DE102019208703A1

DE102019208703A1 - ROTATING BLADE FOR A FLOW MACHINE

Info

Publication number: DE102019208703A1
Application number: DE102019208703.5A
Authority: DE
Inventors: Richard Scharl
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Laufschaufel (20) für eine Strömungsmaschine (1), mit einem Schaufelblatt (21), einem Außendeckband (23) radial außen an dem Schaufelblatt (21) und einer Dichtstruktur (22) radial außen an dem Außendeckband (23), wobei zumindest ein Abschnitt des Außendeckbands (23) und die Dichtstruktur (22) ein gemeinsam generativ gefertigtes Teil sind, und wobei das Außendeckband (23) eine Dicke (28) von mindestens 0,3 mm und höchstens 0,8 mm hat.Rotor blade (20) for a turbomachine (1), with a blade (21), an outer shroud (23) radially outside on the blade (21) and a sealing structure (22) radially outside on the outer shroud (23), at least one section of the outer shroud (23) and the sealing structure (22) are a jointly generatively manufactured part, and the outer shroud (23) has a thickness (28) of at least 0.3 mm and at most 0.8 mm.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine.The present invention relates to a rotor blade for a turbomachine.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Dabei entzieht die Turbine dem Heißgas anteilig auch Energie, um den Verdichter anzutreiben. Die Turbine und der Verdichter sind i.d.R. jeweils mehrstufig aufgebaut, wobei eine Stufe jeweils einen Leit- und einen Laufschaufelkranz aufweist.The turbo engine can be, for example, a jet engine, e.g. B. a turbofan engine. The flow machine is functionally divided into a compressor, combustion chamber and turbine. In the case of the jet engine, for example, the air that is sucked in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with the added kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process. The turbine also partially extracts energy from the hot gas in order to drive the compressor. The turbine and the compressor are usually each of which has a multi-stage structure, each stage having a guide and a rotor blade ring.

In einer Strömungsmaschine werden verschiedene Bauteile relativ zueinander bewegt, wobei je nach Bauteil auch eine Relativabdichtung gegen Differenzdrücke erforderlich sein kann. Dabei kommen sogenannte Honigwabendichtungen zum Einsatz. Diese werden aus Blechbändern durch Punktschweißen gefügt und auf einen Dichtungsträger aufgelötet, sodass die Honigwaben zu einer dem Dichtungsträger entgegengesetzten Seite hin offene Hohlräume bilden. Von dieser Seite erstreckt sich dann als Gegenstück ein im Betrieb relativ bewegtes Dichtteil an die Dichtstruktur, oft als Dichtspitze bzw. Fin bezeichnet.In a turbomachine, various components are moved relative to one another, and depending on the component, a relative seal against differential pressures may also be necessary. So-called honeycomb seals are used here. These are joined by spot welding from sheet metal strips and soldered onto a seal carrier so that the honeycombs form open cavities on a side opposite the seal carrier. A sealing part which is relatively moved during operation then extends from this side as a counterpart to the sealing structure, often referred to as the sealing tip or fin.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Laufschaufel anzugeben.The present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous rotor blade.

Dies wird erfindungsgemäß mit der Laufschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dieser ist die Dichtstruktur nicht an einem Dichtungsträger, sondern radial außen an der Laufschaufel selbst angeordnet, nämlich an deren Außendeckband. Im Vergleich zu der Stand-der-Technik-Würdigung ist die Anordnung also umgekehrt, die Dichtstruktur rotiert im Betrieb gemeinsam mit der Laufschaufel, die Dichtspitze bzw. der Fin ruht relativ zum Gehäuse. Dabei werden zumindest ein (radial äußerer) Teil des Außendeckbands und die Dichtstruktur gemeinsam generativ aufgebaut, bilden sie also ein einstückiges, nicht zerstörungsfrei auftrennbares Teil. Damit wird insbesondere eine Schwachstelle am Übergang zwischen Außendeckband und Dichtstruktur vermieden, was z. B. mit Blick auf die Fliehkraftbelastung der Dichtstruktur eine gute mechanische Stabilität ergibt.This is achieved according to the invention with the rotor blade according to claim 1. In this case, the sealing structure is not arranged on a seal carrier, but rather radially on the outside on the rotor blade itself, namely on its outer shroud. In comparison to the prior art appraisal, the arrangement is reversed, the sealing structure rotates together with the rotor blade during operation, the sealing tip or the fin rests relative to the housing. In this case, at least one (radially outer) part of the outer shroud and the sealing structure are generatively constructed together, that is to say they form a one-piece, non-destructively separable part. In particular, a weak point at the transition between the outer shroud and the sealing structure is avoided. B. in view of the centrifugal load on the sealing structure results in good mechanical stability.

Erfindungsgemäß hat das Außendeckband der Laufschaufel dabei eine Dicke von höchstens 0,8 mm, bevorzugt höchstens 0,6 mm. Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 0,3 mm bzw. 0,5 mm liegen, wobei das Vorsehen einer Untergrenze im Allgemeinen und unabhängig von einer Obergrenze von Interesse sein kann, und umgekehrt. Die Dicke des Außendeckbands wird radial genommen, bei einem Außendeckband mit variierender Dicke wird ein über das Deckband gebildeter Mittelwert betrachtet.According to the invention, the outer shroud of the rotor blade has a thickness of at most 0.8 mm, preferably at most 0.6 mm. Possible lower limits can be, for example, at least 0.3 mm or 0.5 mm, it being possible to provide a lower limit in general and independently of an upper limit, and vice versa. The thickness of the outer shroud is taken radially; in the case of an outer shroud with varying thickness, an average value formed over the shroud is considered.

Würde man zum Vergleich das Außendeckband und die Dichtstruktur separat herstellen und dann zusammensetzen, wäre die Verbindung dazwischen eine intrinsische Schwachstelle. Es müsste deshalb bspw. auch das Außendeckband der Laufschaufel vergleichsweise dick und damit verwindungssteif gestaltet werden, um die Belastung dieser Nahtstelle nach Möglichkeit gering zu halten. Umgekehrt ermöglicht der vorliegende Ansatz ein Deckband verringerter Dicke (geringere Fliehkräfte), wobei die einstückig angeformte Dichtstruktur sogar auch eine Stabilisierungs- bzw. Versteifungsfunktion übernehmen kann.If, for comparison, the outer shroud and the sealing structure were to be produced separately and then put together, the connection between them would be an intrinsic weak point. The outer shroud of the rotor blade, for example, would therefore also have to be made comparatively thick and thus torsion-resistant in order to keep the load on this joint as low as possible. Conversely, the present approach enables a shroud of reduced thickness (lower centrifugal forces), the integrally molded sealing structure even being able to assume a stabilizing or stiffening function.

Die Dichtstruktur ist bzw. wird zumindest mit einem Teil des Außendeckbands gemeinsam generativ aufgebaut, sodass eine etwaige Nahtstelle also zumindest nicht genau zwischen dem Außendeckband und der Dichtstruktur liegt. Dazu könnte das Schaufelblatt bspw. gusstechnisch hergestellt werden, gemeinsam mit dem gesamten Außendeckband oder jedenfalls einem radial inneren Teil davon. Auf den radial inneren Teil kann dann der radial äußere Teil aufgebaut werden, gemeinsam mit der Dichtstruktur im selben Herstellungsprozess. Ebenso ist es möglich, zunächst auch einen radial äußeren Abschnitt des Außendeckbands bzw. das gesamte Außendeckband gemeinsam mit dem Schaufelblatt gusstechnisch herzustellen, um dann den radial äußeren Abschnitt zurückzuschleifen. Danach kann der radial äußere Abschnitt generativ aufgebaut werden, gemeinsam mit der Dichtstruktur. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das gesamte Außendeckband gemeinsam mit der Dichtstruktur generativ aufzubauen, besonders bevorzugt kann die Laufschaufel insgesamt generativ aufgebaut werden (also samt Schaufelblatt).The sealing structure is or will be built generatively together with at least part of the outer shroud, so that a possible seam is at least not exactly between the outer shroud and the sealing structure. For this purpose, the airfoil could, for example, be produced by casting, together with the entire outer shroud or at least a radially inner part thereof. The radially outer part can then be built onto the radially inner part, together with the sealing structure in the same manufacturing process. It is also possible first of all to produce a radially outer section of the outer shroud or the entire outer shroud together with the airfoil by casting technology, in order then to grind back the radially outer section. The radially outer section can then be built up generatively, together with the sealing structure. Another possibility is to build up the entire outer shroud together with the sealing structure generatively; particularly preferably, the rotor blade can be built up generatively as a whole (that is, including the blade).

Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen der Laufschaufel und deren Herstellung bzw. der Strömungsmaschine oder einem entsprechenden Modul unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.Preferred configurations can be found in the dependent claims and the entire disclosure, with the description of the features not always distinguishing in detail between the rotor blade and its manufacture or the turbomachine or a corresponding module becomes; in any case, the disclosure is to be read implicitly with regard to all claim categories.

Die radial außen an dem Schaufelblatt angeordnete Dichtstruktur weist in bevorzugter Ausgestaltung Vorsprünge auf, bspw. Stegwände, die miteinander Hohlräume begrenzen (siehe unten im Detail). Diese Vorsprünge sind jeweils mit einem variierenden Querschnittsprofil aufgebaut, sind nämlich jeweils in einem dem Schaufelblatt proximalen (nahen) Abschnitt dicker als in einem dem Schaufelblatt distalen (entfernten) Abschnitt. Die Angaben „proximal“ und „distal“ kennzeichnen die Lage der Abschnitte untereinander und dabei relativ zu dem Schaufelblatt, diesem ist der proximale Abschnitt näher als der distale. Die Vorsprünge erstrecken sich jeweils von dem Schaufelblatt nach radial außen, dort liegt der distale Abschnitt. Die geringere Wandstärke dort kann bspw. hinsichtlich eines Anstreifens bzw. Einlaufens von Vorteil sein, siehe unten im Detail. Der proximale Abschnitt ist jeweils am Außendeckband angeordnet, die größere Dicke dort schafft Stabilität. Es lässt sich für diesen potenziell kritischen Übergangsbereich zwischen Außendeckband und Dichtstruktur ein hinsichtlich der Materialfestigkeit noch akzeptables Spannungsniveau einstellen.In a preferred embodiment, the sealing structure arranged radially on the outside of the airfoil has projections, for example web walls, which delimit cavities with one another (see in detail below). These projections are each constructed with a varying cross-sectional profile, namely each is thicker in a section proximal (near) to the airfoil than in a section distal (remote) from the airfoil. The indications “proximal” and “distal” identify the position of the sections one below the other and relative to the blade, to which the proximal section is closer than the distal one. The projections each extend radially outward from the airfoil, where the distal section is located. The smaller wall thickness there can be advantageous, for example, in terms of rubbing or running-in, see below in detail. The proximal section is arranged on the outer shroud; the greater thickness there creates stability. For this potentially critical transition area between the outer shroud and the sealing structure, a voltage level that is still acceptable in terms of material strength can be set.

Betrachtet man das Querschnittsprofil eines jeweiligen Vorsprungs, also einen Schnitt entlang seiner Höhenerstreckung von dem Laufschaufelblatt bzw. Außendeckband zum freien Ende des Vorsprungs, wird die Dicke in diesem Schnitt jeweils senkrecht zu der Höhenerstreckung genommen. Bilden die Vorsprünge Stegwände (siehe unten), können diese hinsichtlich ihrer Höhenrichtungen bevorzugt parallel zueinander liegen, die Höhenrichtungen können bevorzugt jeweils radial orientiert sein. Generell beziehen sich im Rahmen der Offenbarung die Angaben „axial“, „radial“ bzw. „umlaufend“, sowie die zugehörigen Richtungen, auf die Drehachse, um welche die Laufschaufel im Betrieb rotiert (und die typischerweise mit der Längsachse der Strömungsmaschine zusammenfällt).If the cross-sectional profile of a respective protrusion is considered, that is, a section along its vertical extension from the rotor blade or outer shroud to the free end of the protrusion, the thickness in this section is taken perpendicular to the vertical extension. If the projections form web walls (see below), these can preferably lie parallel to one another with regard to their height directions; the height directions can preferably each be oriented radially. In general, in the context of the disclosure, the information “axial”, “radial” or “circumferential”, as well as the associated directions, relate to the axis of rotation about which the rotor blade rotates during operation (and which typically coincides with the longitudinal axis of the turbomachine).

Im Zuge der generativen Fertigung werden das Außendeckband (jedenfalls ein Teil davon) und die Vorsprünge aus einem zuvor formlosen bzw. -neutralen Werkstoff anhand eines Datenmodells aufgebaut. Dies kann Freiheiten bei der Formgebung eröffnen, insbesondere das variierende Querschnittsprofil der Vorsprünge ermöglichen (siehe zum Vergleich die eingangs beschriebene Herstellung aus Blechbändern). Der Aufbau kann schichtweise erfolgen, z. B. in einem Pulverbettverfahren. Dabei wird der pulverförmige Werkstoff sequenziell Schicht für Schicht aufgetragen und je Schicht bereichsweise anhand des Datenmodells der Bauteilgeometrie entsprechend verfestigt. Die Verfestigung kann bspw. durch Aufschmelzen mit einer Strahlquelle erfolgen, z. B. einer Laserquelle, was auch als selektives Laserschmelzen (SLM) bezeichnet wird.In the course of additive manufacturing, the outer shroud (at least a part of it) and the projections are built from a previously shapeless or neutral material using a data model. This can open up freedom in shaping, in particular enable the varying cross-sectional profile of the projections (see, for comparison, the production from sheet metal strips described above). The construction can be done in layers, e.g. B. in a powder bed process. The powdery material is applied sequentially, layer by layer, and for each layer it is solidified in areas using the data model of the component geometry. The solidification can take place, for example, by melting with a beam source, e.g. B. a laser source, which is also known as selective laser melting (SLM).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform macht der proximale Abschnitt höchstens die Hälfte, bevorzugt höchstens 1/3 der Höhe des Vorsprungs aus. Eine solche Begrenzung des Abschnitts größerer Dicke kann bspw. hinsichtlich eines insgesamt gewichtsoptimierten Aufbaus von Vorteil sein. Eine mögliche Untergrenze für die Erstreckung des proximalen Abschnitts kann bspw. bei mindestens 1/6 der Höhe des Vorsprungs liegen.According to a preferred embodiment, the proximal section makes up at most half, preferably at most 1/3 of the height of the projection. Such a limitation of the section of greater thickness can be advantageous, for example, with regard to an overall weight-optimized structure. A possible lower limit for the extent of the proximal section can, for example, be at least 1/6 of the height of the projection.

In bevorzugter Ausgestaltung läuft bzw. laufen die Vorsprünge jeweils mit einer Verrundung in das Außendeckband der Laufschaufel. Dies kann bspw. struktur- bzw. schwingungsmechanisch von Vorteil sein. Die Verrundung kann aus einem einzigen Radius gebildet oder auch aus mehreren Radien zusammengesetzt sein, speziell in Anbetracht der generativen Herstellung.In a preferred embodiment, the projections run or run with a rounding into the outer shroud of the rotor blade. This can be advantageous in terms of structure or vibration, for example. The rounding can be formed from a single radius or else composed of several radii, especially in view of the generative production.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke eines jeweiligen Vorsprungs in zumindest einem Abschnitt des distalen Abschnitts konstant. Sie kann dort bspw. mindestens 0,2 mm, bevorzugt mindestens 0,4 mm bzw. 0,5 mm betragen. Mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 1 mm, 0,8 mm bzw. 0,7 mm liegen. Besonders bevorzugt kann eine Dicke von rund 0,6 mm sein. Im Allgemeinen könnte der jeweilige Vorsprung auch über den gesamten distalen Abschnitt, bis zu seinem freien Ende hin eine konstante Dicke haben.According to a preferred embodiment, the thickness of a respective projection is constant in at least one section of the distal section. There it can be, for example, at least 0.2 mm, preferably at least 0.4 mm or 0.5 mm. Possible upper limits can, for example, be at most 1 mm, 0.8 mm or 0.7 mm. A thickness of around 0.6 mm can be particularly preferred. In general, the respective projection could also have a constant thickness over the entire distal section up to its free end.

In bevorzugter Ausgestaltung hat ein jeweiliger Vorsprung an seinem freien Ende eine abnehmende Dicke, nimmt die Dicke also zum freien Ende hin ab. Dies kann bspw. hinsichtlich des Einlaufverhaltens von Vorteil sein. Im Allgemeinen könnte die Dicke auch über den gesamten distalen Abschnitt abnehmen. Bevorzugt ist eine Kombination mit einem Abschnitt konstanter Dicke, der zwischen dem proximalen (dickeren) Abschnitt und dem Abschnitt mit abnehmender Dicke am freien Ende des Vorsprungs angeordnet ist.In a preferred embodiment, a respective projection has a decreasing thickness at its free end, that is, the thickness decreases towards the free end. This can be advantageous, for example, with regard to the running-in behavior. In general, the thickness could also decrease over the entire distal section. A combination with a section of constant thickness, which is arranged between the proximal (thicker) section and the section with decreasing thickness at the free end of the projection, is preferred.

Der Abschnitt abnehmender Dicke am freien Ende des jeweiligen Vorsprungs kann sich in bevorzugter Ausgestaltung über mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm erstrecken. Mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 5 mm, bevorzugt höchstens 3 mm bzw. 2 mm liegen. Die Erstreckung wird in Höhenrichtung genommen, bevorzugt also radial.The section of decreasing thickness at the free end of the respective projection can extend over at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, in a preferred embodiment. Possible upper limits can, for example, be at most 5 mm, preferably at most 3 mm or 2 mm. The extension is taken in the vertical direction, that is, preferably radially.

Im Allgemeinen können die Vorsprünge bspw. auch Streben bzw. Nadeln sein, die eine schwamm- oder filzartige Dichtstruktur bilden. Generell kann trotz der gewünschten Dichtwirkung eine gewisse „Offenheit“ der Dichtstruktur bspw. dahingehend gewünscht sein, dass sich dann der nicht verfestigte Werkstoff, also bspw. das Metallpulver entfernen lässt. Bevorzugt kann insofern eine axial möglichst dichte, aber radial offene Dichtstruktur sein.In general, the projections can also be struts or needles, for example, which form a sponge-like or felt-like sealing structure. In general, despite the desired sealing effect, a certain "openness" of the sealing structure, e.g. It may be desired to the effect that the non-solidified material, for example the metal powder, can then be removed. In this respect, a sealing structure that is axially as tight as possible but radially open can be preferred.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorsprünge Stegwände, die miteinander Hohlräume begrenzen, die jeweils nach radial außen offen sind. Im Falle einer solchen Stegwand entspricht die „Dicke des Vorsprungs“ der Wandstärke der Stegwand. In einer Aufsicht gesehen, also von radial außen auf die Dichtstruktur blickend, können die Stegwände ein regelmäßiges oder auch unregelmäßiges Gitter bilden. Die Stegwände können bspw. Rechtecke bzw. Quadrate bilden, es sind aber auch komplexere Geometrien möglich. Mit der generativen Herstellung lassen sich sowohl, einer klassischen Honigwabenform entsprechend, regelmäßige Sechsecke herstellen als auch modifizierte Formen und/oder Wabenformen, z. B. langgestreckte Sechsecke.According to a preferred embodiment, the projections are web walls which delimit cavities with one another, each of which is open radially outward. In the case of such a web wall, the “thickness of the projection” corresponds to the wall thickness of the web wall. Seen in a plan view, that is to say looking from the radial outside onto the sealing structure, the web walls can form a regular or also irregular grid. The web walls can, for example, form rectangles or squares, but more complex geometries are also possible. Generative production can be used to produce regular hexagons, corresponding to a classic honeycomb shape, and modified shapes and / or honeycomb shapes, e.g. B. elongated hexagons.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Stabilisierung des Außendeckbands der Laufschaufel eine Stützwand in die Dichtstruktur eingebettet. Diese erhebt sich, wie die Vorsprünge der Dichtstruktur, nach radial außen und erstreckt sich in Umlaufrichtung. Bevorzugt erstreckt sich die Stützwand zwischen zwei umlaufseitigen Kanten des Außendeckbands durchgehend, also unterbrechungsfrei. Die Stützwand erstreckt sich bevorzugt geradlinig, besonders bevorzugt in Umlaufrichtung.According to a preferred embodiment, a support wall is embedded in the sealing structure to stabilize the outer shroud of the rotor blade. Like the projections of the sealing structure, this rises radially outward and extends in the circumferential direction. The support wall preferably extends continuously between two circumferential edges of the outer shroud, that is to say without interruption. The support wall preferably extends in a straight line, particularly preferably in the circumferential direction.

Die Stützwand kann bspw. im Bereich einer sogenannten Dog Bone-Struktur des Außendeckbands angeordnet sein bzw. eine solche Aufdickung ersetzen. Die Stützwand kann bspw. dicker als die Vorsprünge bzw. Stegwände sein, z. B. um mindestens das 1,5-, 2,5- bzw. 3-fache, mit möglichen Obergrenzen bei z. B. höchstens dem 10-, 8- bzw. 6-fachen. Mit einer oder bevorzugt mehreren, axial aufeinanderfolgend angeordneten Stützwänden kann das Außendeckband bspw. auch trotz der vergleichsweise dünnen Ausgestaltung steif ausgeführt werden. Die Stützwand bzw. - wände können insbesondere die Biegekräfte zwischen umlaufend aneinandergrenzenden Deckbandsegmenten abfangen.The support wall can, for example, be arranged in the area of a so-called dog bone structure of the outer shroud or replace such a thickening. The support wall can, for example, be thicker than the projections or web walls, e.g. B. by at least 1.5, 2.5 or 3 times, with possible upper limits at z. B. at most 10, 8 or 6 times. With one or preferably a plurality of supporting walls arranged axially one after the other, the outer shroud can, for example, also be made stiff despite the comparatively thin design. The supporting wall or walls can in particular absorb the bending forces between circumferentially adjoining shroud segments.

Die Erfindung betrifft auch eine Strömungsmaschine mit einer vorliegend offenbarten Laufschaufel, insbesondere ein Flugtriebwerk, z. B. ein Mantelstromtriebwerk.The invention also relates to a turbomachine with a presently disclosed rotor blade, in particular an aircraft engine, e.g. B. a turbofan engine.

Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer vorliegend offenbarten Laufschaufel, wobei zumindest ein Teil des Außendeckbands und die Dichtstruktur gemeinsam generativ hergestellt werden, bspw. in einem Pulverbettverfahren. Es wird auf die vorstehenden Anmerkungen verwiesen.Furthermore, the invention also relates to a method for producing a rotor blade disclosed in the present case, with at least part of the outer shroud and the sealing structure being produced generatively together, for example in a powder bed process. Please refer to the comments above.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Revision einer vorliegend offenbarten Laufschaufel, also zur Überholung nach einer bestimmten Betriebsdauer. Dabei wird ein radial äußerer Bereich der Dichtstruktur abgetragen, bspw. abgeschliffen. Es wird jedoch nicht die gesamte Dichtstruktur abgetragen, ein radial innerer Bereich davon bleibt stehen. Dies kann bspw. der proximale Abschnitt sein. Auf dem radial inneren Bereich wird dann ein neuer Dichtstrukturbereich generativ aufgebaut, bspw. in einem Pulverbettverfahren.The invention also relates to a method for revising a presently disclosed rotor blade, that is to say for overhauling after a certain period of operation. In the process, a radially outer area of the sealing structure is removed, for example abraded. However, the entire sealing structure is not removed; a radially inner area of it remains. This can be the proximal section, for example. A new sealing structure area is then built up generatively on the radially inner area, for example in a powder bed process.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment, the individual features within the framework of the independent claims also being essential to the invention in other combinations and furthermore no distinction is made between the different claim categories.

Im Einzelnen zeigt

1 ein Mantelstromtriebwerk in einem Axialschnitt;
2 eine Laufschaufel mit Schaufelblatt und Dichtstruktur;
3 einen Vorsprung der Dichtstruktur gemäß 2 in einer Detailansicht;
4 die Dichtstruktur der Laufschaufel gemäß 2 in einer Aufsicht;
5 eine schematische Darstellung zur Illustration eines erfindungsgemäßen Revisionsverfahrens.

In detail shows

1 a turbofan engine in an axial section;
2 a moving blade with an airfoil and sealing structure;
3 a projection of the sealing structure according to 2 in a detailed view;
4th the sealing structure of the blade according to 2 in a supervision;
5 a schematic representation to illustrate a revision method according to the invention.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

1 zeigt eine Strömungsmaschine 1 in einem schematischen Axialschnitt (bezogen auf eine Längsachse 2), konkret ein Mantelstromtriebwerk. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Dabei sind sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut, jede Stufe setzt sich aus einem Leit- und einem Laufschaufelkranz zusammen. Der Brennkammer 1b vorgelagert wird die angesaugte Luft in einem Verdichtergaskanal 3.1 komprimiert, die Expansion erfolgt in dem nachgelagerten Heißgaskanal 3.2. 1 shows a turbomachine 1 in a schematic axial section (based on a longitudinal axis 2 ), specifically a turbofan engine. The turbo machine 1 is functionally divided into compressors 1a , Combustion chamber 1b and turbine 1c . Both the compressor 1a as well as the turbine 1c each made up of several stages, each stage consists of a guide and a rotor blade ring. The combustion chamber 1b The sucked-in air is stored upstream in a compressor gas duct 3.1 compressed, the expansion takes place in the downstream hot gas duct 3.2 .

2 illustriert eine Laufschaufel 20, vorliegend der Turbine 1c (die Laufschaufel 20 ist im Heißgaskanal 3.2 angeordnet). Radial außen an dem Schaufelblatt 21 der Laufschaufel 20 ist eine Dichtstruktur 22 angeordnet, konkret am Außendeckband 23. Die Dichtstruktur 22 wird gemeinsam mit dem Schaufelblatt 21 und dem Außendeckband 23 generativ aufgebaut. Die Aufbaurichtung kann hierbei mit der Radialrichtung 25 zusammenfallen, sodass vom Schaufelblatt 21 zur Dichtstruktur 22 aufgebaut wird. Wie in der Beschreibungseinleitung geschildert, kann eine Dicke 28 des Außendeckbands 23 verringert sein, bspw. nur bei rund 0,6 mm liegen. Die Dichtstruktur 22 ist in der schematischen Darstellung gemäß 2 geschnitten dargestellt, sie ist aus mehreren Vorsprüngen 26 aufgebaut. 2 illustrates a rotor blade 20th , in this case the turbine 1c (the blade 20th is in the hot gas duct 3.2 arranged). Radially outside on the airfoil 21st the blade 20th is a sealing structure 22nd arranged, specifically on the outer shroud 23 . The sealing structure 22nd is shared with the shovel blade 21st and the outer shroud 23 built generatively. The direction of construction can here with the radial direction 25th coincide so that from the shovel blade 21st to the sealing structure 22nd is built. As described in the introduction to the description, a thickness 28 of the outer shroud 23 be reduced, for example. Only around 0.6 mm. The sealing structure 22nd is in the schematic representation according to 2 shown in section, it is made up of several projections 26th built up.

3 zeigt einen solchen Vorsprung 26 im Detail, dieser gliedert sich in einen dem Schaufelblatt 21 proximalen Abschnitt 30.1 und einen distalen Abschnitt 30.2. In dem proximalen Abschnitt 30.1 ist eine Dicke 31.1 größer, der Vorsprung 26 läuft mit einer Verrundung in das Außendeckband 23. Der distale Abschnitt 30.2 ist nochmals unterteilt, es gibt einen mittleren Abschnitt 30.2.1 konstanter Dicke 31.2.1 und einen Abschnitt 30.2.2 am freien Ende 26.1 des Vorsprungs 26, in dem die Dicke 31.2.2 abnimmt. Der proximale Abschnitt 30.1 schafft eine stabile mechanische Anbindung, die radial außen abnehmende Dicke 31.2.2 kann hinsichtlich des Einlaufverhaltens von Vorteil sein. 3 shows such a head start 26th in detail, this is divided into a blade 21st proximal section 30.1 and a distal section 30.2 . In the proximal section 30.1 is a thick one 31.1 bigger, the lead 26th runs with a fillet into the outer shroud 23 . The distal section 30.2 is subdivided again, there is a middle section 30.2.1 constant thickness 31.2.1 and a section 30.2.2 at the free end 26.1 of the projection 26th in which the thickness 31.2.2 decreases. The proximal section 30.1 creates a stable mechanical connection, the thickness decreasing radially on the outside 31.2.2 can be advantageous with regard to the running-in behavior.

4 zeigt die am Außendeckband 23 angeordnete Dichtstruktur 22 in einer Aufsicht, also von radial außen darauf blickend. In diesem Fall sind die Vorsprünge 26 Stegwände 40, die miteinander nach radial außen offene Hohlräume 41 begrenzen. Vorliegend ist ein klassisches Honigwabenmuster gezeigt, es lassen sich aber ebenso modifizierte Strukturen erzeugen (vgl. die Beschreibungseinleitung). 4th shows the one on the outer shroud 23 arranged sealing structure 22nd in a top view, i.e. looking at it from the radial outside. In this case the protrusions are 26th Web walls 40 , the cavities that are open radially outward with one another 41 limit. A classic honeycomb pattern is shown here, but modified structures can also be created (see the introduction to the description).

In die Dichtstruktur 22 sind ferner Stützwände 45 eingebettet. Diese erstrecken sich jeweils in Umlaufrichtung 46 durchgehend. Wird das Außendeckband 23 in dem Laufschaufelkranz mit den Außendeckbändern der anderen Laufschaufeln zusammengesetzt, können die Stützwände 45 Biegekräfte aufnehmen bzw. abfangen. Das Außendeckband 23 kann deshalb speziell in dem axial mittleren Bereich, wegen der Versteifungswirkung der Dichtstruktur 22 aber auch generell, mit der verringerten Dicke 28 gefasst werden (vgl. 2).In the sealing structure 22nd are also retaining walls 45 embedded. These each extend in the direction of rotation 46 continuous. Will be the outer shroud 23 Assembled in the rotor blade ring with the outer shrouds of the other rotor blades, the retaining walls 45 Absorb or absorb bending forces. The outer shroud 23 can therefore especially in the axially central area, because of the stiffening effect of the sealing structure 22nd but also in general, with the reduced thickness 28 be captured (cf. 2 ).

5 zeigt in schematischer Darstellung Einlaufspuren 50, die aus dem Einlaufen der Fins 51 in die Dichtstruktur 22 resultieren. Zur Revision der Dichtstruktur 22 wird, nach einem Ausbau der Laufschaufel 20, ein radial äußerer Bereich 55.1 der Dichtstruktur abgeschliffen, sodass ein radial innerer Bereich 55.2 davon stehen bleibt. Auf diesem radial inneren Bereich 55.2 wird dann ein neuer Dichtstrukturbereich 60 (schematisch gezeigt) aufgebaut. 5 shows in a schematic representation infeed tracks 50 from running in the fins 51 into the sealing structure 22nd result. For revision of the sealing structure 22nd after removing the blade 20th , a radially outer area 55.1 the sealing structure ground off, leaving a radially inner area 55.2 of which remains. On this radially inner area 55.2 then becomes a new sealing structure area 60 (shown schematically).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: StrömungsmaschineTurbo machine
1a1a: Verdichtercompressor
1b1b: BrennkammerCombustion chamber
1c1c: Turbineturbine
22: LängsachseLongitudinal axis
3.13.1: VerdichtergaskanalCompressor gas duct
3.23.2: HeißgaskanalHot gas duct
2020th: LaufschaufelBlade
2121st: SchaufelblattShovel blade
2222nd: DichtstrukturSealing structure
2323: AußendeckbandOuter shroud
2525th: RadialrichtungRadial direction
2626th: Vorsprunghead Start
26.126.1: Freies Ende davonFree end of it
2828: Dicke des AußendeckbandsThickness of the outer shroud
30.130.1: Proximaler AbschnittProximal section
30.230.2: Distaler AbschnittDistal section
30.2.130.2.1: Mittlerer AbschnittMiddle section
30.2.230.2.2: Abschnitt am freien EndeSection at the free end

3131: Dickethickness
31.131.1: Größere DickeGreater thickness
31.2.131.2.1: Konstante DickeConstant thickness
31.2.231.2.2: Abnehmende DickeDecreasing thickness
4040: StegwändeWeb walls
4141: HohlräumeCavities
4545: StützwändeRetaining walls
4646: UmlaufrichtungDirection of rotation
5050: EinlaufspurenRun-in marks
5151: FinsFins
55.155.1: Äußerer BereichOutside area
55.255.2: Innerer BereichInner area
6060: Neuer DichtstrukturbereichNew sealing structure area

Claims

Laufschaufel (20) für eine Strömungsmaschine (1), mit einem Schaufelblatt (21), einem Außendeckband (23) radial außen an dem Schaufelblatt (21) und einer Dichtstruktur (22) radial außen an dem Außendeckband (23), wobei zumindest ein Abschnitt des Außendeckbands (23) und die Dichtstruktur (22) ein gemeinsam generativ gefertigtes Teil sind, und wobei das Außendeckband (23) eine Dicke (28) von mindestens 0,3 mm und höchstens 0,8 mm hat.Rotor blade (20) for a turbomachine (1), with a blade (21), an outer shroud (23) radially outside on the blade (21) and a sealing structure (22) radially outside on the outer shroud (23), wherein at least a section of the outer shroud (23) and the sealing structure (22) are a joint generatively manufactured part, and wherein the outer shroud (23) has a thickness (28) of at least 0.3 mm and at most 0.8 mm.

Laufschaufel (20) nach Anspruch 1, bei welcher die Dichtstruktur (22) sich nach radial außen von dem Schaufelblatt (21) weg erstreckende Vorsprünge (26) aufweist, wobei die Vorsprünge (26) jeweils mit einem variierenden Querschnittsprofil aufgebaut sind, nämlich ein jeweiliger Vorsprung in einem dem Schaufelblatt (21) proximalen Abschnitt (30.1) eine größere Dicke (31.1) als in einem dem Schaufelblatt (21) distalen Abschnitt (30.2) hat.Blade (20) after Claim 1 , in which the sealing structure (22) has projections (26) extending radially outward from the airfoil (21), the projections (26) each being constructed with a varying cross-sectional profile, namely a respective projection in one of the airfoil (21) ) the proximal section (30.1) has a greater thickness (31.1) than in a section (30.2) distal to the blade (21).

Laufschaufel (20) nach Anspruch 2, bei welcher sich der proximale Abschnitt (30.1) des jeweiligen Vorsprungs (26) über mindestens 1/6 und höchstens 1/2 einer zu einem freien Ende (26.1) des j eweiligen Vorsprungs (26) hin genommenen Höhe erstreckt.Blade (20) after Claim 2 , in which the proximal section (30.1) of the respective projection (26) extends over at least 1/6 and at most 1/2 of a height taken towards a free end (26.1) of the respective projection (26).

Laufschaufel (20) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher der jeweilige Vorsprung (26) in dem proximalen Abschnitt (30.1) mit einer Verrundung in ein Außendeckband (23) der Laufschaufel (20) läuft.Blade (20) after Claim 2 or 3 , in which the respective projection (26) in the proximal section (30.1) runs with a rounding into an outer shroud (23) of the rotor blade (20).

Laufschaufel (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher die Dicke (31.2.1) des jeweiligen Vorsprungs (26) in dem distalen Abschnitt (30.2) zumindest abschnittsweise konstant ist.Blade (20) after one of the Claims 2 to 4th , in which the thickness (31.2.1) of the respective projection (26) in the distal section (30.2) is constant at least in sections.

Laufschaufel (20) nach Anspruch 5, bei welcher die zumindest abschnittsweise konstante Dicke (31.2.1) mindestens 0,2 mm und höchstens und 1 mm beträgt.Blade (20) after Claim 5 , in which the at least partially constant thickness (31.2.1) is at least 0.2 mm and at most 1 mm.

Laufschaufel (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welcher die Dicke (31.2.2) des jeweiligen Vorsprungs (26) in dem distalen Abschnitt (30.2) zumindest abschnittsweise, an einem freien Ende (26.1) des jeweiligen Vorsprungs, zu diesem freien Ende (26.1) hin abnimmt.Blade (20) after one of the Claims 2 to 6th , in which the thickness (31.2.2) of the respective projection (26) in the distal section (30.2) at least in sections, at a free end (26.1) of the respective projection, decreases towards this free end (26.1).

Laufschaufel (20) nach Anspruch 7, bei welcher sich der Abschnitt (30.2.2) an dem freien Ende (26.1), in dem die Dicke (31.2.2) des jeweiligen Vorsprungs (26) abnimmt, über mindestens 0,5 mm und höchstens 5 mm erstreckt.Blade (20) after Claim 7 , in which the section (30.2.2) at the free end (26.1), in which the thickness (31.2.2) of the respective projection (26) decreases, extends over at least 0.5 mm and at most 5 mm.

Laufschaufel (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei welcher die Vorsprünge (26) Stegwände (40) sind, die miteinander Hohlräume (41) begrenzen, die jeweils nach radial außen offen sind.Blade (20) after one of the Claims 2 to 8th , in which the projections (26) are web walls (40) which delimit cavities (41) with one another, each of which is open radially outward.

Laufschaufel (20) nach Anspruch 9, bei welcher die Stegwände (40) von radial außen betrachtet ein Wabenmuster, beispielsweise ein Honigwabenmuster, bilden.Blade (20) after Claim 9 , in which the web walls (40), viewed radially outside, form a honeycomb pattern, for example a honeycomb pattern.

Laufschaufel (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zur Stabilisierung des Außendeckbands (23) der Laufschaufel (20) eine Stützwand (45) in die Dichtstruktur (22) eingebettet ist, die sich nach radial außen erhebt und in Umlaufrichtung (46) erstreckt.Rotating blade (20) according to one of the preceding claims, in which, in order to stabilize the outer shroud (23) of the rotating blade (20), a support wall (45) is embedded in the sealing structure (22), which rises radially outward and extends in the direction of rotation (46). extends.

Laufschaufel (20) nach Anspruch 11, bei welcher mehrere, axial aufeinander folgende Stützwände (45) in die Dichtstruktur (22) eingebettet sind.Blade (20) after Claim 11 , in which several axially successive support walls (45) are embedded in the sealing structure (22).

Strömungsmaschine (1) mit einer Laufschaufel (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Turbomachine (1) with a rotor blade (20) according to one of the preceding claims.

Verfahren zum Herstellen einer Laufschaufel (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem zumindest der Abschnitt des Außendeckbands (23) und die Dichtstruktur (22) gemeinsam generativ aufgebaut werden, insbesondere die Laufschaufel (20) im Gesamten generativ aufgebaut wird oder mittels Gießen und nachfolgendem generativen Aufbauen hergestellt wird.Method for producing a rotor blade (20) according to one of the Claims 1 to 12 , in which at least the section of the outer shroud (23) and the sealing structure (22) are built up generatively together, in particular the rotor blade (20) as a whole is built up generatively or is produced by means of casting and subsequent generative construction.

Verfahren zur Revision einer Laufschaufel (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem ein radial äußerer Bereich (55.1) der Dichtstruktur (22) abgetragen wird, jedoch ein radial innerer Bereich (55.2) stehen bleibt, wobei auf den radial inneren Bereich (55.2) eine neuer Dichtstrukturbereich (60) generativ aufgebaut wird.Method for revision of a rotor blade (20) according to one of the Claims 1 to 12 , in which a radially outer area (55.1) of the sealing structure (22) is removed, but a radially inner area (55.2) remains, with a new sealing structure area (60) being generatively built up on the radially inner area (55.2).