DE4427360A1 - Kopfdichtung für Turbinenschaufeln und Einrichtung zur Verhinderung der Verschmutzung dieser Dichtung - Google Patents

Kopfdichtung für Turbinenschaufeln und Einrichtung zur Verhinderung der Verschmutzung dieser Dichtung

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Description

Der Hintergrund der vorliegenden Erfindung läßt sich, soweit erforderlich, besser aus dem Inhalt der US-Patentanmeldung Seriennummer 07/236 094 verstehen, die am 24. August 1988 durch F.W. Huber et al. hinterlegt worden ist, den Titel "Spaltsteuerung für die Turbine eines Gasturbinenmotors" trägt und auf die Anmelderin übertragen worden ist.
Die Erfindung betrifft innengekühlte Turbinenschaufeln für Gasturbinenmotoren und insbesondere eine Einrichtung zum Verhindern der Verschmutzung und der Verstopfung der Löcher auf dem Kopf der Schaufel, die zum Abdichten des Kopfs und zum Kühlen der Schaufel dienen.
Auf dem Gebiet der Gasturbinenmotortechnik ist es bekannt, daß große Anstrengungen unternommen wurden, um die Maschi­ nennutzleistung zu verbessern, indem versucht wird, das Spiel des Spalts zwischen der äußeren Luftdichtung und dem Kopf der Turbinenschaufel über den vollen Bereich des Ma­ schinenbetriebs auf einem Minimum zu halten. Im Laufe der Jahre wurden zur Erreichung dieses Ziels eine Vielzahl von Erfindungen gemacht und Konzepte entwickelt, um den Spalt passiv oder aktiv genau zu steuern.
Bis zu einem gewissen Grad haben sich viele dieser Erfindun­ gen und Konzepte als erfolgreich erwiesen. Wegen des zuneh­ menden Bedarfs an Antriebs- und Fluggerätnutzleistung, ist das Problem jedoch immer schwieriger geworden. Die Lösung des Problems wird außerdem durch die Art der Auslegung des Fluggeräts und/oder des Antriebs sowie seine spezielle Be­ stimmung geprägt. Was beispielsweise für ein Zivilflugzeug zufriedenstellend ist, ist meist für ein Militärflugzeug, insbesondere für ein Kampfflugzeug, nicht zufriedenstellend.
Beispielsweise hat sich bei Motoren, die für die Verwendung in Verkehrsflugzeugen, beispielsweise in Verkehrsflugzeugen staatlicher Luftlinien, ausgelegt sind, die aktive Spiel- oder Spaltsteuerung als hinreichend erfolgreich herausge­ stellt. Ein Beispiel einer aktiven Spaltsteuerung, die sich eines beträchtlichen kommerziellen Erfolgs erfreut, ist aus der US-PS 4 069 662 bekannt. Bei dieser Art von Steuerung trifft Luft in zweckentsprechender Weise auf das äußere Motorgehäuse im Bereich des Turbinenrotors, um das Gehäuse zu vorbestimmten Zeitpunkten während seines Betriebs zum Schrumpfen zu bringen und dadurch die Position der äußeren Luftdichtung näher an die Köpfe der Turbinen oder Verdich­ terschaufeln derart zu bringen, daß der Spalt vermindert wird. Im Gegensatz zur Philosophie der aktiven Spaltsteue­ rung verwendet die passive Spaltsteuerung eine kontinuier­ lich wirksame Einrichtung zur Steuerung dieser Spalte. Bei­ spielsweise tritt bei einem dieser Systeme Kühlluft kontinu­ ierlich auf das äußere Motorgehäuse im Bereich der Rotor­ schaufeln auf, um das Ausdehnungsausmaß des hohen Temperatu­ ren ausgesetzten äußeren Gehäuses zu begrenzen, um die Spalte auf einem Minimum zu halten. Diese "aktive" Steuerung erfordert kurz gesagt ein Steuersystem, das auf ein Ein­ gangssignal reagiert und heiße oder kalte Luft oder eine mechanische Einrichtung benutzt, um die Steuerung der Spalte zu bewirken. Die "passive" Spaltsteuerung erfordert kein Steuersystem und befindet sich immer in einem ruhenden Zu­ stand.
Die Erfindung betrifft eine passive Spaltsteuerung, die die zur inneren Kühlung der Turbinenschaufeln benutzte Auslaß­ luft verwendet, um die effektiven Spalte zwischen dem Kopf der Turbinenschaufel und der äußeren Luftdichtung zu steu­ ern. Es werden Einrichtungen zum Schaffen einer aerodynami­ schen Dichtung im Spalt zwischen der äußeren Luftdichtung und den Köpfen der Schaufeln derart beschrieben, daß die Strömung darin minimiert und deshalb die Strömung von der Schaufel-Hochdruckseite zur Schaufel-Niederdruckseite ver­ mindert wird, wodurch die Nutzleistung der Turbine vergrö­ ßert wird. Wesentlich ist, daß in den Kopf der Turbinen­ schaufel nahe dem Schnitt der Kopfoberfläche mit der Fläche der Druckseite des Luftmantels gebohrte Auslaßlöcher einen Kühlluftstrom in den Spalt zwischen der äußeren Luftdichtung und den Köpfen der Schaufel ausströmen lassen. Bei gewissen Anwendungen können sich schneidende Löcher verwendet werden. Eines der Löcher kommuniziert mit dem inneren Kühldurchlaß benachbart zur Druckseite, und das andere Loch kommuniziert mit dem inneren Kühldurchlaß benachbart zur Saugseite. Die Löcher schneiden sich, um die Geschwindigkeit (Triebkraft) und den Winkel der austretenden Kühlluft zu beeinflussen, die aus dem Schlitz strömt, der aus den beiden gebohrten Löchern gebildet ist.
Kopflöcher und sich schneidende Löcher bei luftgekühlten Turbinenschaufeln gehören zum Stand der Technik. Beispiels­ weise beschreiben die US-PS 4 540 339 und die US-PS 5 062 768 jeweils sich schneidende Löcher, die am Kopf der Turbinenschaufel angeordnet sind. Im einen Fall dient der aus diesen Auslaßlöchern austretende Strom zur Reinigung der Seitenwandoberflächen der Kopfkappe, und im anderen Fall vermindern die sich schneidenden Löcher die Wahrscheinlich­ keit einer Verschmutzung und einer Verstopfung. Während diese Patente sich nicht mit der Verwendung dieser Löcher zur aerodynamischen Dichtung beschäftigen, gibt es bekannte Vorrichtungen, welche Kopflöcher zur aerodynamischen Dich­ tung verwenden.
Wie aus dem Stand der Technik hervorgeht, gibt es Bedenken, daß Fremdmaterial, und insbesondere Abrieb, der durch eine Reibung des Schaufelkopfs verursacht ist, zu den Auslaßöff­ nungen in den Köpfen der Schaufel wandert und den daraus austretenden Strom ungünstig beeinflußt. Dieses Problem hat sich verschärft, weil Schaufelköpfe aktuell mit Schleifmate­ rial beschichtet werden, so daß sich Partikel bei einem Schaufelreibvorgang ablösen. Dies erhöht ersichtlich die Wahrscheinlichkeit, daß diese Auslaßöffnungen verstopft werden, was nicht nur einen Einfluß auf die Kühlleistung des Kühldurchlasses und die austretende Strömung hat, sondern auch auf die Kopfdichtungsfunktion, wobei die verstopften Löcher die Kopfdichtungseigenschaften ungünstig beeinflussen und dadurch die Turbinenleistung verschlechtern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Verhindern der Verschmutzung, des Verstopfens und des Zusetzens der Auslaßlöcher zu schaf­ fen, die auf den Köpfen der Axialstromturbinenschaufeln von Gasturbinenmotoren angeordnet sind. Außerdem schafft die Erfindung ein kostengünstiges und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung einer Turbinenrotor-Schaufel.
Erfindungsgemäß wird bei einer Turbinenschaufel eine Aus­ nehmung benachbart zum Auslaßloch für eine Kopfdichtung derart verwendet, daß das Auslaßloch, die Ausnehmung und die Schaufelkonfigurationen relativ zueinander in einer vorgege­ benen Beziehung stehen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei­ spielhaft näher erläutert; es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschau­ fel für einen Gasturbinenmotor gemäß der Erfin­ dung;
Fig. 2 eine Aufsicht der in Fig. 1 gezeigten Schaufel;
Fig. 3 eine Schnitt-Teilansicht entlang den Linien 3-3 von Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnitt-Teilansicht einer anderen Ausfüh­ rungsform der Erfindung und
Fig. 5 eine Endansicht des Turbinenbereichs ohne die Kühllöcher und die Ausnehmungen in den Turbi­ nenschaufeln.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, be­ steht das Ziel der Erfindung darin, ein Verstopfen der Kopf­ löcher zu verhindern, die bei einer luftgekühlten Axial­ stromturbinenschaufelkopfdichtungs- und -schaufelkühlkon­ figuration verwendet werden. Während es eine Vielzahl von Konfigurationen dieser Kopflöcher gibt, versteht es sich, daß das Ziel dieser Erfindung darin besteht, das Verstopfen dieser Löcher auszuschließen, und die Erfindung ist nicht auf die bestimmte Lochkonfiguration und -anordnung gemäß den nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt.
Der Fachmann erkennt, daß die Turbinenschaufel eine einer Mehrzahl von Axialstromturbinenschaufeln ist, die in einer Scheibe oder Nabe des Turbinenrotors aufgenommen und durch die heißen Gase angetrieben sind, die im Verbrennungsbereich des Gasturbinenmotors entwickelt werden. Die durch die Tur­ bine gewonnene Energie dient im wesentlichen dazu, die Ver­ dichter des Motors anzutreiben und eine Schubkraft zu erzeu­ gen. Da die am nächsten zum Verbrennungsbereich angeordnete Turbine, die als erste Turbinenstufe bezeichnet wird, wahr­ scheinlich von sämtlichen Bauteilen des Motors der höchsten Temperatur ausgesetzt ist, sind Einrichtungen zum Kühlen der Turbinenschaufeln vorgesehen. Das Kühlen von Turbinenschau­ feln ist bekannt, und für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es lediglich notwendig, zu wissen, daß die meisten Turbinenschaufelkühleinrichtungen typischerweise mit einem inneren Längsdurchlaß arbeiten, der Kühldruckluft zu­ führt, die zum Duschkopfkühlen, Filmkühlen und dergleichen verwendet wird.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den Fig. 1 bis 3, die eine allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Turbinenschaufel zeigen, die einen Fußbereich 12, eine Plattform 14 und einen Tragflä­ chenbereich 15 hat. Typischerweise von einem (nicht gezeig­ ten) Verdichterbereich herangeführte Luft wird innerhalb der Schaufel in das Bodenende des Fußbereichs 12 geleitet und in den Gasweg durch die Luftauslaßlöcher, wie beispielsweise die Duschkopf- und Filmkühllöcher (nicht gezeigt) ausgelas­ sen. Da diese Erfindung in erster Linie mit den Kopfdich­ tungs- und Kühllöchern befaßt ist, wird die Beschreibung der Einfachheit halber auf diesen Bereich der Schaufel be­ schränkt. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die US-PS 4 257 737 und die US-PS 4 753 575 verwiesen. Diese beiden Patente sind auf die Anmelderin übertragen worden, und der Offenbarungsgehalt dieser Patente bildet einen Teil der vorliegenden Anmeldung. Der Tragflächenbereich 16 besteht aus einer Druckseite 18, einer voreilenden Kante 20, einer nacheilenden Kante 22, einer Kopffläche 32 und einer Saug­ seite 24, die sich gegenüber der Druckseite der Tragfläche befindet.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt der Kopf der Schaufel eine Mehrzahl beabstandeter Löcher oder Schlitze 30, die profilsehnenartig von der voreilenden Kante 20 zur nacheilenden Kante 22 verlaufen. Beim Stand der Technik ver­ liefen diese Löcher von einem inneren Kühldurchlaß zum Kopf­ bereich und endeten bündig mit der Außenfläche 32. Gemäß der Erfindung ist eine Ausnehmung 36 mit gewissen kritischen Ab­ messungen und Beschränkungen in der Außenfläche 32 im Be­ reich des Lochs 30 ausgebildet. Da sämtliche Ausnehmungen und ihre Kriterien relativ zu den Löchern 20 identisch sind, werden nachfolgend zur Vereinfachung lediglich ein Loch und ein Hohlraum näher erläutert.
Wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt, verläuft die Ausnehmung 36 von der Kante der Druckseite zur Saugseite 26 hinauf zur Rückwand 40 des Lochs 30. Die Ausnehmung 36 verläuft in der anderen Richtung von der voreilenden Kante 20 zur nacheilen­ den Kante 22 im wesentlichen über die gesamte Breite des Lochs 30. Für die Ausnehmung 36 gibt es andere kritische Be­ schränkungen. Bei gewissen Bedingungen muß der Auslaßluft­ strom oder -strahl 42 aus dem Loch 30 berücksichtigt werden. Betrachtet in der Querschnittsebene durch den Luftstrahl, ist das Loch 30 derart angeordnet, daß die äußere Kante 44 in den Begrenzungen enthalten ist, die durch den Spalt 48 und die Verlängerung der Druckseite 18 bestimmt sind. Die den Luftstrahl bezeichnenden Linien sind lediglich aus Ver­ anschaulichungsgründen gewählt, da die Luft auf die äußere Luftdichtung 50 auftreffen würde. Obwohl die Tiefe der Aus­ nehmung 36 (die mit dem Buchstaben A bezeichnet ist) nicht als kritisch betrachtet wird, sollte sie zumindest fünfund­ siebzig Prozent (75%) der Dicke des Schlitzes 30 betragen (die mit dem Buchstaben B bezeichnet ist).
Es ist wichtig, daß die Oberfläche 40 des Lochs 30 radial zur Kopffläche 32 verläuft. Der Winkel, den die Oberfläche 40 mit der Kopffläche 32 einschließt und der mit dem Buch­ staben C bezeichnet ist, sollte so gewählt sein, daß die aerodynamische Abdichtung maximiert ist, um den Turbinenwir­ kungsgrad zu erhöhen und dadurch die Motornutzleistung zu optimieren.
Gemäß der Erfindung ist der Winkel C, der zur Optimierung der Motornutzleistung auszulegen ist, größer als der Winkel, der bei bekannten Konstruktionen erhalten wird, die keine Ausnehmung 36 umfassen, der gemäß der Erfindung vorhanden ist. Wesentlich ist, daß durch Erhöhen des optimalen Winkels C im Bereich der voreilenden Kante eine bessere Funktion erreicht wird, wo der Winkel C vergrößert werden muß, damit das Loch 30 den inneren Kühldurchlaß 32 schneidet, der sich in Fluidkommunikation mit dem Loch 30 befindet. Es wird erwartet, daß der innere Kühldurchlaß 52, der eine Quelle für Kühldruckluft ist, die Funktion dieses Merkmals im Be­ reich der voreilenden Kante auf die örtliche Toleranz un­ empfindlich macht.
Die Gründe, weshalb der optimale Winkel C für die Löcher 30 erfindungsgemäß größer sein soll, ergeben sich aus folgen­ dem: Erstes dadurch, daß die Druckseite des Luftstrahls dem hohen statischen Druck auf der Druckseite der Tragfläche ausgesetzt ist, ein zusätzlicher Strom hereingezogen und durch den Strahl 42 beschleunigt. Da diese Luft bei größeren Winkeln einen größeren "Zugang" hat, führt dies dazu, daß der optimale Winkel ein größerer Winkel sein kann.
Zweitens vermag ein Hohlraum, wie die in Fig. 4 gezeigte Ausnehmung 36′, die im vorstehenden Absatz beschriebene Wirkung zu verstärken und den optimalen Winkel C zu vergrö­ ßern (die Luft hat dadurch einen noch größeren Zugang). Es ist jedoch zu bemerken, daß die Konfiguration in Fig. 4 durch Erwärmen der Fläche 56′ begrenzt sein könnte, da die zusätzliche Luft eine Luft aus dem Gasweg ist, die eine sehr viel höhere Temperatur als die Luft des Strahls 42 hat.
Drittens tritt auf den Schaufeln, die sich im Reibeingriff mit der äußeren Luftdichtung 50 (Fig. 3 und 5) befunden haben, eine stärkere Dichtung auf, da eine Reibung über dem Loch eine dünne "Rippe" an Material hinterläßt. Anstatt den Strahl 42 zu blockieren, lenkt diese "Rippe" den Strahl 42 zu einem kleineren effektiven Winkel C ab (der näher am optimalen Winkel liegt).
Die Erfindung bezweckt, daß der Winkel der Fläche 56′ rela­ tiv zum Loch 30 vergrößert wird, wie in Fig. 4 gezeigt, um die Nutzleistung zusätzlich zu vergrößern. Um jedoch inner­ halb der vorstehend genannten Beschränkungen der kritischen Abmessungen zu bleiben, ist die Tiefe der Ausnehmung 36′ dieselbe wie in Fig. 3. Die Tiefe wird jedoch an einer Ebene gemessen, die durch die Verbindung verläuft, wo die Ausnehmung 36′ das Loch 30 parallel zur Fläche 32 schneidet (gleiche Bezugsziffern bezeichnen in sämtlichen Figuren jeweils identische Elemente). Der Verbindungspunkt ist mit dem Buchstaben D bezeichnet, und diese Abmessung ist durch die mit dem Buchstaben E bezeichneten Pfeile dargestellt.
Die Ausnehmung 36 (Fig. 3) und die Ausnehmung 36′ (Fig. 4) werden durch eine geeignete und bekannte elektrische Entla­ dungsmaschine (EDM) hergestellt, die üblicherweise zum Loch­ bohren verwendet wird. Um die Größe und die Form dieser Ausnehmungen zu erzeugen, ist die Elektrode der EDM-Maschine in an sich bekannter Weise entsprechend geformt. Bei derzei­ tigen Konstruktionen sind die Löcher 30, wie gezeigt, als Schlitze ausgebildet, und in der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe "Löcher" und "Schlitze" austauschbar verwendet. Ein wesentlicher Punkt ist, daß zur Erreichung der gewünschten Leistung die Schlitze bei bisherigen Kon­ struktionen eine Länge von im wesentlichen 1,27 mm (0,050 Inch) und eine Breite von 0,3 mm (0,012 Inch) haben müssen, um vollständig in der Kopffläche und sehr nahe an der Druck­ fläche durchzutreten. Dies erforderte einen schwer durchzu­ führenden Herstellungsvorgang und führte deshalb zu einem Herstellungsproblem. Die Erfindung vermindert dieses Problem weitgehend.
Durch die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden neben anderen die folgenden Verbesserungen erzielt:
  • 1. Die Wahrscheinlichkeit, daß Kopflöcher durch Schmierma­ terial infolge von Schaufelkopfreibung verstopft wer­ den, wird minimiert, wodurch sichergestellt ist, daß die Dichtungs- und Kühleigenschaften der Löcher erhal­ ten bleiben.
  • 2. Die Herstellbarkeit der Kopflöcher wird durch Un­ empfindlichmachen des Leistungszuwachses in bezug auf die Toleranz der Lochposition relativ zur Druckseite der Tragfläche verbessert.
  • 3. Die Kopfdichtungsfunktion wird verbessert, wenn der Winkel C (Fig. 3) aufgrund von räumlichen Beschränkun­ gen vergrößert werden muß.
  • 4. Kopfdichtungslochkonfigurationen lassen sich leichter herstellen, wenn die Schaufelkopfoberflächen mit schleifendem Material überzogen sind, das ein Problem beim Bohren von EDM-Löchern und/oder beim Abdecken der Löcher hervorruft, wenn sie gebohrt werden.
Die Erfindung ist in einzelnen Ausführungsformen beschrieben worden, ohne daß die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims (10)

1. Innengekühlte Tragfläche einer Turbinenrotorschaufel eines Gasturbinenmotors, mit
  • - einer Kopfoberfläche, einer voreilenden Kante, einer nacheilenden Kante und einer Druckseite,
  • - einer ringförmigen Abdeckung, die konzentrisch um die Tragfläche angeordnet ist und mit der Kopf­ oberfläche einen Spalt bestimmt,
  • - einem inneren Durchlaß zum Leiten von Kühlluft zu einer Auslaßöffnung, die benachbart zum Kopf der Tragfläche im Bereich der Druckfläche ausgebildet ist, um einen Kühlluftstrahl zu erzeugen, der un­ ter einem gegebenen Winkel in den Spalt austritt, und
  • - einer Einrichtung zum Verhindern der Verstopfung der Auslaßöffnung mit einer Ausnehmung, die be­ nachbart zur Auslaßöffnung ausgebildet ist und von der Druckseite zu einem Wandbereich verläuft, der die am weitesten von der Druckfläche entfernte Auslaßöffnung enthält und sich im wesentlichen über die Breite der Auslaßöffnung erstreckt.
2. Innengekühlte Tragfläche nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Turbinenrotor eine Mehrzahl um­ fangsmäßig beabstandete Tragflächen umfaßt und die Abdeckung mit den Kopfoberflächen der Tragflächen einen ringförmigen Spalt bestimmt.
3. Innengekühlte Tragfläche nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Ausnehmungen vor­ gesehen ist, die in Längsrichtung entlang der Druck­ fläche beabstandet sind, die von der voreilenden Kante zur nacheilenden Kante verläuft.
4. Innengekühlte Tragfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen oder jede derselben benachbart zur Druckfläche einen tiefe­ ren Bereich umfaßt und stromlinienförmig zu einem weni­ ger tiefen Bereich benachbart zu der Auslaßöffnung verläuft.
5. Innengekühlte Tragfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung ein Schlitz ist.
6. Innengekühlte Tragfläche nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Tiefe der Ausnehmung im wesentli­ chen zumindest 75% der Schlitzdicke entspricht.
7. Innengekühlte Tragfläche nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auslaßöffnung ein Schlitz und die Tiefe der Ausnehmung im wesentlichen gleich 75% der Schlitzdicke ist, gemessen benachbart von der Verbin­ dung, an der sich die Ausnehmung und der Schlitz schneiden.
8. Verfahren zur Herstellung einer Schaufel für einen Turbinenrotor mit den Schritten:
  • - Gießen der Schaufel aus geschmolzenem Material in im wesentlichen in die Form und mit den Abmessun­ gen der fertigen Schaufel, umfassend einen Trag­ flächenbereich mit einer Wand, die eine Drucksei­ te, eine Saugseite, eine Kopfoberfläche, eine vor­ eilende Kante und eine nacheilende Kante und in­ nere Kühldurchlässe hat,
  • - Bearbeiten der Schaufel und des Tragflächenbe­ reichs auf die fertige Form und Abmessung;
  • - Bohren von Löchern durch die Wand der Tragfläche durch eine elektrische Entladungsbearbeitung, um vorbestimmte innere Kühldurchlässe zu verbinden, und
  • - Ausbilden einer Ausnehmung in der Außenfläche des Tragflächenbereichs benachbart zu den Löchern durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gleichzeitig mit dem Bohrschritt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt eines gleichzeitigen Bohrens der Ausnehmung sich von der Druckseite zu der am weitesten entfernten Abmessung des Wandbereichs erstreckt, der die Löcher auf der Kopfoberfläche des Tragflächenbereichs be­ stimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichzeitige Bohren der Ausnehmung sich im wesent­ lichen über die Breite der Löcher erstreckt, und daß die Tiefe der Ausnehmung im wesentlichen gleich zumin­ dest 75% der Abmessung des angrenzenden Lochs ist.
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FR9409703A FR2723396B1 (fr) 1992-10-27 1994-08-04 Plan de sustentation a refroidissement interne d'une ailette de rotor de turbine d'un moteur a turbine a gaz et procede de fabrication de l'ailette

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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5771577A (en) * 1996-05-17 1998-06-30 General Electric Company Method for making a fluid cooled article with protective coating
US6027306A (en) * 1997-06-23 2000-02-22 General Electric Company Turbine blade tip flow discouragers
US5997251A (en) * 1997-11-17 1999-12-07 General Electric Company Ribbed turbine blade tip
US6190129B1 (en) 1998-12-21 2001-02-20 General Electric Company Tapered tip-rib turbine blade
US6086328A (en) * 1998-12-21 2000-07-11 General Electric Company Tapered tip turbine blade
US6179556B1 (en) 1999-06-01 2001-01-30 General Electric Company Turbine blade tip with offset squealer
US6478537B2 (en) * 2001-02-16 2002-11-12 Siemens Westinghouse Power Corporation Pre-segmented squealer tip for turbine blades
US6527514B2 (en) 2001-06-11 2003-03-04 Alstom (Switzerland) Ltd Turbine blade with rub tolerant cooling construction
US6790005B2 (en) 2002-12-30 2004-09-14 General Electric Company Compound tip notched blade
US6932571B2 (en) * 2003-02-05 2005-08-23 United Technologies Corporation Microcircuit cooling for a turbine blade tip
US7080971B2 (en) * 2003-03-12 2006-07-25 Florida Turbine Technologies, Inc. Cooled turbine spar shell blade construction
DE10355241A1 (de) * 2003-11-26 2005-06-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsarbeitsmaschine mit Fluidzufuhr
US7118342B2 (en) * 2004-09-09 2006-10-10 General Electric Company Fluted tip turbine blade
US7510376B2 (en) * 2005-08-25 2009-03-31 General Electric Company Skewed tip hole turbine blade
US7287959B2 (en) * 2005-12-05 2007-10-30 General Electric Company Blunt tip turbine blade
US8512003B2 (en) 2006-08-21 2013-08-20 General Electric Company Tip ramp turbine blade
US8500396B2 (en) * 2006-08-21 2013-08-06 General Electric Company Cascade tip baffle airfoil
US8632311B2 (en) * 2006-08-21 2014-01-21 General Electric Company Flared tip turbine blade
US7686578B2 (en) * 2006-08-21 2010-03-30 General Electric Company Conformal tip baffle airfoil
US7607893B2 (en) * 2006-08-21 2009-10-27 General Electric Company Counter tip baffle airfoil
US8425183B2 (en) 2006-11-20 2013-04-23 General Electric Company Triforial tip cavity airfoil
US8186965B2 (en) * 2009-05-27 2012-05-29 General Electric Company Recovery tip turbine blade
US9091177B2 (en) 2012-03-14 2015-07-28 United Technologies Corporation Shark-bite tip shelf cooling configuration
US9284845B2 (en) 2012-04-05 2016-03-15 United Technologies Corporation Turbine airfoil tip shelf and squealer pocket cooling
US9228442B2 (en) 2012-04-05 2016-01-05 United Technologies Corporation Turbine airfoil tip shelf and squealer pocket cooling
US10655473B2 (en) * 2012-12-13 2020-05-19 United Technologies Corporation Gas turbine engine turbine blade leading edge tip trench cooling
GB2529681B (en) 2014-08-29 2019-02-20 Rolls Royce Plc Gas turbine engine rotor arrangement
GB201417429D0 (en) * 2014-10-02 2014-11-19 Rolls Royce Plc A cooled component
US9995147B2 (en) * 2015-02-11 2018-06-12 United Technologies Corporation Blade tip cooling arrangement
US10107108B2 (en) 2015-04-29 2018-10-23 General Electric Company Rotor blade having a flared tip
US10585007B2 (en) 2017-06-22 2020-03-10 Unison Industries, Llc Air temperature sensor
US10605675B2 (en) 2017-06-22 2020-03-31 Unison Industries, Llc Air temperature sensor
USD844466S1 (en) 2017-06-22 2019-04-02 Unison Industries, Llc Temperature sensor
US10578498B2 (en) 2017-06-22 2020-03-03 Unison Industries, Llc Air temperature sensor
US10545057B2 (en) 2017-06-22 2020-01-28 Unison Industries, Llc Air temperature sensor and method of reducing error
US10605098B2 (en) 2017-07-13 2020-03-31 General Electric Company Blade with tip rail cooling
US11053848B2 (en) * 2018-01-24 2021-07-06 General Electric Company Additively manufactured booster splitter with integral heating passageways
JP6946225B2 (ja) * 2018-03-29 2021-10-06 三菱重工業株式会社 タービン動翼、及びガスタービン

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1245518A (fr) * 1957-04-19 1960-11-10 Perfectionnements apportés aux turbines à fluide gazeux chaud
GB895615A (en) * 1960-02-05 1962-05-02 Rolls Royce A method and apparatus for forming non-circular holes
US3533712A (en) * 1966-02-26 1970-10-13 Gen Electric Cooled vane structure for high temperature turbines
DE2231426C3 (de) * 1972-06-27 1974-11-28 Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh, 8000 Muenchen Deckbandlose, innen gekühlte Axialturbinenlaufschaufel
GB1426049A (en) * 1972-10-21 1976-02-25 Rolls Royce Rotor blade for a gas turbine engine
GB1605180A (en) * 1974-05-16 1983-01-26 Lls Royce Ltd Method for manufacturing a blade for a gas turbine engine
US4073599A (en) * 1976-08-26 1978-02-14 Westinghouse Electric Corporation Hollow turbine blade tip closure
US4197443A (en) * 1977-09-19 1980-04-08 General Electric Company Method and apparatus for forming diffused cooling holes in an airfoil
US4303374A (en) * 1978-12-15 1981-12-01 General Electric Company Film cooled airfoil body
GB2066372A (en) * 1979-12-26 1981-07-08 United Technologies Corp Coolable wall element
US4390320A (en) * 1980-05-01 1983-06-28 General Electric Company Tip cap for a rotor blade and method of replacement
NO811831L (no) * 1980-06-05 1981-12-07 United Technologies Corp Tupphette for rotorblader.
GB2096525B (en) * 1981-04-14 1984-09-12 Rolls Royce Manufacturing gas turbine engine blades
MX155481A (es) * 1981-09-02 1988-03-17 Westinghouse Electric Corp Pala de rotor de turbina
US4589823A (en) * 1984-04-27 1986-05-20 General Electric Company Rotor blade tip
US4672727A (en) * 1985-12-23 1987-06-16 United Technologies Corporation Method of fabricating film cooling slot in a hollow airfoil
US4676719A (en) * 1985-12-23 1987-06-30 United Technologies Corporation Film coolant passages for cast hollow airfoils
US4705455A (en) * 1985-12-23 1987-11-10 United Technologies Corporation Convergent-divergent film coolant passage
US4762464A (en) * 1986-11-13 1988-08-09 Chromalloy Gas Turbine Corporation Airfoil with diffused cooling holes and method and apparatus for making the same
US4827587A (en) * 1988-01-25 1989-05-09 United Technologies Corporation Method of fabricating an air cooled turbine blade
US5030060A (en) * 1988-10-20 1991-07-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method and apparatus for cooling high temperature ceramic turbine blade portions
US5282721A (en) * 1991-09-30 1994-02-01 United Technologies Corporation Passive clearance system for turbine blades
US5261789A (en) * 1992-08-25 1993-11-16 General Electric Company Tip cooled blade
US5313038A (en) * 1992-12-22 1994-05-17 United Technologies Corporation EDM drilling of low angle holes

Also Published As

Publication number Publication date
GB2291935B (en) 1999-02-24
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FR2723396A1 (fr) 1996-02-09
DE4427360B4 (de) 2007-08-09
FR2723396B1 (fr) 1996-10-31
US5476364A (en) 1995-12-19
GB9415591D0 (en) 1994-09-21

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