CH698804B1

CH698804B1 - Gasturbinenschaufelflügel-Kühlungslochlageort, -Bauweise und -Konfiguration

Info

Publication number: CH698804B1
Application number: CH01443/04A
Authority: CH
Inventors: Steven Eric Tomberg
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2009-10-30
Also published as: US6910864B2; FR2859235A1; JP2005076639A; US20050047914A1; FR2859235B1

Abstract

Ein erster, zweiter und dritter Satz (54, 56, 58) von Kühlungslöchern (42) ist in einer Turbinenschaufel (20) mit einem Turbinenflügel vorgesehen. Der erste Satz von Löchern (54), der einer Vorderkante (57) benachbart ist, weist Wirbler (60) auf, die in einem vorgegebenen Abstand vom Fuss des Flügels beginnen und kurz vor der Flügelspitze (44) enden. Ein zweiter Satz von Löchern (56) kann Wirbler (62) aufweisen, die in einem grösseren Abstand von der Plattform als die Wirbler des ersten Satzes beginnen und kurz vor der Flügelspitze in einem grösseren Abstand von der Spitze enden als die Wirbler des ersten Satzes von Löchern. Ein dritter Satz von Löchern (58), der der Hinterkante (59) benachbart ist, weist glatte Bohrungen auf. Grösse, Lageort, Bauweise und Konfiguration der Kühlungslöcher steigern die Lebensdauer der Teile hinsichtlich ihres Kriechverhaltens und die Gesamteffizienz der Turbine.

Description

Allgemeiner Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine luftgekühlte Schaufel für eine Turbine gemäss Anspruch 1.

[0002] Es wurden zahlreiche verschiedene Arten, Anzahlen und Lageorte von Durchgängen zum Durchströmen eines Kühlmediums, z.B. Luft, durch einen Flügel einer Gasturbine zum Kühlen des Flügels vorgeschlagen und gebaut. Wenn Luft als Kühlmedium genutzt ist, versteht es sich, dass die Luft vom Kompressor abgeleitet ist und daher eine Belastung der Gesamteffizienz der Turbine zur Folge hat. Bei früheren Kühlungskonfigurationen für Turbinenschaufeln wird dem Flügel Kompressorablassluft durch Kühlungsdurchgänge zugeführt, die einstückig in den Schaufeln ausgebildet sind.

[0003] Unzureichende Kühlung beeinträchtigt jedoch das Kriechverhalten der Volumenteile, was wiederum die Lebensdauer des Teils auf eine vorbestimmte Anzahl von Turbinenbetriebsstunden begrenzt. Demzufolge wird eine effektivere Kühlungsanlage, die die Volumentemperatur der Schaufel herabsetzt und das Volumenkriechverhalten der Schaufel steigert, als notwendig erachtet.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0004] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Schaufel mit einem Flügel bereitgestellt, bei dem Anzahl, Lageort, Bauweise und Grösse der Kühlungslöcher oder -durchgänge durch den Flügel, die das Kühlmedium befördern, die Gesamteffizienz der Turbine erhöhen und Anforderungen an die Schaufellebensdauer entsprechen, insbesondere durch Steigern des Kriechverhaltens der Volumenteile. Zur Erreichung des Vorstehenden sind die Kühlungslöcher entsprechend den X-, Y-Koordinaten, die in Tabelle Ia von Anspruch 1 angeführt sind, optimal im Flügel angeordnet. Die Grösse der Löcher begrenzt die Luftstrommenge auf Grundlage eines Druckunterschieds über den Schaufelflügel hinweg. Der Lageort der Löcher bestimmt die Temperatur jedes finiten Elements, das den Schaufelflügel bildet.

Die Bauweise reflektiert die Art und Weise, in der die Wärmeübertragung entlang der Wände jedes Kühlungslochs stattfindet, d.h. es sind Wirbler an ausgewählten Stellen zum Verbessern der Wärmeübertragung genutzt. Diese Attribute schaffen zusammengenommen eine optimale Kühlungsanlage für die Turbinenschaufel.

[0005] In einer bevorzugten Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine luftgekühlte Schaufel für eine Turbine vorgesehen, die eine Vielzahl von Kühlungslöchern umfasst, welche sich zwischen Fuss- und Spitzenabschnitt des Flügels erstrecken und an der Spitze des Flügels austreten, wobei die Vielzahl von Kühlungslöchern einen ersten, zweiten und dritten Satz von Löchern beinhalten, wobei jeder Satz von Löchern zumindest zwei Löcher aufweist, wobei sich der erste Satz von Löchern einer Vorderkante des Flügels benachbart erstreckt, der zweite Satz von Löchern sich zwischen dem ersten und dritten Satz von Löchern erstreckt und der dritte Satz von Löchern sich der Hinterkante benachbart erstreckt, wobei die zwei Löcher des jeweiligen ersten, zweiten und dritten Satzes von Löchern zumindest zwei Löcher beinhalten, die mit 1-4, 5-7 bzw.

8-10 nummeriert sind, und entsprechend den in Tabelle Ia angeführten Kartesischen X-, Y-Koordinatenwerten am Spitzen- und Fussabschnitt des Flügels angeordnet sind.

[0006] In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine luftgekühlte Schaufel für eine Turbine bereitgestellt, die eine Vielzahl von Kühlungslöchern umfasst, welche sich zwischen Fuss- und Spitzenabschnitt des Flügels erstrecken und an der Spitze des Flügels austreten, wobei die Vielzahl von Kühlungslöchern einen ersten, zweiten und dritten Satz von Löchern beinhalten, wobei jeder Satz von Löchern zumindest zwei Löcher aufweist, wobei sich der erste Satz von Löchern einer Vorderkante des Flügels benachbart erstreckt, der zweite Satz von Löchern sich zwischen dem ersten und dritten Satz von Löchern erstreckt und der dritte Satz von Löchern sich der Hinterkante benachbart erstreckt, wobei die zwei Löcher eines des ersten Satzes von Löchern und des zweiten Satzes von Löchern Wirbler aufweisen,

die entlang der Löcher räumlich voneinander getrennt sind und kurz vor dem Fuss- und Spitzenabschnitt des Flügels enden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0007]
<tb>Fig. 1<sep>ist eine schematische Darstellung eines Heissgas-wegs durch mehrere Stufen einer Gasturbine und zeigt eine Schaufel gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in der zweiten Stufe der Gasturbine angeordnet ist;

<tb>Fig. 2<sep>ist eine Seitenansicht der Schaufel der zweiten Stufe, die von der Druckseite des Flügels gesehen dargestellt ist, wobei die Seite der Schaufel weggebrochen ist, um interne Kühlungsdurchgänge durch die Schaufel darzustellen, gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

<tb>Fig. 3<sep>ist eine vergrösserte in radialer Richtung nach innen gesehene Ansicht des Flügelspitzendeckbands, welche die Lageorte der Kühlungslochaustritte darstellt;

<tb>Fig. 4<sep>ist eine vergrösserte Querschnittansicht davon im Allgemeinen um Linie 4-4 in Fig. 2;

<tb>Fig. 5<sep>ist eine in radialer Richtung nach aussen gesehene Ansicht der Schaufel, die Einlassöffnungen für die Kühlungsdurchgänge im Schwalbenschwanz der Schaufel darstellt;

<tb>Fig. 6<sep>ist eine Querschnittansicht um Linie 6-6 in Fig. 2;

<tb>Fig. 7<sep>ist eine vergrösserte Querschnittansicht aus Fig. 6;

<tb>Fig. 8<sep>ist eine vergrösserte Querschnittansicht um Linie 8-8 in Fig. 2;

<tb>Fig. 9<sep>ist eine vergrösserte Querschnittansicht eines Abschnitts des Flügels und Durchgangs von Fig. 8; und

<tb>Fig. 10<sep>ist eine schematische Darstellung eines Flügelprofilschnitts entlang der Schaufel von Fig. 2.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0008] Unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, ist ein Heissgasweg, allgemein mit 11 bezeichnet, einer Gasturbine 12 dargestellt, die eine Vielzahl von Turbinenstufen beinhaltet. Es sind drei Stufen dargestellt. Die erste Stufe beispielsweise umfasst eine Vielzahl von umfänglich getrennten Leitkränzen 14 und Schaufeln 16. Die Leitkränze sind umfänglich voneinander getrennt und um die Achse eines Rotors befestigt. Die Schaufeln 16 der ersten Stufe sind natürlich an einem Turbinenrotorrad 17 angebracht. Eine zweite Stufe der Turbine 12 ist ebenfalls dargestellt und beinhaltet eine Vielzahl von umfänglich getrennten Leitkränzen 18 und eine Vielzahl von umfänglich getrennten Schaufeln 20, die an einem Rotorrad 21 angebracht sind.

Die dritte Stufe ist ebenfalls dargestellt und beinhaltet eine Vielzahl von umfänglich getrennten Leitkränzen 22 und Schaufeln 24, die am Rotor angebracht sind. Es ist ersichtlich, dass die Leitkränze und Schaufeln in dem Heissgasweg 10 der Turbine 12 liegen, wobei die Strömungsrichtung des Heissgases durch den Heissgasweg 10 mit dem Pfeil 26 angezeigt ist.

[0009] Unter Bezugnahme auf Fig. 2ist jede Schaufel 20 der zweiten Stufe mit einer Plattform 30, einem Schaft 32 und einem Schwalbenschwanz 34 zur Verbindung mit einem ergänzend ausgebildeten, zusammenpassenden Schwalbenschwanz am Rotorrad 21 ausgebildet, das ein Bestandteil des Rotors bildet. Jede der Schaufeln 20 der zweiten Stufe beinhaltet ausserdem einen Flügel 36 mit einem Flügelprofil an jedem Querschnitt entlang des Flügels von der Plattform zur Flügelspitze, wie durch den Profilschnitt 38 in Figur 10 schematisch dargestellt.

[0010] Jede der Schaufeln 20 der zweiten Stufe ist ausserdem mit einem Spitzendeckband versehen, allgemein mit 40 bezeichnet (Fig. 2). Die Spitzendeckbänder 40 sind vorzugsweise einstückig mit den Schaufeln ausgebildet, und jedes Spitzendeckband nimmt an gegenüberliegenden Enden Spitzendeckbänder von benachbarten Schaufeln in Eingriff, um ein/en im allgemeinen ringförmiges/en Deckband oder Ring auszubilden, das/der den Heissgasweg am axialen Lageort der Schaufeln der zweiten Stufe abgrenzt.

[0011] Wie am besten in Fig. 2dargestellt, beinhaltet die Schaufel 20 eine Vielzahl von Kühlungslöchern, die sich zwischen dem Schwalbenschwanz 34 und der Spitze 44 des Flügels 36 erstrecken. Demnach weist der Schwalbenschwanz 34, wie am besten in Fig. 5 dargestellt, eine Vielzahl von Einlassöffnungen 46 in Verbindung mit jeweiligen Löchern 42 auf. Die Spitze 44 beinhaltet, wie in Fig. 3dargestellt, eine Vielzahl von Auslassöffnungen 48 durch das Spitzendeckband 40 in Verbindung mit jeweiligen Löchern 42. Dementsprechend tritt das Kühlmedium, z.B. Luft aus dem Turbinenkompressor, in die Einlassöffnungen 46 ein, durchläuft die Kühlungslöcher 42 und tritt aus der Spitze 44 des Flügels durch das Deckband 40 in den Heissgasstrom aus.

[0012] Wie in Fig. 2 dargestellt, erstrecken sich die Kühlungslöcher zwischen einem Fussabschnitt 50 und der Spitze 44 des Flügels und setzen sich durch den Schaft 32 und den Schwalbenschwanz 34 fort. Die Vielzahl von Kühlungslöchern 42 durch den Flügel beinhaltet einen ersten, zweiten und dritten Satz von Löchern 54, 56 bzw. 58. Der erste Satz von Kühlungslöchern 54 erstreckt sich in Nachbarschaft einer Vorderkante 57 des Flügels. Der zweite Satz von Löchern 56 erstreckt sich zwischen dem ersten und dem dritten Satz von Löchern 54 bzw. 58. Der dritte Satz von Löchern 58 erstreckt sich in Nachbarschaft der Hinterkante 59. Jeder des ersten, zweiten und dritten Satzes der Vielzahl von Kühlungslöchern 42 beinhaltet zumindest zwei Löcher. Die Löcher der Vielzahl von Löchern sind in der Tabelle Ia übersichtlich mit 1 bis 10 nummeriert.

Wie angezeigt umfasst in der Tabelle Ia, und wie in Fig. 3bis 5dargestellt, der erste Satz von Löchern 54 mit 1-4 nummerierte Löcher, der zweite Satz von Löchern 56 mit 5-7 nummerierte Löcher und der dritte Satz von Löchern 58 mit 8-10 nummerierte Löcher.

[0013] Jedes der Löcher 42 des ersten Satzes von Löchern 54 beinhaltet eine Vielzahl von Wirblern 60 an voneinander getrennten Lageorten entlang vorgegebener Abschnitte von jedem Loch zwischen dem Fuss- und Spitzenabschnitt des Flügels. Gleicherweise beinhaltet jedes der Löcher 42 des zweiten Satzes von Löchern 56 eine Vielzahl von Wirblern 62 an voneinander getrennten Lageorten entlang vorgegebener Abschnitte der Löcher zwischen dem Fuss- und Spitzenabschnitt des Flügels. Der dritte Satz von Löchern 58 beinhaltet keine Wirbler und weist glatte Bohrungen zwischen dem Fuss- und Spitzenabschnitt des Flügels auf.

[0014] Die Wirbler 60 des ersten Satzes von Löchern 54 beinhalten radial nach innen vorstehende, ringförmige Rippen 61 an getrennten Lageorten entlang vorgegebener Abschnitte der Löcher 54. Die Wirbler 62 des zweiten Satzes von Löchern 56 beinhalten gleichermassen radial nach innen vorstehende, ringförmige Rippen 63 an getrennten Lageorten entlang vorgegebener Abschnitte der Löcher zwischen dem Fuss- und dem Spitzenabschnitt des Flügels. Es ist zu verstehen, dass, während radial nach innen vorstehende, ringförmige Rippen als die Wirbel 60, 62 ausbildend offenbart sind, andere Wirblerarten genutzt sein könnten. Beispielsweise könnten unterbrochene ringförmige Rippen, radial in die Bohrung vorstehende Zapfen oder gewarzte oder aufgeraute Flächen genutzt sein.

[0015] Wie oben angegeben sind die Wirbler 60 und 62 des ersten bzw. zweiten Satzes von Löchern 54 bzw. 56 entlang vorgegebener Abschnitte der jeweiligen Löcher vorgesehen. Die Wirbel 60 und 62 sind entlang der Löcher 42 angeordnet und enden kurz vor dem Fuss 50 und der Spitze 44 des Flügels 36.

[0016] Insbesondere beginnen die Wirbler 60 des ersten Satzes von Löchern 54 in einem Abstand von ungefähr 30 bis 40% und weiterhin vorzugsweise 36% der Länge des Flügels vom Fuss zur Spitze. Die Wirbler 60 des ersten Satzes von Löchern 54 enden oder schliessen bei ungefähr 75 bis 85%, vorzugsweise ungefähr 80%, der Flügellänge vom Fuss zur Spitze ab. Die Wirbler 62 des zweiten Satzes von Löchern 56 beginnen bei ungefähr 45 bis 55% der Länge des Flügels vom Fuss zur Spitze, und vorzugsweise bei 51% der Länge des Flügels vom Fuss zur Spitze. Die Wirbler 62 des zweiten Satzes von Löchern 56 schliessen bei ungefähr 70 bis 80% der Flügellänge, vorzugsweise bei ungefähr 74% der Länge vom Fuss zur Spitze ab.

[0017] Unter Bezugnahme auf Fig. 6und 7 ist der Durchmesser des ersten Satzes von Löchern 54 grösser als der Durchmesser des zweiten Satzes von Löchern 56, die z.B. in Fig. 4 und 9 dargestellt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform betragen die Durchmesser (i) des glatten Bohrungsabschnitts des ersten Satzes von Löchern 54 zwischen dem Fussabschnitt des Flügels und dem Beginn der Wirbler 60 und (ii) des glatten Bohrungsabschnitts vom äussersten Wirbler 60 zur Spitze 44 ungefähr 0,090 * 0,0254 m (0,090 Inch). Der Aussendurchmesser der verwirbelten Löcher 54 zwischen den Rippen 61 beträgt ungefähr 0,115 * 0,0254 m (0,115 Inch). Der Innendurchmesser der Rippen 61 beträgt ungefähr 0,097 * 0,0254 m (0,097 Inch).

Die Rippen 61 weisen eine Stärke oder axiale Tiefe von vorzugsweise ungefähr 0,009 * 0,0254 m (0,009 Inch) auf und sind in einem Abstand von ungefähr 0,090 * 0,0254 m (0,090 Inch) gleichmässig voneinander getrennt. Unter Bezugnahme auf Fig. 8und 9betragen die Durchmesser (i) des glatten Bohrungsabschnitts des zweiten Satzes von Löchern 56 vom Fuss zum Beginn der Wirbler 62 und (ii) des glatten Bohrungsabschnitts vom letzten äusseren Wirbler 62 zur Spitze des Flügels ungefähr 0,065 * 0,0254 m (0,065 Inch). Die Rippen 63 sind in einem Abstand von ungefähr 0,060 * 0,0254 m (0,060 Inch) gleichmässig voneinander getrennt. Der Aussendurchmesser der Wirbler 62 zwischen den Rippen 63 des zweiten Satzes von Löchern 56 beträgt ungefähr 0,085 * 0,0254 m (0,085 Inch). Der Innendurchmesser der Rippen 63 beträgt ungefähr 0,070 * 0,0254 m (0,070 Inch).

Die Rippen 63 weisen eine Stärke oder axiale Tiefe von vorzugsweise ungefähr 0,006 * 0,0254 m (0,006 Inch) auf. Die Rippen 63 sind entlang der Bohrung des zweiten Satzes von Löchern 56 in einem Abstand von ungefähr 0,060 * 0,0254 m (0,060 Inch) gleichmässig voneinander getrennt. Die Rippen sind gleichmässig voneinander getrennt.

[0018] In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung mit zweiundneunzig Schaufeln der zweiten Stufe ist eine Bezugslinie ü (Fig. 2) ausgebildet, die den Schwalbenschwanz 34 im Abstand von 24,100 * 0,0254 m (24,100 Inch) von der Mittellinie der Kraftmaschine durchläuft. Der Fussabschnitt 50 des Flügels befindet sich 2,487 * 0,0254 m (2,487 Inch) radial nach aussen von der Bezugslinie U, d.h. 26,587 * 0,0254 m (26,587 Inch) von der Mittellinie der Kraftmaschine. Die Wirbler 60 beginnen vorzugsweise ungefähr 5,591 * 0,0254 m (5,591 Inch) von der Bezugslinie U und enden vorzugsweise 9,400 * 0,0254 m (9,400 Inch) von der Bezugslinie U. Der glatte Bohrungsabschnitt des zweiten Satzes von Löchern 56 erstreckt sich von der Bezugslinie vorzugsweise ungefähr 6,899 * 0,0254 m (6,899 Inch) zum ersten Wirbler 62.

Der letzte der Wirbler 62 des zweiten Satzes von Löchern 56 befindet sich vorzugsweise ungefähr 8,900 * 0,0254 m (8,900 Inch) von der Bezugslinie U. Aus einer Betrachtung von Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Löcher im Schaft 32 und Schwalbenschwanz 34 der Schaufel glatte Bohrungen aufweisen.

[0019] Der Lageort der Kühlungslöcher Nummer 1-10 ist in Tabelle Ia in einem Kartesischen Koordinatensystem unter Verwendung von X- und Y-Werten am Spitzen- und Fussabschnitt des Flügels angegeben. Der folgenden Tabelle I sind zudem die X-und Y-Koordinatenwerte für die Einlassöffnungen 46 durch den Schwalbenschwanz 34 der Löcher 42 zu entnehmen. Der Lochdurchmesser vom Fussabschnitt des Flügels zu den Einlassöffnungen 46 beträgt dabei ungefähr 0,140 * 0,0254 m (0,140 Inch). Details sind aus den Fig. 6 und 8 ersichtlich.

[0020] Zum Definieren der Flügelform von jedem Schaufelflügel der zweiten Stufe gibt es einen einmaligen Satz oder geometrischen Ort aller Punkte im Raum, die den Stufenanforderungen entsprechen und hergestellt werden können. Dieser einmalige geometrische Ort aller Punkte erfüllt die Anforderungen für Stufeneffizienz und reduzierte thermische und mechanische Belastungen. Diese geometrischen Orte aller Punkte werden durch Iteration zwischen aerodynamischen und mechanischen Lasten erreicht, die es der Turbine ermöglichen, auf effiziente, sichere und gleichmässige Weise zu arbeiten. Der geometrische Ort, der das Schaufelflügelprofil definiert, umfasst einen Satz von 1320 Punkten bezüglich der Rotationsachse der Turbine.

Ein Kartesisches Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Werten, die in Tabelle II des Anspruchs 3 angegeben sind, definiert das Profil des Schaufelflügels an verschiedenen Lageorten entlang seiner Länge. Die Koordinatenwerte für die X- und Y-Koordinaten sind in Tabelle II in Inch angeführt, obwohl andere Masseinheiten verwendet sein können, wenn die Werte sachgemäss umgerechnet werden. Zum Beispiel kann eine Wandlung dieser Werte in das metrische System durch Multiplikation mit 0,0254 m durchgeführt werden, was auch für die Tabelle la und Ib gilt. Die Z-Werte sind in Tabelle II in dimensionsloser Form von 0,088 bis 0,92 angeführt. Diese Werte schliessen die Ausrundungsbereiche der Plattform und des Spitzendeckbands aus.

Zum Umrechnen des Z-Werts in einen Z-Koordinatenwert, z.B. in Inch, wird der in Tabelle II angeführte, dimensionslose Z-Wert mit der Flügelhöhe in Inch multipliziert. Das Kartesische Koordinatensystem weist rechtwinklig bezogene X-, Y- und Z-Achsen auf, und die X-Achse liegt parallel zur Turbinenrotorlinie, d.h. der Rotationsachse, und ein positiver X-Koordinatenwert ist axial zum Hinterende, d.h. zum Ausstossende der Turbine. Der positive, nach hinten gerichtete Y-Koordinatenwert erstreckt sich tangential in der Rotationsrichtung des Rotors, und der positive Z-Koordinatenwert liegt radial nach aussen zur Schaufelspitze.

[0021] Durch Definieren von X- und Y-Koordinatenwerten an ausgewählten Lageorten in einer Z-Richtung senkrecht zur X-, Y-Ebene, kann der Profilschnitt des Schaufelflügels, z.B. der in Fig. 10 dargestellte Profilschnitt, an jeder Z-Distanz entlang der Länge des Flügels ermittelt werden. Durch Verbinden der X- und Y-Werte mit gleichmässigen, fortlaufenden Bögen ist jeder Profilschnitt 38 an jeder Distanz Z fixiert. Die Flügelprofile der verschiedenen Flächenlage-orte zwischen den Distanzen Z werden durch gleichmässiges Verbinden der benachbarten Profilschnitte 38 miteinander zum Ausbilden des Flügelprofils bestimmt. Diese Werte stellen die Flügelprofile in Umgebungs-, nicht arbeitenden und nicht heissen Bedingungen dar und gelten für einen unbeschichteten Flügel.

[0022] Die Werte der Tabelle II sind zum Bestimmen des Profils des Flügels mit drei Dezimalstellen erstellt und gezeigt. Es gibt typische Herstellungstoleranzen sowie Beschichtungen, die für das tatsächliche Profil des Flügels berücksichtigt werden müssen. Dementsprechend gelten die in Tabelle II angegebenen Werte für ein Nennprofil. Es ist daher zu verstehen, dass +- typische Herstellungstoleranzen, d.h. +- Werte, einschliesslich jeglicher Beschichtungsstärke, zu den in Tabelle II angegebenen Werten dazukommen.

Dementsprechend definiert eine Distanz von +- 0,160 * 0, 0254 m (+- 0,160 Inch) in einer Richtung, die senkrecht zu jeglichem Flächenlageort entlang des Flügelprofils steht, eine Flügelprofilhülle für diese besondere Schaufelflügelgestaltung und Turbine, d.h. einen Variationsbereich zwischen gemessenen Punkten auf der tatsächlichen Flügelfläche bei nominaler kalter oder Raumtemperatur und der idealen Position dieser Punkte wie in Tabelle II unten bei derselben Temperatur angegeben. Die Schaufelflügelgestaltung ist in diesem Variationsbereich robust ohne Beeinträchtigung mechanischer und aerodynamischer Funktionen.

[0023] Die in Tabelle II angegebenen Koordinatenwerte sehen die bevorzugte Nennprofilhülle vor.

[0024] Der Ursprung der X-, Y-Koordinatenwerte von Tabelle Ia und Ib ist mit dem Ursprung der X-, Y-Koordinatenwerte von Tabelle II identisch.

[0025] In der bevorzugten Ausführungsform der Schaufel, die in der zweiten Stufe der Gastubine angeordnet ist, beträgt die Bezugslinie U 24,100 * 0,0254 m (24,100 Inch) von der Kraftmotor- oder Rotormittellinie. Die radiale Schaufelhöhe beträgt 11,280 * 0,0254 m (11,280 Inch) von der Bezugslinie zum Trennzahn auf dem Spitzendeckband 40. Dementsprechend beträgt die radiale Höhe der Schaufel von der Kraftmotormittellinie 35,380 * 0,0254 m (35,380 Inch). Die Flügelschnitte beginnen bei Z = 0% Spannweite, was 2,221 * 0,0254 m (2,221 Inch) von der Bezugslinie U (26,321 * 0,0254 m (26,321 Inch) von der Kraftmotormittellinie) ist. Die Flügelschnitte enden bei Z = 100% Spannweite, was 11,122 * 0,0254 m (11,122 Inch) von der Bezugslinie U (35,22 * 0,0254 m (35,22 Inch) von der Kraftmotormittellinie) ist.

Bezüglich des dimensionslosen Werts Z in Tabellen Ia und Ib ist Z = 0,088 oder 8,8% Spannweite, was 3,005 * 0,0254 m (3,005 Inch) von der Bezugslinie U (27,15 * 0,0254 m (27,15 Inch) von der Kraftmotormittellinie) entspricht. Der Z-Wert von Tabelle Ia und Ib bei 0,92 oder 92% Spannweite entspricht einer Distanz von 10,410 * 0,0254 m (10,410 Inch) von der Bezugslinie U (34,510 * 0,0254 m (34,510 Inch) von der Kraftmotormittellinie).

[0026] Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform erachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil damit beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen zu umfassen, die in die Lehre und den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen.

Bauteilliste

[0027]
Heissgasweg 10
Gasturbine 12
Umfänglich getrennte Leitkränze 14
Schaufeln 16
Turbinenrotorrad 17
Umfänglich getrennte Leitkränze 18
Umfänglich getrennte Schaufeln 20
Rotorrad 21
Umfänglich getrennte Leitkränze 22
Schaufeln 24
Pfeil 26
Schaft 32
Schwalbenschwanz 34
Flügel 36
Profilschnitt 38
Spitzendeckbänder 40
Kühlungslöcher 42
Spitze 44
Vielzahl von Einlassöffnungen 46
Vielzahl von Auslassöffnungen 48
Fuss 50
Erster Satz von Löchern 54
Zweiter Satz von Löchern 56
Vorderkante 57
Dritter Satz von Löchern 58
Hinterkante 59
Wirbler 60
Rippen 61
Wirbler 62
Radial nach innen vorstehende, ringförmige Rippen 63

Claims

1. Luftgekühlte Schaufel (20) für eine Turbine, umfassend:

einen Flügel (36) mit einer Vielzahl von Kühlungslöchern (42), die sich zwischen dem Fussabschnitt (50) und dem Spitzenabschnitt (44) des Flügels erstrecken und an der Spitze des Flügels austreten;

wobei die Vielzahl von Kühlungslöchern einen ersten (54), zweiten (56) und dritten (58) Satz von Löchern beinhaltet, wobei jeder Satz von Löchern zumindest zwei Löcher aufweist;

wobei sich der erste Satz von Löchern (54) einer Vorderkante (57) des Flügels benachbart erstreckt, der zweite Satz von Löchern (56) sich zwischen dem ersten und dritten Satz von Löchern erstreckt und der dritte Satz von Löchern (58) sich der Hinterkante (59) benachbart erstreckt;

wobei die zwei Löcher des jeweiligen ersten, zweiten und dritten Satzes von Löchern zumindest zwei der Löcher beinhalten, die mit 1-4, 5-7 bzw. 8-10 nummeriert sind, und entsprechend kartesischen X-, Y-Koordinatenwerten am Spitzen- und Fussabschnitt des Flügels angeordnet sind, wie in der folgenden Tabelle Ia angegeben:

2. Schaufel nach Anspruch 1, wobei die zwei Löcher des jeweiligen ersten, zweiten und dritten Satzes von Löchern einen Durchmesser aufweisen, wie in der folgenden Tabelle Ib angegeben:

3. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Nennprofilhülle, die durch die Koordinatenwerte der folgenden Tabelle II definiert ist, wobei die X- und Y-Werte mit dem Faktor 0,0254 m zu multiplizieren sind und der dimensionslose Z-Wert mit der entsprechenden Flügelhöhe:

4. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Löcher des ersten Satzes von Löchern (54) Wirbler (60) aufweisen, die entlang der Löcher räumlich voneinander getrennt sind und in der Nähe des Fuss- und Spitzenabschnitts des Flügels enden.

5. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Löcher des zweiten Satzes von Löchern (56) Wirbler (62) aufweisen, die entlang der Löcher räumlich voneinander getrennt sind und in der Nähe des Fuss- und Spitzenabschnitts des Flügels enden.

6. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Löcher des ersten Satzes von Löchern (54) Wirbler (60) aufweisen, die entlang der Löcher räumlich voneinander getrennt sind und in der Nähe des Fuss- und Spitzenabschnitts des Flügels enden.

7. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Löcher des dritten Satzes von Löchern (58) glatte Bohrungen über ihre gesamte Ausdehnung hinweg aufweisen.

8. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flügel einen Schaft (32) und einen Schwalbenschwanz (34) beinhaltet, wobei sich die zwei Löcher des ersten, zweiten und dritten Satzes von Löchern (54, 56, 58) durch den Schaft und den Schwalbenschwanz erstrecken und in Einlassöffnungen enden und entsprechend in Tabelle Ia angeführten X-, Y-Koordinatenwerten der Einlassöffnungen angeordnet sind.

9. Schaufel nach Anspruch 8, wobei die zwei Löcher des ersten, zweiten und dritten Satzes von Löchern (54, 56, 58) glatte Bohrungen in dem Schaft und dem Schwalbenschwanz des Flügels aufweisen.

10. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste, zweite und dritte Satz von Löchern (54, 56, 58) vier Löcher, drei Löcher und drei Löcher beinhaltet, die in Tabelle Ia mit 1-4, 5-7 und 8-10 nummeriert sind und gemäss jeweils entsprechenden, in Tabelle Ia angeführten X-, Y-Koordinatenwerten am Spitzen- und Fussabschnitt des Flügels angeordnet sind.

11. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Löcher des ersten Satzes von Löchern (54) Wirbler (60) aufweisen, die dort entlang voneinander getrennt sind und bei ungefähr 30 bis 40% bzw. 75 bis 85% der Flügellänge vom Fussabschnitt zum Spitzenabschnitt beginnen und enden.

12. Schaufel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei Löcher des zweiten Satzes von Löchern (56) Wirbler (62) aufweisen, die dort entlang voneinander getrennt sind und bei ungefähr 45 bis 55% bzw. 70 bis 80% der Flügellänge vom Fussabschnitt zum Spitzenabschnitt beginnen und enden.