DE102015226653A1

DE102015226653A1 - Turbine blade for a thermal turbomachine

Info

Publication number: DE102015226653A1
Application number: DE102015226653.2A
Authority: DE
Inventors: Fathi Ahmad; Nihal Kurt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-29
Also published as: WO2017108661A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (10) für eine thermische Strömungsmaschine, mit einem von einem Heißgas umströmbaren Schaufelblatt (20) umfassend eine saugseitige Seitenwand (22) und eine druckseitige Seitenwand (24), die sich von einer gemeinsamen Vorderkante in Hauptströmungsrichtung des Heißgases betrachtet, zu einer gemeinsamen Hinterkante (16) und in einer zur Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen senkrechten Längsrichtung mit einer Länge sich von einem ersten Ende (32) des Schaufelblatts (20) zu einem zweiten Ende des Schaufelblatts erstrecken, wobei das Schaufelblatt (20) zumindest an einem seiner beiden Enden (32) einen Zugang (30) zu einem im Schaufelblattinneren angeordneten Hohlraum (28) aufweist, in welchem ein durch den Zugang (30) eingesetzter Körper (34, 50) angeordnet ist. Um insbesondere die Lebensdauer einer bereits betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel 10 zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die besonders heißen Temperaturen ausgesetzte Bestandteile des Schaufelblatts (20) durch die Verwendung eines Körpers (34, 36), (50) im Inneren des Schaufelblatts (20) gekühlt werden, welcher sich dadurch kennzeichnet, dass dieser sich lediglich über einen Teil der Länge des Schaufelblatts (20) erstreckt.The invention relates to a turbine blade (10) for a thermal turbomachine, comprising a hot air-flowable airfoil (20) comprising a suction-side side wall (22) and a pressure-side side wall (24) which is viewed from a common leading edge in the main flow direction of the hot gas, to a common trailing edge (16) and in a longitudinal direction substantially perpendicular to the main flow direction with a length extending from a first end (32) of the airfoil (20) to a second end of the airfoil, the airfoil (20) at least at one of its ends both ends (32) has an access (30) to a cavity (28) arranged in the blade inner, in which a through the access (30) inserted body (34, 50) is arranged. In particular, in order to improve the life of a turbine blade 10 already in use, it is proposed that the components of the airfoil (20) exposed to particularly hot temperatures be cooled by the use of a body (34, 36), (50) in the interior of the airfoil (20) which is characterized in that it extends over only a part of the length of the airfoil (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine thermische Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a turbine blade for a thermal turbomachine according to the preamble of claim 1.

Eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Turbinenschaufel ist beispielsweise aus der EP 1 561 901 B1 bekannt. Gemäß der bekannten Turbinenschaufel ist ein in das Schaufelblatt eingesetztes Dämpfungselement vorgesehen, welches sich stromauf der Hinterkante angeordnet durch den dort vorhandenen Hohlraum erstreckt und seitlich an den Innenflächen der Saugseitenwand und Druckseitenwand anliegt. Im Falle von auftretenden Schaufelblattschwingungen soll das eingesetzte Bauteil sich an den Innenflächen des Schaufelblatts schwingungsdämpfend reiben. Zur Erreichung einer bestmöglichen Dämpfung erstreckt sich das eingesetzte Bauteil über die gesamte Schaufelblatthöhe. A corresponding to the preamble of claim 1 turbine blade is for example from the EP 1 561 901 B1 known. According to the known turbine blade, a damping element inserted into the airfoil is provided which extends upstream of the trailing edge and extends through the cavity present there and bears laterally against the inner surfaces of the suction sidewall and pressure sidewall. In the case of occurring blade vibrations, the component used is to rub against the inner surfaces of the blade vibration damping. To achieve the best possible damping, the component used extends over the entire blade height.

Weiter ist aus der EP 2 107 214 A1 eine Leitschaufel der eingangs genannten Art bekannt, in der ein Prallkühlelement zur Kühlung des Schaufelblatts eingesetzt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine gleichmäßige Kühlung des Schaufelblatts nicht immer zwingend erforderlich ist. Aus diesem Grunde besteht das Bedürfnis nach der Bereitstellung einer Turbinenschaufel, bei der das Schaufelblatt lokal individuell kühlbar ist. Next is from the EP 2 107 214 A1 a guide vane of the type mentioned, in which a baffle cooling element is used for cooling the airfoil. However, it has been found that uniform cooling of the airfoil is not always mandatory. For this reason, there is a need for the provision of a turbine blade, in which the airfoil is locally cooled individually.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Turbinenschaufel, mit der eine unterschiedlich starke Kühlung des Schaufelblatts an unterschiedlichen Stellen ermöglicht wird. The object of the invention is therefore to provide a turbine blade, with which a different degree of cooling of the blade is made possible at different locations.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a turbine blade according to claim 1.

Die vorliegende Erfindung schlägt vor, dass der im Schaufelblatt angeordnet Körper sich nicht über die gesamte Länge des Schaufelblatts, sondern sich lediglich über einen Teil der Schaufelblattlänge erstreckt. Dieser Körper, welcher vorzugsweise entweder als Verdrängungskörper für ein im Inneren des Schaufelblatts strömendes Kühlfluid oder als Prallkühlkörper ausgestaltet sein kann, ermöglicht dadurch in demjenigen Abschnitt des Schaufelblatts, an dem er vorhanden ist, eine erhöhte Kühlung im Vergleich zu demjenigen Abschnitt des Schaufelblatts, der sozusagen körperfrei ist. The present invention proposes that the body arranged in the airfoil does not extend over the entire length of the airfoil, but extends only over part of the airfoil length. This body, which can preferably be designed either as a displacement body for a cooling fluid flowing inside the airfoil or as a baffle cooling body, thereby enables increased cooling in that portion of the airfoil on which it is present in comparison to that portion of the airfoil which, so to speak is body-free.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntniss, dass bei einigen Turbinenschaufeln und insbesondere bei Turbinenleitschaufeln plattformnahe Bereiche des Schaufelblatts einen erhöhten Kühlbedarf aufweisen können, gleichwohl die Temperatur im Heißgas auf halber Höhe des Schaufelblatts prinzipiell die höchsten sind. Derartige Situationen können beispielsweise dann auftreten, wenn eine mit einer keramischen Wärmedämmschicht versehene Turbinenschaufel dort lokale Verschleißerscheinung aufweist. In einem solchen Fall ist es dann von Vorteil, wenn der besagte Körper lediglich in dem besagten plattformnahen Bereich vorgesehen ist und dort den Verschleiß kompensiert. Bei Leitschaufeln axial durchströmter thermischer Strömungsmaschinen können derartige Schaufelblatt-Bereiche an der radial äußeren Plattform angrenzen. In radial weiter innen liegenden Bereichen des Schaufelblatts ist dann die Verwendung eines Verdrängungskörpers bzw. einer Prallkühlung nicht zwingend erforderlich, so dass hier auf die Anwesenheit eines entsprechenden Körpers verzichtet werden kann. Hierdurch lässt sich einerseits ein quasi verkürzter Körper bereitstellen, dessen Fertigung vereinfacht ist und andererseits geringere Herstellungskosten verursacht. Auch wird das Gewicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel verringert im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Turbinenschaufel. The invention is based on the finding that in some turbine blades and in particular turbine vanes platform-proximate portions of the airfoil may have an increased cooling demand, however, the temperature in the hot gas at half the height of the airfoil are principally the highest. Such situations can occur, for example, when a turbine blade provided with a ceramic thermal barrier coating has local signs of wear there. In such a case, it is advantageous if the said body is provided only in said platform-near area and there compensates for the wear. In the case of guide vanes of axial-flow thermal turbomachines, such airfoil regions can adjoin the radially outer platform. In radially inward areas of the airfoil then the use of a displacement body or an impingement cooling is not mandatory, so that can be dispensed with the presence of a corresponding body here. On the one hand, this makes it possible to provide a quasi shortened body whose production is simplified and, on the other hand, causes lower production costs. Also, the weight of a turbine blade according to the invention is reduced compared to a turbine blade known in the art.

Durch die lokal verbesserte Kühlung kann die lokale Lebensdauer des Seitenwand-Materials verlängert werden, da die Turbinenschaufel an den besagten Stellen nunmehr hinreichend gekühlt wird. Dies gilt selbst für den Fall, dass an der Turbinenschaufel – warum auch immer – eine auf der Seitenwand außen vorhandene keramische Schutzschicht in ihrer Stärke abnimmt. Dabei ist es selbstverständlich, dass, sofern der Körper als Prallkühlkörper ausgeführt ist, das Muster und die Dichte an Prallkühlöffnungen entsprechend der lokalen Forderung weiter individuell angepasst sein können. By locally improved cooling, the local life of the sidewall material can be increased since the turbine blade is now adequately cooled at said locations. This is true even in the event that on the turbine blade - for whatever reason - on the side wall outside existing ceramic protective layer decreases in strength. It is understood that, if the body is designed as an impact heat sink, the pattern and the density of impingement cooling holes can be further customized according to the local requirement.

Weiterer Vorteil ist, dass bereits betriebsbeanspruchte Turbinenschaufeln, die beispielsweise an den äußeren Durchmessern eine erhöhte Kühlung aufgrund eines Verschleißes der keramischen Schutzschicht benötigen, durch den nachträglichen Einbau eines verkürzten Prallkühlkörpers für eine Weiterbenutzung ertüchtigt werden können. Damit wird die Lebensdauer der bereits betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel verlängert. Letzteres gilt ebenso für Turbinenschaufeln, die in Turbinen mit erhöhten Heißgastemperaturen weiter verwendet werden sollen, unabhängig davon, ob sie beschichtet sind oder nicht. Another advantage is that turbine shovels which are already operationally required and which, for example, require increased cooling due to wear of the ceramic protective layer on the outer diameters, can be upgraded for subsequent use by retrofitting a shortened impeller cooling body. This prolongs the life of the turbine bucket that is already operational. The latter also applies to turbine blades that are to be used in turbines with elevated hot gas temperatures, regardless of whether they are coated or not.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei deren Merkmale untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können. Further advantages and features of the invention are specified in the dependent claims, wherein their characteristics can be combined with each other in any desired manner.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Körper ausgehend von einem der beiden Enden des Schaufelblatts in den Hohlraum hinein. Damit ist der im Vergleich zum Stand der Technik in seiner Länge verkürzte Körper nicht mittig zwischen den beiden Enden des Schaufelblatts angeordnet, sondern einseitig zu einen der beiden Enden hin verschoben. Insbesondere damit lässt sich eine Turbinenschaufel bereitstellen, die am radial inneren Ende oder am radial äußeren Ende (bei axial durchströmten Strömungsmaschinen) dort bevorzugt gekühlt werden kann. According to a first advantageous embodiment, the body extends from one of the two ends of the airfoil into the cavity. Thus, the shortened in its length compared to the prior art body is not centrally located between the two ends of the airfoil, but one-sided to one of the two Ends shifted. In particular, this makes it possible to provide a turbine blade which can preferably be cooled there at the radially inner end or at the radially outer end (in the case of axially flowing throughflow machines).

Für den Fall, dass der Körper als Prallkühlkörper ausgestaltet ist, ist es bevorzugt, wenn der Prallkühlkörper ein im Bereich des Zugangs des Schaufelblatts liegendes Ende aufweist, an dem eine Drosselvorrichtung zur Dosierung eines in den Hohlraum des Prallkühlkörpers einströmbaren Kühlfluids vorgesehen ist. Damit kann die Menge der zur Prallkühlung genutzten Kühlfluids in vorteilhafter Weise bereits mit der Herstellung des Prallkühlkörpers eingestellt werden, um einen unnötig hohen Verbrauch an Kühlfluid zu vermeiden. In the event that the body is configured as an impingement cooling body, it is preferred if the impingement cooling body has an end lying in the region of the access of the airfoil, on which a throttling device is provided for metering a cooling fluid which can flow into the cavity of the impingement cooling body. Thus, the amount of cooling fluid used for impingement cooling can be adjusted advantageously already with the production of the impingement heat sink in order to avoid an unnecessarily high consumption of cooling fluid.

Weiter bevorzugt ist der Prallkühlkörper an einem weiteren dem Zugang gegenüberliegenden Ende in seiner Längsrichtung frei beweglich. Darunter wird verstanden, dass der Körper, bezogen auf seine Längserstreckung, sich zwar seitlich punktuell an den Innenflächen der Seitenwände abstützen kann, jedoch an seiner kopfseitigen Fläche, die dem anderen Ende des Schaufelblatts zugewandt ist, kontaktfrei ist. Damit kann sich der Körper entlang seiner Längsrichtung frei ausdehnen, ohne dass es zu Druckspannungen im Material des Körpers kommt, wenn dieser sich aufgrund von thermischen Einflüssen oder Fliehkraft dehnt. More preferably, the impact heat sink is freely movable in its longitudinal direction at a further end opposite the access. This is understood to mean that the body, with respect to its longitudinal extension, can be laterally supported on the inner surfaces of the side walls, but is contact-free on its head-side surface, which faces the other end of the airfoil. Thus, the body can expand freely along its longitudinal direction, without causing compressive stresses in the material of the body when it stretches due to thermal influences or centrifugal force.

Weiter bevorzugt erstreckt sich der Körper über etwa 30 % der Länge des Schaufelblatts. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Körper auch als ein Verdrängungskörper im Hohlraum des Schaufelblatts angeordnet sein, um ein im Hohlraum strömendes Kühlfluid aus dem Zentrum des Hohlraums hin zu den Innenflächen der Seitenwände zu verdrängen. Die damit einhergehende Querschnittsverjüngung des durchströmbaren Hohlraums führt zu einer beschleunigten Durchströmung des Hohlraums – verglichen mit einem verdrängungskörperfreien Hohlraum –, was einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen Seitenwand und Kühlfluid zur Folge hat. Auch damit kann die Kühlwirkung des Kühlfluids verbessert werden. More preferably, the body extends over about 30% of the length of the airfoil. According to an alternative embodiment, the body may also be arranged as a displacement body in the cavity of the airfoil to displace a cooling fluid flowing in the cavity from the center of the cavity towards the inner surfaces of the side walls. The concomitant cross-sectional taper of the permeable cavity leads to an accelerated flow through the cavity - compared to a displacement body-free cavity - which has an increased heat exchange between the side wall and the cooling fluid result. Even so, the cooling effect of the cooling fluid can be improved.

Weiter bevorzugt ist der Verdrängungskörper als Hohlkörper ausgestaltet, um Material und Gewicht einzusparen. More preferably, the displacement body is designed as a hollow body in order to save material and weight.

Zweckmäßiger Weise kann die Turbinenschaufel sowohl als Leitschaufel als auch als Laufschaufel einer Turbine ausgestaltet sein. Conveniently, the turbine blade can be designed both as a guide blade and as a blade of a turbine.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden nachfolgend mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Hierbei sind die Figuren lediglich schematisch dargestellt, wodurch insbesondere keine Einschränkung der Ausführbarkeit der Erfindung die Folge ist. Es zeigen: The above-described characteristics, features and advantages of the invention and the manner in which they are achieved are explained in more detail below with the description of the exemplary embodiments with reference to the attached figures. Here, the figures are shown only schematically, which in particular no limitation of the feasibility of the invention is the result. Show it:

1 in perspektivischer Darstellung einen Längsteilschnitt durch eine als Leitschaufel ausgestaltete Turbinenschaufel mit einem darin eingesetzten Prallkühlkörper, 1 3 is a perspective view of a partial longitudinal section through a turbine blade configured as a guide blade with an impingement cooling body inserted therein;

2 der Prallkühlkörper aus 1 in perspektivischer Darstellung und 2 the baffle from 1 in perspective and

3 ein Verdrängungskörper in perspektivischer Darstellung. 3 a displacement body in perspective view.

In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In all figures, identical features are provided with the same reference numerals.

1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Turbinenschaufel 10. Die Turbinenschaufel 10 umfasst entlang einer gedachten Längsachse 12 aufeinanderfolgend einen Befestigungsabschnitt 14, eine Plattform 16 sowie ein aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt 20. Das Schaufelblatt 20 umfasst zwei Seitenwände 22, 24, von denen die erste saugseitig (22) und die zweite druckseitig (24) angeordnet ist. Die Seitenwände 22, 24 erstrecken sich von einer gemeinsamen in 1 nicht dargestellten Vorderkante zu einer gemeinsamen Hinterkante 26. Das Schaufelblatt 20 ist – wie die Lage der Schnittebene es verdeutlicht – hohl ausgebildet, wobei der Hohlraum mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist. Dieser Hohlraum 28 weist zumindest einen Zugang 30 auf. Der Zugang 30 liegt an dem einen der beiden Enden 32 des Schaufelblatts 20. 1 shows a perspective view of a longitudinal section through a turbine blade 10 , The turbine blade 10 comprises along an imaginary longitudinal axis 12 successively a mounting portion 14 , a platform 16 and an aerodynamically curved airfoil 20 , The blade 20 includes two side walls 22 . 24 , of which the first one on the suction side ( 22 ) and the second pressure side ( 24 ) is arranged. The side walls 22 . 24 extend from a common in 1 Not shown leading edge to a common trailing edge 26 , The blade 20 is - as the position of the cutting plane makes it clear - hollow, wherein the cavity with the reference numeral 28 is provided. This cavity 28 has at least one access 30 on. Access 30 is located at one of the two ends 32 of the airfoil 20 ,

Von den beiden Enden des Schaufelblatts ist lediglich ein Ende in 1 dargestellt, wobei eine Länge des Schaufelblatts als Abstand zwischen den beiden Enden erfassbar ist. Of the two ends of the airfoil, there is only one end in 1 illustrated, wherein a length of the airfoil is detected as a distance between the two ends.

Im Betrieb einer die Turbinenschaufel 10 aufweisenden thermischen Strömungsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine, wird das Schaufelblatt 20 von einem Heißgas umströmt. Dabei wird das Schaufelblatt 20 an seiner nicht dargestellten Vorderkante von Heißgas angeströmt. Dieses teilt sich dann druckseitig so wie saugseitig auf, umströmt somit das Schaufelblatt 20 und verlässt die Turbinenschaufel 10 an der Hinterkante 26. Diese Richtung des Heißgases wird als Hauptströmungsrichtung bezeichnet. Im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung erstreckt sich die gedachte Längsachse 12. In the operation of a turbine blade 10 having thermal turbomachine, for example, a gas turbine, the blade is 20 flows around by a hot gas. This will be the airfoil 20 flowed at its front edge, not shown, of hot gas. This is then divided on the pressure side as well as the suction side, thus flows around the blade 20 and leaves the turbine blade 10 at the rear edge 26 , This direction of the hot gas is referred to as the main flow direction. The imaginary longitudinal axis extends substantially perpendicular to the main flow direction 12 ,

Wenn die Turbinenschaufel 10 als Leitschaufel ausgestaltet ist, weist das Schaufelblatt 20 zumeist an beiden seiner Enden 32 eine sich quer dazu erstreckende Plattform 16 auf. Bei Laufschaufeln mit so genannten Deckbändern gilt dies ebenso. Allein freistehende Turbinenschaufeln weisen lediglich an einem ihrer beiden Schaufelblatt-Enden eine Plattform auf, wobei in einer Turbine freistehende Leitschaufel eher untypisch und freistehende eher Laufschaufeln gängig sind. Bezogen auf die Einbaulage in einer beispielweise axial durchströmbaren Gasturbine spricht man in der Regel von einer inneren Plattform und einer äußeren Plattform, bezogen auf die Maschinenachse der Gasturbine. Dann steht auch die Längsachse 12 senkrecht auf der Maschinenachse. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Plattform 16 radial außen angeordnet. If the turbine blade 10 is designed as a vane, has the airfoil 20 mostly at both ends 32 a transversely extending platform 16 on. With blades this is also true with so-called shrouds. Solely freestanding turbine blades have a platform only at one of their two blade ends, wherein in a turbine free-standing vane rather untypical and freestanding rather blades are common. Relative to the installation position in an example axially through-flowable gas turbine is usually spoken of an inner platform and an outer platform, based on the machine axis of the gas turbine. Then also stands the longitudinal axis 12 perpendicular to the machine axis. In the embodiment shown here is the platform 16 arranged radially on the outside.

Im Hohlraum 28 befindet sich ein Körper 34. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Körper 34 als Prallkühlkörper 36 ausgestaltet mit einer im Wesentlichen quaderförmigen Gestalt und mit vergleichsweise dünnen Wänden 37. Eine dieser Wände stellt ein einströmseitiges Körperende 40 dar, dem ein weiteres Körperende 46 gegenüberliegt. Weiter sind diejenigen Wände des Prallkühlkörpers, die den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 gegenüberliegen, mit Prallkühlöffnungen 38 versehen, wobei diese in einem gleichmäßigen Muster verteilt sind. Je nach lokalem Kühlbedürfnis kann aber auch von dem gleichmäßigen Verteilungsmuster abgewichen werden. In the cavity 28 there is a body 34 , According to the first embodiment, the body is 34 as impact heat sink 36 configured with a substantially cuboid shape and with comparatively thin walls 37 , One of these walls represents an inflow end of the body 40 which is another end of the body 46 opposite. Next are those walls of the baffle heat sink, which are the inner surfaces of the side walls 22 . 24 opposite, with impact cooling holes 38 provided, which are distributed in a uniform pattern. Depending on the local cooling requirement, however, it is also possible to deviate from the uniform distribution pattern.

Die einströmseitige Wand des Prallkühlkörpers 36 wird durch ein mit Öffnungen 44 versehenes Abdeckblech 42 gebildet. Die Öffnungen 44 sind wesentlich größer als die Prallkühlöffnungen 38. Das Abdeckblech 42 ist Teil des Prallkühlkörpers und mit den den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 gegenüberliegenden Wänden 37 fest verbunden. Das Abdeckblech 42 dient einerseits zur konventionellen Befestigung des Prallkühlkörpers 36 an der restlichen Turbinenschaufel 10, welche auch als Schaufelgrundkörper bezeichnet werden kann. Dieser Schaufelgrundkörper ist in der Regel ein Gießprodukt. Andererseits dienen das Abdeckblech 42 und insbesondere dessen Öffnungen 44 zur Dosierung der Menge des in den Hohlraum des Prallkühlkörpers 36 einströmenden Kühlfluids. The inflow-side wall of the baffle cooling body 36 is through an opening 44 provided cover plate 42 educated. The openings 44 are much larger than the impact cooling holes 38 , The cover plate 42 is part of the baffle and with the inner surfaces of the side walls 22 . 24 opposite walls 37 firmly connected. The cover plate 42 serves on the one hand for conventional attachment of the baffle heat sink 36 on the remaining turbine blade 10 , which can also be referred to as a blade body. This blade body is usually a cast product. On the other hand serve the cover plate 42 and in particular its openings 44 for metering the amount of in the cavity of the baffle heat sink 36 inflowing cooling fluid.

Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind am weiteren Ende 46 des Körpers 34 keine Prallkühlöffnungen vorgesehen. Zudem ist es in Längsrichtung frei beweglich. According to the embodiment shown are at the far end 46 of the body 34 No impingement cooling holes provided. In addition, it is freely movable in the longitudinal direction.

An den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 können Turbulatoren 48 vorgesehen sein, sind aber nicht zwingend notwendig. Auch können die vom Heißgas überströmbaren Flächen der Seitenwände 22, 24 und auch die der Plattformen 16 durch eine keramische Schicht bzw. ein Schichtsystem vor den Einflüssen des Heißgases geschützt sein. On the inner surfaces of the side walls 22 . 24 can turbulators 48 be provided, but are not mandatory. Also, the surfaces of the side walls which can be overflowed by the hot gas can 22 . 24 and also the platforms 16 be protected by a ceramic layer or a layer system from the influences of the hot gas.

Mit Hilfe der vorgenannten Turbinenschaufel 10 kann eine lokal verbesserte Kühlung erreicht werden, was insbesondere als Nachrüstlösung für bereits beanspruchte Turbinenschaufeln 10 von Vorteil ist. Somit lassen sich diese weiter Verwenden, wenn nach einer Umrüstung der Gasturbine diese mit höheren Verbrennungstemperaturen betrieben werden soll oder wenn das Material des gegossenen Schaufelgrundkörpers höheren Temperaturen bisher standhalten musste als diejenigen Temperaturen, die im Entwurfsstadium der Turbinenschaufel abgeschätzt wurden. Mithin kann Lebensdauer der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel verlängert werden, ohne dass deren Schaufelgrundkörper umkonstruiert werden muss. Dies spart Entwicklungskosten ein. With the help of the aforementioned turbine blade 10 a locally improved cooling can be achieved, which in particular as a retrofit solution for already claimed turbine blades 10 is beneficial. Thus, they can be used further if, after a conversion of the gas turbine, it is to be operated at higher combustion temperatures or if the material of the cast blade main body had previously to withstand higher temperatures than those estimated in the design stage of the turbine blade. Consequently, the service life of the turbine blade according to the invention can be extended without having to reconstruct its blade body. This saves development costs.

Selbstverständlich ist es möglich, dass die Turbinenschaufel 10 nicht nur einen dieser erfindungsgemäßen Körper 34 aufweist. Selbstverständlich sind auch derartige Lösungen denkbar, bei denen an beiden Enden 30 des Schaufelblatts 20 derartig kurze Körper 34 eingesetzt werden, so dass deren weitere Enden 46 einander spaltbildend gegenüberliegen. Auch ist es möglich, dass das Schaufelblatt 20 nicht nur einen einzigen Hohlraum 28 aufweist, sondern mehrere, von denen einige oder alle Hohlräume 28 mit einem verkürzten oder gar stummelartigen Körper 34 ausgestattet sind, verglichen mit der Länge des Schaufelblatts 20. Of course it is possible that the turbine blade 10 not just one of these bodies according to the invention 34 having. Of course, such solutions are conceivable in which at both ends 30 of the airfoil 20 such short bodies 34 be used so that their other ends 46 face each other gap-forming. Also, it is possible that the airfoil 20 not just a single cavity 28 but several, some or all of which cavities 28 with a shortened or even stubby body 34 are compared with the length of the airfoil 20 ,

Die 2 zeigt den in 1 dargestellten Prallkühlkörper 36 in einer perspektivischen Darstellung, jedoch ohne den ihn ansonsten umgebenden Schaufelgrundkörper. The 2 shows the in 1 illustrated impact heat sink 36 in a perspective view, but without the blade body surrounding it otherwise.

In 3 ist ein Verdrängungskörper 50 gezeigt, der anstelle des aus der 1 bekannten Prallkühlkörpers 36 in der Turbinenschaufel 10 eingesetzt sein kann. Im Unterschied zum Prallkühlkörper 36 weist der Verdrängungskörper keine Öffnungen auf. Stattdessen ist dessen Abdeckblech 51 vorzugsweise mit Ausklinkungen 52 versehen, um vom Befestigungsbereich der Turbinenschaufel 10 her das Einströmen von Kühlluft in einen zwischen dem Verdrängungskörper 50 und den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 des Schaufelblatts 20 angeordneten Zwischenraums zu ermöglichen. Zur Gewichtsreduzierung ist der Verdrängungskörper als vergleichsweise dünnwandige Blechkonstruktion ausgeführt und somit im Inneren hohl. In 3 is a repressive body 50 shown in place of the 1 known impact heat sink 36 in the turbine blade 10 can be used. In contrast to the baffle heat sink 36 the displacement body has no openings. Instead, its cover plate 51 preferably with notches 52 provided to from the mounting area of the turbine blade 10 fro the inflow of cooling air into one between the displacement body 50 and the inner surfaces of the side walls 22 . 24 of the airfoil 20 to allow arranged intermediate space. To reduce weight of the displacement body is designed as a comparatively thin-walled sheet metal construction and thus hollow inside.

Insgesamt betrifft die Erfindung eine Turbinenschaufel 10 für eine thermische Strömungsmaschine, mit einem von einem Heißgas umströmbaren Schaufelblatt 20 umfassend eine saugseitige Seitenwand 22 und eine druckseitige Seitenwand 24, die in Hauptströmungsrichtung des Heißgases betrachtet sich von einer gemeinsamen Vorderkante zu einer gemeinsamen Hinterkante 16 und in einer zur Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen senkrechten Längsrichtung mit einer Länge sich von einem ersten Ende 32 des Schaufelblatts 20 zu einem zweiten Ende des Schaufelblatts erstrecken, wobei das Schaufelblatt 20 zumindest an einem seiner beiden Enden 32 einen Zugang 30 zu einem im Schaufelblattinneren angeordneten Hohlraum 28 aufweist, in welchem ein durch den Zugang 30 eingesetzter Körper 34, 50 angeordnet ist. Um insbesondere die Lebensdauer einer bereits betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel 10 zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die besonders heißen Temperaturen ausgesetzte Bestandteile des Schaufelblatts 20 durch die Verwendung eines Körpers 34, 36, 50 im Inneren des Schaufelblatts 20 gekühlt werden, welcher sich dadurch kennzeichnet, dass dieser sich lediglich über einen Teil der Länge des Schaufelblatts 20 erstreckt. Overall, the invention relates to a turbine blade 10 for a thermal turbomachine, with a flow around a hot gas blade 20 comprising a suction side wall 22 and a pressure side sidewall 24 in the main flow direction of the hot gas is viewed from a common leading edge to a common trailing edge 16 and in a direction substantially to the main flow direction vertical longitudinal direction with a length extending from a first end 32 of the airfoil 20 extend to a second end of the airfoil, wherein the airfoil 20 at least at one of its two ends 32 an access 30 to a arranged in the blade inside the cavity 28 in which one through the access 30 inserted body 34 . 50 is arranged. In particular, the life of a turbine bucket already operating 10 It is proposed that the constituents of the airfoil exposed to particularly hot temperatures be improved 20 through the use of a body 34 . 36 . 50 inside the airfoil 20 be cooled, which is characterized in that this only over a portion of the length of the airfoil 20 extends.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1561901 B1 [0002]
EP 2107214 A1 [0003]

Claims

Turbine blade ( 10 ) for a thermal turbomachine, with a hot air flows around a blade ( 20 ) comprising a suction side wall ( 22 ) and a pressure side wall ( 24 ) viewed in the main flow direction of the hot gas from a common leading edge to a common trailing edge ( 16 ) and in a longitudinal direction substantially perpendicular to the main flow direction viewed from a first end ( 32 ) of the airfoil ( 20 ) to an opposite second end of the airfoil ( 20 ) extend with a length, wherein the airfoil ( 20 ) at least at one of its two ends ( 32 ) an access ( 30 ) to a cavity arranged inside the blade ( 28 ), in which a through the access ( 30 ) inserted body ( 34 . 36 . 50 ), characterized in that the body ( 34 . 36 . 50 ) extends only over part of the length.

Turbine blade ( 10 ) according to claim 1, wherein the body ( 34 . 36 . 50 ) from one of the two ends of the airfoil ( 20 ) into the cavity ( 28 ) extends into it.

Turbine blade ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the body ( 34 . 36 . 50 ) as impact heat sink ( 36 ) is configured.

Turbine blade ( 10 ) according to claim 1, 2 or 3, wherein the impingement cooling body ( 36 ) a further end opposite the access ( 46 ), which is free of impact cooling opening.

Turbine blade ( 10 ) according to claim 1, 2 or 3, wherein the body ( 34 . 36 . 50 ) a cavity ( 28 ) having.

Turbine blade ( 10 ) according to claim 3 and 5, wherein the impingement heat sink ( 36 ) at its end arranged at the entrance, a throttle device for metering a into the cavity ( 28 ) of the impact heat sink ( 36 ) Has flowable cooling medium.

Turbine blade ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which the impingement heat sink ( 36 ) a further end opposite the access ( 46 ), which is mounted freely movable in the longitudinal direction.

Turbine blade ( 10 ) according to one of the preceding claims, in which the body ( 34 . 36 . 50 ) over 30% of the length of the airfoil ( 20 ).