DE4328401A1 - Turbinenschaufel für eine Gasturbine - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinen. Sie betrifft eine Turbinenschaufel für eine Gas­ turbine, bei welcher Turbinenschaufel zur Kühlung Kühlluft durch einen im Inneren der Schaufel angeordneten Kühlluftka­ nal zur Vorderkante der Schaufel geführt und derart im Be­ reich der Vorderkante durch nahezu parallel zur Außenseite der Turbinenschaufel orientierte Kühlluftöffnungen nach außen abgeblasen wird, daß sich auf der Außenseite ein Kühl­ luftfilm bildet und die Vorderkante ausschließlich von innen her durch die zu den Kühlluftöffnungen geführte Kühlluft ge­ kühlt wird.

Eine solche Turbinenschaufel ist z. B. aus der Druckschrift GB-A-2 202 907 bekannt.

STAND DER TECHNIK

Es ist seit langem Stand der Technik, Turbinenschaufeln von Gasturbinen mittels Kühlluft zu kühlen, um höhere Einlaßtemperaturen zu ermöglichen bzw. längere Standzeiten der Schau­ feln zu erreichen. Die Kühlluft stammt dabei üblicherweise aus dem Verdichterteil der Turbine und wird über im Inneren der Schaufeln vorgesehenen Kühlluftkanäle zugeführt und durch verteilt angeordnete Kühlluftöffnungen nach außen abgegeben. Die Kühlung erfolgt hierbei durch Aufnahme von Wärme im Inne­ ren der Schaufel (durch Prall- oder Konvektionskühlung) und/oder durch Bildung eines Kühlluftfilms auf der Schaufelaußenseite (Filmkühlung).

Besonders problematisch ist bei der Schaufelkühlung die Vor­ derkante der Schaufel ("Nase"), weil hier einerseits die Strömungsverhältnisse besonders schwierig sind und anderer­ seits die thermische Belastung besonders groß ist. Bei den meisten bisherigen Lösungen sind an der Vorderkante der Schaufel (in Staupunktnähe, d. h., im Bereich von < 10% der Sehnenlänge vom Staupunkt stromab) Kühlluftöffnungen in Form von Bohrungen vorgesehen worden, aus denen Kühlluftstrahlen heraustreten, die mehr oder weniger stark der Hauptströmung entgegengesetzt sind (siehe z. B. die EP-B1-0 320 810 oder die EP-A2-0 466 501). Die Kühlluft führt beim Durchgang durch die Bohrungen einen Teil der Wärme konvektiv ab. Aus diesem Grunde wird durch Neigen der Bohrungen in Schaufelhöhenrich­ tung einerseits die Länge vergrößert und andererseits die Komponente des Kühlluftstrahles entgegen der Hauptströmungs­ richtung verkleinert.

Durch den großen Druckgradienten in der unmittelbaren Umge­ bung des Staupunktes werden jedoch die austretenden Kühlluft­ strahlen stark deformiert, da die dem Staupunkt zugewandte Strahlseite einen wesentlich stärkeren Gegendruck "fühlt" als die gegenüberliegende Strahlseite. Somit ist die Ausblaseim­ pulsverteilung über den Strahlquerschnitt ungleichmäßig, was zu einer zusätzlichen Scherung bzw. Zirkulation im Strahl führt. Die Ausblasestrahlen beginnen - der Physik gehorchend - zu rotieren. Das bedeutet, daß der Ausblasestrahl in Stau­ punktnähe nicht geeignet ist, einen Kühlluftfilm über der Schaufeloberfläche zu bilden.

Durch die der Außenströmung entgegengerichtete Strahlkompo­ nente wird die Bildung eines Kühlluftfilmes ebenfalls er­ schwert, da die Strahlen weit in die Außenströmung "schießen". Die engen Platzverhältnisse im Nasenbereich der Schaufel (an der Vorderkante) verhindern jedoch eine Anord­ nung der Bohrungen derart, daß die Kühlluft in Strömungs­ richtung austreten kann (diese Technik wird i.A. im weiter stromab gelegenen Teil der Turbinenschaufel verwendet und liefert gute Kühleffektivitäten; siehe dazu z. B. die Fig. 3 oder 4 der EP-A2-0 466 501).

Es ist weiterhin das Bestreben, so viel wie möglich an Kühl­ luft einzusparen. Demnach werden geringe Ausblaseraten ange­ strebt. Hiermit soll ebenfalls gleichzeitig der gegen die Hauptströmung gerichtete Impuls im Ausblasestrahl reduziert werden. Es hat sich allerdings gezeigt, daß gerade bei ge­ ringen Ausblaseraten bereits innerhalb der Ausblaseöffnungen Ablöseerscheinungen auftreten, die zusätzlich zu den oben ge­ nannten Effekten die Qualität der Ausblasestrahlen (Impulsverteilung, Turbulenz) deutlich herabsetzen (E. Benz; S. Wittig, Prediction of the Interaction of Coolant Ejection with the Main Stream at the Leading Edge of a Turbine Blade: Attached Grid Application, Intl. Symp. Heat Transfer in Turbo­ machinery, 24.-28. August, Athen, Griechenland (1992); und A. Beeck et al., The Aerodynamic Effect of Coolant Ejection in the Leading Edge Region of a Film Cooled Turbine Blade, AGARD 80th Symp. on Heat Transfer in Gas Turbines, 12.-16. Oktober, Antalya, Türkei (1992)). Durch die angegebenen Effekte werden zusätzliche aerodynamische Verluste erzeugt, die den Wir­ kungsgrad der Beschaufelung herabsetzen. Andererseits kann ein gut funktionierender Kühlfilm im Nasenbereich der Turbi­ nenschaufel nicht erreicht werden.

Bei dem o.g. Stand der Technik gab es daher die folgenden Probleme bei der Kühlung der Vorderkanten von Turbinenschau­ feln:

• - Die Hauptströmung ist stark gestört, was zu unerwünschten aerodynamischen Verlusten führt.
• - Im Nasenbereich der Schaufel ist ein Kühlluftfilm nicht möglich, was zu einer schlechteren Kühlung führt.
• - An den Kühlluftöffnungen ergeben sich durch Ablöseerschei­ nungen zusätzliche Auslaßverluste, wobei die effektiven Strömungsquerschnitte beeinträchtigt sind.

Zur Verbesserung der Schaufelkühlung ist nun vorgeschlagen worden (EP-B1-0 330 601), im Nasenbereich der Schaufel einen Vorderkantenteil überlappend zum Hauptkörper auszubilden, um auf diese Weise durch die zwischen Vorderkantenteil und Hauptkörper gebildeten Kanäle nach hinten gerichtete, nahezu tangential zur Schaufeloberfläche orientierte Ausblasestrah­ len zu erzeugen, die einen durchgehenden Kühlluftfilm bilden.

Nachteilig ist bei diesem Vorschlag jedoch, daß sich diese Art der Filmkühlung auf einen weiter hinten liegenden Teil der Schaufel beschränkt. Dagegen sind nach wie vor für die Kühlung der eigentlichen Vorderkante Bohrungen in der Kante selbst vorgesehen, durch die Kühlluftstrahlen entgegen der Hauptströmung nach außen treten. Durch dieses Ausblasen an der Vorderkante werden hohe Verluste erzeugt, die durch die dahinterliegende Filmkühlung nicht verringert werden können. Auch hat die Filmkühlung keinen Einfluß auf die Deformation der vorderen Ausblasestrahlen durch den Druckgradienten in Staupunktnähe. Die Filmkühlung ist hier sogar notwendig, um die Schaufel in diesem Bereich zu kühlen, da das Ausblasen an der Vorderkante durch die o.g. Effekte nur eine ungenügende Kühlwirkung auf den dahinterliegenden Schaufelteil ausübt. Demzufolge ist bei der vorgeschlagenen Lösung der Verbrauch an Kühlluft unnötig hoch.

In der eingangs genannten Druckschrift GB-A-2 202 907 ist nun weiterhin vorgeschlagen worden, auf die gegen die Hauptströ­ mung gerichteten Ausblasestrahlen an der Vorderkante ganz zu verzichten und die Vorderkante einer Schaufel vollständig durch eine Kombination aus einer weit nach vorne geschobenen Filmkühlung und einer inneren Kühlung mit hohem Wärmeübergang zu kühlen. Zu diesem Zweck erfolgt die Versorgung der Aus­ blasöffnungen mit Kühlluft über spezielle, in der Schaufel­ nase plazierte Wirbelkammern und ggf. zusätzliche bis in die Vorderkante geführte Kühlluftleitungen.

Obgleich durch diese Art der Lösung die aerodynamischen Stö­ rungen und Kühlluftverluste bereits reduziert werden können, bleiben Unzulänglichkeiten, die mit der Bildung des Aus­ blasstrahles zusammenhängen: Der Ausblasstrahl ist zwar nach hinten, d. h., in Strömungsrichtung orientiert, tritt jedoch aus der Schaufeloberfläche unter einen endlichen Winkel di­ rekt in die Außenströmung aus (Fig. 3a). Hierbei kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen dem Ausblasstrahl und der an der Schaufeloberfläche entlangströmenden Hauptströmung, die zu einer Verwirbelung im Ausblasstrahl führt (Fig. 3b) und die Bildung eines an der Oberfläche anliegenden Kühlluftfilms nicht nur beeinträchtigt, sondern in den meisten Fällen sogar ganz verhindert ("Hinterströmen" des Ausblasestrahls).

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Kühlung einer Turbi­ nenschaufel so zu gestalten, daß sich bei möglichst geringem Verbrauch an Kühlluft eine maximale und gleichmäßige Kühlung ergibt.

Die Aufgabe wird bei einer Turbinenschaufel der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß in Strömungsrichtung hinter der Vorderkante in die Schaufelwand wenigstens auf einer Seite eine parallel zur Vorderkante verlaufende Stufe einge­ lassen ist, welche durch zwei Seitenflächen begrenzt ist, von denen die in Strömungsrichtung vordere Seitenfläche nahezu senkrecht und die in Strömungsrichtung hintere Seitenfläche nahezu tangential zur Außenseite orientiert ist, und daß die Kühlluftöffnungen innerhalb der vorderen Seitenfläche an­ geordnet sind.

Der Kern der Erfindung besteht darin, den Austritt der Kühl­ luft mittels einer abgesenkten Stufe so zu gestalten, daß die Hauptströmung die austretende Kühlluft zunächst gar nicht "sieht", sondern sich die Kühlluft bei ihrem Austritt viel­ mehr ungehindert zu einem Film formieren kann, der sich nach Verlassen der Stufe weitgehend ungestört unter die Hauptströ­ mung schiebt. Die Wechselwirkung zwischen Hauptströmung und Ausblasstrahlen wird so auf ein Minimum reduziert, was zu ei­ nem stabilen Kühlluftfilm bei gleichzeitig geringem Kühlluft­ verbrauch führt.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaufel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftöffnun­ gen als eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Bohrun­ gen und/oder Schlitzen ausgebildet sind. Durch die Bohrungen bzw. Schlitze wird eine intensive Konvektionskühlung im Inne­ ren der Schaufelnase erzielt.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung geht die hintere Seitenfläche jeder Stufe über eine Co­ anda-Krümmung stetig in die angrenzende Außenseite über. Hierdurch wird sichergestellt, daß der sich bildende Kühl­ luftfilm ohne Ablösung von der Schaufeloberfläche aus dem Be­ reich der Stufe in den hinteren Bereich der Schaufel über­ tritt.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Turbinenschaufel hohl ist und ei­ nen Innenraum aufweist, daß die Kühlluftöffnungen im Bereich der Vorderkante mit dem Innenraum in Verbindung stehen, und daß der Kühlluftkanal durch ein im Innenraum angeordnetes und von der Schaufelwand beabstandetes Lochblech gebildet wird, welches Lochblech im Bereich der Vorderkante Bohrungen für eine Prallkühlung der Vorderkante aufweist. Durch die zu­ sätzliche Prallkühlung wird insgesamt eine weitere Verbesse­ rung der Kantenkühlung erreicht.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen An­ sprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 in der teilweise geschnittenen perspektivischen Frontansicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Turbinenschaufel nach der Erfindung;

Fig. 2 im Querschnitt der Vorderkantenteil der Schaufel nach Fig. 1;

Fig. 3 im Schnitt (Fig. 3a) und in perspektivischer Ansicht (Fig. 3b) die Ausbildung und Wechselwirkung eines Ausblasstrahles im Stand der Technik und

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung der Strahlaus­ bildung bei der Schaufel nach Fig. 1.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist in perspektivischer Darstellung mit teilweisem Querschnitt in der Fig. 1 wiedergegeben. Die Tur­ binenschaufel 1 weist die übliche gebogene Schaufelform auf. Sie besteht aus einer Schaufelwand 18, die einen hohlen In­ nenraum 7 umschließt. Im Profil verbreitert sich die Schau­ fel in der üblichen Weise von einer relativ spitzen Vorder­ kante 2 ausgehend zur Mitte hin, und verjüngt sich zur hinte­ ren Kante wieder. Seitlich wird die Turbinenschaufel 1 von einer unteren Außenseite 3 und einer oberen Außenseite 4 begrenzt. Bei Anströmung von der Vorderkante 2 her baut sich an der unteren Außenseite 3 ein Überdruck auf, während an der oberen Außenseite 4 ein Unterdruck entsteht.

Zur Erhöhung der Dauerstandfestigkeit ist die Turbinenschau­ fel 1 gekühlt. Hierzu wird im Inneren der Schaufel Kühlluft zugeführt und über die thermisch beanspruchte Länge der Schaufel definiert nach außen abgegeben. Die Kühlluft nimmt dabei nicht nur Wärme im Inneren der Schaufel auf, sondern bildet nach Möglichkeit auch auf den Außenseiten 3, 4 der Schaufel einen Kühlluftfilm, der die Schaufelwand 18 vor ei­ ner direkten Berührung mit den heißen Gasen der Hauptströ­ mung schützt.

Während die Wärmeabfuhr und Bildung eines Kühlluftfilms im mittleren und hinteren Bereich der Turbinenschaufel 1 unkri­ tisch ist und seit langem zum Stand der Technik gehört, sind entsprechende Maßnahmen für die Schaufelnase, d. h. den Be­ reich der Schaufel in unmittelbarer Umgebung der Vorderkante 2, bisher nicht mit dem gewünschten Erfolg durchgeführt wor­ den. Dies liegt insbesondere an den beengten Verhältnissen in der Schaufelnase, die die ungestörte Ausbildung eines Kühl­ luftfilms im Kantenbereich bei gleichzeitiger Wärmeabfuhr bis in die Vorderkante 2 hinein erschweren.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, dessen Kantenbereich in Fig. 2 im Ausschnitt vergrößert gezeigt ist, sind nun auf beiden Seiten stromab von der Vorderkante 2 und parallel zur Vorderkante in die Schaufelwand 18 Stufen 8 eingelassen. Jede Stufe 8 ist durch zwei Seitenflächen 8a,b begrenzt (Fig. 2), von denen die in Strömungsrichtung vordere Seitenfläche 8a nahezu senkrecht und die in Strömungsrichtung hintere Seitenfläche 8b nahezu tangential zur jeweiligen Außenseite 3 bzw. 4 orientiert ist. Im Kantenbereich ist eine Vielzahl von Kühlluftöffnungen 9 in Form von Bohrungen vorge­ sehen, durch welche Kühlluft aus dem Innenraum 7 nach außen strömen kann. Die Kühlluftbohrungen sind ebenfalls nahezu tangential zur jeweiligen Außenseite 3 bzw. 4 orientiert; die Kühlluftöffnungen 9 sind innerhalb der vorderen Seiten­ fläche 8a angeordnet.

Die durch die Kühlluftöffnungen 9 austretende Kühlluft wird im Innenraum 7 der Turbinenschaufel 1 durch einen Kühlluftka­ nal 5 herangeführt, der aus einem in der Form des Schaufel­ profils gebogenen und von der Schaufelwand 18 beabstandeten Lochblech 6 gebildet wird. Das Lochblech 6 weist in dem der Vorderkante 2 zugewandten Teil eine Vielzahl (in diesem Fall drei Reihen) von in Längsrichtung verteilt angeordneten Boh­ rungen 10 auf, durch welche die Kühlluft mit Druck auf die Innenseite der Vorderkante 2 geblasen wird. Hierdurch wird eine Prallkühlung verwirklicht, die bereits einen Teil der Wärme aus der Vorderkante 2 abführt.

Nach der ersten Wärmeaufnahme durch die Prallkühlung gelangt die Kühlluft durch die Kühlluftöffnungen 9 in den Außenraum. Beim Durchlaufen der Bohrungen findet dabei in Form einer Konvektionskühlung eine weitere Wärmeaufnahme statt. Nach dem Austreten aus den Kühlluftöffnungen kann die Kühlluft im Schutze der Stufe 8 ungestört ein Kühlluftfilm bilden, der sich unter die darüberstreichende Hauptströmung schiebt und an den Außenseiten 3 bzw. 4 stromab strömt. Maßgeblich ist hier einerseits, daß die austretenden Kühlluftstrahlen weit­ gehend tangential zur Schaufeloberfläche orientiert sind. An­ dererseits erfolgt der Übergang von der hinteren Seitenflä­ che 8b der Stufe 8 zur entsprechenden Außenseite 3 bzw. 4 durch eine sogenannte Coanda-Krümmung 13 (Fig. 2), die ge­ währleistet, daß der in der Stufe 8 sich bildende Kühlluft­ film ohne Ablösung aus der Stufe 8 heraus an der jeweiligen Außenseite 3, 4 entlangströmt.

Der besondere Einfluß der erfindungsgemäßen Stufe auf die Filmbildung kann durch einen Vergleich der Strömungsverhält­ nisse mit und ohne Stufe unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 verdeutlicht werden. Fig. 3 zeigt dabei die Verhält­ nisse bei der schlitzförmigen Kühlluftöffnung aus der ein­ gangs genannten Druckschrift GB-A-2 202 907 im Schnitt (Fig. 3a) und in der perspektivischen Seitenansicht (Fig. 3b). Fig. 4 zeigt in den beiden Teilfig. die Fig. 3 entsprechenden Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Stufe.

Bei der herkömmlichen Kühlluftöffnung gemäß Fig. 3, die als Schlitz 15 ausgebildet ist, tritt der Kühlluftstrahl 16 als ebener Strahl schräg aus der Schaufeloberfläche aus und tritt daher in enge Wechselwirkung mit dem parallel zur Oberfläche orientierten Hauptstrom. Wie in Fig. 3b durch Pfeile angedeu­ tet, unterströmt der Hauptstrom den Kühlluftstrahl 16 auf der stromab gelegenen Seite des Schlitzes 15 und ruft dadurch ei­ ne Wirbelbildung im Kühlluftstrom 16 hervor, welche die ge­ wünschte Filmbildung verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Stufe 8 aus Fig. 4 liegen die Ver­ hältnisse anders: Der Kühlluftstrahl 17 tritt hier nahezu parallel zur Schaufeloberfläche aus den Kühlluftöffnungen 9. Der Hauptstrom gleitet über den sich bildenden Kühlluftfilm hinweg, ohne mit ihm in Wechselwirkung zu treten. Es entste­ hen in diesem Fall keine Wirbel, da keine Geschwindigkeiten mit Komponenten quer zur Strahlachse auftreten. Der in der Stufe 8 entstehende Kühlluftfilm kann so ungestört aus der Stufe heraus an der Außenseite der Schaufelwand 18 entlang­ geführt werden, so daß sich hinter den Stufen 8 ein filmge­ kühlter Bereich 12 ergibt (Fig. 1). Zur Erneuerung des Kühl­ films können in Strömungsrichtung in einem Abstand hinter je­ der Stufe 8 parallel zur Vorderkante 2 zusätzlich eine Reihe von weiteren Bohrungen 11 angeordnet sind, welche mit dem In­ nenraum 7 in Verbindung stehen und Kühlluft nach außen füh­ ren.

Die beschriebene Turbinenschaufel weist aufgrund der erfindungsgemäßen Stufe insgesamt die folgenden charakteristi­ schen Merkmale auf:

• (1) Die Kühlluftbohrungen liegen praktisch parallel zum an der Oberfläche der Schaufel liegenden Druckgradienten; die Impulsverteilung der Ausblasestrahlen ist gleichför­ mig.
• (2) Der Bereich hinter der Stufe wird durch die Kühlluft aus­ gefüllt; ein stabiler Kühlluftfilm ist bereits im Vorder­ kantenbereich möglich. Die Außenströmung wird durch den Kühlluftfilm nicht abgelenkt und spürt damit die Stufe kaum.
• (3) Die Bohrungen können auf diese Art auch in Strömungsrich­ tung in unmittelbarer Nähe der Vorderkante angeordnet werden.
• (4) Ablöseerscheinungen werden vermieden, da die Luft paral­ lel zur Außen- bzw. Hauptströmung austritt.
• (5) In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 werden drei effek­ tive Kühlmethoden miteinander verknüpft:
  • (a) Prallkühlung im Innenraum an der Innenseite der Vorderkante;
  • (b) Konvektionskühlung in den Bohrungen; und
  • (c) Filmkühlung an der Schaufeloberfläche.
• (6) Hinter dem Kühlluftaustritt wird eine Krümmung derart an­ gebracht, daß durch den Coanda-Effekt das Anlegeverhal­ ten des Kühlluftfilms verbessert wird.
• (7) Der Ausblaseimpuls wirkt in die gleiche Richtung wie die Hauptströmung.

Durch die dargestellte Lösung ergibt sich einerseits eine Verbesserung der Kühltechnik im Vorderkantenbereich der Tur­ binenschaufel. Andererseits werden die aerodynamischen Verlu­ ste gegenüber den herkömmlichen Lösungen deutlich verringert. Bei entsprechend gewähltem Ausblaseimpuls ist eine Energeti­ sierung der Grenzschicht gegeben, die die Profilverluste der Schaufel vermindern kann. Der Wirkungsgrad der Turbinenbe­ schaufelung kann mit der angegebenen Lösung verbessert wer­ den, da höhere Turbineneintrittstemperaturen möglich sind.

Die gezeigte Anordnung eignet sich vor allem im stationären Gasturbinenbau, da hier im Vergleich zu Flugtriebwerken große Schaufeln verwendet werden. Die Herstellbarkeit wird somit erleichtert. Dennoch sind auch im Flugtriebwerk mit der ge­ nannten Anordnung Verbesserungen bezüglich des spezifischen Treibstoffverbrauchs zu erwarten.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine Verbesserung des Wir­ kungsgrades einer Gasturbine bei relativ geringem Einsatz (lediglich eine Änderung der Schaufelkontur). Die Verbesse­ rung wird durch drei ineinandergreifende Effekte erzielt:

• - Verringerung des Kühlluftbedarfs
• - Verbesserung der Kühlwirkung (höhere Turbineneintrittstem­ peratur)
• - Verringerung der aerodynamischen Verluste.

Bezugszeichenliste

1 Turbinenschaufel
2 Vorderkante
3 untere Außenseite
4 obere Außenseite
5 Kühlluftkanal
6 Lochblech
7 Innenraum
8 Stufe
8a,b Seitenfläche (Stufe)
9 Kühlluftöffnung
10 Bohrungen (Prallkühlung)
11 Bohrungen (Kühlfilm-Erneuerung)
12 filmgekühlter Bereich
13 Coanda-Krümmung
14, 18 Schaufelwand
15 Schlitz (Filmkühlung)
16, 17 Kühlluftstrahl

Claims (6)

1. Turbinenschaufel für eine Gasturbine, bei welcher Turbi­ nenschaufel (1) zur Kühlung Kühlluft durch einen im Inneren der Schaufel angeordneten Kühlluftkanal (5) zur Vorderkante (2) der Schaufel geführt und derart im Bereich der Vorder­ kante (2) durch nahezu parallel zur Außenseite (3, 4) der Turbinenschaufel (1) orientierte Kühlluftöffnungen (9) nach außen abgeblasen wird, daß sich auf der Außenseite (3, 4) ein Kühlluftfilm bildet und die Vorderkante (2) ausschließlich von innen her durch die zu den Kühlluftöffnungen (9) ge­ führte Kühlluft gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der Vorderkante (2) in die Schaufel­ wand (18) wenigstens auf einer Seite eine parallel zur Vor­ derkante (2) verlaufende Stufe (8) eingelassen ist, welche durch zwei Seitenflächen (8a,b) begrenzt ist, von denen die in Strömungsrichtung vordere Seitenfläche (8a) nahezu senk­ recht und die in Strömungsrichtung hintere Seitenfläche (8b) nahezu tangential zur Außenseite (3, 4) orientiert ist, und daß die Kühlluftöffnungen (9) innerhalb der vorderen Seiten­ fläche (8a) angeordnet sind.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftöffnungen (9) als eine Vielzahl von neben­ einander angeordneten Bohrungen und/oder Schlitzen ausgebil­ det sind.

3. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Außenseiten (3, 4) jeweils eine Stufe (8) mit Kühlluftöffnungen (9) angeordnet ist.

4. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Seitenfläche (8b) jeder Stufe (8) über eine Coanda-Krümmung (13) stetig in die an­ grenzende Außenseite (3 bzw. 4) übergeht.

5. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschaufel (1) hohl ist und einen Innenraum (7) aufweist, daß die Kühlluftöffnungen (9) im Bereich der Vorderkante (2) mit dem Innenraum (7) in Ver­ bindung stehen, und daß der Kühlluftkanal (5) durch ein im Innenraum (7) angeordnetes und von der Schaufelwand (18) be­ abstandetes Lochblech (6) gebildet wird, welches Lochblech (6) im Bereich der Vorderkante (2) Bohrungen (10) für eine Prallkühlung der Vorderkante (2) aufweist.

6. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung in einem Abstand hinter jeder Stufe (8) parallel zur Vorderkante (2) eine Reihe von Bohrungen (11) angeordnet sind, welche mit dem In­ nenraum (7) in Verbindung stehen und Kühlluft zur Erneuerung des auf der Außenseite (3, 4) der Schaufel gebildeten Kühl­ luftfilms nach außen führen.