EP1113145B1 - Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante - Google Patents
Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante Download PDFInfo
- Publication number
- EP1113145B1 EP1113145B1 EP00811043A EP00811043A EP1113145B1 EP 1113145 B1 EP1113145 B1 EP 1113145B1 EP 00811043 A EP00811043 A EP 00811043A EP 00811043 A EP00811043 A EP 00811043A EP 1113145 B1 EP1113145 B1 EP 1113145B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- cooling
- trailing edge
- ribs
- guide element
- walls
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
- B22D11/0405—Rotating moulds
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/10—Stators
- F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
- F05D2240/122—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the trailing edge of a stator vane
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05D2240/304—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der in Gasturbinen verwendeten Leitelemente wie Leit- oder Turbinenschaufeln. Sie betrifft ein Leitelement gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine Gasturbine umfasst eine Vielzahl von Elementen, welche von heisser Arbeitsluft angeströmt werden. Da die Arbeitsluft eine Temperatur aufweist, welche für viele der Materialien, aus denen solche umströmten Komponenten gebaut sind, insbesondere bei längerer Betriebsdauer zu starken Abnützungserscheinungen führt, ist es nötig, viele dieser Komponenten zu kühlen. Die Kühlung kann dabei als lnnenkühlung 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 Kühlluftflim beaufschlagt werden.
- Moderne Gasturbinenschaufeln verwenden meist eine Kombination der obigen Methoden, d.h. es findet ein internes konvektives Kühlsystem Anwendung, welches an kritischen Stellen zusätzlich Öffnungen zur Filmausblasung aufweist. Um den Wirkungsgrad und die Leistung der Gasturbine zu steigern, sowie um die Emissionen zu reduzieren, muss die Menge an verwendeter Kühlluft minimiert werden. Dies bedeutet, 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 eingeführt werden.
- Bei vielen der bekannten Schaufelauslegungen findet die Drosselung des Kühlmassenstromes 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 saugseitige Wand verbinden, in axialer Richtung zurückgesetzt, d.h., die Rippen enden bereits im Inneren der Schaufel und reichen nicht bis zur Hinterkante.
- Figur 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 Laufschaufeln 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 befindet 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 axialer Richtung verlaufenden, unterbrochenen Rippen miteinander verbundenen Wänden 10 und 11 begrenzt, dazwischen verlaufen Kühlkanäle. Häufig wird der zentrale Einsatz 12 von annähernd axial verlaufenden Rippen ganz oder teilweise umschlossen. 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 Kemquerschnittsverlauf führt bei der Herstellung nämlich zu einer hohen Anzahl von Kernbrüchen. Obiges Verfahren hat jedoch den erheblichen Nachteil, dass der Austrittsquerschnitt der Kühlluft und somit der Kühlluftmassenstrom nur unzureichend kontrolliert werden können.
- Die Wände weisen ausserdem meist noch Filmkühlbohrungen 13-15 auf, durch welche Kühlluft auf die Aussenseite strömen kann.
- Diese Gestaltung des internen konvektiven Kühlsystems hat eine Reihe von Nachteilen:
- ◆ Da der Querschnitt klein ist, wirken sich selbst kleine Toleranzen bei der Herstellung (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 Drosselquerschnitt nachträglich nur schwer modifiziert werden.
- ◆ Die beiden meist recht dünnen Wände sind äusserst anfällig auf Beschädigungen, 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 kontrollieren und justieren.
- In den Druckschriften US-A-4,835,958, EP-A-0 924 383 und US-A-4,292,008 sind bereits bis an die Hinterkante reichende Rippen offenbart. In der US-A-4,835,958 werden die Verhältnisse der Kühldampfströmung dabei durch im Inneren liegende Düsen (128 in Fig. 6; 138 in Fig. 7) bestimmt, die nachträglich von aussen nicht veränderbar sind. Dasselbe gilt für die innenliegenden Prallkühlungslöcher 58, 59 in Fig. 1 der EP-A-0 924 383. In der US-A-4,292,008 werden über die Strömungsverhältnisse bezüglich der dort vorgesehenen Hinterkantenschlitze 246 (Fig. 8) und deren nachträgliche Veränderung keinerlei Aussagen gemacht.
- In einer weiteren Druckschrift US-A-5,243,759 schliesslich wird ein Verfahren zur Änderung der Kühlstromverhältnisse angegeben, dass sich auf weiter innen liegende Teile (40, 44, 48) einer Schaufel bezieht und eine aufwändige Änderung des Gusskerns vorschlägt, die sich erst beim nächsten Herstellungsvorgang auswirkt (siehe z.B. den Abstract).
- Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Leitelement der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die Kühlluftströmung durch das Leitelement auch nach seiner Herstellung auf einfache Weise verändert werden kann, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben
- Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Kühlluftdurchsatz zwischen den an der Hinterkante angeordneten Rippen hindurch nach dem Herstellungsverfahren und bei Wartungen infolge der guten Zugänglichkeit wesentlich einfacher nachbearbeitet bzw. angepasst werden kann, wobei die Drosselung der Kühlluftführung durch die an der Hinterkante angeordneten Drosselrippen bewirkt wird, und die Drosselung von aussen leicht durch Ausbohren o.ä. eingestellt oder auch gemessen werden kann.
- Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke des Leitelements an der Hinterkante im Bereich von 0.5 bis 5 mm, insbesondere 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 Leitelement 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.
- Beim erfindungsgemässen Verfahren wird der Gusskern so geformt, dass die Rippengeometrie über die Hinterkante der Schaufel hinaus im Gusskem 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 erfindungsgemässen Leitelements erst möglich. Bei einem normalen Gussverfahren kann nämlich der effektive Drosselquerschnitt nicht einfach direkt an die Austrittskante gelegt werden. Die sprunghafte Querschnittserweiterung am Austritt im Gusskem führt bei der Herstellung zu einem starken Anstieg der Kembrüche. Dies kann bei Belassung eines Überstandes beim Giessverfahren vermieden werden.
- Wenn im Bereich des Überstandes auf jegliche Rippen verzichtet wird, können beim Gussverfahren, insbesondere beim bevorzugten Pressgussverfahren ("investment casting") Kernbrüche 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 notwendig wäre.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang 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. 2
- a) 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 Figur 2a), d.h. im wesentlichen parallel zur Ebene der Schaufel durch den internen Kühlkanal.
- Figur 2 a) zeigt einen Schnitt durch eine Leitschaufel mit unmittelbar an die Hinterkante grenzenden Rippen 24 zwischen den Wänden 10 und 11. Es handelt sich um einen Figur 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 miteinander verbundenen Wänden 10 und 11 begrenzt, dazwischen verlaufen Kühlkanäle. Figur 2c) zeigt einem Schnitt entlang der Linie X-X in Figur 2a), d.h. im wesentlichen parallel zur Blattebene. Unmittelbar an den Einsatz 12 angrenzend befinden 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 durchgängige Rippen 17b oder als axial unterteilte Rippen 17a ausgebildet sind. Die einzelnen Rippen der Reihen 16 und 17 weisen vorteilhafterweise ein sog. Teilungsverhältnis, 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 gleichmässige Verteilung des Kühlluftstromes an der Hinterkante 21 erlauben. Das Teilungsverhältnis (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 bewirkt 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 Drosselstellen am Ende der Rippen und der Hinterkante.
- ◆ Gegebenenfalls beim Gussverfahren entstandene Ungenauigkeiten der Drosselregion 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 Hinterkante weniger beschädigen und die Kühlung der Komponente kann durch derartige 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 Kembrüche. 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. Figur 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 zusammen, sondern es findet zunächst innerhalb der verlängerten Komponente ein Übergang von der Drosselgeometrie auf einen durchgehenden radialen Kanal statt, welcher dann ohne Risiko von Kembrüchen 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 Figur 2b) dargestellt einfach nach hinten gleichmässig verlängert werden, es sind z.B. auch ein graduelles überstehendes Ausweiten, oder Verjüngungen 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 zusammenfallen. Dies kann z.B. zusammen mit den üblicherweise nachträglich notwendigen Nachbearbeitungen wie Erosion 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 Schlitzdicke 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.
-
- 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 Kühlluftstrom
- 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 (10)
- Von einem heissen Luftstrom (23) umströmtes Leitelement (30) einer Gasturbine, welches wenigstens in einem Hinterkantenbereich (21), bei dem der Luftstrom (23) vom Leitelement (30) abreisst, aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel angeordneten, und durch Rippen (16,17,20) miteinander verbundenen Wänden (10,11) besteht, wodurch innere Kühlkanäle (18,19,25,26,27) mit einem effektiven Kühlkanalquerschnitt ausgebildet werden, und welches mit durch die Kühlkanäle (18,19,25,26,27) strömendem Kühlmedium (28,29) innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlmedium an der Hinterkante (21) im wesentlichen parallel zu den Wänden (10,11) zwischen diesen aus dem Leitelement (30) austritt, wobei wenigstens ein Teil der Rippen (24) mit der Hinterkante (21) im wesentlichen bündig abschliessend angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Hinterkante (21) eine Drosselstelle zur Drosselung der Kühlmediumströmung des gesamten effektiven Kühlkanalquerschnitts vorgesehen ist, und dass die Reihe der mit der Hinterkante (21) im wesentlichen bündig abschliessenden Rippen (24) dabei als Drosselrippen so dimensioniert ist, dass die Drosselung der Kühlmediumströmung durch die Kühlkanäle (25) zwischen den Rippen (24) bewirkt wird.. - Leitelement (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrippen (24) parallel zur Hinterkante (21) eine Breite (e) aufweisen und um jeweils eine Rippenteilung (f) beabstandet angeordnet sind, und dass das Verhältnis von Breite (e) zu Rippenteilung (f) im Bereich von 0.25 bis 0.75 liegt.
- Leitelement (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, 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. - Leitelement (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es als vor einem Turbinenrotor angeordnete Leitschaufel (30) ausgebildet ist und dass als Kühlmedium Luft verwendet wird.
- Leitschaufel (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel in ihrem Anströmbereich verbreitert ausgebildet ist und im Anströmbereich die Kühlluft um einen inneren, zentralen, radial verlaufenden Einsatz (12) in saugseitigen und druckseitigen Kühlkanälen strömt, und dass die Kühlluft zwischen am Einsatz (12) anschliessenden 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.
- Verfahren zur Herstellung eines von einem heissen Luftstrom (23) umströmten Leitelements (30) einer Gasturbine, welches wenigstens in einem Hinterkantenbereich (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 (18,19,25,26,27) strömendem Kühlmedium (28,29) innenseitig gekühlt wird, wobei das Kühlemedium an der Hinterkante (21) im wesentlichen parallel zu den Wänden (10,11) zwischen diesen aus dem Leitelement (30) austritt,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitelement (30) in einem Giessverfahren hergestellt wird, dass dabei der Hinterkantenbereich (21) mit einem das Leitelement (30) respektive dessen Wände (10,11) in Strömungsrichtung verlängernden Überstand gegossen wird, dass nach dem Giessen der Überstand derart abgetragen wird, dass wenigstens ein Teil der Rippen als Drosselrippen (24) mit der Hinterkante (21) im wesentlichen bündig abschliessend angeordnet sind. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hinterkante (21) eine Drosselstelle zur Drosselung der Kühlluftströmung des gesamten effektiven Kühlkanalquerschnitts vorgesehen ist, und die Reihe der mit der Hinterkante (21) im wesentlichen bündig abschliessenden Rippen (24) dabei als Drosselrippen so dimensioniert wird, dass die Drosselung der Kühlluftströmung durch die Kühlkanäle (25) zwischen den Rippen (24) bewirkt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Gussverfahren um ein Pressgussverfahren handelt, dass der Überstand eine Länge (b) hinter der Hinterkante (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).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrippen (24) parallel zur Hinterkante (21) eine Breite (e) aufweisen und um jeweils eine Rippenteilung (f) beabstandet angeordnet sind, dass das Verhältnis von Breite (e) zu Rippenteilung (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.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Leitelement um eine vor einem Turbinenrotor angeordnete Leitschaufel (30) handelt, und dass als Kühlmedium Luft verwendet wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19963349 | 1999-12-27 | ||
DE19963349A DE19963349A1 (de) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1113145A1 EP1113145A1 (de) | 2001-07-04 |
EP1113145B1 true EP1113145B1 (de) | 2006-04-05 |
Family
ID=7934726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP00811043A Expired - Lifetime EP1113145B1 (de) | 1999-12-27 | 2000-11-07 | Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6481966B2 (de) |
EP (1) | EP1113145B1 (de) |
DE (2) | DE19963349A1 (de) |
Families Citing this family (42)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE50106385D1 (de) * | 2001-03-26 | 2005-07-07 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel |
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 |
EP2252771A1 (de) * | 2008-03-07 | 2010-11-24 | ALSTOM Technology Ltd | Schaufel für eine gasturbine |
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 |
EP3039247B1 (de) | 2013-08-28 | 2020-09-30 | United Technologies Corporation | Kühlanordnung mit einer übergangs- und sockelrippe für eine gasturbinenmotorschaufel |
US20160298465A1 (en) * | 2013-12-12 | 2016-10-13 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine component cooling passage with asymmetrical pedestals |
US20150184518A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | Ching-Pang Lee | Turbine airfoil cooling system with nonlinear trailing edge exit slots |
WO2016160029A1 (en) | 2015-04-03 | 2016-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine blade trailing edge with low flow framing channel |
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 |
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 |
Family Cites Families (14)
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 |
US4173120A (en) * | 1977-09-09 | 1979-11-06 | International Harvester Company | Turbine nozzle and rotor 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 |
EP0954679B1 (de) * | 1996-06-28 | 2003-01-22 | United Technologies Corporation | Kühlbare schaufelstruktur für eine gasturbine |
US5975851A (en) * | 1997-12-17 | 1999-11-02 | United Technologies Corporation | Turbine blade with trailing edge root section cooling |
US6139269A (en) * | 1997-12-17 | 2000-10-31 | United Technologies Corporation | Turbine blade with multi-pass cooling and cooling air addition |
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 |
-
1999
- 1999-12-27 DE DE19963349A patent/DE19963349A1/de not_active Ceased
-
2000
- 2000-11-07 EP EP00811043A patent/EP1113145B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-07 DE DE50012523T patent/DE50012523D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-19 US US09/739,282 patent/US6481966B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19963349A1 (de) | 2001-06-28 |
US6481966B2 (en) | 2002-11-19 |
EP1113145A1 (de) | 2001-07-04 |
US20010012484A1 (en) | 2001-08-09 |
DE50012523D1 (de) | 2006-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1113145B1 (de) | Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante | |
EP1223308B1 (de) | Komponente einer Strömungsmaschine | |
EP2304185B1 (de) | Turbinenschaufel für eine gasturbine und gusskern zum herstellen in einer solchen | |
DE1946535C3 (de) | Bauteil für ein Gasturbinentriebwerk | |
DE69823236T2 (de) | Einrichtung zur kühlung von gasturbinenschaufeln und methode zu deren herstellung | |
DE602005000449T2 (de) | Kühlung mit Mikrokanälen für eine Turbinenschaufel | |
DE10001109B4 (de) | Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine | |
DE60015233T2 (de) | Turbinenschaufel mit interner Kühlung | |
EP1201879B1 (de) | Gekühltes Bauteil, Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils | |
DE60122050T2 (de) | Turbinenleitschaufel mit Einsatz mit Bereichen zur Prallkühlung und Konvektionskühlung | |
DE2241194A1 (de) | Stroemungsmaschinenschaufel mit tragfluegelfoermigem querschnittsprofil und mit einer vielzahl von in schaufellaengsrichtung verlaufenden kuehlkanaelen | |
CH697919B1 (de) | Turbinenblatt mit konkavem Kühlströmungskanal und darin angeordneten, entgegengesetzte Drallströme bewirkenden Turbulatoren. | |
EP1126136B1 (de) | Turbinenschaufel mit luftgekühltem Deckbandelement | |
WO2011029420A1 (de) | Umlenkvorrichtung für einen leckagestrom in einer gasturbine und gasturbine | |
WO2009109462A1 (de) | Schaufel für eine gasturbine | |
WO2000058606A1 (de) | Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel | |
EP1895096A1 (de) | Gekühlte Turbinenlaufschaufel | |
DE1601563C3 (de) | Luftgekühlte Laufschaufel | |
EP1292760B1 (de) | Konfiguration einer kühlbaren turbinenschaufel | |
EP3207217B1 (de) | Filmgekühltes gasturbinenbauteil | |
EP1644614B1 (de) | Gekühlte schaufel für eine gasturbine | |
WO2010028913A1 (de) | Turbinenschaufel mit einer modularen, gestuften hinterkante | |
EP1138878B1 (de) | Bauteil einer Gasturbine | |
EP3232001A1 (de) | Laufschaufel für eine turbine | |
EP1717416A1 (de) | Turbinenschaufel, Verwendung einer Turbinenschaufel und Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE GB |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: ALSTOM |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20011214 |
|
AKX | Designation fees paid |
Free format text: DE GB |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: ALSTOM (SWITZERLAND) LTD |
|
RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20040507 |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): DE GB |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: FG4D Free format text: NOT ENGLISH |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE Date of ref document: 20060518 Kind code of ref document: P |
|
GBT | Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977) |
Effective date: 20060607 |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed |
Effective date: 20070108 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R082 Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE Representative=s name: ROESLER, UWE, DIPL.-PHYS.UNIV., DE Ref country code: DE Ref legal event code: R081 Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH Ref country code: DE Ref legal event code: R081 Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE Owner name: ANSALDO ENERGIA IP UK LIMITED, GB Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R082 Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE Representative=s name: ROESLER, UWE, DIPL.-PHYS.UNIV., DE Ref country code: DE Ref legal event code: R081 Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE Owner name: ANSALDO ENERGIA IP UK LIMITED, GB Free format text: FORMER OWNER: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, BADEN, CH |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: 732E Free format text: REGISTERED BETWEEN 20170824 AND 20170830 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20171121 Year of fee payment: 18 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Payment date: 20171123 Year of fee payment: 18 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R119 Ref document number: 50012523 Country of ref document: DE |
|
GBPC | Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee |
Effective date: 20181107 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20190601 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20181107 |