DE3248162C2 - Kühlbare Schaufel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kühlbare Schaufel ge­ mäß Patentanspruch 1.

Solche Schaufeln finden z. B. in auf hoher Temperatur ar­ beitenden umlaufenden Maschinen Verwendung. Die beschrie­ benen Konzepte können sowohl bei Turbinenleitschaufeln als auch bei Turbinenlaufschaufeln angewendet werden.

In einer umlaufenden Maschine oder Strömungsmaschine wird Brennstoff in Brennkammern verbrannt, um der Maschine Ener­ gie in Form von heißen Arbeitsgasen zu liefern. Die heißen Arbeitsgase strömen zu dem Turbinenabschnitt der Maschine. In dem Turbinenabschnitt bilden die Schaufeln feststehende Kränze von Leitschaufeln und umlaufende Kränze von Laufschaufeln. Diese Schaufeln werden benutzt, um die strömenden Gase zu lenken und den Gasen Energie zu entzie­ hen. Infolgedessen sind die Schaufeln im Betrieb des Trieb­ werks von heißen Arbeitsgasen umströmt, wodurch Wär­ mespannungen in den Schaufeln verursacht werden, die den Festigkeitsverband und die Dauerfestigkeit der Schaufel nachteilig beeinflussen. Diese Wärmespannungen bilden ein ständiges Problem seit dem Aufkommen von auf hoher Tempe­ ratur arbeitenden umlaufenden Maschinen, wie beispielsweise Gasturbinentriebwerken, weil es erforderlich ist, das Triebwerk bei hohen Temperaturen zu betreiben, um den Trieb­ werkswirkungsgrad zu maximieren. Beispielsweise können die Schaufeln in den Turbinen von solchen Triebwerken Temperaturen in den Arbeitsgasen von bis zu 1371°C aus­ gesetzt sein. Die Laufschaufeln und die Leitschaufeln die­ ser Triebwerke werden typisch gekühlt, um den Festigkeits­ verband und die Dauerfestigkeit der Schaufel durch Verrin­ gern der Größe der Wärmespannungen in der Schaufel zu be­ wahren.

Eine ältere Lösung für die Schaufelkühlung ist in der US 31 71 631 beschrieben. Gemäß dieser US-Patentschrift wird Kühlluft in den Hohlraum zwischen der saugseiti­ gen Wand und der druckseitigen Wand der Schaufel geleitet und durch die Verwendung von Umlenksockeln oder Leitschau­ feln zu verschiedenen Stellen in dem Hohlraum gelenkt. Die Sockel dienen außerdem als tragende Teile zum Verstärken der Laufschaufel.

Mit der Zeit sind ausgeklügeltere Lösungen entwickelt wor­ den, bei denen gewundene Durchlässe benutzt werden, wie es beispielsweise in der US 35 33 712 beschrieben ist. Diese US-Patentschrift beschreibt die Verwendung von schlangenförmigen Durchlässen, die sich durch den gesam­ ten Hohlraum in der Laufschaufel erstrecken, um eine maß­ geschneiderte Kühlung der verschiedenen Teile der Schaufel zu erreichen. Das Schaufelmaterial, das die Durchlässe be­ grenzt, sorgt für die notwendige bauliche Festigkeit der Schaufel.

Spätere Patentschriften, wie die US 40 73 599, beschrei­ ben die Verwendung von verwickelten Kühldurchlässen in Ver­ bindung mit anderen Techniken zum Kühlen der Schaufel. Bei­ spielsweise wird der Vorderkantenbereich gemäß dieser US-Pa­ tentschrift durch Aufprallkühlung gekühlt, woran sich das Abgeben von Kühlluft über einen sich in Richtung der Spann­ weite erstreckenden Durchlaß in dem Vorderkantenbereich der Laufschaufel anschließt. Die in dem Durchlaß strömende Luft bewirkt außerdem eine Konvektionskühlung des Vorderkantenbereichs, wie es bei dem Durchlaß gemäß der US 31 71 631 der Fall ist.

Das Kühlen von Turbinenschaufeln unter Verwendung von ver­ wickelten Kühldurchlässen und Filmkühllöchern allein oder in Verbindung mit Rippen zum Fördern der Kühlung des Vorderkantenbereichs bildet den Gegenstand von vielen jüngeren Patentschriften, wie den US 41 77 010, 41 80 373, 42 24 011 und 42 78 400. Die aus diesen US-Patentschriften bekannten Laufschaufeln sind durch große Kühlluftdurchlässe im Verhältnis zur Dicke der Wände in dem Vorderkantenbereich der Laufschaufel gekenn­ zeichnet.

Die GB 14 10 014 offenbart eine kühlbare Schaufel, bei der Kühl­ luft durch in einem spitzen Winkel angeordnete Leitrippen zur Vorderkante geleitet wird. Die Leitrippen stehen sehr weit in den Kühllufthohlraum hinein vor und setzen dem schnellen Durch­ gang von Kühlluft großen Widerstand entgegen.

Dagegen offenbart die DE-OS 29 06 366 eine kühlbare Schaufel, bei der Rippen zur Turbulenzauslösung und -förderung quer zur Strömungsrichtung des Kühlfluids angeordnet sind. Diese Rippen verhindern das Ausbilden einer laminaren Grenzschicht an der druckseitigen bzw. saugseitigen Wand der Schaufel und verbessern so die Kühlwirkung. Allerdings ist es bei dieser Schaufel notwe­ ndig, einen besonderen Kühlfluidkanal zur Kühlung des besonders kritischen Vorderkantenbereichs vorzusehen. Kühlfluid strömt durch den Sockel in diesen Kanal ein und durch Löcher im Vorder­ kantenbereich zur Filmkühlung wieder aus. Ein zweiter Kühlfluid­ weg erstreckt sich schlangenförmig durch einen zweiten Hohlraum in der Laufschaufel. Das Vorsehen zweier Kühlfluidwege bedeutet einen komplizierten Aufbau mit den damit verbunden Nachteilen wie hohe Fertigungskosten und hohes Gewicht. Außerdem ist es mit Hinblick auf den Wirkungsgrad einer Turbine oft wünschenswert, in bestimmten Stufen der Turbine kühlbare Schaufeln ohne Film­ kühlung einzusetzen.

Jüngere aerodynamische Untersuchungen zeigen, daß eine elliptische Vorderkante Vorteile hinsichtlich der Leistung im Betrieb des Gasturbinentriebwerks hat. Die elliptische Vorderkante wird in Verbindung mit einer Schaufel benutzt, die eine dünnere Querschnittsform (Dicke zu Profilsehnen­ länge) im Vergleich zu früheren Schaufeln hat. Trotz des dünnen Profils ist eine Mindestdicke der Wände erfor­ derlich, damit die Schaufel eine ausreichende bauliche Festigkeit erhält und ein gewisses Ausmaß an statistisch zu erwartender Beschädigung durch Fremdobjekte aushalten kann. Es ist laut diesen Untersuchungen also wünschenswert, eine Schaufel für aerodynamische Zwecke mit einer elliptischen Vorderkante und dickeren Wänden relativ zu der Größe der Kühlfluiddurchlässe im Vergleich zu dem Verhältnis zwischen den Wänden und der Größe der Durchlässe in früheren Schaufeln zu versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kühlbare Schaufel, insbesondere zur Verwendung in Hochtemperaturturbinen, so auszubilden, daß das Kühlfluid wirksam ausgenutzt wird und der Vorderkantenbereich der Schaufel auch bei einem schmalen Durchlaß im Vergleich zur Dicke der Schaufelwände ausreichend gekühlt und trotzdem die Aufgabe von Kühlfluid durch Film­ kühlung aus dem Vorderkantenbereich der Schaufel vermieden wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung hat eine kühlbare Schaufel, die einen Kühlfluiddurchlaß an einer Vorderkantenwand aufweist, mehrere sich über den Kühlfluiddurchlaß erstreckende Rippen zur Turbulenzauslösung und -förderung, die schräg zu der sich nähernden Strömung und in einem spitzen Winkel zu der Innenseite der Vorderkantenwand angeordnet sind. Die Höhe dieser Rippen liegt dabei in einem Bereich zwischen 10 und 33% der örtlichen Höhe des Kühlfluiddurchlasses.

Durch die Verwendung von Rippen zur Turbulenzauslösung und -för­ derung ist im Gegensatz zu einer Verwendung von Leitrippen ge­ währleistet, daß das Kühlfluid ohne großen Widerstand durch die gesamte Schaufel geleitet werden kann. Durch die Anordnung die­ ser Rippen in einem spitzen Winkel zur Innenseite der Vorderkan­ tenwand erhalten Wirbel, die an diesen Rippen entstehen, eine Geschwindigkeitskomponente zur Vorderkantenwand hin. Dies führt dazu, daß das Kühlfluid insgesamt zum Vorderkantenbereich der Schaufel abgelenkt wird. Dieser kritische Bereich wird so effek­ tiv auch ohne Filmkühlung gekühlt. So ist es möglich, den Kühl­ fluiddurchlaß im Vergleich zur Dicke der Schaufelwand schmal zu halten. Weiter ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Kühl­ luftweg für die Kühlung des Vorderkantenbereiches vorzusehen. Dies vereinfacht den Aufbau der kühlbaren Schaufel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegen­ stände der Unteransprüche.

In einer Ausführungsform steht der Kühlfluiddurchlaß in dem Vorder­ kantenbereich in Strömungsverbindung mit dem Hinterkantenbereich über einen Umlenkdurchlaß und ein Loch, das den Umlenkdurchlaß mit dem Hinterkantenbereich zum Abgeben von Teilchenmaterial aus dem Kühlfluiddurchlaß und zum zusätzlichen Kühlen des Vorderkantenbereichs, des Umlenkdurchlasses und des Hinterkantenbereichs verbindet.

In einer weiteren Ausführungsform hat der Vorderkanten­ bereich der Schaufel an der Außenseite eine elliptisch geformte Oberfläche und an der Inneneite eine zylindrisch geformte Oberfläche mit einem Radius r_i. Die Rippen, die zu der sich nähernden Strömung abgewinkelt sind, haben eine Höhe, die größer als oder gleich dem Radius r_i ist.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Lebensdauer der Schaufel, die aus der Dicke der Wände in dem Vorderkanten­ bereich resultiert, welche die Schaufel vor einer Beschädi­ gung durch Fremdobjekte schützt, und aus der Kühlung der verdickten Wände, die übermäßige Wärmespannungen in den Wänden verhindert. In einer Ausführungsform wird die Le­ bensdauer der Schaufel verlängert, indem Teilchenmaterial aus dem Bereich an der Spitze der Schaufel über einen Kanal abgeführt wird, der Kühlfluid durch die Gebiete geringer Strö­ mung der Schaufel leitet. Ein weiterer Vorteil ist die Ver­ größerung des Wirkungsgrades der umlaufenden Maschine, die daraus resultiert, daß ein Teil der Kühlströmung kanali­ siert wird, um die Kühlwirkung der Strömung zu steigern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Schaufel, die teilweise im Schnitt und teil­ weise weggebrochen dargestellt ist, um die saugseitige Wand der Schaufel sichtbar zu machen,

Fig. 2 eine Querschnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 2, die einen Teil der Strömung in dem Vor­ derkantenbereich der Schaufel zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Schaufel 10 für eine umlaufende Maschine oder Strömungsmaschine. Die Schaufel 10 hat einen Wurzelabschnitt 12, einen Plattformabschnitt 14 und einen Flügelprofilabschnitt 16. Der Wurzelabschnitt 12 faßt in den Rotor der Maschine ein. Der Plattformabschnitt 14 bildet einen Teil der Innenwand des Strömungsweges für Arbeitsgase in der Mascine. Der Flügelprofilabschnitt 16 erstreckt sich durch den Strömungsweg der Arbeitsgase nach außen und hat eine Spitze 18 an seinem äußersten Ende. Die Schaufel 10 hat Bezugsrichtungen, wie die Spannweitenrichtung S und die Profilsehnenrichtung C.

Der Wurzelabschnitt 12 hat eine sich in Richtung der Profil­ sehne erstreckende Wurzelwand 20. Ein vorderer Kanal 22 steht über die Wurzelwand 20 mit einer Kühlfluidquelle, wie beispiels­ weise einem Verdichter für Kühlluft (nicht dargestellt), in Strömungs­ verbindung. Ein hinterer Kanal 24 erstreckt sich durch die Wurzelwand 20. Eine Platte 25 erstreckt sich über den hinteren Kanal 24 und blockiert eine Strömungsverbindung mit einer Kühlfluidquelle (nicht dargestellt). In einer anderen Aus­ führungsform steht der hintere Kanal 24 in Strömungsverbindung mit der Kühlfluidquelle.

Der Flügelprofilabschnitt 16 hat einen Vorderkantenbereich 26 und eine Hinterkante 28. Eine saugseitige Wand 30 und eine druckseitige Wand 32 (in Fig. 1 der Übersichtlichkeit hal­ ber weggebrochen und in Fig. 2 gezeigt) sind in dem Vorderkanten­ bereich 26 und an der Hinterkante 28 miteinander verbunden. Die druckseitige Wand 32 ist mit Abstand von der saugseitigen Wand 30 angeordnet, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum 34 vorhanden ist. Eine Spitzenwand 36 und die Wurzelwand 20 begrenzen den Hohlraum 34 in der Richtung der Spannweite. Eine Begrenzungswand 38 erstreckt sich in Richtung der Spannweite von der Spitzenwand 36 aus und unterteilt den Hohlraum 34 in einen hinteren Teil 40 und einen vorderen Teil 42. Die Begrenzungswand 38 hat Abstand von der Wurzelwand 20, so daß ein hinterer Umlenkdurchlaß 44 zwischen ihnen verbleibt, über den der hintere Teil 40 der Schaufel 10 mit dem vorderen Teil 42 und mit dem sich durch den Wurzelabschnitt 12 der Schaufel 10 erstreckenden hinteren Kanal 24 in Strömungsverbin­ dung ist. Der hintere Teil 40 der Schaufel 10 enthält einen Hinterkantenbereich 46. Der Hinterkantenbereich 46 steht mit dem Strömungsweg der Arbeitsgase über die Zwischenräume von in gegensei­ tigem Abstand angeordneten Sockeln 48 in Strömungsverbindung. Jeder Sockel 48 erstreckt sich zwischen der saugseitigen Wand 30 und der druckseitigen Wand 32, um die Strömung örtlich zu blockieren, und begrenzt mit der Begrenzungswand 38 einen sich in Richtung der Spannweite erstreckenden Durchlaß 50 für Kühlfluid im hinteren Teil 40. Mehrere Rippen 52 zur Turbulenzauslösung und -förderung sind rechtwinkelig zu der sich nähernden Strömung angeordnet und stören die Bildung einer laminaren Grenzschicht, indem sie in der Grenzschicht eine turbulente Strömung auslösen, wenn die Strömung über die Rippen 52 hinweggeht.

Eine Leitwand 53 erstreckt sich in Richtung der Spannweite von der Wurzelwand 20 aus und unterteilt den vor­ deren Teil 42 der Schaufel 10 in einen Kühlfluiddurchlaß 54 und einen Kühlfluidkanal 56. Der Kühlfluiddurchlaß 54 ist einer Vorderkantenwand 58 in dem Vorderkantenbereich 26 der Schaufel 10 benachbart. Der Kühlfluiddurchlaß 54 hat ein stromaufwärtiges Ende 60 in Strömungsverbindung mit dem vorderen Kanal 22 und eine stromabwärtiges Ende 62, das über einen vorderen Umlenkdurchlaß 64 mit dem Kühlfluidkanal 56 in Strömungsverbindung ist. Eine erste Anzahl von Rippen 66s zur Turbulenzauslösung und -förderung erstreckt sich durch den Kühlfluiddurchlaß 54 und von der saugseitigen Wand 30 aus. Eine zweite Anzahl von Rippen 66p zur Turbulenzauslösung und -förderung erstreckt sich von der druckseitigen Wand 32 aus. Die zweiten Rippen 66p der druckseitigen Wand 32 sind in bezug auf die ersten Rippen 66s der saugseitigen Wand 30 veretzt, so daß die ersten und zweiten Rippen 66s, 66p sich abwechselnd über den Kühlfluiddurchlaß 54 erstrecken. Die Rippen 66s, 66p sind schräg zu der sich nähernden Strömung und abgewinkelt unter einem spitzen Winkel α in bezug auf die Vorderkantenwand 58 angeordnet. Der spitze Winkel α beträgt un­ gefähr 30°. Der Kühlfluiddurchlaß 54 hat eine Achse Ap. Die Ge­ samtrichtung der Strömung des Kühlfluids ist zu der Achse Ap parallel. Mehrere Umlenkschaufeln 68 sind in dem vorderen Umlenk­ durchlaß 64 angeordnet, der zwischen der Spitzenwand 36 und der Leitwand 53, die mit Abstand von der Spitzenwand 36 angeordnet ist, gebildet ist. Die Umlenkschaufeln 68 erstrecken sich zwischen der saugseitigen Wand 30 und der druckseitigen Wand 32 und lenken die Strömung aus dem Kühlfluiddurchlaß 54 in den Kühlfluidkanal 56. Der Kühlfluidkanal 56 hat mehrere Rippen 69 zur Turbulenzauslösung und -förderung, die normal zu dem Strömungsweg des Kühlfluids angeordnet sind.

Der vordere Umlenkdurchlaß 64 ht ein Eckgebiet 70. In einer anderen Ausführungsform ist die Schaufel 10 mit einem Loch 72 an dem Eckgebiet 70 versehen, um einen Teil der Strömung aus dem vorderen Umlenkdurchlaß 64 in den Hinterkantenbereich 46 der Schaufel 10 abzuleiten. Das Loch 72 vergrößert die Strömung von Kühlfluid durch das Eckgebiet 70, was eine zusätzliche Kühlung des Eckgebietes 70 ergibt. Der Querschnitt des Loches 72 in der Begrenzungswand 38 ist kleiner als 2% des Strömungsquerschnittes des Kühlfluiddurchlasses 54 und kleiner als 2% des Strömungs­ querschnittes des Kühlfluidkanals 56. Das Loch 72 bildet außerdem einen Kanal zum Wegleiten von Teilchenmaterial, das durch Kühlfluid eingeleitet und in dem Eckgebiet 70 durch Drehkräfte aus dem Bereich an der Spitze 18 der Schaufel 10 eingefangen worden ist, zu dem hinteren Teil 40 der Schaufel 10, um es aus der Schaufel 10 abzugeben.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht eines Teils der Schaufel 10 nach der Linie 2-2 in Fig. 1. Die Schaufel 10 hat an der Außenseite eine elliptisch geformte Oberfläche 74 und an der Innenseite eine zylindrisch geformte Oberfläche 76 mit einem Radius r_i. Der Kühlfluiddurchlaß 54 in dem Profilsehnenquerschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 hat eine Mittellinie M, eine längs der Mittellinie M gemessene Breite W und eine Höhe H in irgendeinem Punkt längs einer Linie, die zu der Mittellinie rechtwinkelig ist. Die Rippen 66s, 66p haben eine entsprechende Höhe h, die größer als 10%, aber kleiner als 33% der Höhe des Kühlfluid­ durchlasses 54 ist. Jede Rippe 66s, 66p erstreckt sich über die Breite des Kühlfluiddurchlasses 54 in die Nähe des Vorderkantenbereichs 26 der Schaufel 10. Jede Rippe 66s, 66p hat ein Übergangsstück 78, das sich von der druckseitigen Wand 32 und von der saug­ seitigen Wand 30 zu jeder Rippe 66s, 66p erstreckt. Das Über­ gangsstück 78 ist einstückig mit der Rippe 66s, 66p gebildet, um Spannungskonzentrationen an dem Ende der Rippe 66s, 66p zu reduzieren. Die Rippen 66s, 66p haben einen Abstand d von der Vorderkantenwand 58 in dem Vorderkantenbereich 26. Der Abstand d hat einen Wert, der gleich der oder größer als die Höhe h der Rippen 66s, 66p, aber kleiner als das oder gleich dem Fünf­ fachen der Höhe h der Rippen 66s, 66p ist (hd5 h). Gemäß den Fig. 1 und 2 sind die an der druckseitigen Wand 32 angeord­ neten Rippen 66p jeweils parallel zu und haben in Richtung der Spannweite Abstand von einer benachbarten ersten Rippe 66s an der saugseitigen Wand 30.

Im Betrieb der Schaufel 10 strömt Kühlfluid in dem Wurzel­ abschnitt 12 durch den vorderen Kanal 22. Kühlfluid, das den vorderen Kanal 22 verläßt, tritt in das stromaufwärtige Ende 60 des Kühlfluiddurchlasses 54 in dem Vorderkantenbereich 26 der Schaufel 10 ein. Das Fluid strömt über die Rippen 66s, 66p hinweg, und der überwiegende Teil des Fluids bewegt sich parallel zu der Achse Ap, die in Fig. 1 als ein Pfeil dargestellt ist, des Kühlfluiddurchlasses 54.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Wechselwirkung zwischen zwei Stromlinien S₁ und S₂ des Kühlfluids, wenn das Kühlfluid über zwei erste Rippen 66s auf der saugseitigen Wand 30 der Schaufel 10 hinweggeht. Diese beiden Stromlinien S₁, S₂ sind an der saugseitigen Wand 30 des Flügelprofilabschnitts 16, und, wenn sie über die ersten Rippen 66s hinweggehen, wird ein Teil der Strömung längs der Stromlinie S₁, S₂ zu dem Vorderkanten­ bereich 26 hin abgelenkt, wie es durch die gestrichelten Linien S₁′, S₁′′, S₂′ und S₂′′ gezeigt ist. Wenn die Stromlinien S₁, S₂ über die ersten Rippen 66s hinweggehen, werden darüberhinaus kleine Wirbel V₁′, V₁′′, V₂′, V₂′′ an der stromaufwärtigen Seite der ersten Rippen 66s gebildet, die sich mit einer Geschwindigkeits­ komponente ablösen, die sich in der Profilsehnenrichtung C erstreckt, was zur Folge hat, daß sich die kleinen Wirbel V₁′, V₁′′ zu dem Vorderkantengebiet und in dieses bewegen, was durch die Wirbel V₁′ und V₁′′ gezeigt ist, wodurch in dem Vorder­ kantenbereich 26 Turbulenz verursacht und die Bildung einer la­ minaren Grenzschicht in dem Vorderkantenbereich 26 gestört wird. Weitere Wirbel V₂′ und V₂′′ bewegen sich in dieser Gesamt­ richtung und stören die Bildung der laminaren Grenzschicht zwischen der Hauptströmung und der saugseitigen Wand 30 durch Verursachung einer turbulenten Strömung in der Grenzschicht. Dieser Vorgang verbessert die Wärmeübertragung zwischen der saugseitigen Wand 30 und der Kühlfluidströmung. Experimente an Wassermodellen der Schaufeln bestätigen (durch Einspritzen eines Farbstoffes an dem Punkt A in Fig. 1), daß die Rippen 66s, 66p den Teil der Strömung, der sich an den Rippen 66s, 66p befindet, veranlassen, sich in den Vorderkantenbereich 26 der Grenzschicht zu bewegen, wie es durch die gestrichelte Linie A′ gezeigt ist. Diese Strömungsablenkung ist insbesondere hilfreich, wenn die Strömung in ein Gebiet MCR der mittleren Profilsehne der Schaufel 10 eintritt, weil Turbulenz und eine zusätzliche Kühlung in dem sehr schmalen Vorderkantenbereich 26 des Kühlfluiddurchlasses 54 verursacht werden. Das Gebiet MCR der mittleren Profilsehne der Schaufel 10 ist für die Wärmeübertragung ein kritischer Bereich, und zwar wegen der Dicke der Wände 58, 30, 32 und der Wärmemenge, die durch die Arbeitsgase auf das Gebiet MCR übertragen wird. Das kritische Gebiet MCR der mittleren Profilsehne wird mit der verstärkten, turbulenten Strömung, die durch die abgewinkelten Rippen 66s, 66p hervorgerufen wird, wirksam gekühlt. Wenn die Strömung den Kühlfluiddurchlaß 54 verläßt und sich über die Umlenkschaufeln 68 bewegt, wird die Strömung von Teilen der Schaufel 10 durch die Umlenkschaufeln 68 teilweise fern­ gehalten. Wegen der geringen Dicke des Bereichs an der Spitze 18 ist das Fernhalten der Strömung nicht von starken Wärmespannungen begleitet, wie es der Fall wäre, wenn die Strömung in dem Gebiet MCR der mittleren Profilsehne der Schaufel 10 blockiert würde. Das Kühlfluid durchströmt die Kurve und strömt durch den Kühlfluidkanal 56 und den hinteren Umlenkdurchlaß 44 zu dem Durchlaß 50 in dem hinteren Teil 40 der Schaufel 10.

In der anderen Ausführungsform, in der der hintere Kanal 24 und der hintere Umlenkdurchlaß 44 in Strömungsverbindung mit einer Kühlfluidquelle sind, dienen der hintere Kanal 24 und der hintere Umlenk­ durchlaß 44 als ein Injektor an der Verbindungsstelle zwischen dem hinteren Umlenkdurchlaß 44 und dem hinteren Kanal 24, wodurch die Kühl­ fluidströmung durch den Vorderkantenbereich 26 hindurch zu dem Hinerkantenbereich 46 gesaugt wird, wo sie zum weiteren Kühlen benutzt wird, bevor sie aus der Schaufel 10 abgegeben wird.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die verstärkte Tur­ bulenz in dem Vorderkantenbereich 26, die zu verstärkter Kühlung in dem kritischen Gebiet MCR der mittleren Profilsehne der Schaufel 10 führt. Es werden zwar Rippen 66s, 66p benutzt, die einen Winkel von 30° haben, es ist jedoch anzunehmen, daß Rippen 66s, 66p, die einen Winkel haben, der zwischen 15° und 60° liegt, sich als wirksam erweisen werden, und zwar in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Strömung in dem Kühlfluiddurchlaß und der der Höhe der Rippen 66s, 66p. In der gezeigten besonderen Ausführungsform haben die Rippen 66s und 66p eine nominelle Höhe von 0,389 mm, bei einer Toleranz von plus oder minus 0,0762 mm.

Claims (5)

1. Kühlbare Schaufel ohne Filmkühlung im Vorderkantenbe­ reich (26), mit einer Vorderkantenwand (58) in dem Vorder­ kantenbereich (26), mit einem Kühlfluiddurchlaß (54), der durch die Vorderkantenwand (58) in dem Vorderkantenbereich (26) begrenzt ist, und mit Rippen (66s, 66p) zur Turbu­ lenzauslösung und -förderung, die sich über die Breite des Kühlfluiddurchlasses (54) bis in die Nähe des Vorderkan­ tenbereichs (26) erstrecken, wobei die Rippen (66s, 66p) in einem spitzen Winkel α zu der Innenseite der Vorderkan­ tenwand (58) schräg entgegen der Kühlfluidströmungsrich­ tung in dem Kühlfluiddurchlaß (54) angeordnet sind und an jeder Stelle eine Höhe (h) aufweisen, welche zwischen 10 und 33% der örtlichen Höhe (H) des Kühlfluiddurchlasses (54) liegt.

2. Kühlbare Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß weiter eine Leitwand (53) vorgesehen ist, die Ab­ stand von der Vorderkantenwand (58) hat und sich in der­ selben Richtung wie die Vorderkantenwand (58) erstreckt, wobei sich die Rippen (66p, 66s) von der Leitwand (53) aus zu der Vorderkantenwand (58) erstrecken und einen Abstand (d) von der Vorderkantenwand (58) haben, der gleich der oder größer als die Höhe (h) der Rippen (66s, 66p), aber kleiner als das Fünffache oder gleich dem Fünffachen der Höhe (h) der Rippen (66s, 66p) ist (hd5 h).

3. Kühlbare Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine erste Anzahl der Rippen (66s) auf einer saugseitigen Wand (30) der Schaufel (10) angeordnet ist und daß eine zweite Anzahl der Rippen (66p) auf einer druckseitigen Wand (32) der Schaufel (10) und in Richtung der Spannweite mit Abstand von und parallel zu den ersten Rippen (66s) auf der saugseitigen Wand (30) so angeordnet ist, daß die ersten und zweiten Rippen (66s, 66p) längs des Kühlfluiddurchlasses (54) miteinander abwechseln.

4. Kühlbare Schaufel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel α gleich 30° ist.

5. Kühlbare Schaufel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkantenwand (58) an der Außenseite in dem Vorderkantenbereich (26) eine el­ liptisch geformte Oberfläche (74) und an der Innenseite eine zylindrisch geformte Oberfläche (76) mit einem Radius r_i hat und daß die Höhe (h) der Rippen (66s, 66p) größer als der Radius r_i ist.