DE19963349A1 - Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante - Google Patents

Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante

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DE19963349A1
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Christoph Nagler
Lothar Schneider
Alexander Beeck
Joergen Ferber
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Abstract

Bei einem von einem heißen Luftstrom (23) umströmten Leitelement (30) einer Gasturbine, welches wenigstens in einem hinteren Kantenbereich (21), bei dem der Luftstrom (23) vom Leitelement (30) abreißt, aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel angeordneten und mit Rippen (16, 17, 20) miteinander in innere Kühlkanäle (18, 19, 25, 26, 27) ausbildender Weise verbundenen Wänden (10, 11) besteht, und welches mit durch die Kühlkanäle (18, 19) strömendem Kühlmedium (28, 29) innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlmedium an der hinteren Kante (21) im wesentlichen parallel zu den Wänden (10, 11) zwischen diesen aus dem Leitelement (30) austritt, und einem Verfahren zu dessen Herstellung wird eine bessere Nachbearbeitbarkeit und eine geringere Anfälligkeit auf Fremdpartikel dadurch erreicht, dass wenigstens ein Teil der Rippen als Drosselrippen (24) mit der hinteren Kante (21) im wesentlichen bündig abschließend angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der in Gasturbinen verwen­ deten Leitelemente wie Leit- oder Turbinenschaufeln. Sie betrifft ein von einem heis­ sen Luftstrom umströmtes Leitelement für eine Gasturbine, welches wenigstens in einem hinteren Kantenbereich, bei dem der Luftstrom vom Leitelement abreisst, aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel angeordneten, und mit Rippen miteinander in innere Kühlkanäle ausbildender Weise verbundenen Wänden besteht, und wei­ ches mit durch die Kühlkanäle strömendem Kühlmedium innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlmedium an der hinteren Kante im wesentlichen parallel zu den Wän­ den zwischen diesen aus dem Leitelement austritt.
STAND DER TECHNIK
Eine Gasturbine umfasst eine Vielzahl von Elementen, welche von heisser Arbeits­ luft angeströmt werden. Da die Arbeitsluft eine Temperatur aufweist, welche für viele der Materialien, aus denen solche umströmten Komponenten gebaut sind, insbe­ sondere bei längerer Betriebsdauer zu starken Abnützungserscheinungen führt, ist es nötig, viele dieser Komponenten zu kühlen. Die Kühlung kann dabei als Innen­ kühlung gestaltet werden, bei der die Elemente als Hohlprofile gestaltet oder einfach mit inneren Kühlkanälen versehen werden, durch welche ein Kühlluftstrom geleitet wird. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, eine sogenannte Filmkühlung vorzusehen, bei welcher die Elemente mit einem aussenseitigen Kühlluftfilm beauf­ schlagt werden.
Moderne Gasturbinenschaufeln verwenden meist eine Kombination der obigen Me­ thoden, d. h. es findet ein internes konvektives Kühlsystem Anwendung, welches an kritischen Stellen zusätzlich Öffnungen zur Filmausblasung aufweist. Um den Wir­ kungsgrad und die Leistung der Gasturbine zu steigern, sowie um die Emissionen zu reduzieren, muss die Menge an verwendeter Kühlluft minimiert werden. Dies be­ deutet, dass selbst für grosse Komponenten nur ein kleiner Kühlluftmassenstrom zur Verfügung steht. Um die geringen Kühlmassenströme bei gleichzeitig benötigtem effizientem internem Wärmeübergang zu realisieren und zu kontrollieren, müssen die Strömungsquerschnitte entsprechend verkleinert resp. Drosselquerschnitte ein­ geführt werden.
Bei vielen der bekannten Schaufelauslegungen findet die Drosselung des Kühl­ massenstromes im Bereich der gegossenen Schaufelhinterkante, in der Nähe des Kühlluftaustrittes statt. Insbesondere aus herstellungstechnischen Gründen, um Kernbrüche zu vermeiden, wird das Ende der Rippen, welche die druck- und saug­ seitige Wand verbinden, in axialer Richtung zurückgesetzt, d. h., die Rippen enden bereits im Inneren der Schaufel und reichen nicht bis zur Hinterkante.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Leitschaufel nach dem Stand der Technik, wie sie häufig in Gasturbinen verwendet wird. Es handelt sich um einen axial zur Hauptachse der Turbine und senkrecht zur Schaufelblattebene verlaufenden Schnitt durch eine Leitschaufel, wie sie typischerweise unmittelbar nach der Brennkammer und vor der ersten Laufreihe der Gasturbine zur optimalen Anströmung der Lauf­ schaufeln verwendet werden. Die Schaufel ist als Hohlprofil ausgebildet, welches saugseitig von einer Wand 10, und druckseitig von einer weiteren Wand 11 begrenzt wird. Im Anströmbereich ist die Schaufel verbreitert, die Wände 10 und 11 sind in einer Rundung miteinander verbunden, und zwischen den Wänden 10 und 11 befin­ det sich ein zentraler, radial verlaufender Einsatz 12, um welchen der Kühlkanal herumführt. Im hinteren Bereich ist die Leitschaufel 30 nur von den zwei mit in axia­ ler Richtung verlaufenden, unterbrochenen Rippen miteinander verbundenen Wän­ den 10 und 11 begrenzt, dazwischen verlaufen Kühlkanäle. Häufig wird der zentrale Einsatz 12 von annähernd axial verlaufenden Rippen ganz oder teilweise umschlos­ sen. Diese Rippen laufen am hinteren Ende des Einsatzes zusammen (16 in Fig. 1) und verbinden von dort an die saug- und druckseitigen Schaufelwände. Zwischen den Rippen bilden sich annähernd axiale Kanäle aus, in denen die Kühlluft geführt wird.
Im weiteren Verlauf kann die Rippenbank unterbrochen sein, um ein in radialer Richtung verlaufendes Plenum 18 zu erzeugen. Die nachfolgende Rippenbank 17 kann sowohl "in line" oder versetzt zur vorherigen Rippenbank angeordnet werden. Im Bereich der Hinterkante werden die druck- und saugseitigen Wände von sehr kurzen Rippen oder sog. Pinreihen miteinander verbunden. Stand der Technik ist nun, diese Einbauten (Rippen, Pins, etc.) im Inneren der Schaufelenden zu lassen. Damit wird vermieden, dass der zur gusstechnischen Herstellung benötigte Kern exakt an der Hinterkante einen grossen Sprung in der Querschnittsfläche aufweist. Diese starke Unstetigkeit im Kernquerschnittsverlauf führt bei der Herstellung näm­ lich zu einer hohen Anzahl von Kernbrüchen. Obiges Verfahren hat jedoch den er­ heblichen Nachteil, dass der Austrittsquerschnitt der Kühlluft und somit der Kühlluft- Die Wände weisen ausserdem meist noch Filmkühlbohrungen 13-15 auf, durch wel­ che Kühlluft auf die Aussenseite strömen kann.
Diese Gestaltung des internen konvektiven Kühlsystems hat eine Reihe von Nach­ teilen:
  • - Da der Querschnitt klein ist, wirken sich selbst kleine Toleranzen bei der Her­ stellung (Guss) auf den Kühlluftmassendurchsatz der Schaufel aus.
  • - Da die Drosselstelle im Inneren des Leitelements liegt, lässt sich der wirksame Drosselquerschnitt nur schwer messen und kontrollieren.
  • - Da die Drosselkante im Inneren des Leitelements liegt, kann der wirksame Dros­ selquerschnitt nachträglich nur schwer modifiziert werden.
  • - Die beiden meist recht dünnen Wände sind äusserst anfällig auf Beschädigun­ gen, welche von Fremdkörpern im Heissgas verursacht werden, und welche u. U. sogar zu einer Veränderung der Drosselquerschnitte führen können.
  • - Durch die stufenweise Expansion der Kühlluft (1) am Ende der Rippen und (2) an der Schaufelhinterkante lässt sich der Kühlluftmassenstrom nur schwer kontrol­ lieren und justieren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein von einem heissen Luft­ strom umströmtes Leitelement einer Gasturbine, welches wenigstens in einem hinte­ ren Kantenbereich, bei dem der Luftstrom vom Leitelement abreisst, aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel angeordneten, und mit Rippen miteinander in innere Kühlkanäle ausbildender Weise verbundenen Wänden besteht, und welches mit durch die Kühlkanäle strömendem Kühlmedium innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlmedium an der hinteren Kante im wesentlichen parallel zu den Wänden zwi­ schen diesen aus dem Leitelement austritt.
Diese Aufgabe wird bei einem Leitelement der eingangs genannten Art gelöst, in­ dem wenigstens ein Teil der Rippen mit der hinteren Kante bündig abschliessend angeordnet sind. Der Kern der Erfindung besteht somit darin, einen Teil der die Wände verbindenden Rippen unmittelbar an und im wesentlichen bündig mit der Hinterkante anzuordnen und die Rippen resp. die dazwischen liegenden Kanäle damit besser zugänglich zu machen und die Wände im Kantenbereich besser zu stabilisieren. Auf diese Weise sind die Wände im Hinterkantenbereich wesentlich weniger anfällig auf Beschädigungen durch im Arbeitsluftstrom mitgeführte Fremd­ körper. Ausserdem ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass der Kühlluftdurchsatz zwi­ schen den an der Hinterkante angeordneten Rippen hindurch nach dem Herstel­ lungsverfahren und bei Wartungen infolge der guten Zugänglichkeit wesentlich ein­ facher nachbearbeitet bzw. angepasst werden kann.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz an Kühlmedium durch das Leitelement im wesentlichen durch die Dimensionierung der zwischen den Rippen, hier sog. Drosselrippen, angeord­ neten Austrittsöffnungen bestimmt ist. Die durch die Anordnung bedingte bessere Zugänglichkeit und Nachbearbeitbarkeit ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Drosselung der Kühlluftführung durch die an der Hinterkante angeordneten Drossel­ rippen bewirkt wird, und die Drosselung von aussen leicht durch Ausbohren o. ä. eingestellt oder auch gemessen werden kann.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke des Leitelements an der Hinterkante im Bereich von 0.5 bis 5 mm, insbeson­ dere bevorzugt im Bereich von 1.0 bis 2.5 mm liegt, und dass die Schlitzdicke der Kühlluftkanäle zwischen den Wänden beim Austritt im Bereich von 0.3 bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0.8 bis 1.5 mm beträgt. Unter anderem wenn das Leit­ element als vor einem Turbinenrotor angeordnete Leitschaufel ausgebildet ist und wenn als Kühlmedium Luft verwendet wird, erweisen sich die erfindungsgemässe Anordnung und diese Dimensionierungen als besonders vorteilhaft.
Weitere Ausführungsformen des Leitelements ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Des weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines von einem heissen Luftstrom umströmten Leitelements einer Gasturbine, welches wenigstens in einem hinteren Kantenbereich, bei dem der Luftstrom vom Leitelement abreisst, aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel angeordneten, und mit Rippen miteinander in innere Kühlkanäle ausbildender Weise verbundenen Wänden besteht, und wel­ ches mit durch die Kühlkanäle strömendem Kühlmedium innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlemedium an der hinteren Kante im wesentlichen parallel zu den Wänden zwischen diesen aus dem Leitelement austritt, welches sich dadurch aus­ zeichnet, dass das Leitelement in einem Giessverfahren hergestellt wird, dass dabei der hintere Kantenbereich mit einem das Leitelement respektive dessen Wände in Strömungsrichtung verlängernden Überstand gegossen wird, und dass nach dem Giessen der Überstand derart abgetragen wird, dass wenigstens ein Teil der Rippen als Drosselrippen mit der hinteren Kante im wesentlichen bündig abschliessend an­ geordnet sind. Der Gusskern wird dabei so geformt, dass die Rippengeometrie über die Hinterkante der Schaufel hinaus im Gusskern modelliert wird. Erst nach einer Länge von ca. 0.5 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 Kerndicken wird die Rippengeometrie ausgeblendet. Dieses Verfahren macht die einfache Herstellung eines erfindungs­ gemässen Leitelements erst möglich. Bei einem normalen Gussverfahren kann näm­ lich der effektive Drosselquerschnitt nicht einfach direkt an die Austrittskante gelegt werden. Die sprunghafte Querschnittserweiterung am Austritt im Gusskern führt bei der Herstellung zu einem starken Anstieg der Kernbrüche. Dies kann bei Belassung eines Überstandes beim Giessverfahren vermieden werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Überstandes keine Rippen zwischen den Wänden angeordnet sind, und dass der Durchsatz an Kühlmedium durch das fertige Leitelement im wesentli­ chen durch die Dimensionierung der zwischen den Drosselrippen angeordneten Austrittsöffnungen bestimmt ist. Wenn im Bereich des Überstandes auf jegliche Rip­ pen verzichtet wird, können beim Gussverfahren, insbesondere beim bevorzugten Pressgussverfahren ("investment casting") weitgehend vermieden werden. Es zeigt sich des weiteren, dass insbesondere wenn die Länge des Überstandes im Bereich von 0.5 bis 3 Mal so gross, insbesondere bevorzugt gleich gross, ist wie Schlitzdicke des Kühlluftkanals zwischen den Wänden, derartige Kernbrüche vermieden werden können ohne dass nach der Herstellung eine übermässige Nachbearbeitung not­ wendig wäre.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den ab­ hängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammen­ hang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Leitschaufel mit interner Kühlung für eine Gasturbine nach dem Stand der Technik; und
Fig. 2a) zeigt einen Querschnitt durch eine Leitschaufel mit unmittelbar an der Hinterkante der Schaufel angeordneten Drosselrippen, b) eine Detailansicht des Hinterkantenbereichs des Schnittes nach a), und c) einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 2a), d. h. im wesentli­ chen parallel zur Ebene der Schaufel durch den internen Kühlkanal.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 2a) zeigt einen Schnitt durch eine Leitschaufel mit unmittelbar an die Hinter­ kante grenzenden Rippen 24 zwischen den Wänden 10 und 11. Es handelt sich um einen Fig. 2 entsprechenden, axial zur Hauptachse der Turbine und senkrecht zur Schaufelblattebene verlaufenden Schnitt durch eine Leitschaufel. Die Schaufel ist wiederum als Hohlprofil ausgebildet, welches saugseitig von einer Wand 10, und druckseitig von einer weiteren Wand 11 begrenzt wird. Im hinteren Bereich ist die Leitschaufel nur von den zwei mit in radialer Richtung unterbrochenen Rippen mit­ einander verbundenen Wänden 10 und 11 begrenzt, dazwischen verlaufen Kühlka­ näle. Fig. 2c) zeigt einem Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 2a), d. h. im we­ sentlichen parallel zur Blattebene. Unmittelbar an den Einsatz 12 angrenzend befin­ den sich erste Rippen 16. Die zwischen Einsatz 12 und den Wänden 10 und 11 strömende Kühlluft strömt im wesentlichen axial in den Kanälen 27 zwischen den Rippen 16 in den hinteren Bereich der Leitschaufel. Hinter der ersten Reihe von Rippen 16 befindet sich ein vorderes radiales Plenum 18, welches einen Strömungs- und Druckausgleich der Kühlluft in radialer Richtung erlaubt. Danach schliesst eine weitere Reihe von Rippen 17 an, welche in diesem Beispiel alternierend als durch­ gängige Rippen 17b oder als axial unterteilte Rippen 17a ausgebildet sind. Die ein­ zelnen Rippen der Reihen 16 und 17 weisen vorteilhafterweise ein sog. Teilungs­ verhältnis, das Verhältnis von der radialen Breite e normal zur Ebene des Blattes zur radialen Beabstandung f, im Bereich von 0.25 bis 0.75 auf.
Es folgt ein weiteres radiales Plenum 19, gefolgt von sogenannten Pins 20, d. h. als einfache Stege ausgebildete Reihen von Rippen, welche eine möglichst gleichmäs­ sige Verteilung des Kühlluftstromes an der Hinterkarste 21 erlauben. Das Teilungs­ verhältnis (Durchmesser g zu radialer Beabstandung h) der Pins 20 liegt dabei im Bereich von 0.25 bis 0.7.
Unmittelbar an der Hinterkante und mit dieser bündig abschliessend befindet sich nun eine weitere Reihe von Rippen 24. Die Reihe der hinteren Rippen ist dabei so dimensioniert, dass die Drosselung der Kühlluftströmung des gesamten effektiven Kühlkanalquerschnitts durch die Kanäle 25 zwischen den sog. Drosselrippen 24 be­ wirkt wird. Dadurch dass die Drosselung an der Hinterkante 21 und mit einer solchen Reihe von Drosselrippen 24 bewirkt wird, ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:
  • - Der effektive Drosselquerschnitt kann leicht bei der Austrittskante gemessen werden.
  • - Es entsteht nur eine Drosselstelle genau na der Hinterkante anstatt zweier Dros­ selstellen am Ende der Rippen und der Hinterkante.
  • - Gegebenenfalls beim Gussverfahren entstandene Ungenauigkeiten der Drossel­ region können leicht nachbearbeitet werden, da die Drosselstellen von aussen zugänglich sind.
  • - Der Drosselquerschnitt kann bei Bedarf leicht verändert werden.
  • - Die Anordnung der Rippen ganz am Ende der Schaufel führt zu einer erhöhten Stabilität der Abrisskante, so können Fremdkörper im Arbeitsluftstrom die Hinter­ kante weniger beschädigen und die Kühlung der Komponente kann durch derar­ tige Deformationen weniger beeinträchtigt werden.
Die Herstellung einer solchen Schaufel erfolgt meist im Gussverfahren, in der Regel einem Pressgussverfahren ("investment casting"). Bei diesen Gussverfahren kann aber bei der Herstellung der effektive Drosselquerschnitt nicht einfach direkt an die Austrittskante gelegt werden. Die sprunghafte Querschnittserweiterung am Austritt im Gusskern führt bei der Herstellung zu einem starken Anstieg der Kernbrüche. Dies kann aber bei Belassung eines Überstandes beim Giessverfahren vermieden werden. Die im Kern abgebildete Kühlungsgeometrie wird dabei über die eigentliche Begrenzung der Komponente hinaus verlängert. Fig. 2b) zeigt den Kantenbereich eines derart über die Hinterkante um die Länge b hinaus verlängerten Elements. Im Bereich des Überstandes sind vorteilhafterweise keine Rippen mehr angeordnet. Der Übergang von der Drosselgeometrie fällt dann nicht mit der Kernhalterung zu­ sammen, sondern es findet zunächst innerhalb der verlängerten Komponente ein Übergang von der Drosselgeometrie auf einen durchgehenden radialen Kanal statt, welcher dann ohne Risiko von Kernbrüchen als Kernhalterung verwendet werden kann. Dieser Übergang kann auf verschiedenste Weise je nach Verfahren optimal zur Kernhalterung gestaltet werden, d. h. es ist nicht zwingend, dass die beiden Wände wie in der in Fig. 2b) dargestellt einfach nach hinten gleichmässig verlän­ gert werden, es sind z. B. auch ein graduelles überstehendes Ausweiten, oder Ver­ jüngungen resp. Verdickungen der Wände im Bereich des Überstands denkbar. Die überstehende Geometrie wird nach dem Guss auf die Solllänge der Hinterkante nachbearbeitet, d. h. abgetragen, so dass die Drosselstellen mit der Hinterkante zu­ sammenfallen. Dies kann z. B. zusammen mit den üblicherweise nachträglich not­ wendigen Nachbearbeitungen wie Erdsion und Laserbohren der Filmkühlbohrungen 13-15 geschehen.
Im angegebenen Ausführungsbeispiel weist die Hinterkante meist eine Dicke d im Bereich von 0.5 bis 5 mm, bevorzugt im Bereich von 1.0 bis 2.5 mm auf. Die Schlitz­ dicke c des Kühlluftkanals liegt meist im Bereich von 0.3 bis 2.0 mm, bevorzugt im Bereich von 0.8 bis 1.5 mm. Um beim Gussverfahren Kernbrüche effektiv vermeiden zu können, sollte insbesondere bei den obigen Bemassungen der Überstand b über die Hinterkante hinaus 0.5 bis 5 Mal, vorzugsweise 1 bis 3 Mal, die Länge a der Drosselrippen 24 betragen, besonders vorteilhaft ist es, wenn der Überstand b gleich ist wie die Länge a der Drosselrippen.
BEZEICHNUNGSLISTE
10
saugseitige Wand
11
druckseitige Wand
12
Einsatz bzw. Kern
13
saugseitige Filmbohrungen
14
Filmbohrungen an Vorderkante
15
druckseitige Filmbohrungen
16
am Einsatz anschliessende Rippen
17
Zwischenrippen
18
vorderes radiales Plenum
19
hinteres radiales Plenum
20
Pins
21
Hinterkante des Blattes
22
Austrittsöffnung an der Hinterkante
23
Arbeitsluftstrom
24
Drosselrippen an Hinterkante,
25
Kühlluftaustrittsöffnungen an Hinterkante
26
axiale Kanäle zwischen Rippen
17
27
axiale Kanäle zwischen Rippen
16
28
eintrittsseitiger Kühlluftstrom
29
austrittsseitiger Kühlluftström
30
Leitschaufel
a Länge der Drosselrippen
b Länge des Überstandes nach Guss
c Schlitzdicke des Kühlluftkanals beim Austritt
d Dicke der Leitschaufel an der Hinterkante
e Breite der Drosselrippen
f Rippenteilung der Drosselrippen
g Breite der Pins
20
h Teilung der Pins
20

Claims (11)

1. Von einem heissen Luftstrom (23) umströmtes Leitelement (30) einer Gasturbine, welches wenigstens in einem hinteren Kantenbereich (21), bei dem der Luftstrom (23) vom Leitelement (30) abreisst, aus wenig­ stens zwei im wesentlichen parallel angeordneten, und mit Rippen (16, 17, 20) miteinander in innere Kühlkanäle (18, 19, 25, 26, 27) ausbil­ dender Weise verbundenen Wänden (10, 11) besteht, und welches mit durch die Kühlkanäle (18, 19, 25, 26, 27) strömendem Kühlmedium (28, 29) innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlmedium an der hinte­ ren Kante (21) im wesentlichen parallel zu den Wänden (10, 11) zwi­ schen diesen aus dem Leitelement (30) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Rippen (24) mit der hinteren Kante (21) im we­ sentlichen bündig abschliessend angeordnet sind.
2. Leitelement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz an Kühlmedium (28, 29) durch das Leitelement (30) im we­ sentlichen durch die Dimensionierung der zwischen den Drosselrippen (24) angeordneten Austrittsöffnungen (25) bestimmt ist.
3. Leitelement (30) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrippen (24) parallel zur Hinterkante (21) eine Breite (e) aufwei­ sen und um jeweils eine Rippenteilung (f) beabstandet angeordnet sind, und dass das Verhältnis von Breite (e) zu Rippenteilung (f) im Be­ reich von 0.25 bis 0.75 liegt.
4. Leitelement (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) des Leitelements (30) an der Hin­ terkante (21) im Bereich von 0.5 bis 5 mm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.0 bis 2.5 mm liegt, und dass die Schlitzdicke (c) der Kühlluftkanäle (25) zwischen den Wänden (10, 11) beim Austritt (21) im Bereich von 0.3 bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0.8 bis 1.5 mm beträgt.
5. Leitelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es als vor einem Turbinenrotor angeordnete Leitschau­ fel (30) ausgebildet ist und dass als Kühlmedium Luft verwendet wird.
6. Leitschaufel (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel in ihrem Anströmbereich verbreitert ausgebildet ist und im Anströmbereich die Kühlluft um einen inneren, zentralen, radial ver­ laufenden Einsatz (12) in saugseitigen und druckseitigen Kühlkanälen strömt, und dass die Kühlluft zwischen am Einsatz (12) anschliessen­ den Rippen (16), dann zwischen Zwischenrippen (17), dann zwischen Pins (20) zwischen den Wänden (10, 11) hindurchströmt bevor sie durch Austrittsöffnungen (25) an der Hinterkante aus der Leitschaufel (30) austritt.
7. Verfahren zur Herstellung eines von einem heissen Luftstrom (23) um­ strömten Leitelements (30) einer Gasturbine, welches wenigstens in einem hinteren Kantenbereich (21), bei dem der Luftstrom (23) vom Leitelement (30) abreisst, aus wenigstens zwei im wesentlichen paral­ lel angeordneten, und mit Rippen (16, 17, 20) miteinander in innere Kühlkanäle (18, 19, 25, 26, 27) ausbildender Weise verbundenen Wän­ den (10, 11) besteht, und welches mit durch die Kühlkanäle (18, 19, 25, 26, 27) strömendem Kühlmedium (28, 29) innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlemedium an der hinteren Kante (21) im wesentli­ chen parallel zu den Wänden (10, 11) zwischen diesen aus dem Leite­ lement (30) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (30) in einem Giessverfahren hergestellt wird, dass dabei der hintere Kantenbereich (21) mit einem das Leitelement (30) respektive dessen Wände (10, 11) in Strömungsrichtung verlängernden Überstand gegossen wird, und dass nach dem Giessen der Überstand derart abgetragen wird, dass wenigstens ein Teil der Rippen als Dros­ selrippen (24) mit der hinteren Kante (21) im wesentlichen bündig ab­ schliessend angeordnet sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch­ satz an Kühlmedium (28, 29) durch das fertige Leitelement (30) im we­ sentlichen durch die Dimensionierung der zwischen den Drosselrippen (24) angeordneten Austrittsöffnungen (25) bestimmt ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es sich beim Gussverfahren um ein Pressguss­ verfahren handelt, dass der Überstand eine Länge (b) hinter der Hin­ terkante (21) aufweist, dass die Wände (10, 11) beim Austritt (21) um eine Schlitzdicke (c) der Kühlluftkanäle (25) beabstandet sind, und dass insbesondere die Länge (b) des Überstandes im Bereich von 0.5 bis 5 Mal so gross, insbesondere bevorzugt 1 bis 3 Mal so gross, ist wie Schlitzdicke (c).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Drosselrippen (24) parallel zur Hinterkante (21) eine Breite (e) aufweisen und um jeweils eine Rippenteilung (f) beab­ standet angeordnet sind, dass das Verhältnis von Breite (e) zu Rip­ penteilung (f) im Bereich von 0.25 bis 0.75 liegt, dass die Dicke (d) des Leitelements (30) an der Hinterkante (21) im Bereich von 0.5 bis 5 mm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1.0 bis 2.5 mm liegt, und dass die Schlitzdicke (c) der Kühlluftkanäle (25) zwischen den Wänden (10, 11) beim Austritt (21) im Bereich von 0.3 bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0.8 bis 1.5 mm beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es sich beim Leitelement um eine vor einem Turbi­ nenrotor angeordnete Leitschaufel (30) handelt, und dass als Kühlme­ dium Luft verwendet wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1245785A1 (de) * 2001-03-26 2002-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel und Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel
CN115213379A (zh) * 2022-01-10 2022-10-21 西北工业大学 单晶叶片调控缘板杂晶的工艺筋设计方法

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6974308B2 (en) * 2001-11-14 2005-12-13 Honeywell International, Inc. High effectiveness cooled turbine vane or blade
US6607356B2 (en) * 2002-01-11 2003-08-19 General Electric Company Crossover cooled airfoil trailing edge
US6602047B1 (en) * 2002-02-28 2003-08-05 General Electric Company Methods and apparatus for cooling gas turbine nozzles
US7014424B2 (en) * 2003-04-08 2006-03-21 United Technologies Corporation Turbine element
US6932573B2 (en) 2003-04-30 2005-08-23 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine blade having a vortex forming cooling system for a trailing edge
US6902372B2 (en) * 2003-09-04 2005-06-07 Siemens Westinghouse Power Corporation Cooling system for a turbine blade
US7175386B2 (en) * 2003-12-17 2007-02-13 United Technologies Corporation Airfoil with shaped trailing edge pedestals
US20050235492A1 (en) * 2004-04-22 2005-10-27 Arness Brian P Turbine airfoil trailing edge repair and methods therefor
US7438527B2 (en) * 2005-04-22 2008-10-21 United Technologies Corporation Airfoil trailing edge cooling
US20080031739A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-07 United Technologies Corporation Airfoil with customized convective cooling
US7722327B1 (en) 2007-04-03 2010-05-25 Florida Turbine Technologies, Inc. Multiple vortex cooling circuit for a thin airfoil
US8070441B1 (en) 2007-07-20 2011-12-06 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine airfoil with trailing edge cooling channels
US7934906B2 (en) * 2007-11-14 2011-05-03 Siemens Energy, Inc. Turbine blade tip cooling system
US10156143B2 (en) * 2007-12-06 2018-12-18 United Technologies Corporation Gas turbine engines and related systems involving air-cooled vanes
JP5436457B2 (ja) 2008-03-07 2014-03-05 アルストム テクノロジー リミテッド ガスタービンのための翼
CH700321A1 (de) 2009-01-30 2010-07-30 Alstom Technology Ltd Gekühlte schaufel für eine gasturbine.
US20110135446A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 United Technologies Corporation Castings, Casting Cores, and Methods
US20130052036A1 (en) * 2011-08-30 2013-02-28 General Electric Company Pin-fin array
US9249675B2 (en) * 2011-08-30 2016-02-02 General Electric Company Pin-fin array
EP2584145A1 (de) * 2011-10-20 2013-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Gekühlte Turbinenleitschaufel oder gekühltes Turbinenleitblatt für eine Turbomaschine
US9366144B2 (en) * 2012-03-20 2016-06-14 United Technologies Corporation Trailing edge cooling
US8951004B2 (en) * 2012-10-23 2015-02-10 Siemens Aktiengesellschaft Cooling arrangement for a gas turbine component
WO2015031057A1 (en) * 2013-08-28 2015-03-05 United Technologies Corporation Gas turbine engine airfoil crossover and pedestal rib cooling arrangement
EP3080416A4 (de) * 2013-12-12 2017-08-30 United Technologies Corporation Gasturbinenmotorkomponentenkühlkanal mit asymmetrischen untergestellen
US20150184518A1 (en) * 2013-12-26 2015-07-02 Ching-Pang Lee Turbine airfoil cooling system with nonlinear trailing edge exit slots
EP3277931B1 (de) 2015-04-03 2020-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufelabströmkante mit rahmenkanal mit geringer strömung
US10502066B2 (en) 2015-05-08 2019-12-10 United Technologies Corporation Turbine engine component including an axially aligned skin core passage interrupted by a pedestal
US10323524B2 (en) * 2015-05-08 2019-06-18 United Technologies Corporation Axial skin core cooling passage for a turbine engine component
US10508554B2 (en) 2015-10-27 2019-12-17 General Electric Company Turbine bucket having outlet path in shroud
US9885243B2 (en) 2015-10-27 2018-02-06 General Electric Company Turbine bucket having outlet path in shroud
US10156145B2 (en) * 2015-10-27 2018-12-18 General Electric Company Turbine bucket having cooling passageway
JP6671149B2 (ja) * 2015-11-05 2020-03-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン翼及びガスタービン、タービン翼の中間加工品、タービン翼の製造方法
US10370979B2 (en) * 2015-11-23 2019-08-06 United Technologies Corporation Baffle for a component of a gas turbine engine
WO2017095438A1 (en) * 2015-12-04 2017-06-08 Siemens Aktiengesellschaft Turbine airfoil with biased trailing edge cooling arrangement
US10598025B2 (en) * 2016-11-17 2020-03-24 United Technologies Corporation Airfoil with rods adjacent a core structure
US10641103B2 (en) * 2017-01-19 2020-05-05 United Technologies Corporation Trailing edge configuration with cast slots and drilled filmholes
US10718217B2 (en) * 2017-06-14 2020-07-21 General Electric Company Engine component with cooling passages
JP7078650B2 (ja) * 2017-06-30 2022-05-31 シーメンス・エナジー・グローバル・ゲーエムベーハー・ウント・コ・カーゲー 後縁機構部を有するタービン翼および鋳造コア
US10753210B2 (en) * 2018-05-02 2020-08-25 Raytheon Technologies Corporation Airfoil having improved cooling scheme
JP6636668B1 (ja) * 2019-03-29 2020-01-29 三菱重工業株式会社 高温部品、高温部品の製造方法及び流量調節方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4173120A (en) * 1977-09-09 1979-11-06 International Harvester Company Turbine nozzle and rotor cooling systems

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1605180A (en) * 1974-05-16 1983-01-26 Lls Royce Ltd Method for manufacturing a blade for a gas turbine engine
US4292008A (en) * 1977-09-09 1981-09-29 International Harvester Company Gas turbine cooling systems
US4286924A (en) * 1978-01-14 1981-09-01 Rolls-Royce Limited Rotor blade or stator vane for a gas turbine engine
US4835958A (en) * 1978-10-26 1989-06-06 Rice Ivan G Process for directing a combustion gas stream onto rotatable blades of a gas turbine
US5243759A (en) * 1991-10-07 1993-09-14 United Technologies Corporation Method of casting to control the cooling air flow rate of the airfoil trailing edge
US5864949A (en) * 1992-10-27 1999-02-02 United Technologies Corporation Tip seal and anti-contamination for turbine blades
US5368441A (en) * 1992-11-24 1994-11-29 United Technologies Corporation Turbine airfoil including diffusing trailing edge pedestals
US5669759A (en) * 1995-02-03 1997-09-23 United Technologies Corporation Turbine airfoil with enhanced cooling
DE69718673T2 (de) * 1996-06-28 2003-05-22 United Technologies Corp Kühlbare schaufelstruktur für eine gasturbine
US6139269A (en) * 1997-12-17 2000-10-31 United Technologies Corporation Turbine blade with multi-pass cooling and cooling air addition
US5975851A (en) * 1997-12-17 1999-11-02 United Technologies Corporation Turbine blade with trailing edge root section cooling
US6179565B1 (en) * 1999-08-09 2001-01-30 United Technologies Corporation Coolable airfoil structure
US6234754B1 (en) * 1999-08-09 2001-05-22 United Technologies Corporation Coolable airfoil structure

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4173120A (en) * 1977-09-09 1979-11-06 International Harvester Company Turbine nozzle and rotor cooling systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WILFERT,G., FOTTNER,L.: Aerodynamik der Filmkühlung. In: FVV, H.573, 1994, Abb.2.5, Bezug TIB Hannover: RA 1581 (573) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1245785A1 (de) * 2001-03-26 2002-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel und Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel
US6709237B2 (en) 2001-03-26 2004-03-23 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade or vane and process for producing a turbine blade or vane
CN115213379A (zh) * 2022-01-10 2022-10-21 西北工业大学 单晶叶片调控缘板杂晶的工艺筋设计方法
CN115213379B (zh) * 2022-01-10 2023-06-20 西北工业大学 单晶叶片调控缘板杂晶的工艺筋设计方法

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US20010012484A1 (en) 2001-08-09
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