CH702749A2

CH702749A2 - Turbinenschaufel mit abgeschirmtem Kühlmittelzuführungskanal.

Info

Publication number: CH702749A2
Application number: CH00313/11A
Authority: CH
Inventors: Dipankar Pal
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-08-31
Also published as: US8764379B2; CH702749B1; CN102168584A; DE102011000878B4; US20110206536A1; DE102011000878A1; JP5916047B2; JP2011174463A; CN102168584B

Abstract

Eine Turbinenschaufel für ein Turbinentriebwerk enthält Haupt-Kühlmittelkanäle, die sich zum Kühlen der Schaufel durch die Turbinenschaufel erstrecken. Ein Spitzen-Kühlmittelkanal (140) fördert Kühlmittel von einer an die Basis der Schaufel angrenzenden Stelle direkt zu der Spitze der Schaufel, um der Spitze der Schaufel direkt Kühlfluid zuzuführen. Dieses stellt sicher, dass sich das an der Spitze der Schaufel ankommende Kühlmittel auf einer relativ niedrigen Temperatur befindet, und daher eine effektive Kühlung des an der Spitze der Schaufel befindlichen Materials bereitstellen kann.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Turbinentriebwerke nutzen Turbinenschaufeln, die an der rotierenden Welle der Turbine befestigt sind. Durch den Turbinenabschnitt eines Turbinentriebwerkes hindurchtretende heisse Verbrennungsgase treffen auf die Turbinenschaufeln auf, was eine Drehung der Schaufeln und der daran befestigten Welle bewirkt. Typischerweise enthält ein Turbinentriebwerk mehrere Reihen von auf der sich drehenden Welle befestigten Schaufeln sowie mehrere Reihen stationärer Schaufeln. Die Reihen der sich drehenden und der stationären Schaufeln wechseln einander ab.

[0002] Heisse Verbrennungsgase, welche eine Reihe sich drehender Turbinenschaufeln passiert haben, treffen dann auf die nachfolgende Reihe stationärer Schaufeln auf. Die Reihe der stationären Laufschaufeln lenkt die Verbrennungsgase um, bevor sie an der nächsten Reihe der sich drehenden Turbinenschaufeln ankommen.

[0003] Sowohl die sich drehenden Turbinenschaufeln als auch die stationären Schaufeln sind einer extrem rauen Betriebsumgebung ausgesetzt. Die Schaufeln widerfahren hohe Temperaturen und der Durchtritt von extrem heissen Verbrennungsgasen bei hohen Geschwindigkeiten. Um den sich drehenden und nicht-drehenden Schaufeln in dem Turbinenabschnitt zu helfen, mit der rauen Betriebsumgebung zurechtzukommen, ist es üblich, Kühlkanäle in den Schaufeln selbst auszubilden. Die Kühlkanäle werden mit einem Kühlmittel, typischerweise in der Form gekühlter Druckluft, versorgt. Die Druckluft bewegt sich durch die Kühlkanäle in den Schaufeln, um die Kühlung der Schaufeln zu unterstützen, und das Kühlmittel verlässt dann üblicherweise die Schaufeln durch mehrere auf der Aussenoberfläche der Schaufeln ausgebildete Kühllöcher.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0004] In einem ersten Aspekt kann die Erfindung in einer Schaufel zur Verwendung in einer Turbine verkörpert sein, wobei die Schaufel einen Schaufelkörper mit einer Basis und einer Spitze enthält. Wenigstens ein Serpentinen-Kühlmittelkanal befindet sich im Inneren des Schaufelkörpers. Ein Spitzen-Kühlmittelkanal befindet sich ebenfalls in dem Schaufelkörper, wobei der Spitzen-Kühlmittelkanal direkt von einer an die Basis angrenzenden Stelle des Körpers zu einer an die Spitze angrenzenden Stelle des Körpers verläuft.

[0005] In einem weiteren Aspekt kann die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung einer Schaufel zur Verwendung in einer Turbine verkörpert sein. Das Verfahren beinhaltet die Erzeugung eines Schaufelkörpers mit einer Basis und einer Spitze, die Erzeugung wenigstens eines Serpentinen-Kühlmittelkanals im Inneren des Schaufelkörpers, und die Erzeugung eines Spitzen-Kühlmittelkanals im Inneren des Schaufelkörpers, wobei der Spitzen-Kühlmittelkanal direkt von einer an die Basis angrenzenden Stelle des Körpers zu einer an die Spitze angrenzenden Stelle des Körpers verläuft.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0006] Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel;

[0007] Fig. 2 ist ein Längsquerschnitt einer Turbinenschaufel;

[0008] Fig. 3 ist eine transversale Querschnittsansicht der in Fig. 2dargestellten Turbinenschaufel;

[0009] Fig. 4 ist eine Längsquerschnittsansicht einer weiteren Turbinenschaufel;

[0010] Fig. 5 ist eine transversale Querschnittsansicht der in Fig. 4dargestellten Turbinenschaufel;

[0011] Fig. 6 ist eine transversale Querschnittsansicht des Spitzenabschnittes einer Turbinenschaufel;

[0012] Fig. 7 ist eine transversale Querschnittsansicht des Spitzenabschnittes einer weiteren Ausführungsform der Turbinenschaufel;

[0013] Fig. 8 ist eine Längsquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Turbinenschaufel;

[0014] Fig. 9 ist eine Längsquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Turbinenschaufel.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0015] Fig. 1 stellt eine typische Turbinenschaufel auf einem Fuss 20 dar. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform soll eine rotierende Turbinenschaufel einer Turbine repräsentieren. Die Erfindung ist jedoch gleichermassen auf stationäre Turbinenschaufeln (Statorleitschaufeln) anwendbar.

[0016] Die Turbinenschaufel 10 enthält eine Vorderkante 12, eine Hinterkante 14 und eine Spitze 16. Mehrere Kühllöcher sind über der Oberfläche der Schaufel verteilt. Die Kühllöcher können angrenzend an die Vorderkante 12 der Schaufel befindliche Kühllöcher 17, angrenzend an die Hinterkante 14 der Schaufel befindliche Kühllöcher 18 und entlang dem Mittelabschnitt der Schaufel befindliche Kühllöcher 15 aufweisen. Zusätzlich können sich Kühllöcher 19 entlang dem Spitzenabschnitt der Schaufel befinden. Die in Fig. 1dargestellte Konfiguration soll lediglich veranschaulichend sein. Die Anordnungsmuster und Stellen der Kühllöcher können von einer Turbinenschaufelkonstruktion zur nächsten erheblich variieren.

[0017] Fig. 2 stellt einen Längsquerschnitt einer typischen Turbinenschaufel dar, welche Serpentinen-Kühlmittelkanäle enthält. Gemäss Darstellung in Fig. 2 nehmen die Serpentinen-Kühlmittelkanäle einen Strom eines Kühlmittels durch vier in der Basis der Schaufel befindliche Kühlmitteleinlässe auf. Die vier Kühlmitteleinlässe umfassen einen ersten Einlass 32, einen zweiten Einlass 34, einen dritten Einlass 36 und einen vierten Einlass 38. Obwohl diese Ausführungsform vier Kühlmitteleinlässe enthält, könnten weitere Ausführungsformen der Schaufeln mit Serpentinen-Kühlmittelkanälen unterschiedliche Anzahlen von Einlassen haben.

[0018] Wenn die Schaufel 10 auf einem zugeordneten Fuss 20 gemäss Darstellung in Fig. 1montiert ist, sind die ersten, zweiten, dritten und vierten Einlasse 32, 34, 36, 38 in dem Schaufelkörper zu entsprechenden in der Basis 20 befindlichen Kühlmittelauslässen ausgerichtet. Dieses ermöglicht, dass sich ein Kühlmittelstrom von der Basis 20 in das Innere des Schaufelkörpers bewegt.

[0019] In der in Fig. 2 dargestellten Turbinenschaufel sind zwei Serpentinen-Kühlmittelkanäle ausgebildet, um einen Strom eines Kühlmittels durch den gesamten Körper der Schaufel zirkulieren zu lassen. Der erste Serpentinen-Kühlmittelkanal befindet sich an der Vorderseite oder dem vorderen Abschnitt des Schaufelkörpers. Der erste Serpentinen-Kühlmittelkanal nimmt einen ersten Kühlmittelstrom durch den ersten Einlass 32 und den zweiten Einlass 34 auf. Das durch die ersten und zweiten Einlasse 32/34 eintretende Kühlmittel wird dann in einer ersten Sammelkammer 40 aufgenommen. Das Kühlmittel strömt dann entlang einem ersten sich nach oben erstreckenden Kanal 52 zu dem Spitzenabschnitt der Schaufel. An dem obersten Punkt der Schaufel wendet der Kühlmittelstrom um 180 Grad und strömt durch einen zweiten und sich nach unten erstreckenden Kanal 54 nach unten. Am untersten Punkt des zweiten nach unten gerichteten Kanals 54 wendet das Kühlmittel wiederum um 180 Grad und beginnt sich wieder die Schaufel aufwärts durch einen dritten nach oben sich erstreckenden Kanal 56 zurückzubewegen. Das Kühlmittel in dem dritten nach oben gerichteten Kanal 56 kann dann in einen vierten sich nach oben erstreckenden Kanal 58 durch mehrere zwischen den dritten und vierten Kanälen ausgebildete Durchgangslöcher 60 wechseln.

[0020] Das sich in dem vierten nach oben erstreckenden Kanal 58 befindliche Kühlmittel kann dann durch mehrere angrenzend an die Vorderkante 12 des Schaufelkörpers befindliche Kühllöcher entweichen. Zusätzlich könnte das Kühlmittel in den ersten, zweiten, dritten und vierten Kanälen durch die Seitenoberfläche der Schaufel durch entlang dem Mittenabschnitt des Schaufelkörpers ausgebildete Kühllöcher austreten. Zusätzlich könnte Kühlmittel aus den Kanälen auch durch entlang der Spitze der Schaufel befindliche Kühlmittelauslässe austreten.

[0021] Ein zweiter Serpentinen-Kühlmittelkanal ist entlang der hinteren Hälfte der Schaufel ausgebildet. Der zweite Serpentinen-Kühlmittelkanal nimmt Kühlmittel aus dem dritten Einlass 36 und dem vierten Einlass 38 auf. Das durch die dritten und vierten Einlasse eintretende Kühlmittel wird in einer Aufnahmekammer 42 aufgenommen. Das Kühlmittel strömt dann durch einen ersten sich nach oben erstreckenden Kanal 62 zu der Spitze der Schaufel. In der Nähe der Spitze wendet das Kühlmittel um 180 Grad und beginnt sich durch einen zweiten Kühlkanal 64 nach unten zu bewegen. Das Kühlmittel in dem zweiten Kanal 64 erreicht den untersten Punkt dieses Kanals und wendet dann um 180 Grad und beginnt entlang einem dritten nach oben sich erstreckenden Kühlkanal 66 zu steigen. Wie bei dem ersten Serpentinen-Kühlmittelkanal kann das Kühlmittel durch die ersten, zweiten und dritten Kanäle über Kühllöcher austreten, die auf den Oberflächen der Schaufel ausgebildet sind. Zusätzlich würde Kühlmittel typischerweise durch angrenzend an die Hinterkante der Schaufel befindliche Kühllöcher aus dem dritten Kühlmittelkanal 66 austreten. Ferner kann das Kühlmittel durch entlang der Spitze der Schaufel aus einem oder mehreren von dem ersten Kanal 62, zweiten Kanal 64 oder dritten Kanal 66 befindlichen Löchern austreten.

[0022] Eine transversale Querschnittsansicht dieser Turbinenschaufel ist in Fig. 3 dargestellt. Wie darin dargestellt, können Kühllöcher 15 entlang dem Mittenabschnitt der Schaufel einen Austritt des Kühlmittels beispielsweise aus dem zweiten nach unten sich erstreckenden Kühlmittelkanal 54 des ersten Serpentinen-Kühlmittelkanals zulassen. Ebenso könnte Kühlmittel aus angrenzend an die Vorderkante der Schaufel befindlichen Kühlmittellöchern 17 durch den vierten Kühlmittelkanal 58 des ersten Serpentinenkanals austreten.

[0023] Bei einer Turbinenschaufel gemäss Darstellung in den Fig. 2 und 3 hat Kühlmittel, welches die Spitze der Schaufel erreicht, typischerweise bereits einen oder mehrere von den sich nach oben und unten erstreckenden Kanälen der ersten und zweiten Serpentinen-Kühlmittelkanäle passiert. Demzufolge kann zu dem Zeitpunkt, an dem das Kühlmittel die Spitze der Schaufel erreicht, das Kühlmittel dann bereits auf eine sehr hohe Temperatur erwärmt sein. Dieses macht die Kühlung des Materials an der Spitze der Schaufel schwieriger. In einigen Konstruktionen erreicht das Kühlmittel die Spitze der Schaufel nicht, bis es bereits mehrere Durchläufe eines Serpentinen-Kühlmittelkanals passiert hat. Demzufolge ist die Kühlung der Spitze der Schaufel beeinträchtigt, und das Material muss tendenziell eine Temperatur aushalten, die höher als erwünscht ist.

[0024] Ebenso können die gleichen Nachteile für Statorlaufschaufeln eines Turbinentriebwerks vorliegen. In einigen Fällen enthalten auch die Statorleitschaufeln Serpentinen-Kühlmittelkanäle. Und in diesen Fällen kann das Kühlmittel mehr als einen Durchlauf entlang der Länge der Statorleitschaufel ausführen, bevor es an einem speziellen Abschnitt der Statorleitschaufel ankommt, was dazu führen kann, dass diese Abschnitte der Statorleitschaufeln heisser als erwünscht sind.

[0025] Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine alternative Möglichkeit einer Anordnung der Kühlmittelkanäle in einer Turbinenschaufel. In der in den Fig. 4und 5dargestellten Ausführungsform ist ein getrennter Kühlmittelkanal speziell dafür vorgesehen, Kühlmittel direkt von der Basis der Turbinenschaufel zu der Spitze der Turbinenschaufel zu führen. Das an der Spitze durch diesen speziellen Kanal ankommende Kühlmittel hat nicht mehrere Serpentinen-Kühlmittelkanäle vor der Ankunft an der Spitze passiert. Zusätzlich ist das sich durch den getrennten Kühlmittelkanal bewegende Kühlmittel teilweise von den heissen Umgebungsabschnitten der Schaufel abgeschirmt. Als Folge dieser Faktoren ist die Temperatur des an der Spitze erhaltenen Kühlmittels deutlich niedriger, als wenn das Kühlmittel zuerst mehrere Durchläufe durch einen nicht abgeschirmten Turbinenkanal genommen hätte. Dieses macht es möglich, das Material an der Spitze effektiver zu kühlen.

[0026] Gemäss Darstellung in den Fig. 4und 5 sind die ersten und zweiten Serpentinenkanäle noch vorhanden. Der erste Serpentinenkanal nimmt einen Kühlmittelstrom aus einem ersten Einlass 110 und einem zweiten Einlass 112 auf. Das Kühlmittel strömt in eine erste Auf nähme kämme r 120 und tritt dann in die den ersten Serpentinen-Kühlmittelkanal ausbildenden zusätzlichen Kanäle ein. Dieser beinhaltet einen ersten sich nach oben erstreckenden Kanal 122, einen zweiten sich nach unten erstreckenden Kanal 124 und zwei sich nach oben erstreckende Kanäle 126 und 128, welche durch mehrere Durchgangslöcher 130 verbunden sind. Wie bei der unter Bezugnahme auf die Fig. 2und 3 beschriebenen Ausführungsform kann Kühlmittel aus jedem einzelnen oder mehreren von diesen Kanälen durch Kühlmittellöcher austreten, die sich auf der Oberfläche der Turbinenschaufel befinden.

[0027] Wie es ebenfalls in Fig. 4dargestellt ist, nimmt der zweite Turbinenkanal einen Kühlmittelstrom aus einem dritten Einlass 114 und einem vierten Einlass 115 auf. Dieses Kühlmittel wird in einer Kammer 122 aufgenommen und das Kühlmittel bewegt sich dann in einem ersten sich nach oben erstreckenden Kanal 132. Das Kühlmittel geht auf einen zweiten sich nach unten erstreckenden Kanal 144 und dann in einen dritten sich nach oben erstreckenden Kanal 146 über.

[0028] In dieser Konstruktion wird Kühlmittel in den ersten und zweiten Serpentinenkanälen Kühllöchern auf allen Abschnitten des Schaufelkörpers mit Ausnahme derjenigen an der Spitze der Schaufel zugeführt. Stattdessen befindet sich ein vollständig getrennter Spitzen-Kühlmittelkanal 140 angenähert in der Mitte des Schaufelkörpers. Der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 wird mit Kühlmittel durch einen fünften Kühlmitteleinlass 113 gespeist, der sich an der Basis der Schaufel befindet. Das Kühlmittel verläuft durch den Spitzen-Kühlmittelkanal 140 direkt von dem fünften Einlass 113 zu der Spitze der Schaufel.

[0029] Gemäss Darstellung in Fig. 5kann sich der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 zwischen den ersten sich nach oben erstreckenden Kanälen 122, 142 der ersten und zweiten Serpentinen-Kühlmittelkanäle befinden. Dieses kann erreicht werden, indem die Form der Wände der ersten sich nach oben erstreckenden Kanäle 122, 142 im Vergleich zu der in den Fig. 2und 3 dargestellten Ausführungsform leicht modifiziert wird. Wenn der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 in dieser Weise ausgebildet ist, dient dieses der Abschirmung des Kühlmittels in dem Spitzen-Kühlmittelkanal 140 von dem heissen Material des Schaufelkörpers, da die Seiten des Spitzen-Kühlmittelkanals 140 teilweise von dem Kühlmittel in den umgebenden Serpentinenkanälen teilweise umgeben sind.

[0030] Fig. 6 und 7 veranschaulichen zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Spitzenabschnittes einer Schaufel, welche einen getrennten Spitzen-Kühlmittelkanal enthält. In der in Fig. 6dargestellten Ausführungsform ist ein Spitzen-Kühlmittelreservoir 10 an der hinteren Hälfte der Spitze des Schaufelkörpers ausgebildet. Das Spitzen-Kühlmittelreservoir 160 nimmt Kühlmittel aus dem Spitzen-Kühlmittelkanal 140 auf. Das Kühlmittel wird dann durch die entlang der hinteren Hälfte der Schaufel befindlichen mehreren Spitzen-Kühllöcher 19 ausgestossen.

[0031] Fig. 7 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, wobei jedoch in dieser Ausführungsform das Spitzen-Kühlmittelreservoir 160 auch das durch den Spitzen-Kühlmittelkanal 140 aufgenommene Kühlmittel entlang der gesamten Länge der Spitze der Schaufel ausgebildeten Spitzenkühllöchern 19 zuführt.

[0032] In alternativen Ausführungsformen könnte das Spitzen-Kühlmittelreservoir 160 Kühlmittel entlang zusätzlichen Abschnitten der Vorder- und Hinterkanten der Schaufel befindlichen Spitzen-Kühllöchern sowie auf der Niederdruckseite des Schaufelkörpers befindlichen Kühlmittellöchern zuführen.

[0033] In noch weiteren Ausführungsformen könnte das Kühlmittel in dem Spitzen-Kühlmittelreservoir 160 nach unten in die letzten Abschnitte der Serpentinenkanäle geführt werden, die sich entlang den Vorder- und Hinterkanten der Schaufel befinden. Beispielsweise und gemäss Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5könnte Kühlmittel in dem Spitzen-Kühlmittelreservoir 160 in den zweiten sich nach oben erstreckenden Kanal 128 an der Vorderkante und/oder in den zweiten sich nach oben erstreckenden Kanal 146 an der Hinterkante eingespeist werden. Da diese Kanäle 128/146 derzeit nur Kühlmittel aufnehmen, nachdem es mehrere Durchläufe eines Serpentinenkanals durchlaufen hat, würde ein Betrieb in dieser Weise dazu beitragen, Kühlmittel mit einer niedrigeren Temperatur an diese Abschnitte des Schaufelkörpers zu liefern.

[0034] In der in den Fig. 4und 5 dargestellten Ausführungsform nahm der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 einen Strom des Kühlmittels durch einen an der Basis des Schaufelkörpers befindlichen fünften Einlass 113 auf. Diese Ausführungsform könnte eine Modifikation an der Basis erfordern, die den Schaufelkörper hält, sodass die Basis einem neuen fünften Kühlmitteleinlass in dem Schaufelkörper Kühlmittel zuführen kann. Obwohl diese Ausführungsform Vorteile haben kann, weil sie sicherstellt, dass das Kühlmittel, welches von der Basis aufgenommen wird, direkt an die Spitze des Schaufelkörpers zugeführt wird, kann diese ebenfalls eine Modifikation an der Basis erfordern, welche den Schaufelkörper hält.

[0035] Fig. 8 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schaufelkörpers, welcher einen Spitzen-Kühlmittelkanal enthält, welcher aber keinerlei Modifikationen an der Basis erfordert, welcher den Schaufelkörper hält. In dieser Ausführungsform würde der erste Serpentinen-Kühlmittelkanal weiter Kühlmittel aus einem ersten Kühlmitteleinlass 32 und einem zweiten Kühlmitteleinlass 34 aufnehmen. Jedoch würde das aus den ersten und zweiten Kühlmitteleinlässen aufgenommene Kühlmittel dann sowohl dem entlang der vorderen Hälfte des Schaufelkörpers ausgebildeten ersten Serpentinenkanal sowie dem Spitzen-Kühlmittelkanal 140 zugeführt. Somit wäre es nicht erforderlich, die Basis zu ändern, dass sie einen fünften Kühlmitteleinlass enthält.

[0036] Fig. 9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer Turbinenschaufel, welche keine Modifikation der Basis erfordern würde. In dieser Ausführungsform ist der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 direkt mit dem zweiten Kühlmitteleinlass 34 verbunden. Somit würde dem ersten Serpentinen-Kühlmittelkanal dann nur Kühlmittel aus dem ersten Kühlmitteleinlass 32 zugeführt werden.

[0037] In alternativen Ausführungsformen könnte der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 auch sowohl durch die dritten als auch vierten Kühlmitteleinlässe 36, 38 gespeist werden. Alternativ könnte der Spitzen-Kühlmittelkanal 10 durch den dritten Kühlmitteleinlass 36 gespeist werden und ein vierter Kühlmitteleinlass 38 könnte zur Zuführung von Kühlmittel nur zu dem zweiten Kühlmittelkanal auf der hinteren Hälfte der Schaufel verwendet werden. Natürlich wären verschiedene weitere Kombinationen ebenfalls möglich.

[0038] Wie vorstehend erwähnt, stellt das Vorsehen eines getrennten Spitzen-Kühlmittelkanals, der direkt von der Basis zu der Spitze der Schaufel führt, sicher, dass das an der Spitze aufgenommene Kühlmittel mit einer relativ niedrigen Temperatur ankommt, sodass das Kühlmittel eine effektive Kühlung des Materials an der Spitze der Schaufel erzeugen kann.

[0039] Zusätzlich liegt mit einer Struktur, wie in Fig. 5 dargestellt, bei der der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 angenähert in der Mitte der Dicke der Schaufel nach oben verläuft, und bei der der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 zwischen den Serpentinen-Kühlmittelkanälen eingeschlossen ist, eine wahrscheinlich ein geringerer Wärmegradient über der Schaufel im Vergleich zu einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform vor. Der Spitzen-Kühlmittelkanal 140 ist insbesondere vor einer direkten Wärmeübertragung von den Seiten des Schaufelkörpers geschützt. Der geringere Wärmegradient über der Dicke der Schaufel kann auch zu einer Steigerung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Turbinenschaufeln beitragen.

[0040] Wie vorstehend erwähnt, könnte die Bereitstellung eines speziellen Spitzen-Kühlmittelkanals von einer an die Basis der Schaufel angrenzenden Position aus direkt zu der Spitze der Schaufel sowohl bei sich drehenden Turbinenschaufeln als auch nicht-drehenden (Stator-Schaufeln) erfolgen. Die durch den speziellen Spitzen-Kühlmittelkanal bereitgestellten Vorteile sind gleichermassen auch auf andere Schaufeltypen anwendbar.

[0041] In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen befinden sich die Spitzen-Kühlmittelkanäle hauptsächlich in der Mitte der Dicke der Schaufel. Zusätzlich wurde der Spitzen-Kühlmittelkanal an einem Abschnitt eines Schaufelkörpers angeordnet, welcher angenähert in Mitte zwischen den Vorder-und Hinterkanten der Schaufel liegt. In alternativen Ausführungsformen könnte sich der Spitzen-Kühlmittelkanal an anderen Stellen befinden. Die in den Fig. 3A-7 dargestellten Ausführungsformen sollen nur veranschaulichend sein und bezüglich der Lage des Spitzenkanals nicht einschränkend sein.

[0042] Ferner beschreibt die vorstehend gegebene Beschreibung einen Schaufelkörper, welcher vier Kühlmitteleinlässe enthält. In alternativen Ausführungsformen könnte ein Schaufelkörper nur einen einzigen Kühlmitteleinlass oder eine beliebige Anzahl von Kühlmitteleinlässen enthalten. Turbinenschaufeln, welche die Erfindung verkörpern und einen speziellen Spitzen-Kühlmittelkanal enthalten, könnten Kühlmittel entweder aus nur einem oder mehrere Kühlmitteleinlässen nutzen, die sich an der Basis des Schaufelkörpers befinden.

[0043] Ferner sind in der vorstehenden Beschreibung die Haupt-Kühlmittelkanäle der Schaufeln Serpentinenkanäle. Die Erfindung ist jedoch gleichermassen auf Schaufeln anwendbar, die andere Arten von Haupt-Kühlmittelkanälen haben. Beispielsweise ist die Erfindung gleichermassen auf Schaufeln anwendbar, die in Umfangsrichtung gekühlt werden.

[0044] In einer in Umfangsrichtung gekühlten Schaufel sind typischerweise mehrere Kühlmittelkanäle vorhanden, die von der Basis der Schaufel bis zu der Spitze der Schaufel verlaufen. Die Kühlmittelkanäle verlaufen im Wesentlichen über die volle Höhe der Schaufel nach oben. Demzufolge hat sich zu dem Zeitpunkt, an dem das Kühlmittel die Spitze der Schaufel erreicht, das Kühlmittel bereits während des Hochlaufs an der Schaufel erhitzt.

[0045] Wenn ein getrennter Spitzen-Kühlmittelkanal in einer in Umfangsrichtung gekühlten Schaufel bereitgestellt und der Spitzen-Kühlmittelkanal während seines Hochlaufs zur Höhe der Schaufel thermisch abgeschirmt wird, ist das die Spitze durch den Spitzen-Kühlmittelkanal erreichende Kühlmittel deutlich kühler als das Kühlmittel, das die Spitze durch die normalen Kühlkanäle erreicht. Somit könnte eine Schaufel mit in Umfangsrichtung gekühlter Schaufel ebenfalls von einem getrennten Spitzen-Kühlmittelkanal profitieren.

[0046] Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit als die praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, dürfte es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in den Erfindungsgedanken und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, abdecken soll.

[0047] Eine Turbinenschaufel für ein Turbinentriebwerk enthält Haupt-Kühlmittelkanäle, die sich zum Kühlen der Schaufel durch die Turbinenschaufel erstrecken. Ein Spitzen-Kühlmittelkanal fördert Kühlmittel von einer an die Basis der Schaufel angrenzenden Stelle direkt zu der Spitze der Schaufel, um der Spitze der Schaufel direkt Kühlfluid zuzuführen. Dieses stellt sicher, dass sich das an der Spitze der Schaufel ankommende Kühlmittel auf einer relativ niedrigen Temperatur befindet, und daher eine effektive Kühlung des an der Spitze der Schaufel befindlichen Materials bereitstellen kann.

Bezugszeichenliste

[0048] <tb>10<sep>Turbinenschaufel <tb>12<sep>Vorderkante <tb>14<sep>Hinterkante <tb>16<sep>Spitze <tb>15, 17, 19<sep>Kühllöcher <tb>20<sep>Fuss <tb>32<sep>erster Einlass <tb>34<sep>zweiter Einlass <tb>36<sep>dritter Einlass <tb>38<sep>vierter Einlass <tb>40<sep>erste Sammelkammer <tb>42<sep>Aufnahmekammer <tb>52, 62, 122, 142<sep>erster sich nach oben erstreckender Kanal <tb>54, 124, 144<sep>zweiter sich nach unten erstreckender Kanal <tb>56, 146<sep>dritter sich nach oben erstreckender Kanal <tb>58<sep>vierter sich nach oben erstreckender Kanal <tb>60, 130<sep>Durchgangslöcher <tb>62, 64<sep>zweiter Kühlkanal <tb>66<sep>dritter sich nach oben erstreckender Kühlmittelkanal <tb>110<sep>erster Einlass <tb>112<sep>zweiter Einlass <tb>113<sep>fünfter Einlass <tb>114<sep>dritter Einlass <tb>115<sep>vierter Einlass <tb>120<sep>erste Aufnahmekammer <tb>122<sep>Kammer <tb>126, 128<sep>sich nach oben erstreckende Kanäle <tb>140<sep>Spitzen-Kühlmittelkanal <tb>160<sep>Spitzen-Kühlmittelreservoir

Claims

1. Schaufel zur Verwendung in einer Turbine, aufweisend: einen Schaufelkörper mit einer Basis und einer Spitze; wenigstens einen Haupt-Kühlmittelkanal, der sich im Inneren des Schaufelkörpers befindet; und einen Spitzen-Kühlmittelkanal, der sich in dem Schaufelkörper befindet, wobei der Spitzen-Kühlmittelkanal direkt von einer an die Basis angrenzenden Stelle des Körpers zu einer an die Spitze angrenzenden Stelle des Körpers verläuft.

2. Schaufel nach Anspruch 1, wobei der Spitzen-Kühlmittelkanal mit einem wärmeisolierenden Material beschichtet ist.

3. Schaufel nach Anspruch 1, die ferner ein an der Spitze des Körpers befindliches Spitzen-Kühlmittelreservoir aufweist, wobei sich der Spitzen-Kühlmittelkanal in das Spitzen-Kühlmittelreservoir öffnet.

4. Schaufel nach Anspruch 3, die mehrere auf einer Oberfläche der Schaufel angrenzend an die Spitze befindliche Spitzen-Kühlmittellöcher aufweist, wobei jedes von den Spitzen-Kühlmittellöchern mit dem Spitzen-Kühlmittelreservoir in Verbindung steht, sodass Kühlmittel in dem Spitzen-Kühlmittelreservoir den Körper durch die Spitzen-Kühlmittellöcher verlassen kann.

5. Schaufel nach Anspruch 1, wobei der Körper eine Höhe, eine Breite und eine Dicke besitzt, wobei sich der Spitzen-Kühlmittelkanal in der Höhenrichtung erstreckt, und wobei sich eine Längsachse des Spitzen-Kühlmittelkanals angenähert bei einer Mitte einer Dicke des Körpers befindet.

6. Schaufel nach Anspruch 5, wobei sich der Spitzen-Kühlmittelkanal angenähert entlang dem dicksten Abschnitt des Körpers befindet.

7. Schaufel nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Haupt-Kühlmittelkanal erste und zweite Haupt-Kühlmittelkanäle aufweist, wobei sich der erste Haupt-Kühlmittelkanal entlang einem Vorderkantenabschnitt des Körpers befindet, wobei sich der zweite Haupt-Kühlmittelkanal entlang einem Hinterkantenabschnitt des Körpers befindet, und wobei sich der Spitzen-Kühlmittelkanal zwischen den ersten und zweiten Kühlmittelkanälen befindet.

8. Schaufel nach Anspruch 1, die ferner einen Kühlmitteleinlass aufweist, der sich an der Basis des Körpers befindet, wobei der Kühlmitteleinlass Kühlmittel aus einem Befestigungsabschnitt aufnimmt, der den Körper festhält, und wobei das durch den Kühlmitteleinlass aufgenommene Kühlmittel sowohl dem wenigstens einen Haupt-Kühlmittelkanal als auch dem Spitzen-Kühlmittelkanal zugeführt wird.

9. Schaufel nach Anspruch 1, die ferner an der Basis des Körpers befindliche erste und zweite Kühlmitteleinlässe aufweist, wobei sowohl die ersten als auch zweiten Kühlmitteleinlässe Kühlmittel aus einem Befestigungsabschnitt aufnehmen, der den Körper festhält, wobei das durch den ersten Kühlmitteleinlass aufgenommene Kühlmittel in den wenigstens einen Haupt-Kühlmittelkanal geführt wird, und wobei das durch den zweiten Kühlmitteleinlass aufgenommene Kühlmittel in den Spitzen-Kühlmittelkanal geführt wird.

10. Schaufel nach Anspruch 1, die ferner an der Basis des Körpers befindliche erste und zweite Kühlmitteleinlässe aufweist, wobei sowohl die ersten als auch zweiten Kühlmitteleinlässe Kühlmittel aus einem Befestigungsabschnitt aufnehmen, der den Körper festhält, und wobei durch die ersten und zweiten Kühlmitteleinlässe aufgenommenes Kühlmittel sowohl in den wenigstens einen Haupt-Kühlmittelkanal als auch in den Spitzen-Kühlmittelkanal geführt wird.