DE112009002628T5 - Shovel for a gas turbine - Google Patents
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Abstract
Eine Schaufel (20) für eine Gasturbine umfasst ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes Schaufelblatt (11), das sich quer zur Längsrichtung zwischen einer Vorderkante (15) und einer Hinterkante (16) ausdehnt und eine Druckseite (13) und eine Saugseite (14) aufweist, und am einen Ende in eine quer zur Längsrichtung liegende Plattform (12) übergeht, wobei an der Hinterkante (16) ein sich entlang der Hinterkante (16) erstreckender, schlitzförmiger Kühlmittelauslass (18) vorgesehen ist, durch welchen ein über den Innenraum (17) der Schaufel (20) zugeführtes Kühlmittel ausgestossen wird. Bei einer solchen Schaufel (20) wird eine Erhöhung der Lebensdauer dadurch erreicht, dass der Übergang vom Schaufelblatt (11) zur Plattform (12) an der Hinterkante (16) ein Übergangsdickenprofil (21) aufweist, bei dem die Dicke (D) mit zunehmender Annäherung an die Unterseite (12') der Plattform (12) überproportional zunimmt, und dass der Kühlmittelauslass (18) zur Reduzierung der Temperatur im Bereich des Übergangs vom Schaufelblatt (11) zur Plattform (12) bis in die Plattform (12) hinein verlängert ist (19).A blade (20) for a gas turbine comprises a blade (11) extending in a longitudinal direction, which extends transversely to the longitudinal direction between a leading edge (15) and a trailing edge (16) and a pressure side (13) and a suction side (14) and at one end merges into a platform (12) lying transversely to the longitudinal direction, with a slot-shaped coolant outlet (18) extending along the rear edge (16) being provided on the rear edge (16) through which an over the interior space ( 17) the vane (20) supplied coolant is expelled. With such a blade (20), the service life is increased in that the transition from the blade (11) to the platform (12) at the rear edge (16) has a transition thickness profile (21) in which the thickness (D) increases with increasing Approaching the underside (12 ') of the platform (12) increases disproportionately, and that the coolant outlet (18) to reduce the temperature in the area of the transition from the blade (11) to the platform (12) extends into the platform (12) is (19).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinen. Sie betrifft eine Schaufel für eine Gasturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to the field of gas turbines. It relates to a blade for a gas turbine according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Die Forderungen nach einer Erhöhung des Wirkungsgrades von Gasturbinen führen dazu, dass die Dicke an den Hinterkanten der Schaufelblätter der in den Gasturbinen eingesetzten Schaufeln immer weiter reduziert werden muss. Dies hat eine Geometrie der Schaufel zur Folge, wie sie in
Wenn, wie dies in der perspektivischen Ansicht der
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaufel der eingangs genannten Art für eine Gasturbine so weiterzuentwickeln, dass trotz einer geringen Dicke an der Hinterkante des Schaufelblattes eine ausreichende Lebensdauer erreicht wird.The invention aims to remedy this situation. It is therefore an object of the invention to develop a blade of the type mentioned for a gas turbine so that despite a small thickness at the trailing edge of the airfoil sufficient life is achieved.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Übergang vom Schaufelblatt zur Plattform an der Hinterkante ein Übergangsdickenprofil aufweist, bei dem die Dicke mit zunehmender Annäherung an die Unterseite der Plattform überproportional zunimmt, und dass der Kühlmittelauslass zur Reduzierung der Temperatur im Bereich des Übergangs vom Schaufelblatt zur Plattform bis in die Plattform hinein verlängert ist. Durch die Ausweitung der Dicke der Hinterkante zur Plattform hin wird die mechanische Spannung im Übergangsbereich sicher abgebaut. Die Verlängerung des Kühlmittelauslasses bis in die Plattform hinein führt dort zu einer verbesserten Kühlung, so dass thermisch bedingte Spannungen ebenfalls deutlich reduziert werden.The object is solved by the entirety of the features of claim 1. Essential for the invention is that the transition from the blade to the platform at the trailing edge has a transition thickness profile in which the thickness increases disproportionately with increasing approach to the underside of the platform, and that the coolant outlet for reducing the temperature in the region of the transition from the blade to Platform is extended into the platform. By extending the thickness of the trailing edge to the platform, the mechanical stress in the transition area is safely reduced. The extension of the coolant outlet into the platform leads there to improved cooling, so that thermally induced stresses are also significantly reduced.
Eine Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Übergangsdickenprofil eine im wesentlichen exponentielle Gestalt aufweist, die einem auf dem Kopf stehenden sehr schlanken Pyramidenstumpf oder einer auf den Kopf stehenden quasi Pyramiden ähnelt. Hierdurch wird ein besonders „weicher” Übergang zwischen Hinterkante und Plattform erzielt.An embodiment of the invention is characterized in that the transition thickness profile has a substantially exponential shape, which resembles an upside down very slender truncated pyramid or an inverted quasi pyramid. This achieves a particularly "soft" transition between the trailing edge and the platform.
Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom Schaufelblatt zur Plattform ein näherungsweise elliptisches Übergangsrandprofil aufweist, welches ebenfalls die Spannungen reduziert.Another embodiment is characterized in that the transition from the blade to the platform has an approximately elliptical transition edge profile, which also reduces the stresses.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung die Hinterkante am Übergang vom Schaufelblatt zur Plattform bis an die Kante der Plattform vorgezogen ist.Furthermore, it is advantageous if, according to another embodiment, the trailing edge at the transition from the blade to the platform is pulled up to the edge of the platform.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlmittelauslass zwischen einer druckseitigen Wand des Schaufelblattes und einer saugseitigen Wand des Schaufelblattes ausgebildet ist, und dass die druckseitige Wand im Übergang vom Schaufelblatt zur Plattform ein gekrümmtes Übergangskantenprofil aufweist, derart, dass die Wanddicke der druckseitigen Wand im Bereich des Übergangs vom Schaufelblatt zur Plattform in etwa gleich der Wanddicke im übrigen Bereich des Schaufelblattes ist.A further embodiment of the invention is characterized in that the coolant outlet is formed between a pressure-side wall of the airfoil and a suction-side wall of the airfoil, and that the pressure-side wall has a curved transition edge profile in the transition from the airfoil to the platform, such that the wall thickness of the pressure-side wall in the region of the transition from the blade to the platform is approximately equal to the wall thickness in the remaining region of the airfoil.
Kurze Erläuterung der FigurenBrief explanation of the figures
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Elemente sind weggelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. None for the immediate understanding of the invention essential elements have been omitted. The same elements are provided in the various figures with the same reference numerals. Show it
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
In
Das Übergangsdickenprofil
Wie in
Insgesamt wird mit der Erfindung eine erhebliche Verbesserung der Lebensdauer am Übergang zwischen der Schaufelblatt-Hinterkante und der Plattform einer Gasturbinenschaufel durch folgende Massnahmen erreicht:
- (1) Die Verlängerung des Kühlmittelauslasses (Kühlungsschlitzes) in die Plattform hinein, um in dem kritischen Bereich durch Heranführen von Kühlmittel die Metalltemperatur zu verringern, wobei eine konvektive Kühlung der Wände auf beiden Seiten stattfindet.
- (2) Verlagerung der Schaufelblatt-Hinterkante an den Rand der Plattform, um die Spannung zu erniedrigen und die Gestaltung der Schaufel unabhängig von Abweichungen in der radialen Position des Gusskerns zu machen.
- (3) Einführen eines Übergangs-Dickenprofils von „Eiffelturm”-Typ durch Erhöhen der Grösse und Einführen einer speziellen elliptischen Kontur der Kehlung am Übergang zwischen Schaufelblatt und Plattform im Bereich der Hinterkante.
- (4) Einführen eines speziell gekrümmten Übergangskantenprofils zur Druckseite des Schaufelblattes an der Kehlung am Übergang zwischen Schaufelblaff und Plattform im Bereich der Hinterkante, um im Übergangsbereich eine Wandstärke zu erreichen die der Wandstärke des Schaufelblattes entspricht, wodurch Spannung und Metalltemperatur verringert und die Lebensdauer am Übergang erhöht werden.
- (1) Extending the coolant outlet (cooling slot) into the platform to reduce the metal temperature in the critical area by introducing coolant, with convective cooling of the walls taking place on both sides.
- (2) shifting the blade trailing edge to the edge of the platform to lower the tension and make the blade design independent of variations in the radial position of the casting core.
- (3) Introduction of an "Eiffel Tower" Type Transition Thickness Profile by increasing the size and introducing a special elliptical contour of the throat at the transition between the airfoil and platform at the trailing edge.
- (4) introducing a specially curved transition edge profile to the pressure side of the airfoil at the throat at the transition between the airfoil and platform at the trailing edge to achieve a wall thickness in the transition region equal to the wall thickness of the airfoil, thereby reducing stress and metal temperature and the life at the transition increase.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10, 2010, 20
- Schaufel (Gasturbine)Shovel (gas turbine)
- 1111
- Schaufelblattairfoil
- 1212
- Plattformplatform
- 12'12 '
- Unterseite (Plattform)Bottom (platform)
- 12''12 ''
- Kante (Plattform)Edge (platform)
- 1313
- Druckseitepressure side
- 13'13 '
- Wand (Druckseite)Wall (printed side)
- 1414
- Saugseitesuction
- 14'14 '
- Wand (Saugseite)Wall (suction side)
- 1515
- Vorderkanteleading edge
- 1616
- Hinterkantetrailing edge
- 1717
- Innenrauminner space
- 1818
- Kühlmittelauslass (schlitzförmig)Coolant outlet (slot-shaped)
- 1919
- Verlängerung (Kühlmittelauslass)Extension (coolant outlet)
- 2121
- ÜbergangsdickenprofilTransition thickness profile
- 2222
- ÜbergangsrandprofilTransition edge profile
- 2323
- ÜbergangskantenprofilTransition edge profile
- DD
- Dicke (Übergangsdickenprofil)Thickness (transition thickness profile)
Claims (5)
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