EP1191189A1 - Gasturbinenschaufel - Google Patents

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Publication number
EP1191189A1
EP1191189A1 EP00120926A EP00120926A EP1191189A1 EP 1191189 A1 EP1191189 A1 EP 1191189A1 EP 00120926 A EP00120926 A EP 00120926A EP 00120926 A EP00120926 A EP 00120926A EP 1191189 A1 EP1191189 A1 EP 1191189A1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling
gas turbine
blade
insert
airfoil
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00120926A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Tiemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2001/010789 priority patent/WO2002027146A1/de
Priority to US10/381,485 priority patent/US6874988B2/en
Priority to DE50113551T priority patent/DE50113551D1/de
Priority to EP01980405A priority patent/EP1320661B1/de
Priority to JP2002530494A priority patent/JP4669202B2/ja
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine blade with a Blade edge and a blade edge and with an internal cooling structure comprising a meandering one Cooling channel with directed along the blade axis Sections for guiding a cooling fluid from the leading edge of the airfoil to the trailing edge of the airfoil.
  • the object of the invention is to provide a gas turbine blade, which is particularly efficient a cooling fluid for cooling the Exploits gas turbine blade.
  • this object is achieved by specifying a gas turbine blade directed along a blade axis with an airfoil leading edge and an airfoil trailing edge and with an internal cooling structure comprising one meandering cooling channel with along the blade axis directed sections for guiding a cooling fluid from the airfoil leading edge to the airfoil trailing edge, a first of the sections along the leading edge of the airfoil runs and an entry area for the Has cooling fluid and an outlet area for the cooling fluid, the first section being an impingement cooling insert has that with its leading edge to the airfoil facing the front of the insert parallel to the front edge of the airfoil runs, the impact cooling insert to the outlet area tapered towards.
  • the invention is based on the knowledge that at a conventional internal cooling of a gas turbine blade the front edge of the airfoil through a meandering cooling channel are not always cooled sufficiently efficiently can, because of the particularly high thermal load on the outside the airfoil leading edge has a comparatively small surface on the inside of the front edge of the airfoil. Purely convective cooling using a Cooling fluid flow in the meandering channel section at the front edge of the airfoil may be insufficient to the temperature of the airfoil leading edge increases sufficiently reduce.
  • the invention is based on observation from that cooling alone by means of an impact cooling insert just at the front edge of the airfoil through the higher cooling performance of the impingement cooling a greater heat dissipation allows the cooling of the airfoil as a whole due to the impact cooling insert but comparatively inefficient is because the cooling fluid absorbs less heat overall.
  • a gas turbine blade cooled by cooling air with a Meandering is, for example, that after going through the Meanderka nals from the rear edge of the cooling fluid warmer than that after impingement cooling also from a trailing edge of the blade leaking cooling fluid.
  • the gas turbine guide vane 1 is along a vane axis 3 directed.
  • the gas turbine blade points along the blade axis 3 1 a fastening area in succession 5, a platform area 6, an airfoil area 7 and an inner ring 9.
  • the airfoil area 7 has one Blade edge 8 and a blade edge 10 on.
  • the fastening area 5 has a hooking 11 Interlocking of the gas turbine blade 1 in a not shown Casing of a gas turbine.
  • the inner ring 9 has Paragraphs 13 for engaging in a sealing system for sealing of a hot gas duct, not shown, of a gas turbine compared to a rotor of the gas turbine, also not shown on.
  • the gas turbine blade 1 is hollow.
  • An internal cooling system of the gas turbine blade 1 is as follows explained in more detail:
  • a meandering shape leads through the interior of the gas turbine blade 1 Cooling channel 21.
  • the meandering cooling channel 21 is from sections directed along the blade axis 3 23, 25, 27 removed. These sections 23, 25, 27 are separated from one another by ribs 31.
  • the first section 23 runs along the front edge 8 of the airfoil meandering cooling channel 21 are on the inside of the Blade area 7 turbulators 29 arranged for Generation of turbulence in one by the meandering Cooling channel 21 provide cooling fluid, which in turn is a improved heat transfer to the cooling fluid.
  • the first partial section 23 faces the fastening area 5 opened and there has an inlet area 33 for cooling fluid on.
  • the end of the first bordering the inner ring 9 Section 23 forms an outlet region 35 for cooling fluid from the first section 23, which then enters the second section 25.
  • an impact cooling insert 37 is arranged in the first section 23.
  • This Impact cooling insert 37 tapers from the entrance area 33 towards the exit area 35, so that three three consecutive cross-sectional areas along the blade axis F1, F2, F3 compared to each other along in this direction become smaller.
  • the impact cooling insert 37 is oriented so that it is parallel with its front face to the leading edge 8 of the airfoil. It extends the entire length of the front edge of the airfoil 8. By tapering the impact cooling insert 37 becomes in one direction from the entry area to the exit area the first partial section 23 released more and more.
  • the impingement cooling insert 37 has impingement cooling bores evenly distributed 43 on.
  • On the inside of the airfoil area 7 are the air guiding ribs surrounding the impingement cooling insert 37 51 arranged. These air guide ribs 51 extend transversely to the blade axis 3. At the same time, they are opposite one inclined plane perpendicular to the blade axis 3.
  • the Air fins 51 each end before they enter the free part of the first section 23 occur.
  • film cooling openings 53 are provided.
  • the impact cooling insert 37 opens in the area of the inner ring 9 an inner ring cooling duct 55.
  • Cooling fluid 61 is then after impingement cooling over the Air guide fins 51 towards the free part of the first Section 23 headed by the taper of the Impingement insert 37 is formed.
  • the cross-sectional area of the Impact cooling insert 37 tapers in proportion to amount of cooling fluid emerging from the impact cooling insert 37.
  • the Cooling fluid 61 is cooling air here.
  • the one at the end of the impact cooling insert 37 impact cooling air remaining in the area of the inner ring 9 is in the area via the inner ring cooling channel 55 of the inner ring 9 and is used to cool the inner ring 9.
  • the in the free part of the first section 23rd Cooling air 61 introduced via the air fins 51 is in the second section 25 and then in the third Section 27 initiated. From there it emerges from the Film cooling holes 53 in the hot gas channel.
  • the airfoil leading edge 8 is particularly effective impact-cooled, but the cooling fluid 61 in the further course passed through the meandering cooling channel 21 and thus in its cooling effect is used as efficiently as possible. Farther can despite the cooling by means of the meandering Cooling channel 21 unheated via the impingement cooling insert 37 Cooling air 61 are fed to the inner ring 9, whereby the Cooling air consumption for cooling the inner ring 9 is kept low becomes.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenschaufel (1) mit einer kombinierten konvektiven Kühlung mittels eines mäanderförmigen Kühlkanals (21) und einer Prallkühlung über einen Prallkühleinsatz (37). Der Prallkühleinsatz (37) ist in einem entlang der Schaufelblattvorderkante (8) verlaufenden ersten Teilabschnitt (23) des meanderförmigen Kühlkanals (21) angeordnet. Entlang diese ersten Teilabschnittes (23) verjüngt sich der Prallkühleinsatz (37). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenschaufel mit einer Schaufelblattvorderkante und einer Schaufelblatthinterkante und mit einer inneren Kühlstruktur, umfassend einen meanderförmigen Kühlkanal mit entlang der Schaufelachse gerichteten Teilabschnitten zur Führung eines Kühlfluides von der Schaufelblattvorderkante zur Schaufelblatthinterkante.
In der US 5,468,125 ist eine hohle, mittels Kühlluft kühlbare Gasturbinenschaufel offenbart. Die Kühlluft wird in parallel zur Schaufelachse verlaufende Kühlkammern der hohlen Gasturbinenschaufel eingeblasen, wo sie die Kammern durchlaufend von innen die heiße Oberfläche der Gasturbinenschaufel kühlt. Die eintretende, noch nicht aufgeheizte Kühlluft wird zunächst an der Eintrittskante der Gasturbinenschaufel vorbeigeführt, die besonders hohen Temperaturen ausgesetzt ist und daher besonders effizient gekühlt werden muß. Nachdem die Kühlluft auch die anderen Bereiche der Schaufel kühlend durch die Schaufel durchgeführt wurde, verläßt sie diese an der Abströmkante der Schaufel über Bohrungen.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Gasturbinenschaufel, die besonders effizient ein Kühlfluid zur Kühlung der Gasturbinenschaufel ausnutzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Angabe einer entlang einer Schaufelachse gerichteten Gasturbinenschaufel mit einer Schaufelblattvorderkante und einer Schaufelblatthinterkante und mit einer inneren Kühlstruktur, umfassend einen mäanderförmigen Kühlkanal mit entlang der Schaufelachse gerichteten Teilabschnitten zur Führung eines Kühlfluides von der Schaufelblattvorderkante zur Schaufelblatthinterkante, wobei ein erster der Teilabschnitte entlang der Schaufelblattvorderkante verläuft und einen Eintrittsbereich für das Kühlfluid und einen Austrittsbereich für das Kühlfluid aufweist, wobei der der erste Teilabschnitt einen Prallkühleinsatz aufweist, der mit seiner zur Schaufelblattvorderkante gerichteten Einsatzvorderseite parallel zur Schaufelblattvorderkante verläuft, wobei sich der Prallkühleinsatz zum Austrittsbereich hin verjüngt.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß bei einer konventionellen inneren Kühlung einer Gasturbinenschaufel durch einen meanderförmigen Kühlkanal die Schaufelblattvorderkante nicht immer ausreichend effizient gekühlt werden kann, da der thermisch besonders hoch belasteten Außenseite der Schaufelblattvorderkante eine vergleichsweise geringe Oberfläche an der Innenseite der Schaufelblattvorderkante gegenübersteht. Eine rein konvektive Kühlung mittels eines Kühlfluidstromes im Meanderkanalteilbereich an der Schaufelblattvorderkante kann unter Umständen unzureichend sein, um die Temperatur der Schaufelblattvorderkante ausreichend zu senken. Andererseits geht die Erfindung von der Beobachtung aus, daß eine Kühlung alleine mittels eines Prallkühleinsatzes zwar gerade bei der Schaufelblattvorderkante durch die höhere Kühlleistung der Prallkühlung einen größeren Wärmeabtrag ermöglicht, die Kühlung des Schaufelblattes insgesamt durch den Prallkühleinsatz aber vergleichsweise ineffizient ist, da das Kühlfluid insgesamt weniger Wärme aufnimmt. Bei einer durch Kühlluft gekühlten Gasturbinenschaufel mit einer Meanderkühlung ist beispielsweise das nach Durchlaufen des Meanderka nals aus der Hinterkante austretende Kühlfluid wärmer als das nach einer Prallkühlung ebenfalls aus einer Schaufelhinterkante austretende Kühlfluid.
Die Erfindung kombiniert nun erstmals eine Prallkühlung mit einer Meanderkanalkühlung dergestalt, daß die Vorteile dieser beiden Verfahren ausgenutzt werden, ohne dabei in gleichem Maße den Nachteilen der jeweiligen Verfahren ausgesetzt zu sein. Dies wird dadurch erreicht, daß die Schaufelblattvorderkante mit hoher Kühlleistung durch den Prallkühleinsatz gekühlt wird, der aber nur im ersten Teilabschnitt des meanderförmigen Kühlkanals eingesetzt ist. Der Prallkühleinsatz erstreckt sich dabei parallel zur Schaufelblattvorderkante, so daß die gesamte Schaufelblattvorderkante durch eine Prallkühlung gekühlt wird. Gleichzeitig verjüngt sich aber der Prallkühleinsatz vom Eintrittsbereich des ersten Teilabschnittes bis hin zum Austrittsbereich des ersten Teilabschnittes. Im ersten Teilabschnitt geht also die Art der Kühlung entlang der Strömungsrichtung des im ersten Teilabschnitts strömenden Kühlfluides von einer Prallkühlung zu einer konvektiven Kühlung mittels des im ersten Teilabschnitt strömenden Kühlfluides über. Die übrige Schaufel wird sodann durch das durch die weiteren Teilabschnitte strömende Kühlfluid konvektiv gekühlt. Hierdurch wird das Kühlfluid hinsichtlich seiner Kühlfähigkeit weitestgehend ausgenutzt, ohne dabei aber auf die besonders wirkungsvolle Prallkühlung im Bereich der Schaufelblattvorderkante zu verzichten. Selbstverständlich können weitere Kühlmaßnahmen für die Gasturbinenschaufel vorgesehen sein, z. B. eine Filmkühlung durch aus der Schaufelblattaußenwand austretendes Kühlfluid.
  • a) Vorzugsweise bedeckt der Prallkühleinsatz den gesamten Einströmbereich. Hierdurch wird zunächst das gesamte Kühlfluid in den Prallkühleinsatz geleitet.
  • b) Bevorzugt verjüngt sich der Prallkühleinsatz in seiner Querschnittsfläche proportional zu einer gemessen entlang der Schaufelachse auf dem Prallkühleinsatz austretenden Kühlfluidmenge. Die Verjüngung des Prallkühleinsatzes, d.h. die Verkleinerung seiner Querschnittsfläche entlang einer Richtung parallel zur Schaufelachse kann je nach Bedarf in unterschiedlicher Weise erfolgen. Eine Verjüngung proportional entlang der Schaufelachse aus dem Prallkühleinsatz austretenden Kühlluftmenge hat aber insbesondere den Vorteil, daß die Schaufelblattvorderkante überall gleichmäßig mit Prallkühlluft versorgt wird. Dies bedeutet eine besonders homogene Kühlung.
  • c) Der Prallkühleinsatz ist bevorzugt von quer zur Schaufelachse gerichteten Luftleitrippen umgeben, die aus dem Prallkühleinsatz austretendes Kühlfluid um den Prallkühleinsatz herum in Richtung auf die Schaufelblatthinterkante leiten. Durch solche Luftleitrippen wird also das Kühlfluid, nachdem es prallkühlend auf die Schaufelblattwand aufgetroffen ist, entlang der Außenwand des Prallkühleinsatzes von der Schaufelblattvorderkante weggeleitet und tritt anschließend in den freien Teil des ersten Teilabschnittes ein. Der freie Teil des ersten Teilabschnittes ist jener Teil, in dem der Prallkühleinsatz nicht angeordnet ist. Weiter bevorzugt sind die Luftleitrippen so gegenüber einer senkrecht zur Schaufelachse orientierten Ebene gerichtet, daß sie das Kühlfluid zusätzlich in eine Richtung vom Eintrittsbereich zum Austrittsbereich leiten. Das in den freien Teil des ersten Teilabschnittes eintretende Kühlfluid hat somit bereits eine Strömungskomponente in Richtung der Hauptströmung in diesem ersten Teilabschnitt. Die Strömungsführung mittels der Luftleitrippen ermöglichst somit eine möglichst wirbelfreie und damit hinsichtlich eines Druckverlustes besonders günstige Strömung des Kühlfluides durch die Gasturbinenschaufel.
  • d) Vorzugsweise ist die Gasturbinenschaufel als eine Leitschaufel ausgeführt, die mit einem Innenring ausgebildet ist. Der Innenring dient bei einer Verwendung der Leitschaufel in einer Gasturbine dazu, einen Heißgaskanal der Gasturbine gegenüber einem Rotor der Gasturbine abzudichten. Vom Prallkühleinsatz führt ein Innenringkühlkanal zum Innenring. Während bei einer konventionellen Kühlung der Gasturbinenschaufel allein durch konvektive Kühlung eines in einem Meanderkanal strömenden Kühlfluides die Effizienz der Kühlung eines Innenrings einer Gasturbinenleitschaufel dadurch herabgesetzt wird, daß das dem Innenring zugeleitete Kühlfluid bereits notwendigerweise durch ein Vorbeiströmen an der Schaufelblattvorderkante aufgeheizt ist, so bietet die Zuleitung von Kühlfluid aus dem Prallkühleinsatz zum Innenring den Vorteil, unaufgeheiztes Kühlfluid dem Innenring zuleiten zu können. Durch die höhere Kühlleistung des unaufgeheizten Kühlfluides ist dadurch der Verbrauch an Kühlfluid für die Innenringkühlung geringer. Dieser Vorteil der Zuleitung von Kühlfluid aus einem Prallkühleinsatz führt aber nun durch die besondere Konstruktion des sich verjüngenden Prallkühleinsatzes nicht zu dem oben beschriebenen Nachteil eines konventionellen Prallkühleinsatzes, der nämlich durch eine schlechte Ausnutzung der Kühlkapazität des Kühlfluides bei der Schaufelblattkühlung zu einem vergleichsweise hohen Verbrauch an Kühlfluid führt.
    • Die unter a) bis d) beschriebenen Ausführungen lassne sich auch beliebig untereinander kombinieren.
    Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einem Längsschnitt eine Gasturbinenleitschaufel.
    Die Gasturbinenleitschaufel 1 ist entlang einer Schaufelachse 3 gerichtet. Entlang der Schaufelachse 3 weist die Gasturbinenschaufel 1 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 5, einen Plattformbereich 6, einen Schaufelblattbereich 7 und einen Innenring 9 auf. Der Schaufelblattbereich 7 weist eine Schaufelblattvorderkante 8 und eine Schaufelblatthinterkante 10 auf. Der Befestigungsbereich 5 weist eine Verhakung 11 zur Verhakung der Gasturbinenschaufel 1 in einem nicht dargestellten Gehäuse einer Gasturbine auf. Der Innenring 9 weist Absätze 13 zum Eingriff in ein Abdichtungssystem zum Abdichten eines nicht dargestellten Heißgaskanales einer Gasturbine gegenüber einem ebenfalls nicht dargestellten Rotor der Gasturbine auf. Die Gasturbinenschaufel 1 ist hohl ausgeführt.
    Ein inneres Kühlsystem der Gasturbinenschaufel 1 wird im folgenden näher erläutert:
    Durch das Innere der Gasturbinenschaufel 1 führt ein meanderförmiger Kühlkanal 21. Der meanderförmige Kühlkanal 21 ist aus entlang der Schaufelachse 3 gerichteten Teilabschnitten 23, 25, 27 ausgebaut. Diese Teilabschnitte 23, 25, 27 sind voneinander durch Rippen 31 getrennt. Der erste Teilabschnitt 23 verläuft entlang der Schaufelblattvorderkante 8. In dem meanderförmigen Kühlkanal 21 sind an der Innenseite der Schaufelblattbereiches 7 Turbulatoren 29 angeordnet, die zur Erzeugung von Turbulenz in einem durch den meanderförmigen Kühlkanal 21 strömende Kühlfluid sorgen, was wiederum eine verbesserte Wärmeübertragung auf das Kühlfluid zur Folge hat. Der erste Teilabschitt 23 ist zum Befestigungsbereich 5 hin geöffnet und weist dort einen Eintrittsbereich 33 für Kühlfluid auf. Das an den Innenring 9 angrenzende Ende des ersten Teilabschnittes 23 bildet einen Austrittsbereich 35 für Kühlfluid aus dem ersten Teilabschnitt 23, welches anschließend in den zweiten Teilabschnitt 25 eintritt. In dem ersten Teilabschnitt 23 ist ein Prallkühleinsatz 37 angeordnet. Dieser Prallkühleinsatz 37 läuft sich verjüngend vom Eintrittsbereich 33 zum Austrittsbereich 35 hin konisch zu, so daß drei entlang der Schaufelachse drei aufeinander folgende Querschnittsflächen F1, F2, F3 im Vergleich zueinander entlang dieser Richtung kleiner werden. Der Prallkühleinsatz 37 ist dabei so orientiert, daß er mit seiner Einsatzvorderseite parallel zur Schaufelblattvorderkante 8 verläuft. Dabei erstreckt er sich über die gesamte Länge der Schaufelblattvorderkante 8. Durch die Verjüngung des Prallkühleinsatzes 37 wird in einer Richtung vom Eintrittsbereich zum Austrittsbereich der.erste Teilabschitt 23 immer mehr freigegeben. Durch einen linearschrägen Verlauf einer der Einsatzvorderseite 39 gegenüberliegenden Einsatzrückseite 41 des Prallkühleinsatzes 37 wird somit der erste Teilabschnitt 23 gewissermaßen schräg halbiert in eine von dem Prallkühleinsatz 37 belegte Hälfte und eine vom Prallkühleinsatz 37 freie Hälfte.
    Der Prallkühleinsatz 37 weist gleichmäßig verteilt Prallkühlbohrungen 43 auf. Auf der Innenseite des Schaufelblattbereiches 7 sind dem Prallkühleinsatz 37 umgebende Luftleitrippen 51 angeordnet. Diese Luftleitrippen 51 erstrecken sich quer zur Schaufelachse 3. Gleichzeitig sind sie gegenüber einer senkrecht zur Schaufelachse 3 orientierten Ebene geneigt. Die Luftleitrippen 51 enden jeweils, bevor sie in den freien Teil des ersten Teilabschnittes 23 eintreten.
    Im Bereich der Schaufelblatthinterkante 10 sind im Schaufelblattbereich 7 Filmkühlöffnungen 53 vorgesehen.
    Der Prallkühleinsatz 37 mündet im Bereich des Innenrings 9 an einem Innenringkühlkanal 55.
    Im Einsatz der Gasturbinenleitschaufel 1 ist diese in einer nicht dargestellten Gasturbine angeordnet und wird von heißem Gas umströmt. Die hohe thermische Belastung erfordert eine Kühlung mittels eines Kühlfluides 61, welches der Gasturbinenleitschaufel 1 über den Eintrittsbereich 33 des ersten Teilabschnittes 23 zugeleitet wird. Da der Prallkühleinsatz 37 den Eintrittsbereich 33 völlig überdeckt, wird das Kühlfluid 61 zunächst vollständig in den Prallkühleinsatz 37 eingeleitet. Aus dem Prallkühleinsatz 37 tritt das Kühlfluid 61 über die Prallkühlbohrungen 43 senkrecht zur Wand des Schaufelblattbereich 7 aus und trifft auf diese kühlend auf. Insbesondere die Schaufelblattvorderkante 8 wird durch Vorderkantenprallkühlbohrungen 45 hierdurch sehr wirkungsvoll gekühlt. Das aus dem Prallkühleinsatz 37 ausgetretende Kühlfluid 61 wird nach erfolgter Prallkühlung sodann über die Luftleitrippen 51 in Richtung auf den freien Teil des ersten Teilabschnittes 23 geleitet, der durch die Verjüngung des Prallkühleinsatzes 37 entsteht. Die Querschnittsfläche des Prallkühleinsatzes 37 verjüngt sich dabei proportional zur aus dem Prallkühleinsatz 37 austretenden Kühlfluidmenge. Das Kühlfluid 61 ist hier Kühlluft. Die am Ende des Prallkühleinsatzes 37 im Bereich des Innenringes 9 verbleibende Prallkühlluft wird über den Innenringkühlkanal 55 in den Bereich des Innenrings 9 geleitet und dient zur Kühlung des Innenrings 9. Die in den freien Teil des ersten Teilabschnittes 23 über die Luftleitrippen 51 eingeleitete Kühlluft 61 wird in den zweiten Teilabschnitt 25 und anschließend in den dritten Teilabschnitt 27 eingeleitet. Von dort tritt sie aus den Filmkühlbohrungen 53 in den Heißgaskanal aus.
    Die Schaufelblattvorderkante 8 wird besonders wirkungsvoll prallgekühlt, wobei aber das Kühlfluid 61 im weiteren Verlauf durch den meanderförmigen Kühlkanal 21 geleitet und damit in seiner Kühlwirkung möglichst effizient ausgenutzt wird. Weiterhin kann trotz der Kühlung mittels des meanderförmigen Kühlkanals 21 über den Prallkühleinsatz 37 unaufgeheizte Kühlluft 61 dem Innenring 9 zugeleitet werden, wodurch der Kühlluftverbrauch zur Kühlung des Innenrings 9 gering gehalten wird.

    Claims (6)

    1. Entlang einer Schaufelachse (3) gerichtete Gasturbinenschaufel (1) mit einer Schaufelblattvorderkante (8) und einer Schaufelblatthinterkante (10) und mit einer inneren Kühlstruktur, umfassend einen meanderförmigen Kühlkanal (21) mit entlang der Schaufelachse (3) gerichteten Teilabschnitten (23,25,27) zur Führung eines Kühlfluides (61) von der Schaufelblattvorderkante (8) zur Schaufelblatthinterkante (10), wobei ein erster der Teilabschnitte (23,25,27) entlang der Schaufelblattvorderkante (8) verläuft und einen Eintrittsbereich (33) für das Kühlfluid (61) und einen Austrittsbereich (35) für das Kühlfluid (61) aufweist,
      dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilabschnitt (23) einen Prallkühleinsatz (37) aufweist, der mit seiner zur Schaufelblattvorderkante (8) gerichteten Einsatzvorderseite (39) parallel zur Schaufelblattvorderkante (8) verläuft, wobei sich der Prallkühleinsatz (37) zum Austrittsbereich (35)hin verjüngt.
    2. Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der der Prallkühleinsatz (37) den gesamten Eintrittsbereich (33) überdeckt.
    3. Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der sich der Prallkühleinsatz (37) in seiner Querschnittsfläche (F1, F2, F3) proportional zu einer gemessen entlang der Schaufelachse (3) aus dem Prallkühleinsatz (37) austretenden Kühlfluidmenge verjüngt.
    4. Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der der Prallkühleinsatz (37) von quer zur Schaufelachse (3) gerichteten Luftleitrippen (51) umgeben ist, die aus dem Prallkühleinsatz (37) austretendes Kühlfluid (61) um den Prallkühleinsatz (37) herum in Richtung auf die Schaufelblatthinterkante (10) leiten.
    5. Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 4, bei der die Luftleitrippen (51) so gegenüber einer senkrecht zur Schaufelachse (3) orientierten Ebene gerichtet sind, dass sie das Kühlfluid (61) zusätzlich in einer Richtung vom Eintrittsbereich (33) zum Austrittsbereich (35) leiten.
    6. Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, die als Leitschaufel mit einem Innenring (9) ausgebildet ist, wobei der Innenring (9) bei Einbau der Leitschaufel in eine Gasturbine einen Heißgaskanal der Gasturbine gegenüber einem Rotor der Gasturbine abdichtet und wobei ein Innenringkühlkanal (55) vom Prallkühleinsatz (37) zum Innenring (9) führt.
    EP00120926A 2000-09-26 2000-09-26 Gasturbinenschaufel Withdrawn EP1191189A1 (de)

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