DE19809008A1 - Gasturbinenschaufel - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenschaufel, bei der das Ende einer Schaufelspitze wirkungsvoll gekühlt wird.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine gekühlte Schaufel, die für eine Hochtemperaturgasturbine verwendet wird, mit einem Vorsprung 101a am Spitzenende der Gasturbinenschaufel 102 versehen. Dieser Vorsprung 101a besitzt eine Dichtwirkung, so daß ein Zwischenspalt zwischen dem Spitzenende der Gasturbinenschaufel 102 und einem Turbinenschaufelring 103, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, minimal gehalten wird, um die Leckagemenge an Hauptstromgas gering zu halten und den Turbinenverlust minimal zu halten, und ist mit einer Toleranz versehen, so daß, selbst wenn das Spitzenende der Turbinenschaufel 102 in Kontakt mit dem Turbinenschaufelring 103 aufgrund einer Wärmeverformung etc. kommt, Störungen, wie die Beschädigung der Schaufel, das Ausströmen von Kühlmedium aus dem Kühldurchgang der Schaufel und das Brennen der Schaufel verhindert wird. Dieser herkömmliche Vorsprung 101a ist auf der Erstreckung des Schaufelprofiles über dem gesamten Rand der äußeren Oberfläche der Endfläche der Schaufelspitze vorgesehen und besitzt dieselbe Form wie jener der in Fig. 4 und 5 gezeigten Schaufel.

Herkömmlicherweise wurde eine gekühlte Schaufel für eine Gasturbine verwendet, bei der die Kühlung dadurch bewirkt wird, daß es einem Kühlmedium gestattet wird, in einem Kühldurchgang in der Schaufel zu strömen. Da die Turbineneinlaßtemperatur und der Druck von Jahr zu Jahr ansteigen, um die Leistung der Gasturbine zu verbessern, nimmt die thermische Belastung auf die gekühlte Schaufel einer Gasturbine zu. Daher wird die Temperatur des Schaufelmetalles verringert, um ein Brennen zu verhindern. Als eine Folge tritt jedoch ein sehr großer Temperaturgradient im Schaufelmetall auf. Aus diesem Grund ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Vorsprung 101a am Spitzenende der Gasturbinenschaufel vorgesehen. In diesem Fall ist, da der Abstand von der auf der Oberfläche des Kühldurchganges in der Schaufel gebildete Kühloberfläche groß ist, die Temperatur des Metalls am Spitzenende des Vorsprunges sehr hoch, so daß die Möglichkeit des Auftretens eines Brennens und eines Risses besteht, der durch die thermische Spannung gebildet ist, die durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem Schaufelmetall und dem Kühlbereich erzeugt wird.

Aus diesem Grund wird, wie in Fig. 6 gezeigt ist, ein Kühlmedium 106 von einem Kühldurchgang 104 ausgestoßen, der in der Gasturbinenschaufel 102 durch Löcher 105 für eine Dünnschichtkühlung vorgesehen ist, so daß das Kühlmedium 106 in Richtung des Schaufelspitzenendes und des Turbinenschaufelrings 103 an der Außenseite der Schaufel gerichtet wird, wodurch ein Film von Kühlmedium geringer Temperatur gebildet wird, um die Gasturbinenschaufel 102 zu kühlen. Da jedoch das ausgegebene Kühlmedium 106 dazu führt, daß die Arbeitsleistung der Turbine abnimmt, muß die Menge an ausgegebenem Kühlmedium 106 begrenzt werden.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit einer oben beschriebenen herkömmlichen Gasturbinenschaufel zu überwinden.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasturbinenschaufel bereit, die mit einem Kühldurchgang darin versehen ist, bei dem ein Vorsprung auf der Innenseite der Erstreckung des Schaufelprofils auf der äußeren Oberfläche des Schaufelspitzenendes vorgesehen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Vorsprung auf der Innenseite von der Erstreckung des Schaufelprofils auf der äußeren Oberfläche des Schaufelspitzenendes so vorgesehen, daß er nahe dem Kühldurchgang in der Gasturbinenschaufel oberhalb des Kühldurchganges ist, so daß der Abstand vom Schaufelkühldurchgang, der eine Kühloberfläche ist, kurz im Vergleich zu einer herkömmlichen Gasturbinenschaufel ist, wodurch die Metalltemperatur an dem Spitzenende des Vorsprunges verringert wird. Diese Temperaturverringerung verhindert das Brennen des Schaufelmetalls der Gasturbine. Auch kann, da die Materialstärke relativ im Vergleich mit einer herkömmlichen Gasturbinenschaufel erhöht ist und die thermische Spannung durch die Verringerung der Temperaturdifferenz zwischen dem Schaufelmetall und dem Schaufelkühlbereich verringert ist, ein Riß am Schaufelspitzenende vermieden werden.

Gemäß der Gasturbinenschaufel nach der vorliegenden Erfindung kann der auf der Innenseite der Erstreckung des Schaufelprofils auf der äußeren Oberfläche des Schaufelspitzenendes vorgesehene Vorsprung die Kühlwirkung der Gasturbinenschaufel erhöhen, wodurch ein Beitrag geleistet wird zur Erhöhung der Zuverlässigkeit, ohne die Arbeitsleistung der gesamten Vorrichtung zu vermindern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Ausführungsform einer Gasturbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 1(b) ist eine Draufsicht auf das Spitzenende der Gasturbinenschaufel;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1(a);

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Spitzenendes einer Gasturbinenschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4(a) ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Gasturbinenschaufel, und Fig. 4(b) ist eine Draufsicht auf das Spitzenende der herkömmlichen Gasturbinenschaufel;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 4 am Spitzenende der herkömmlichen Gasturbinenschaufel;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Spitzenendes der herkömmlichen Gasturbinenschaufel, die mit Dünnschichtkühlungslöchern versehen ist; und

Fig. 7(a) ist ein Diagramm, das die Metalltemperatur des Schaufelspitzenendes und des Vorsprunges der Gasturbinenschaufel der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Gasturbinenschaufel, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, darstellt, Fig. 7(b) ist eine schematische Ansicht, die einen Abstand von der Kühloberfläche des Schaufelspitzenendes der herkömmlichen Gasturbinenschaufel zeigt, und Fig. 7(c) ist eine schematische Ansicht, die einen Abstand von der Kühloberfläche am Schaufelspitzenende der Gasturbinenschaufel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Eine erste Ausführungsform einer Gasturbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben. In dieser Ausführungsform ist eine Kühlpassage 104, welche dieselbe wie die der in Fig. 4 und 5 gezeigten herkömmlichen Gasturbinenschaufel ist, in einer Gasturbinenschaufel 102 bereitgestellt, und ein Vorsprung 101, der in Richtung eines Turbinenschaufelringes 103 hervorsteht, ist auf der äußeren Oberfläche der Spitzenendfläche der Gasturbinenschaufel 102 vorgesehen.

Der Vorsprung 101 ist so vorgesehen, daß er im wesentlichen ähnlich bezüglich der Form zum Schaufelprofil und am Spitzenende der Schaufel 102 rund ist, aber auf der Innenseite von der Erstreckung des Schaufelprofils angeordnet ist. Auch ist die Höhe des Vorsprunges 101 so bestimmt, daß ein Zwischenraum zwischen dem Vorsprung 101 und dem Turbinenschaufelring 103 minimiert ist.

In dieser Ausführungsform ist der Vorsprung 101, der im wesentlichen ähnlich bezüglich der Form zu dem Schaufelprofil ist, so vorgesehen, daß er auf der Innenseite von der Erstreckung des Schaufelprofiles auf der äußeren Oberfläche der Endfläche der Schaufelspitze angeordnet ist. Daher ist der Vorsprung 101 oberhalb der Kühlpassage 104 angeordnet, so daß er nahe der Kühlpassage 104 ist, wodurch die Metalltemperatur des Vorsprunges 101 verringert werden kann.

Fig. 7 zeigt die Metalltemperatur T am Schaufelspitzenende nahe dem Vorsprung dieser Ausführungsform und eines, in Fig. 4 und 5 gezeigten, herkömmlichen Beispiels. Wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 7(a) gezeigt ist, kann in dieser Ausführungsform die Metalltemperatur des Spitzenendes der Gasturbinenschaufel 102 und des Vorsprungs 101 verglichen zu dem durch unterbrochene Linien dargestellten herkömmlichen Beispiel verringert werden. Daher kann das Brennen der Gasturbinenschaufel 102 vermieden werden und das Auftreten eines Risses am Spitzenende der Gasturbinenschaufel 102 kann verhindert werden, indem die Materialstärke relativ erhöht wird und die thermische Spannung verringert wird.

Eine zweite Ausführungsform einer Gasturbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben werden. In dieser Ausführungsform ist ein linearer Vorsprung 101', der in Richtung des Turbinenschaufelringes 103 vorsteht, entlang der Mitte der Schaufelbreite auf der äußeren Oberfläche der Endfläche der Gasturbinenschaufel 102 anstelle des Vorsprunges 101 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen.

Diese Ausführungsform erzielt dieselbe Funktion und Wirkungen wie jene der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Obwohl ein linearer Vorsprung 101' entlang der Mitte der Schaufelbreite auf der äußeren Oberfläche der Gasturbinenschaufel 102 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, kann eine Mehrzahl von Vorsprüngen entlang der Schaufelbreite auf der Innenseite von der Erstreckung des Schaufelprofiles auf der äußeren Oberfläche der Endfläche der Gasturbinenschaufel 102 vorgesehen sein.

Claims (3)

1. Gasturbinenschaufel, die mit einer Kühlpassage darin versehen ist, bei der ein Vorsprung bezüglich der Erstreckung des Schaufelprofiles auf der Innenseite auf der äußeren Oberfläche des Schaufelspitzenendes vorgesehen ist.

2. Gasturbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei der Vorsprung so vorgesehen ist, daß er im wesentlichen ähnlich bezüglich der Form dem Schaufelprofil ist und sich um das Schaufelspitzenende herum erstreckt.

3. Gasturbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei der Vorsprung so vorgesehen ist, daß er ein linearer Vorsprung entlang der Mitte der Schaufelbreite auf der äußeren Oberfläche des Schaufelspitzenendes ist.