EP0899425A2 - Gas turbine blade - Google Patents
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- EP0899425A2 EP0899425A2 EP98810770A EP98810770A EP0899425A2 EP 0899425 A2 EP0899425 A2 EP 0899425A2 EP 98810770 A EP98810770 A EP 98810770A EP 98810770 A EP98810770 A EP 98810770A EP 0899425 A2 EP0899425 A2 EP 0899425A2
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
Definitions
- the invention relates to a turbine blade of a gas turbine, according to the preamble of claim 1.
- gas turbine plants are caused by an increase in temperatures achieved.
- temperature resistance of the material of the gas turbine is limited components exposed to the highest temperatures must be cooled. This particularly affects the guide and rotor blades of the gas turbine.
- the turbine blades are at least partially hollow in their interior and have one or more cooling channels.
- the latter are made by one Cooling fluid flows through, the cooling effect through convective heat transfer arises inside the blade body.
- An additional film cooling is possible by placing parts of the cooling fluid through openings in the blade body on the Be guided outside of the turbine blade. A film of cooling fluid forms there, which the outside of the turbine blade from the hot working medium shields the turbine (see DE 36 42 789 C2).
- cooling fluid are from the compressor the gas turbine plant or from an external source and under Overpressurized air or also appropriately treated water vapor are known.
- Closed steam cooling systems have opposite and also opposite procedural advantages of the hybrid steam cooling systems mentioned.
- the range of uses such systems are increasing today particularly because of their higher Efficiency.
- a closed steam cooling system can penetrate of foreign bodies in the cooling channel adjacent to the blade leading edge be severely damaged.
- a lot of cooling steam escapes that downstream of the impact point is not sufficient Bucket cooling takes place more. This causes the material to overheat, which is why serious consequential damage can occur.
- the invention tries to avoid all of these disadvantages. You have the task based on creating turbine blades with increased functional reliability.
- the interior of the blade body in the area the suction side wall, the pressure side wall and the blade exit edge has a closed cooling system with at least one cooling channel.
- the blade leading edge has a separate, open cooling system at least one cooling channel and several penetrating the blade body Film cooling holes formed.
- the open cooling system particularly advantageously consists of two parallel to one another arranged and connected to one another via several feed openings Cooling channels.
- the cooling can also downstream of a leak of the first cooling channel by supplying the cooling medium from the second Cooling channel can be maintained.
- Adjacent cooling duct is at least approximately circular.
- the film cooling holes are arranged tangentially starting from this first cooling channel, while the feed openings extend tangentially from the second cooling channel and also lead tangentially into the first cooling channel.
- This is the cooling medium A rotating movement is impressed in the first cooling channel. This vortex of the cooling medium ensures improved convective cooling in the interior as well as for effective film cooling of the blade body.
- the film cooling holes face the suction wall and at least approximately in the flow direction of the working fluid of the gas turbine are aligned.
- the one emerging from the film cooling holes at high speed The desired flow direction is thus already the cooling medium given. This can have a better effect on the suction side Wall of the turbine blade spreading cooling film and thus an improved Film cooling can be achieved.
- the closed Steam cooling system also consists of at least two arranged parallel to each other Cooling channels, which are connected to each other via connection openings. After foreign objects have been struck, the cooling medium flows through the connection openings to the corresponding impact points, so that the cooling side downstream cooling sections can be filled with cooling medium. On in this way the functional reliability of the turbine blades can be further increased become.
- the gas turbine system for example, does not show the compressor, the combustion chamber and the guide vanes of the gas turbine.
- the flow direction the work equipment is marked with arrows.
- the gas turbine has several rows of rotor and guide blades.
- one of the blades 1 is shown. It consists of one Blade root 2 and a blade body 3.
- the blade body 3 of the moving blade 1 has a suction-side wall 4, one opposite, pressure-side Wall 5, a blade leading edge 6 and a blade leading edge 7 on. It has a hollow interior 8 which is in the area of the suction side Wall 4, the pressure side wall 5 and the blade trailing edge 7 a closed Steam cooling system 9, with a cooling channel 10 (Fig. 2).
- an open cooling system 11 with two in parallel mutually arranged cooling channels 14, 15 are formed.
- Between the closed Steam cooling system 9 and the open cooling system 11 is a partition 16 arranged.
- the first cooling channel 14 of the open cooling system 11 is the blade leading edge 6 adjacent, circular and with the second cooling channel 15 over several feed openings 18 arranged in an intermediate wall 17 are connected.
- the first cooling channel 14 can also have other suitable shapes, such as, for example approximately circular, elliptical or potato-shaped Have training (not shown).
- the intermediate wall 17 is in the area of Blade root 2 connected to the suction-side wall 4 via a connecting piece 19, wherein in the connector 19 a plurality of cooling holes 20 for local cooling the suction-side wall 4 are arranged.
- the feed openings 18 arranged in the intermediate wall 17 close tangentially to the two cooling channels 14, 15.
- a film hole row 21 with each several tangential to the suction side wall 4 and approximately in the flow direction 12 of the working fluid 13 of the gas turbine aligned film cooling holes 22 educated.
- a plurality of rows of film holes 21 can also be arranged in the blade body 3 be what in Figure 3 by a second, dashed line of film holes 21 is indicated.
- Air is used as the cooling medium 23.
- the air 23 is in the blade root 2 arranged supply channel 24 introduced into the second cooling channel 15 and serves there the convective cooling of the blade body 3 Air 23 through the supply openings 18 in the first cooling channel 14, where they Blade body 3 also cools convectively.
- the air 23 experiences the first cooling channel 14 and its tangential injection a rotating movement, which significantly improves the cooling effect.
- the air 23 passes from the first cooling duct 14 through the tangential ones Film cooling holes 22 on the suction side wall 4. There it forms a thin Cooling film from which the outer surface of the blade body 3 from shields hot working fluid 13 of the gas turbine. By aligning the film cooling holes 22 the air 23 is already approximately in the direction of flow 12 of the working fluid 13 of the gas turbine, which further improves film cooling.
- appropriately prepared water vapor can also be used as the cooling medium 23 Find use.
- both the closed and the open cooling system 9, 11 operated with the same cooling medium 23, 26. Therefore no separate coolant supply is required, so that the partition between the two cooling systems 9, 11 shortened in the area of the blade root 2 can be trained (not shown).
- the cooling medium that got into the working fluid 13 of the gas turbine during the cooling process 23 of the open cooling system 11 is in the downstream part of the turbine blading relaxed.
- that in the closed steam cooling system 9 recycled steam used as cooling medium 26 and for example relaxed in the steam circuit of a steam turbine connected to the gas turbine (not shown).
- the closed steam cooling system 9 designed as a serpentine cooling system. It consists of two parallel to each other arranged cooling channels 27, 28 which extend in the longitudinal direction of the blade from the blade root 2 extend to the tip of the blade 29.
- the cooling channels 27, 28 are on of the blade tip 29 is deflected in the direction of the blade root 2 of the moving blade 1 (Fig. 3).
- rib walls 30 Between the two parallel and in the same direction from steam 26 through which cooling channels 27, 28 are arranged are rib walls 30 which have a plurality of connection openings 31.
- connection openings 31 FIG. 4
- holes 25 can also be made in the area of the closed steam cooling system 9 can be compensated. It comes to Impact of foreign bodies in this area of the blade 1 flows the cooling medium from the cooling channel 27, 28 not affected by the Connection openings 31 to the corresponding holes 25, so that the Cooling section downstream of the cooling side can again be filled with steam 26.
- the the Open cooling system 11 related procedures are analogous to the first Embodiment specified.
- guide vanes can refer to a gas turbine their cooling are formed analog.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel einer Gasturbine, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a turbine blade of a gas turbine, according to the preamble of claim 1.
Die Leistungssteigerung und die Verbesserung des Wirkungsgrades der heutigen Gasturbinenanlagen werden nicht zuletzt durch eine Erhöhung der Temperaturen erzielt. Da die Temperaturfestigkeit des Materials der Gasturbine jedoch begrenzt ist, müssen die den höchsten Temperaturen ausgesetzten Bauteile gekühlt werden. Dies betrifft insbesondere auch die Leit- und Laufschaufeln der Gasturbine.Increasing performance and improving efficiency today Last but not least, gas turbine plants are caused by an increase in temperatures achieved. However, because the temperature resistance of the material of the gas turbine is limited components exposed to the highest temperatures must be cooled. This particularly affects the guide and rotor blades of the gas turbine.
Dazu sind die Turbinenschaufeln in ihrem Inneren zumindest teilweise hohl ausgebildet und weisen einen oder mehrere Kühlkanäle auf. Letztere werden von einem Kühlfluid durchflossen, wobei die Kühlwirkung durch konvektiven Wärmeübergang im Inneren des Schaufelkörpers entsteht. Eine zusätzliche Filmkühlung ist möglich, indem Teile des Kühlfluids durch Öffnungen im Schaufelkörper auf die Aussenseite der Turbinenschaufel geleitet werden. Dort bildet sich ein Kühlfluidfilm, welcher die Aussenseite der Turbinenschaufel vom heissen Arbeitsmedium der Turbine abschirmt (s. DE 36 42 789 C2). Als Kühlfluid sind aus dem Verdichter der Gasturbinenanlage oder aus einer externen Quelle stammende und unter Überdruck stehende Luft oder auch entsprechend aufbereiteter Wasserdampf bekannt.For this purpose, the turbine blades are at least partially hollow in their interior and have one or more cooling channels. The latter are made by one Cooling fluid flows through, the cooling effect through convective heat transfer arises inside the blade body. An additional film cooling is possible by placing parts of the cooling fluid through openings in the blade body on the Be guided outside of the turbine blade. A film of cooling fluid forms there, which the outside of the turbine blade from the hot working medium shields the turbine (see DE 36 42 789 C2). As cooling fluid are from the compressor the gas turbine plant or from an external source and under Overpressurized air or also appropriately treated water vapor are known.
Technisch unterschiedlich sind Dampfkühlsysteme, die den aus einem Dampfkreislauf stammenden Dampf zunächst in einem geschlossenen Kühlkreislauf halten. Der durch den konvektiven Kühlprozess erwärmte Dampf wird erneut dem Dampfkreislauf zugeführt (s. EP 06 98 723 A2). Es sind auch offene Dampfkühlsysteme bekannt, bei denen der erhitzte Dampf über Öffnungen im Schaufelkörper auf die Aussenseite der Turbinenschaufel geleitet wird. Zudem gibt es sogenannte hybride Dampfkühlsysteme mit einem geschlossenen Hauptteil und einem im Bereich der Schaufelhinterkante offenen Kühlsystem, wobei letzteres mit Dampf oder mit Luft betrieben wird.Technically different are steam cooling systems, which come from a steam cycle First of all keep the steam in a closed cooling circuit. The steam heated by the convective cooling process becomes again the Steam circuit supplied (see EP 06 98 723 A2). They are also open steam cooling systems known in which the heated steam through openings in the blade body is directed to the outside of the turbine blade. There are also so-called Hybrid steam cooling systems with a closed body and one in the area of the blade trailing edge open cooling system, the latter with Steam or air is operated.
Geschlossene Dampfkühlsysteme besitzen gegenüber offenen und auch gegenüber den genannten hybriden Dampfkühlsystemen prozessuale Vorteile. Das Einsatzspektrum solcher Systeme steigt heute insbesondere wegen ihres höheren Wirkungsgrades. Jedoch kann ein geschlossenes Dampfkühlsystem durch Eindringen von Fremdkörpern in den der Schaufeleintrittskante benachbarten Kühlkanal stark geschädigt werden. Je nach Anzahl und Grösse der sich beim Aufschlagen der Fremdkörper in der Schaufeleintrittskante bildenden Löcher, kann so viel Kühldampf entweichen, dass stromab der Einschlagstelle keine ausreichende Schaufelkühlung mehr stattfindet. Dadurch wird das Material überhitzt, weshalb gravierende Folgeschäden auftreten können.Closed steam cooling systems have opposite and also opposite procedural advantages of the hybrid steam cooling systems mentioned. The range of uses such systems are increasing today particularly because of their higher Efficiency. However, a closed steam cooling system can penetrate of foreign bodies in the cooling channel adjacent to the blade leading edge be severely damaged. Depending on the number and size of when opening the foreign body can form holes in the blade leading edge a lot of cooling steam escapes that downstream of the impact point is not sufficient Bucket cooling takes place more. This causes the material to overheat, which is why serious consequential damage can occur.
Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, Turbinenschaufeln mit erhöhter Funktionssicherheit zu schaffen.The invention tries to avoid all of these disadvantages. You have the task based on creating turbine blades with increased functional reliability.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der Innenraum des Schaufelkörpers im Bereich der saugseitigen Wand, der druckseitigen Wand und der Schaufelaustrittskante ein geschlossenes Kühlsystem mit zumindest einem Kühlkanal aufweist. Im Bereich der Schaufeleintrittskante ist dagegen ein separates, offenes Kühlsystem mit zumindest einem Kühlkanal und mehreren den Schaufelkörper durchdringenden Filmkühllöchern ausgebildet. According to the invention, this is achieved in that with a device according to the preamble of claim 1, the interior of the blade body in the area the suction side wall, the pressure side wall and the blade exit edge has a closed cooling system with at least one cooling channel. In the area the blade leading edge, on the other hand, has a separate, open cooling system at least one cooling channel and several penetrating the blade body Film cooling holes formed.
Infolge der Trennung der Schaufelkühlung in zwei getrennte Kühlsysteme, ist bei Fremdkörpereinschlägen der üblichen Grösse nur das der Schaufeleintrittskante benachbarte, offene Kühlsystem betroffen. Die mittels Dampf konvektiv erfolgende Kühlung des Hauptteils des Schaufelkörpers bleibt jedoch gesichert. Im Bereich der Schaufeleintrittskante wird der Schaufelkörper über das offene Kühlsystem ebenfalls konvektiv und zusätzlich filmgekühlt.As a result of the separation of the blade cooling into two separate cooling systems, Foreign body impacts of the usual size only that of the blade leading edge neighboring, open cooling system affected. The convective one using steam However, cooling of the main part of the blade body remains ensured. In the area the blade leading edge becomes the blade body via the open cooling system also convective and additionally film cooled.
Besonders vorteilhaft besteht das offene Kühlsystem aus zwei parallel zueinander angeordneten sowie über mehrere Zuführöffnungen miteinander verbundenen Kühlkanälen. Bei dieser Ausbildung kann die Kühlung auch stromab einer Leckagestelle des ersten Kühlkanals durch Zufuhr des Kühlmedium aus dem zweiten Kühlkanal aufrechterhalten werden.The open cooling system particularly advantageously consists of two parallel to one another arranged and connected to one another via several feed openings Cooling channels. With this design, the cooling can also downstream of a leak of the first cooling channel by supplying the cooling medium from the second Cooling channel can be maintained.
In einer ersten Ausgestaltungsform der Erfindung ist der der Schaufeleintrittskante benachbarte Kühlkanal zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet. Die Filmkühllöcher sind tangential von diesem ersten Kühlkanal ausgehend angeordnet, während die Zuführöffnungen tangential vom zweiten Kühlkanal ausgehen und ebenfalls tangential in den ersten Kühlkanal münden. Dadurch wird dem Kühlmedium im ersten Kühlkanal eine rotierende Bewegung aufgeprägt. Dieser Wirbel des Kühlmediums sorgt sowohl für eine verbesserte konvektive Kühlung im Innenraum als auch für eine effektive Filmkühlung des Schaufelkörpers.In a first embodiment of the invention, that is the blade leading edge Adjacent cooling duct is at least approximately circular. The film cooling holes are arranged tangentially starting from this first cooling channel, while the feed openings extend tangentially from the second cooling channel and also lead tangentially into the first cooling channel. This is the cooling medium A rotating movement is impressed in the first cooling channel. This vortex of the cooling medium ensures improved convective cooling in the interior as well as for effective film cooling of the blade body.
Es ist besonders zweckmässig, wenn die Filmkühllöcher zur saugseitigen Wand und zumindest annähernd in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids der Gasturbine ausgerichtet sind. Dem mit hoher Geschwindigkeit aus den Filmkühllöchern austretenden Kühlmedium wird somit die gewünschte Strömungsrichtung bereits vorgegeben. Auf diese Weise kann eine bessere Wirkung des sich auf der saugseitigen Wand der Turbinenschaufel ausbreitenden Kühlfilmes und somit eine verbesserte Filmkühlung erreicht werden.It is particularly useful if the film cooling holes face the suction wall and at least approximately in the flow direction of the working fluid of the gas turbine are aligned. The one emerging from the film cooling holes at high speed The desired flow direction is thus already the cooling medium given. This can have a better effect on the suction side Wall of the turbine blade spreading cooling film and thus an improved Film cooling can be achieved.
Bei einer zweiten Ausgestaltungsform der Erfindung besteht das geschlossene Dampfkühlsystem ebenfalls aus zumindest zwei parallel zueinander angeordneten Kühlkanälen, welche über Verbindungsöffnungen miteinander verbunden sind. Nach Einschlägen von Fremdkörpern strömt das Kühlmedium durch die Verbindungsöffnungen zu den entsprechenden Einschlagstellen, so dass sich die kühlseitig stromab liegende Kühlstrecken wieder mit Kühlmedium füllen können. Auf diese Weise kann die Funktionssicherheit der Turbinenschaufeln weiter erhöht werden.In a second embodiment of the invention, the closed Steam cooling system also consists of at least two arranged parallel to each other Cooling channels, which are connected to each other via connection openings. After foreign objects have been struck, the cooling medium flows through the connection openings to the corresponding impact points, so that the cooling side downstream cooling sections can be filled with cooling medium. On in this way the functional reliability of the turbine blades can be further increased become.
Schliesslich wird je nach Verfügbarkeit im offenen Kühlsystem Luft oder, wie im geschlossenen Kühlsystem, Dampf als Kühlmedium eingesetzt.Finally, depending on availability, air or, as in the closed cooling system, steam used as cooling medium.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele anhand der Laufschaufel einer Gasturbine dargestellt.In the drawing, two exemplary embodiments based on the rotor blade are one Gas turbine shown.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Teillängsschnitt einer Laufschaufel mit einem geschlossenen und einem offenen Kühlsystem;
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch Fig. 1 in der Ebene II-II (vergrössert);
- Fig. 3
- eine Darstellung analog Fig. 1, jedoch mit zwei parallelen Kühlkanälen;
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch Fig. 3 in der Ebene IV-IV (vergrössert).
- Fig. 1
- a partial longitudinal section of a blade with a closed and an open cooling system;
- Fig. 2
- a cross section through Figure 1 in the plane II-II (enlarged).
- Fig. 3
- a representation analogous to Figure 1, but with two parallel cooling channels.
- Fig. 4
- a cross section through Fig. 3 in the plane IV-IV (enlarged).
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Gasturbinenanlage beispielsweise der Verdichter, die Brennkammer und die Leitschaufeln der Gasturbine. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.Only the elements essential for understanding the invention are shown. The gas turbine system, for example, does not show the compressor, the combustion chamber and the guide vanes of the gas turbine. The flow direction the work equipment is marked with arrows.
Die nicht dargestellte Gasturbine besitzt mehrere Reihen von Lauf- und Leitschaufeln.
In Figur 1 ist eine der Laufschaufeln 1 dargestellt. Sie besteht aus einem
Schaufelfuss 2 und einem Schaufelkörper 3. Der Schaufelkörper 3 der Laufschaufel
1 weist eine saugseitige Wand 4, eine dieser gegenüberliegende, druckseitige
Wand 5, eine Schaufeleintrittskante 6 und eine Schaufelaustrittskante 7
auf. Er besitzt einen hohlen Innenraum 8, welcher im Bereich der saugseitigen
Wand 4, der druckseitigen Wand 5 und der Schaufelaustrittskante 7 ein geschlossenes
Dampfkühlsystem 9, mit einem Kühlkanal 10 aufnimmt (Fig. 2). Dagegen ist
im Bereich der Schaufeleintrittskante 6 ein offenes Kühlsystem 11 mit zwei parallel
zueinander angeordneten Kühlkanälen 14, 15 ausgebildet. Zwischen dem geschlossenen
Dampfkühlsystem 9 und dem offenen Kühlsystem 11 ist eine Trennwand
16 angeordnet.The gas turbine, not shown, has several rows of rotor and guide blades.
In Figure 1, one of the blades 1 is shown. It consists of one
Der erste Kühlkanal 14 des offenen Kühlsystems 11 ist der Schaufeleintrittskante
6 benachbart, kreisförmig ausgebildet und mit dem zweiten Kühlkanal 15 über
mehrere in einer Zwischenwand 17 angeordnete Zuführöffnungen 18 verbunden.
Natürlich kann der erste Kühlkanal 14 auch andere geeignete Formen, wie beispielsweise
eine annähernd kreisförmige, eine ellipsen- oder eine kartoffelförmige
Ausbildung aufweisen (nicht dargestellt). Die Zwischenwand 17 ist im Bereich des
Schaufelfusses 2 über ein Verbindungsstück 19 mit der saugseitigen Wand 4 verbunden,
wobei im Verbindungsstück 19 mehrere Kühllöcher 20 zur lokalen Kühlung
der saugseitigen Wand 4 angeordnet sind.The
Die in der Zwischenwand 17 angeordneten Zuführöffnungen 18 schliessen tangential
an die beiden Kühlkanäle 14, 15 an. Ausgehend vom ersten Kühlkanal 14
ist im Schaufelkörper 3, diesen durchdringend, eine Filmlochreihe 21 mit jeweils
mehreren tangentialen, zur saugseitigen Wand 4 sowie annähernd in Strömungsrichtung
12 des Arbeitsfluids 13 der Gasturbine ausgerichteten Filmkühllöchern 22
ausgebildet. Im Schaufelkörper 3 können auch mehrere Filmlochreihen 21 angeordnet
sein, was in Figur 3 durch eine zweite, gestrichelt dargestellte Filmlochreihe
21 angedeutet ist.The
Beim Betrieb der Gasturbinenanlage wird das aus der Brennkammer stammende
heisse Arbeitsfluid 13 in die Gasturbine eingeleitet und dort über die Laufschaufeln
1 entspannt. Dabei können feste Partikel in die Gasturbine eindringen und mit
deren Bauteilen kollidieren. Weil das offene Kühlsystem 11 im Bereich der Schaufeleintrittskante
6 und damit in Strömungsrichtung 12 des Arbeitsfluids 13 der
Gasturbine am weitesten stromauf angeordnet ist, können die im Arbeitsfluid 13
enthaltenen und auf dem Schaufelkörper 3 der Laufschaufel 1 auftreffenden Partikel
fast ausschliesslich das offene Kühlsystem 11 beschädigen, während das
von diesem getrennte, geschlossene Kühlsystem 9 geschützt ist. Aus diesem
Grund ist die Kühlung des Hauptteils des Schaufelkörpers 3 von vornherein abgesichert.When the gas turbine system is in operation, it comes from the combustion chamber
hot working
Im offenen Kühlsystem 11 wird entweder aus dem Verdichter der Gasturbinenanlage
oder aus einer externen Quelle stammende und unter Überdruck stehende
Luft als Kühlmedium 23 eingesetzt. Die Luft 23 wird über einen im Schaufelfuss 2
angeordneten Zuführkanal 24 in den zweiten Kühlkanal 15 eingeleitet und dient
dort der konvektiven Kühlung des Schaufelkörpers 3. Anschliessend gelangt die
Luft 23 über die Zuführöffnungen 18 in den ersten Kühlkanal 14, wo sie den
Schaufelkörper 3 ebenfalls konvektiv kühlt. Infolge der kreisförmigen Ausbildung
des ersten Kühlkanals 14 und ihrer tangentialen Eindüsung erfährt die Luft 23
eine rotierende Bewegung, was die Kühlwirkung deutlich verbessert. Ausgehend
vom ersten Kühlkanal 14 gelangt die Luft 23 durch die ebenfalls tangential angeordneten
Filmkühllöcher 22 auf die saugseitige Wand 4. Dort bildet sie einen dünnen
Kühlfilm aus, welcher die äussere Oberfläche des Schaufelkörpers 3 vom
heissen Arbeitsfluid 13 der Gasturbine abschirmt. Durch die Ausrichtung der Filmkühllöcher
22 wird die Luft 23 bereits annähernd in Strömungsrichtung 12 des Arbeitsfluids
13 der Gasturbine ausgedüst, was die Filmkühlung weiter verbessert.In the
Natürlich kann auch entsprechend aufbereiteter Wasserdampf als Kühlmedium 23
Verwendung finden. In diesem Fall werden sowohl das geschlossene als auch
das offene Kühlsystem 9, 11 mit dem gleichen Kühlmedium 23, 26 betrieben. Daher
ist keine getrennte Kühlmittelzufuhr erforderlich, so dass die Trennwand zwischen
den beiden Kühlsystemen 9, 11 im Bereich des Schaufelfusses 2 verkürzt
ausgebildet werden kann (nicht dargestellt). Of course, appropriately prepared water vapor can also be used as the cooling
Die im Arbeitsfluid 13 enthaltenen Partikel treffen mit grosser kinetischer Energie
auf die Schaufeleintrittskante 6 der Laufschaufel 1 auf und können diese durchdringen.
Dadurch werden in diesem Bereich Löcher 25 in den Schaufelkörper 3
geschlagen (Fig. 1, Fig. 2). Die durch die Löcher 25 entweichende Luft 23 wird
durch zusätzliche Zuführung von Luft 23 aus dem zweiten Kühlkanal 15 kompensiert.
Eventuell eindringendes heisses Arbeitsfluid 13 der Gasturbine wird zunächst
im Zentrum der verwirbelten Luft 23 gehalten und schliesslich mit dieser
verdünnt, so dass die Kühlung im offenen Kühlsystem 11 auch nach Einschlag
von Partikeln aufrechterhalten werden kann.The particles contained in the working
Das beim Kühlvorgang in das Arbeitsfluid 13 der Gasturbine gelangte Kühlmedium
23 des offenen Kühlsystems 11 wird im stromab liegenden Teil der Turbinenbeschaufelung
entspannt. Demgegenüber wird der im geschlossenen Dampfkühlsystem
9 als Kühlmedium 26 eingesetzte Dampf zurückgeführt und beispielsweise
im Dampfkreislauf einer mit der Gasturbine verbundenen Dampfturbine entspannt
(nicht dargestellt).The cooling medium that got into the working
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das geschlossene Dampfkühlsystem 9
als Serpentinenkühlsystem ausgebildet. Es besteht aus zwei parallel zueinander
angeordneten Kühlkanälen 27, 28, die sich in Schaufellängsrichtung vom Schaufelfuss
2 bis zur Schaufelspitze 29 erstrecken. Die Kühlkanäle 27, 28 werden an
der Schaufelspitze 29 in Richtung Schaufelfuss 2 der Laufschaufel 1 umgelenkt
(Fig. 3). Zwischen den beiden parallelen und in gleicher Richtung vom Dampf 26
durchströmten Kühlkanälen 27, 28 sind Rippenwände 30 angeordnet, welche
mehrere Verbindungsöffnungen 31 aufweisen. Natürlich ist auch zwischen den in
entgegengesetzter Richtung durchströmten Kühlkanälen 28, 27 eine Rippenwand
32 angeordnet. Diese besitzt jedoch keine Verbindungsöffnungen 31 (Fig. 4). An
der Schaufelspitze 29 befinden sich Austrittsöffnungen 33 für eventuelle Schmutzpartikel
oder andere Fremdkörper des Kühlmediums 26. In a second exemplary embodiment, the closed
Beim Betrieb einer solchen Gasturbinenanlage können auch Löcher 25 im Bereich
des geschlossenen Dampfkühlsystems 9 kompensiert werden. Kommt es zum
Einschlagen von Fremdkörpern in diesem Bereich der Laufschaufel 1, so strömt
das Kühlmedium aus dem jeweils nicht betroffenen Kühlkanal 27, 28 durch die
Verbindungsöffnungen 31 zu den entsprechenden Löchern 25, so dass sich die
kühlseitig stromab liegende Kühlstrecke wieder mit Dampf 26 füllen kann. Die das
offene Kühlsystem 11 betreffenden Verfahrensabläufe sind analog den zum ersten
Ausführungsbeispiel angegebenen.When operating such a gas turbine system, holes 25 can also be made in the area
of the closed
Natürlich können die nicht dargestellten Leitschaufeln einer Gasturbine bezüglich ihrer Kühlung analog ausgebildet werden.Of course, the guide vanes, not shown, can refer to a gas turbine their cooling are formed analog.
- 11
- LaufschaufelBlade
- 22nd
- SchaufelfussBlade root
- 33rd
- SchaufelkörperBlade body
- 44th
- saugseitige Wandsuction side wall
- 55
- druckseitige Wandpressure side wall
- 66
- SchaufeleintrittskanteBlade leading edge
- 77
- SchaufelaustrittskanteBucket trailing edge
- 88th
- hohler Innenraum, von 3hollow interior, from 3
- 99
- Dampfkühlsystem, geschlossenesSteam cooling system, closed
- 1010th
- KühlkanalCooling channel
- 1111
- Kühlsystem, offenesCooling system, open
- 1212th
- StrömungsrichtungFlow direction
- 1313
- ArbeitsfluidWorking fluid
- 1414
- Kühlkanal, ersterCooling channel, first
- 1515
- Kühlkanal, zweiterCooling channel, second
- 1616
- Trennwand partition wall
- 1717th
- ZwischenwandPartition
- 1818th
- ZuführöffnungFeed opening
- 1919th
- VerbindungsstückConnector
- 2020th
- KühllochCooling hole
- 2121
- FilmlochreiheFilm hole row
- 2222
- FilmkühllochFilm cooling hole
- 2323
- Kühlmedium, Luft, WasserdampfCoolant, air, water vapor
- 2424th
- ZuführkanalFeed channel
- 2525th
- Lochhole
- 2626
- Kühlmedium, DampfCooling medium, steam
- 2727
- KühlkanalCooling channel
- 2828
- KühlkanalCooling channel
- 2929
- SchaufelspitzeBlade tip
- 3030th
- Rippenwand, zwischen 27 und 28Rib wall, between 27 and 28
- 3131
- VerbindungsöffnungConnection opening
- 3232
- Rippenwand, zwischen 28 und 27Rib wall, between 28 and 27
- 3333
- AustrittsöffnungOutlet opening
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