DE102008003412B4 - In einen Turbinenrotor eingebaute Turbinenschaufelabdeckung mit Prallkühlung sowie Kühlverfahren - Google Patents

In einen Turbinenrotor eingebaute Turbinenschaufelabdeckung mit Prallkühlung sowie Kühlverfahren Download PDF

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Abstract

Turbinenschaufel, umfassend:einen Wurzelabschnitt (14) zur Befestigung der Schaufel an einem Turbinenrotor;einen Schaufelblattabschnitt (12, 212, 412), der sich von der Wurzel aus in Längsrichtung erstreckt;zumindest einen sich durch das Schaufelblatt erstreckenden Schaufelblatt-Kühlkanal, wobei der Schaufelblatt-Kühlkanal einen Einlass für die Aufnahme eines Kühlfluidstroms aufweist;eine von dem Schaufelblatt nach außen hervorstehende Abdeckung (20, 120, 220, 420) mit einer radial einwärts orientierten Oberfläche und einer radial auswärts orientierten Oberfläche;eine Wand, die zumindest eine Ausgangsöffnung für aus dem Schaufelblatt-Kühlkanal austretendes Kühlfluid definiert;zumindest eine Abdeckungskühlkammer 130, 142, 230, 242, 342, 430), die strömungstechnisch ist zumindest einer Ausgangsöffnung verbunden ist, wobei die Ausgangsöffnung auf eine Ziel-Wandfläche der Kühlkammer gerichtet ist, wodurch die Ausgangsöffnung eine Prallkühlöffnung (132, 232, 432) definiert, die zur Prallkühlung der Ziel-Wandfläche (134, 234, 434) als Prallzone dient, undzumindest eine Auslassöffnung (140, 236 240) zum Ausleiten von verbrauchtem Prallkühlfluid aus der Kühlkammer.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel für eine Turbine, wie beispielsweise ein Flugzeugtriebwerk, eine Gasturbine, eine Dampfturbine usw. Im engeren Sinn bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Kühlung einer Turbinenschaufelspitzenabdeckung. Die Erfindung und ihr Hintergrund werden mit Bezug auf eine Gasturbine beschrieben, die hier als nicht einschränkendes Beispiel dient.
  • Eine Gasturbine umfasst typischerweise einen Verdichterabschnitt, der verdichtete Luft erzeugt. Treibstoff wird mit einem Teil der verdichteten Luft gemischt und in einer oder mehreren Brennkammern verbrannt, wodurch verdichtetes Heißgas erzeugt wird. Das verdichtete Heißgas wird in einem Turbinenabschnitt ausgedehnt, um Rotationsenergie einer Welle zu erzeugen. Der Turbinenabschnitt umfasst typischerweise eine Vielzahl alternierender Reihen von stationären Leitschaufeln (Düsen) und rotierenden Laufschaufeln (Blättern). Jede der rotierenden Laufschaufeln weist einen Blattabschnitt und einen Wurzelabschnitt (Schaufelfuß) auf und ist mit Letzterem an einem Rotor befestigt.
  • Da die Schaufeln dem von den Brennkammern ausgelassenen Heißgas ausgesetzt sind, sind Kühlverfahren erforderlich, um einen zweckmäßigen Lebenszyklus der Konstruktion zu erhalten. Die Schaufelkühlung wird traditionell durch Entnahme eines Teils der verdichteten Luft aus dem Verdichter und Weiterleitung dieser Luft zu dem Turbinenabschnitt unter Umgehung der Brennkammern erreicht. Diese Kühlluft strömt nach ihrer Einleitung in den Turbinenabschnitt durch in den Schaufelblattabschnitten der Schaufeln ausgebildete Kanäle. Häufig werden radiale Kanäle bereitgestellt, die die Kühlluft radial auswärts an der Schaufelspitze auslassen.
  • Auf vielen rotierenden Lauschaufeln werden integrierte Spitzenabdeckungen an den radial auswärts gelegenen Schaufelenden verwendet, um eine Außenoberfläche des Kanals zu schaffen, den die Heißgase passieren müssen. Die Abdeckung als integrierter Teil des Blatts führt zu einer verbesserten Triebwerksleistung. Von daher ist es wünschenswert, die gesamte Außenfläche mit den Spitzenabdeckungen zu bedecken. Integrierte Abdeckungen auf rotierenden Schaufelblättern sind jedoch auf Grund der mechanischen Kräfte, die durch die Rotationsgeschwindigkeit auf sie ausgeübt werden, hochbeanspruchte Teile. Die Hochtemperatur-Umgebung macht es in Verbindung mit den hohen Beanspruchungen zu einer Herausforderung, eine Abdeckung zu konstruieren, die während der gesamten Gebrauchsdauer der anderen Schaufelbestandteile wirkungsvoll funktioniert. Zwei Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe bestehen in einer Reduzierung der Beanspruchung und/oder einer Reduzierung der Temperatur.
  • Ein übliches Verfahren zur Reduzierung der Beanspruchung besteht darin, einen Teil der überhängenden Abdeckung zu entfernen (die Abdeckung zu „zacken“) und dadurch die einwirkende Last zu reduzieren. Die Reduzierung der Deckfläche der Spitzenabdeckung wirkt sich jedoch nachteilig auf die Triebwerksleistung aus. Zusätzlich oder alternativ strömt an der Schaufelspitze austretende Kühlluft über die radial auswärts orientierte Abdeckungsoberfläche, um für ein gewisses Maß an Filmkühlung zu sorgen.
  • Ferner wird in US 6 761 534 B1 eine Turbinenschaufel offenbart, innerhalb der mehrere Kühlöffnungen angeordnet sind, die in zwei Kammern in der Spitzenabdeckung führen. Ein Teil der Kühlluft wird auch durch die Dosieröffnungen in den Oberseiten der Abdeckungen abgeführt. US 6499 950 B2 beschreibt einen offenen Kühlkreislauf für eine Gasturbinenschaufel, wobei die Schaufel einen Schaufelabschnitt und einen Spitzenmantel aufweist. Der Kühlkreislauf weist eine Vielzahl von radialen Kühllöchern auf, die sich durch den Schaufelabschnitt erstrecken und mit einem vergrößerten Innenbereich innerhalb des Spitzenmantels in Verbindung stehen, bevor sie aus dem Spitzenmantel austreten. EP 1 865 149 A2 beschreibt einen serpentinenförmigen Kühlkreislauf, der in einer Gasturbinenschaufel gebildet ist.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel mit einer wirkungsvoller gekühlten Schaufelspitzenabdeckung bereitzustellen.
  • Die Erfindung wird gelöst durch die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 und das Verfahren zur Kühlung eines Gasturbinenschaufelblatts gemäß Anspruch 8. Die vorliegende Erfindung schlägt insbesondere die Verwendung einer lokalisierten, gerichteten Prallkühlung vor, um die Metalltemperatur in hochbeanspruchten Bereichen der Spitzenabdeckung zu reduzieren, hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, in den Kehlen zwischen dem Schaufelblatt und der Spitzenabdeckung. Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Kühlung einer Spitzenabdeckung unter Verwendung einer derartigen Prallkühlung zur Verfügung.
  • Die Erfindung kann sich daher in einer Turbinenschaufel verkörpern, die umfasst: einen Wurzelabschnitt zur Befestigung der Schaufel an einem Turbinenrotor; einen sich in Längsrichtung von dieser Wurzel erstreckenden Schaufelblattabschnitt; zumindest einen Schaufelblatt-Kühlkanal, der sich durch das Schaufelblatt erstreckt, wobei dieser Schaufelblatt-Kühlkanal einen Einlass zur Aufnahme eines Kühlfluidstroms aufweist; eine Abdeckung, die von dem Schaufelblatt nach außen hervorsteht und eine radial einwärts orientierte Oberfläche und eine radial auswärts orientierte Oberfläche aufweist; eine Wand, die zumindest eine Auslassöffnung für aus dem Schaufelblatt-Kühlkanal austretende Kühlfluid aufweist; zumindest eine in der Abdeckung angeordnete Kühlkammer, die strömungstechnisch mit zumindest einer der Auslassöffnungen verbunden ist, wobei diese Auslassöffnung auf eine Ziel-Wandfläche der Kühlkammer gerichtet ist, wodurch die genannte Auslassöffnung eine Prallkühlöffnung umgrenzt, die zur Prallkühlung der Ziel-Wandfläche als Prallkühlzone dient, und zumindest eine Auslassöffnung, um verbrauchte Prallkühlfluid aus der genannten Kühlkammer auszuleiten.
  • Die Erfindung kann sich auch in einem Turbinenrotor mit einer Reihe von Turbinenschaufeln verkörpern, wobei zumindest eine der Turbinenschaufeln umfasst: einen Wurzelabschnitt zur Befestigung der Schaufel an einem Turbinenrotor; einen sich in Längsrichtung von dieser Wurzel erstreckenden Schaufelblattabschnitt; zumindest einen Schaufelblatt-Kühlkanal, der sich durch das Schaufelblatt erstreckt, wobei dieser Schaufelblatt-Kühlkanal einen Einlass zur Aufnahme eines Kühlfluidstroms aufweist; eine Abdeckung, die von dem Schaufelblatt nach außen hervorsteht und eine radial einwärts orientierte Oberfläche aufweist; eine Wand, die zumindest eine Auslassöffnung für aus dem Schaufelblatt-Kühlkanal austretende Kühlfluid definiert; zumindest eine in der Abdeckung angeordnete Kühlkammer, die strömungstechnisch mit zumindest einer der Auslassöffnungen verbunden ist, wobei diese Auslassöffnung so ausgerichtet ist, dass sie Kühlfluid in Richtung auf eine Ziel-Prallkühlzone leitet, wodurch diese Auslassöffnung eine Prallkühlöffnung zur Prallkühlung der genannten Ziel-Prallkühlzone umgrenzt, und zumindest eine Auslassöffnung, um verbrauchte Prallkühlfluid aus der genannten Kühlkammer auszuleiten.
  • Die Erfindung kann sich ferner in einem Verfahren zur Kühlung eines Gasturbinenschaufelblatts verkörpern, der eine mit ihm verbundene, im Wesentlichen ebene Abdeckung aufweist, die sich in einer zu dem Schaufelblatt im Wesentlichen rechtwinkligen Ebene erstreckt, wobei das Verfahren umfasst: a) die Bereitstellung von zumindest einem Schaufelblatt-Kühlkanal in dem genannten Schaufelblatt; b) die Bereitstellung von zumindest einer Kühlkammer in der genannten Abdeckung; c) die Führung von Kühlluft aus dem zumindest einen Kühlkanal in dem Schaufelblatt durch zumindest eine Prallkühlöffnung in Richtung auf eine Wandfläche der zumindest einen Kühlkammer und d) die Ausleitung verbrauchter Prallkühlluft durch zumindest eine Auslassöffnung in der Kühlkammer.
  • Diese und andere Gegenstände und Vorteile dieser Erfindung werden durch sorgfältiges Studium der folgenden detaillierteren Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden und erkannt.
    • 1 ist eine schematische Perspektive einer konventionellen Turbinenschaufel mit Spitzenabdeckung;
    • 2 ist eine schematische Draufsicht auf konventionelle Spitzenabdeckungen, wobei die „gezackte“ Ausbildung der Abdeckung dargestellt wird;
    • 3 ist ein Schemaquerschnitt einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
    • 4 ist ein Schemaquerschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
    • 5 ist ein Schemagrundriss der in 3 gezeigten Struktur gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform.
    • 6 ist ein Schemagrundriss der in 3 gezeigten Struktur gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform.
    • 75 ist ein Schemagrundriss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und
    • 8 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 8-8 in 7.
  • In 1 ist eine typische Schaufel mit Kühlkanälen, die an der Schaufelspitze austreten, um Kühlluft über die Spitzenabdeckung zu leiten, schematisch dargestellt. Wie hier schematisch dargestellt ist, besteht jede Turbinenschaufel 10 aus einem Schaufelblattabschnitt 12 und einem Wurzelabschnitt 14. Der Schaufelblattabschnitt weist eine Anströmkante und eine Abströmkante auf. Eine im Grundsatz konkave Druckfläche und eine im Grundsatz konvexe Saugfläche erstrecken sich zwischen den Anström- und Abströmkanten auf einander gegenüber liegenden Seiten des Schaufelblatts. In dem dargestellten Beispiel besteht die Schaufelwurzel 14 aus einem Schaft 16 und einem Schwalbenschwanz 18 zum Einrasten in eine entsprechende Schwalbenschwanznut auf dem Rotor, um die Schaufel an dem Rotor zu befestigen.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist an der Spitze des Schaufelblatts 12 eine Abdeckung 20 ausgebildet und erstreckt sich von dem Schaufelblatt auswärts. Die Abdeckung verfügt daher über radial einwärts und radial auswärts orientierte Oberflächen und ist dem heißen, verdichteten Gas ausgesetzt, das den Turbinenabschnitt durchströmt. Jede Abdeckung verfügt über Auflagerflächen 22, 24, über die sie mit der Abdeckung einer benachbarten Schaufel in Kontakt steht, wodurch die Vibration der Schaufeln beschränkt wird. Ferner erstrecken sich typischerweise ein oder mehrere Leitblech(e) 26 von der Abdeckung radial auswärts, um die Leckage von hei-ßem Gas ringsum die entsprechende Schaufelreihe zu verhindern. In einigen konventionellen Schaufelstrukturen erstreckt sich eine Vielzahl von Kühlluftkanälen durch die Schaufel radial auswärts in die Schaufelspitze. In anderen konventionellen Schaufelstrukturen sind in dem Schaufelblatt gewundene Kanäle ausgebildet. Wie in 2 gezeigt, enden radiale Kühlluftkanäle herkömmlicherweise an Luftauslassöffnungen 28, die es der Kühlluft erlauben, an der radial auswärts gelegenen Oberfläche der Abdeckung auszutreten. Obwohl in 2 neun Öffnungen 28 dargestellt sind, kann auch eine größere oder geringere Anzahl von Kanälen verwendet werden.
  • Die in Konstruktionen bis zum heutigen Tag verwendeten Kühlverfahren sind hauptsächlich konvektiver Art und basieren darauf, dass die Kanalströmung für die Kühlung der Innenseite des Bauteils sorgt. Prallkühlung wird bei Schaufeln häufig an den Anströmkanten der Schaufelblätter eingesetzt, aber die Kühlung der konvexen und konkaven Schaufelblattseiten ist weniger üblich, wie es auch weniger üblich ist, die Abströmkanten zu kühlen. Die Erfindung schlägt eine neue Konstruktion zur Kühlung einer Schaufelspitzenabdeckung einer industriellen Gasturbine oder einer Flugzeugtriebwerksschaufel vor. Genauer gesagt wird lokalisierte, gerichtete Prallkühlung eingesetzt, um die Metalltemperatur in hoch beanspruchten Bereichen der Spitzenabdeckung zu reduzieren, hauptsächlich in der Kehle zwischen dem Schaufelblatt und der Spitzenabdeckung. Diese Reduzierung der Betriebstemperatur sorgt für eine Verlängerung der Bauteil-Gebrauchsdauer oder ermöglicht es, dasselbe Bauteil ohne Nachteil für die Gebrauchsdauer in einer heißeren Umgebung einzusetzen.
  • Es existieren mehrere Verfahren zur Erzeugung von Prallkühlung in einer Spitzenabdeckung. Ein beispielhaftes Verfahren besteht darin, die Prallkühlöffnungen durchgehend durch einen integralen Teil der Schaufel auszubilden. Diese Öffnungen können beim Guss in dem Bauteil ausgebildet werden oder durch Bearbeitungsverfahren nach dem Guss hergestellt werden. In 3 und 4 werden 2 Beispiele für eine Prallkühlung gezeigt, die in der Form einer integralen Prallkühlbrücke auf die Kehle zwischen Schaufelblatt und Abdeckung abzielt. 3 zeigt eine Prallkühlung in eine überwiegend offene Kühlkammer 142 der Abdeckung, wobei 4 eine Prallkühlung in eine Kühlkammer in der Form eines engen Kanals 242 zeigt, der für einen hervorragenden Kanalströmungs-Wärmeübergang stromab von der Aufprallzone sorgen würde. Es sollte jedoch beachtet werden, dass auch andere Aufprall-/Strömungskonfigurationen zur Verfügung gestellt werden können.
  • Bezogen auf den Schemaquerschnitt in 3: In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine mit der Kühlluft aus dem Schaufelblatt 112 verbundene, abgedichtete oder überwiegend abgedichtete Kammer 130 in der Spitzenabdeckung 120 als eine Quelle von Prallkühlströmung verwendet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist diese innere Kammer 130 ausreichend abgedichtet, um unter Druck gesetzt werden zu können. So wird auf konventionelle Weise Luft in die Schaufel aufgenommen, z. B. in der Nähe des Schwalbenschwanz- oder Schaftbereichs, wobei die Luft dann durch den Schaft in das Schaufelblatt 112 strömt und das Schaufelblatt entlang in Richtung auf die Spitzenabdeckung 120 strömt.
  • In dem in 3 dargestellten Beispiel strömt die Luft aus dem Schaufelblatt in die unter Druck gesetzte Kammer 130 in der Spitzenabdeckung. Die Luft strömt dann erzwungenerma-ßen aus der unter Druck gesetzten Kammer durch zumindest eine Prallkühlöffnung 132, die auf eine gewünschte Position, die Aufprallzone 134 in der Spitzenabdeckung 120, gerichtet ist. 3 zeigt eine Ausführungsform der Spitzenabdeckungsprallkühlung, in der die Kehle zwischen Schaufelblatt und Abdeckung 134 die Ziel-Prallkühlzone ist. Prallkühlöffnungen können jedoch auch auf Prallkühlzonen an anderen Positionen der Spitzenabdeckung gerichtet sein. Es ist ersichtlich, dass Prallkühlung im Vergleich zu Kanalströmung für einen lokalisierten Bereich eine überlegene Form des Wärmeübergangs darstellt. Die Ausführungsform in 3 weist ferner Turbulatoren in der Kühlkammer oder den Kühlkammern 142 auf, z. B. im Bereich der Kehle, um den Wärmeübergang zu der Kühlfluid weiter zu verbessern. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Gesamtquerschnittsfläche der Prallkühlöffnungen kleiner als der Kühlmittelkanal oder die Kühlmittelkanäle in dem Schaufelblatt, um das Plenum 130 unter Druck zu setzen. Dies sorgt zwar für eine bessere Prallkühlungs-Wärmeübertragung, ist aber nicht erforderlich. Es ist auch möglich, dass die Prallkühlöffnungsfläche größer ist als die Kühlmittelkanalfläche des Schaufelblatts, obwohl die Prallkühlung dann bei reduzierter Leistung funktioniert.
  • Nach der Prallkühlung strömt die Kühlluft von der Prallkühlzone 134 durch die Kühlkammer(n) 142 zu einer oder mehreren Austrittsöffnungen, wie beispielsweise den Austrittsöffnungen 136, 138, und in den Hauptgasstrom. Die Kühlluft kann auch bei 140 direkt aus der Kammer 130 austreten. Obwohl in der Ausführungsform aus 3 zumindest ein Plenum 130 dargestellt ist, ist zu beachten, dass es auch möglich wäre, den Kühlmittelkanal oder die Kühlmittelkanäle des Schaufelblatts als ein derartiges Plenum zu nutzen. In diesem Fall würden die Prallkühlöffnungen von dem Schaufelblatt-Kühlmittelkanal ausgehen und Kühlmittel zu der äußeren Kammer oder den äußeren Kammern leiten.
  • Bezogen auf den Schemaquerschnitt in 4: In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine abgedichtete oder überwiegend abgedichtete Kammer 230 in der Spitzenabdeckung 220 so genutzt, dass die Prallkühlung durch die Prallkühlöffnungen 232 über eine Prallkühlzone 234 geführt wird, die größer sein kann als die der Ausführungsform in 3. Ferner wird die Kühlluft nach der Prallkühlung durch Kühlkammern oder -Kanäle 242 geleitet, die für eine hervorragende Kanalströmungs-Wärmeübertragung stromab von der Prallkühlzone 234 sorgen. Die verbrauchte Kühlluft strömt dann zu einer oder mehreren Austrittsöffnungen, wie beispielsweise den Austrittsöffnungen 236, und in den Hauptgasstrom. Kühlluft kann auch bei 240 direkt aus der Kammer 230 austreten. Darüber hinaus könnte in jeder der oben genannten Ausführungsformen Kühlluft nach dem Aufprall auch durch Filmkühlöffnungen in der Oberfläche, auf die die Luft aufprallt, austreten. Daher ist es nicht erforderlich, dass die Luft nach dem Aufprall durch die Kühlkammer strömt.
  • In den 5 und 6 werden zwei mögliche Grundrisse der in 3 gezeigten Struktur dargestellt. In 5 strömen die Prallstrahlen 132 in miteinander verbundene Kühlkammern 142. 6 stellt eine zweite mögliche Ausführungsform dar, bei der die benachbarten Kammern 342 nicht miteinander verbunden sind. Es ist ersichtlich, dass eine beliebige Anzahl von Kammern 142, 242, 342 und Prallkühlöffnungen 132, 232 verwendet werden können, und dass die Kammern voneinander getrennt oder miteinander verbunden sein können, je nachdem, was für erforderlich oder wünschenswert gehalten wird, um beispielsweise für eine Kanalströmung stromab von der Prallzone oder den Prallzonen zu sorgen.
  • In den 7 und 8 wird ein anderes Verfahren zur Erzeugung von Prallkühlung in einer Spitzenabdeckung schematisch dargestellt. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird eine nicht zum Schaufelblatt gehörende Prallplatte (oder mehrere Prallplatten) 444, 446, 448, 450 an der Spitzenabdeckung 420 angefügt. Diese Platten können eine beliebige Anzahl und ein beliebiges Muster von Öffnungen aufweisen, die als Prallkühlöffnungen 432 dienen. In dieser Hinsicht können die Öffnungen nach Belieben in der Prallplatte oder den Prallplatten 444, 446, 448, 450 angeordnet sein, um für eine optimale Kühlungsauslegung zu sorgen. Wie in den Ausführungsformen der 3 und 4 ist in der Spitzenabdeckung 420 eine Kammer 430 ausgebildet, die durch das Schaufelblatt 412 mit Kühlluft versorgt wird. Diese Kammer dient als die Quelle der Prallkühlluft, die in der Ausführungsform der 7 und 8 dann durch die Prallplatte(n) 444, 446, 448, 450 strömt, um für die Prallkühlung der gewünschten Prallkühlzonen 434 zu sorgen. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform besteht die unter Druck gesetzte Kammer 430 aus einem Hauptplenum, das strömungstechnisch mit dem Kühlkanal (oder den Kühlkanälen) des Schaufelblatts verbunden ist, und Zusatzplenen, die über den Prallplatten liegen. Die Luft strömt nach dem Aufprall durch die Abdeckung zu einer oder mehreren Austrittsöffnungen (nicht dargestellt). In der in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsform ist eine Abdeckplatte 452 mit der Schaufel verbunden, um die Spitze der Abdeckung zu bilden, was die Platzierung der separat hergestellten Prallplatte(n) im Innern der Abdeckung ermöglicht. Es ist jedoch zu beachten, dass andere, integrierte und nicht integrierte Prallkonstruktionen als weitere alternative Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung gestellt werden könnten. Während daher die in den 7 und 8 dargestellte Ausführungsform über zwei Plenen verfügt, ist es auch möglich, eine Prallplatte mit nur einem Plenum oder ganz ohne Plenum zu verwenden. Die integrierte Wand mit den Prallkühlöffnungen (wie in den 3 und 4 dargestellt) könnte als Alternative durch eine nicht integrierte Prallplatte ersetzt werden.
  • Während beispielsweise besonders auf die Kühlung einer Spitzenabdeckung Bezug genommen wurde, könnte die hier offenbarte Technologie auch auf eine Abdeckung angewendet werden, die sich nicht an der Spitze einer Schaufel befindet. In dieser Hinsicht weisen einige Schaufeln Abdeckungen in halber Höhe des Schaufelblatts auf, die diesen mit der benachbarten Schaufel verbinden, und die oben beschriebene Prallkühlung könnte dort eingebaut werden.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 10
    Turbinenschaufel
    12
    Schaufelblattabschnitt
    14
    Wurzelabschnitt
    16
    Schaft
    18
    Schwalbenschwanz
    20
    Abdeckung
    22, 24
    Auflagerflächen
    26
    Leitbleche
    28
    Luftauslassöffnungen
    112
    Schaufelblatt
    120
    Spitzenabdeckung
    130
    Kammer
    132
    Prallkühlöffnung(en)
    134
    Prallkühlzone-/Abdeckungskehle
    136, 138
    Austrittsöffnungen
    140
    Kühlluftauslass
    142
    Kühlkammer(n)
    220
    Spitzenabdeckung
    230
    Kammer
    232
    Prallkühlöffnung(en)
    234
    Prallkühlzone
    236
    Austrittsöffnungen
    240
    Kühlluftauslass
    242
    Kühlkammern oder -kanäle
    342
    Kammern
    412
    Schaufelblatt
    420
    Spitzenabdeckung
    430
    Kammer
    432
    Prallkühlöffnungen
    434
    Prallkühlzonen
    444, 446, 448, 450
    Prallplatte(n)
    452
    Abdeckplatte

Claims (10)

  1. Turbinenschaufel, umfassend: einen Wurzelabschnitt (14) zur Befestigung der Schaufel an einem Turbinenrotor; einen Schaufelblattabschnitt (12, 212, 412), der sich von der Wurzel aus in Längsrichtung erstreckt; zumindest einen sich durch das Schaufelblatt erstreckenden Schaufelblatt-Kühlkanal, wobei der Schaufelblatt-Kühlkanal einen Einlass für die Aufnahme eines Kühlfluidstroms aufweist; eine von dem Schaufelblatt nach außen hervorstehende Abdeckung (20, 120, 220, 420) mit einer radial einwärts orientierten Oberfläche und einer radial auswärts orientierten Oberfläche; eine Wand, die zumindest eine Ausgangsöffnung für aus dem Schaufelblatt-Kühlkanal austretendes Kühlfluid definiert; zumindest eine Abdeckungskühlkammer 130, 142, 230, 242, 342, 430), die strömungstechnisch ist zumindest einer Ausgangsöffnung verbunden ist, wobei die Ausgangsöffnung auf eine Ziel-Wandfläche der Kühlkammer gerichtet ist, wodurch die Ausgangsöffnung eine Prallkühlöffnung (132, 232, 432) definiert, die zur Prallkühlung der Ziel-Wandfläche (134, 234, 434) als Prallzone dient, und zumindest eine Auslassöffnung (140, 236 240) zum Ausleiten von verbrauchtem Prallkühlfluid aus der Kühlkammer.
  2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, zumindest ein Plenum (130, 230, 430) umfassend, das strömungstechnisch mit dem Schaufelblatt-Kühlkanal verbunden ist, um aus diesem Kühlfluid aufzunehmen, wobei die genannte Wand eine Wand des Plenums ist.
  3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die genannte Ziel-Wandfläche eine Innenwandfläche (134, 234) einer Kehle zwischen dem Schaufelblatt und der Abdeckung umfasst.
  4. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung eine Auflagerfläche (22, 24) zum Ineinandergreifen mit der Abdeckung einer benachbarten Schaufel aufweist.
  5. Turbinenschaufel nach Anspruch 4, wobei zumindest eine der genannten Auslassöffnungen (136, 236) angrenzend an die genannte Auflagerfläche angeordnet ist.
  6. Turbinenschaufel nach Anspruch 2, wobei das Plenum aus einem Hauptplenum und einem Zusatzplenum besteht, und wobei das Zusatzplenum durch eine Prallplatte mit einer Vielzahl durchgehender Prallkühlöffnungen strömungstechnisch mit der Kühlkammer verbunden ist.
  7. Turbinenrotor mit einer Reihe von Turbinenschaufeln, wobei zumindest eine dieser Turbinenschaufeln eine Schaufel nach Anspruch 1 ist.
  8. Verfahren zur Kühlung eines Gasturbinenschaufelblatts mit einer mit diesem verbundenen im Wesentlichen ebenen Abdeckung, die sich in einer zu dem Schaufelblatt im Wesentlichen rechtwinkligen Ebene erstreckt, wobei das Verfahren umfasst: a) das Bereitstellen von zumindest einem Schaufelblatt-Kühlkanal in dem Schaufelblatt; b) das Bereitstellen von zumindest einer Kühlkammer (130, 142, 230, 242, 342, 430) in der Abdeckung; c) die Führung von Kühlluft von dem zumindest einen Schaufelblatt-Kühlkanal durch zumindest eine Prallkühlöffnung (132, 232, 432) in Richtung auf eine Wandoberfläche der zumindest einen Kühlkammer und d) die Führung verbrauchter Prallkühlluft durch zumindest eine Auslassöffnung (136, 138, 140, 236, 240) in der Kühlkammer.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Verfahrensschritt d) durch das Bereitstellen von zumindest einer Kühlluftaustrittsöffnung in der Abdeckung, die sich an einer peripheren Kante (136, 236) der Abdeckung befindet, ausgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Plenum (130, 230, 430) in der Abdeckung bereitgestellt wird, dieses zumindest eine Plenum aus dem zumindest einen Schaufelblatt-Kühlkanal mit Kühlluft versorgt wird und die Prallkühlöffnungen in einer Wand des zumindest einen Plenums definiert sind.
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