, die interne Kühlkanäle (235) enthält, die sich in der Nähe wenigstens einer Oberfläche (230) befinden. In einer Ausführungsform enthält der gekühlte Gegenstand ein Basismaterial (200), eine erste Schicht (205) und eine zweite Schicht (220). Hier ist die erste Schicht (205) mit dem Basismaterial verbunden, und die zweite Schicht (210) ist mit der ersten Schicht (205) verbunden, wobei wenigstens ein geschlossener Kühlkanal (235) in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) und einem Abschnitt der zweiten Schicht (220) angeordnet ist.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Gegenstand, der interne Kühlkanäle enthält, welche in der Nähe wenigstens einer Oberfläche angeordnet sind; und insbesondere eine Gasturbinenkomponente, wie z.B. eine Leitdüse, Laufschaufel oder ein Deckband, das wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal enthält, der in einem Abschnitt einer ersten Schicht und in einem Abschnitt einer zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Schicht wenigstens eine von den Komponentenoberflächen beinhalten kann.

[0002] In einer Gasturbine wird unter Druck stehende Luft mit Brennstoff gemischt und verbrannt, um heisse unter Druck stehende Gase zu erzeugen. Die heissen unter Druck stehenden Gase passieren aufeinanderfolgende Turbinenstufen, die die thermische und kinetische Energie aus den heissen unter Druck stehenden Gasen in auf eine rotierende Welle oder ein anderes Element einwirkendes mechanisches Drehmoment umwandeln, um dadurch Kraft zu erzeugen, die sowohl zur Verdichtung der ankommenden Luft als auch zum Antreiben einer externen Last, wie z.B. eines elektrischen Generators, verwendet wird. So wie hierin verwendet, kann der Begriff «Gasturbine» stationäre oder mobile Turbomaschinen umfassen und jede beliebige geeignete Anordnung umfassen, die eine Rotation von einer oder mehreren Wellen bewirkt.

[0003] Die den heissen unter Druck stehenden Gasen ausgesetzten Komponenten, insbesondere die Leitdüsen, Laufschaufeln und Deckbänder, enthalten typischerweise mehrere interne Kanäle, durch welche ein Durchstrom eines verdichteten Fluids, wie z.B. verdichteter Luft, für den Zweck der Kühlung des Komponentenbasismaterials bewirkt wird. Das Kühlfluid kann zu weiteren Abschnitten der Turbine umgeleitet werden oder kann zu dem Strom der heissen unter Druck stehenden Gase hin durch eine oder mehrere von den Komponentenoberflächen austreten.

[0004] Es ist oft vorteilhaft, die Oberflächen und die obenflächennahen Abschnitte der Leitdüsen, Laufschaufeln und Deckbänder aus anderen Materialien als das Basismaterial auszubilden, um das Basismaterial vor den heissen unter Druck stehenden Gasen zu isolieren und das Basismaterial vor einer Verschlechterung durch die Umgebung zu schützen. Diese Materialien können auf das Basismaterial mittels eines Beschichtungsverfahrens aufgebracht oder mechanisch befestigt oder metallurgisch mit dem Basismaterial verbunden werden.

[0005] Es ist ferner vorteilhaft, eine zusätzliche Kühlung für die oberflächennahen Abschnitte der Leitdüsen, Laufschaufeln und Deckbänder bereitzustellen, um die Wärmeübertragungsqualitäten dieser Komponenten ungeachtet der Isolations- und Schutzqualitäten der Materialien, die zum Ausbilden der Oberfläche und oberflächennahen Abschnitte verwendet werden, zu verbessern. Ferner werden Gasturbinenleitdüsen, Laufschaufeln und Deckbänder typischerweise durch Giessverfahren hergestellt, die Kerne verwenden, um die internen Kühlkanäle zu definieren, was das Mass beschränkt, bis zu welchem ein Kühlkanal in unmittelbarer Nähe zu einer Basismaterialoberfläche der gegossenen Komponente biegen kann, da sich die Kerne während des Giessprozesses bewegen können.

[0006] In Anbetracht des Vorstehenden besteht ein Wunsch nach der Herstellung interner Kanäle, die sich in den oberflächennahen Abschnitten von Gasturbinenkomponenten, wie z.B. Leitdüsen, Laufschaufeln und Deckbändern, befinden, die aus mehreren Materialien ausgebildet sein können.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0007] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sind nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung gedacht, sondern diese Ausführungsformen sollen lediglich eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. Ferner kann die Erfindung eine Vielzahl von Formen umfassen, die zu den nachstehenden Ausführungsformen dem Schutzumfang der Ansprüche entsprechend ähnlich oder dazu unterschiedlich sind.

[0008] Gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Gasturbinensystem wenigstens einen Verdichter, wenigstens einen Brenner und wenigstens eine Turbine; wobei die wenigstens eine Turbine wenigstens eine Komponente mit einem Basismaterial aufweist; eine erste Schicht, die mit dem Basismaterial verbunden ist und eine erste Innenoberfläche, eine erste Aussenoberfläche und wenigstens einen ersten Kanal enthält, der in einem Abschnitt der ersten Schicht angeordnet und an einer ersten Aussenoberfläche offen ist; und eine zweite Schicht, die mit der ersten Schicht verbunden ist und eine zweite Innenoberfläche, eine zweite Aussenoberfläche und wenigstens einen zweiten Kanal enthält, der in der zweiten Schicht angeordnet ist und an der zweiten Innenoberfläche offen und fluidmässig mit dem wenigstens einem ersten Kanal verbunden ist, um dadurch wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht und einem Abschnitt der zweiten Schicht angeordnet ist.

[0009] Gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Gasturbinenkomponente ein Basismaterial; eine erste Schicht, die mit dem Basismaterial verbunden ist und eine erste Innenoberfläche, eine erste Aussenoberfläche und wenigstens einen ersten Kanal enthält, der in einem Abschnitt der ersten Schicht angeordnet und an der ersten Aussenoberfläche offen ist; und eine zweite Schicht, die mit der ersten Schicht verbunden ist und eine zweite Innenoberfläche, eine zweite Aussenoberfläche und wenigstens einen zweiten Kanal enthält, der in der zweiten Schicht angeordnet ist und an der zweiten Innenoberfläche offen und fluidmässig mit dem wenigstens einem ersten Kanal verbunden ist, um dadurch wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht und einem Abschnitt der zweiten Schicht angeordnet ist.

[0010] Gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält eine Gasturbinenkomponente ein Basismaterial; eine erste Schicht, die mit dem Basismaterial verbunden ist und eine erste Innenoberfläche, eine erste Aussenoberfläche und wenigstens einen ersten Kanal enthält, der in einem Abschnitt der ersten Schicht angeordnet und an der ersten Aussenoberfläche offen ist; und eine zweite Schicht, die mit der ersten Schicht verbunden ist und eine zweite Innenoberfläche, eine zweite Aussenoberfläche und wenigstens einen zweiten Kanal enthält, der in der zweiten Schicht angeordnet ist und an der zweiten Innenoberfläche offen und fluidmässig mit dem wenigstens einem ersten Kanal verbunden ist, um dadurch wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht und einem Abschnitt der zweiten Schicht angeordnet ist; welcher erhalten werden kann, indem die erste Schicht erzeugt wird, die zweite Schicht auf der ersten Aussenoberfläche aufgebracht wird, der wenigstens eine erste Kanal und der wenigstens eine zweite Kanal ausgebildet werden, indem gerichtet Material beginnend an der ersten Innenoberfläche und zu der ersten Aussenoberfläche und der zweiten Innenoberfläche fortschreitend entfernt wird, und indem die erste Schicht mit dem Basismaterial verbunden wird.

[0011] Gemäss einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Vorbereiten einer Gasturbinenkomponente die Schritte der Erzeugung wenigstens einer ersten Schicht, die eine erste Innenoberfläche und eine erste Aussenoberfläche aufweist; der Aufbringung einer eine zweite Innenoberfläche und eine zweite Aussenoberfläche aufweisenden zweiten Schicht auf die erste Aussenoberfläche; der Ausbildung wenigstens eines ersten Kanals in der ersten Schicht und wenigstens eines zweiten Kanals in der zweiten Schicht durch gerichtetes Entfernen von Material beginnend an der ersten Innenoberfläche und zu der ersten Aussenoberfläche und der zweiten Innenoberfläche fortschreitend, um dadurch wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht und einem Abschnitt der zweiten Schicht angeordnet ist, und den Schritt der Verbindung der ersten Schicht mit einem Basismaterial.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, soweit es nicht anderweitig angegeben ist. <tb>Fig. 1<SEP>ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Gasturbinensystems, in welchem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeiten können. <tb>Fig. 2<SEP>ist eine Teilquerschnittsansicht des Gasturbinensystems von Fig. 1 entlang der Linie 2–2. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine vergrösserte Ansicht der Turbine von Fig. 2 entlang der Linie 3–3. <tb>Fig. 4<SEP>ist eine Querschnittsansicht des Oberflächenabschnittes des Deckbandes von Fig. 3 entlang der Linie 4–4 betrachtet und welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. <tb>Fig. 5 bis 8<SEP>veranschaulichen Schritte in dem Verfahren zur Ausbildung des Oberflächenabschnittes des Deckbandes von Fig. 4 gemäss Aspekten der vorliegenden Erfindung. <tb>Fig. 9<SEP>ist eine Querschnittsansicht des Oberflächenabschnittes des Deckbandes von Fig. 3 entlang der Linie 4–4 betrachtet und welche zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0013] Spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Diese Beschreibung bietet, wenn sie in unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, ausreichend Details, um einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschliesslich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Jedoch kann in dem Bemühen, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen zu geben, nicht jedes Merkmal einer tatsächlichen Implementation in der Patenschrift beschrieben werden und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in Kombination oder alternativen Formen angewendet werden und sollten nicht als nur auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird daher nur von den Ansprüchen angegeben und beschränkt und kann weitere Ausführungsformen beinhalten, die dem Fachmann in den Sinn kommen.

[0014] Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht die Beispielausführungsformen beschränken. So wie hierin verwendet, soll ein in der Singularform bezeichnetes Element oder Schritt und dem auch das Wort «einer, eine, eines» vorangestellt ist, nicht als mehrere Elemente oder Schritte ausschliessend betrachtet werden, soweit nicht ein derartiger Ausschluss explizit angegeben wird. Ferner sollen Bezugnahmen auf «eine Ausführungsform» der vorliegenden Erfindung nicht weitere ebenfalls die angegebenen Merkmale enthaltende Ausführungsformen ausschliessen.

[0015] Ebenso spezifizieren die Begriffe «weist auf», «aufweisend», «umfasst» und/oder «umfassend», wenn sie in hierin verwendet werden, das Vorliegen festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten, schliessen aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. So wie hierin verwendet umfasst der Begriff «und/oder» jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten gelisteten Punkte.

[0016] Eine bestimmte Terminologie wird hierin nur zur Vereinfachung für den Leser verwendet und ist nicht als eine Einschränkung bezüglich des Schutzumfangs der Erfindung anzusehen. Beispielsweise beschreiben Worte wie z.B. «oberer», «unterer», «links», «rechts», «vorderer», «hinterer», «oben», «unten», «horizontal», «vertikal», «stromaufwärts», «stromabwärts», «vorne», «hinten» und dergleichen, wenn sie ohne weitere Einschränkung verwendet werden, lediglich die in den Figuren dargestellte Ausgestaltung. Ebenso werden die Begriffe, «erster», «zweiter», «primärer», «sekundärer» und dergleichen, wenn sie ohne weitere Einschränkung verwendet werden, nur dazu verwendet, ein Element von einem anderen zu unterscheiden und schränken die beschriebenen Elemente nicht ein.

[0017] Gemäss den Figuren, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, sofern es nicht anderweitig angegeben ist, stellt Fig. 1 ein exemplarisches Gasturbinensystem 10 dar, in welchem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeiten können. Das Gasturbinensystem 10 enthält einen Verdichter 15, der einen ankommenden Luftstrom 20 verdichtet. Der verdichtete Luftstrom 22 wird wenigstens einem Brenner 25 zugeführt, in welchem die Luft mit Brennstoff 30 vermischt und verbrannt wird, was einen Strom heisser unter Druck stehender Gase 35 erzeugt. Der Strom der heissen unter Druck stehenden Gasen 35 wird einer Turbine 40 zugeführt, in welcher die Gase eine oder mehrere stationäre und rotierende Turbinenstufen passieren, die die thermische und kinetische Energie aus den heissen unter Druck stehenden Gasen in ein auf eine oder mehrere mit einer rotierenden Welle 45 verbundene rotierende Elemente einwirkendes mechanisches Drehmoment umwandeln. Eine externe Last 50, wie z.B. ein Generator, ist mit der Welle 45 verbunden, um dadurch das mechanische Drehmoment in Elektrizität umzuwandeln. Die Welle 45 kann sich auch vorwärts durch die Turbine 40 erstrecken, um den Verdichter 15 anzutreiben, oder eine (nicht dargestellte) getrennte Welle kann aus der Turbine austretend für diesen Zweck vorgesehen sein.

[0018] Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht des Gasturbinensystems von Fig. 1 entlang der Linie 2–2. Die heissen unter Druck stehenden Gase 35 verlassen den Brenner 25 über ein Übergangsstück 55, welches die Gase 35 in die Turbine 40 durch eine stationäre Turbinenstufe 60 hindurch leiten, die in einem ringförmigen Gehäuse 65 angeordnet ist. Die heissen unter Druck stehenden Gase 35 werden durch die stationäre Turbinenstufe 60 in eine rotierende Turbinenstufe 70 geleitet, die eine rotierende Scheibe 75 enthält, welche mit der rotierenden Welle 45 (Fig. 1 ) verbunden ist. Die heissen unter Druck stehenden Gase 35 können ferner zu zusätzlichen stationären und rotierenden Turbinenstufen (60, 70, 75) geführt werden. Obwohl die Turbine 40 mit drei Stufen dargestellt ist, können die hierin beschriebenen Komponenten und Anordnungen in jedem geeigneten Turbinentyp mit jeder geeigneten Anzahl und Anordnung von Stufen, Scheiben und Wellen verwendet werden.

[0019] Fig. 3 ist eine vergrösserte Ansicht der Turbine 40 von Fig. 2 entlang der Linie 3–3, welche die erste stationäre Turbinenstufe 60 und die erste rotierende Turbinenstufe 70 darstellt. Die heissen unter Druck stehenden Gase 35 treten in die stationäre Turbinenstufe 60 in der durch den Pfeil dargestellten Richtung ein. Die stationäre Turbinenstufe 60 enthält mehrere in Umfangsrichtung benachbarte Leitdüsen 100, die radial innerhalb des ringförmigen Gehäuses 62 (Fig. 2 ) angeordnet sind. Jeder Leitdüse kann ein Schaufelprofil 105, eine radial innere Endwand 110 und eine radial äussere Endwand 115 enthalten, die den Strom der. heissen unter Druck stehenden Gase 35 begrenzen und auf die rotierende Turbinenstufe 70 leiten.

[0020] Die rotierende Turbinenstufe 70 enthält mehrere in Umfangsrichtung benachbarte Laufschaufeln 120, die mit der rotierenden Scheibe 75 (Fig. 2 ) verbunden und radial darum herum angeordnet sind. Jede Laufschaufel kann ein Schaufelprofil 125, eine Plattform 130 und einen Schaft 135 enthalten. Ein ringförmiges Deckband 140 kann an dem radial äusseren Ende des Schaufelprofiles 125 angeordnet sein und kann aus miteinander verbundenen Segmenten oder als ein zusammenhängender Ring ausgebildet sein. Das Deckband 140 arbeitet mit dem Schaufelprofil 125 und der Plattform 130, um den Strom der heissen unter Druck stehenden Gase 35 zu begrenzen und auf nachfolgende Turbinenstufen zu leiten.

[0021] Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Oberflächenabschnittes des Deckbandes 140 von Fig. 3 entlang der Linie 4–4 betrachtet und welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie hierin verwendet, repräsentiert die Linie 4–4 eine Richtung im Wesentlichen parallel zu der Achse der Turbinenrotation. Obwohl die Vorteile der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das Deckband 140 beschrieben werden, sind die Lehren dieser Erfindung im Wesentlichen auf die Leitdüsen 100, die Laufschaufeln 120 und andere Heissgaspfadkomponenten von Gasturbinen, die für industrielle und Luftfahrtanwendungen entwickelt werden, sowie auf andere Komponenten, die hohen Temperaturen in anderen Arten von Maschinen, Geräten und Systemen ausgesetzt sind, anwendbar.

[0022] Das Deckband 140 enthält ein Basismaterial 200, eine erste Schicht 205 mit einer ersten Innenoberfläche 210 und einer ersten Aussenoberfläche 215 und eine zweite Schicht 220 mit einer zweiten Innenoberfläche 225 und einer zweiten Aussenoberfläche 230, wobei die zweite Aussenoberfläche einen Abschnitt von wenigstens einer Oberfläche des Deckbandes ausbilden kann, das mit den heissen unter Druck stehenden Gasen 35 während des Betriebs in Kontakt stehen kann. Wenigstens ein Kanal 235 ist in einem Abschnitt der ersten Schicht und in einem Abschnitt der zweiten Schicht angeordnet, welcher zu der zweiten Aussenoberfläche 230 hin geschlossen ist und eine ausreichende Querschnittsfläche hat, um den Durchfluss eines Kühlfluids, wie z.B. von unter Druck stehender Luft aus dem Verdichter 15 (Fig. 1 ), dadurch zu ermöglichen. Der geschlossene Kühlkanal 235 kann sich über jede Distanz in die Komponente in der Umfangsrichtung und in jeden Winkel von der axialen Richtung weg erstrecken und kann jede geeignete Form, wie z.B. eine Kurve, eine Sinusform oder Serpentinenform annehmen. Der geschlossene Kühlkanal 235 kann auch mit anderen geschlossenen oder offenen Kanälen verbunden sein.

[0023] Der geschlossene Kühlkanal 235 kann die Form eines rechteckigen Querschnittes gemäss Darstellung in Fig. 4 haben oder kann jede beliebige andere Form des Querschnittes haben. Die Breite und Tiefe (definiert als die Abmessungen im Wesentlichen parallel und rechtwinklig zu der ersten Innenoberfläche 210) des geschlossenen Kühlkanals 235 können bis zu ca. 2,5 mm (0,1 Inch) mit einem bevorzugten Bereich von ca. 0,25 mm bis ca. 1,3 mm (0,01 Inch bis 0,05 Inch) sein und sind so gewählt, dass eine Querschnittsfläche bis zu ca. 6,5 mm2 (0,01 Inch2) mit einem bevorzugten Bereich von ca. 0, 065 mm2 bis ca. 1,6 mm2 (0,0001 Inch2 bis 0,0025 Inch2) erreicht wird. Wenn mehr als ein geschlossener Kühlkanal 235 vorhanden ist, kann der Abstand zwischen den Kanälen jede geeignete Abmessung sein, um die gewünschte Wärmeübertragung zu erzielen.

[0024] Das Basismaterial 200 kann aus jedem geeigneten Material oder einer Kombination von Materialien mit der Festigkeit, Duktilität und anderen Eigenschaften sein, die für die Komponente erforderlich sind. Nicht einschränkende Beispiele umfassen Nickel-basierende Superlegierungen, wie z.B. Rene N5, GTD-111 und Inconel 738; Kobalt- und Eisen-basierende Superlegierungen, Stahllegierungen, Keramiken und metallische oder keramische Verbundwerkstoffe, welche mittels jedes geeigneten Verfahrens, wie z.B. durch Giessen, Schmieden, Pressen oder mechanisches Bearbeiten, erzeugt werden können.

[0025] Die erste Schicht 205 kann aus jedem geeigneten Material oder einer Kombination von Materialien mit der mechanischen, thermischen und Umwelteigenschaften ausgebildet sein, die für die Komponente erforderlich sind und ist bevorzugt ein vorgesintertes Vorform-(PSP)-Material, das aus einem Gemisch eines hochschmelzenden Legierungspulvers und eines niedrigschmelzenden Legierungspulvers ausgebildet ist. Nicht einschränkende Beispiele von hochschmelzenden Pulvern umfassen strukturelle Legierungen und umgebungsbedingte Beschichtungen, wie z.B. Inconel 738, Rene 142, Mar-M247 und GT-33. Nicht einschränkende Beispiele von niedrigschmelzenden Pulvern beinhalten Hartlotlegierungen, wie z.B. D15, DF4B, BNi-9, BNi-5 und B93. Der Anteil des niedrigschmelzenden Pulvers kann von ca. 5 bis ca. 95 Gewichtsprozent reichen und kann von einem höheren Anteil von niedrigschmelzendem Pulver in der Nähe der ersten Innenoberfläche 210 zu einem niedrigeren Anteil von niedrigschmelzendem Pulver in der Nähe der ersten Aussenoberfläche 215 übergehen. Die Dicke der ersten Schicht kann von ca. 0,125 mm (0,005 Inch) bis ca. 12,7 mm (0,5 Inch) reichen, liegt aber bevorzugt zwischen ca. 0,25 mm (0,01 Inch) bis ca. 0,5 mm bis (0,02 Inch). Die erste Schicht 205 kann als eine ebene Schicht ausgebildet sein oder in jede beliebige geeignete Geometrie profiliert sein, einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, auf die Gestalt des Basismaterials 200 unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens.

[0026] Die zweite Schicht 220 kann aus jedem geeigneten Material oder aus Kombination von Materialien mit mechanischen, thermischen und umgebungsbedingten Eigenschaften ausgebildet sein, die für die Komponente erforderlich sind. Nicht einschränkende Beispiele beinhalten PtAl, NiCrAly (z.B. GT-33) und mit Yttriumoxyd stabilisiertes Zirkonoxyd (YSZ); welche auf der ersten Schicht unter Verwendung eines Wärmespritzverfahrens, wie z.B. Luftplasmaspritzen (APS), Vakuumplasmaspritzen (VPS) oder Hochgeschwindigkeits-Flammpritzen (HVOF – High Velocity Oxy-Fuel); physikalische Dampfabscheidung (PVD) oder ein Aufschlämmverfahren abgeschieden werden können. Die Dicke der zweiten Schicht kann bis zu 2,5 mm (0,1 Inch) sein und ist bevorzugt ca. 0,25 mm (0,01 Inch) bis zu ca.1,3 mm (0,05 Inch).

[0027] Fig. 5 bis 8 veranschaulichen Schritte in dem Verfahren zur Ausbildung eines Oberflächenabschnittes des Deckbandes 140 gemäss Aspekten der vorliegenden Erfindung. Das hierin beschriebene Verfahren so oft wie gewünscht entweder sequentiell oder gleichzeitig durchgeführt werden, sodass jeder Oberflächenabschnitt der gesamten Oberfläche des Deckbandes dadurch ausgebildet wird.

[0028] Gemäss Darstellung in Fig. 5 wird das Basismaterial 200 getrennt von der ersten Schicht 205 und der zweiten Schicht 220 ausgebildet. Die erste Schicht 205 und die zweite Schicht 220 können gleichzeitig oder in aufeinanderfolgenden Schritten ausgebildet werden, die eine mechanische, chemische oder metallurgische Bindung zwischen der Aussenoberfläche 215 und der zweiten Innenoberfläche 225 erzeugen.

[0029] Gemäss Darstellung in Fig. 6 wird, nachdem die erste Schicht 205 und die zweite Schicht 220 ausgebildet und miteinander verbunden sind, wenigstens ein erster Kanal 240 in der ersten Schicht 205 durch gerichtetes Entfernen von Material beginnend an der ersten Innenoberfläche 210 und fortschreitend zu der ersten Aussenoberfläche 215 in der durch den Pfeil 245 dargestellten Richtung entfernt. Der erste Kanal 240 kann mittels jedes geeigneten Verfahrens einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Fräsen, Schleifen, Elektroerosionsbearbeitung (EDM), elektrochemische Bearbeitung (ECM), Wasserstrahlschneiden und Laserschneiden ausgebildet werden.

[0030] Gemäss Darstellung in Fig. 7 wird der erste Kanal 240 in der durch den Pfeil 245 dargestellten Richtung dergestalt erweitert, dass ein zweiter Kanal 250 in der zweiten Schicht 220 erzeugt und fluidmässig mit dem ersten Kanal 240 verbunden wird. Der zweite Kanal 250 kann durch jedes geeignete Verfahren ausgebildet werden, welches dasselbe Verfahren sein kann, das zur Ausbildung des ersten Kanals 240 verwendet wird oder ein anderes Verfahren. Die Breite des zweiten Kanals 250 kann im Wesentlichen dieselbe wie die Breite des ersten Kanals 240 sein oder kann breiter oder schmäler als die Breite des ersten Kanals 240 sein, solang die durchschnittlichen Abmessungen und die Gesamtquerschnittsfläche des resultierenden Kanals (die dem geschlossenen Kühlkanal 235 von Fig. 4 entspricht) im Wesentlichen innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche liegen. Die zum Erzeugen des ersten Kanals 240 und des zweiten Kanals 250 verwendeten Verfahren können sequentiell oder gleichzeitig angewendet werden, um eine beliebige Anzahl zusätzlicher erster und zweiter Kanäle auszubilden.

[0031] Gemäss Darstellung in Fig. 8 wird, nachdem die gewünschte Anzahl erster Kanäle 240 und zweiter Kanäle 250 erzeugt ist, die erste Schicht 205 mit dem Basismaterial 200 an der ersten Innenoberfläche 210 unter Anwendung jedes geeigneten Verfahrens verbunden, um dadurch wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal 235 zu erzeugen. Wenn die erste Schicht 205 eine vorgesinterte Vorform (PSP) ist, kann die erste Schicht mit dem Basismaterial verbunden werden, indem die erste Schicht und das Basismaterial gleichzeitig auf eine höhere Temperatur als der Schmelzpunkt des niedrigschmelzenden Pulvers und niedriger als der Schmelzpunkt des hochschmelzenden Pulvers in der ersten Schicht erwärmt werden, so dass das niedrigschmelzende Pulver zu dem Bindemittel zwischen der ersten Schicht und dem Basismaterial wird.

[0032] Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht des Oberflächenabschnittes des Deckbandes 140 von Fig. 3 entlang der Linie 4–4 betrachtet und veranschaulicht zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform kann die erste Schicht 205 in dem Bereich 255 während des Schrittes der Verbindung der ersten Schicht 205 mit dem Basismaterial 200 zusammenbrechen, was zu einem beschnittenen geschlossenen Kühlkanal 237 führt, der sich nicht bis zu der ersten Innenoberfläche 210 hin erstreckt. In einer weiteren Ausführungsform können einer oder mehrere geschlossene Kühlkanäle 235 fluidmässig mit wenigstens einem dritten Kanal 260 verbunden sein, der in dem Basismaterial ausgebildet ist, der das Kühlfluid aus einem Innenabschnitt der Komponente zuführt. In noch einer weiteren Ausführungsform können einer oder mehrere von den geschlossenen Kühlkanälen 235 fluidmässig mit wenigstens einem an der zweiten Aussenoberfläche offenen vierten Kanal 265 verbunden, sein, der einen Austritt des Fluids zu den heissen unter Druck stehenden Gasen 35 hin ermöglicht. Der dritte Kanal 260 und der vierte Kanal 265 können unter Anwendung jedes geeigneten Verfahrens entweder vor oder nach dem Schritt der Verbindung der ersten Schicht 205 mit dem Basismaterial 200 ausgebildet werden.

[0033] Wie vorstehend beschrieben, betrachtet die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenkomponente, wie z.B. eine, Leitdüse, eine Laufschaufel oder ein Deckband, die wenigstens einen geschlossenen Kühlkanal enthalten, der in einem Abschnitt einer ersten Schicht und einem Abschnitt einer zweiten Schicht enthalten ist, wobei die zweite Schicht wenigstens eine von den Komponentenoberflächen beinhalten kann. Die vorliegende Erfindung betrachtet auch ein Verfahren zum Ausbilden eines Abschnittes wenigstens einer Oberfläche einer Gasturbinenkomponente, in welcher wenigstens ein geschlossener Kühlkanal in der Nähe der Komponentenoberfläche angeordnet ist.

[0034] Obwohl spezifische Ausführungsformen hierin dargestellt und beschrieben wurden, die die beste Ausführungsart beinhalten, wird der Fachmann erkennen, dass alle Hinzufügungen, Weglassungen und Modifikationen an den Ausführungsformen, wie hierin dargestellt und welche in die Bedeutung und den Schutzumfang der Ansprüche fallen, die dargestellten spezifischen Ausführungsformen ersetzen können. Ebenso können weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, welche nicht von dem Erfindungsgedanken oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten. Ebenso sind die dargestellten Systemkomponenten nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern stattdessen können die Systemkomponenten von anderen hierin beschrieben Komponenten unabhängig und getrennt genutzt werden. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Komponenten und Anordnungen in jedem geeigneten Typ von Gasturbine, Flugzeugtriebwerk oder anderen Turbomaschine mit einer beliebigen Anzahl von Stufen, Scheiben und Wellen eingesetzt werden und trotzdem in die Bedeutung und den Schutzumfang der Ansprüche fallen.

[0035] Die vorliegende Erfindung ist ein Gegenstand, der interne Kühlkanäle 235 enthält, die sich in der Nähe wenigstens einer Oberfläche 230 befinden. In einer Ausführungsform enthält der gekühlte Gegenstand ein Basismaterial (200), eine erste Schicht 205 und eine zweite Schicht 220. Hier ist die erste Schicht 205 mit dem Basismaterial verbunden und die zweite Schicht 210 ist mit der ersten Schicht 205 verbunden, wobei wenigstens ein geschlossener Kühlkanal 235 in einem Abschnitt der ersten Schicht 205 und einem Abschnitt der zweiten Schicht 220 angeordnet ist.

Claims (10)

1. Gasturbinensystem (10), aufweisend: wenigstens einen Verdichter (15), wenigstens einen Brenner (25), und wenigstens eine Turbine (40); wobei die wenigstens eine Turbine wenigstens eine Komponente aufweist, mit: einem Basismaterial (200); einer ersten Schicht (205), die mit dem Basismaterial (200) verbunden ist und aufweist: eine erste Innenoberfläche (210), eine erste Aussenoberfläche (215), und wenigstens einen ersten Kanal (240), der in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) angeordnet und an der ersten Aussenoberfläche (215) offen ist; und einer zweiten Schicht (220), die mit der ersten Schicht verbunden ist und aufweist: eine zweite Innenoberfläche (225), eine zweite Aussenoberfläche (230), und wenigstens einen zweiten Kanal (250), der in der zweiten Schicht (220) angeordnet ist und an der zweiten Aussenoberfläche (225) offen und fluidmässig mit dem wenigstens einen ersten Kanal (240) verbunden ist, um dadurch wenigsten einen geschlossenen Kühlkanal (235) auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) und in einem Abschnitt der zweiten Schicht (220) angeordnet ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht (205) eine hochschmelzende Legierung und eine niedrigschmelzende Legierung aufweist.

3. System nach Anspruch 1, wobei die zweite Aussenoberfläche (230) wenigstens eine von den Komponentenoberflächen ausbildet.

4. System nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Komponente aus der aus einer Turbinenlaufschaufel, einer Turbinenleitdüse und einem Turbinendeckband bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Gasturbinenkomponente, aufweisend: ein Basismaterial (200); eine erste Schicht (205), die mit dem Basismaterial (200) verbunden ist und aufweist: eine erste Innenoberfläche (210), eine erste Aussenoberfläche (215), und wenigstens einen ersten Kanal (240), der in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) angeordnet und an der ersten Aussenoberfläche (215) offen ist; und eine zweite Schicht (220), die mit der ersten Schicht verbunden ist und aufweist: eine zweite Innenoberfläche (225), eine zweite Aussenoberfläche (230), und wenigstens einen zweiten Kanal (250), der in der zweiten Schicht (220) angeordnet ist und an der zweiten Aussenoberfläche (225) offen und fluidmässig mit dem wenigstens einen ersten Kanal (240) verbunden ist, um dadurch wenigsten einen geschlossenen Kühlkanal (235) auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) und in einem Abschnitt der zweiten Schicht (220) angeordnet ist.

6. Komponente nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht (205) eine hochschmelzende Legierung und eine niedrigschmelzende Legierung aufweist.

7. Komponente nach Anspruch 5, wobei die zweite Aussenoberfläche (230) wenigstens eine von den Komponentenoberflächen ausbildet.

8. Komponente nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine geschlossene Kühlkanal (235) fluidmässig mit wenigstens einem dritten Kanal (260) in dem Basismaterial verbunden ist.

9. Komponente nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine geschlossene Kühlkanal (235) fluidmässig mit wenigstens einem vierten Kanal (265) verbunden ist, der an der zweiten Aussenoberfläche offen ist.

10. Gasturbinenkomponente, aufweisend: ein Basismaterial (200); eine erste Schicht (205), die mit dem Basismaterial (200) verbunden ist und aufweist: eine erste Innenoberfläche (210), eine erste Aussenoberfläche (215), und wenigstens einen ersten Kanal (240), der in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) angeordnet und an der ersten Aussenoberfläche (215) offen ist; und eine zweite Schicht (220), die mit der ersten Schicht verbunden ist und aufweist: eine zweite Innenoberfläche (225), eine zweite Aussenoberfläche (230), und wenigstens einen zweiten Kanal (250), der in der zweiten Schicht (220) angeordnet ist und an der zweiten Aussenoberfläche (225) offen und fluidmässig mit dem wenigstens einen ersten Kanal (240) verbunden ist, um dadurch wenigsten einen geschlossenen Kühlkanal (235) auszubilden, der in einem Abschnitt der ersten Schicht (205) und in einem Abschnitt der zweiten Schicht (220) angeordnet ist; welcher erhalten werden kann, durch: Erzeugen der ersten Schicht (225); Aufbringen der zweiten Schicht (220) auf die erste Aussenoberfläche, Ausbilden des wenigstens einen ersten Kanals (240) und des wenigstens einen zweiten Kanals (250), indem gerichtet Material beginnend an der ersten Innenoberfläche (210) und zu der ersten Aussenoberfläche (215) und der zweiten Innenoberfläche (225) hin fortschreitend entfernt wird, und Verbinden der ersten Schicht (205) mit dem Basismaterial (200).