DE60317765T2

DE60317765T2 - Verfahren zum Überholen der Kühlkanäle eines Gasturbinenrotorschaufelblattes

Info

Publication number: DE60317765T2
Application number: DE60317765T
Authority: DE
Inventors: Ching-Pang Cincinnati Lee; Bin Mechanicville Wei; Lawrence Bernard Clifton Park Kool; Robert Alan Simpsonville Johnson; Hsin-Pang Rexford Wang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2023-03-15
Also published as: EP1442817B1; CN1457953A; EP1442817A3; US6743350B2; US20030173213A1; DE60317765D1; JP4337972B2; CN1327997C; JP2003301701A; EP1442817A2

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf ein elektrochemisches Verfahren zur Überholung von Kühlkanälen in Schaufelblättern und insbesondere auf die Überholung von Kühlkanälen in den Schaufelblättern von Gasturbinenlaufschaufeln und Gasturbinenleitschaufeln (Turbinenschaufelblättern), um deren Konvektionskühlung zu verbessern. Der Begriff „Schaufel" soll hier gleichermaßen die Schaufeln von Flugzeugtriebwerken und landgestützten Anwendungen umfassen. Der Begriff „Leitschaufelblatt" soll hier ebenfalls die Leitschaufeln von Flugzeugtriebwerken und landgestützten Anwendungen umfassen. Ein solches Verfahren ist aus EP-A-1201343 bekannt, welches den der vorliegenden Erfindung ähnlichsten Stand der Technik offenbart.
Diese Anwendung ist den U.S.-Patenten Nr. 6,264,822 B1 , 6,267,868 B1 , 6,200,431 B1 , 6,234,752 B1 , und 6,303,193 B1 verwandt, die denselben Inhaber haben.
In Gasturbinen werden Heißgase von einer Brennkammer zum Antreiben einer Turbine verwendet, die viele Komponenten wie beispielsweise Leitschaufeln in Hochdruckturbinenleitkränzen und Turbinenlaufschaufeln hohen Temperaturen und Beanspruchungen aussetzen. Die Leistungsfähigkeit der Gasturbine wird in hohem Maße durch die Fähigkeit der Turbinenleitschaufeln und Turbinenlaufschaufeln beschränkt, den daraus folgenden Temperaturen und Beanspruchungen standzuhalten.
Typische Turbinenleitschaufeln und Laufschaufeln weisen ein Schaufelblatt auf, über das die Verbrennungsgase strömen. Ein Leitschaufelblatt ist zwischen einem äußeren und einem inneren Band positioniert, um den Turbinenleitkranz zu bilden. Um die Leitschaufel- und die Laufschaufeltemperatur zu senken und dadurch die thermische Leistungsfähigkeit zu verbessern, besteht ein bekanntes Verfahren in der Zuleitung von Kühlluft in Hohlräume in den Turbinenschaufelblättern. Typischerweise sind ein oder mehrere Kühlkanäle in einem Turbinenschaufelblatt ausgebildet, wobei ein Kühlmittel (wie beispielsweise Verdichterauslassluft) durch eine Öffnung in dem Schaufelblatt zugeführt wird und durch Kühlöffnungen, die auf einer Außenfläche des Schaufelblattes strategisch angeordnet sind, entweichen kann. Die Kühlkanäle sorgen für Konvektionskühlung innerhalb des Schaufelblattes und filmartige Kühlung auf dessen Oberfläche. Viele unterschiedliche Hohlraum-Geometrien sind bereits verwendet worden, um die Wärmeübertragung auf die Kühlluft in dem Schaufelblatt zu verbessern. So haben Kühlkanäle typischerweise kreisförmige, Rennbahn-ovale, rechteckige, quadratische oder quer liegende Rechteckquerschnitte.
Ein bekannter Turbinenlaufschaufelkühlkreislauf umfasst eine Anzahl unverbundener in Längsrichtung ausgerichteter Kanäle (im Folgenden „radiale Kühlkanäle" genannt), die sich beispielsweise durch ein Schaufelblatt einer Turbinenrotorschaufel erstrecken Jeder radiale Kühlkanal erhält Kühlluft aus der Nähe eines Schaufelblattfußes und leitet die Luft in Längsrichtung auf die Schaufelblattspitze hin. Andere Kühlkreisläufe sind gewunden und umfassen eine Anzahl in Längsrichtung ausgerichteter Kanäle, die in Serie verbunden sind, um eine mäanderförmige Strömung zu erzeugen. Bei jedem Kühlkreislauf strömt et was Luft durch Filmkühlöffnungen in der Nähe der Anströmkante des Schaufelblatts aus dem Schaufelblatt und etwas Luft strömt durch Abströmkanten-Kühlöffnungen aus dem Schaufelblatt.
Die Dicke von Turbinenleitschaufeln nimmt bis zu einer relativ schmalen Abströmkante hin ab. Folglich ist die Kühlung der Abströmkante schwierig. Für die Kühlung der Turbinenleitschaufel weisen Leitschaufelblätter für gewöhnlich einen oder mehrere Zentralkanäle sowie eine Reihe von in der Abströmkante des Turbinenleitschaufelblattes ausgebildeten Auslassöffnungen auf. Auslassöffnungen können ebenso in einer Anströmkante des Leitschaufelblattes bereitgestellt werden. Kühlmittel strömt von der Spitze oder dem Fuß des Leitschaufelblattes in den Zentralkanal/die Zentralkanäle und strömt aus den Auslassöffnungen aus. Ferner können eine oder mehrere Reihen Filmkühlöffnungen entlang einer Druck-Seitenwand des Leitschaufelblattes angeordnet werden. Eine Leitschaufelblatt-Saug-Seitenwand kann außerdem mehrere Reihen Filmkühlöffnungen zwischen der Anströmkante und einem Bereich maximaler Dicke des Leitschaufelblattes aufweisen.
Moderne Turbinenschaufelblätter sind oft mit Turbulatoren und anderen Verbesserungen der Kühlung versehen, um die Wärmeübertragung zu verbessern. In den 1960ern und 1970ern gehörte zu der bei in stromerzeugenden Turbinen verwendeten Turbinenschaufelblättern angewendeten Kühltechnologie typischerweise die Anwendung von STEM-Bohren (shaped tube electrochemical machining), um kreisförmige oder ovale Kühlkanäle in die Turbinenschaufelblätter zu bohren. Die Oberflächen dieser älteren STEM-gebohrten Kühlkanäle sind typischerweise glatt, ohne Turbulatoren.
Heutzutage sind noch zahlreiche Turbinenschaufelblätter mit den älteren STEM-gebohrten Kühlkanälen in Benutzung. Während regulär angesetzter Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an stromerzeugenden Turbinen werden diese Turbinenschaufelblätter oft repariert. Derartige Wartungs- und Überholungsarbeiten werden nach einer bestimmten Vor-Ort-Service-Dauer vorgenommen, zum Beispiel alle zehntausend (10.000) Servicestunden. Bei der Überholung zeigen für gewöhnlich eine Anzahl der Turbinenschaufelblätter deutliche Abnutzung, sodass ihre Reparatur erforderlich ist, um ihre weitere Nutzung zu ermöglichen.
Gegenwärtig umfassen Reparaturarbeiten an Turbinenschaufelblättern deren Reinigung, Beschichtungsentfernung, Überprüfung auf Risse, Reparatur von Rissen, Reparatur der Spitzen und Neubeschichtung. Diese Reparaturverfahren werden durchgeführt, um den ursprünglichen Zustand des Schaufelblattes wiederherzustellen, um eine Verkürzung der Gebrauchsdauer des Schaufelblattes auf Grund von Abnutzung zu verhindern. Derzeitige Reparaturverfahren verbessern jedoch die Kühlkanäle in den Turbinenschaufelblättern nicht und verbessern daher auch nicht den Wärmeübergang von den Kühlkanälen zu dem Kühlmittel. Folglich weisen die reparierten Turbinenschaufelblätter unter den ursprünglichen Betriebsbedingungen keine verlängerte Gebrauchsdauer auf und erlauben auch keine erhöhten Betriebstemperaturen oder einen reduzierten Kühlmittelstrom, um die Effizienz der überholten Turbinentriebwerke zu verbessern.
Demzufolge wird in der Technik ein Verfahren für die Überholung der Kühlkanäle in Turbinenblattschaufeln als Teil des Reparaturprozesses während der Wartung und Überholung des Triebwerks benötigt. Vorteilhafterweise würde die Überholung der Kühlkanäle den Wärmeübergangskoeefizienten der Turbinenschaufelblätter verbessern. Ein verbesserter Wärmeübergang bietet zwei miteinander einhergehende Vorteile: eine Verlängerung der Lebensdauer der Turbinenschaufelblattes und eine erhöhte Effizienz des Turbinentriebwerks. Genauer gesagt sorgt ein verbesserter Wärmeübergang entweder für ein kühleres Turbinenschaufelblatt (bei demselben Kühlmittelstrom), was eine längere Gebrauchsdauer des Schaufelblattes bedeutet, oder ermöglicht alternativ einen reduzierten Kühlmittelstrom (d. h. Ableitung von weniger Verdichterluft), was die Effizienz des Turbinentriebwerks erhöht. Es existiert ein entsprechender Bedarf an Turbinenschaufelblättern mit diesen überholten Kühlkanälen und an einem Hilfsprogramm zur effizienten Überholung der Kühlkanäle.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren zur Überholung zumindest eines Kühlkanals in einem Schaufelblatt, nach Anspruch 1, offenbart.
Eine Innenoberfläche des Kühlkanals wird für die elektrochemische Bearbeitung vorbereitet, was das Entfernen von Rückständen von der Innenoberfläche beinhaltet. In dem Kühlkanal wird eine Elektrode positioniert. Die Elektrode umfasst einen leitenden Kern und eine isolierende Ummantelung und die eine isolierende Ummantelung lässt eine Anzahl Abschnitte des leitenden Kerns frei. Indem ein elektrischer Strom zwischen der Elektrode und dem Schaufelblatt hindurchgeleitet wird, während gleichzeitig eine Elektrolytlösung durch den Kühlkanal zirkuliert, wird unter Verwendung der frei liegenden Abschnitte des leitenden Kerns eine Anordnung aus Nuten auf der Innenoberfläche des Kühlkanals hergestellt. Diese Bearbeitung bringt einen überholten Kühlkanal hervor.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorzüge der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen durchweg gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.
1 ist eine Perspektive eines Turbinenlaufschaufelblattes mit einer Anzahl radialer Kühlkanäle;
2 ist ein Querschnitt des Turbinenlaufschaufelblattes aus 1 mit den radialen Kühlkanälen;
3 ist eine Perspektive eines Turbinenleitschaufelblattes mit einer Anzahl von Auslassöffnungen, die in seiner Anström- und Abströmkante ausgebildet sind;
4 ist ein Querschnitt des Leitschaufelblattes aus 3 mit den Auslassöffnungen;
5 ist eine Schemadarstellung einer Elektroden-Ausführungsform der Erfindung, wobei die Elektrode in einem Kühlkanal positioniert ist, um durch elektrochemische Bearbeitung den Kühlkanal zu überholen;
6 Ist ein Querschnitt der Elektrode aus 5 entlang der Linie 1;
7 zeigt eine massive Elektroden-Ausführungsform der Elektrode aus 5;
8 ist ein Querschnitt eines überholten Kühlkanals, der unter Verwendung von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode und des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet wurde;
9 ist ein Teilquerschnitt des in 8 gezeigten überholten Kühlkanals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform einer durchlaufenden Lamelle und zeigt eine auf der Innenoberfläche des überholten Kühlkanals ausgebildete Nuten-Anordnung;
10 ist ein Teilquerschnitt des in 8 gezeigten überholten Kühlkanals in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform einer unterbrochenen Lamelle und zeigt die Nuten-Anordnung für diese Ausführungsform;
11 ist eine vergrößerte Ansicht der in den 8–10 gezeigten Lamellen und Nuten;
12 ist ein Teilquerschnitt eines Leitschaufelblattes mit zwei Zentralkanälen zur Kühlung des Leitschaufelblattes;
13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Elektrode zur Überholung eines zentralen Kühlkanals des Leitschaufelblattes aus 3 und
14 ist ein Teilquerschnitt der Elektrode aus 13, umgeben von einem zentralen Kühlkanal des Leitschaufelblattes aus 3.
Bezogen auf die in den 1–4 dargestellten Schaufelblätter wird eine Ausführungsform eines elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens zur Überholung zumindest eines Kühlkanals 30 oder 64, 65, 66 in einem Schaufelblatt 10 oder 60 beschrieben werden. Als Hintergrundinformation werden in den 1 und 2 ein Turbinenlaufschaufelblatt 10 (oder „Schaufelblatt") und ein Turbinenleitschaufelblatt 60 (oder „Leitschaufelblatt") in den 3 und 4 dargestellt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst das Schaufelblatt 10 eine Spitze 12 und einen Fuß 14. Die Spitze weist zumindest eine Auslassöffnung 18 für Kühlmittel wie beispielsweise Luft auf. Ein Körper 16 erstreckt sich zwischen der Spitze und dem Fuß. Der Körper 16 umfasst eine Druckseite 22 und eine Saugseite 20. Wie in 1 gezeigt, hat die Saugseite 20 eine konvexe und die Druckseite 22 eine konkave Form. Eine Längsachse 24 erstreckt sich radial auswärts zwischen der Spitze 12 und dem Fuß 14. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Schaufelblatt 10 weiter eine Anströmkante 52 und eine Abströmkante 50.
Das Leitschaufelblatt 60 umfasst ähnliche Elemente wie in Bezug auf das Laufschaufelblatt 10 beschrieben, und es werden, wo es zutrifft, dieselben Bezugszeichen benutzt. Wie in 3 dargestellt, umfasst das Leitschaufelblatt eine Spitze 62 und einen Fuß 63. Der Körper 60 erstreckt sich zwischen der Spitze 62 und dem Fuß 63 und enthält einen oder mehrere Zentralkanäle 65, wie sie beispielsweise in der Perspektive in 3 (ein einziger Zentralkanal) und in dem Querschnitt in 12 (zwei Zentralkanäle) gezeigt werden. Wie in 3 dargestellt, strömt das Kühlmittel durch die Spitze 62 in den einzelnen Zentralkanal 65 und alternativ oder zusätzlich durch das Ende 63. Bei einer Konfiguration mit multiplen Zentralkanälen, wie beispielsweise in 12 dargestellt, befindet sich der Eingang (und der Kühlmittelstrom) zu den Zentralkanälen 65 entweder an der Spitze 62 oder am Ende 63. Das Leitschaufelblatt 60 umfasst weiter, wie in 3 gezeigt, eine Anströmkante 52 und eine Abströmkante 50.
Wie in den 2 und 4 zu sehen ist, umfassen das Laufschaufelblatt 10 und das Leitschaufelblatt 60 die Kühlkanäle 30 und entsprechend 64, 65, 66. Genauer gesagt weist das Laufschaufelblatt 10 zumindest einen radialen Kühlkanal 30 auf, der sich zwischen der Spitze 12 und dem Fuß 14 durch den Körper 16 erstreckt. Der radiale Kühlkanal 30 leitet den Kühlluft- oder Kühlmittelstrom durch das Laufschaufelblatt 10. Wie die Pfeile in 2 anzeigen, leitet der radiale Kühlkanal 30 Luft zu der Laufschaufelblattspitze (radial auswärts). Nach dem Passieren des radialen Kühlkanals 30 verlässt das Kühlmittel das Laufschaufelblatt 10 durch die Auslassöffnung 18 in der Spitze 12. Dagegen tritt Kühlmittel in das Leitschaufelblatt 60 durch einen Zentralkanal 65 ein und tritt aus dem Leitschaufelblatt 60 durch die Auslassöffnungen 64, 66 in der Anströmkante 52 und entsprechend der Abströmkante 50 aus. Bei der in 12 gezeigten Konfiguration mit einem Doppel-Zentralkanal 65 strömt das Kühlmittel durch einen Zentralkanal 65 und durch Auslassöffnungen 66 zur Abströmkante 50, und es strömt Kühlmittel durch den anderen Zentralkanal 65 und durch die Auslassöffnungen 64 (in dem Querschnitt in 12 nicht gezeigt) zu der Anströmkante 52. Die radialen Kühlkanäle 30, der Zentralkanal bzw. die Zentralkanäle 65 und die Auslassöffnungen 64, 66 werden hier als „Kühlkanäle" bezeichnet und sind generisch durch das Bezugszeichen 101 gekennzeichnet. Wie für Fachleute ersichtlich ist, wird der Begriff „Kühlkanal" hier als Bezeichnung für jede Kühlöffnung verwendet, egal, ob sie in einem Leitschaufelblatt 60 oder einem Laufschaufelblatt 10 ausgebildet ist.
Die Elektrode 110 zur Überholung des Kühlkanals 101 in dem Schaufelblatt 10, 60 ist schematisch in 5 dargestellt und ein Querschnitt der Elektrode entlang der Linie 1 wird in 6 gezeigt. Die Elektrode 110 umfasst eine Spitze 140, ein Ende 130, einen leitenden Kern 116 und eine auf den leitenden Kern 116 aufgebrachte isolierende Ummantelung 118, wie es beispielsweise in den 5 und 6 dargestellt ist. Die isolierende Ummantelung 118 lässt eine Anzahl leitender Streifen 150 des leitenden Kerns 116 frei und bildet eine Anzahl isolierender Abschnitte 160. Die leitenden Streifen erstrecken sich zwischen der Spitze 140 und dem Ende 130 der Elektrode 110. Die isolierenden Abschnitte 160 überspannen im Wesentlichen den Abstand zwischen der Spitze 140 und dem Ende 130 und sind zwischen den leitenden Streifen 150 angeordnet. Der Begriff „überspannen im Wesentlichen" wird hier in dem Sinn gebraucht, dass jede Ausdehnung entlang der Länge der Elektrode 110 (nicht dargestellt) oder unterbrochene Ausdehnung entlang der Länge der Elektrode 110, wie beispielsweise in 5 gezeigt, durch ihn abgedeckt wird. Die isolierende Ummantelung 118 lässt weiter eine Anzahl von Abstandshalterabschnitten 133 des leitenden Kerns 116 frei, die in Längsrichtung zwischen den isolierenden Abschnitten 160 angeordnet sind, wie zum Beispiel in 5 gezeigt. Der Begriff „in Längsrichtung angeordnet" wird hier in dem Sinn gebraucht, dass die Abstandshalterabschnitte 133 in Längsrichtung entlang der Elektrode 110 zwischen den isolierenden Abschnitten 160 angeordnet sind.
Um die leitenden Streifen 150 und die Abstandshalterabschnitte 133 freizulegen, wird die isolierende Ummantelung 118 beispielsweise durch Laser-Ablation teilweise entfernt, wie es beispielsweise in 6 für den Querschnitt der Elektrode 110 an der Schnittlinie 1 gezeigt wird. Ein beispielhaftes Laser-Ablationsverfahren wird beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 6,303,193 B1 desselben Inhabers beschrieben, auf das oben Bezug genommen wurde.
Der leitende Kern 116 ist hohl, um es zu ermöglichen, dass eine Elektrolytlösung durch einen Einlass 120 in den Kühlkanal 101 gepumpt wird und durch eine Auslassöffnung 122 herausgepumpt wird, wie beispielsweise in 5 gezeigt. Beispielhafte leitende Kerne sind zylinderförmig und weisen den in 6 gezeigten kreisförmigen Querschnitt auf. Es existieren jedoch andere beispielhafte leitende Kerne mit rechteckigen oder asymmetrischen Querschnitten, die hier nicht dargestellt sind.
In 7 wird eine alternative massive Elektrode 110 gezeigt. Die massive Elektrode gleicht der hohlen Elektrode 110, mit der Ausnahme, dass der leitende Kern 116 massiv ist und die Elektrolytlösung in den Spalt 102 zwischen der massiven Elektrode 110 und der Wand des Kühlkanals 101 in den Kühlkanal 101 gepumpt wird, wie es beispielsweise in 7 dargestellt ist.
Eine mögliche Elektrode 110 verfügt über leitende Streifen 150 und Abstandshalterabschnitte 133 mit einer Breite 152 und isolierende Abschnitte 160 mit einer Breite 154 von circa 0,01 bis circa 0,06 cm und insbesondere von circa 0,02 bis circa 0,05 cm. Die Abstandshalterabschnitte 133 haben eine Länge 156 von circa 0,01 bis 0,06 cm und insbesondere von circa 0,02 bis circa 0,05 cm. Vorteilhafterweise ermöglichen die beispielhaften Abmessungen die maschinelle Herstellung einer Anzahl von Nuten 32 und Lamellen 34 in dem Kühlkanal 101, wodurch in dem Kühlkanal 101 eine vergrößerte Innenoberfläche 36 bereitgestellt wird und entsprechend die Kühlung der Schaufelblätter verbessert wird.
Bei einer beispielhaften Anwendung der Elektrode 110 ist das Schaufelblatt ein Laufschaufelblatt 10 und der Kühlkanal 101 ein radialer Kühlkanal 30. Bei einer anderen beispielhaften Anwendung der Elektrode 110 ist das Schaufelblatt ein Leitschaufelblatt 60 und der Kühlkanal 66 erstreckt sich zwischen dem Zentralkanal 65 und der Abströmkante 50. Die Anwendung der Elektrode 110 bei einem Leitschaufelblatt 60 ist aufgrund der Länge und Größe des Oberflächenbereiches der in den Abströmkanten 50 von Leitschaufeln 60 ausgebildeten Kühlkanäle 66 besonders vorteilhaft für landgestützte Turbinen.
Mit Bezug auf die 13 und 14 wird eine weitere Elektrode beschrieben. Diese Elektrode (ebenfalls durch das Bezugszeichen 110 gekennzeichnet) ähnelt den oben beschriebenen Elektroden, sodass hier nur die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen erörtert werden. Wie in 13 gezeigt, wird die Elektrode zur Überholung des Zentralkanals 65 des Leitschaufelblattes 60 verwendet. In dieser Ausführungsform ist der leitende Kern 116 der Form des Zentralkanals 65 angepasst. Der Begriff „der Form des Zentralkanals 65 angepasst" wird hier in dem Sinn verwendet, dass der leitende Kern 116 im Wesentlichen dieselbe Form aufweist wie der Zentralkanal 65, aber derart bemessen ist, dass der leitende Kern 116 und die isolierende Ummantelung 118 so in den Zentralkanal 65 hineinpassen, dass noch ein Abstand zwischen der Elektrode 110 und der Wand des Zentralkanals 65 für den Elektrolytstrom bleibt. Beispielsweise ist der leitende Kern 116 so dimensioniert, dass der durchschnittliche Abstand zwischen der isolierenden Ummantelung und der Innenoberfläche 36 des Zentralkanals 65 circa 0,004 bis circa 0,03 cm beträgt. Obwohl in 13 der Fall einer Konfiguration mit einem einzigen Zentralkanal 65 gezeigt wird, kann die Elektrode 110 auch bei Konfigurationen mit multiplen Zentralkanälen 65 angewendet werden. Wie es wünschenswert ist, kann diese Elektrode zur Überholung des Zentralka nals 65 verwendet werden und verbessert die Konvektionswärmeübertragung durch eine Vergrößerung des Oberflächenbereichs für den Wärmeübergang sowie die Förderung von Turbulenz in dem Zentralkanal 65.
Die Elektrode 110 ist auch integriert in ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren zur Überholung von zumindest einem Kühlkanal 101 in dem Schaufelblatt 10, 60. Zu diesem elektrochemischen Bearbeitungsverfahren gehört die Vorbereitung der Innenoberfläche 36 des Kühlkanals 101 für die elektrochemische Bearbeitung. Die Vorbereitung beinhaltet die Entfernung von Schmutz oder Beschichtungsresten (oder „Rückständen") von der Innenoberfläche 36. Das elektrochemische Bearbeitungsverfahren umfasst weiter die Positionierung der Elektrode 110 in dem Kühlkanal 101 des Schaufelblattes 10, 60, wie es zum Beispiel in den 5 und 7 dargestellt ist.
Danach wird die Nuten-Anordnung 38, 39 in die Innenoberfläche 36 des Kühlkanals 101 eingearbeitet, um so einen überholten Kühlkanal 201 zu erhalten. Ein beispielhafter überholter Kühlkanal 201 wird in 8 im Querschnitt gezeigt und beispielhafte Nuten-Anordnungen 38, 39 sind in den 9 und 10 dargestellt. Zu der Nuten-Anordnung 38, 39 gehören Lamellen 34 und Nuten 32, wie sie beispielsweise in den 9 und 10 dargestellt sind. Die Lamellen 34 ragen aus der Innenoberfläche 36 hervor, wie in 8 gezeigt. Die beispielhafte Nuten-Anordnung 39 beinhaltet außerdem Anschlüsse 33, wie in 10 dargestellt, während die beispielhafte Nuten-Anordnung 38 diese nicht enthält. Genauer gesagt wird zur Herstellung der Nuten-Anordnung 39 eine Anzahl Anschlüsse 33 auf der Innenoberfläche 36 des überholten Kühlkanals 201 ausgebildet, sodass die Lamellen 34 von den Anschlüssen 33 unterbrochen werden, die benachbarte Nuten 32 verbinden. Zur Herstellung der Nuten-Anordnung 39 lässt die isolierende Ummantelung 118 der Elektrode 110 ferner die Abstandshalterabschnitte 133 des leitenden Kerns 116 frei, wie beispielsweise in 5 gezeigt.
Die Nuten-Anordnung 38, 39 wird hergestellt, indem ein elektrischer Strom zwischen der Elektrode 110 und dem Schaufelblatt 10, 60 hindurchgeleitet wird, während gleichzeitig eine Elektrolytlösung durch den Kühlkanal 101 zirkuliert. Der Elektrolyt wird unter Druck durch ein Ende 124 des Kühlkanals 101 gepumpt. Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist der Elektrolyt sauer, wie zum Beispiel Schwefelsäure (H₂SO₄) oder Salpetersäure und insbesondere eine fünfzehnprozentige (5–15%ige) H₂SO₄-Lösung. Die letztere Ausführungsform wird vorteilhafterweise zur Bearbeitung von Nickellegierungen verwendet. Vorteilhafterweise reduziert ein saurer Elektrolyt die Verstopfung der engen Kühlkanäle 101 während der elektrochemischen Bearbeitung durch die Neutralisation von Metallhydroxid, wodurch die Bildung eines Fällungsmittels verhindert wird. Alternativ kann auch ein Elektrolyt auf Salzbasis wie beispielsweise eine wässrige Kochsalzlösung (NaCl-Lösung), insbesondere eine fünfzehnprozentige (15%ige) wässrige NaCl-Lösung, für das elektrochemische Bearbeitungsverfahren der Erfindung verwendet werden, mit einer geeigneten Elektrolytdruckspülung mit beispielsweise 90 psi oder höher. Ein Salzelektrolyt erfordert aufgrund des Metallhydroxids (Schlamm), das sich in dem Spalt zwischen der Elektrode und der Wand des Kühlkanals aufbaut, eine stärkere Elektrolytspülung als ein saurer Elektrolyt.
Bei hohlen Elektroden 110 tritt der Elektrolyt durch den Einlass 120 in die Elektrode 110 ein und strömt durch die Austrittsöffnung 122 aus, wie in 5 gezeigt. Um einen gleichmäßigen Elektrolytstrom zu gewährleisten, ist ein Ende des Kühlkanals 101 blockiert, wie in 5 gezeigt. Der Kühlkanal 101 kann zum Beispiel durch einen aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Gummi geformten Stöpsel 104 verschlossen sein. Bei der massiven Elektrode 110 lässt man alternativ den Elektrolyten in dem Spalt 102 zwischen der Elektrode 110 und der Wand des Kühlkanals 101 einströmen, wie es beispielsweise in 7 gezeigt wird.
Die (+) und (–)-Zeichen in den 5 und 7 zeigen eine gepulste Spannung durch die Elektrode und das Schaufelblatt an. Der Strom wird durch die Verbindung der Elektrode 110 mit einem negativen Pol einer STEM-Stromversorgung (nicht gezeigt) und der Verbindung des Schaufelblatts 10, 60 mit einem positiven Pol dieser STEM-Stromversorgung geliefert. Gemäß einer speziellen Ausführungsform wird eine Spannungsdifferenz von circa fünf (5) bis circa fünfzehn (15) V zwischen der Elektrode 110 und dem Schaufelblatt 10, 60 bei Vorhandensein eins sauren Elektrolyten angelegt. Generell führen derart niedrige Spannungen zu einer besseren Herausarbeitung der Nuten-Anordnung 38, 39. Typischerweise werden für Elektrolyte auf Salzbasis höhere Spannungen wie zum Beispiel Spannungen bis zu circa fünfundzwanzig (25) V verwendet. Die Herstellungsdauer für die Nuten-Anordnung 38, 39 hängt von dem bearbeiteten Material ab (nämlich dem Material, das die Innenoberfläche 36 des Kühlkanals 101 bildet), der zwischen der Elektrode 110 und dem Schaufelblatt 10, 60 angelegten Spannungsdifferenz, dem Spalt 102 zwischen der Elektrode 110 und der Wand des Kühlkanals 101 und der gewünschten Tiefe der Nuten-Anordnung 38, 39. Die gewünschte Bearbeitungszeit lässt sich von Fachleuten aufgrund dieser Überlegungen ermitteln. Zum Beispiel: Bei einer aus GTD 111, einer ausscheidungsgehärteten Superlegierung auf Nickelbasis, gebildeten Innenoberfläche 36 mit einer angelegten Spannungsdifferenz von circa fünf bis circa fünfzehn Volt (Spitzenamplitude) und bei Vorhandensein eines zehnprozentigen (10%) H₂SO₄-Elektrolyten, liegt die Bearbeitungszeit für die Ausbildung einer Nutentiefe von 0,25 cm typischerweise in einem Bereich von circa 5 bis circa 12 Minuten.
Obwohl die Elektrode 110 oben als leitende Streifen 150 und Abstandhalterabschnitte 133 umfassend beschrieben wird, weist die Elektrode 110 für die Ausführungsform des elektrochemischen Verfahrens allgemeiner ausgedrückt frei liegende Abschnitte des leitenden Kerns 116 auf. Beispielhafte frei liegende Abschnitte sind auch die gewölbten und komplementär gewölbten Abschnitte der ebenfalls anhängigen und ebenfalls auf den Inhaber der vorliegenden Patentanmeldung lautenden U.S.-Patentanmeldung Nr. 09/683,189. Weitere beispielhafte frei liegende Abschnitte sind in Längsrichtung beabstandete Ringe (nicht dargestellt). Bei der oben erörterten Ausführungsform der Elektrode 110 umfassen die frei liegenden Abschnitte leitende Streifen 150 und Abstandhalterabschnitte 133.
Um den Kühlkanal 101 elektrochemisch zu bearbeiten, muss die Innenoberfläche 36 des Kühlkanals 101 sowohl sauber als auch ausreichend leitend sein. Sowohl der gewöhnliche Gebrauch wie auch die Verfahrensschritte (z. B. Beschichtungsentfernung), die generell bei Reparaturvorgängen an Turbinenschaufelblättern 10, 60 vorgenommen werden, versehen die Kühlkanäle 101 mit einer Aluminid-Beschichtung (wie beispielsweise einer Dampfphasen-Aluminid-Beschichtung, vapor-phase aluminide coating, „VPA"). Dementsprechend gehört zu der Vorbereitung der Innenoberfläche 36 gemäß einer speziellen Ausführungsform die Durchführung eines Oberflächenbehandlungsverfahrens zum Entfernen nicht-leitender Rückstände. Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform gehört zu der Vorbereitung der Innenoberfläche die Durchführung eines Chemical-Stripping-Verfahrens vor der Durchführung des Oberflächenbehandlungsverfahrens, wobei das Oberflächenbehandlungsverfehren nicht-leitende Rückstände des Chemical-Stripping-Verfahrens entfernt. Beispielhafte Chemical-Stripping-Verfahren verwenden Mischungen aus einer oder mehreren Mineralsäuren wie beispielsweise Salpetersäure, Phosphorsäure, Salzsäure, Schwefelsäure oder deren Kombinationen und zusätzlich einen oder mehrere Zusatzstoffe wie beispielsweise Essigsäure oder einen Hemmstoff. Gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform entfernt das Chemical Stripping die Aluminid-Beschichtung der Kühlkanäle 101.
Konventionelle Chemical-Stripping-Verfahren hinterlassen typischerweise nicht-leitende Rückstände (für gewöhnlich als „smut", „Dreck" bezeichnet). In einer Ausführungsform ist das Oberflächenbehandlungsverfahren dafür konzipiert, nicht-leitende Rückstände von der Innenoberfläche 36 der Kühlkanäle 101 zu entfernen, sodass die elektrochemische Bearbeitung erfolgreich durchgeführt werden kann. Ein beispielhaftes Oberflächenbehandlungsverfahren beinhaltet das Eintauchen des Schaufelblattes 10, 60 in eine saure Lösung wie beispielsweise Fluorokieselsäure (H₂SIF₆), die zwischen circa Null Prozent (0%) und circa fünfundsiebzig Prozent (75%) einer starken Mineralsäure wie beispielsweise Phosphorsäure, Salpetersäure oder Schwefelsäure enthalten kann. Gemäß einem Beispiel enthält die saure Lösung circa fünfundsiebzig Prozent (75%) (vol/vol) Fluorokieselsäure (H₂SIF₆), Handelsqualität, 23–25% (wt/wt). Das Eintauchen wird bei einer beispielhaften Temperatur von ungefährer Umgebungstemperatur bis zu circa achtzig (80) Grad Celsius für eine beispielhafte Zeitspanne von circa dreißig (30) Minuten bis zu circa fünf (5) Stunden durchgeführt, wobei während dieser Zeitspanne die nicht-leitenden Rückstände gelöst oder aufgelöst werden. Das beispielhafte Oberflächenbehandlungsverfahren umfasst weiter die Spülung des Schaufelblattes 10, 60 und dessen Ultraschall-Reinigung. Beispielsweise wird das Schaufelblatt 10, 60 in ein konventionelles Ultraschallbad eingetaucht, das ein Benetzungsmittel oder Tensid enthält wie beispielsweise 0,5% Triton^®X-100, Calciumkarbonat (zum Beispiel Alconox^®), Triton^®X-100 [9002-93-1], Polyoxyethylen(10)-Isooctylcyclohexylether bei einer beispielhaften Temperatur von ungefähr Umgebungstemperatur bis circa achtzig (80) Grad Celsius für eine beispielhafte Zeitspanne von circa fünfzehn (15) Minuten bis circa eine Stunde. Das beispielhafte Oberflächenbehandlungsverfahren beinhaltet weiter das nochmalige Spülen des Schaufelblattes 10, 60. Alternativ kann das Oberflächenbehand lungsverfahren die Ultraschallreinigung und das Spülen des Schaufelblattes 10, 60, das Eintauchen des Schaufelblattes 10, 60 in die saure Lösung und das nochmalige Spülen des Schaufelblattes 10, 60 beinhalten.
Vorteilhafterweise sorgt die Kombination aus Chemical-Stripping- und Oberflächenbehandlungsverfahren für eine saubere, leitende Innenoberfläche 36 der Kühlkanäle 101 und fördert eine effektive, gleichmäßige elektrochemische Bearbeitung der Kühlkanäle 101. Das Oberflächenbehandlungsverfahren umfasst weiter die Druckspülung der Kühlkanäle 101 nach dem nochmaligen Spülen, beispielsweise mit einem Hochdruck-Sprühnebel aus Wasser oder Dampf, um verbleibende Rückstände zu entfernen.
Wie oben erwähnt verfügt die Elektrode 110 für das elektrochemische Bearbeitungsverfahren generell über frei liegende Abschnitte des leitenden Kerns 116. Die frei liegenden Abschnitte bestehen aus leitenden Streifen 150 und die isolierende Ummantelung besteht aus isolierenden Abschnitten 160. Wie oben mit Bezug auf die Ausführungsform der Elektrode 110 erörtert wurde, sind die isolierenden Abschnitte 160 zwischen den leitenden Streifen 150 angeordnet, um eine alternierende Anordnung zu bilden. Daher wird die Nuten-Anordnung 38, 39 unter Verwendung der alternierenden Anordnung hergestellt. Auf diese Weise werden Lamellen 34 und Nuten 32 auf der Innenoberfläche 36 des überholten Kühlkanals 201 ausgebildet, wie es beispielsweise in den 8–11 vergrößert dargestellt ist. Im Wesentlichen wird bei der Anwendung des elektrischen Stroms in Bereichen des Kühlkanals 101, die mit leitenden Streifen 150 des leitenden Kerns 116 in der E lektrode 110 übereinstimmen, Material aus dem Kühlkanal 101 entfernt. Die isolierenden Abschnitte 160 schirmen jedoch entsprechende Bereiche des Kühlkanals während der Anwendung des elektrischen Stroms ab und erhalten dadurch die Lamellen 34, die demzufolge von der Innenoberfläche 36 des überholten Kühlkanals 210 vorstehen.
Gemäß einer Ausführungsform des beanspruchten elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens ist die Elektrode 110 so dimensioniert, dass sie einen Durchmesser 111 hat, der zwischen circa 0,008 bis circa 0,015 cm, beispielsweise 0,013 cm, kleiner ist als der Durchmesser 103 des Kühlkanals 101. Die beispielhaften Durchmesser 111 und 103 werden in den 5 und 6 gezeigt. Gemäß einem Beispiel dieser Ausführungsform ist das Schaufelblatt ein Laufschaufelblatt 10 und der Kühlkanal 101 ist ein radialer Kühlkanal 30. Gemäß einem anderen Beispiel dieser Ausführungsform ist das Schaufelblatt ein Leitschaufelblatt 60 und der Kühlkanal 101 erstreckt sich zwischen einem Zentralkanal 65 und einer Abströmkante 50. Die letztere Ausführungsform ist aufgrund der größer bemessenen Auslassöffnungen 66, die in den Abströmkanten 50 der Leitschaufelblätter 60 für landgestützte Anwendungen ausgebildet sind, besonders nützlich für landgestützte Anwendungen. Um eine hochpräzise (high-definition) elektrochemische Bearbeitung durchführen zu könne, sollte der Abstand zwischen der Elektrode 110 und der Wand des Kühlkanals 101 gering bemessen sein. Aufgrund von Verwerfung und Reißen des Kühlkanals 101 jedoch, das beim Gebrauch des Turbinenschaufelblattes 10, 60 auftreten kann, ist der wünschenswerte Abstand zwischen der Elektrode 110 und der Wand des Kühlkanals 101 so bemessen, dass die Elekt rode 110 leicht in den Kanal 101 eingesetzt werden und der Elektrolyt zwischen der Elektrode und der Kanalwand hindurchströmen kann. Es wurde festgestellt, dass der oben genannte Abstand von circa 0,008 bis circa 0,015 cm sowohl für den erforderlichen Abstand als auch für die Herstellung einer gut ausgearbeiteten Nuten-Anordnung in dem überholten Kühlkanal 201 sorgt.
Ein weiteres elektrochemisches Bearbeitungsverfahren zur Überholung zumindest eines Kühlkanals 101 in einem Schaufelblatt 10, 60 beinhaltet die Positionierung einer Elektrode 110 gemäß der oben erörterten Elektroden-Ausführungsform in dem Kühlkanal 101. Die Elektrode 110 umfasst leitende Streifen 150, isolierende Abschnitte 160 und Abstandshalterabschnitte 133. Das elektrochemische Bearbeitungsverfahren umfasst weiter die maschinelle Herstellung einer Nuten-Anordnung 39 auf der Innenoberfläche 36 des Kühlkanals 101 unter Verwendung von leitenden Streifen 150 und Abstandshalterabschnitten 133, indem ein elektrischer Strom zwischen der Elektrode 110 und dem Schaufelblatt 10, 60 hindurchgeführt wird, während gleichzeitig eine Elektrolytlösung durch den Kühlkanal 101 zirkuliert, um einen überholten Kühlkanal 201 hervorzubringen. Eine beispielhafte Spannungsdifferenz von circa fünf (5) bis circa fünfzehn (15) V wird bei Vorhandensein eines sauren Elektrolyten zwischen der Elektrode 110 und dem Schaufelblatt 10, 60 angelegt. Alternativ werden höhere Spannungen wie beispielsweise Spannungen bis zu circa fünfundzwanzig (25) V bei Elektrolyten auf Salzbasis angewendet.
Das Schaufelblatt umfasst sowohl Turbinenlaufschaufelblätter 10 als auch Turbinenleitschaufelblätter 60 und der Begriff „Schaufelblatt" wird hier in einem Sinn gebraucht, der beide Schaufelblatt-Typen umfasst. Das Schaufelblatt 10, 60 umfasst die Spitze 12, 62, den Fuß 14, 63 und den Körper 16, der sich zwischen der Spitze 12, 62 und dem Fuß 14, 63 erstreckt, wie in den 1 und 3 gezeigt. Das Schaufelblatt weist weiter zumindest einen Kühlkanal auf, (bezeichnet mit dem Bezugszeichen 201, um darauf hinzuweisen, dass der Kühlkanal mit der Nuten-Anordnung versehen ist), der in dem Körper 16 ausgebildet und für die Aufnahme eines Kühlmittels ausgelegt ist. Die beispielhaften Kühlkanäle 201 umfassen radiale Kühlkanäle 30 und Auslassöffnungen 64, 66 in der Anströmkante 52 und entsprechend der Abströmkante 50, wie es in den 2 und 4 dargestellt ist.
8 zeigt einen Querschnitt des Kühlkanals 201, der über die Innenoberfläche 36 verfügt. Zur Vergrößerung seines Oberflächenbereiches ist der Kühlkanal 201 mit der auf der Innenoberfläche 36 ausgebildeten Nuten-Anordnung 39 versehen, wie in 10 gezeigt. Wie in 8 dargestellt ist, umfasst die Nuten-Anordnung 39 eine Anzahl Nuten 32 die sich in Längsrichtung entlang dem Kühlkanal 201 erstrecken, wie beispielsweise in 10 gezeigt. Die Nuten-Anordnung 39 umfasst weiter eine Anzahl Lamellen 34, die mit den Nuten 32 alternierend angeordnet sind, wie es in 10 gezeigt wird und in 8 im Querschnitt dargestellt ist. Die Lamellen 34 überspannen im Wesentlichen die Länge des Kühlkanals 201, wie in 10 gezeigt. Vorteilhafterweise verfügt der Kühlkanal 201 verglichen mit dem glatten Kühlkanal 101 (der nur als Umriss in den 5 und 7 gezeigt wird) über einen größeren Oberflächenbereich. Dieser vergrößerte Oberflächenbereich wird durch die Nuten-Anordnung 39 bewirkt. Demzufolge weist das Schaufelblatt 10, 60 mit dem Kühlkanal 201 einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten auf, wodurch im Verhältnis zu einem Schaufelblatt mit einem glatten Kühlkanal 101 die Turbinentriebwerkseffizienz verbessert wird.
Wie in 10 dargestellt, enthält die Nuten-Anordnung 39 ferner eine Anzahl von Anschlüssen 33, die in Längsrichtung zwischen zwei der Lamellen 34 angeordnet sind. Auf diese Weise verbindet jeder Anschluss 33 zwei Nuten 32. Der Begriff „in Längsrichtung angeordnet" wird hier in dem Sinn gebraucht, dass die Anschlüsse 33 zwischen den Lamellen 34 in Richtung entlang der Längsachse 24 angeordnet sind. Vorteilhafterweise unterbrechen die Anschlüsse 33 den Kühlmittelstrom in dem Kühlkanal 201, was Strömungsturbulenz, eine dünnere Grenzschicht und einen höheren Wärmeübergangskoeffizienten für das Schaufelblatt 10, 60 bewirkt. Der höhere Wärmeübergangskoeffizient erhöht wiederum die Effizienz des Turbinentriebwerks im Verhältnis zu einem Schaufelblatt mit glatten Kühlkanälen 101.
In 9 ist eine alternative Nuten-Anordnung 38 dargestellt, die Nuten 32 und Lamellen 34 aufweist, aber keine Anschlüsse 33 umfasst.
Die Lamellen 34 haben eine Breite 42 und die Nuten 32 haben eine Breite 40 von circa 0,01 bis circa 0,06 cm und insbesondere von circa 0,02 bis circa 0,05 cm. Beispiel hafte Lamellen 34 und Nuten 32 haben eine Tiefe 44 von circa 0,01 bis circa 0,06 cm und insbesondere von circa 0,02 bis circa 0,05 cm. Ferner haben beispielhafte Anschlüsse 33 eine Breite 42, eine Tiefe 44 und eine Länge von circa 0,01 bis circa 0,06 cm und insbesondere von circa 0,02 bis circa 0,05 cm. Die Breiten 42, 40, die Tiefe 44 und die Länge 46 sind in 11 dargestellt. Vorteilhafterweise erlauben die beispielhaften Abmessungen eine große Anzahl Nuten 32, Lamellen 34 und Anschlüsse 33 in dem überholten Kühlkanal 201, der typischerweise einen kleinen Querschnitt hat. Folglich vergrößern die beispielhaften Abmessungen die Innenoberfläche 36 und verbessern dadurch die Kühlung der Schaufelblätter 10, 60.
Es wird ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren angewendet, um den Zentralkanal 65 des Leitschaufelblattes 60 unter Verwendung der Elektrode 110, die oben mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben wurde, zu überholen. Dieses elektrochemische Bearbeitungsverfahren ist ähnlich dem zuvor beschriebenen, weshalb nur die Unterschiede erörtert werden. Bei diesem Verfahren ist der leitende Kern 116 an die Form des Zentralkanals 65 angepasst, wie es oben mit Bezug auf die 13 und 14 erörtert wurde. Insbesondere wird die Elektrode 110 mit einem zugänglichen Zentralkanal 65 angewendet. Der Zentralkanal 65 ist beispielsweise vor der Durchführung des elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens unbedeckt. Aufgrund der Größe des Zentralkanals 65 verbessert diese Ausführungsform die Konvektionswärmeübertragung der Leitschaufel 60 durch eine Vergrößerung des Oberflächenbereiches und die Begünstigung von Turbulenz in dem Zentralka nal 65. Das Verfahren ist gleichermaßen anwendbar auf Leitschaufeln 60 mit einem einzigen Zentralkanal (3) und mit multiplen Zentralkanälen (12).
Das Schaufelblatt kann ein Turbinenlaufschaufelblatt 10 sein. In diesem Fall ist der Kühlkanal 201 ein radialer Kühlkanal 30, der sich zwischen der Spitze 12 und dem Fuß 14 durch den Körper 16 erstreckt, wie in 2 dargestellt.
Weiterhin ist die Spitze 12 mit zumindest einer Auslassöffnung 18 versehen, wobei die Auslassöffnung mit dem radialen Kühlkanal verbunden und dafür ausgelegt ist, Kühlmittel aus dem Schaufelblatt abzulassen, nachdem das Kühlmittel durch den radialen Kühlkanal geströmt ist. Auf der Innenoberfläche 36 des radialen Kühlkanals 30 ist die Nuten-Anordnung 39 ausgebildet. Gemäß einer allgemeineren Turbinenlaufschaufelblatt-Ausführungsform enthält das Turbinenlaufschaufelblatt 10 eine Anzahl radialer Kühlkanäle 30, wie beispielsweise in 2 dargestellt. Dementsprechend sind in der Spitze 12 eine Anzahl Auslassöffnungen 18 ausgebildet, wie sie beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt werden. Die Nuten-Anordnung 39 ist auf der Innenoberfläche 36 jedes radialen Kühlkanals 30 ausgebildet. Vorteilhafterweise weist das dieser Ausführungsform gemäße Laufschaufelblatt 10 im Verhältnis zu einem Laufschaufelblatt 10 mit glatten radialen Kühlkanälen 101 eine signifikant niedrigere Betriebstemperatur auf. Die Temperaturdifferenz kann zum Beispiel vierzig Grad Celsius übersteigen. Dieses Temperaturdifferenzial resultiert entweder in einer signifikanten Verlängerung der Gebrauchsdauer des Laufschaufelblattes (bei demselben Kühlmittelstrom) oder in einer verbesserten Triebwerkseffizienz aufgrund einer Reduzierung des Kühlmittelstroms.
Das Schaufelblatt kann ein Turbinenleitschaufelblatt 60 mit einer Anströmkante 52 und einer Abströmkante 50 sein. In diesem Fall ist ein beispielhafter Kühlkanal 201 die in der Abströmkante 50 ausgebildete Auslassöffnung 64, auf deren Innenoberfläche 36 die Nuten-Anordnung 39 ausgebildet ist. Die Auslassöffnung 64 ist dafür ausgelegt, Kühlmittel aus dem Leitschaufelblatt 60 abzulassen, wie in 4 gezeigt. Ein weiterer beispielhafter Kühlkanal 201 ist die in der Abströmkante 50 ausgebildete Auslassöffnung 66, auf deren Innenoberfläche 36 die Nuten-Anordnung 39 ausgebildet ist. Wie in 4 gezeigt wird, ist die Auslassöffnung 66 dafür ausgelegt, Kühlmittel aus dem Leitschaufelblatt 60 abzulassen. Gemäß einer allgemeineren Ausführungsform enthält das Turbinenleitschaufelblatt 60 eine Anzahl Auslassöffnungen 64 in der Anströmkante 52, wie beispielsweise in 4 gezeigt. Auf der Innenoberfläche 36 jeder Auslassöffnung 64 ist die Nuten-Anordnung 39 ausgebildet. Das Turbinenleitschaufelblatt 60 kann eine Anzahl Auslassöffnungen 66 in der Abströmkante 50 enthalten, wie beispielsweise in 4 gezeigt. Auf der Innenoberfläche 36 jeder Auslassöffnung 66 ist die Nuten-Anordnung 39 ausgebildet. Da die Abströmkante 50 generell schmal ist, ist die Kühlung der Abströmkante 50 schwierig. Demzufolge ist die Integration der Auslassöffnungen 66 mit der Nuten-Anordnung 39 besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Vorteile bei der Kühlung durch die oben erörterte Nuten-Anordnung 39. Das Leitschaufelblatt 60 bleibt nämlich bei demselben Kühlmittelstrom im Verhältnis zu einem Leitschaufelblatt mit glatten Auslassöffnungen kühler, was in einer längeren Gebrauchsdauer des Schaufelblattes resultiert. Alternativ muss weniger Kühlmittel abgeleitet werden, was die Triebwerkseffizienz verbessert.

Claims

Elektrochemisches Verfahren zur Überholung von zumindest einem Kühlkanal (101) in einem Gasturbinenrotorschaufelblatt (10, 60), wobei dieses elektrochemische Bearbeitungsverfahren beinhaltet: Vorbereitung einer Innenoberfläche (36) des Kühlkanals für die elektrochemische Bearbeitung, einschließlich der Entfernung von Rückständen von der Innenoberfläche; Platzierung einer Elektrode (110) in dem Kühlkanal, wobei die Elektrode einen leitenden Kern (116) und eine isolierende Ummantelung (118) aufweist und wobei die isolierende Ummantelung mehrere frei liegende Abschnitte (150) des leitenden Kerns freilässt, und Herstellung einer Anordnung von Nuten (38, 39) auf der Innenoberfläche des Kühlkanals unter Verwendung der frei liegenden Abschnitte des leitenden Kerns, indem ein elektrischer Strom zwischen der Elektrode und dem Schaufelblatt hindurchgeleitet wird, während gleichzeitig eine Elektrolytlösung durch den Kühlkanal zirkuliert, und wobei diese Bearbeitung einen überholten Kühlkanal (201) hervorbringt, dadurch gekennzeichnet, dass: die Elektrode (110) ferner eine Spitze (130) und ein Ende (140) aufweist, wobei der leitende Kern (116) sich zwischen der Spitze und dem Ende erstreckt und wobei die frei liegenden Abschnitte aus leitenden Streifen (150) des leitenden Kerns bestehen, die sich zwischen der Spitze und dem Ende der Elektrode erstrecken, und wobei die isolierende Ummantelung (118) aus einer Anzahl isolierender Abschnitte (160) besteht, die sich im Wesentlichen zwischen der Spitze und dem Ende der Elektrode erstrecken, wobei die isolierenden Abschnitte zwischen den leitenden Streifen platziert sind, um eine alternierende Anordnung zu bilden, wobei bei der Herstellung der Nuten-Anordnung (38, 39) die alternierende Anordnung verwendet wird und wobei die Nuten-Anordnung aus einer Vielzahl alternierender Nuten (32) und Lamellen (34) besteht.
Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorbereitung der Innenoberfläche (36) die Durchführung eines abschließenden Arbeitsgangs umfasst, bei dem nicht leitende Rückstände entfernt werden.
Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die isolierende Ummantelung (118) ferner eine Vielzahl von Abstandshalterabschnitten (133) des leitenden Kerns (116) freilässt und wobei die Abstandshalterabschnitte in Längsrichtung zwischen den isolierenden Abschnitten (160) platziert sind und wobei die Nuten-Anordnung (39) ferner eine Vielzahl von Anschlüssen (33) umfasst wobei jeder Anschluss in Längsrichtung zwischen zwei der Lamellen (34) platziert ist und zwei der Nuten (32) verbindet.