DE10331635B4 - Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine - Google Patents

Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine Download PDF

Info

Publication number
DE10331635B4
DE10331635B4 DE10331635.3A DE10331635A DE10331635B4 DE 10331635 B4 DE10331635 B4 DE 10331635B4 DE 10331635 A DE10331635 A DE 10331635A DE 10331635 B4 DE10331635 B4 DE 10331635B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
blade
cooling
cooling channel
flow
holes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10331635.3A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10331635A1 (de
Inventor
Dr. Naik Shailendra
Dr. Parneix Sacha
Ulrich Rathmann
Dr. Saxer-Felici Helene
Dr. Schlechtriem Stefan
Beat Von Arx
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ansaldo Energia IP UK Ltd
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE10331635.3A priority Critical patent/DE10331635B4/de
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Priority to EP04766104.6A priority patent/EP1644614B1/de
Priority to CN2004800260342A priority patent/CN1849439B/zh
Priority to PCT/EP2004/051309 priority patent/WO2005005785A1/de
Priority to KR1020067000708A priority patent/KR101146158B1/ko
Priority to MXPA06000402A priority patent/MXPA06000402A/es
Priority to KR1020117025895A priority patent/KR20110134505A/ko
Priority to CA2531754A priority patent/CA2531754C/en
Priority to ES04766104.6T priority patent/ES2436750T3/es
Priority to ARP040102433A priority patent/AR046072A1/es
Priority to TW093120792A priority patent/TWI338075B/zh
Publication of DE10331635A1 publication Critical patent/DE10331635A1/de
Priority to US11/330,268 priority patent/US7264445B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10331635B4 publication Critical patent/DE10331635B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/10Two-dimensional
    • F05D2250/18Two-dimensional patterned
    • F05D2250/185Two-dimensional patterned serpentine-like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/211Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle

Abstract

Gekühlte Schaufel (10) für eine Gasturbine, welche Schaufel (10) ein von einem Schaufelfuss (12) und einem Schaufelschaft (25) ausgehendes Schaufelblatt (11) mit einer Vorderkante (19) und einer Hinterkante (20) sowie innerhalb des Schaufelblatts (11) eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden, strömungsmässig hintereinandergeschalteten Kühlkanälen (13, 14, 15) aufweist, von denen ein erster Kühlkanal (13) entlang der Vorderkante (19) und ein zweiter Kühlkanal (15) entlang der Hinterkante (20) vom Schaufelfuss (12) zur Spitze des Schaufelblattes (11) von einem Hauptstrom eines Kühlmediums durchströmt werden und der Ausgang des ersten Kühlkanals (13) über einen über einen ersten Umlenkbereich (17), einen zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal (13, 15) angeordneten dritten Kühlkanal (14), und einen zweiten Umlenkbereich (18) mit dem Eingang des zweiten Kühlkanals (15) in Verbindung steht, wobei erste Mittel (22, 23, 24) vorgesehen sind, durch welche dem vom dritten Kühlkanal (14) in den zweiten Kühlkanal (15) strömenden, aufgewärmten Hauptstrom des Kühlmediums von aussen ein Zusatzstrom kühleren Kühlmediums zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel quer durch die Schaufel (10) verlaufende Bohrungen (22, 23) umfassen, welche mit dem zweiten Umlenkbereich (18) in Verbindung stehen, wobei im Schaufelfuss 12 in an sich bekannter Weise eine radial orientierte Kernöffnung 24 vorgesehen ist, und die Bohrungen (22, 23) durch den Schaufelschaft (25) verlaufen und in die Kernöffnung (24) münden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinentechnik. Sie betrifft eine gekühlte Schaufel für eine Gasturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Schaufel ist z. B. aus der Druckschrift DE 32 48 162 A1 bekannt.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei modernen Gasturbinen mit hohem Wirkungsgrad werden mit einem Deckband versehene Schaufeln eingesetzt, die während des Betriebes Heissgasen mit Temperaturen von mehr als 1200 K und Drücken von mehr als 6 bar ausgesetzt sind.
  • In 1 ist eine grundlegende Konfiguration einer solchen Schaufel mit Deckband dargestellt. Die Schaufel 10 umfasst ein Schaufelblatt 11, dass nach unten zu über einen Schaufelschaft 25 in einen Schaufelfuss 12 übergeht. Am oberen Ende geht das Schaufelblatt 11 in einen Deckbandabschnitt 21 über, der bei einem vollständigen Schaufelkranz zusammen mit den Deckbandabschnitten der anderen Schaufeln ein geschlossenes, ringförmiges Deckband bildet. Das Schaufelblatt 11 hat eine Vorderkante 19, die von dem Heissgas angeströmt wird, und eine Hinterkante 20. Im Inneren des Schaufelblattes 11 sind mehrere radiale Kühlkanäle 13, 14 und 15 angeordnet, die durch Umlenkbereiche 17, 18 untereinander strömungsmässig verbunden sind und eine Serpentine mit mehreren Windungen bilden (siehe die Strömungspfeile in den Kühlkanälen 13, 14, 15 der 1).
  • Aufgrund des Einmaldurchlaufs des Kühlmediums durch die serpentinenartig hintereinandergeschalteten Kühlkanäle 13, 14, 15 strömt das Kühlmedium mit zunehmender Temperatur durch die Kühlkanäle und erreicht die höchste Temperatur im letzten Kühlkanal 15 der Hinterkante 20. Die Hinterkante 20 der Schaufel 10 kann daher unter bestimmten Betriebsbedingungen übermässige hohe Temperaturen des Kühlmediums und des Schaufelmaterials bzw. -metalls erreichen. Die sich daraus ergebende Fehlanpassung der Metalltemperatur über die axiale Länge der Schaufel kann zum Hochtemperaturkriechen und folglich zur Deformation der Hinterkante 20 führen. Für eine Schaufel mit Deckband, wie sie in 1 gezeigt ist, ergibt sich als sekundärer Effekt der Hinterkantendeformation eine Verkippung der Deckbandsegmente 21 in axialer, radialer und Umfangsrichtung. Die Verkippung der Deckbandsegmente 21 kann dazu führen, dass sich die Spalte zwischen einzelnen Deckbandsegmenten öffnen und den Eintritt von Hochtemperatur-Heissgas in den Deckband-Hohlraum ermöglichen. Infolge davon können sich die Temperaturen des Deckband-Metalls signifikant erhöhen und schnell ein Kriechen des Deckbandes einleiten und schliesslich zum Hochtemperaturausfall des Deckbandes führen.
  • In der Druckschrift US-A-4,278,400 ist für Schaufeln mit gekühlter Spitze und fein verteilten Kühlöffnungen an der Vorderkante (Filmkühlung) bereits eine Mehrfachversorgung bei der Kühlung der Schaufel vorgeschlagen worden. Am Ende einer 90°-Umlenkung des Hauptkühlstromes ist quer zur Strömungsrichtung des Hauptkühlstromes ein Ejektor angeordnet, durch den ein zusätzlicher Strom kühleren Kühlmediums in den an der Hinterkante entlanglaufenden Kühlkanal injiziert wird. Der Ejektor wird über einen radial durch den Fuss laufenden Kanal mit Kühlmedium versorgt. Das aus der Düse des Ejektors mit erhöhter Geschwindigkeit ausströmende Kühlmedium erzeugt einen Unterdruck, der das erwärmte Kühlmedium aus dem Kühlkanal der Vorderkante in den Kühlkanal der Hinterkante zieht. Etwa 45% des an der Vorderkante entlangströmenden Kühlmediums treten durch die Kühlöffnungen an der Vorderkante aus. 40% werden durch den Injektor angesaugt. Der Rest tritt durch Kühlöffnungen an der Schaufelspitze aus.
  • Diese bekannte Art der Mehrfachversorgung mit Kühlmedium hat verschiedene Nachteile: Durch den Injektor werden die Druckverhältnisse und Strömungsverhältnisse in den Kühlkanälen gegenüber der Konfiguration mit Einfachversorgung durch den Eingang des Kühlkanals an der Vorderkante massiv verändert. Insbesondere muss ein Gleichgewicht zwischen dem an der Vorderkante zur Filmkühlung ausströmenden Kühlmedium und dem durch den Injektor angesaugten Kühlmedium gefunden und eingestellt werden. Dies bedingt eine völlig neue konstruktive Auslegung der Schaufelkühlung, die nur schwer an sich ändernde Anforderungen angepasst werden kann. Das Injektorprinzip und die damit verbundene Unterdruckerzeugung sind nicht geeignet für Schaufeln ohne Filmkühlung der Vorderkante und Schaufeln mit gekühltem Deckband.
  • Eine alternative Ausführungsform einer gekühlten Gasturbinenschaufel offenbart DE 32 48 162 A1 . Innerhalb des Schaufelblatts ist zwischen der Schaufelvorderkante und der Schaufelhinterkante eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden, mäanderförmig hintereinandergeschalteten Kühlkanälen zum Hindurchleiten eines Kühlmediums, in diesem Falle Kühlluft, zur konvektiven Kühlung der Schaufel angeordnet. Aus einer Kühlluftquelle, in der Regel dem Verdichter, strömt die Kühlluft in den ersten Kühlkanal ein, welcher sich entlang der Vorderkante erstreckt. Ein zweiter Kühlkanal verläuft entlang der Hinterkante vom Schaufelfuss zur Schaufelspitze. Der Ausgang des ersten Kühlkanals steht über einen ersten Umlenkbereich, einen zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkanal angeordneten dritten Kühlkanal und einen zweiten Umlenkbereich mit dem Eingang des zweiten Kühlkanals in Verbindung, wobei erste Mittel vorgesehen sind, durch welche dem von dem dritten Kühlkanal in den zweiten Kühlkanal strömenden, aufgewärmten Hauptstrom des Kühlmediums nach Maßgabe der Einsatzbedingungen der Schaufel über einen radialen Kühlkanal von der Kühlluftquelle ein Zusatzstrom kühlerer Kühlluft zugesetzt werden kann, und zweite Mittel in Form von Durchlassbohrungen vorgesehen sind, um Kühlluft aus dem ersten Kühlkanal direkt in den zweiten Kühlkanal im Bereich der Schaufelspitze einzuleiten, um eine hinreichende Kühlung des gesamten Bereichs der Hinterkante zu gewährleisten. Ein Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass eine zuverlässige und dauerhafte Einstellung der einzelnen Kühlmittelströme während des betrieblichen Einsatzes nur schwierig aufrechtzuerhalten ist.
  • Eine weitere Alternative einer konvektiv gekühlten Gasturbinenschaufel mit zwischen Schaufelfuss und Schaufelspitze mäanderförmig verlaufenden Kühlkanälen beschreibt die Druckschrift US 2002/0119045 . Vorderkantenbereich und Hinterkantenbereich der Schaufel werden dabei über separate Kühlkanäle unabhängig voneinander mit Kühlmittel beaufschlagt. Im Interesse einer intensiven Kühlung der Schaufelspitze sind die Kühlkanäle in diesem Bereich jeweils mit Kühlmittelaustrittslöchern ausgerüstet, welche einen Teil des vorbeiströmenden Kühlmittels ableiten. Zum Ausgleich dieser Verluste und zur Erhöhung der Kühlwirkung im Bereich der Vorder- und der Hinterkante wird in den Umlenkbereich vor dem jeweils letzten Abschnitt der Kühlkanäle ein Zusatzstrom frischen Kühlmittels eingespeist. Die Vorderkante verfügt über eine Prallkühlung und eine Filmkühlung. Die Vielzahl an Kanälen und Durchtrittsbohrungen erhöht den Fertigungsaufwand dieser Schaufel.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gekühlte Schaufel für Gasturbinen mit Mehrfachversorgung des Kühlmediums zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile bekannter Schaufeln vermeidet, auf Schaufeln mit gekühltem Deckband und ohne Filmkühlung der Vorderkante anwendbar ist, und sich auch bei vorhandenen Schaufelkonfigurationen leicht und ohne grossen zusätzlichen Aufwand verwirklichen lässt.
  • Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Zusatzstrom über quer durch die Schaufel bzw. den Schaufelschaft verlaufende, mit dem Umlenkbereich in Verbindung steht. Der Druck und die Temperatur des durch die Kernöffnung zugeführten Zusatzstroms sind dabei dieselben, wie beim in den Hauptkühleinlass einströmenden Hauptstrom. Durch die Zuführung über die Bohrungen wird eine Mischung der beiden Ströme erreicht, die zu einer deutlich verbesserten Kühlung der Hinterkante der Schaufel führt.
  • Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei einander gegenüberliegende Bohrungen vorgesehen welche in Strömungsrichtung schräg nach oben verlaufen und mit der Vertikalen jeweils einen Winkel zwischen 30° und 90° einschliessen. Insbesondere sind die Bohrungen in radialer und axialer Richtung gestaffelt angeordnet, wobei die Bohrungen einen vorgegebenen Innendurchmesser aufweisen, der radiale Abstand der Bohrungen, normiert auf den Innendurchmesser, im Bereich zwischen 1 und 4 liegt, der axiale Abstand, normiert auf den Innendurchmesser, im Bereich zwischen 0 und 3 liegt, und der radiale Abstand der oberen Bohrung von dem zweiten Umlenkbereich, normiert auf den Innendurchmesser, im Bereich zwischen 1 und 4 liegt.
  • Für die Realisierung der Mehrfachzuführung bei bereits vorliegenden Schaufelkonfigurationen ist es besonders günstig, wenn gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zweite Mittel vorgesehen sind, welche sicherstellen, dass der Hauptstrom des Kühlmediums durch den ersten Kühlkanal trotz dem Zusetzen des Zusatzstromes im wesentlichen unverändert bleibt. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass die zweiten Mittel zusätzliche Auslassöffnungen umfassen, welche zwischen dem Hauptkühleinlass und dem zweiten Umlenkbereich angeordnet sind, und durch welche ein Teilstrom des Hauptstroms des Kühlmediums austritt. Besonders günstig ist es dabei, wenn gemäss einer Weiterbildung die Schaufel am oberen Ende einen Deckbandabschnitt aufweist, und die zusätzlichen Auslassöffnungen im Deckbandabschnitt angeordnete Bohrungen sind. Hierdurch wird gleichzeitig eine deutlich verbesserte Kühlung des Deckbandes ermöglicht.
  • Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
  • 1 im Längsschnitt die Konfiguration einer gekühlten Gasturbinenschaufel mit Mehrfachversorgung des Kühlmediums und gekühltem Deckband gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 den Fussbereich der Schaufel aus 1 in einer vergrösserten Darstellung mit zwei Bohrungen zur Zuführung des Kühlmedium-Zusatzstroms;
  • 3, 4 jeweils einen Schnitt durch den Fuss der Schaufel aus 2 in einer zu der Schnittebene der 2 senkrechten Ebene durch eine der beiden Bohrungen zur Zuführung des Kühlmedium-Zusatzstroms;
  • 5 in der Draufsicht von oben den Deckbandabschnitt der Schaufel aus 1, 2; und
  • 68 verschiedene Schnitte durch den Deckbandbereich der Schaufel aus 1, 2 entlang der in 5 eingezeichneten parallelen Schnittebenen A-A, B-B und C-C.
  • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer gekühlten Gasturbinenschaufel mit Mehrfachzuführung des Kühlmediums gemäss der Erfindung ist in den 1 bis 4 wiedergegeben. Der Hauptstrom des Kühlmediums tritt im Bereich des Schaufelschaftes 25 durch einen Hauptkühleinlass 16 von unten in den Kühlkanal 13 ein und tritt teilweise durch (Öffnungen im Deckbandabschnitt 21 (Bohrungen 27, ..., 29 in 5 bis 8) und teilweise entlang der Hinterkante 20 wieder aus (siehe die in 1 eingezeichneten Pfeile am Deckbandabschnitt 21 und an der Hinterkante 20).
  • Zusätzliches Kühlmedium wird durch den Schaufelschaft 25 und eine im Schaufelfuss vorhanden Kernöffnung 24 mittels zweier Bohrungen 22, 23 zugeführt. Die Bohrungen 22, 23 sind – wie aus den 2 bis 4 gut erkennbar ist – in radialer und in axialer Richtung gestaffelt und liegen einander gegenüber (3, 4). Die Bohrungen 22, 23 sind mit einem Winkel zwischen 30° und 90° gegen die Vertikale geneigt, wobei sie in Strömungsrichtung (von aussen nach innen) schräg nach oben verlaufen. Die Bohrungen 22, 23 enden in der Kernöffnung 24 im Schaufelfuss 12. Sie sind damit in dem Bereich der Schaufel 10 eingearbeitet, der zum Abstützen und zum Entfernen des Gusskernes dient und damit ohnehin vorhanden ist. Ist keine Kernöffnung vorhanden, d. h., hat der Umlenkbereich 18 keine Verbindung nach aussen, können die Bohrungen 22, 23 aber auch weiter oben verlaufen und direkt in den Umlenkbereich 18 münden. Weiterhin ist es denkbar, anstelle der Kernöffnung einen radial angeordneten Quarzstab vorzusehen, der eine Verbindung der Bohrungen mit dem Umlenkbereich sicherstellt.
  • Der Zweck der Mehrfachzuführung von Kühlmedium besteht darin, kühleres Kühlmedium direkt in den Hinterkantenbereich der Schaufel 10 einzuführen. Diese Einführung geschieht so, dass der durch den Hauptkühleinlass 16 zugeführte Hauptstrom des Kühlmediums möglichst wenig behindert bzw. blockiert wird. Der axiale Abstand x zwischen den Bohrungen 22 und 23 liegt, normiert auf den Durchmesser d der Bohrungen 22, 23, vorzugsweise in einem Bereich von x/d zwischen 0 und 3 (siehe 2). Der radiale Abstand y zwischen den Bohrungen 22 und 23 liegt, normiert auf den Durchmesser d, vorzugsweise in einem Bereich von y/d zwischen 1 und 4 (siehe 2). Der auf d normierte Abstand der oberen Bohrung 22 vom zweiten inneren Umlenkbereich 18 liegt vorzugsweise in einem Bereich von I/d zwischen 1 und 4 (2).
  • Zusätzlich zu dieser Zuführung von kälterem Kühlmedium sind im Deckbandabschnitt 21 der Schaufel 10 weitere Bohrungen 27, 28, 29 vorgesehen (5 bis 8). Der Zweck dieser zusätzlichen Bohrungen 27, 28, 29 besteht darin, sicherzustellen, dass der Massenstrom des Kühlmediums im vorderen Kühlkanal 13 trotz der Zuführung des zusätzlichen Kühlmediums durch die Bohrungen 23, 24 weitgehend unverändert bleibt. Gleichzeitig dient das durch die Bohrungen 27, 28, 29 austretende Kühlmedium dazu, den Deckbandabschnitt aktiv zu kühlen. Die Kühlbohrungen 27, 28, 29 im Deckbandabschnitt 21 haben vorzugsweise einen Innendurchmesser im Bereich zwischen 0,6 mm und 4 mm. Alle drei Bohrungen 27, 28, 29 sind am Deckbandabschnitt 21 so positioniert und dimensioniert, dass eine ungleichmässige Strahldurchdringung in den Hauptstrom des Deckbandhohlraums stattfindet.
  • An beiden Zuführungsstellen des Kühlmediums am Hauptkühleinlass 16 und an den Bohrungen 22, 23 hat das Kühlmedium denselben Druck und dieselbe Temperatur. Es findet daher eine Mischung des Kühlmedium-Hauptstroms mit dem Zusatzstrom innerhalb des Umlenkbereiches 18 statt, der den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit weitgehend unverändert lässt. Im Umlenkbereich 18 erfolgt eine Umlenkung des Hauptstromes um etwa 135°. Der Zusatzstrom wird dann mit Vorteil an einem Punkt des Umlenkbereiches 18 zugeführt, wo bereits eine Umlenkung um etwa 90° erfolgt ist. Werden – ausgehend von einer Schaufelkonfiguration ohne Mehrfachzuführung des Kühlmediums – im Bereich des Schaufelfusses 12 und im Deckbandabschnitt 21 gemäss 1 Bohrungen 22, 23 bzw. 27, ..., 29 für die Zufuhr und Abfuhr von Kühlmedium vorgesehen, wird die Kühlung im Bereich der Hinterkante 20 deutlich verbessert, ohne dass der Hauptkühlstrom und damit die Kühlung der übrigen Schaufel verändert wird. Zusätzlich gewonnen wird eine aktive Kühlung des Deckbandabschnitts 21.
  • Hat die Schaufel kein Deckband, durch welches ein Teil des Kühlmediumstromes austritt, ist es notwendig, den Querschnitt des zweiten Kühlkanals 15 so zu erweitern, dass er dem im zweiten Umlenkbereich 18 zugemischte Zusatzstrom Rechnung trägt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Schaufel
    11
    Schaufelblatt
    12
    Schaufelfuss
    13, 14, 15
    Kühlkanal
    16
    Hauptkühleinlass
    17, 18
    Umlenkbereich
    19
    Vorderkante
    20
    Hinterkante
    21
    Deckbandabschnitt
    22, 23
    Bohrung
    24
    Kernöffnung
    25
    Schaufelschaft
    27, ..., 29
    Bohrung
    d
    Innendurchmesser der Bohrungen 22, 23
    I
    Abstand der oberen Bohrung 22 vom zweiten Umlenkbereich
    y
    Abstand der Bohrungen 22, 23 in radialer Richtung
    x
    Abstand der Bohrungen 22, 23 in axialer Richtung

Claims (10)

  1. Gekühlte Schaufel (10) für eine Gasturbine, welche Schaufel (10) ein von einem Schaufelfuss (12) und einem Schaufelschaft (25) ausgehendes Schaufelblatt (11) mit einer Vorderkante (19) und einer Hinterkante (20) sowie innerhalb des Schaufelblatts (11) eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden, strömungsmässig hintereinandergeschalteten Kühlkanälen (13, 14, 15) aufweist, von denen ein erster Kühlkanal (13) entlang der Vorderkante (19) und ein zweiter Kühlkanal (15) entlang der Hinterkante (20) vom Schaufelfuss (12) zur Spitze des Schaufelblattes (11) von einem Hauptstrom eines Kühlmediums durchströmt werden und der Ausgang des ersten Kühlkanals (13) über einen über einen ersten Umlenkbereich (17), einen zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal (13, 15) angeordneten dritten Kühlkanal (14), und einen zweiten Umlenkbereich (18) mit dem Eingang des zweiten Kühlkanals (15) in Verbindung steht, wobei erste Mittel (22, 23, 24) vorgesehen sind, durch welche dem vom dritten Kühlkanal (14) in den zweiten Kühlkanal (15) strömenden, aufgewärmten Hauptstrom des Kühlmediums von aussen ein Zusatzstrom kühleren Kühlmediums zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel quer durch die Schaufel (10) verlaufende Bohrungen (22, 23) umfassen, welche mit dem zweiten Umlenkbereich (18) in Verbindung stehen, wobei im Schaufelfuss 12 in an sich bekannter Weise eine radial orientierte Kernöffnung 24 vorgesehen ist, und die Bohrungen (22, 23) durch den Schaufelschaft (25) verlaufen und in die Kernöffnung (24) münden.
  2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei einander gegenüberliegende Bohrungen (22, 23) vorgesehen sind, welche in Strömungsrichtung schräg nach oben verlaufen und mit der Vertikalen jeweils einen Winkel zwischen 30° und 90° einschliessen.
  3. Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (22, 23) in radialer und axialer Richtung gestaffelt angeordnet sind.
  4. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (22, 23) einen vorgegebenen Innendurchmesser (d) aufweisen, dass der radiale Abstand (y) der Bohrungen (22, 23), normiert auf den Innendurchmesser (d), im Bereich zwischen 1 und 4 liegt, und dass der axiale Abstand (x), normiert auf den Innendurchmesser (d), im Bereich zwischen 0 und 3 liegt.
  5. Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (I) der oberen Bohrung (22) von dem zweiten Umlenkbereich (18), normiert auf den Innendurchmesser (d), im Bereich zwischen 1 und 4 liegt.
  6. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Mittel (27, ..., 29) vorgesehen sind, welche sicherstellen, dass der Hauptstrom des Kühlmediums durch den ersten Kühlkanal (13) trotz dem Zusetzen des Zusatzstromes im wesentlichen unverändert bleibt.
  7. Schaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel zusätzliche Auslassöffnungen (27, ..., 29) umfassen, welche zwischen dem Hauptkühleinlass (16) und dem zweiten Umlenkbereich (18) angeordnet sind, und durch welche ein Teilstrom des Hauptstroms des Kühlmediums austritt.
  8. Schaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (10) am oberen Ende einen Deckbandabschnitt (21) aufweist, und dass die zusätzlichen Auslassöffnungen im Deckbandabschnitt (21) angeordnete Bohrungen (27, ..., 29) sind.
  9. Schaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckbandabschnitt wenigstens drei Bohrungen (27, ..., 29) vorgesehen sind, welche einen Innendurchmesser im Bereich zwischen 0,6 mm und 4 mm aufweisen.
  10. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanal (15) eine Querschnittserweiterung entsprechend dem zugemischten Zusatzstrom aufweist.
DE10331635.3A 2003-07-12 2003-07-12 Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine Expired - Fee Related DE10331635B4 (de)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331635.3A DE10331635B4 (de) 2003-07-12 2003-07-12 Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine
ES04766104.6T ES2436750T3 (es) 2003-07-12 2004-06-30 Pala refrigerada para una turbina de gas
PCT/EP2004/051309 WO2005005785A1 (de) 2003-07-12 2004-06-30 Gekühlte schaufel für eine gasturbine
KR1020067000708A KR101146158B1 (ko) 2003-07-12 2004-06-30 가스 터빈용 피냉각 블레이드 또는 베인
MXPA06000402A MXPA06000402A (es) 2003-07-12 2004-06-30 Alabe o paleta enfriada para turbina de gas.
KR1020117025895A KR20110134505A (ko) 2003-07-12 2004-06-30 가스 터빈용 피냉각 블레이드 또는 베인
EP04766104.6A EP1644614B1 (de) 2003-07-12 2004-06-30 Gekühlte schaufel für eine gasturbine
CN2004800260342A CN1849439B (zh) 2003-07-12 2004-06-30 用于燃气轮机的被冷却的叶片
CA2531754A CA2531754C (en) 2003-07-12 2004-06-30 Cooled blade or vane for a gas turbine
ARP040102433A AR046072A1 (es) 2003-07-12 2004-07-08 Paleta enfriada para turbina de gas
TW093120792A TWI338075B (en) 2003-07-12 2004-07-12 Cooled blade or vane for a gas turbine
US11/330,268 US7264445B2 (en) 2003-07-12 2006-01-12 Cooled blade or vane for a gas turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331635.3A DE10331635B4 (de) 2003-07-12 2003-07-12 Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10331635A1 DE10331635A1 (de) 2005-02-03
DE10331635B4 true DE10331635B4 (de) 2014-02-13

Family

ID=33560081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10331635.3A Expired - Fee Related DE10331635B4 (de) 2003-07-12 2003-07-12 Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7264445B2 (de)
EP (1) EP1644614B1 (de)
KR (2) KR20110134505A (de)
CN (1) CN1849439B (de)
AR (1) AR046072A1 (de)
CA (1) CA2531754C (de)
DE (1) DE10331635B4 (de)
ES (1) ES2436750T3 (de)
MX (1) MXPA06000402A (de)
TW (1) TWI338075B (de)
WO (1) WO2005005785A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101586477B (zh) * 2008-05-23 2011-04-13 中国科学院工程热物理研究所 一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置
CH699999A1 (de) 2008-11-26 2010-05-31 Alstom Technology Ltd Gekühlte schaufel für eine gasturbine.
EP2236746A1 (de) * 2009-03-23 2010-10-06 Alstom Technology Ltd Gasturbine
US8545170B2 (en) * 2009-10-27 2013-10-01 General Electric Company Turbo machine efficiency equalizer system
US20130052035A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 General Electric Company Axially cooled airfoil
US9032733B2 (en) 2013-04-04 2015-05-19 General Electric Company Turbomachine system with direct header steam injection, related control system and program product
KR102230700B1 (ko) * 2017-09-12 2021-03-23 한국기계연구원 가스 터빈용 블레이드
KR20200021594A (ko) 2018-08-21 2020-03-02 이재진 어린이 보호구역 차단기
KR20200069876A (ko) 2018-12-07 2020-06-17 연세대학교 산학협력단 냉각 성능 향상을 위한 단락요철 구조를 포함하는 가스터빈 블레이드
CN112969337B (zh) * 2021-02-01 2023-01-06 中节能宁夏新能源股份有限公司 超算数据中心冷却方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4278400A (en) * 1978-09-05 1981-07-14 United Technologies Corporation Coolable rotor blade
DE3248162A1 (de) * 1981-12-28 1983-07-07 United Technologies Corp., 06101 Hartford, Conn. Kuehlbare schaufel
US5403159A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 United Technoligies Corporation Coolable airfoil structure
DE19814680C2 (de) * 1997-04-01 2001-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel
US20020119045A1 (en) * 2001-02-23 2002-08-29 Starkweather John Howard Turbine airfoil with metering plates for refresher holes

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB817660A (en) * 1955-05-27 1959-08-06 Bristol Aero Engines Ltd Improvements in or relating to blades for gas turbines
GB855058A (en) * 1957-02-22 1960-11-30 Rolls Royce Improvements in or relating to bladed rotor or stator constructions for axial-flow fluid machines for example for compressors or turbines of gas-turbine engines
GB1268911A (en) 1969-09-26 1972-03-29 Rolls Royce Improvements in or relating to blades
GB1551678A (en) * 1978-03-20 1979-08-30 Rolls Royce Cooled rotor blade for a gas turbine engine
US4761116A (en) * 1987-05-11 1988-08-02 General Electric Company Turbine blade with tip vent
GB2250548A (en) 1990-12-06 1992-06-10 Rolls Royce Plc Cooled turbine aerofoil blade
US5813835A (en) * 1991-08-19 1998-09-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Air-cooled turbine blade
JP3238344B2 (ja) 1997-02-20 2001-12-10 三菱重工業株式会社 ガスタービン静翼
US6524847B2 (en) * 2000-06-23 2003-02-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Composting system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4278400A (en) * 1978-09-05 1981-07-14 United Technologies Corporation Coolable rotor blade
DE3248162A1 (de) * 1981-12-28 1983-07-07 United Technologies Corp., 06101 Hartford, Conn. Kuehlbare schaufel
US5403159A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 United Technoligies Corporation Coolable airfoil structure
DE19814680C2 (de) * 1997-04-01 2001-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel
US20020119045A1 (en) * 2001-02-23 2002-08-29 Starkweather John Howard Turbine airfoil with metering plates for refresher holes

Also Published As

Publication number Publication date
KR101146158B1 (ko) 2012-05-25
MXPA06000402A (es) 2006-04-05
US20060177310A1 (en) 2006-08-10
CN1849439B (zh) 2010-12-08
CA2531754C (en) 2012-10-09
DE10331635A1 (de) 2005-02-03
US7264445B2 (en) 2007-09-04
ES2436750T3 (es) 2014-01-07
KR20060030114A (ko) 2006-04-07
TW200508478A (en) 2005-03-01
TWI338075B (en) 2011-03-01
WO2005005785A1 (de) 2005-01-20
CN1849439A (zh) 2006-10-18
KR20110134505A (ko) 2011-12-14
EP1644614B1 (de) 2013-08-28
AR046072A1 (es) 2005-11-23
EP1644614A1 (de) 2006-04-12
CA2531754A1 (en) 2005-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1709298B1 (de) Gekühlte schaufel für eine gasturbine
DE10001109B4 (de) Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine
DE19921644B4 (de) Kühlbare Schaufel für eine Gasturbine
DE60018817T2 (de) Gekühlte Gasturbinenschaufel
DE69831109T2 (de) Kühlluftzufuhrsystem für die Schaufeln einer Gasturbine
DE60015233T2 (de) Turbinenschaufel mit interner Kühlung
EP1013884B1 (de) Turbinenschaufel mit aktiv gekühltem Deckbandelememt
EP1113145B1 (de) Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante
DE602005000350T2 (de) Turbinenstatorschaufel mit verbesserter Kühlung
DE1946535C3 (de) Bauteil für ein Gasturbinentriebwerk
DE69936243T2 (de) Gasturbinenschaufel
DE19810066C2 (de) Gasturbinenlaufschaufel
DE69822100T2 (de) Turbinenschaufel
DE60126051T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur örtlichen Kühlung der Wände von Gasturbinenleitapparaten
EP1201879B1 (de) Gekühltes Bauteil, Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils
DE69820572T2 (de) Konfiguration der kühlkanäle für die hinterkante einer gasturbinenleitschaufel
DE102006004437A1 (de) Plattform einer Laufschaufel einer Gasturbine, Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufel, Dichtungsplatte und Gasturbine
DE102012100266A1 (de) Gekrümmte Kühlkanäle für eine Turbinenkomponente
DE3711024A1 (de) Gekuehlte schaufel fuer ein gasturbinentriebwerk
DE102004054294A1 (de) Kühlsystem für Plattformkanten von Leitradsegmenten
DE19807563A1 (de) Kühlkonstruktion zum Kühlen einer Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine
DE2241194A1 (de) Stroemungsmaschinenschaufel mit tragfluegelfoermigem querschnittsprofil und mit einer vielzahl von in schaufellaengsrichtung verlaufenden kuehlkanaelen
DE10331635B4 (de) Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine
DE3333018A1 (de) Gekuehlte gasturbinenschaufel
DE10332561A1 (de) Gekühltes Turbinenlaufrad, insbesondere Hochdruckturbinenlaufrad für ein Flugtriebwerk

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative

Representative=s name: DREISS PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

Representative=s name: DREISS PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT, DE

R020 Patent grant now final
R020 Patent grant now final

Effective date: 20141114

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH

Owner name: ANSALDO ENERGIA IP UK LIMITED, GB

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH

R082 Change of representative

Representative=s name: DREISS PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ANSALDO ENERGIA IP UK LIMITED, GB

Free format text: FORMER OWNER: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, BADEN, CH

R082 Change of representative

Representative=s name: DREISS PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee