EP1355041B1 - Turbinenschaufel - Google Patents
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- EP1355041B1 EP1355041B1 EP03006497A EP03006497A EP1355041B1 EP 1355041 B1 EP1355041 B1 EP 1355041B1 EP 03006497 A EP03006497 A EP 03006497A EP 03006497 A EP03006497 A EP 03006497A EP 1355041 B1 EP1355041 B1 EP 1355041B1
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- vane
- transition
- turbine blade
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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
-
- 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
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
-
- 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
Definitions
- the invention relates to a turbine blade according to the preamble of claim 1.
- Hollow turbine blades in particular gas turbine blades, have in the region of a transition from the blade area to the platform a load and casting technology necessary curvature on an outer surface, wherein it comes in this transition to local mass accumulations, which are difficult to cool by a cooling medium inside.
- a turbine blade is known from US 6,019,579. Further, document US-A-2,861,775 shows a turbine blade made of bent sheets.
- a turbine blade with the features specified in claim 1.
- a contour of a cavity or an inner channel is adapted to a contour of the outer transition in such a way that a substantially uniform thickness is formed.
- FIG. 1 shows a perspective view of a moving blade 1 which extends along a radial axis 4.
- the rotor blade 1 has, along the radial axis 4, a fastening area 7, an adjacent blade platform 10 and an airfoil area 13 in succession.
- a blade root 16 is formed, which serves for fastening the blade 1 to a shaft, not shown, of a turbomachine also not shown.
- the blade root 16 is designed, for example, as a hammer head. Other embodiments are possible.
- massive metallic materials in particular cobalt- or nickel-based superalloys are used.
- the blade can be made by a casting process, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
- FIG. 2 shows a section along the radial axis 4 of FIG. 1.
- the turbine blade 1 according to the invention in particular a gas turbine blade, is here, for example, a rotor blade 1, which is designed to be hollow inside, ie it has a cavity 25 or at least one channel 25, in particular a cooling channel 25.
- the turbine blade 1 therefore has a blade wall thickness 22 on a blade wall 40, which can vary in the radial direction.
- transition 19 between the airfoil region 13 and the platform 10, which is rounded off on an outer surface 17 of the turbine blade 1.
- Such a rounded transition 19 is for example in the direction the radial axis 4 seen above and below the blade platform 10 and, for example, also around the radial axis circumferentially available.
- an inner contour 31 in the region of the cavity 25 or of the channel 25 at the radial height (radial axis 4) of the blade platform 10 is adapted to the contour of the outer transition 19 so that the blade wall thickness 22 between the blade area 13 and blade root 16 is at least substantially the same blade wall thickness 22 has.
- outer transition 19 adapted i. approximately equidistant inner contour 31 occurs in the region of the cavity 25 or the channel 25 to a bulge 28 in the region of the blade platform 10th
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a turbine blade 1 according to the invention.
- the turbine blade 1 shown in FIG. 3 is, for example, a guide blade which has a blade platform 10 at both radial ends.
- a transition 19 is present, which defines an inner contour 31 of the cavity 25 or the channel 25 inside, as already described in Figure 2.
- FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a detail of a turbine blade 1 according to the invention.
- the rounded transition 19 is present, for example, only above an axial plane 34 (perpendicular to the radial axis 4) and is present, for example, only in the upper region of the turbine blade 1. In the lower area, the transition between the blade flow 16 and the platform 10 is made almost at right angles, since there is no heat-critical area.
- the inner contour profile 31 is nevertheless adapted to the upper contour profile in the region of the transition 19, as seen from the blade root 16 in the direction of the radial axis 4, so that a virtually uniform blade wall thickness 22 is achieved.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
- Hohle Turbinenschaufeln, insbesondere Gasturbinenschaufeln, weisen im Bereich eines Übergangs vom Schaufelblattbereich zur Plattform eine belastungsmäßig und gusstechnisch notwendige Krümmung auf einer Aussenoberfläche auf, wobei es in diesem Übergang zu lokalen Massenanhäufungen kommt, die durch ein Kühlmedium im Innern schwerer kühlbar sind. Eine derartige Turbinenschaufel ist aus der US 6,019,579 bekannt. Des Weiteren zeigt das Dokument US-A-2,861,775 eine aus gebogenen Blechen hergestellte Turbinenschaufel.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Turbinenschaufel aufzuzeigen, bei der der Übergangsbereich vom Schaufelblattbereich zur Plattform besser kühlbar ist.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbinenschaufel mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Dabei wird im Inneren der Turbinenschaufel ein Konturverlauf eines Hohlraums oder eines inneren Kanals einem Konturverlauf des äußeren Übergangs in der Weise angepasst, dass eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke entsteht.
In dem Unteranspruch ist eine vorteilhafte Weiterbildung gemäss Anspruch 1 aufgelistet. - Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt.
- Es zeigen:
- Figur 1 eine Turbinenschaufel nach dem Stand der Technik, Figur 2, 3 eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel und
- Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel.
- Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
- Figur 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 1, die sich entlang einer Radialachse 4 erstreckt.
Die Laufschaufel 1 weist entlang der Radialachse 4 aufeinanderfolgend einen Befestigungsbereich 7, eine daran angrenzende Schaufelplattform 10 sowie einen Schaufelblattbereich 13 auf.
Im Befestigungsbereich 7 ist ein Schaufelfuß 16 ausgebildet, der zur Befestigung der Laufschaufel 1 an einer nicht dargestellten Welle einer ebenfalls nicht dargestellten Strömungsmaschine dient. Der Schaufelfuß 16 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen sind möglich. In den Bereichen 7, 10, 13 werden beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Kobalt- oder Nickelbasierte Superlegierungen verwendet. - Die Laufschaufel kann hierbei durch ein Gussverfahren, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
- Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Radialachse 4 der Figur 1.
Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel 1, insbesondere eine Gasturbinenschaufel, ist hier beispielsweise eine Laufschaufel 1, die im Inneren hohl ausgeführt ist, d.h. dass sie einen Hohlraum 25 oder zumindest einen Kanal 25, insbesondere einen Kühlkanal 25, aufweist.
Die Turbinenschaufel 1 weist daher eine Schaufelwanddicke 22 an einer Schaufelwand 40 auf, die in radialer Richtung variieren kann. - Fertigungsbedingt besteht zwischen dem Schaufelblattbereich 13 und der Plattform 10 ein Übergang 19, der auf einer äußeren Oberfläche 17 der Turbinenschaufel 1 abgerundet ist. Ein solcher abgerundeter Übergang 19 ist beispielsweise in Richtung der Radialachse 4 gesehen oberhalb und unterhalb der Schaufelplattform 10 und beispielsweise auch um die Radialachse umlaufend vorhanden.
- Durch eine gestrichelte Linie 37 ist der übliche innere Konturverlauf im Hohlraum 25 oder in dem Kanal 25 nach dem Stand der Technik angedeutet. In diesem Bereich kommt es daher nach dem Stand der Technik zu einer wesentlich größeren Schaufelwanddicke als über oder unter dem Übergang 19, d.h. zu einer Materialanhäufung, die aufgrund der höheren Masse schwerer zu kühlen ist, so dass es zu einer lokalen Überhitzung kommen kann (hitzekritischer Bereich).
- Erfindungsgemäß ist ein innerer Konturverlauf 31 im Bereich des Hohlraums 25 oder des Kanals 25 auf radialer Höhe (Radialachse 4) der Schaufelplattform 10 der Kontur des äußeren Übergangs 19 so angepasst, dass die Schaufelwanddicke 22 zwischen Schaufelblattbereich 13 und Schaufelfuß 16 zumindest im wesentlichen eine gleiche Schaufelwanddicke 22 aufweist.
- Durch den dem äußeren Übergang 19 angepassten, d.h. annähernd äquidistanten inneren Konturverlauf 31 kommt es im Bereich des Hohlraums 25 oder des Kanals 25 zu einer Ausbuchtung 28 im Bereich der Schaufelplattform 10.
- Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 1.
Die in Figur 3 dargestellte Turbinenschaufel 1 ist beispielsweise eine Leitschaufel, die an beiden radialen Enden eine Schaufelplattform 10 aufweist. An beiden Schaufelplattformen 10 ist ein Übergang 19 vorhanden, der im Inneren einen inneren Konturverlauf 31 des Hohlraums 25 oder des Kanals 25 vorgibt, wie schon in Figur 2 beschrieben. - Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen ausgebildeten Turbinenschaufel 1.
- Der abgerundete Übergang 19 ist beispielsweise nur oberhalb einer Axialebene 34 (senkrecht zur Radialachse 4) vorhanden und ist beispielsweise nur im oberen Bereich der Turbinenschaufel 1 vorhanden. Im unteren Bereich ist der Übergang zwischen Schaufelfluss 16 und Plattform 10 nahezu rechtwinkelig ausgeführt, da dort kein hitzekritischer Bereich vorhanden ist.
- Der innere Konturverlauf 31 ist dennoch dem vom Schaufelfuss 16 in Richtung der Radialachse 4 gesehen oberen Konturverlauf im Bereich des Übergangs 19 angepasst, so dass eine nahezu gleichmäßige Schaufelwanddicke 22 erreicht ist.
-
- 1
- Turbinenschaufel
- 4
- Radialachse
- 7
- Befestigungsbereich
- 10
- Schaufelplattform
- 13
- Schaufelblattbereich
- 16
- Schaufelfuß
- 17
- äußere Oberfläche von 1
- 19
- Übergang zwischen 10 und 13
- 22
- Schaufelwanddicke
- 25
- Hohlraumkanal
- 28
- Einbuchtung
- 31
- innerer Konturverlauf
- 34
- Axialebene
- 37
- bisheriger innerer Konturverlauf
- 40
- Schaufelwand
Claims (2)
- Gegossene Turbinenschaufel (1),
mit einem Schaufelblattbereich (13),
mit einer Plattform(10),
mit einem einen äußeren Konturverlauf aufweisenden Übergang (19) zwischen Schaufelblattbereich (13) und Plattform (10), mit einer Schaufelwand(40), die eine Schaufelwanddicke (22) aufweist,
wobei die Turbinenschaufel (1) zumindest teilweise im Inneren hohl ausgeführt ist und
im Inneren an der Schaufelwand (40) einen Konturverlauf (31) aufweist, und wobei
im Inneren der Konturverlauf (31) dem äußeren Konturverlauf des Übergangs (19) in der Weise angepasst ist,
dass im Bereich des Übergangs (19) eine im wesentlichen gleichmäßige Schaufelwanddicke (22) vorhanden ist. - Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Turbinenschaufel (1) eine Radialachse (4) aufweist, und dass der Übergang (19) radialumlaufend um die Radialachse (4) ausgebildet ist.
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