DE19880989C2 - Stationäre Schaufel einer Gasturbine - Google Patents

Stationäre Schaufel einer Gasturbine

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine stationäre Schaufel einer Gasturbine, in der die Kühlung mittels einer einfachen Konstruktion effektiv ausgeführt werden kann.
STAND DER TECHNIK
Ein heißer Bereich einer Turbinenschaufel einer Gasturbine ist herkömmlicherweise durch die abgelassene Luft oder Zweitluft eines Kompressors gekühlt worden, aber es war vorgesehen, eine stationäre Schaufel einer Gasturbine zu kühlen, indem Dampf anstelle von Luft als eine Einrichtung zum Verbessern der Gasturbineneffizienz verwendet wird.
Bei der Dampfkühlung der stationären Schaufel einer Gasturbine wird die Zwischendampfentnahme einer Gasturbine verwendet, die einen überlagerten Kreislauf in Verbindung mit der Gasturbine bildet, so dass der Dampfdruck für gewöhnlich hoch ist. Es muss auch aus Gründen des Dampfseitenkreislaufs das Lecken des Dampfes in der Gasturbine minimiert werden. Es ist daher bei der Dampfkühlung der stationären Schaufel der Gasturbine für die stationäre Schaufel erforderlich,
  • 1. eine Druckwiderstandskraft zu haben, die dem Dampfdruck widersteht,
  • 2. eine Dampfleitung zu haben, die zur Außenseite hin geöffnet ist, und eine Versorgungsöffnung und eine Wiederaufnahmeöffnung zu haben,
  • 3. eine niedrige thermische Spannung zu haben, und
  • 4. leicht herstellbar zu sein.
Bei der herkömmlichen stationären Schaufel der Gasturbine tritt Kühldampf in die stationäre Schaufel der Gasturbine durch einen Kühldampfeinlass eines äußeren Deckbandes ein, und nach dem Durchleiten durch eine Aufprallplatte gelangt er durch eine nach innen gerichtete Kühlleitung, die in einem Schaufelabschnitt vorgesehen ist, und wird an dem inneren Deckband umgelenkt. Danach führt der Kühldampf durch eine nach außen gerichtete Kühlleitung, die in dem Schaufelabschnitt vorgesehen ist, und wird an einem Kühldampfauslass zurückgewonnen.
Neben der zuvor erwähnten stationären Schaufel der Gasturbine wurde eine stationäre Schaufel vorgeschlagen, in der nur das innere Deckband luftgekühlt wird, wie in der JP 9-189203 offenbart, die durch den Anmelder dieser Erfinder eingereicht wurde. In der JP 9-189203 wird zusätzlich zu der zuvor erwähnten Konfiguration Kühlluft in das innere Deckband durch einen Kühllufteinlass eingebracht. Es wird der Kühlluft ermöglicht, durch die Aufprallplatte zu strömen, um das innere Deckband zu kühlen. Nach dem Kühlen wird es der Luft ermöglicht, in den Hauptgasstrom F durch eine Schleierkühlungsöffnung zu strömen, die in dem inneren Deckband vorgesehen ist, um Schleierkühlung auszuführen.
Die vorliegende dampfgekühlte stationäre Schaufel der Gasturbine ist in dem oben beschriebenen Zustand und sicherlich vorteilhaft im Hinblick auf die Effizienz. Ihre geschlossene, lange und gebogene Leitung ist jedoch kompliziert in der Konstruktion, so dass sie schwierig herzustellen ist. Zusätzlich dazu wird, falls die Wanddicke gesteigert wird, um die Druckwiderstandskraft zu steigern, die ganze Schaufel steif, was ein Problem des Nachteils im Hinblick auf thermische Spannung aufwirft.
Auch die US 5,320,483 A offenbart eine teilweise dampfgekühlte, teilweise luftgekühlte stationäre Schaufel einer Gasturbine. Der Schaufelabschnitt der Schaufel weist einen Hinterkantenabschnitt auf, der luftgekühlt ist, wohingegen die übrigen Abschnitte des Schaufelabschnitts dampfgekühlt sind. Die Luft, die den Hinterkantenabschnitt des Schaufelabschnitts durchströmt und so gekühlt hat, wird von der Seite eines inneren Deckbands her als innere Abdichtluft für eine Verbrennungsgasleitung ausgelassen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um eine noch effizientere Kühlung einer stationären Schaufel einer Gasturbine zu gewährleisten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die stationäre Schaufel einer Gasturbine ist gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt aufgebaut:
Die stationäre Schaufel einer Gasturbine weist einen Schaufelabschnitt mit einem Hinterkantenabschnitt und mit einem inneren Deckband und einem äußeren Deckband auf, wobei das innere und das äußere Deckband sowie der Hinterkantenabschnitt des Schaufelabschnitts luftgekühlt werden, wohingegen die übrigen Abschnitte des Schaufelabschnitts dampfgekühlt werden. Der Kühldampf fließt durch einen Kühldampfeinlass auf der Seite des äußeren Deckbands durch eine nach innen gerichtete Kühlleitung, wird auf der Seite des inneren Deckbands umgelenkt, fließt durch eine nach außen gerichtete Kühlleitung und wird an einem Kühldampfauslass auf der Seite des äußeren Deckbands zurückgewonnen. Der Hinterkantenabschnitt wird durch Luft gekühlt, die durch eine Luftleitung im Hinterkantenabschnitt von der Seite des äußeren Deckbands her in Richtung des inneren Deckbands fließt, wobei ein Teil dieser Kühlluft durch Öffnungen im Hinterkantenabschnitt austritt und sich mit dem Hauptgasstrom verbindet, und wobei die übrige Kühlluft durch eine Öffnung auf der Seite des inneren Deckbands fließt und von dem inneren Deckband aus nach innen als innere Abdichtluft für eine Verbrennungsgasleitung abgelassen wird.
In der vorerwähnten Erfindung werden das innere Deckband und das äußere Deckband der stationären Schaufel einer Gasturbine luftgekühlt, so dass die Konstruktion vereinfacht werden kann, und das Auftreten eines lokalen ungekühlten Abschnitts und daraus resultierendes Festfressen verhindert werden kann. Außerdem wird der Hinterkantenabschnitt der stationären Schaufel der Gasturbine, der aus aerodynamischen Gründen eine dünne Form aufweist, luftgekühlt, so dass diese stationäre Schaufel im Hinblick auf die Festigkeit verglichen mit dem Fall vorteilhaft ist, in dem Hochdruckdampf zum Kühlen verwendet wird, und es kann eine Nadelkühlung ausgeführt werden.
Darüber hinaus wird ein Teil der Luft, die den Hinterkantenabschnitt des Schaufelabschnitts gekühlt hat, von der Seite eines inneren Deckbandes abgelassen, so dass die innere Abdichtluft für die Verbrennungsgasleitung leicht sichergestellt werden kann, ohne die Konstruktion kompliziert zu machen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine stationäre Schaufel einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 2 ist eine Schnittansicht, gesehen entlang der Linie A-A von Fig. 1.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. In dieser Ausführungsform tritt Kühldampf wie in der herkömmlichen stationären Schaufel in eine nach innen gerichtete Kühlleitung 8 ein, die in einem Schaufelabschnitt 6 durch einen Kühldampfeinlass 13 auf der Seite eines äußeren Deckbandes 2 vorgesehen ist, und nachdem sie durch die Leitung 8 geführt wurde, wird sie auf die Seite eines inneren Deckbandes 1 umgelenkt. Danach wird der Kühldampf durch eine nach außengerichtete Kühlleitung 9 geleitet, die in dem Schaufelabschnitt 6 vorgesehen ist, und wird an einem Kühldampfauslass 14 zurückgewonnen. Der Kühldampf wird jedoch nicht in das äußere Deckband geleitet, sondern wird direkt zu der nach innen gerichteten Kühlleitung 8 des Schaufelabschnitts 6 geleitet und wird von der nach außen gerichteten Kühlleitung 9 zu dem Kühldampfauslass 14 ausgelassen.
Das innere Deckband 1 und das äußere Deckband 2 der stationären Schaufel der Gasturbine sind mit einer Kühllufteinlassöffnung 3 ausgestattet, um Luftkühlung durchzuführen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Kühllufteinlassöffnung 3 ist eine Kühlluftauslassöffnung 5 über eine Aufprallplatte 4 vorgesehen, die viele Durchgangsöffnungen mit kleinem Durchmesser aufweist.
Es ist auch an dem Hinterkantenabschnitt 7 des Schaufelabschnitts 6, der aus aerodynamischen Gründen eine dünne Form aufweist, eine Luftleitung 10 vorgesehen, wobei Nadeln an dem Abschnitt geformt sind, der einem Satz von nach innen gerichteten Kühlleitungen 8 und der nach außen gerichteten Kühlleitung 9 entspricht, um den Hinterkantenabschnitt 7 mit Luft zu kühlen. In dieser Luftleitung 10 strömt Kühlluft von der Seite des äußeren Deckbandes 2 zu der Seite des inneren Deckbandes 1, wie durch den Pfeil angedeutet.
Mehrere Öffnungen 11 sind auf der Seite der Hinterkante der Luftleitung 10 ausgebildet, so dass, wie durch die Pfeile angedeutet, die Kühlluft, die durch die Luftleitung 10 strömt, sich mit dem Hauptgasstrom F verbindet, der durch eine Öffnung 11 ausgelassen wird. Es ist auch eine Öffnung 12 in der Schaufelhöhenrichtung auf der Seite des inneren Deckbandes 1 der Luftleitung 10 ausgebildet. Diese Öffnung 12 dient als Versorgungsöffnung zum Ablassen eines Teils der Kühlluft, die in die Luftleitung strömt, als innere Abdichtluft für die Verbrennungsgasleitung.
In dieser wie oben beschrieben ausgebildeten Ausführungsform werden andere Abschnitte als der Hinterkantenabschnitt 7 des Schaufelabschnitts 6 durch den Kühldampf gekühlt, der in der nach innen gerichteten Kühlleitung 8 und der nach außen gerichteten Kühlleitung 9 strömt.
Das innere Deckband 1 und das äußere Deckband 2 werden auch durch die Kühlluft gekühlt, die in das Deckband durch die Kühllufteinlassöffnung 3 strömt und durch die Kühlluftauslassöffnung 5 abgelassen wird, so dass der Aufbau vereinfacht werden kann und das Auftreten eines lokalen nicht gekühlten Abschnitts und daraus resultierendes Festfressen verhindert werden können. Ferner gelangt die Kühlluft, die in das innere Deckband 1 und das äußere Deckband 2 geleitet wird, durch die Aufprallplatte 4 und wird auf die Oberflächenseite des Schaufelabschnitts 6 durch die Kühlluftauslassöffnung 5 ausgelassen, um die Oberfläche des Schaufelabschnitts 6 mit Schleierkühlung zu kühlen, so dass die Kühlluft effektiv verwendet werden kann.
Weiterhin ist diese Ausführungsform aus der Sicht der Festigkeit vorteilhaft verglichen mit dem Fall, in dem Hochdruckdampf verwendet wird, da der Hinterkantenabschnitt 7 des Schaufelabschnitts 6, der aus aerodynamischen Gründen eine dünne Form aufweist, durch Luft gekühlt wird, die in der Luftleitung 10 strömt. In dieser Ausführungsform kann die Querschnittsfläche der Luftleitung 10 gesteigert werden und die Wanddicke des Hinterkantenabschnitts 7 des Schaufelabschnitts 6 kann verringert werden, so dass das Kühlen effektiv ausgeführt werden kann, und Nadelkühlen ausgeführt werden kann.
Die Kühlluft, die den Hinterkantenabschnitt 7 des Schaufelabschnitts 6 gekühlt hat, wird durch die vielen Öffnungen 11 ausgelassen, die auf der Schaufelkantenseite des Hinterkantenabschnitts 7 des Schaufelabschnitts 6 geformt sind, und vermischt sich mit dem Hauptgasstrom 11, und ein Teil der Kühlluft wird nach innen durch die Öffnung 12 auf der Seite des inneren Deckbandes der Luftleitung 10 ausgelassen, um als innere Abdichtluft für die Verbrennungsgasleitung zu dienen, so dass die innere Abdichtluft leicht sichergestellt werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der stationären Schaufel einer Gasturbine nach der vorliegenden Erfindung können die Probleme der Komplexität der Konstruktion und Schwierigkeit bei der Herstellung, die die herkömmliche dampfgekühlte stationäre Schaufel aufweist, durch Luftkühlung eines Teils der stationären Schaufel gelöst werden, und die Abdichtluft auf der Innenseite der Verbrennungsgasleitung kann auch leicht sichergestellt werden. Die stationäre Schaufel der vorliegenden Erfindung ist auch von Seiten der Festigkeit her vorteilhaft und kann einer thermischen Spannung widerstehen. Daher kann die Verlässlichkeit einer Gasturbine weiter erhöht werden.

Claims (1)

1. Stationäre Schaufel einer Gasturbine mit einem Schaufelabschnitt (6), welcher einen Hinterkantenabschnitt (7) aufweist, und mit einem inneren Deckband (1) und einem äußeren Deckband (2),
wobei das innere (1) und das äußere Deckband (2) sowie der Hinterkantenabschnitt (7) des Schaufelabschnitts (6) luftgekühlt werden, wohingegen die übrigen Abschnitte des Schaufelabschnitts (6) dampfgekühlt werden,
wobei der Kühldampf durch einen Kühldampfeinlass (13) auf der Seite des äußeren Deckbands (2) durch eine nach innen gerichtete Kühlleitung (8) fließt, auf der Seite des inneren Deckbands (1) umgelenkt wird, durch eine nach außen gerichtete Kühlleitung (9) fließt und an einem Kühldampfauslass (14) auf der Seite des äußeren Deckbands (2) zurückgewonnen wird,
und wobei der Hinterkantenabschnitt (7) durch Luft gekühlt wird, die durch eine Luftleitung (10) im Hinterkantenabschnitt (7) von der Seite des äußeren Deckbands her (2) in Richtung des inneren Deckbands (1) fließt, wobei ein Teil dieser Kühlluft durch Öffnungen (11) im Hinterkantenabschnitt (7) austritt und sich mit dem Hauptgasstrom (F) verbindet, und wobei die übrige Kühlluft durch eine Öffnung (12) auf der Seite des inneren Deckbands (1) fließt und von dem inneren Deckband (1) aus nach innen als innere Abdichtluft für eine Verbrennungsgasleitung abgelassen wird.
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