DE112021000159T5

DE112021000159T5 - Turbinenschaufel

Info

Publication number: DE112021000159T5
Application number: DE112021000159.0T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Mizukami; Masamitsu Kuwabara; Satoshi Hada; Saki MATSUO; Yoshitaka Uemura; Ryozo Tamura; Yasumasa Kunisada
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-07-14
Also published as: JPWO2021193610A1; CN114729573A; JP7316447B2; US11867085B2; KR20220079682A; WO2021193610A1; US20220412220A1

Abstract

Eine Turbinenschaufel ist mit einem Strömungsprofilabschnitt versehen, der eine Vorderkante, eine Hinterkante, sowie eine Druckoberfläche und eine Saugoberfläche, die sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstrecken, aufweist, wobei der Strömungsprofilabschnitt im Inneren einen Kühldurchgang bildet. Der Kühldurchgang umfasst: einen ersten Kühldurchgang, der sich näher an der Druckoberfläche als an der Saugoberfläche befindet, und einen zweiten Kühldurchgang, der sich näher an der Saugoberfläche als an der Druckoberfläche befindet. Der erste Kühldurchgang und der zweite Kühldurchgang sind durch ein in dem Strömungsprofilabschnitt angeordnetes Trennelement getrennt. Mindestens ein Verbindungsraum, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, ist in dem Trennelement ausgebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbinenschaufel.
Die vorliegende Anmeldung erhebt Anspruch auf die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-53727 , die am 25. März 2020 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, dass in einer Turbinenschaufel einer Gasturbine oder dergleichen die Turbinenschaufel, die einer Hochtemperatur-Gasströmung ausgesetzt ist, gekühlt wird, indem ein Kühlfluid durch einen in der Turbinenschaufel ausgebildeten Kühldurchgang strömt. Beispielsweise hat ein Kühldurchgang einer Turbinenschaufel, die in Patentdokument 1 offenbart ist, eine Konfiguration, bei der der Kühldurchgang durch ein Trennelement in einen saugseitigen Kühldurchgang und einen druckseitigen Kühldurchgang verzweigt ist, und beide Kühldurchgänge an einer Seite einer Hinterkante der Turbinenschaufel vereinigt werden, um einen Vereinigungskühldurchgang zu bilden.
Beim Gießen einer Turbinenschaufel mit einem hohlen Abschnitt wie einem Kühldurchgang ist ein Kern erforderlich, der derart geformt ist, dass ein hohler Abschnitt und ein fester (im Folgenden voller bzw. massiver) Abschnitt der Turbinenschaufel jeweils in einen vollen bzw. massiven Abschnitt und in einen hohlen Abschnitt invertiert werden. Anschließend ist in einem Kern, der zum Gießen der in Patentdokument 1 offenbarten Turbinenschaufel verwendet wird, ein Abschnitt, der dem Trennelement entspricht, ein hohler Abschnitt, während ein Abschnitt, der dem Kühldurchgang entspricht, ein voller bzw. massiver Abschnitt ist. Dieser Kern hat also eine Form, bei der der hohle Abschnitt, der dem Trennelement entspricht, zwischen dem vollen bzw. massiven Abschnitt, der dem saugseitigen Kühldurchgang entspricht, und dem vollen bzw. massiven Abschnitt, der dem druckseitigen Kühldurchgang entspricht, angeordnet ist.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2018/0045058
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Aufgrund dieser Form hat der Kern, der zum Gießen der in Patentdokument 1 offenbarten Turbinenschaufel verwendet wird, ein Problem, dass der volle bzw. massive Abschnitt, der dem saugseitigen Kühldurchgang entspricht, und der volle bzw. massive Abschnitt, der dem druckseitigen Kühldurchgang entspricht, einfach verformt werden, so dass sie sich einander nähern, d.h. der Kern kann leicht brechen.
In Anbetracht dessen besteht eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darin, eine Turbinenschaufel bereitzustellen, bei der die Festigkeit eines Kerns, der zum Gießen verwendet wird, verbessert werden kann.
Lösung der Probleme
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist eine Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einem Strömungsprofilabschnitt versehen, der eine Vorderkante, eine Hinterkante, sowie eine Druckoberfläche und eine Saugoberfläche, die sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstrecken, aufweist, wobei der Strömungsprofilabschnitt im Inneren einen Kühldurchgang bildet. Der Kühldurchgang umfasst: einen ersten Kühldurchgang, der näher an der Druckoberfläche als an der Saugoberfläche liegt, und einen zweiten Kühldurchgang, der näher an der Saugoberfläche als an der Druckoberfläche liegt. Der erste Kühldurchgang und der zweite Kühldurchgang sind durch ein in dem Strömungsprofilabschnitt angeordnetes Trennelement getrennt. Mindestens ein Verbindungsraum, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, ist in dem Trennelement ausgebildet.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß der Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung kann, da mindestens ein Verbindungsraum, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, in dem Kern, der zum Gießen dieser Turbinenschaufel verwendet wird, mindestens ein voller bzw. massiver Abschnitt, der dem mindestens einen Verbindungsraum, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, entspricht, die vollen bzw. massiven Abschnitte tragen, die dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang entsprechen. Auf diese Weise kann ein Risiko verringert werden, dass der volle bzw. massive Abschnitt, der dem ersten Kühldurchgang entspricht, und der volle bzw. massive Abschnitt, der dem zweiten Kühldurchgang entspricht, so verformt werden, dass sie sich einander nähern und brechen. Folglich kann die Festigkeit des zum Gießen verwendeten Kerns verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung einer Gasturbine, bei der eine Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
2 ist eine Darstellung der Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung von einer Druckoberfläche zu einer Saugoberfläche betrachtet.
3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III in 2.
4 ist eine schematische Darstellung, die die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils der Innenseite des Strömungsprofils der Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt jeweilige Querschnittansichten der Turbinenschaufel und eines Kerns, der bei der Herstellung der Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
7 ist eine Querschnittansicht eines Teils einer Modifikation der Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Anordnung von druckseitigen Stiftrippen und saugseitigen Stiftrippen in der Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird die Turbinenschaufel gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegenden Ausführungsformen sind illustrativ und sollen die vorliegende Offenbarung nicht beschränken, und verschiedene Modifikationen sind im Rahmen der technischen Ideen der vorliegenden Offenbarung möglich.
<Konfiguration der Gasturbine, bei der die Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung verwendet wird>
Wie in 1 dargestellt umfasst eine Gasturbine 1 einen Verdichter 2 zur Erzeugung von verdichteter Luft, eine Brennkammer 4 zur Erzeugung eines Verbrennungsgases aus der verdichteten Luft und Brennstoff und eine Turbine 6, die so konfiguriert ist, dass sie durch das Verbrennungsgas in Drehung versetzt wird. Im Falle der Gasturbine 1 zur Stromerzeugung ist ein Generator (nicht dargestellt) mit der Turbine 6 verbunden.
Der Verdichter 2 umfasst eine Vielzahl von Leitschaufeln 16, die an einem Verdichtergehäuse 10 befestigt sind, und eine Vielzahl von Laufschaufeln 18, die an einem Rotor 8 eingesetzt sind. Ansaugluft von einem Lufteinlass 12 wird dem Verdichter 2 zugeführt. Die Luft durchströmt die Vielzahl von Leitschaufeln 16 und die Vielzahl von Laufschaufeln 18 und wird zu verdichteter Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck verdichtet.
Die Brennkammer 4 wird mit Brennstoff und der von dem Verdichter 2 erzeugten verdichteten Luft zugeführt. In der Brennkammer 4 werden der Brennstoff und die verdichtete Luft gemischt und anschließend verbrannt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, das als Arbeitsfluid der Turbine 6 dient. Eine Vielzahl von Brennkammern 4 kann in einem Gehäuse 20 angeordnet sein, das entlang der Umfangsrichtung um den Rotor zentriert ist.
Die Turbine 6 umfasst einen Verbrennungsgasdurchgang 28, der in einem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist, und umfasst eine Vielzahl von Leitschaufeln 24 und Laufschaufeln 26, die in dem Verbrennungsgasdurchgang 28 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 24 sind an dem Turbinengehäuse 22 befestigt, und ein Satz der Leitschaufeln 24, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 8 angeordnet sind, bildet eine Leitschaufelreihe. Ferner sind die Laufschaufeln 26 an dem Rotor 8 angebracht, und ein Satz der Laufschaufeln 26, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 8 angeordnet sind, bildet eine Laufschaufelreihe. Die Leitschaufelreihen und die Laufschaufelreihen sind abwechselnd in der Axialrichtung des Rotors 8 angeordnet.
<Konfiguration der Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung>
Die Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung ist sowohl für die Laufschaufel 26 als auch für die Leitschaufel 24 der Turbine 6 vorgesehen. Im Folgenden wird die Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung als Leitschaufel 24 beschrieben, die Turbinenschaufel kann jedoch auch die Laufschaufel 26 sein.
Wie in 2 dargestellt umfasst die Leitschaufel 24 einen Strömungsprofilabschnitt 34. Der Strömungsprofilabschnitt 34 erstreckt sich in der Schaufelhöhenrichtung (Spannweitenrichtung) und hat eine äußere Abdeckung 38 und eine innere Abdeckung 40, die an beiden Enden in der Schaufelhöhenrichtung angeordnet sind. Der Strömungsprofilabschnitt 34 hat eine Vorderkante 42 und eine Hinterkante 44, die sich entlang der Schaufelhöhenrichtung erstrecken, und hat eine Druckoberfläche 46 und eine Saugoberfläche 48, die sich zwischen der Vorderkante 42 und der Hinterkante 44 erstrecken.
Wie in 3 gezeigt bildet der Strömungsprofilabschnitt 34 im Inneren einen Kühldurchgang 50, durch den ein Kühlfluid (beispielsweise Luft) zur Kühlung der Leitschaufel 24 strömt. Ein Trennelement 51 ist innerhalb des Strömungsprofilabschnitts 34, d.h. in dem Kühldurchgang 50, angeordnet, und ein Teil des Kühldurchgangs 50 ist in einen ersten Kühldurchgang 52 und einen zweiten Kühldurchgang 53 unterteilt. Der erste Kühldurchgang 52 befindet sich näher an der Druckoberfläche 46 als an der Saugoberfläche 48, und der zweite Kühldurchgang 53 befindet sich näher an der Saugoberfläche 48 als an der Druckoberfläche 46. Die Endabschnitte des ersten Kühldurchgangs 52 und des zweiten Kühldurchgangs 53 an der Hinterkante 44 sind miteinander verbunden, um einen Vereinigungsabschnitt 54 zu bilden. Der Kühldurchgang 50 umfasst ferner eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen 55, von denen ein Ende, das zu dem Vereinigungsabschnitt 54 offen ist, und ein anderes Ende, das zu der Hinterkante 44 offen ist, vorhanden sind. Der Ausströmdurchgang 55 kann ein Durchgang sein, der eine beliebige Querschnittsform aufweist, beispielsweise einen Kreis oder ein Rechteck, oder er kann die Form eines Schlitzes haben.
Der erste Kühldurchgang 52 ist mit einer Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen 61 versehen, von denen jede ein Ende mit einer druckseitigen Wand 47, die die Druckoberfläche 46 umfasst, verbunden hat und ein anderes Ende mit dem Trennelement 51 verbunden hat. Der zweite Kühldurchgang 53 ist mit einer Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen 62 versehen, von denen jede ein Ende mit einer saugseitigen Wand 49, die die Saugoberfläche 48 umfasst, verbunden hat, und ein anderes Ende mit dem Trennelement 51 verbunden hat.
In dem Trennelement 51 ist ein Verbindungsraum 56 ausgebildet, der den ersten Kühldurchgang 52 und den zweiten Kühldurchgang 53 miteinander verbindet. Der Verbindungsraum 56 kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine Plattenform oder eine zylindrische Form. Wenn der Verbindungsraum 56 eine Plattenform hat, kann das Trennelement 51 durch den Verbindungsraum 56 in zwei voneinander getrennte Trennelemente 51c, 51d unterteilt werden. Das Trennelement 51 kann nicht nur einen Verbindungsraum 56, sondern eine Vielzahl von Verbindungsräumen 56 aufweisen. Wenn das Trennelement 51 eine Vielzahl von plattenförmigen Verbindungsräumen 56 aufweist, kann das Trennelement 51 in drei oder mehr geteilte Trennelemente unterteilt werden. Wenn das Trennwandelement 51 eine Vielzahl von Verbindungsräumen 56 aufweist, können die Formen der Verbindungsräume 56 voneinander verschieden sein.
Um den Effekt zu erklären, der durch die Leitschaufel 24 mit einer derartigen Konfiguration erhalten wird, ist es notwendig, das Verfahren zum Herstellen der Leitschaufel 24 zu verstehen. Anschließend wird das Verfahren zur Herstellung der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
<Das Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung>
4 ist eine schematische Ansicht, die die Schritte des Verfahrens zur Herstellung der Leitschaufel 24 zeigt. Obwohl die Leitschaufel 24 durch Gießen und Bearbeitung (mechanische Bearbeitung usw.) hergestellt wird, erfordert das Gießen der Leitschaufel 24 mit einem hohlen Abschnitt wie dem Kühldurchgang 50 einen Kern 70, der derart geformt ist, dass ein hohler Abschnitt und ein voller bzw. massiver Abschnitt der Leitschaufel 24 invertiert sind. Das Verfahren zur Herstellung der Leitschaufel 24 umfasst also die Herstellung des Kerns, der für das Gießen verwendet wird, das Gießen unter Verwendung des Kerns und die Bearbeitung der gegossenen Leitschaufel 24, wie im Folgenden ausführlich beschrieben.
In Schritt (1) wird ein keramisches Material über einen Zuführweg 83 in einen von zwei Formen 81 und 82 definierten Raum 84 eingespritzt, um ein Kernvorprodukt 85 herzustellen. In Schritt (2) wird das Kernvorprodukt 85 gebrannt, um den Kern 70 herzustellen. In Schritt (3) wird die Leitschaufel 24 gegossen, indem der Kern 70 in einen Innenraum 91 einer Gussform 90 eingesetzt und ein Metallmaterial in den Innenraum 91 eingespritzt wird. In der Leitschaufel 24 wird der Abschnitt, der dem Kern 70 entspricht, zu dem hohlen Abschnitt, beispielsweise dem Kühldurchgang 50 (siehe 3). In Schritt (4) wird der Leitschaufel 24 aus der Gussform 90 entnommen, und der Kern 70 wird aus der Leitschaufel 24 entfernt. In Schritt (5) wird die Vielzahl der Ausströmdurchgänge 55 von der Hinterkante 44 zu dem Vereinigungsabschnitt 54 durch mechanische Bearbeitung oder dergleichen hergestellt.
Bei diesem Verfahren können die Schritte (1) bis (4) als Produktionsschritt zur Herstellung des Strömungsprofilabschnitts 34 und der Schritt (5) als mechanischer Bearbeitungsschritt des mechanischen Bearbeitens der Vielzahl von Ausströmdurchgängen 55 in dem Strömungsprofilabschnitt 34 bezeichnet werden. Wenn die Leitschaufel 24 durch das Verfahren hergestellt wird, das derartige Schritte umfasst, kann die Kühlkapazität der Leitschaufel 24 einfach eingestellt werden, indem der Innendurchmesser jedes Ausströmdurchgangs 55 eingestellt wird, wodurch die Gestaltungsfreiheit bei der Leitschaufel 24 erhöht werden kann.
Wie in 5 gezeigt wird der Vereinigungsabschnitt 54 durch einen Endabschnitt 51a des Trennelements 51 und eine Durchgangsinnenoberfläche 54a definiert, die dem Endabschnitt 51a zugewandt ist, und sowohl der Endabschnitt 51a des Trennelements 51 als auch die Durchgangsinnenoberfläche 54a haben vorzugsweise eine abgerundete Form (gekrümmte Oberfläche).
Wie oben beschrieben hat der Kern, der zum Gießen eines Produkts verwendet wird, das einen hohlen Abschnitt umfasst, eine Form, bei der ein voller bzw. massiver Abschnitt und ein hohler Abschnitt in dem Produkt invertiert sind. So umfasst der Kern 70 (siehe 4), der zum Gießen der Leitschaufel 24 verwendet wird, einen vollen bzw. massiven Abschnitt mit einer Form, die dem Vereinigungsabschnitt 54 entspricht, der der hohle Abschnitt in der Leitschaufel 24 ist. Wenn der Endabschnitt 51a des Trennelements 51 spitz ist, kann es ein Problem bei der Einspritzbarkeit eines Metallmaterials in die Form zum Zeitpunkt des Gießens geben. Wenn andererseits die Durchgangsinnenoberfläche 54a spitz ist, kann es ein Problem bei der Einspritzbarkeit eines Rohmaterials des Kerns in die Form zum Zeitpunkt der Herstellung des Kerns 70 geben. Im Gegensatz dazu kann der Vereinigungsabschnitt 54, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, bei der der Endabschnitt 51a des Trennelements 51 und die Durchgangsinnenoberfläche 54a beide eine abgerundete Form haben, die Verschlechterung der Einspritzbarkeit des Metallmaterials und des Rohmaterials des Kerns zum Zeitpunkt des Gießens und der Herstellung des Kerns vermeiden.
<Der durch die Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung erhaltene Effekt>
Wie in 6 gezeigt umfasst die Leitschaufel 24 hohle Abschnitte wie den ersten Kühldurchgang 52 und den zweiten Kühldurchgang 53 und einen vollen bzw. massiven Abschnitt wie das Trennelement 51. Daher erfordert das Gießen dieser Leitschaufel 24 den Kern 70 mit einem hohlen Abschnitt 75, der dem Trennelement 51 entspricht, zwischen einem vollen bzw. massiven Abschnitt 73, der dem ersten Kühldurchgang 52 entspricht, und einem vollen bzw. massiven Abschnitt 74, der dem zweiten Kühldurchgang 53 entspricht. Da die Leitschaufel 24 den Verbindungsraum 56 aufweist, der den ersten Kühldurchgang 52 und den zweiten Kühldurchgang 53 verbindet, kann in dem Kern 70 ein voller bzw. massiver Abschnitt 76, der dem Verbindungsraum 56 entspricht, den vollen bzw. massiven Abschnitt 73 und den vollen bzw. massiven Abschnitt 74 tragen. Auf diese Weise kann ein Risiko verringert werden, dass der volle bzw. massive Abschnitt 73 und der volle bzw. massive Abschnitt 74 verformt werden, so dass sie sich einander nähern und brechen. Folglich kann die Festigkeit des Kerns 70 verbessert werden.
Wenn das Trennelement 51 durch den Verbindungsraum 56 in die voneinander getrennten Trennelemente 51c, 51d in dem Kern 70 unterteilt ist, kann der volle bzw. massive Abschnitt 76 den vollen bzw. massiven Abschnitt 73 und den vollen bzw. massiven Abschnitt 74 über den gesamten Bereich des Trennelements 51 in der Schaufelhöhenrichtung tragen. Dadurch kann ein Risiko, dass der volle bzw. massive Abschnitt 73 und der volle bzw. massive Abschnitt 74 so verformt werden, dass sie sich einander nähern um zu brechen, zuverlässig verringert werden. Somit kann die Festigkeit des Kerns 70 zuverlässig verbessert werden.
Wenn der Verbindungsraum 56 eine Plattenform hat, kann der volle bzw. massive Abschnitt 76 in dem Kern 70 außerdem den vollen bzw. massiven Abschnitt 73 und den vollen bzw. massiven Abschnitt 74 über einen weiten Bereich des Trennelements 51 in der Schaufelhöhenrichtung tragen. Dadurch kann ein Risiko, dass sich der volle bzw. massive Abschnitt 73 und der volle bzw. massive Abschnitt 74 so verformen, dass sie sich einander nähern um zu brechen, zuverlässig verringert werden. Folglich kann die Festigkeit des Kerns 70 zuverlässig verbessert werden.
Ferner kann, wenn der Verbindungsraum 56 eine zylindrische Form aufweist, der folgende Effekt auf die Kühlung der Leitschaufeln 24 erhalten werden. Das Vorhandensein des Verbindungsraums 56 verbessert die Festigkeit des Kerns 70, bewirkt jedoch, dass das Kühlfluid teilweise durch den Verbindungsraum 56 zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 in der Leitschaufel 24 strömt, was die Kühlwirkung auf die Leitschaufel 24 verringern kann. Wenn der Verbindungsraum 56 hingegen eine zylindrische Form hat, ist die Strömungsdurchgangsfläche des zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 strömenden Kühlfluids kleiner als wenn der Verbindungsraum 56 eine Plattenform hat, so dass die Strömung des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 verhindert werden kann. Daher kann die Verringerung der Kühlwirkung auf die Leitschaufel 24 verhindert werden.
<Modifikationen der Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung>
Wie in 7 gezeigt kann der Verbindungsraum 56 mit einer gemeinsamen Stiftrippe 63 versehen sein, die ein Ende mit der druckseitigen Wand 47 verbunden hat und ein anderes Ende mit der saugseitigen Wand 49 verbunden hat. Wenn die Breite des Verbindungsraums 56 in der Sehnenrichtung der Leitschaufel 24 größer ist als der Zwischenabstand zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen 61, 61 und der Zwischenabstand zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen 62, 62, in dem Abschnitt, in dem der Verbindungsraum 56 mit dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 in Verbindung steht, werden die Zwischenräume so groß, dass die Kühlwirkung auf die Leitschaufel 24 verringert sein kann. In dieser Hinsicht beseitigt die gemeinsame Stiftrippe 63, die in dem Verbindungsraum 56 vorgesehen ist, den Abschnitt, wo die Zwischenabstände groß werden, so dass eine Verringerung der Kühlwirkung auf die Leitschaufel 24 verhindert werden kann.
In 3 steht der Verbindungsraum 56 in Verbindung mit dem ersten Kühldurchgang 52 zwischen der siebten druckseitigen Stiftrippe 61b und der achten druckseitigen Stiftrippe 61c, wobei von der druckseitigen Stiftrippe 61a am nächsten bei der Vorderkante 42 (siehe 3) der druckseitigen Stiftrippen 61 gezählt wird, und steht in Verbindung mit dem zweiten Kühldurchgang 53 zwischen der siebten saugseitigen Stiftrippe 62b und der achten saugseitigen Stiftrippe 62c, wobei von der saugseitigen Stiftrippe 62a am nächsten bei der Vorderkante 42 der saugseitigen Stiftrippen 62 gezählt wird. Somit steht der Verbindungsraum 56 vorzugsweise in Verbindung mit dem ersten Kühldurchgang 52 zwischen der n-ten druckseitigen Stiftrippe und der (n+1)-ten druckseitigen Stiftrippe, wobei von der druckseitigen Stiftrippe am nächsten bei der Vorderkante 42 der druckseitigen Stiftrippen 61 gezählt wird, und steht in Verbindung mit dem zweiten Kühldurchgang 53 zwischen der n-ten saugseitigen Stiftrippe und der (n+1)-ten saugseitigen Stiftrippe, wobei von der saugseitigen Stiftrippe am nächsten zu der Vorderkante 42 der saugseitigen Stiftrippen 62 gezählt wird, wobei n eine natürliche Zahl ist.
Das Vorhandensein des Verbindungsraums 56 verbessert die Festigkeit des Kerns 70, führt jedoch dazu, dass das Kühlfluid teilweise durch den Verbindungsraum 56 zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 strömt, was die Kühlwirkung auf die Leitschaufeln 24 verringern kann. Wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 über den Verbindungsraum 56 verringert werden kann, kann das Strömen des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 verhindert werden. Üblicherweise tritt ein Druckverlust auf, wenn das durch den ersten Kühldurchgang 52 und den zweiten Kühldurchgang 53 strömende Kühlfluid durch die druckseitigen Stiftrippen 61 und die saugseitigen Stiftrippen 62 strömt. Dementsprechend ist der Druck des Kühlfluids, das durch die n-te druckseitige Stiftrippe in dem ersten Kühldurchgang 52 geströmt ist, ungefähr gleich dem Druck des Kühlfluids, das durch die n-te saugseitige Stiftrippe in dem zweiten Kühldurchgang 53 geströmt ist. Da bei der obigen Konfiguration der Druckunterschied zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 über den Verbindungsraum 56 verringert wird, d.h. der Verbindungsraum 56 den ersten Kühldurchgang 52 und den zweiten Kühldurchgang 53 an einer Position verbindet, an der deren Drücke im Wesentlichen gleich sind, kann das Strömen des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 verhindert werden. Daher kann die Verringerung der Kühlwirkung auf die Leitschaufel 24 verhindert werden. Dabei bedeutet „im Wesentlichen gleich“, dass der Druckunterschied zwischen dem ersten Kühldurchgang 52 und dem zweiten Kühldurchgang 53 über den Verbindungsraum 56 so gering wie möglich ist.
Ferner können, wie in 8 gezeigt, eine Mittellinie L1 jeder der Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen 61 und eine Mittellinie L2 jeder der Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen 62 miteinander übereinstimmen. Wie in 6 gezeigt stimmen, wenn die Leitschaufel 24 eine derartige Konfiguration aufweist, in dem Kern 70 eine Mittellinie L1' jedes der Vielzahl von hohlen Abschnitten 71, die jeweils der Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen 61 entsprechen, und eine Mittellinie L2' irgendeines der Vielzahl von hohlen Abschnitten 72, die jeweils den Abschnitten der Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen 62 entsprechen, miteinander überein. Anschließend kann bei einer Inspektion nach der Herstellung des Kerns 70 durch Aussenden von Licht von einem der hohlen Abschnitte 71 und 72, deren Mittellinien miteinander übereinstimmen, das Licht von dem anderen hohlen Abschnitt gesehen werden, wenn es in den jeweiligen hohlen Abschnitten 71, 72 kein Problem gibt. Umgekehrt ist es unmöglich, das Licht von dem anderen hohlen Abschnitt zu sehen, wenn irgendwo in jedem der hohlen Abschnitte 71, 72 eine Blockade vorhanden ist. So kann die Handhabung der Inspektion nach der Herstellung des Kerns 70 verbessert werden.
Ferner kann wie in 8 gezeigt, von der Hinterkante 44 zu der Vorderkante 42 (siehe 2) ein Zwischenabstand P₂ zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen 61, 61 konstant sein, ebenso wie ein Zwischenabstand P₂' zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen 62,62 konstant sein kann. Diese Ausführungsform kann mit der oben beschriebenen Ausführungsform kombiniert werden, bei der die Mittellinien L1 und L2 miteinander übereinstimmen, oder die Mittellinien L1 und L2 können nicht miteinander übereinstimmen.
Der Kühlungswirkungsgrad der Leitschaufel 24 soll dadurch verbessert werden, dass die Strömung des Kühlfluids, das durch den ersten Kühldurchgang 52 und den zweiten Kühldurchgang 53 strömt, durch die druckseitigen Stiftrippen 61 und die saugseitigen Stiftrippen 62 verwirbelt wird. Während das Kühlfluid jedoch zwischen benachbarten Stiftrippen strömt, beruhigt sich die Turbulenz der Kühlfluidströmung, und die Strömung wird von der nächsten Stiftrippe erneut verwirbelt. Wenn der Zwischenabstand zwischen benachbarten Rippen variiert, schwankt der Kühlungswirkungsgrad daher mit der Position, was dazu führt, dass eine Metalltemperaturverteilung ungleichmäßig wird. Werden die Stiftrippen dagegen in einem angemessenen und konstanten Zwischenabstand angeordnet, kann das Risiko einer schwankenden Kühlleistung verringert werden.
Ferner können die druckseitigen Stiftrippen 61 und die saugseitigen Stiftrippen 62 verschieden angeordnet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Beispielsweise kann der Außendurchmesser jeder druckseitigen Stiftrippe 61 und der Außendurchmesser jeder saugseitigen Stiftrippe 62 voneinander verschieden sein, oder von der Hinterkante 44 (siehe 3) zu der Vorderkante 42 (siehe 2) kann der Zwischenabstand P₂ zwischen den benachbarten druckseitigen Stiftrippen 61, 61 und der Zwischenabstand P₂' zwischen den benachbarten saugseitigen Stiftrippen 62, 62 verschieden sein, oder beide dieser Merkmale können übernommen werden. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, mit den jeweiligen Kühllasten zurechtzukommen, wenn die erforderliche Kühllast zwischen der Seite der Saugoberfläche 48 und der Seite der Druckoberfläche 46 unterschiedlich ist.
Der in den obigen Ausführungsformen beschriebene Inhalt ist beispielsweise wie folgt zu verstehen.
[1] Eine Turbinenschaufel gemäß einem Aspekt ist eine Turbinenschaufel (Leitschaufel 24, Laufschaufel 26), die einen Strömungsprofilabschnitt (34) mit einer Vorderkante (42), einer Hinterkante (44), sowie einer Druckoberfläche (46) und einer Saugoberfläche (48), die sich zwischen der Vorderkante (42) und der Hinterkante (48) erstrecken, umfasst, wobei der Strömungsprofilabschnitt (34) im Inneren einen Kühldurchgang (50) bildet. Der Kühldurchgang (50) umfasst: einen ersten Kühldurchgang (52), der sich näher an der Druckoberfläche (46) als an der Saugoberfläche (48) befindet, und einen zweiten Kühldurchgang (53), der sich näher an der Saugoberfläche (48) als an der Druckoberfläche (46) befindet. Der erste Kühldurchgang (52) und der zweite Kühldurchgang (53) sind durch ein in dem Strömungsprofilabschnitt (34) angeordnetes Trennelement (51) getrennt. Mindestens ein Verbindungsraum (56), der den ersten Kühldurchgang (52) und den zweiten Kühldurchgang (53) verbindet, ist in dem Trennelement (51) ausgebildet.
Die Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung umfasst hohle Abschnitte wie den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang und einen vollen bzw. massiven Abschnitt wie das Trennelement. Daher erfordert das Gießen dieser Turbinenschaufel einen Kern mit einem hohlen Abschnitt, der dem Trennelement entspricht, zwischen vollen bzw. massiven Abschnitten, die dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang entsprechen. Gemäß der Turbinenschaufel der vorliegenden Offenbarung, da mindestens ein Verbindungsraum gebildet wird, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, kann in dem Kern, der zum Gießen dieser Turbinenschaufel verwendet wird, mindestens ein voller bzw. massiver Abschnitt, der dem mindestens einen Verbindungsraum entspricht, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, die vollen bzw. massiven Abschnitte tragen, die dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang entsprechen. Auf diese Weise kann das Risiko verringert werden, dass der volle bzw. massive Abschnitt, der dem ersten Kühldurchgang entspricht, und der volle bzw. massive Abschnitt, der dem zweiten Kühldurchgang entspricht, so verformt werden, dass sie sich einander nähern und brechen. Folglich kann die Festigkeit des zum Gießen verwendeten Kerns verbessert werden.
[2] Eine Turbinenschaufel gemäß einem anderen Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in [1] definiert ist, wobei das Trennelement (51) durch den mindestens einen Verbindungsraum (56) in mindestens zwei geteilte Trennelemente (51c,51d), die voneinander getrennt sind, unterteilt ist.
Bei einer derartigen Konfiguration kann in dem Kern, der für ein Gießen dieser Turbinenschaufel verwendet wird, mindestens ein voller bzw. massiver Abschnitt, der dem mindestens einen Verbindungsraum entspricht, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, den vollen bzw. massiven Abschnitt, der dem ersten Kühldurchgang entspricht, und den vollen bzw. massiven Abschnitt, der dem zweiten Kühldurchgang entspricht, über die gesamte Fläche des Trennelements in der Schaufelhöhenrichtung tragen. Dadurch kann ein Risiko, dass sich der dem ersten Kühldurchgang entsprechende volle bzw. massive Abschnitt und der dem zweiten Kühldurchgang entsprechende volle bzw. massive Abschnitt so verformen, dass sie sich einander nähern um zu brechen, zuverlässig verringert werden. Somit kann die Festigkeit des zum Gießen verwendeten Kerns zuverlässig verbessert werden.
[3] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die in [1] oder [2] definierte Turbinenschaufel, wobei der mindestens eine Verbindungsraum (56) eine Plattenform aufweist.
Bei einer derartigen Konfiguration kann in dem Kern, der zum Gießen dieser Turbinenschaufel verwendet wird, mindestens ein voller bzw. massiver Abschnitt, der dem mindestens einen Verbindungsraum entspricht, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, den vollen bzw. massiven Abschnitt, der dem ersten Kühldurchgang entspricht, und den vollen bzw. massiven Abschnitt, der dem zweiten Kühldurchgang entspricht, über eine große Fläche des Trennelements in der Schaufelhöhenrichtung tragen. Dadurch kann ein Risiko, dass sich der dem ersten Kühldurchgang entsprechende volle bzw. massive Abschnitt und der dem zweiten Kühldurchgang entsprechende volle bzw. massive Abschnitt so verformen, dass sie sich einander nähern und brechen, zuverlässig verringert werden. Somit kann die Festigkeit des zum Gießen verwendeten Kerns zuverlässig verbessert werden.
[4] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die in [1] definierte Turbinenschaufel, wobei der mindestens eine Verbindungsraum (56) eine zylindrische Form aufweist.
Das Vorhandensein des mindestens einen Verbindungsraums, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, verbessert die Festigkeit des Kerns, der zum Gießen der Turbinenschaufel verwendet wird, bewirkt jedoch, dass das Kühlfluid teilweise zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang in der Turbinenschaufel strömt, was die Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verringern kann. Im Gegensatz dazu ist, wenn der mindestens eine Verbindungsraum eine zylindrische Form hat, die Strömungsdurchgangsfläche des Kühlfluids, das zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang strömt, kleiner als wenn der mindestens eine Verbindungsraum eine Plattenform hat, so dass die Strömung des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang verhindert werden kann. Daher kann die Verringerung der Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verhindert werden.
[5] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in einem von [1] bis [4] definiert, wobei der erste Kühldurchgang (52) mit einer Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen (61) versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer druckseitigen Seitenwand (47), die die Druckoberfläche (46) umfasst, verbunden hat und ein anderes Ende mit dem Trennwandelement (51) verbunden hat, der zweite Kühldurchgang (53) mit einer Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen (62) versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer saugseitigen Wand (49), die die Saugoberfläche (48) umfasst, und ein anderes Ende mit dem Trennelement (51) verbunden hat, und der Verbindungsraum (56) mit einer gemeinsamen Stiftrippe (63) versehen ist, die ein Ende mit der druckseitigen Wand (47) verbunden hat und ein anderes Ende mit der saugseitigen Wand (49) verbunden hat.
Wenn die Breite des Verbindungsraums in der Sehnenrichtung der Turbinenschaufel größer ist als der Zwischenabstand zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen und der Zwischenabstand zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen, werden in dem Abschnitt, wo der Verbindungsraum in Verbindung mit dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang steht, die Zwischenabstände so groß, dass die Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verringert sein kann. In dieser Hinsicht beseitigt die im Verbindungsraum vorgesehene gemeinsame Stiftrippe den Abschnitt, wo der Zwischenabstand groß wird, so dass die Verringerung der Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verhindert werden kann.
[6] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in einem von [1] bis [5] definiert, wobei der erste Kühldurchgang (52) mit einer Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen (61) versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer druckseitigen Wand (47), die die Druckoberfläche (46) umfasst, verbunden hat, und ein anderes Ende mit dem Trennelement (51) verbunden hat, und wobei der zweite Kühldurchgang (53) mit einer Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen (62) versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer saugseitigen Wand (49), die die Saugoberfläche (48) umfasst, verbunden hat und ein anderes Ende mit dem Trennelement (51) verbunden hat. Der mindestens eine Verbindungsraum (56) ist mit dem ersten Kühldurchgang (52) zwischen der n-ten druckseitigen Stiftrippe (61b) und der (n+1)-ten druckseitigen Stiftrippe (61c) verbunden, wobei von der druckseitigen Stiftrippe (61a) am nächsten bei der Vorderkante (42) der Vielzahl der druckseitigen Stiftrippen (61) gezählt wird, und ist mit dem zweiten Kühldurchgang (53) zwischen der n-ten saugseitigen Stiftrippe (62b) und der (n+1)-ten saugseitigen Stiftrippe (62c) verbunden, wobei von der saugseitigen Stiftrippe (62a) am nächsten bei der Vorderkante (42) der Vielzahl der saugseitigen Stiftrippen (62) gezählt wird, wobei n eine natürliche Zahl ist.
Das Vorhandensein des mindestens einen Verbindungsraums, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, verbessert die Festigkeit des Kerns, der zum Gießen der Turbinenschaufel verwendet wird, bewirkt jedoch, dass das Kühlfluid teilweise zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang in der Turbinenschaufel strömt, was die Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verringern kann. Wenn der Druckunterschied zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang über den Verbindungsraum verringert werden kann, kann das Strömen des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang verhindert werden. Üblicherweise tritt ein Druckverlust auf, wenn das durch den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang strömende Kühlfluid jeweils durch die druckseitigen Stiftrippen und die saugseitigen Stiftrippen strömt. Da der Druckunterschied zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang über den Verbindungsraum verringert wird, kann bei der obigen Konfiguration [6] das Strömen des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang verhindert werden. Daher kann die Verringerung der Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verhindert werden.
[7] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in [5] oder [6] definiert, wobei eine Mittellinie (L1) jeder der Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen (61) und eine Mittellinie (L2) von irgendeiner der Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen (62) jeweils miteinander übereinstimmen.
Bei einer derartigen Konfiguration sind in dem Kern, der zum Gießen der Turbinenschaufel verwendet wird, die Mittellinie jedes der Vielzahl von hohlen Abschnitten, die jeweils der Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen entsprechen, und die Mittellinie eines beliebigen der Vielzahl von hohlen Abschnitten, die jeweils den Abschnitten der Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen entsprechen, miteinander übereinstimmend. Anschließend kann bei der Inspektion nach der Herstellung des Kerns durch Aussenden von Licht von einem der hohlen Abschnitte, deren Mittellinien miteinander übereinstimmen, das Licht von dem anderen hohlen Abschnitt gesehen werden, wenn es in den jeweiligen hohlen Abschnitten kein Problem gibt. Umgekehrt kann das Licht aus dem anderen hohlen Abschnitt nicht gesehen werden, wenn irgendwo in einem der hohlen Abschnitte eine Blockade vorhanden ist. So kann die Handhabung der Inspektion nach der Herstellung des Kerns verbessert werden.
[8] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in einem von [5] bis [7] definiert, wobei von der Hinterkante (44) zu der Vorderkante (42) ein Zwischenabstand (P2) zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen (61, 61) konstant ist, sowie ein Zwischenabstand (P2') zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen (62, 62) konstant ist.
Der Kühlungswirkungsgrad der Turbinenschaufel soll verbessert werden, indem die Strömung des Kühlfluids, das durch jeden der Kühldurchgänge strömt, durch die Stiftrippen verwirbelt wird. Während das Kühlfluid jedoch zwischen den benachbarten Stiftrippen in der Strömungsrichtung des Kühlfluids strömt, beruhigt sich die Verwirbelung der Kühlfluidströmung, und die Strömung wird durch die nächste Stiftrippe erneut verwirbelt. Wenn sich also der Zwischenabstand zwischen benachbarten Stiftrippen ändert, schwankt der Kühlungswirkungsgrad mit der Position, was dazu führt, dass die Metalltemperaturverteilung ungleichmäßig wird. Werden die Rippen dagegen in einem geeigneten und konstanten Zwischenabstand angeordnet, kann die Gefahr des schwankenden Kühlungswirkungsgrads verringert werden.
[9] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in [5] oder [6] definiert, wobei ein Außendurchmesser von jeder der druckseitigen Stiftrippen (61) und ein Außendurchmesser von jeder der saugseitigen Stiftrippen (62) jeweils verschieden sind, oder wobei, von der Hinterkante (44) zu der Vorderkante (42), ein Zwischenabstand (P₂) zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen (61,61) und ein Zwischenabstand (P₂') zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen (62, 62) verschieden sind.
Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, bei unterschiedlicher Kühllast zwischen der Seite der Saugoberfläche und der Seite der Druckoberfläche mit den jeweils erforderlichen Kühllasten zurechtzukommen.
[10] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in einem von [1] bis [5] definiert, wobei der Verbindungsraum (56) den ersten Kühldurchgang (52) und den zweiten Kühldurchgang (53) an einer Position verbindet, an der Drücke von dem ersten Kühldurchgang (52) und dem zweiten Kühldurchgang (53) im Wesentlichen gleich sind.
Das Vorhandensein des mindestens einen Verbindungsraums, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, verbessert die Festigkeit des Kerns, der zum Gießen der Turbinenschaufel verwendet wird, bewirkt jedoch, dass das Kühlfluid teilweise zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang in der Turbinenschaufel strömt, was die Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verringern kann. Wenn der Druckunterschied zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang über den Verbindungsraum verringert werden kann, kann das Strömen des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang verhindert werden. Da bei der obigen Konfiguration [10] der Druckunterschied zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang über den Verbindungsraum verringert wird, kann die Strömung des Kühlfluids zwischen dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang verhindert werden. Daher kann die Verringerung der Kühlwirkung auf die Turbinenschaufel verhindert werden.
[11] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die Turbinenschaufel, wie in einem von [1] bis [10] definiert ist, wobei der Kühldurchgang (50) ferner eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen (55) umfasst, die jeweils ein Ende, das zu einem Vereinigungsabschnitt (54) offen ist, der durch Verbinden eines Endabschnitts des ersten Kühldurchgangs (52) an der Seite der Hinterkante (44) und eines Endabschnitts des zweiten Kühldurchgangs (53) an der Seite der Hinterkante (44) gebildet ist, und ein anderes Ende, das zu der Hinterkante (44) offen ist.
Bei einer derartigen Konfiguration können die Ausströmdurchgänge nach dem Gießen der Turbinenschaufel mechanisch bearbeitet werden und umfassen den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang, die an dem Vereinigungsabschnitt verbunden sind. Auf diese Weise kann die Kühlkapazität durch Anpassung des Innendurchmessers des Ausströmdurchgangs einfach eingestellt werden, wodurch die Gestaltungsfreiheit der Turbinenschaufel erhöht werden kann.
[12] Eine Turbinenschaufel gemäß einem weiteren Aspekt ist die in [11] definierte Turbinenschaufel, wobei der Vereinigungsabschnitt (54) durch den Endabschnitt (51a) des Trennelements (51) an der Seite der Hinterkante (44) und eine Durchgangsinnenoberfläche (54a), die dem Endabschnitt (51a) zugewandt ist, definiert ist, und der Endabschnitt (51a) des Trennelements (51) an der Seite der Hinterkante (44) und die Durchgangsinnenoberfläche (54a) jeweils eine abgerundete Form aufweisen.
Wenn der Endabschnitt des Trennelements an der Seite der Hinterkante spitz ist, kann es ein Problem bei der Einspritzbarkeit eines Metallmaterials in die Form zum Zeitpunkt des Gießens geben, und wenn die Innenoberfläche des Durchgangs spitz ist, kann es ein Problem bei der Einspritzbarkeit eines Rohmaterials des Kerns in die Form zum Zeitpunkt der Herstellung des Kerns geben. Im Gegensatz dazu kann in der obigen Konfiguration [11], da der Endabschnitt des Trennelements und die Durchgangsinnenoberfläche beide eine abgerundete Form haben, eine Verschlechterung der Einspritzbarkeit des Metallmaterials und des Rohmaterials des Kerns zum Zeitpunkt des Gießens und der Herstellung des Kerns vermieden werden.
Bezugszeichenliste

24: Leitschaufel (Turbinenschaufel)
26: Laufschaufel (Turbinenschaufel)
34: Strömungsprofilabschnitt
42: Vorderkante
44: Hinterkante
46: Druckoberfläche
47: druckseitige Wand
48: Saugoberfläche
49: saugseitige Wand
50: Kühldurchgang
51: Trennelement
51a: Endabschnitt (des Trennelements an der Seite der Hinterkante)
51c: geteiltes Trennelement
51d: geteiltes Trennelement
52: erster Kühldurchgang
53: zweiter Kühldurchgang
54: Vereinigungsabschnitt
54a: Durchgangsinnenoberfläche (des Vereinigungsabschnitts)
55: Ausströmdurchgang
56: Verbindungsraum
61: druckseitige Stiftrippe
62: saugseitige Stiftrippe
63: gemeinsame Stiftrippe
L1: Mittellinie (der druckseitigen Stiftrippe)
L2: Mittellinie (der saugseitigen Stiftrippe)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020053727 [0002]

Claims

Eine Turbinenschaufel, die einen Strömungsprofilabschnitt mit einer Vorderkante, einer Hinterkante, sowie einer Druckoberfläche und einer Saugoberfläche, die sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstrecken, aufweist, wobei der Strömungsprofilabschnitt im Inneren einen Kühldurchgang bildet, wobei der Kühldurchgang umfasst: einen ersten Kühldurchgang, der sich näher an der Druckoberfläche als an der Saugoberfläche befindet, und einen zweiten Kühldurchgang, der sich näher an der Saugoberfläche als an der Druckoberfläche befindet, wobei der erste Kühldurchgang und der zweite Kühldurchgang durch ein in dem Strömungsprofilabschnitt angeordnetes Trennelement getrennt sind, und wobei mindestens ein Verbindungsraum, der den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang verbindet, in dem Trennelement ausgebildet ist.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei das Trennelement durch den mindestens einen Verbindungsraum in mindestens zwei geteilte Trennelemente, die voneinander getrennt sind, unterteilt ist.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Verbindungsraum eine Plattenform hat.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei der mindestens eine Verbindungsraum eine zylindrische Form hat.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Kühldurchgang mit einer Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer druckseitigen Wand, die die Druckoberfläche umfasst, und ein anderes Ende mit dem Trennelement verbunden hat, wobei der zweite Kühldurchgang mit einer Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer saugseitigen Wand, die die Saugoberfläche umfasst, und ein anderes Ende mit dem Trennelement verbunden hat, und wobei der mindestens eine Verbindungsraum mit einer gemeinsamen Stiftrippe versehen ist, die ein Ende mit der druckseitigen Wand verbunden hat und ein anderes Ende mit der saugseitigen Wand verbunden hat.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Kühldurchgang mit einer Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer druckseitigen Wand, die die Druckoberfläche umfasst, verbunden hat, und ein anderes Ende mit dem Trennelement verbunden hat, wobei der zweite Kühldurchgang mit einer Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen versehen ist, von denen jede ein Ende mit einer saugseitigen Wand, die die Saugoberfläche umfasst, und ein anderes Ende mit dem Trennelement verbunden hat, und wobei der mindestens eine Verbindungsraum mit dem ersten Kühldurchgang zwischen einer n-ten druckseitigen Stiftrippe und einer (n+1)-ten druckseitigen Stiftrippe verbunden ist, wobei von einer druckseitigen Stiftrippe am nächsten bei der Vorderkante der Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen gezählt wird, und der mindestens eine Verbindungsraum mit dem zweiten Kühldurchgang zwischen einer n-ten saugseitigen Stiftrippe und einer (n+1)-ten saugseitigen Stiftrippe verbunden ist, wobei von einer saugseitigen Stiftrippe am nächsten bei der Vorderkante der Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen gezählt wird, wobei n eine natürliche Zahl ist.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei eine Mittellinie von jeder der Vielzahl von druckseitigen Stiftrippen und eine Mittellinie von irgendeiner der Vielzahl von saugseitigen Stiftrippen jeweils miteinander übereinstimmen.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei von der Hinterkante zu der Vorderkante ein Zwischenabstand zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen konstant ist, sowie ein Zwischenabstand zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen konstant ist.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei ein Außendurchmesser von jeder der druckseitigen Stiftrippen und ein Außendurchmesser von jeder der saugseitigen Stiftrippen jeweils verschieden sind, oder wobei, von der Hinterkante zu der Vorderkante, ein Zwischenabstand zwischen benachbarten druckseitigen Stiftrippen und ein Zwischenabstand zwischen benachbarten saugseitigen Stiftrippen verschieden sind.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbindungsraum den ersten Kühldurchgang und den zweiten Kühldurchgang an einer Position verbindet, an der Drücke von dem ersten Kühldurchgang und dem zweiten Kühldurchgang im Wesentlichen gleich sind.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kühldurchgang ferner eine Vielzahl von Ausströmdurchgängen umfasst, die jeweils ein Ende, das zu einem Vereinigungsabschnitt offen ist, der durch Verbinden eines hinterkantenseitigen Endabschnitts des ersten Kühldurchgangs und eines hinterkantenseitigen Endabschnitts des zweiten Kühldurchgangs gebildet ist, und ein anderes Ende, das zu der Hinterkante offen ist, aufweisen.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 11, wobei der Übergangsabschnitt durch einen hinterkantenseitigen Endabschnitt des Trennelements und eine Durchgangsinnenoberfläche definiert ist, die dem hinterkantenseitigen Endabschnitt des Trennelements zugewandt ist, und wobei der hinterkantenseitige Endabschnitt des Trennelements und die Durchgangsinnenoberfläche jeweils eine abgerundete Form haben.