CH707916A2

CH707916A2 - Turbomaschinenschaufelanordnung.

Info

Publication number: CH707916A2
Application number: CH00137/14A
Authority: CH
Inventors: Andres Jose Garcia-Crespo
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-10-15
Also published as: DE102014100827A1; CN104100304A; JP6625315B2; CN104100304B; US20140301850A1; US9482108B2; JP2014202207A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System, zu dem gehören: eine Turbomaschinenschaufelanordnung mit einem Schaufelblattabschnitt (50) einem Schaftabschnitt (50) und einem Befestigungsabschnitt, wobei der Schaufelblattabschnitt (50), der Schaftabschnitt und der Befestigungsabschnitt eine erste Anzahl von Lagen (200) aufweisen, die sich ausgehend von einer Spitze (202) des Schaufelblatts zu einer Basis (204) des Schwalbenschwanzes (56) erstrecken.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Turbomaschinen und speziell Systeme und Verfahren zum Erzeugen und Verwenden von Turbomaschinenschaufeln.

[0002] Turbomaschinen enthalten Verdichter und Turbinen, z.B. Gasturbinen, Dampfturbinen, Strahltriebwerke und Wasserturbinen. Allgemein enthalten Turbomaschinen ein Laufrad, das auf einer Welle oder Trommel basieren kann, die Turbomaschinenschaufeln trägt. Beispielsweise können die Turbomaschinenschaufeln an dem Laufrad über ein Befestigungssegment angebracht sein, das zu einem Schlitz in dem Laufrad passt. Darüber hinaus können Turbomaschinenschaufeln andere Bauteile aufweisen, z.B. Plattformen, Dichtungen, Drehsicherungsvorrichtungen, Schäfte und sonstige Bauteile. Nachteilig ist, dass Turbomaschinenschaufeln möglicherweise anhand von Materialien hergestellt sind, die gegenüber hohen Temperaturen und hohen mechanischen Spannungen empfindlich sind, was zu frühem Verschleiss und Ausfall führen kann.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0003] Im Folgenden sind spezielle Ausführungsbeispiele gemäss dem Gegenstand der ursprünglich vorliegenden Erfindung zusammenfassend beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sollen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, vielmehr sollen diese Ausführungsbeispiele lediglich eine Kurzbeschreibung möglicher Ausprägungen der Erfindung geben. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Ausprägungen abdecken, die den nachstehend dargelegten Ausführungsbeispielen ähneln oder sich von diesen unterscheiden können.

[0004] In einem ersten Ausführungsbeispiel gehört zu einem System eine Turbomaschinenschaufelanordnung mit einem Schaufelblattabschnitt, einem Schaftabschnitt, und einem Befestigungsabschnitt, wobei der Schaufelblattabschnitt, der Schaftabschnitt und der Befestigungsabschnitt eine erste Anzahl von Lagen aufweisen, die sich ausgehend von einer Spitze des Laufschaufelabschnitts zu einer Basis des Befestigungsabschnitts erstrecken.

[0005] Jede der ersten Anzahl von Lagen kann eine erste Anzahl keramischer Fasern aufweisen, die in einem gesamten ersten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

[0006] Die erste Anzahl keramischer Fasern jedes der oben erwähnten Systeme kann längs einer Achse jeder der ersten Anzahl von Lagen ausgerichtet sein.

[0007] Die Turbomaschinenschaufelanordnung jedes der oben erwähnten Systeme kann mindestens eine Schaftwölbung aufweisen, die auf einer Aussenfläche des Laufschaufelabschnitts und des Schaftabschnitts angeordnet ist, wobei die Schaftwölbung eine zweite Anzahl von Lagen aufweist, wobei jede der zweiten Anzahl von Lagen eine zweite Anzahl keramischer Fasern aufweist, die in einem gesamten zweiten keramischen Matrixmaterial verteilt sind, und wobei ein erster Teil der zweiten Anzahl keramischer Fasern, die in dem gesamten zweiten keramischen Matrixmaterial verteilt sind, grösser ist als ein zweiter Teil der ersten Anzahl keramischer Fasern, die in dem gesamten ersten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

[0008] Die erste Anzahl von Lagen jedes der oben erwähnten Systeme kann miteinander schichtgepresst sein, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0009] Die Turbomaschinenschaufelanordnung jedes der oben erwähnten Systeme kann eine Plattformwölbung aufweisen, die um den Schaufelblattabschnitt, den Schaftabschnitt und den Befestigungsabschnitt angeordnet ist, wobei die Plattformwölbung eine zweite Anzahl von Lagen aufweist, wobei die zweite Anzahl von Lagen eine Anzahl keramischer Fasern aufweist, die in einem gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

[0010] Die erste Anzahl von Lagen und die zweite Anzahl von Lagen jedes der oben erwähnten Systeme kann miteinander schichtgepresst sein, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0011] Der Schaufelblattabschnitt jedes der oben erwähnten Systeme kann einen Schaufelhohlraum aufweisen, der dazu eingerichtet ist, von einem Schafthohlraum der Turbomaschinenschaufelanordnung einen verdichteten Strom aufzunehmen.

[0012] Der Schaftabschnitt jedes der oben erwähnten Systeme kann einen Druckbeaufschlagungskanal aufweisen, der den Schaufelhohlraum und den Schafthohlraum strömungsmässig verbindet.

[0013] In einem zweiten Ausführungsbeispiel gehören zu einem System: eine erste Turbomaschinenschaufel mit einem Schaufelblattabschnitt, der einen Hohlraum aufweist, einem Schaftabschnitt, der einen Druckbeaufschlagungskanal aufweist, der mit dem Hohlraum strömungsmässig verbunden ist, und einem Befestigungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, die erste Turbomaschinenschaufel mit einem Laufrad zu verbinden.

[0014] Der Druckbeaufschlagungskanal des oben erwähnten Systems kann sich ausgehend von dem Hohlraum zu einem Schafthohlraum der ersten Turbomaschinenschaufel erstrecken.

[0015] Das oben erwähnte System kann eine zweite Turbomaschinenschaufel aufweisen, die benachbart zu der ersten Turbomaschinenschaufel angeordnet ist, und es können zwischen der ersten Turbomaschinenschaufel und der zweiten Turbomaschinenschaufel mehrere Dichtstifte angeordnet sein.

[0016] Die mehreren Dichtstifte jedes der oben erwähnten Systeme können in Bezug auf eine Achse der ersten Turbomaschinenschaufel mindestens einen vertikalen Dichtstift und mindestens einen horizontalen Dichtstift beinhalten.

[0017] Die erste Turbomaschinenschaufel jedes der oben erwähnten Systeme kann eine Plattform aufweisen, die um den Laufschaufelabschnitt und den Schaftabschnitt angeordnet ist und sich radial von diesen erstreckt.

[0018] Der Schaufelblattabschnitt, der Schaftabschnitt und der Befestigungsabschnitt jedes der oben erwähnten Systeme kann eine erste Anzahl von Lagen aufweisen, und die Plattform kann eine zweite Anzahl von Lagen aufweisen.

[0019] Die erste Anzahl von Lagen und die zweite Anzahl von Lagen des oben erwähnten Systems kann miteinander schichtgepresst sein, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0020] Das oben erwähnte System kann einen Hohlkehlenabschnitt aufweisen, der sich über den Laufschaufelabschnitt und über die Plattform erstreckt, wobei der Hohlkehlenabschnitt eine dritte Anzahl von Lagen aufweist.

[0021] Jede der ersten, zweiten und dritten Anzahlen von Lagen jedes der oben erwähnten Systeme kann eine Anzahl keramischer Fasern aufweisen, die in einem gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

[0022] In einem dritten Ausführungsbeispiel weist eine Turbomaschinenschaufelanordnung einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt, einen dritten Abschnitt und einen vierten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt weist einen Schaufelblattabschnitt, einen Schaftabschnitt und einen Schwalbenschwanzabschnitt auf, wobei der erste Abschnitt eine erste Anzahl von Lagen aufweist. Der zweite Abschnitt weist eine Plattformwölbung auf, die um den ersten Abschnitt angeordnet ist, wobei die Plattformwölbung eine zweite Anzahl von Lagen aufweist. Der dritte Abschnitt weist mehrere Strömungsführungen auf, die benachbart zu der Plattformwölbung angeordnet sind, wobei die mehreren Strömungsführungen eine dritte Anzahl von Lagen aufweisen. Der vierte Abschnitt weist einen Hohlkehlenabschnitt auf, der sich über den Schaufelabschnitt und die Plattformwölbung erstreckt, wobei der Hohlkehlenabschnitt eine vierte Anzahl von Lagen aufweist, und wobei die erste, zweite, dritte und vierte Anzahl von Lagen miteinander schichtgepresst sind, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0023] Die erste, zweite, dritte und vierte Anzahl von Lagen des oben erwähnten Systems können sämtliche eine Anzahl keramischer Fasern aufweisen, die in einem gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0024] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen übereinstimmende Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:

[0025] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Kombikraftwerksystem (Kraftwerks mit kombiniertem Kreisprozess), das ein Gasturbinensystem, eine Dampfturbine und ein Wärmerückgewinnungsdampferzeugungs-(HRSG)-System enthält;

[0026] Fig. 2 veranschaulicht anhand einer partiellen axialen Schnittansicht einer Turbomaschine axial angebrachte Turbomaschinenschaufeln, die Befestigungssegmente aufweisen, gemäss Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

[0027] Fig. 3 veranschaulicht anhand einer partiellen axialen Schnittansicht einer Turbomaschine axial angebrachte Turbomaschinenschaufeln, die Befestigungssegmente aufweisen, gemäss Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

[0028] Fig. 4 veranschaulicht in einer perspektivischen Explosionszeichnung eine Turbomaschinenschaufelanordnung gemäss Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

[0029] Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer Turbomaschinenschaufel gemäss Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

[0030] Fig. 6 veranschaulicht schematisch eine stoffliche Zusammensetzung einer Anzahl von Folienschichten, die verwendet werden, um Bauteile der Turbomaschinenschaufelanordnung auszubilden; und

[0031] Fig. 7 - 13 veranschaulichen anhand perspektivischer Ansichten eines Ausschnitts einer Turbomaschinenschaufelanordnung die Schritte eines Verfahrens zum Zusammenbau der Turbomaschinenschaufelanordnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0032] Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele vorzulegen, sind möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in der Beschreibung aufgeführt. Es ist zu beachten, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, z.B. Konformität mit systembezogenen und wirtschaftlichen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitraubend sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für den Fachmann, der über den Vorteil dieser Beschreibung verfügt, eine Routine-massnahme der Entwicklung, Fertigung und Herstellung bedeuten würde.

[0033] Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die unbestimmten und bestimmten Artikel «ein», «eine» bzw. «der, die, das» und dergleichen das Vorhandensein von mehr als einem Element einschliessen. Die Begriffe «umfassen», «enthalten» und «aufweisen» sind als einschliessend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgelisteten Elementen unterscheiden.

[0034] Die offenbarten Ausführungsbeispiele beinhalten eine verbesserte Turbomaschinenschaufelanordnung und ein Verfahren zum Ausbilden der verbesserten Turbomaschinenschaufelanordnung. Spezieller beinhalten gewisse Ausführungsbeispiele eine Turbomaschinenschaufelanordnung, bei der ein oder mehrere Bauteile der Turbomaschinenschaufelanordnung anhand mehrere fortlaufender, faserverstärkter Lagen oder Schichten gebildet sind. Wie im Folgenden im Einzelnen erläutert, können die Turbomaschinenschaufelanordnung und/oder die Bauteile der Turbomaschinenschaufelanordnung ausgebildet werden, indem die mehreren fortlaufenden, faserverstärkten Lagen oder Schichten in einer Giessform positioniert werden, und die Lagen oder Schichten anschliessend unter Verwendung eines Fertigungsverfahrens, eines spanabhebenden Bearbeitungsvorgangs, eines chemischen Verfahrens, eines metallurgischen Verfahrens oder eine Kombination davon miteinander schichtgepresst (laminiert) werden. Beispielsweise können die Turbomaschinenschaufelanordnungen jeweils als ein einzelnes Teil anhand schichtgepresster Schichten eines Verbundmaterials ausgebildet sein, z.B. eines auf Keramik basierenden Verbundstoffs oder eines sonstigen Verbundstoffs (z.B. einem Material, das Fasern enthält, die in einem gesamten Matrixmaterial verteilt sind). Beispielsweise kann der auf Keramik basierende Verbundstoff ein keramisches Matrixmaterial (z.B. Siliziumkarbid- oder Siliziumoxidmatrizen) beinhalten, wobei keramische Fasern (z.B. Siliziumkarbid-, Siliziumkohlenstoff-, oder Siliziumoxidfasern) in dem gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind. Im Ergebnis kann die Turbomaschinenschaufelanordnungen in der Lage sein, hohen Temperaturen unter Verzicht auf Kühlung standzuhalten.

[0035] Darüber hinaus kann die Turbomaschinenschaufelanordnung in speziellen Ausführungsbeispielen einen hohlen Schaufelblattabschnitt (z.B. ein hohles Schaufelblatt) aufweisen. Beispielsweise kann das hohle Schaufelblatt einen Durchlass- oder Anschlusskanal aufweisen, der den hohlen Innenraum des Schaufelblatts mit einem Schafthohlraum der Turbomaschine verbindet. Auf diese Weise kann ein verdichteter Strom (z.B. ein Luftstrom) innerhalb des Schafthohlraums in den hohlen Innenraum des Schaufelblatts des Turbomaschinenblatts strömen. Da der hohle Innenraum des Schaufelblatts jeder Turbomaschinenschaufelanordnung mit Druck beaufschlagt ist, kann die Turbomaschinenschaufelanordnung vor Fremdkörper- und Aufprallschäden geschützt werden. Um die Druckbeaufschlagung des Stroms in dem Schafthohlraum und in den hohlen Innenräumen der Schaufelblätter aufrecht zu erhalten, können darüber hinaus zwischen den Turbomaschinenschaufeln Dichtstifte angeordnet sein, um einen Leckstrom des druckbeaufschlagten Stroms von dem Schafthohlraum in die Atmosphäre zu hemmen. Während die im Folgenden offenbarten Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit einer Turbine (z.B. Dampf-, Wasser- oder Gasturbine) beschrieben sind, ist zu beachten, dass die offenbarten Turbomaschinenschaufelanordnungen in Verbindung mit sonstigen Turbomaschinen, z.B. Verdichtern oder Pumpen, verwendet werden können.

[0036] Nun auf die Zeichnungen eingehend, zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Kombinationszyklussystems 10, das unterschiedliche Turbomaschinen enthält, die mit verbesserten Turbomaschinenschaufelanordnungen ausgerüstet sind. Insbesondere enthalten die Turbomaschinen Turbomaschinenschaufelanordnungen, die anhand einer Anzahl von Lagen oder Schichten aus einem Material, wie z.B. einem Keramikverbundstoff, ausgebildet sein können. Beispielsweise können die Anzahl von Lagen oder Materialschichten miteinander schichtgepresst sein. In speziellen Ausführungsbeispielen kann jede Turbomaschinenschaufelanordnung mehrere Bauteile aufweisen, z.B. einen Schaufelblattabschnitt (z.B. ein Schaufelblatt), eine Plattform, einen Befestigungsabschnitt (z.B. eine Schwalbenschwanzverbindung), und so fort, die teilweise oder ganz aus mehreren schichtgepressten Lagen oder Schichten von Material ausgebildet sein können. Wie gezeigt, enthält das Kombinationszyklussystem 10 ein Gasturbinensystem 11 mit einem Verdichter 12, Brennkammeranordnungen 14 mit Brennstoff düsen 16, und eine Gasturbine 18. Die Brennstoffdüsen 16 verzweigen einen flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff, z.B. Erdgas oder synthetisches Gas, in die Brennkammern 14. Die Brennkammeranordnungen 14 zünden und verbrennen ein Brennstoff/Luft-Gemisch, und leiten anschliessend heisse verdichtete Verbrennungsgase 20 (z.B. Abgase) in die Gasturbine 18. Turbinenlaufschaufeln 22 (z.B. Turbomaschinenschaufelanordnungen) sind mit einem Laufrad 24 verbunden, das ebenfalls, wie dargestellt, mit einigen weiteren Bauteilen in dem gesamten Kombinationszyklussystem 10 verbunden ist. Beispielsweise können die Turbinenlaufschaufeln 22 verbesserte Turbinenlaufschaufeln 22 sein, die, wie nachfolgend im Einzelnen erörtert, anhand mehrerer schichtgepresster Lagen oder Schichten gebildet sind. Während die Verbrennungsgase 20 die Turbinenschaufeln 22 in der Gasturbine 18 durchqueren, wird die Gasturbine 18 in Drehung versetzt, mit der Folge, dass das Laufrad 24 um eine Rotationsachse 25 rotiert. Schliesslich verlassen die Verbrennungsgase 20 über einen Abgasauslass 26 (z.B. Abgaskanal, Abgaskamin, Schalldämpfer, und dergleichen) die Gasturbine 18.

[0037] In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Verdichter 12 Verdichterlaufschaufeln 28 auf. Die Verdichterlaufschaufeln 28 in dem Verdichter 12 sind ebenfalls mit dem Laufrad 24 verbunden und rotieren, während das Laufrad 24, wie im Vorausgehenden beschrieben, durch die Gasturbine 18 in Drehung versetzt wird. Darüber hinaus können auch die Verdichterlaufschaufeln 22 aus mehreren schichtgepressten Lagen oder Schichten ausgebildet sein. Während die Verdichterlaufschaufeln 28 in dem Verdichter 12 rotieren, verdichten die Verdichterlaufschaufeln 28 von einer Luftansaugöffnung aufgenommene Luft zu verdichteter Luft 30, die zu den Brennkammern 14, den Brennstoffdüsen 16 und zu anderen Abschnitten des Kombinationszyklussystems 10 verzweigt wird. Die Brennstoffdüsen 16 vermischen anschliessend die verdichtete Luft und den Brennstoff, um ein geeignetes Brennstoff/Luft-Gemisch hervorzubringen, das in den Brennkammeranordnungen 14 verbrennt, um die Verbrennungsgase 20 für den Antrieb der Turbine 18 zu erzeugen. Darüber hinaus kann das Laufrad 24 mit einer ersten Last 31 verbunden sein, die durch die Drehung des Laufrads 24 angetrieben werden kann. Beispielsweise kann die erste Last 31 eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, die über die Drehmomentausgabe des Kombinationszyklussystems 10 Strom erzeugen kann, z.B. eine Stromerzeugungsanlage oder eine externe mechanische Last. Beispielsweise kann die erste Last 31 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs, und so fort beinhalten.

[0038] Das System 10 enthält ausserdem eine Dampfturbine 21, um (z.B. über die Rotation einer Welle 27) eine zweite Last 23 anzutreiben. Die zweite Last 23 kann ebenfalls ein elektrischer Generator zum Erzeugen elektrischen Stroms sein. Allerdings können sowohl die erste als auch die zweite Last 31 und 23 andere Arten von Lasten sein, die durch das Gasturbinensystem 11 und die Dampfturbine 21 angetrieben werden können. Obwohl das Gasturbinensystem 11 und die Dampfturbine 21 unterschiedliche Lasten antreiben (z.B. eine erste und zweite Last 31 und 23), können das Gasturbinensystem 11 und die Dampfturbine 23 in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel darüber hinaus auch in Tandem genutzt werden, um über eine einzige Welle eine einzelne Last anzutreiben.

[0039] Das System 10 enthält zudem ein HRSG-System 35. Erwärmtes Abgas 29 aus der Turbine 18 wird in das HRSG-System 35 befördert, um Wasser für die Erzeugung von Dampf 33 zu erwärmen, der für den Antrieb der Dampfturbine 21 genutzt wird. Es ist klar, dass das HRSG-System 35 vielfältige Vorwärmer, Kondensatoren, Verdampfer, Heizvorrichtungen, und so fort enthalten kann, um den Dampf 33 zu erzeugen und zu erwärmen, der für den Antrieb der Dampfturbine 21 genutzt wird. Der Dampf 33, der durch das HRSG-System 35 erzeugt ist, durchquert die Turbinenschaufeln der Dampfturbine 21. Während der Dampf 33 in der Dampfturbine 21 durch die Turbinenschaufeln strömt, die aus mehreren schichtgepressten Lagen oder Schichten ausgebildet sein können, wird die Dampfturbine 21 in Drehung versetzt, was bewirkt, dass sich die Welle 27 dreht, so dass dadurch die zweite Last 23 angetrieben wird.

[0040] In der folgenden Erörterung kann auf unterschiedliche Richtungen oder Achsen Bezug genommen sein, z.B. auf eine Axialrichtung 32 entlang der Achse 25, eine von der Achse 25 wegführende Radialrichtung 34, und eine um die Achse 25 der Dampfturbine 21 verlaufende Umfangsrichtung 36. Während die weiter unten beschriebenen verbesserten Turbomaschinenschaufeln in Verbindung mit beliebigen unterschiedlichen Turbomaschinen (z.B. Verdichtern 12, Gasturbinen 18 oder Dampfturbinen 21) verwendet werden können, beschreibt die folgende Erörterung darüber hinaus, wie es oben erwähnt ist, verbesserte Turbomaschinenschaufeln in Zusammenhang mit der Turbine 18 (z.B. einer Gasturbine).

[0041] Fig. 2 veranschaulicht anhand einer partiellen axialen 32 Schnittansicht die Turbine 18 mit den Turbinenlaufschaufeln 22, die an dem Laufrad 24 angebracht sind. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist jede der Turbinenlaufschaufeln 22 mehrere Bauteile auf, die aus mehreren schichtgepressten Lagen oder Schichten ausgebildet sein können, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Beispielsweise kann jede Turbinenlaufschaufel 22 einen Schaufelblattabschnitt 50 (z.B. ein Schaufelblatt), eine Plattform 52 und einen Befestigungseinführabschnitt 56 (z.B. eine Schwalbenschwanzverbindung, einen Halterungssegmentabschnitt oder Schwalbenschwanzführung) aufweisen. Insbesondere ist der Schwalbenschwanz 56 jeder Turbinenschaufel 22 dazu eingerichtet, mit einer Ausnehmung oder einem Schlitz 58, z.B. einer axialen oder einer um den Umfang angeordneten Nut, die in einer Aussenfläche 60 des Laufrads 24 ausgebildet ist, in Eingriff zu kommen. Beispielsweise kann der Schwalbenschwanz 56 in einen in dem Laufrad 24 ausgebildeten zweiten Schwalbenschwanzabschnitt oder in eine Schwalbenschwanznut eingreifen. In einem Ausführungsbeispiel können sich die Schlitze 58 in der Umfangsrichtung 36 vollständig (z.B. rund herum) um das Laufrad 24 erstrecken. In noch einem Ausführungsbeispiel kann das Laufrad 24 mehrere axiale Nuten 58 aufweisen, die voneinander beabstandet entlang des Umfangs 36 um das Laufrad 24 angeordnet sind. Das veranschaulichte Ausführungsbeispiel zeigt eine einzelne Stufe 60 von Turbinenlaufschaufeln 22, die an dem Laufrad 24 angebracht sind. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet eine «Stufe» von Turbinenlaufschaufeln 22 jene Turbinenlaufschaufeln 22, die sich an einem gewissen axialen 32 Ort entlang des Laufrads 24 in Umfangsrichtung 36 um das Laufrad 24 erstrecken. Darüber hinaus sind die Turbinenlaufschaufeln 22, wie es oben erwähnt ist, in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel (z.B. durch die Schwalbenschwänze 56) axial 32 in den Nuten 58 befestigt. D.h. die in dem Laufrad 24 ausgebildeten Schlitze 58 erstrecken sich axial 32 entlang des Laufrads 24. Es ist klar, dass der Schwalbenschwanz 56 jeder entsprechenden Turbinenlaufschaufel 22 durch ein axiales 32 Einführen des Schwalbenschwanzes 56 in einen der Schlitze 58 an dem Laufrad 24 angebracht werden kann.

[0042] Wie oben erwähnt, kann jede Turbinenlaufschaufel 22 das Schaufelblatt 50, die Plattform 52 und den Schwalbenschwanz 56 aufweisen. Das Schaufelblatt 50 bildet den Schaufelblattabschnitt der Laufschaufel 22, während die Plattform 54, der Schwalbenschwanz 56 und andere unten beschriebene Bauteile der Turbinenschaufel 22 einen Basisabschnitt oder Befestigungsabschnitt der Laufschaufel 22 bilden. Wie nachstehend beschrieben, kann jede Turbinenlaufschaufel 22 als ein einzelnes Teil aus mehreren laminierten Schichten (z.B. Lagen) ausgebildet sein. Spezieller kann jedes der Bauteile der Turbinenschaufel 22 (z.B. das Schaufelblatt 50, die Plattform 52, der Schwalbenschwanz 56, und dergleichen) anhand mehrerer schichtgepresster Lagen oder Schichten hergestellt sein, und die Bauteile der Turbinenschaufel 22 (z.B. das Schaufelblatt 50, die Plattform 52, der Schwalbenschwanz 56, und dergleichen) können jeweils miteinander verbunden oder schichtgepresst werden, um eine einstückige Turbinenlaufschaufel 22 zu bilden. Ausserdem kann jede laminierte Schicht auf einem Verbundstoff, z.B. einem Keramikmatrixverbundstoff, basieren und kann viele Fasern (z.B. keramische Fasern wie Siliziumkarbid-, Siliziumoxid- oder Kohlenstofffasern) enthalten, die in ein Matrixmaterial (z.B. in ein keramisches Matrixmaterial wie Siliziumkarbid- oder Siliziumoxidmatrizen) eingebettet sind. Speziell kann die Menge keramischer Fasern, die in dem Keramikmatrixverbundstoff jeder Schicht oder Lage verteilt sind (siehe Fig. 6), in speziellen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen übereinstimmen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anzahl keramischer Fasern, die in der Keramikmatrixverbundstoffschicht verteilt sind, variieren, um den Widerstand gegen Schwinglasten, die auf das mittels der Schicht oder Lage ausgebildete Bauteil ausgeübt werden, zu erhöhen oder zu vermindern. Als Vorteil wird erachtet, dass Verbundstoffe möglicherweise höheren Temperaturen standhalten und langlebiger sind als metallische Werkstoffe. Weiter erfordern Verbundstoffe möglicherweise weniger Kühlung als metallische Werkstoffe. Ausserdem können Verbundstoffe leichter sein, was ein verbessertes Ansprechen der Turbine 18 ermöglicht.

[0043] Ausserdem sind in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel zwischen jedem der Schaufelblätter 22 Dichtstifte 70 positioniert. Spezieller sind zwischen jedem der Schaufelblätter 22 horizontale Dichtstifte 72 und vertikale Dichtstifte 74 positioniert. Beispielsweise können die Dichtstifte 70 zwischen entsprechenden Plattformen, Plattformwölbungen, Strömungsführungen oder anderen Bauteilen benachbarter Turbinenlaufschaufeln 22 angeordnet sein. In speziellen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere Bauteile der Turbinenlaufschaufeln 22 Ausnehmungen 75 aufweisen, die dazu eingerichtet sind, die Dichtstifte 70 aufzunehmen und zu führen. Auf diese Weise können die Dichtstifte 70 einen Schafthohlraum 76 unterhalb der Plattform 52 jeder Turbinenschaufel 22 abdichten. Beispielsweise können die Ausnehmungen 75 durch einen spanabhebenden Bearbeitungsvorgang ausgebildet sein, oder die Ausnehmungen 75 können durch Positionieren von Schichten/Lagen um die Ausnehmungen 75 ausgebildet sein, um die Ausnehmungen 75 zu bilden. Es ist klar, dass der Schafthohlraum 76 mit einem Druckfluid (z.B. Luft, Stickstoff, CO2, und dergleichen) gefüllt sein kann, das durch den Verdichter 12, die Brennkammeranordnung 14 oder ein anderes Bauteil des Kombinationszyklussystems 10 zugeführt sein kann. Beispielsweise kann das Druckfluid ein Spülstrom in dem Laufrad 24 sein. Wie weiter unten beschrieben, kann das Druckfluid in einen Schaufelblatthohlraum des Schaufelblatts 50 jeder Turbinenschaufel 22 eingebracht werden. Somit kann das Druckfluid das Innere der Turbinenschaufel 22 mit Druck beaufschlagen, um dadurch die Elastizität der Turbinenlaufschaufel 22 zu verbessern und den Widerstand der Turbinenlaufschaufel 22 gegenüber dem Aufprall von Partikeln oder von anderen Fremdkörper zu steigern, die durch die Turbine 18 wandern.

[0044] Fig. 3 veranschaulicht anhand einer partiellen axialen Schnittansicht der Turbine 18 mit den an dem Laufrad 24 angebrachten Turbinenlaufschaufeln 22 einen Schaufelblatthohlraum 100 jeder Turbinenschaufel 22, der mit dem Schafthohlraum 76 unterhalb der Plattform 52 jeder Turbinenschaufel 22 in Verbindung steht. Speziell ist das Schaufelblatt 50 jeder Turbinenschaufel 22 in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel hohl, so dass der Schaufelblatthohlraum 100 jeder Turbinenschaufel 22 entsteht. Darüber hinaus ist jeder Schaufelblatthohlraum 100 strömungsmässig mit dem Schafthohlraum 76 über einen Druckbeaufschlagungskanal 102 verbunden, der in einem Schaft 104 jeder Turbinenschaufel 22 ausgebildet ist. D.h. der Druckbeaufschlagungskanal 102 erstreckt sich von dem Schaufelblatthohlraum 100 zu dem Schafthohlraum 76. Infolgedessen kann ein in dem Schafthohlraum 76 vorhandenes Druckfluid (z.B. verdichtete Luft, Stickstoff, CO2), wie durch Pfeil 106 gezeigt, in den Schaufelblatthohlraum 100 jeder Turbinenschaufel 22 strömen. In dem Schaufelblatthohlraum 100 kann das Druckfluid, wie durch Pfeile 108 angedeutet, auf eine Innenfläche 110 des Schaufelblatts 50 nach aussen Druck ausüben. In dieser Weise kann das Druckfluid dazu beitragen, das Schaufelblatt 50 vor Verschleiss durch den Aufprall von Fremdkörpern zu schützen. D.h. das Druckfluid kann von dem Inneren des Schaufelblatthohlraums 100 her einen nach aussen gerichteten Druck auf das Schaufelblatt 50 aufrecht erhalten, so dass dadurch ein Widerstand gegen den Aufprall von Fremdkörpern auf einer Aussenfläche 112 des Schaufelblatts 50 und Rückfederung der Turbinenschaufel 22 ermöglicht ist. Darüber hinaus kann in einem solchen Ausführungsbeispiel auf Kühlung der Turbinenlaufschaufel 22 verzichtet werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Turbinenlaufschaufel 22 allerdings gekühlt werden.

[0045] Fig. 4 veranschaulicht in einer perspektivischen Explosionszeichnung der Turbinenlaufschaufel 22 (z.B. der Turbomaschinenschaufelanordnung) unterschiedliche Bauteile, die zusammengebaut werden, um die Turbinenlaufschaufel 22 zu bilden. Wie oben erwähnt, weist die Turbinenlaufschaufel 22 das Schaufelblatt 50, die Plattform 52, den Schwalbenschwanz 56 und den Schaft 104 auf. Allerdings weist die Turbinenlaufschaufel 22 die Plattform 52 in speziellen Ausführungsbeispielen möglicherweise nicht auf. Ausserdem kann die Turbinenlaufschaufel 22 eine Plattformwölbung 120, Schaftwölbungen 122, Strömungsführungen 124, Füllstücke 126 und eine Hohlkehlenschicht 128 aufweisen. Wie oben erwähnt, können ein oder sämtliche der vielfältigen Bauteile der Turbinenschaufel 22 anhand mehrerer schichtgepresster Lagen oder Schichten (z.B. auf Keramik basierender Verbundstofflagen oder Schichten) hergestellt sein. Darüber hinaus können die vielfältigen Bauteile der Turbinenschaufel 22 zusätzlich miteinander schichtgepresst, verarbeitet und/oder spanabhebend bearbeitet werden, um eine einstückige Turbinenlaufschaufel 22 zu bilden.

[0046] Wie nachfolgend im Einzelnen erörtert, können die Lagen oder Schichten, die zum Ausbilden eines oder mehrere Bauteile der Turbinenschaufel 22 verwendet werden, Keramikverbundstoffschichten sein. Beispielsweise können die Schichten auf einer Keramikmatrix mit keramische Fasern basieren, die in der gesamten Keramikmatrix verteilt sind. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Menge (z.B. der Prozentsatz oder das Gewicht pro Volumeneinheit) der keramischen Fasern, die in der gesamten Keramikmatrix verteilt sind, für sämtliche Schichten, die genutzt werden, um die Bauteile der Turbinenschaufel 22 zu bilden, übereinstimmen. In weiteren Ausführungsbeispielen können gewisse Schichten mehr keramische Fasern enthalten, die in der gesamten Keramikmatrix verteilt sind, als andere Schichten. Beispielsweise können die Schichten oder Lagen, die zur Herstellung der Schaftlagen verwendet sind, mehr keramische Fasern in der Keramikmatrix enthalten, als die Schichten oder Lagen, die zur Herstellung des Schaufelblatts 50 verwendet werden, oder auch umgekehrt. Es ist klar, dass andere Schichten oder Lagen aus Keramikverbundstoff, die zur Herstellung anderer Bauteile der Turbinenschaufel 22 (z.B. der Plattformwölbung 120, der Strömungsführungen 124, der Füllstücke 126, und/oder der Hohlkehlenschicht 128) genutzt werden, ebenfalls andere Mengen (z.B. Prozentsätze oder spezifische Dichten) von keramischen Fasern enthalten, die in der gesamten Keramikmatrix verteilt sind.

[0047] Fig. 5 zeigt in einer Seitenansicht vielfältige Bauteile der Turbinenschaufel 22, die durch mehrere laminierte Schichten oder Lagen 200 ausgebildet werden können. Insbesondere zeigt das veranschaulichte Ausführungsbeispiel das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56 der Turbinenschaufel 22. Das Schaufelblatt 50, der Schaft 104 und der Schwalbenschwanz 56 sind gemeinsam durch ein und denselben Satz von Lagen 200 gebildet. D.h. eine Lage 200 erstreckt sich ausgehend von einer Spitze 202 des Schaufelblatts 50 zu einer Basis 204 des Schwalbenschwanzes 56. Wie gezeigt, sind die Lagen 200 zu einander benachbart angeordnet, um das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56 als ein einzelnes Teil zu bilden. Beispielsweise können die Lagen 200 in speziellen Ausführungsbeispielen in einer Giessform oder in einem sonstigen Werkzeug oder Bearbeitungsaufbau angeordnet sein, um die Lagen 200 in einer gewünschten Form oder Anordnung zu bilden. In einer Giessformstruktur können die Lagen 200 verdichtet und/oder gegeneinander gedrückt werden. Wie weiter unten beschrieben, können zu den Lagen 200, die das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56 bilden, weitere Lagen 200 hinzugefügt werden, um andere Bauteile der Turbinenschaufel 22 zu bilden. Darüber hinaus können die Lagen 200, die die anderen vielfältigen Bauteile der Turbinenschaufel 22 bilden, weiter schichtgepresst und spanabhebend bearbeitet werden. Darüber hinaus können sonstige Fertigungsverfahren genutzt werden, um die Lagen 200 miteinander zu verbinden.

[0048] Eine beliebige Anzahl von Lagen 200 kann genutzt werden, um die unterschiedlichen Bauteile der Turbinenschaufel 22 (z.B. das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56) zu bilden. Beispielsweise können die Einheit aus Schaufelblatt 50, Schaft 104 und Schwalbenschwanz 56 in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel mittels 10 bis 1000, 50 bis 500, 100 bis 400, oder 200 bis 300 Lagen 200 ausgebildet sein. Während das veranschaulicht Ausführungsbeispiel des Schaufelblatts 50 kompakt ist, kann das Schaufelblatt 50, wie im Vorausgehenden beschrieben, darüber hinaus auch hohl sein. Insbesondere können Lagen 200 genutzt werden, um das Schaufelblatt 50 mit dem Schaufelblatthohlraum 100, und um den Schaft 104 mit dem Druckbeaufschlagungskanal 102 auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, dem Schaufelblatthohlraum 100 von dem Schafthohlraum 76 der Turbine 18 her ein Druckfluid zuzuführen.

[0049] Wie oben erwähnt, können die Lagen 200 auf einem Keramikverbundstoff basieren. Beispielsweise kann jede Lage 200, wie in Fig. 6 gezeigt, viele Fasern 220 (z.B. keramische Fasern) enthalten, die in einem gesamten Matrixmaterial 222 (z.B. in einem keramischen Matrixmaterial) verteilt sind. Die Fasern 220 sind in dem Matrixmaterial 222 relativ zu der Lage 200 in einer axialen Richtung 224 ausgerichtet. Darüber hinaus können sich die Fasern 220 in speziellen Ausführungsbeispielen über die gesamte Länge der Lagen 200 erstrecken. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Fasern 220 segmentiert sein. D.h. die Fasern 220 erstrecken sich möglicherweise lediglich über einen Teil der gesamten Länge jeder Lage 200. Wenn eines der Bauteile der Turbinenschaufel 22 gebildet wird, können die Lagen 200 allerdings so ausgerichtet werden, dass die Fasern 220 in der Matrix 222 bezüglich der Turbine 18 in jede gewünschte Richtung ausgerichtet sind. Beispielsweise können sich die Fasern 220 in den Lagen 200, die das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56 bilden, in dem Matrixmaterial 222 in der Radialrichtung 34 erstrecken. In den Lagen 200, die verwendet werden, um die Plattform 52 zu bilden, können sich die Fasern 220 in dem Matrixmaterial 222 jedoch in der Umfangsrichtung 36 erstrecken. Darüber hinaus kann die Menge (z.B. der Prozentsatz oder das Gewicht pro Volumeneinheit) der Fasern 220, die in dem gesamten Matrixmaterial 222 verteilt sind, wie es oben erwähnt ist, für sämtliche Lagen 200, die verwendet werden, um die Bauteile der Turbinenschaufel 22 zu bilden, übereinstimmen oder unterschiedlich sein.

[0050] Fig. 7 - 13 veranschaulichen anhand perspektivischer Ansichten der Turbinenschaufel 22 den Zusammenbau unterschiedlicher Bauteile der Turbinenschaufel 22. Allerdings versteht sich, dass die Erörterung im Folgenden nur ein nicht beschränkendes Beispiel der Gestaltung und des Zusammenbaus der Turbinenschaufel 22 und seiner Bauteile anhand einer Anzahl von Lagen 200 ist. Beispielsweise veranschaulicht Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56. Wie oben erörtert, können das Schaufelblatt 50, der Schaft 104 und der Schwalbenschwanz 56 ein einzelnes Teil bilden. Darüber hinaus kann die einstückige Einheit aus Schaufelblatt 50, Schaft 104 und Schwalbenschwanz 56 anhand der oben beschriebenen Lagen 200 ausgebildet sein. D.h. es können auf Keramik basierende Verbundstofflagen 200 genutzt werden, um das Schaufelblatt 50, den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56 zu bilden. Beispielsweise können die Lagen 200 in einer Giessformstruktur oder in einer anderen Werkzeugkomponente angeordnet sein. In der Giessformstruktur oder in der sonstigen Werkzeugkomponente können die Lagen 200 zusammengedrückt und schichtgepresst werden, um das einstückige Bauteil zu bilden (das z.B. auf der Vereinigung von Schaufelblatt 50, Schaft 104 und Schwalbenschwanz 56 basiert).

[0051] Fig. 8 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die Plattformwölbung 120, die an der Einheit aus Schaufelblatt 50, Schaft 104 und Schwalbenschwanz 56 ausgebildet ist. Ähnlich wie im Vorausgehenden beschrieben, kann die Plattformwölbung 120 ebenfalls mittels mehreren schichtgepresster Lagen 200 ausgebildet sein. Nachdem die Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104 und Schwalbenschwanz 56 gebildet ist, können beispielsweise zusätzliche Lagen 200 in einer Giessformstruktur oder in einer sonstigen Werkzeugkomponente (die beispielsweise mit der Giessformstruktur oder Werkzeugkomponente, die zur Ausbildung der Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104 und Schwalbenschwanz 56 verwendet wurde, übereinstimmen oder sich davon unterscheiden kann) und um den Schaft 104 und den Schwalbenschwanz 56 angeordnet werden. Danach können die Lagen 200, die die Plattformwölbung 120 bilden, zusammengedrückt und schichtgepresst werden. Somit können das Schaufelblatt 50, der Schaft 104, der Schwalbenschwanz 56 und die Plattformwölbung 120 vereinigt werden, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0052] Es ist klar, dass die Plattformwölbung 120 dazu eingerichtet sein kann, eine auf die Plattform 52 (oder auf den Strömungspfad) wirkende Last zu tragen oder auf das Laufrad 24 zu übertragen. Darüber hinaus kann die Wölbungsgeometrie der Plattform 120 eine Steigerung der Steifigkeit und/oder Robustheit der Plattformwölbung 120 und der Turbinenlaufschaufel 22 ermöglichen. Wie gezeigt, weist die Plattformwölbung 120 Schwalbenschwanzabschnitte 240 auf, die an den Schwalbenschwanz 56 der Turbinenschaufel 22 angrenzen und eine ähnliche Geometrie wie jener aufweisen. Infolgedessen können die Schwalbenschwanzabschnitte 240 der Plattformwölbung 120 mit dem Laufrad 24 in Schlitzen 58 des Laufrads 24 verbunden werden. Ausserdem erstrecken sich die Schwalbenschwanzabschnitte 240 der Plattformwölbung 120 ausgehend von einer Plattformoberfläche 242 der Plattformwölbung 120. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Plattform 52 über oder an der Oberseite der Plattformwölbung 120 angeordnet sein (siehe Fig. 4 ). In weiteren Ausführungsbeispielen weist die Turbinenlaufschaufel 22 die Plattform 52 möglicherweise nicht auf, und die Plattformoberfläche 242 der Plattformwölbung 120 kann zumindest teilweise einen Pfad für einen Strom (z.B. für Verbrennungsgase 20) definieren, der durch die Turbine 18 strömt. Darüber hinaus kann die Plattformwölbung 120 in speziellen Ausführungsbeispielen die Ausnehmungen 75 (siehe Fig. 2 ) aufweisen, um die Dichtstifte 70 zu tragen.

[0053] Fig. 9 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die Strömungsführungen 124, die an der Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56 und Plattformwölbung 120 ausgebildet sind. Speziell sind die Strömungsführungen 124 auf einer stromaufwärts gelegenen Seite 250 und auf einer stromabwärts gelegenen Seite 252 der Turbinenschaufel 22 gegen die Plattformwölbung 120 positioniert. D.h. die Turbinenlaufschaufel 22 weist eine stromaufwärts gelegene oder vordere Strömungsführung 254 und eine stromabwärts gelegen oder hintere Strömungsführung 256 auf. Darüber hinaus weist jede Strömungsführung 124 einen Schwalbenschwanzabschnitt 258 auf, der an den Schwalbenschwanzabschnitten 240 der Plattformwölbung 120 angrenzt. Ähnlich wie im Vorausgehenden beschrieben, können die Schwalbenschwanzabschnitte 258 mit einem der Schlitze 58 in Eingriff kommen, die in dem Laufrad 24 ausgebildet sind, so dass eine Last von der Turbinenlaufschaufel 22 zu dem Laufrad 24 übertragen wird. Es ist klar, dass die Strömungsführungen 124 Merkmale, z.B. seitliche Plattformen 260, die sich seitlich von den Strömungsführungen 124 nach aussen erstrecken, beinhalten können, die dazu eingerichtet sind, die Turbinenlaufschaufeln 22 gegeneinander und gegenüber anderen Bauteilen der Turbine 18 zumindest teilweise abzudichten. Beispielsweise können die seitlichen Plattformen 260 den Strömungspfad in der Turbine 18, und dadurch die Führung und/oder Richtung des Gasstroms (z.B. den Strom von Verbrennungsgasen 20) in der Turbine, zusätzlich definieren.

[0054] Ähnlich wie im Vorausgehenden beschrieben, können die Strömungsführungen 124 ebenfalls anhand einer Anzahl von Lagen 200 ausgebildet sein. Nachdem die Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56 und Plattformwölbung 120 gebildet ist, können beispielsweise zusätzliche Lagen 200 in einer Giessformstruktur oder sonstigen Werkzeugkomponente (die beispielsweise mit der Giessformstruktur oder Werkzeugkomponente, die zur Ausbildung der Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104 Schwalbenschwanz 56 und Plattformwölbung 120 verwendet wurde, übereinstimmen oder sich davon unterscheiden kann) angeordnet werden, um die Strömungsführungen 124 zu bilden. Danach können die Lagen 200, die die Strömungsführungen 124 bilden, zusammengedrückt und schichtgepresst werden. Somit können das Schaufelblatt 50, der Schaft 104, der Schwalbenschwanz 56, die Plattformwölbung 120 und Strömungsführungen 124 vereinigt werden, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0055] Fig. 10 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die Plattform 52, die an der Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56, Plattformwölbung 120 und Strömungsführungen 124 ausgebildet ist. Wie oben erwähnt, kann die Plattform 52 auf der Plattformoberfläche 242 der Plattformwölbung 120 ausgebildet sein. Es ist klar, dass die Plattform 52 zumindest zum Teil einen Strömungspfad für Gase (z.B. Verbrennungsgase 20) definiert, die durch die Turbine 18 strömen. Darüber hinaus kann die Plattform 52 ebenfalls anhand einer Anzahl von Lagen 200 (die z.B. radial 34 gestapelt oder angeordnet sind) ausgebildet sein. Nachdem die Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56, Plattformwölbung 120 und Strömungsführungen 124 gebildet ist, können beispielsweise zusätzliche Lagen 200 in einer Giessformstruktur oder sonstigen Werkzeugkomponente (die beispielsweise mit der Giessformstruktur oder Werkzeugkomponente, die zur Ausbildung der Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56, Plattformwölbung 120 und Strömungsführungen 124 verwendet wurde, übereinstimmen oder sich davon unterscheiden kann) angeordnet werden, um die Plattform 52 zu bilden. Danach können die Lagen 200, die die Plattform 52 bilden, zusammengedrückt und schichtgepresst werden. Somit können das Schaufelblatt 50, der Schaft 104, der Schwalbenschwanz 56, die Plattformwölbung 120, die Strömungsführungen 124 und die Plattform 52 vereinigt werden, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0056] Darüber hinaus weist die Turbinenlaufschaufel 22 in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel Füllstücke 262 auf, die zwischen der Plattform 52 und der Plattformwölbung 120 (z.B. der Plattformoberfläche 242) angeordnet sind. Es ist klar, dass die Füllstücke 262 einen Spalt zwischen der Plattformwölbung 120 und der Plattform 52 ausfüllen können. In speziellen Ausführungsbeispielen können auch die Füllstücke 262 anhand der Lagen 200 (z.B. Keramikverbundstofflagen 200) ausgebildet werden. Beispielsweise können die Füllstücke 262 auf Lagen 200 basieren, die eben ausgelegt oder aufgerollt sind. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Lagen 200, die die Füllstücke 262 bilden, zerhackte Fasern 220 (z.B. Fasern 220, die sich nicht in einer einzigen Richtung fluchtend ausrichten lassen) enthalten, die in dem Matrixmaterial 222 eingebettet sind. Die Füllstücke 262 können auch auf anderen Materialien basieren.

[0057] Fig. 11 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die Schaftwölbungen 122, die an dem Schaft 104 und an dem Schaufelblatt 50 der Turbinenschaufel 22 ausgebildet sind. Die Schaftwölbungen 122 können dazu eingerichtet sein, zusätzlichen Halt und/oder Verstärkung für den Schaft 104 und das Schaufelblatt 50 der Turbinenschaufel 22 vorzusehen. Darüber hinaus können die Schaftwölbungen 122 ebenfalls anhand einer Anzahl von Lagen 200 ausgebildet sein. Nachdem die Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56, Plattformwölbung 120, Strömungsführungen 124 und Plattform 52 gebildet ist, können beispielsweise zusätzliche Lagen 200 in einer Giessformstruktur oder sonstigen Werkzeugkomponente (die beispielsweise mit der Giessformstruktur oder Werkzeugkomponente, die zur Ausbildung der Einheit von Schaufelblatt 50, Schaft 104, Schwalbenschwanz 56, Plattformwölbung 120, Strömungsführungen 124 und Plattform 52 verwendet wurde, übereinstimmen oder sich davon unterscheiden kann) angeordnet werden, um die Schaftwölbungen 122 zu bilden. Danach können die Lagen 200, die die Schaftwölbungen 122 bilden, zusammengedrückt und schichtgepresst werden. Somit können das Schaufelblatt 50, der Schaft 104, der Schwalbenschwanz 56, die Plattformwölbung 120, die Strömungsführungen 124, die Plattform 52 und die Schaftwölbungen 122 vereinigt werden, um ein einzelnes Teil zu bilden.

[0058] Ausserdem da die Schaftwölbungen 122 dazu eingerichtet sein können, zusätzliche Halt und/oder Verstärkung für den Schaft 104 und das Schaufelblatt 50 vorzusehen, können die Lagen 200, die die Schaftwölbungen 122 bilden, eine höhere Konzentration von Fasern 220 aufweisen, die in dem gesamten Matrixmaterial 222 verteilt sind, so dass dadurch die Festigkeit und/oder Steifigkeit der Lagen 200, die die Schaftwölbungen 122 bilden, gesteigert wird. D.h. die Lagen 200, die verwendet werden, um die Schaftwölbungen 122 zu bilden, können mehr Fasern 220 in dem Matrixmaterial 222 enthalten, als die Lagen 200, die verwendet werden, um einige der anderen Bauteile (z.B. das Schaufelblatt 50, den Schaft 104, den Schwalbenschwanz 56, die Plattformwölbung 120, die Strömungsführungen 124, und so fort) zu bilden.

[0059] Fig. 12 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein Füllstoffmaterial 300, das über und zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 der Turbinenschaufel 22 ausgebildet ist. Insbesondere kann das Füllstoffmaterial 300 Lagen 200 enthalten die über der Fuge zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 positioniert sind, um den Übergang zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 zu glätten. Ähnlich wie im Vorausgehenden in Zusammenhang mit den Füllstücken 262 beschrieben, kann das Füllstoffmaterial 300 auf Lagen 200 basieren, die eben ausgelegt oder aufgerollt sind. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Füllstoffmaterial 300 auf Lagen 200 basieren, die zerhackte Fasern 220 (z.B. Fasern 220, die sich nicht in einer einzigen Richtung fluchtend ausrichten lassen) enthalten, die in dem Matrixmaterial 222 eingebettet sind. Darüber hinaus kann das Füllstoffmaterial 300 in speziellen Ausführungsbeispielen ein auf Keramik basierender Verbundstoff sein (z.B. ein keramisches Matrixmaterial 222 mit keramischen Fasern 220, die darin verteilt sind), der ausgebildet (z.B. geschnitten) ist, um in die Fuge zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 zu passen. Beispielsweise kann das Füllstoffmaterial 300 eine allgemein dreikantige Form aufweisen, die einen gleichmässigen Übergang zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 erzeugt.

[0060] Fig. 13 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht die Hohlkehlenschicht 128, die über, quer über und zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 der Turbinenschaufel 22 ausgebildet ist. Insbesondere kann die Hohlkehlenschicht 128 anhand der Lagen 200 hergestellt sein und kann einen sanften Flächenübergang (z.B. einen Hohlkehlenübergang 320) zwischen dem Schaufelblatt 50 und der Plattform 52 erzeugen.

[0061] In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Turbinenlaufschaufel 22, nachdem die Lagen 200 einiger oder sämtlicher Bauteile der Turbinenschaufel 22 positioniert und miteinander schichtgepresst sind, einem oder mehreren spanabhebenden Bearbeitungsvorgängen unterworfen werden. Beispielsweise kann die Turbinenlaufschaufel 22 in einer Giessformstruktur oder in einem Werkzeug (z.B. einem Druckkessel) zur Druckbeaufschlagung angeordnet werden. In dem Werkzeug können die Lagen 200 verdichtet werden. Nach der Verdichtung der Lagen 200, können flüchtige organische Stoffe aus der Lage 200 entfernt werden, und die Lagen 200 können mit Harz (z.B. geschmolzenem Silizium) durchsetzt werden. Die durchsetzten Lagen 200 erstarren zu der endgültigen Turbinenlaufschaufel 22.

[0062] Es ist klar, dass die oben beschriebene Struktur der Turbinenschaufel 22 die Nutzungsdauer der Turbine 18 verlängern kann. Beispielsweise kann der auf Keramik basierende Verbundstoff, der genutzt wird, um die Lagen 200 zu bilden, eine höhere Temperaturfestigkeit aufweisen. Infolgedessen kann eine aktive Kühlung der Turbinenlaufschaufeln 22 verringert werden. Darüber hinaus können Turbinenlaufschaufeln 22, die anhand von Keramikverbundstoffen gebildet sind, und/oder Turbinenlaufschaufeln 22 die den Schaufelblatthohlraum 100 aufweisen, ein geringeres Gewicht haben als herkömmliche Turbinenlaufschaufeln 22. Dementsprechend kann die Nutzungsdauer des Laufrads 24 verlängert sein, was Kosten (z.B. Wartungskosten) senkt. Spezieller reduziert die Leichtbauweise der Turbinenlaufschaufeln 22 die Druck-und Zugkräfte an dem Laufrad 24. Dementsprechend kann das Laufrad 24 aus kostengünstigeren Legierungen hergestellt und/oder kosteneffizienter gestaltet oder konstruiert werden. Da Turbinenlaufschaufeln 22, die anhand von Keramikverbundstoffen hergestellt sind, leichter sein können als herkömmliche Turbinenlaufschaufeln 22, kann das Laufrad 24 darüber hinaus rascher beschleunigt werden und raschere Ansprechzeiten aufweisen.

[0063] Wie im Vorausgehenden näher erläutert, beinhalten die offenbarten Ausführungsbeispiele eine verbesserte Turbomaschinenschaufelanordnung (z.B. Turbinenlaufschaufel 22) und ein Verfahren zur Herstellung der verbesserten Turbomaschinenschaufelanordnung (z.B. Turbinenlaufschaufel 22). Spezieller beinhalten Ausführungsbeispiele eine Turbomaschinenschaufelanordnung, bei der ein oder mehrere Bauteile der Turbomaschinenschaufelanordnung anhand mehrerer fortlaufender, faserverstärkter Lagen oder Schichten (z.B. Lagen 200) gebildet sind. Beispielsweise können die Turbomaschinenschaufelanordnung und/oder die Bauteile der Turbomaschinenschaufelanordnung (z.B. das Schaufelblatt 50, der Schaft 104, der Schwalbenschwanz 56, die Plattform 52, die Plattformwölbung 120, und so fort) ausgebildet werden, indem die mehreren fortlaufenden, faserverstärkten Lagen oder Schichten (z.B. Lagen 200) in einer Giessform oder einem sonstigen Werkzeug positioniert werden, und die Lagen oder Schichten anschliessend miteinander unter Verwendung eines Fertigungsverfahrens, eines spanabhebenden Bearbeitungsvorgang, eines chemischen Verfahrens, eines metallurgischen Verfahrens, oder einer Kombination davon schichtgepresst/laminiert werden. Beispielsweise können die Turbomaschinenschaufelanordnungen anhand laminierter Schichten eines Verbundmaterials, z.B. eines auf Keramik basierenden Verbundstoffs, jeweils als ein einzelnes Teil ausgebildet werden. Der Keramikverbundstoff kann ein keramisches Matrixmaterial (z.B. Matrixmaterial 222) enthalten, bei dem keramische Fasern (z.B. Fasern 220) in dem gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind. Im Ergebnis kann die Turbomaschinenschaufelanordnungen in der Lage sein, hohen Temperaturen unter Verzicht auf Kühlung standzuhalten. Darüber hinaus können die Turbomaschinenschaufelanordnungen, die mittels Lagen von Keramikverbundstoff gebildet sind, ein geringeres Gewicht und eine längere Nutzungsdauer aufweisen.

[0064] Weiter kann die Turbomaschinenschaufelanordnung in speziellen Ausführungsbeispielen ein hohles Schaufelblatt aufweisen. D.h., das Schaufelblatt (z.B. das Schaufelblatt 50) kann einen Schaufelblatthohlraum (z.B. den Schaufelblatthohlraum 100) aufweisen. Das hohle Schaufelblatt kann einen Durchlass- oder Anschlusskanal (z.B. den Druckbeaufschlagungskanal 102) aufweisen, der den hohlen Innenraum (z.B. den Schaufelblatthohlraum 100) des Schaufelblatts mit einem Schafthohlraum (z.B. dem Schafthohlraum 76) der Turbomaschine verbindet. Somit kann ein innerhalb des Schafthohlraums vorhandener verdichteter Strom (z.B. Luft, Stickstoff, CO2, und dergleichen) in den hohlen Innenraum des Schaufelblatts des Turbomaschinenblatts strömen. Da der hohle Innenraum des Schaufelblatts jeder Turbomaschinenschaufelanordnung druckbeaufschlagt ist, kann die Turbomaschinenschaufelanordnung vor Fremdkörper- und Aufprallschäden geschützt sein. Um die Druckbeaufschlagung des Stroms in dem Schafthohlraum und in den hohle Innenräumen der Schaufeln aufrecht zu erhalten, können darüber hinaus Dichtstifte (z.B. Dichtstifte 70) zwischen den Turbomaschinenschaufeln angeordnet sein, um einen Leckstrom des druckbeaufschlagten Stroms von dem Schafthohlraum in die Atmosphäre zu verhindern.

[0065] Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschliesslich des besten Modus zu beschreiben und um ausserdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, beispielsweise beliebige Vorrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche abweichen.

[0066] Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten ein System zu dem eine Turbomaschinenschaufelanordnung gehört, die einen Schaufelblattabschnitt, einen Schaftabschnitt und einen Befestigungsabschnitt aufweist, wobei der Schaufelblattabschnitt, der Schaftabschnitt, und der Befestigungsabschnitt eine erste Anzahl von Lagen aufweisen, die sich ausgehend von einer Spitze des Schaufelblatts zu einer Basis des Schwalbenschwanzes erstrecken.

Claims

1. System, zu dem gehört: eine Turbomaschinenschaufelanordnung, mit: einem Schaufelblattabschnitt; einem Schaftabschnitt; und einem Befestigungsabschnitt, wobei der Schaufelblattabschnitt, der Schaftabschnitt und der Befestigungsabschnitt eine erste Anzahl von Lagen aufweisen, die sich ausgehend von einer Spitze des Laufschaufelabschnitts zu einer Basis des Befestigungsabschnitts erstrecken.

2. System nach Anspruch 1, wobei jede aus der ersten Anzahl von Lagen eine erste Anzahl keramischer Fasern aufweist, die in einem gesamten ersten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

3. System nach Anspruch 2, wobei die erste Anzahl keramischer Fasern längs einer Achse jeder der ersten Anzahl von Lagen ausgerichtet ist.

4. System nach Anspruch 2, wobei die Turbomaschinenschaufelanordnung mindestens eine Schaftwölbung aufweist, die auf einer Aussenfläche des Laufschaufelabschnitts und des Schaftabschnitts angeordnet ist, wobei die Schaftwölbung eine zweite Anzahl von Lagen aufweist, wobei jede der zweiten Anzahl von Lagen eine zweite Anzahl keramischer Fasern aufweist, die in einem zweiten gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind, und wobei ein erster Teil der zweiten Anzahl keramischer Fasern, die in dem gesamten zweiten keramischen Matrixmaterial verteilt sind, grösser ist als ein zweiter Teil der ersten Anzahl keramischer Fasern, die in dem gesamten ersten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

5. System nach Anspruch 1, wobei die Turbomaschinenschaufelanordnung eine Plattformwölbung aufweist, die um den Schaufelblattabschnitt, den Schaftabschnitt und den Befestigungsabschnitt angeordnet ist, wobei die Plattformwölbung eine zweite Anzahl von Lagen aufweist, wobei die zweite Anzahl von Lagen eine Anzahl keramischer Fasern aufweist, die in einem gesamten keramischen Matrixmaterial verteilt sind.

6. System nach Anspruch 6, wobei die erste Anzahl von Lagen und die zweite Anzahl von Lagen miteinander schichtgepresst sind, um ein einzelnes Teil zu bilden.

7. System nach Anspruch 1, wobei der Schaufelblattabschnitt einen Schaufelhohlraum aufweist, der dazu eingerichtet ist, einen verdichteten Strom von einem Schafthohlraum der Turbomaschinenschaufelanordnung aufzunehmen.

8. System nach Anspruch 7, wobei der Schaftabschnitt einen Druckbeaufschlagungskanal aufweist, der den Schaufelhohlraum und den Schafthohlraum strömungsmässig verbindet.

9. System, zu dem gehört: eine erste Turbomaschinenschaufel, mit: einem Schaufelblattabschnitt, der einen Hohlraum aufweist; einem Schaftabschnitt, der einen Druckbeaufschlagungskanal aufweist, der mit dem Hohlraum strömungsmässig verbunden ist; und einem Befestigungsabschnitt, der dazu eingerichtet ist, die Turbomaschinenschaufel mit einem Laufrad zu verbinden.

10. Turbomaschinenschaufelanordnung, zu der gehören: ein erster Abschnitt, mit: einem Blattabschnitt; einem Schaftabschnitt; einem Schwalbenschwanzabschnitt; wobei der erste Abschnitt eine erste Anzahl von Lagen aufweist; ein zweiter Abschnitt, mit: einer Plattformwölbung, die um den ersten Abschnitt angeordnet ist, wobei die Plattformwölbung eine zweite Anzahl von Lagen aufweist; ein dritter Abschnitt, mit: mehreren Strömungsführungen, die benachbart zu der Plattformwölbung angeordnet sind, wobei die mehreren Strömungsführungen eine dritte Anzahl von Lagen aufweist; und ein vierter Abschnitt, mit: einem Hohlkehlenabschnitt, der sich über den Schaufelabschnitt und die Plattformwölbung erstreckt, wobei der Hohlkehlenabschnitt eine vierte Anzahl von Lagen aufweist; wobei die erste, zweite, dritte, und vierte Anzahl von Lagen miteinander schichtgepresst sind, um ein einzelnes Teil zu bilden.