DE10355449A1

DE10355449A1 - Turbinenschaufel

Info

Publication number: DE10355449A1
Application number: DE10355449A
Authority: DE
Inventors: Bruno Benedetti; Said Jaamei; David Johns; Joerg Krueckels
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: GB2395987A; US20040109765A1; GB0228066D0; GB2395987B; DE10355449B4; US6945750B2; JP2004183656A

Abstract

Eine Turbinenschaufel (1) für eine Gasturbine weist ein sich von einer Plattform (3, 4) erstreckendes hohles Schaufelblatt (8) auf. Zwischen dem Schaufelblatt (2) und der Plattform (3, 4) befindet sich sowohl auf der Druckseite (8) als auch auf der Saugseite (9) des Schaufelblatts (2) ein Übergang (13). Der Übergang (13) enthält eine entlang einem Teil der Länge des Übergangs (13) verlaufende Kühlbohrung (17, 18) mit einem mit dem Inneren der Turbinenschaufel (1) in Verbindung stehenden ersten Ende (17a, 18a) zur Aufnahme eines gasförmigen Kühlmittels und einem mit dem Äußeren der Turbinenschaufel (1) in Verbindung stehenden zweiten Ende (17b, 18b). Die Kühlbohrung (17, 18) kann durch Funkerosion (EDM - electro-discharge machining) hergestellt sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel, sowohl eine Leitschaufel als auch eine Laufschaufel, für eine Gasturbine nach dem unabhängigen Anspruch.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Beispiel für eine Turbinenschaufel nach dem Stand der Technik wird in 1 und in 2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Die Turbinenschaufel 1 weist einen Schaufelkörper oder ein Schaufelblatt 2 auf, der bzw. das sich von einer äußeren Plattform 3 zu einer inneren Plattform 4 erstreckt. Das Schaufelblatt 2 ist hohl und nimmt ein gasförmiges Kühlmittel (zum Beispiel Luft) auf, das aus Löchern 6 in der Austrittskante 7 abgeführt wird. Des Weiteren steht das Innere des Schaufelblatts 2 durch Reihen von Filmkühlungslöchern 11 mit der Druckseite 8 und der Saugseiteg des Schaufelblatts in Verbindung, so dass die Außenseite des Schaufelblatts durch einen sich auf der Oberfläche bildenden Film gekühlt wird. Ähnliche Reihen von Löchern 12 sind in den Plattformen 3, 4 ausgebildet. Die Turbinenschaufel 1 ist durch Gießen hergestellt, und zwischen der Druck- und der Saugseite 8, 9 des Schaufelblatts 2 und jeder der Plattformen 3, 4 besteht ein fließender Übergang 13.
Zur effizienten Kühlung der Übergänge 13 sind an verschiedenen Stellen am Übergang Gruppen 14 von Filmkühlungslöchern vorgesehen. Diese zusätzlichen Löcher erhöhen jedoch die Menge an gasförmigem Kühlmittel, die der Turbinenschaufel 1 zugeführt werden muss.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die Kühlung eines Übergangs verbessern und die für den erwähnten Zweck erforderliche Anzahl von Löchern reduzieren zu können.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine bereit, die ein sich von einer Plattform erstreckendes hohles Schaufelblatt umfasst, wobei zwischen dem Schaufelblatt und der Plattform auf der Druckseite oder der Saugseite des Schaufelblatts ein Übergang besteht, welcher eine entlang einem Teil der Länge des Übergangs verlaufende Kühlbohrung enthält, wobei die Kühlbohrung ein mit dem Inneren der Turbinenschaufel in Verbindung stehendes erstes Ende zur Aufnahme eines gasförmigen Kühlmittels und ein mit dem Äußeren der Turbinenschaufel in Verbindung stehendes zweites Ende aufweist.
Die Kühlbohrung kann gerade oder gekrümmt sein und weist vorzugsweise einen im Wesentlichen konstanten Krümmungsradius auf, oder sie kann durch Funkenerosion (EDM – electro-discharge machining) hergestellt sein.
KURZE BEBSCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nur beispielhaft weiter beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Art von Turbinenschaufel nach dem Stand der Technik,
2 einen Querschnitt entlang Linie II-II durch das Schaufelblatt der bekannten Turbinenschaufel mit Blickrichtung auf die äußere Plattform,
3 eine Ausführungsform einer Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung mit Blickrichtung von der Druckseite,
4 einen Schnitt entlang de Linie IV-IV in 3,
5 die Turbinenschaufel nach 3 mit Blickrichtung von der Außenseite der äußeren Plattform,
6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5,
7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in 5 und
8 eine Teilansicht, die nur einen Teil der Austrittsseite der Turbinenschaufel, einschließlich einem Teil der Austrittskante des Schaufelblatts, zeigt.
Die Zeichnungen zeigen nur die wichtigen Teile der Erfindung. Gleiche Elemente werden in den verschiedenen Zeichnungen mit der gleichen Bezugszahl versehen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die in den 3 bis 8 gezeigte Turbinenschaufel weist eine ähnliche Struktur auf wie die in den 1 und 2 gezeigte Turbinenschaufel 1, und ähnliche Teile sind mit der gleichen Bezugszahl versehen worden. Diese Turbinenschaufel 1 könnte sowohl eine Leitschaufel als auch eine Laufschaufel einer Gasturbine sein. Die Filmkühlungslöcher 11 und 12 im Schaufelkörper oder Schaufelblatt 2 sind zwar vorhanden, werden aber in den 3 bis 8 nicht gezeigt, während die Gruppen 14 von Filmkühlungslöchern in der Turbinenschaufel 1 nach dem Stand der Technik bei der bevorzugten Ausführungsform der Turbinenschaufel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vorhanden sind. Es sei darauf hingewiesen, dass das Innere der Plattform 3 mit Vorsprüngen 16 versehen ist, die die innere Kühlung verbessern sollen (5).
Auf der Druckseite 8 weist der Übergang 13 zwischen dem Schaufelblatt 2 und der äußeren Plattform 3 eine Kühlbohrung 17 auf (siehe insbesondere 7), die ca. 55 mm lang ist und ein mit dem Inneren der Plattform 3 in Verbindung stehendes erstes Ende 17a und ein mit dem Äußeren der Turbinenschaufel 1 an der Austrittsseite, neben der Austrittskante 7 des Schaufelblatts 2 in Verbindung stehendes zweites Ende 17b aufweist. Ebenso enthält der Übergang 13 auf der Saugseite 9 eine Kühlbohrung 18 (siehe insbesondere 6), die über ca. 75 mm entlang dem Übergang 13 verläuft und ein mit dem Inneren der Plattform 3 in Verbindung stehendes erstes Ende 18a und ein mit dem Äußeren der Turbinenschaufel 1 neben der Austrittskante 7 in Verbindung stehendes zweites Ende 18b aufweist. Jede Kühlbohrung 17, 18 weist einen Durchmesser von zum Beispiel 1+0,1 mm auf.
Die Kühlbohrungen 17, 18 werden vorzugsweise durch eine Hochgeschwindigkeits-EDM-Maschine unter Verwendung eines Einpunktrotations-EDM-Werkzeugs im Turbinenschaufelgussteil hergestellt. Unter Berücksichtigung der Gießtoleranzen sind die Kühlbohrungen 17, 18 so positioniert, dass sich ihre Austrittsenden 17b, 18b genau an der gewünschten Stelle befinden. Die maschinelle Bearbeitung jeder Kühlbohrung 17, 18 beginnt vorzugsweise auf der Austrittsseite der Turbinenschaufel 1 und wird beendet, nachdem die Kühlbohrung 17, 18 das Innere der Plattform 3 erreicht hat, so dass in der Plattform 3 eine Nut 17c, 18c gebildet wird.
Die entlang dem Übergang 13 verlaufenden Kühlbohrungen 17, 18 können ungefähr die gleiche Kühlwirkung liefern wie eine Vielzahl von Filmkühlbohrungen, wodurch eine große Menge an gasförmigem Kühlmittel gespart wird.
Es können innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung verschiedene Modifikationen hergestellt werden. Zum Beispiel könnten neben den oder statt der Kühlbohrungen 17, 18 entlang den Übergängen 13 verlaufende ähnliche Kühlbohrungen an anderen Stellen vorgesehen werden. Des Weiteren wird das Vorsehen von Filmkühlungslöchern im Übergang 13 oder in der Nähe davon nicht ausgeschlossen. Es ist möglich, dass die Kühlbohrung einen Durchmesser von nur 0,5 mm oder von bis zu 2 mm oder mehr aufweist. Die Kühlbohrung weist normalerweise eine Länge von mehreren Zentimetern, vorzugsweise mindestens 5 cm, auf, wobei die maximale Länge aus praktischen Überlegungen begrenzt ist und möglicherweise 10 cm oder mehr beträgt.
Obgleich die Kühlbohrungen 17, 18 nur in Verbindung mit den Übergängen 13 zwischen dem Schaufelblatt 2 und der äußeren Plattform 3 beschrieben worden sind, könnten ähnliche Kühlbohrungen 17, 18 an den Übergängen 13 zwischen dem Schaufelblatt und der inneren Plattform 4 vorgesehen sein.
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand eines Beispiels beschrieben worden ist, liegt auf der Hand, dass von einem Fachmann auch andere Formen konzipiert werden könnten. Demgemäß wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die angehängten Ansprüche eingeschränkt.

1: Turbinenschaufel
2: Schaufelblatt
3: Äußere Plattform
4: Innere Plattform
6: Loch
7: Austrittskante
8: Druckseite
9: Saugseite
11: Filmkühlungsloch
12: Filmkühlungsloch
13: Übergang
14: Gruppe von Filmkühlungslöchern
16: Vorsprünge
17: Kühlbohrung
17a: Erstes Ende von Kühlbohrung 17
17b: Zweites Ende von Kühlbohrung 17
17c: Nut
18: Kühlbohrung
18a: Erstes Ende von Kühlbohrung 18
18b: Zweites Ende von Kühlbohrung 18
18c: Nut

Claims

Turbinenschaufel (1) für eine Gasturbine, die ein sich von einer Plattform (3, 4) erstreckendes hohles Schaufelblatt (8) umfasst, wobei zwischen dem Schaufelblatt (2) und der Plattform (3, 4) auf der Druckseite (8) oder der Saugseite (9) des Schaufelblatts (2) ein Übergang (13) besteht, welcher eine entlang einem Teil der Länge des Übergangs (13) verlaufende Kühlbohrung (17, 18) enthält, wobei die Kühlbohrung ein mit dem Inneren der Turbinenschaufel (1) in Verbindung stehendes erstes Ende (17a, 18a) zur Aufnahme eines gasförmigen Kühlmittels und ein mit dem Äußeren der Turbinenschaufel (1) in Verbindung stehendes zweites Ende (17b, 18b) aufweist.
Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der sich das erste Ende (17a, 18a) der Kühlbohrung (17, 18) innerhalb der Plattform (3, 4) befindet.
Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 2, bei der das erste Ende (17a, 18a) der Kühlbohrung (17, 18) innerhalb der Plattform (3, 4) als eine Nut (17c, 18c) in der Plattform (3, 4) ausgebildet ist.
Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der sich das zweite Ende (17a, 17b) der Kühlbohrung (17, 18) auf der Austrittsseite der Turbinenschaufel (1) befindet.
Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der sich das zweite Ende (17a, 17b) der Kühlbohrung (17, 18) neben der Austrittskante (7) des Schaufelblatts (2) befindet.
Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Kühlbohrung (17, 18) gerade ist.
Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Kühlbohrung (17, 18) gekrümmt ist.
Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 7, bei der die Kühlbohrung (17, 18) einen im Wesentlichen konstanten Krümmungsradius aufweist.
Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlbohrung (17, 18) einen Durchmesser von ca. 1 mm aufweist.
Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlbohrung (17, 18) eine Länge von mindestens 5 cm aufweist.
Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwei solche Kühlbohrungen (17, 18), eine im Übergang (13) auf der Druckseite (8) und die andere im Übergang (13) auf der Saugseite (7), vorgesehen sind.
Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlbohrung (17, 18) durch Funkenerosion (EDM) hergestellt ist.
Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Turbinenschaufel (1) um eine Leitschaufel oder um eine Laufschaufel handelt.