DE10129975A1 - Casting mold used for optimizing the hollow space geometry of a core of a gas turbine blade comprises an upper mold and a lower mold with inserts to modify regions of the contour sections - Google Patents
Casting mold used for optimizing the hollow space geometry of a core of a gas turbine blade comprises an upper mold and a lower mold with inserts to modify regions of the contour sectionsInfo
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Abstract
Gießform (1) für den Kern einer Gasturbinenschaufel oder dergleichen, mit zumindest einem oberen Formteil (20, 30) und einem unteren Formteil (10), die im geschlossenen Zustand einen Formhohlraum (50) bilden, der mit Schmelze befüllbar ist. Der Formhohlraum (50) besitzt Konturabschnitte, die mit den Innenwandungen der mit Hilfe dieses Kerns hergestellten Gasturbinenschaufel korrespondieren, nämlich einen saugseitigen Konturabschnitt (52, 53), einen druckseitigen Konturabschnitt (51), einen Vorderkanten-Konturabschnitt (55) sowie einen Hinterkanten-Konturabschnitt (56). Zur Optimierung des Wärmeübergangs und/oder der Strömung im Inneren der Gasturbinenschaufel können unterschiedliche Kerne durch Auswechseln von Einsätzen (60, 70, 80, 90) mit variierter Geometrie hergestellt werden. Die Modifikation von Konturabschnitten (51, 52, 53, 55, 56) kann durch einfaches Austauschen der Einsätze (60, 70, 80, 90) erreicht werden, ohne die Formteile (10, 20, 30) im Übrigen zu verändern. Eine derartige Gießform ist deshalb prädestiniert für die Optimierung der Hohlraumgeometrie von Gasturbinenschaufeln.Casting mold (1) for the core of a gas turbine blade or the like, with at least one upper molded part (20, 30) and one lower molded part (10), which in the closed state form a mold cavity (50) which can be filled with melt. The mold cavity (50) has contour sections which correspond to the inner walls of the gas turbine blade produced with the aid of this core, namely a suction-side contour section (52, 53), a pressure-side contour section (51), a leading edge contour section (55) and a trailing edge contour section (56). To optimize the heat transfer and / or the flow inside the gas turbine blade, different cores can be produced by changing inserts (60, 70, 80, 90) with a varied geometry. The modification of contour sections (51, 52, 53, 55, 56) can be achieved by simply exchanging the inserts (60, 70, 80, 90) without otherwise changing the molded parts (10, 20, 30). Such a mold is therefore predestined for the optimization of the cavity geometry of gas turbine blades.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gießform für den Kern einer Gasturbinenschaufel oder dergleichen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung.The invention relates to a mold for the core of a gas turbine blade or the like according to the preamble of claim 1 and their use.
Derartige Gießformen sind ganz allgemein bekannt und werden zur Herstellung von kühlbaren Schaufeln gemäß beispielsweise der DE 199 39 179 A1 verwendet. Solche Schaufeln besitzen ein Schaufelblatt, das aus einer saugseitigen und einer druckseitigen Wand aufgebaut ist. Die saugseitige und die druckseitige Wand sind jeweils gegenüberliegend über eine Vorderkante und eine Hinterkante miteinander verbunden. Zwischen der saugseitigen und der druckseitigen Wand entsteht somit ein Hohlraum, der sich in der Regel in radialer Richtung durchgehend durch das Schaufelblatt hindurch erstreckt und von einem Kühlmedium, beispielsweise von Luft oder Dampf, durchströmbar ist.Such molds are very well known and are used in manufacturing of coolable blades according to, for example, DE 199 39 179 A1. Such blades have an airfoil that consists of a suction side and a pressure-side wall is built. The suction side and the pressure side wall are opposite each other via a leading edge and a trailing edge connected. This creates between the suction side and the pressure side wall a cavity that is generally continuous in the radial direction through the Blade extends through and from a cooling medium, such as Air or steam that can be flowed through.
Derartige Schaufeln werden u. a. im Gießverfahren hergestellt. Zur Bildung des Hohlraums der Schaufel sind deshalb ein oder mehrere Kerne erforderlich, die nach dem Gießvorgang entfernt werden.Such blades are u. a. produced by casting. To form the Cavity of the blade therefore requires one or more cores be removed after the casting process.
Der Gestaltung des Hohlraums der Schaufel kommt eine überragende Bedeutung zu, da durch eine entsprechende Gestaltung des Hohlraums der Wärmeübergang zwischen der Wandung der Schaufel und dem Kühlmedium gezielt eingestellt wird. An thermisch besonders hoch belasteten Bereichen, wie beispielsweise im Staupunktsbereich, in Bereichen starker Strömungsumlenkung auf der Saugseite oder insbesondere im Hinterkantenbereich sind spezielle Maßnahmen vorge sehen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Dies können beispielsweise Rippen, Stege oder Noppen sein, die, ausgehend von der Innenwandung, in den Hohlraum hineinragen, um eine vergrößerte Wärmeübergangsfläche zum an dieser Stelle vorbeigeführten Kühlmedium zu realisieren. Weiterhin sind im Hinterkantenbereich häufig spezielle Kühlkanäle geformt, die vergleichsweise kompliziert aufgebaut sind.The design of the cavity of the blade is of paramount importance to, because of an appropriate design of the cavity, the heat transfer between the wall of the blade and the cooling medium becomes. In areas with particularly high thermal loads, such as in Stagnation point area, in areas of strong flow deflection on the suction side or in particular in the rear edge area, special measures are provided see to improve heat dissipation. For example, ribs, Webs or knobs, which, starting from the inner wall, into the cavity protrude to an enlarged heat transfer area to at this point to implement the cooling medium that is carried by. Furthermore are in the rear edge area often shaped special cooling channels that are comparatively complicated are.
Es hat sich in der Vergangenheit gezeigt, daß bereits vergleichsweise geringe Ab weichungen der Hohlraumgeometrie von der Soll-Kontur in den genannten Berei chen zu einer erheblichen Abweichung des Wärmeübergangsverhaltens führen. Im Endstadium der Entwicklung einer Beschaufelung ist es deshalb in der Regel unumgänglich, den Kern hinsichtlich seiner Geometrie mehrfach zu verändern, um in der fertigen Schaufel die Soll-Kontur im Hohlraum zu erreichen.It has been shown in the past that even comparatively low Ab deviations of the cavity geometry from the target contour in the areas mentioned Chen lead to a significant deviation in the heat transfer behavior. It is therefore usually in the final stage of developing a blading inevitable to change the core several times with regard to its geometry in order to to achieve the target contour in the cavity in the finished blade.
Weiterhin ist es trotz ausgereifter numerischer Hilfsmittel zur Strömungs- und Wär meübertragungssimulation erforderlich, Feinkorrekturen der Kerngeometrie im Endstadium der Entwicklung durch Tests vorzunehmen, da die zur Verfügung ste henden Rechenmodelle nicht immer die realen Verhältnisse ausreichend genau wiedergeben.Furthermore, despite mature numerical tools for flow and heat Transmission simulation required, fine adjustments to the core geometry in the To carry out the final stage of the development through tests, since the available computing models, the real conditions are not always sufficiently accurate play.
Derartige Modifikationen sind sehr aufwendig, da sie in der Regel Modifikationen, häufig sogar die Neuherstellung des Gießwerkzeuges für den Kern erforderlich machen. So werden die Kerne ebenfalls mit Hilfe einer Gießform hergestellt, die zumindest aus einem oberen und einem unteren Formteil aufgebaut ist, die im ge schlossenen Zustand einen mit Schmelze befüllbaren Formhohlraum bilden. Der Formhohlraum besitzt Konturabschnitte, die mit den Innenwandungen der mit Hilfe dieses Kerns hergestellten Gasturbinenschaufel korrespondieren. Es sind dies ein saugseitiger und ein druckseitiger Konturabschnitt sowie ein Vorder- und ein Hin terkantenkonturabschnitt. Je nach Kerngeometrie kann es auch erforderlich wer den, daß obere und/oder das untere Formteil mehrteilig auszuführen, um das Ent formen des fertig gegossenen Kerns zu ermöglichen.Such modifications are very complex since they usually involve modifications, often even the new production of the mold for the core is required do. So the cores are also made using a mold, the is built up at least from an upper and a lower molded part, which in ge closed state form a mold cavity which can be filled with melt. The Mold cavity has contour sections that help with the inner walls of this core manufactured gas turbine blade correspond. These are one suction-side and one pressure-side contour section as well as a front and a back terkantenkonturabschnitt. Depending on the core geometry, it may also be necessary that the upper and / or the lower molded part to be made in several parts to the Ent to allow molding of the finished cast core.
Es versteht sich von selbst, daß die Modifikation von Konturabschnitten häufig auf eine Neuherstellung des korrespondierenden Formteils hinausläuft. It goes without saying that the modification of contour sections is often due to a new production of the corresponding molded part results.
Die Erfindung versucht, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießform für den Kern einer Gasturbinenschaufel oder dergleichen der eingangs genannten Art anzugeben, die eine vereinfachte Modifi kation von Konturabschnitten des Kerns ermöglicht, so daß insbesondere im Sta dium der Endentwicklung einer kühlbaren Schaufel Optimierungen des Hohlraums einfach und kostengünstig realisierbar sind.The invention tries to avoid the disadvantages described. You are the Based on the task of a casting mold for the core of a gas turbine blade or Specify the like of the type mentioned, which is a simplified Modifi cation of contour sections of the core, so that especially in Sta dium the final development of a coolable blade optimizing the cavity are easy and inexpensive to implement.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Gießform gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Modifikation von Konturabschnitten des Kerns zumindest ein auswechselbarer Einsatz am oberen und/oder unteren Formteil vor gesehen sind. Zur Modifikation des betreffenden Konturabschnittes ist es lediglich erforderlich, die entsprechenden Einsätze auszutauschen und auf diese Weise mit geringem Aufwand Variationen der Konturgeometrie erzeugen zu können. Ein kompletter Austausch des gesamten korrespondierenden Formteils ist nicht mehr erforderlich.According to the invention this is achieved in that in a casting mold according to the Preamble of claim 1 for the modification of contour sections of the core at least one interchangeable insert on the upper and / or lower molded part are seen. It is only to modify the relevant contour section necessary to replace the corresponding inserts and in this way with to be able to generate variations of the contour geometry with little effort. On complete replacement of the entire corresponding molded part is no longer required.
Es versteht sich von selbst, daß je nach Entwicklungsziel in den zu optimierenden oder näher zu untersuchenden Konturabschnitten die jeweiligen Formteile für die Aufnahme der Einsätze vorbereitet werden müssen. Das erfindungsgemäße Kon zept erlaubt jedoch auch die Nachrüstung vorhandener Formteile, in die in der Re gel lediglich Aufnahmeeinrichtungen, beispielsweise in Form von Nuten oder flä chigen Ausnehmungen, eingearbeitet werden müssen.It goes without saying that depending on the development goal in the to be optimized or contour sections to be examined in more detail the respective molded parts for the Preparing to begin operations. The Kon invention However, zept also allows the retrofitting of existing molded parts into which in the Re gel only receiving devices, for example in the form of grooves or flä other recesses, must be machined.
Für die Optimierung oder Abstimmung des gezielten Wärmeübergangs von der Innenwandung der Turbinenschaufel auf das Kühlmedium sind Einsätze mit Rip pen, Stegen oder Noppen vorgesehen, deren Geometrie und/oder Anordnung leicht veränderbar sind. Durch die Verwendung einer Reihe von Einsätzen mit va riierter Geometrie und/oder Anordnung kann die Optimierung der Kühlkontur in der Phase der Endentwicklung schnell und kostengünstig ausgeführt werden. For the optimization or coordination of the targeted heat transfer from the Inner walls of the turbine blade on the cooling medium are inserts with rip Pen, webs or knobs provided, their geometry and / or arrangement are easily changeable. By using a series of inserts with mainly Ried geometry and / or arrangement can optimize the cooling contour in the Phase of the final development can be carried out quickly and inexpensively.
In Abhängigkeit der Aufgabenstellung seitens der Entwicklung können gemäß ei ner bevorzugten Variante mehrere Einsätze vorgesehen sein. Diese sind so ange ordnet, daß die betreffenden Konturabschnitte einzeln optimiert werden können. Dies ist insbesondere bei geometrisch komplizierten Konturverläufen von Vorteil, da sukzessive Abschnitte der Kontur gezielt beeinflußt werden können.Depending on the development task, according to ei ner preferred variant, several inserts may be provided. These are so interesting arranges that the relevant contour sections can be optimized individually. This is particularly advantageous in the case of geometrically complicated contour profiles, because successive sections of the contour can be influenced in a targeted manner.
Zur Realisierung von weitgehend abgeschlossenen Kühlkanalverläufen sind am saugseitigen und am druckseitigen Konturabschnitt einander gegenüberliegend Einsätze vorgesehen, die aufeinander ausgerichtete Stege aufweisen. Die Stege können jeweils so weit in den Hohlraum hineingeführt sein, daß sie sich beinahe oder auch in radialer Richtung abschnittsweise berühren. Die Formteilung muß je doch so gewählt werden, daß ein Entformen nach dem Gießvorgang möglich ist. Das vorstehend beschriebene Konzept einer Gießform für Kerne eignet sich des halb hervorragend für den Einsatz im Entwicklungsbereich von Gasturbinen schaufeln. Ebenso kann es jedoch auch auf artverwandten Gebieten mit entspre chender Aufgabenstellung eingesetzt werden.To realize largely closed cooling channel runs are on on the suction side and on the pressure side contour section opposite each other Inserts are provided which have aligned webs. The bridges can each be so far into the cavity that they are almost or touch it in sections in the radial direction. The shape division must but be chosen so that demoulding is possible after the casting process. The concept of a mold for cores described above is suitable half excellent for use in the development area of gas turbines shoveling. However, it can also apply to related areas appropriate task can be used.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt die einzigeIn the drawing, an embodiment of the invention is shown. It shows the only one
Figur Gießform in Schnittdarstellung.Figure casting mold in a sectional view.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.Only the elements essential for understanding the invention are shown.
Der grundsätzliche Aufbau einer Gießform 1 ist Gegenstand der Figur. Die Gieß form 1 ist im Wesentlichen aus einem unteren Formteil 10 sowie zwei oberen Formteilen 20 und 30 aufgebaut. The basic structure of a casting mold 1 is the subject of the figure. The casting mold 1 is essentially composed of a lower mold part 10 and two upper mold parts 20 and 30 .
In dem in der Figur dargestellten geschlossenen Zustand der Gießform 1 entsteht ein Formhohlraum 50, der zur Herstellung eines hier nicht dargestellten Kerns mit Schmelze befüllbar ist. Entsprechend dem vorgesehenen Einsatzzweck zur Her stellung eines Kerns für eine Gasturbinenschaufel weist der Formhohlraum 50 ein zelne Konturabschnitte auf, nämlich einen druckseitigen Konturabschnitt 51, der im Wesentlichen dem unteren Formteil 10 zugeordnet ist, sowie zwei saugseitige Konturabschnitte 52, 53, die im Bereich der oberen Formteile 20, 30 verlaufen. In den Übergangsbereichen zwischen dem unteren Formteil 10 und den oberen Formteilen 20, 30 liegen ein Hinterkantenkonturabschnitt 56 und ein Vorder kantenkonturabschnitt 55.In the closed state of the casting mold 1 shown in the figure, a mold cavity 50 is created which can be filled with melt to produce a core (not shown here). In accordance with the intended use for producing a core for a gas turbine blade, the mold cavity 50 has an individual contour section, namely a pressure-side contour section 51 , which is essentially assigned to the lower mold part 10 , and two suction-side contour sections 52 , 53 , which are in the region of the upper one Moldings 20 , 30 run. In the transition regions between the lower mold part 10 and the upper mold parts 20 , 30 there are a trailing edge contour section 56 and a leading edge contour section 55 .
Aufgrund des sehr stark gekrümmten Konturenverlaufs des Hohlraums 50 bzw. des Kerns ist es erforderlich, zwei obere Formteilen 20, 30 vorzusehen, um ein einwandfreies Entformen zu ermöglichen. Die entsprechenden Öffnungsrich tungen sind durch die Pfeile A angedeutet.Due to the very strongly curved contour course of the cavity 50 or the core, it is necessary to provide two upper mold parts 20 , 30 in order to enable perfect demolding. The corresponding opening directions are indicated by the arrows A.
Zur Optimierung des Wärmeübergangs im Bereich der Hinterkante einer hier nicht dargestellten Schaufel sind Modifikationen am Kern besonders einfach durch Ein sätze 60, 70, 80, 90 möglich. Zu diesem Zweck sind an dem unteren Formteil 10 eine Ausnehmung 12 und an dem oberen Formteil 20 eine Ausnehmung 22 vor gesehen. Diese sind in dem zu variierenden Bereich des druckseitigen Kontur abschnitts 51 und des saugseitigen Konturabschnitts 52, benachbart zum Hinter kanten-Konturabschnitt 56, angebracht. In die Ausnehmungen 12, 22 sind die Ein sätze 60, 70 eingesetzt und in hier nicht näher dargestellter Art und Weise, bei spielsweise durch Schrauben, in den Ausnehmungen 12, 22 gesichert. Alternativ zu den Einsätzen 60, 70 können die Einsätze 80, 90 verwendet werden, die sich hinsichtlich der Ausgestaltung von Stegen 82, 92 im Vergleich zu Rippen 62, 72 der Einsätze 60, 70 unterscheiden.To optimize the heat transfer in the area of the rear edge of a blade (not shown here), modifications to the core are particularly simple by means of sets 60 , 70 , 80 , 90 . For this purpose, a recess 12 is seen on the lower mold part 10 and a recess 22 on the upper mold part 20 . These are in the region to be varied of the pressure-side contour section 51 and the suction-side contour section 52 , adjacent to the trailing edge contour section 56 . In the recesses 12 , 22 , the sets A, 60 , 70 are inserted and secured in a manner not shown here, for example by screws, in the recesses 12 , 22 . As an alternative to the inserts 60 , 70 , the inserts 80 , 90 can be used, which differ in the design of webs 82 , 92 in comparison to ribs 62 , 72 of the inserts 60 , 70 .
Es ist somit möglich, in zwei aufeinander folgenden Gießvorgängen im Wesentli chen übereinstimmende Kerne herzustellen, die sich hinsichtlich der Hinterkanten kontur unterscheiden. Weitere Variationen durch nicht näher dargestellte weitere Einsätze mit abweichend gestalteten Stegen, Rippen, Noppen oder dergleichen erlauben es, auf einfache Weise Kerne unterschiedlichster Konturierungen im in teressierenden Bereich erstellen. Ebenso ist es möglich, andere oder zusätzliche Einsätze in weiteren Konturabschnitten vorzusehen, um gezielte Variationen an anderen Bereichen der Konturabschnitte 51, 52, 53, 55, 56 vorzunehmen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, weitere Ausnehmungen entsprechend den Ausneh mungen 12, 22 in den Formteilen 10, 20, 30 an der jeweils gewünschten Stelle, gegebenenfalls auch nachträglich, anzubringen.It is thus possible, in two successive casting processes, to produce essentially matching cores which differ in contour with regard to the trailing edges. Further variations through further inserts (not shown in more detail) with differently designed webs, ribs, knobs or the like make it possible to easily create cores of the most varied contours in the area of interest. It is also possible to provide other or additional inserts in further contour sections in order to make targeted variations in other areas of the contour sections 51 , 52 , 53 , 55 , 56 . For this purpose, it is only necessary to make further recesses corresponding to the recesses 12 , 22 in the molded parts 10 , 20 , 30 at the desired location, if necessary also subsequently.
11
Gießform
mold
1010
unteres Formteil
lower molding
1212
Ausnehmung
recess
2020
oberes Formteil
upper molding
2222
Ausnehmung
recess
3030
oberes Formteil
upper molding
5050
Hohlraum
cavity
5151
druckseitiger Konturabschnitt
Contour section on the pressure side
5252
saugseitiger Konturabschnitt
Contour section on the suction side
5353
saugseitiger Konturabschnitt
Contour section on the suction side
5555
Vorderkanten-Konturabschnitt
Leading edge contour section
5656
Hinterkanten-Konturabschnitt
Bute contour section
6060
Einsatz
commitment
6262
Rippe
rib
7070
Einsalz
salting
7272
Rippe
rib
8080
Einsatz
commitment
8282
Steg
web
9090
Einsatz
commitment
9292
Steg
A Öffnungsrichtung
web
A opening direction
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