DE10355449B4 - Turbinenschaufel - Google Patents
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Abstract
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 in2 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Die Turbinenschaufel1 weist einen Schaufelkörper oder ein Schaufelblatt2 auf, der bzw. das sich von einer äußeren Plattform3 zu einer inneren Plattform4 erstreckt. Das Schaufelblatt2 ist hohl und nimmt ein gasförmiges Kühlmittel (zum Beispiel Luft) auf, das aus Löchern6 in der Austrittskante7 abgeführt wird. Des Weiteren steht das Innere des Schaufelblatts2 durch Reihen von Filmkühlungslöchern11 mit der Druckseite8 und der Saugseite9 des Schaufelblatts in Verbindung, so dass die Außenseite des Schaufelblatts durch einen sich auf der Oberfläche bildenden Film gekühlt wird. Ähnliche Reihen von Löchern12 sind in den Plattformen3 ,4 ausgebildet. Die Turbinenschaufel1 ist durch Gießen hergestellt, und zwischen der Druck- und der Saugseite8 ,9 des Schaufelblatts2 und jeder der Plattformen3 ,4 besteht ein fließender Übergang13 . - Zur effizienten Kühlung der Übergänge
13 sind an verschiedenen Stellen am Übergang Gruppen14 von Filmkühlungslöchern vorgesehen. Diese zusätzlichen Löcher erhöhen jedoch die Menge an gasförmigem Kühlmittel, die der Turbinenschaufel1 zugeführt werden muss. - Eine gattungsgemäße Leitschaufel ist beispielsweise in
US 6 382 908 B1 offenbart. - Aus der
DE 694 14 209 T2 ist eine Turbinenschaufel bekannt bei der die an einer Vorderkante des Strömungsprofils angeordneten Kühlkanäle helixförmig gekrümmt sind. - Aus der
EP 1 176 284 A2 ebenfalls eine gattungsgemäße Leitschaufel bekannt, bei der die Kühlluftbohrungen im Bereich des Übergangs zwischen Schaufelblatt und Plattform so ausgerichtet sind, dass die Kühlluft ohne große Verwirbelungen in den Rauchgasstrom eintritt, der die Leitschaufel umströmt. - KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- Deshalb besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die Kühlung eines Übergangs verbessern und die für den erwähnten Zweckerforderliche 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 mit wenigstens einem Filmkühlungsloch besteht, welcher sich dadurch auszeichnet, dass der Übergang zwei entlang einem Teil der Länge des Übergangs verlaufende Kühlbohrungen enthält, eine im Übergang auf der Druckseite und die andere im Übergang auf der Saugseite, wobei die Kühlbohrungen 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 sowie eine Länge von mindestens 5 cm aufweisen.
- Die Kühlbohrungen können gerade oder gekrümmt sein und weisen vorzugsweise einen im Wesentlichen konstanten Krümmungsradius auf, oder sie können durch Funkenerosion (EDM – electro-discharge machining) hergestellt sein.
- KURZE BESCHREIBUNG 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 der Linie IV-IV in3 -
5 die Turbinenschaufel nach3 mit Blickrichtung von der Außenseite der äußeren Plattform, -
6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in5 -
7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in5
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 bis8 gezeigte Turbinenschaufel weist eine ähnliche Struktur auf wie die in den1 und2 gezeigte Turbinenschaufel1 und ähnliche Teile sind mit der gleichen Bezugszahl versehen worden. Diese Turbinenschaufel1 könnte sowohl eine Leitschaufel als auch eine Laufschaufel einer Gasturbine sein. Die Filmkühlungslöcher11 und12 im Schaufelkörper oder Schaufelblatt2 sind zwar vorhanden, werden aber in den3 bis8 nicht gezeigt, während die Gruppen14 von Filmkühlungslöchern in der Turbinenschaufel1 nach dem Stand der Technik bei der bevorzugten Ausführungsform der Turbinenschaufel1 gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vorhanden sind. Es sei darauf hingewiesen, dass das Innere der Plattform3 mit Vorsprüngen16 versehen ist, die die innere Kühlung verbessern sollen (5 ). - Auf der Druckseite
8 weist der Übergang13 zwischen dem Schaufelblatt2 und der äußeren Plattform3 eine Kühlbohrung17 auf (siehe insbesondere7 ), die ca. 55 mm lang ist und ein mit dem Inneren der Plattform3 in Verbindung stehendes erstes Ende17a und ein mit dem Äußeren der Turbinenschaufel1 an der Austrittsseite, neben der Austrittskante7 des Schaufelblatts2 in Verbindung stehendes zweites Ende17b aufweist. Ebenso enthält der Übergang13 auf der Saugseite9 eine Kühlbohrung18 (siehe insbesondere6 ), die über ca. 75 mm entlang dem Übergang13 verläuft und ein mit dem Inneren der Plattform3 in Verbindung stehendes erstes Ende18a und ein mit dem Äußeren der Turbinenschaufel1 neben der Austrittskante7 in Verbindung stehendes zweites Ende18b aufweist. Jede Kühlbohrung17 ,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 Kühlbohrungen17 ,18 so positioniert, dass sich ihre Austrittsenden17b ,18b genau an der gewünschten Stelle befinden. Die maschinelle Bearbeitung jeder Kühlbohrung17 ,18 beginnt vorzugsweise auf der Austrittsseite der Turbinenschaufel1 und wird beendet, nachdem die Kühlbohrung17 ,18 das Innere der Plattform3 erreicht hat, so dass in der Plattform3 eine Nut17c ,18c gebildet wird. - Die entlang dem Übergang
13 verlaufenden Kühlbohrungen17 ,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 Übergängen13 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 Übergängen13 zwischen dem Schaufelblatt2 und der äußeren Plattform3 beschrieben worden sind, könnten ähnliche Kühlbohrungen17 ,18 an den Übergängen13 zwischen dem Schaufelblatt und der inneren Plattform4 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.
- Bezugszeichenliste
-
- 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 (10)
- 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 einer Druckseite (8 ) und einer Saugseite (9 ) des Schaufelblatts (2 ) ein Übergang (13 ) besteht, und dieser Übergang (13 ) mit wenigstens einem Filmkühlungsloch (14 ) ausgerüstet ist, wobei der Übergang (13 ) zwei entlang einem Teil seiner Länge verlaufende Kühlbohrungen (17 ,18 ) enthält, eine im Übergang (13 ) auf der Druckseite (8 ) und die andere im Übergang (13 ) auf der Saugseite (7 ), wobei die Kühlbohrungen (17 ,18 ) 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 ) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (13 ) auf der Saugseite (9 ) eine Kühlbohrung (18 ) enthält, die mindestens über eine Länge von 50 mm entlang dem Übergang (13 ) verläuft. - 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 Kühlbohrungen (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 ) gekrümmt sind. - Turbinenschaufel (
1 ) nach Anspruch 6, bei der die Kühlbohrungen (17 ,18 ) einen im Wesentlichen konstanten Krümmungsradius aufweisen. - Turbinenschaufel (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlbohrungen (17 ,18 ) einen Durchmesser von ca. 1 mm aufweisen. - Turbinenschaufel (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kühlbohrungen (17 ,18 ) durch Funkenerosion (EDM) hergestellt sind. - Turbinenschaufel (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Turbinenschaufel (1 ) um eine Leitschaufel handelt.
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