EP1219781B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel Download PDF

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EP1219781B1
EP1219781B1 EP01128807A EP01128807A EP1219781B1 EP 1219781 B1 EP1219781 B1 EP 1219781B1 EP 01128807 A EP01128807 A EP 01128807A EP 01128807 A EP01128807 A EP 01128807A EP 1219781 B1 EP1219781 B1 EP 1219781B1
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EP
European Patent Office
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platform
cooling
blade
turbine
passage
Prior art date
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EP01128807A
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English (en)
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EP1219781A3 (de
EP1219781A2 (de
Inventor
Alexander Dr. Beeck
Stefan Dr. Florjancic
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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Publication of EP1219781A3 publication Critical patent/EP1219781A3/de
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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
    • 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
    • F01D5/186—Film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05B2240/801—Platforms for stationary or moving blades cooled platforms
    • 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
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05D2240/81—Cooled platforms

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for cooling a platform of a turbine blade, which provides a blade root, an airfoil with an arrival and trailing edge and a blade tip with a platform and which is at least partially penetrated radially by at least one cooling channel, with at least one, connected via an outlet opening on the platform outlet channel is connected.
  • Cooling problems of the aforementioned type occur in particular in turbine blades, which are used in gas turbine plants.
  • the turbine blades are flowed around by the hot gases generated within the combustion chamber.
  • the aspect of targeted cooling of gas turbine blades plays a major role in the design and layout of such systems.
  • part of the pre-compressed air within the compressor stage for cooling purposes is specifically discharged for cooling and thus removed from the further combustion process for cooling. Rather, the cooling air passes through cooling duct systems, which are provided both in rotating and stationary system components, in the area of the turbine stages to cool the there, the hot gases directly exposed plant components.
  • Blades on radial cooling passages through which the cooling air fed from the side of the rotor assembly is guided longitudinally to the turbine blades, which exits through respectively provided on the blade surface cooling air openings and mixes with the hot gases.
  • turbine blades have platforms or so-called shrouds on their side remote from the rotor assembly to minimize leakage currents that may form between the turbine blade tips and fixed equipment components.
  • platforms and shrouds help to effectively damp vibrations that form along the turbine blades during operation of the gas turbine.
  • US Pat. No. 5,482,435 describes a cooling channel system within a platform through which cooling air is passed and thus effectively contributes to the cooling of the platform.
  • the cooling air passes through a centrally oriented radially to the turbine blade cooling channel in the region of the platform in which the cooling air passes through two sub-channels to the outside.
  • the partial cooling channels provided in the platform extend in such a way that the cooling air emerging from the platform is oriented almost perpendicular to the main flow direction of the hot gases flowing through the gas turbine. This, however, on the one hand causes the flow behavior of the main flow is significantly irritated, whereby the aerodynamic efficiency is permanently impaired. On the other hand, the cooling air emerging from the platform can not contribute to the energy gain or improved energy conversion within the gas turbine.
  • the invention has for its object to provide an apparatus and a method for cooling a platform of a turbine blade according to the preamble of claim 1 such that on the one hand effective cooling of the platform is ensured, on the other hand, however, is ensured that the main flow, which rests directly on the turbine blade, as little as possible is impaired so as not to degrade the aerodynamic conditions within the turbomachine. Rather, it should be achieved that in addition to the above effective cooling effect, an additional energy gain can be achieved by the exit of the cooling air from the platform.
  • claim 1 describes a device according to the invention.
  • the subject matter of claim 7 is a method according to the invention.
  • the concept of the invention advantageously further features are the subject of the dependent claims and the entire description in particular with reference to the exemplary embodiments.
  • a device for cooling a platform of a turbine blade which provides a blade root, an airfoil with an arrival and trailing edge, and a blade tip with a platform and which is at least partially penetrated radially by at least one cooling channel, with at least one, via a Outlet opening is connected to the platform emerging outlet channel, further developed in that the outlet channel adjacent to the outlet opening has a channel longitudinal direction which extends in projection along the turbine blade largely coparallel to the flow direction of the outlet directly overflowing, local flow field of a relatively flowing past the turbine blade mass flow.
  • the cooling device according to the invention is applicable to all turbine blades, which are provided with a platform.
  • the advantages associated with the measure according to the invention are explained in more detail below using the example of the turbine guide vane within a gas turbine plant.
  • the cooling device according to the invention also on platforms of stationary vanes.
  • the inventive measure is not limited to the use of turbine blades within gas turbine stages of gas turbine plants, but can be used in all turbomachinery in which appropriate Cooling problems occur, for example within compressors or similar turbomachines.
  • the inventive arrangement of the outlet channel within the platform through which cooling air exits through an outlet opening is according to the invention oriented such that the cooling air that flows out of the platform preferably has the same flow direction, with the main flow of hot gases, the turbine blade and thus the The platform itself flows around.
  • the cooling channel preferably runs slightly inclined to the platform top side.
  • the outlet opening may be attached to the downstream end edge of the platform, so that the cooling air flowing out of the platform is oriented co-parallel to the hot gases flowing around the platform.
  • the outlet opening of the cooling channel on the platform is preferably downstream of the leading edge of the turbine blade, so that it is ensured that the longest possible cooling channel section extends within the platform, so that the most effective cooling effect can be achieved.
  • Cooling provisions within the platform which in the case of turbine blades are subject to high centrifugal forces due to their radial spacing from the axis of rotation, play an important role in positively influencing the creep behavior of the blade material in the region of the platform, i. Material distortions or deformations by softening of the material with simultaneous action of high centrifugal forces are reduced or eliminated by effective cooling measures. Due to the cooling measure according to the invention within the platform material creep can be significantly reduced.
  • the main advantage associated with the inventive cooling channel system within the platform is the additional energy gain associated with the targeted co-parallel flow exit of the cooling air relative to the turbine blade flowing around mainstream, can be achieved.
  • the cooling air flowing out of the cooling channel oriented according to the invention through the outlet opening on the platform contributes to a measurable energy gain, which results from the interplay of an additional impulse contribution to the drive of the turbine blade and a comparatively negligible irritation or disturbance Main flow of the turbine blade flows around the hot gases.
  • a plurality of correspondingly oriented cooling channels are incorporated within a platform, whereby the advantageous effects described above with regard to cooling effect and additional energy contribution can be increased. Further details regarding possible exemplary embodiments can be taken in detail from the following exemplary embodiments.
  • a multiplicity of techniques known per se are suitable for introducing the cooling channel or a multiplicity of appropriately oriented cooling channels into the platform.
  • Particularly suitable for this purpose are EDM (Electro-Discharge Machining) or conventional drilling techniques using laser beam, electrochemical methods and water jet techniques.
  • FIG. 1 shows a plan view of an axial arrangement consisting of a row of guide blades 1 and a blade row 2 arranged downstream in the direction of flow.
  • the platforms 3 of a vane 4 and a rotor blade 5 can be seen, with the vane 4 or blade 5 extends perpendicularly away from the viewer along the plane of the drawing.
  • the inclination of the flow direction with respect to the axial direction immediately downstream of a turbine blade row is essentially due to the inclination of the turbine blade blades relative to the main flow and the peripheral speed.
  • the platforms 3 are cooling channels 7, preferably arranged in the region of the downstream end edge 8 of the platforms 3 such that cooling air escapes parallel to the main flow 6 from the cooling channels 7.
  • the longitudinal axes of the cooling channels 7 are arranged parallel to the turbine blade in the region immediately upstream of the outflow edge 9.
  • FIG 2 the upper part of a longitudinal section through a turbine blade is shown, which is for example designed as a blade 5 and in its upper Area provides a platform 3.
  • the blade 5 has a radially extending main cooling channel 10, in which cooling air from the side of the blade root, not shown, enters the region of the platform 3.
  • the main cooling channel 10 unilaterally open a plurality of cooling channels 11, which extend obliquely to the platform top 12 and each provide an outlet opening 13 at this. Cooling air, which exits through the outlet channels 11 through the respective outlet opening 13 on the platform top 3, is slightly inclined to the platform top 12, however, directed in the flow direction of the main flow 6.
  • Further cooling channels 14 open via corresponding further outlet openings on the platform top and are supplied via suitable provided additional cooling air channels 15 with cooling air.
  • the platform 3 of the rotor blade 5 shown in FIG. 2 provides a typically formed labyrinth seal 16 under which a cooling channel volume 17 with a correspondingly downstream outlet 18 is provided directly.
  • FIG. 3 shows a plan view of a platform 3, under which, extending in the longitudinal direction, a moving blade 5 is provided.
  • the rotor blade 5 has various hollow channels extending longitudinally of the turbine blade, from which cooling air flows out of the hollow channel 10 in the direction of the platform.
  • a cooling air system connects, through which the individual cooling channels 13 and 14 is supplied with appropriate cooling air.
  • the cooling air flows along the arrow directions indicated in the individual channels and exits at the corresponding outlet openings 13, 14 on the upper side 12 of the platform 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform vorsieht und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist.
    • Stand der Technik
  • Kühlprobleme der vorstehend genannten Art treten insbesondere bei Turbinenschaufeln auf, die in Gasturbinenanlagen eingesetzt werden. Insbesondere in den einzelnen Gasturbinenstufen werden die Turbinenschaufeln von den innerhalb der Brennkammer erzeugten Heißgasen umströmt. Um Überhitzungen bei in Betrieb befindlichen Turbinenschaufeln zu vermeiden spielt der Aspekt der gezielten Kühlung von Gasturbinenschaufeln bei der Konzeption und Auslegung derartiger Anlagen eine große Rolle. Üblicherweise wird zur Kühlung ein Teil der innerhalb der Verdichterstufe vorkomprimierten Luft zu Kühlzwecken gezielt abgeleitet und somit dem weiteren Verbrennungsvorgang entzogen. Vielmehr gelangt die Kühlluft über Kühlkanalsysteme, die sowohl in rotierenden als auch stationären Anlagenkomponenten vorgesehen sind, in den Bereich der Turbinenstufen um die dort, den Heißgasen unmittelbar ausgesetzten Anlagenkomponenten zu kühlen. Zur Kühlung der auf der Rotoranordnung, in einer Vielzahl von axial hintereinander angeordneten Laufschaufelreihen aufsitzenden Laufschaufeln, weisen die Laufschaufeln radiale Kühlkanäle auf, durch die von Seiten der Rotoranordnung eingespeiste Kühlluft längs zu den Turbinenschaufelblättern geführt wird, die durch entsprechend an der Laufschaufeloberfläche vorgesehene Kühlluftöffnungen austritt und sich mit den Heißgasen vermischt.
  • In einigen Fällen weisen Turbinenschaufeln an ihrer radial, der Rotoranordnung abgewandten Seite Plattformen oder sogenannte Deckbänder auf, um Leckageströme, die sich zwischen den Turbinenschaufelspitzen und den feststehenden Anlagenkomponenten ausbilden können, zu minimieren. Ebenso tragen derartige Plattformen und Deckbänder dazu bei, Vibrationen, die sich während des Betriebes der Gasturbine entlang der Turbinenschaufeln ausbilden, effektiv zu dämpfen.
  • Zur Kühlung derartiger Plattformen ist in der US 5,482,435 ein Kühlkanalsystem innerhalb einer Plattform beschrieben, durch das Kühlluft, geleitet wird und somit wirksam zur Kühlung der Plattform beiträgt. Die Kühlluft gelangt über einen mittig, radialwärts zur Turbinenschaufel orientierten Kühlkanal in den Bereich der Plattform, in dem die Kühlluft über zwei Teilkanäle nach außen gelangt. Die in der Plattform vorgesehenen Teilkühlkanäle erstrecken sich derart, dass die aus der Plattform austretende Kühlluft nahezu senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der die Gasturbine durchströmenden Heißgase orientiert ist. Dies jedoch bewirkt einerseits, dass das Strömungsverhalten der Hauptströmung erheblich irritiert wird, wodurch der aerodynamische Wirkungsgrad nachhaltig beeinträchtigt wird. Zum anderen vermag die aus der Plattform austretende Kühlluft keinen Beitrag zum Energiegewinn bzw. zur verbesserten Energieumsetzung innerhalb der Gasturbine beitragen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, so dass zum einen eine effektive Kühlung der Plattform sichergestellt ist, zum anderen jedoch dafür gesorgt ist, dass die Hauptströmung, die unmittelbar an der Turbinenschaufel anliegt, möglichst wenig beeinträchtigt wird, um die aerodynamischen Verhältnisse innerhalb der Strömungsmaschine nicht zu verschlechtern. Vielmehr soll erreicht werden, dass neben der vorstehenden effektiven Kühlwirkung ein zusätzlicher Energiegewinn durch den Austritt der Kühlluft aus der Plattform erzielt werden kann.
  • Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschreibt. Gegenstand des Anspruchs 7 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der gesamten Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform vorsieht und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist, dadurch weitergebildet, dass der Austrittskanal angrenzend zur Austrittsöffnung eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zur Strömungsrichtung eines die Austrittsöffnung unmittelbar überströmenden, lokalen Strömungsfeldes eines relativ an der Turbinenschaufel vorbeiströmenden Massenflusses verläuft.
  • Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung an allen Turbinenschaufeln anwendbar, die mit einer Plattform versehen sind. Die mit der erfindungsgemäßen Maßnahme verbundenen Vorteile werden nachfolgend am Beispiel der Turbinenleitschaufel innerhalb einer Gasturbinenanlage näher erläutert. Selbstverständlich ist es jedoch möglich, die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung auch an Plattformen von stationären Leitschaufeln einzusetzen. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist nicht auf den Einsatz von Turbinenschaufeln innerhalb von Gasturbinenstufen von Gasturbinenanlagen beschränkt, sondern kann in allen Strömungsmaschinen angewendet werden, in denen entsprechende Kühlprobleme auftreten, beispielsweise innerhalb von Kompressoren oder ähnlichen Strömungsmaschinen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung des Austrittskanals innerhalb der Plattform, durch den Kühlluft durch eine Austrittsöffnung austritt, ist erfindungsgemäß derart orientiert, so dass die Kühlluft, die aus der Plattform ausströmt vorzugsweise die gleiche Strömungsrichtung besitzt, mit der die Hauptströmung der Heißgase die Turbinenschaufel und somit auch die Plattform selbst umströmt. Ist die Austrittsöffnung des Austrittskanals an der dem Turbinenschaufelblatt radial abgewandten Plattformoberseite vorgesehen, so verläuft vorzugsweise der Kühlkanal leicht schräg geneigt zur Plattformoberseite. Alternativ kann die Austrittsöffnung an der stromabgewandten Abschlusskante der Plattform angebracht sein, so dass die aus der Plattform ausströmende Kühlluft koparallel zu den die Plattform umströmende Heißgase orientiert ist. In allen Fällen befindet sich die Austrittsöffnung des Kühlkanals an der Plattform vorzugsweise stromab zur Anströmkante der Turbinenschaufel, so das gewährleistet ist, dass ein möglichst langer Kühlkanalabschnitt innerhalb der Plattform verläuft, so dass eine möglichst effektive Kühlwirkung erzielt werden kann.
  • Kühlungvorkehrungen innerhalb der Plattform, die im Falle von Turbinenlaufschaufeln aufgrund ihrer radialen Beabstandung zur Rotationsachse hohen Zentrifugalkräften unterworfen ist, tragen einen wichtigen Beitrag dazu bei, das Kriechverhalten des Schaufelmaterials im Bereich der Plattform positiv zu beeinflussen, d.h. Materialverwerfungen- bzw. deformationen durch Erweichen des Materials unter gleichzeitiger Einwirkung hoher Zentrifugalkräfte werden durch wirkungsvolle Kühlmaßnahmen reduziert bzw. eliminiert. Durch die erfindungsgemäße Kühlmaßnahme innerhalb der Plattform kann Materialkriechen erheblich eingeschränkt werden.
  • Der mit dem erfindungsgemäßen Kühlkanalsystem innerhalb der Plattform verbundene Hauptvorteil ist jedoch der zusätzliche Energiegewinn, der mit dem gezielten koparallelen Strömungsaustritt der Kühlluft relativ zur, die Turbinenschaufel umströmenden Hauptströmung, erzielt werden kann. So konnte nachgewiesen werden, dass die Kühlluft, die aus dem erfindungsgemäß orientierten Kühlkanal durch die Austrittsöffnung an der Plattform ausströmt, zu einem messbaren Energiegewinn beiträgt, der sich durch das Zusammenspiel eines zusätzlichen Impulsbeitrages zum Antrieb der Turbinenschaufel und einer vergleichsweise vernachlässigbaren Irritation bzw. Störung der Hauptströmung der die Turbinenschaufel umströmenden Heißgase ergibt.
  • Vorzugsweise sind eine Vielzahl von entsprechend orientierten Kühlkanälen innerhalb einer Plattform eingebracht, wodurch sich die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Auswirkungen bezüglich Kühlwirkung und zusätzlichen Energiebeitrag steigern lassen. Weitere Details bezüglich möglicher Ausführungsbeispiele können den nachstehenden Ausführungsbeispielen detailliert entnommen werden.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Plattform eignen sich eine Vielzahl an sich bekannter Techniken um den Kühlkanal bzw. eine Vielzahl entsprechend orientierter Kühlkanäle in die Plattform einzubringen. Besonders eignen sich hierzu EDM-Verfahren (Electro-Discharge-Machining) oder auch konventionelle Bohrtechniken, unter Einsatz von Laserstrahl, elektrochemischen Verfahren sowie Wasserstrahltechniken.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, Plattformen von Turbinenschaufeln an ihren jeweiligen Turbinenschaufelfüßen mit entsprechend orientierten Kühlkanälen zu versehen. Gleichwohl der Aspekt des zusätzlichen Energiegewinns bei Plattformen im Schaufelfußbereich eine nur untergeordnete Rolle spielt, beeinträchtigt die ausströmende Kühlluft durch die entsprechenden Austrittsöffnungen die Hauptströmung auch im Bereich der Schaufelfüße nicht bzw. nur unwesentlich.
    • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Draufsicht auf die axiale Anordnung einer in einer Laufschaufelreihe angeordnete Turbinenlaufschaufel sowie einer entsprechend axial stromauf angeordneten Turbinenleitschaufel,
    Fig. 2
    Teildarstellung durch einen radialen Längsschnitt durch eine Turbinenschaufel mit Plattform sowie
    Fig. 3
    Draufsicht auf eine Plattform in radialer Richtung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
  • In Figur 1 ist eine Draufsicht auf eine axiale Anordnung, bestehend aus einer Leitschaufelreihe 1 und einer in Strömungsrichtung nachgeordneten Laufschaufelreihe 2 dargestellt. Im einzelnen sind die Plattformen 3 einer Leitschaufel 4 sowie einer Laufschaufel 5 zu sehen, wobei sich die Leitschaufel 4 bzw. Laufschaufel 5 senkrecht längs zur Zeichenebene vom Betrachter abgewandt erstreckt. Durch die entsprechende Anstellung der Leit- bzw. Laufschaufeln relativ zur Hauptströmung 6, die die Turbinenschaufelanordnung axialwärts durchströmt, wird die Hauptströmung 6 durch die Turbinenschaufelblätter aus der reinen Axialrichtung umgelenkt. So ist die Hauptströmung 6 unmittelbar nach Durchströmen der Leitschaufelreihe 1 in der Umfangsrichtung nach oben gerichtet, wohingegen die Hauptströmung nach Umströmen der Laufschaufelreihe 2 entgegen der Drehrichtung abgelenkt wird. Die Neigung der Strömungsrichtung bezogen zur Axialrichtung wird unmittelbar stromab einer Turbinenschaufelreihe im Wesentlichen durch die Neigung der Turbinenschaufelblätter relativ zur Hauptströmung und der Umfangsgeschwindigkeit bedingt. Zur Kühlung der Plattformen 3 sind Kühlkanäle 7, vorzugsweise im Bereich der stromab gerichteten Endkante 8 der Plattformen 3 derart angeordnet, so dass Kühlluft parallel zur Hauptströmung 6 aus den Kühlkanälen 7 entweicht. Hierzu sind die Längsachsen der Kühlkanäle 7 parallel zum Turbinenschaufelblatt im Bereich unmittelbar stromauf zur Abströmkante 9 angeordnet.
  • In Figur 2 ist der obere Teil eines Längsschnittes durch eine Turbinenschaufel dargestellt, die beispielsweise als Laufschaufel 5 ausgebildet ist und in ihrem oberen Bereich eine Plattform 3 vorsieht. Die Laufschaufel 5 weist einen sich radialwärts erstreckenden Hauptkühlkanal 10 auf, in dem Kühlluft von Seiten des nicht dargestellten Laufschaufelfußes in den Bereich der Plattform 3 gelangt. In den Hauptkühlkanal 10 münden einseitig eine Vielzahl von Kühlkanälen 11, die schräg zur Plattformoberseite 12 verlaufen und an dieser jeweils eine Austrittsöffnung 13 vorsehen. Kühlluft, die durch die Austrittskanäle 11 durch die jeweilige Austrittsöffnung 13 an der Plattformoberseite 3 austritt, ist leicht schräg zur Plattformoberseite 12 jedoch in Strömungsrichtung der Hauptströmung 6 gerichtet. Weitere Kühlkanäle 14 münden über entsprechende weitere Austrittsöffnungen an der Plattformoberseite und werden über geeignet vorgesehene zusätzliche Kühlluftkanäle 15 mit Kühlluft versorgt.
  • Die Plattform 3 der in Figur 2 dargestellten Laufschaufel 5 sieht eine typischerweise ausgebildete Labyrinthdichtung 16 vor, unter der unmittelbar ein Kühlkanalvolumen 17 mit entsprechend stromabwärts gerichteten Auslass 18 vorgesehen ist.
  • In Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Plattform 3 dargestellt, unter der, sich in Längsrichtung erstreckend, eine Laufschaufel 5 vorgesehen ist. Die Laufschaufel 5 weist diverse, sich längs zur Turbinenschaufel erstreckende Hohlkanäle auf, von denen aus dem Hohlkanal 10 Kühlluft in Richtung der Plattform ausströmt. Unmittelbar an den als Kühlkanal ausgebildeten Hohlkanal 10 schließt sich ein Kühlluftsystem an, durch das die einzelnen Kühlkanäle 13 und 14 mit entsprechender Kühlluft versorgt wird. Die Kühlluft strömt längs der in den einzelnen Kanälen angegebenen Pfeilrichtungen und tritt an den entsprechenden Austrittsöffnungen 13, 14 an der Oberseite 12 der Plattform 3 aus.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leitschaufelreihe
    2
    Laufschaufelreihe
    3
    Plattform
    4
    Leitschaufel
    5
    Laufschaufel
    6
    Hauptströmung
    7
    Kühlkanäle
    8
    stromabgewandtes Ende der Plattform 3
    9
    Abströmkante
    10
    Hauptkühlkanal
    11
    Kühlkanal
    12
    Plattformoberseite
    13
    Austrittsöffnung
    14
    Austrittsöffnung
    15
    Nebenkühlkanal
    16
    Labyrinthdichtung
    17
    Kühlkanalvolumen
    18
    Auslasskanal

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Kühlung einer Plattform (3) einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform (3) vorsieht und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (7, 11) angrenzend zur Austrittsöffnung (13) eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zur Strömungsrichtung eines die Austrittsöffnung unmittelbar überströmenden, lokalen Strömungsfeldes (6) eines relativ an der Turbinenschaufel vorbeiströmenden Massenflusses verläuft, und dass die Plattform (3) eine dem Turbinenschaufelblatt radial abgewandte Plattformoberseite (12) aufweist, an der die Austrittsöffnung (13) vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (7, 11) angrenzend zur Austrittsöffnung (13) eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zum Axialschnitt des Turbinenschaufelblattes im Bereich unmittelbar stromauf zur Abströmkante verläuft.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass durch den Austrittskanal (7, 11) ein Kühlmedium, vorzugweise Kühlluft, strömbar ist, das die Austrittsöffnung (13) nahezu in Strömungsrichtung zum lokalen Strömungsfeld (6) verläßt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufel in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise in einer Gasturbine, integriert ist, durch die der Massenfluss axial hindurchgerichtet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (13) nahe dem stromabgewandten Ende der Plattform (3) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufel eine Leit- vorzugsweise eine Laufschaufel innerhalb einer Gasturbine ist.
  7. Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform vorsieht und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (3) eine dem Turbinenschaufelblatt radial abgewandte Plattformoberseite (12) aufweist, an der die Austrittsöffnung (13) vorgesehen ist, dass ein Kühlmedium, vorzugsweise Kühlluft durch den Kühlkanal und den Austrittskanal derart hindurchgeleitet wird und aus der Plattform austritt, dass das Kühlmedium nahezu strömungsparallel in Richtung zu einem die Turbinenschaufel umströmenden Massenstrom die Plattform verlässt.
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