EP1445423A2 - Cooled turbomachine blade - Google Patents

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EP1445423A2
EP1445423A2 EP04101493A EP04101493A EP1445423A2 EP 1445423 A2 EP1445423 A2 EP 1445423A2 EP 04101493 A EP04101493 A EP 04101493A EP 04101493 A EP04101493 A EP 04101493A EP 1445423 A2 EP1445423 A2 EP 1445423A2
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EP
European Patent Office
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pins
medium
coolable
turbomachine blade
blow
Prior art date
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EP04101493A
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EP1445423B1 (en
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Klaus Semmler
Bernhard Weigand
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General Electric Technology GmbH
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Alstom Technology AG
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Publication date
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Publication of EP1445423A2 publication Critical patent/EP1445423A2/en
Publication of EP1445423A3 publication Critical patent/EP1445423A3/en
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    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/208Heat transfer, e.g. cooling using heat pipes
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    • F05D2300/20Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22Non-oxide ceramics
    • F05D2300/224Carbon, e.g. graphite

Definitions

  • the present invention relates to a coolable turbomachine blade according to the preamble of claim 1.
  • the simplest form of cooling is convection cooling, in which one Coolant flows over a surface of a component, and this heat deprives while another surface with a heat input is applied.
  • convection cooling A particular disadvantage of convection cooling is that that all the heat to be dissipated through the component wall must be transported. The area exposed to the heat input is at a much higher temperature than the cooled surface. moreover become significant temperature gradients over component walls and thus Thermal stresses caused.
  • the film cooling known from US 3,527,543 was therefore used for a long time preferred in which a coolant - preferably air coming from the compressor is removed, or steam - through the component wall from one Cold gas side flows to the hot gas side to which hot gas is applied.
  • the coolant absorbs heat from the material while it is flows through the blow-out openings.
  • a film lays down relatively cool medium over the hot gas side of the component, and protects it direct contact with the hot medium. You misplace yourself with modern gas turbines completely on film cooling, the rises Coolant consumption, however, by mass.
  • EP 750 957 issues one several material layers objected to by one another Component wall, which has cooling air openings. The single ones Material layers are connected to each other by thermally conductive pins.
  • GB 2 117 455 specifies a coolable component in which one on the cold gas side Turbine blade in the area of the blade leading edge thermally highly conductive Protrude pins into a cooling channel. Are on the same cooling channel Blow-out openings arranged, through which cooling fluid to the blade outside can flow out. The pins are along a first in the direction the blade height line, and the blow-out openings are along a second, different from the first, towards the Bucket height extending line arranged. As a result, certain areas of the component purely through the heat dissipation via the pins and other areas purely on the heat absorption of the flowing Coolant to be cooled.
  • the object of the present invention is to provide a turbomachine blade Specify the type mentioned above, which the disadvantages of the prior art Technology avoids.
  • a turbomachine blade of the type mentioned above indicate that an improved cooling effect on the thermally particularly loaded blade trailing edge is achieved.
  • the turbomachine blade is thermal has highly conductive pins and blow-out openings, through which in operation at least a part of said second medium from the cold gas side to The hot gas side flows in such a way that both the pins and the Blow out openings act as heat sinks, and that on the cold gas side alternately along at least one pin and at least one opening the blade trailing edge are arranged.
  • a corresponding Pressure drop between the two flow media results from the additional insertion of blow-out openings even in a narrow gap a forced convection flow, the coolant around the pins round lead. This is part of the heat rather than the heat generated by the Blow-out coolant flowing through the thermal highly conductive pins led out of the material, thus the Coolant consumption restricted.
  • the limitation of Coolant consumption has a very positive effect on the Efficiency when compressor air is used for cooling purposes. The Effect can be improved if arranged on the cold gas side Guides the coolant flowing to the blow-out openings over the Steer heat conducting pins.
  • the alternating Arrangement of two pins and one blow-out opening are suitable, the opening is expediently arranged centrally between two pins.
  • the alternating arrangement of a pin and an opening be appropriate.
  • An equidistant arrangement of pins and openings will also help in the vast majority of cases Temperature differences within the trailing edge of a blade to minimize the predetermined total blow-out cross-section. It will be in mind a uniform temperature distribution in the trailing edge of the blade, if the distance between two heat sinks is not more than eight hydraulic diameter of a blow-out opening.
  • the pins should be more or less connected with their longitudinal axes be arranged parallel to the blow-out openings so that the heat flow always runs in the same direction.
  • the thermal conductivity of the Material from which the pins are made should be as high as possible, and should be have at least three times the value of the base material. Also the The melting point of the material must of course be sufficiently high. Materials that are suitable for the production of the thermal pins for example tungsten, silver, or very particularly diamond.
  • the pencils must have the best possible heat transfer to the base material, what can be realized by being cast in the components become. But you should not under any circumstances the complete material thickness of the Penetrate the component from the cold gas side to the hot gas side to avoid any to create disadvantageous thermal bridges.
  • the pens are so advantageous deep into the base material as it is 30% to 80% of the material thickness equivalent. On the one hand, this ensures a large heat exchange surface, on the other hand, the formation of thermal bridges is avoided. Farther of course, the thermal pins must have a certain axial dimension in protrude the coolant.
  • FIG. 1 A first preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 1.
  • the Hollow cast turbine blade is operated by a hot gas flow 8 flows around, the heat input via the hot gas side 11 in the material the scoop caused in it. In today's gas turbines, this exceeds Hot gas temperature at a given mechanical Material temperature considerably. Therefore, the function such a turbine blade only by sufficient cooling be guaranteed. Because of this, the scoop of yours Cold gas side 12 ago cooled by the coolant 9. Can inside the bucket Different internals are available, such as baffle cooling plates or webs to guide the coolant on the cold gas side.
  • Rows of blow-out openings 21 are on the surface of the blade lines running substantially normal to the direction of flow of the hot gas to recognize. Coolant that flows through these openings takes on the one hand heat from the material; on the other hand, the cooler goes down Blow-out flow with appropriate arrangement and design of the Blow-out openings 21 as an insulating layer on the hot gas side 11 of the Blade, and partially isolates it from the hot gas flow 8.
  • Shape and size of the blow-out openings 21, as well as their distance from each other, are not essential to the invention, and the chosen representation should never be understood in a restrictive sense.
  • the top view of the blade shown in FIG. 2 shows one particularly well Material accumulation 141 in the area of the rear edge 14, and the Interior 121 which narrows sharply near the rear edges Material accumulation is very likely to overheat.
  • the shovel very thin in this area.
  • the surface on the hot gas side 11 is in Trailing edge area much larger than the surface on the cold gas side 12.
  • such accumulation of material is potentially developing large local temperature differences extremely strong Thermal stress cracks at risk. Because of the special geometric Boundary conditions in the rear edge area must literally remove the heat from the Material accumulation can be transported out.
  • a row of blow-out openings 22 along the rear edge through this flowing coolant 7 takes heat from the Material accumulation 141 and transports it to the outside.
  • the blow-out openings 22 are heat sinks. Not too much for the temperature differences along the rear edge to allow it to grow and to avoid local overheating A certain maximum distance between the heat sinks exceed. As a rule of thumb for a design criterion, it is stated that the Distance between two blow-out openings 22 eight hydraulic diameters a blow-out opening should not exceed. This initially results in a large number of blow-out openings and thus in a large one Blow-out mass flow at the trailing edge of the blade.
  • a pin 23 made of a material with a high Thermal conductivity - this should be at least three times as high as that Thermal conductivity of the blade material - in the material accumulation 141 introduced, which serves as an additional heat sink.
  • Thermally conductive pin two to twenty pin diameter in the blade interior and has the best possible contact with the blade material.
  • the latter can be achieved by using the pins when casting the bucket be poured. They must have a certain length in the Bucket material can be embedded, but without penetrating it, because they otherwise a harmful thermal bridge between the hot gas side 11 and the cold gas side 12 of the blade. It will turn out to be cheap prove if the pins are embedded at a depth in the blade material, which corresponds to between 30% and 80% of the total material thickness, whereby the cheapest measure in individual cases through a numerical simulation of the Heat flows will have to be determined.
  • the pins are arranged that their longitudinal axes are more or less parallel to the exhaust openings run. Furthermore, it is advantageous if a along the trailing edge of the blade Number of heat conducting pins and blow-out openings approximately in one flight are arranged. This proves to be particularly advantageous with regard to to ensure a good flow of coolant around the pins, which is a necessary condition for the function of the heat conducting pins as heat sinks represents.
  • the trailing edge blow-out openings induce 22 forced convection in the narrow cooling gap, and the heat-conducting pins are arranged by the Blow-out streams 7 flow around and cooled.
  • the close one shows up here Interdependence of the rear edge blow-out and the heat conducting pins.
  • FIG. 3 shows a further preferred embodiment Two blow-out openings arranged two heat-conducting pins. This will the coolant consumption compared to the geometry shown in Figure 1 reduced again.
  • flow control devices 25 are also in Blade interior introduced that the blow-out air flow 7 on the Guide thermal pins. Such measures can of course also be used for one Figure 1 corresponding configuration may be useful.
  • the pipe of the coolant to the rear edge can also by appropriate turbulators in the main cooling duct respectively.
  • the invention is advantageous to ensure that the distance between two Heat sinks should not be larger than eight hydraulic diameters a rear edge blow-out opening.
  • the preferred cross-sectional area of the pins called between one and ten Cross-sectional areas of a blow-out opening.
  • the shape of the heat conducting pins can be varied within wide limits. So is for example, a round cross-section is not mandatory. Is appropriate however, in all circumstances, it extends along a longitudinal axis to be chosen significantly larger than the extension in the other directions.
  • the Shape of the thermal pins is primarily due to the manufacturing method be determined, and a cylindrical pin is cut off by a Wire particularly easy to obtain. However, through the targeted Design, for example, of the part of the protruding into the coolant The flow around the pin as well as the heat exchange surface to be changed. Two examples of possible geometries are in Figures 4 and 5 shown. The design shown in Figure 4 holds the conical shape Flow cross-section between the pin 23 and the cooling side Component walls 12 largely constant. Consoles 231 enlarge the Heat exchange surface between the base material 141 and the Thermal pin 23, and improve the fixation of the pin in the base material. The corrugated design from FIG. 5 also increases the Heat exchange surface, both on the material and coolant side.

Abstract

The blade has pins (23) of high thermal conductivity along the trailing edge (14), alternating with blow-out apertures (22) in the trailing edge material (141). The pins project into the trailing edge cooling channel (12), conducting heat from the trailing edge material to improve the cooling of the trailing edge without increasing the number of blow-out apertures.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a coolable turbomachine blade according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Die effiziente Kühlung der thermisch hochbelasteten Bauteile einer Gasturbine ist eine unabdingbare Bedingung für den Betrieb der modernen Maschinen. Entsprechend haben sich die Kühlmethoden rasant weiterentwickelt.The efficient cooling of the thermally highly stressed components of a gas turbine is an indispensable condition for the operation of modern machines. Accordingly, the cooling methods have developed rapidly.

Die einfachste Form der Kühlung ist die Konvektionskühlung, bei der ein Kühlmedium eine Oberfläche eines Bauteils überströmt, und diesem Wärme entzieht, während eine andere Oberfläche mit einem Wärmeeintrag beaufschlagt wird. Nachteilig bei der Konvektionskühlung ist insbesondere, dass die gesamte abzuführende Wärme durch die Bauteilwand hindurch transportiert werden muss. Die mit dem Wärmeeintrag beaufschlagte Fläche ist auf einer wesentlich höheren Temperatur als die gekühlte Fläche. Zudem werden erhebliche Temperaturgradienten über Bauteilwände und damit auch Thermospannungen hervorgerufen.The simplest form of cooling is convection cooling, in which one Coolant flows over a surface of a component, and this heat deprives while another surface with a heat input is applied. A particular disadvantage of convection cooling is that that all the heat to be dissipated through the component wall must be transported. The area exposed to the heat input is at a much higher temperature than the cooled surface. moreover become significant temperature gradients over component walls and thus Thermal stresses caused.

Lange Zeit wurde daher die aus US 3,527,543 bekannte Filmkühlung bevorzugt, bei der ein Kühlmittel - bevorzugt Luft, die aus dem Verdichter entnommen wird, oder Dampf - durch die Bauteilwand hindurch von einer Kaltgasseite zu der mit Heissgas beaufschlagten Heissgasseite strömt. Dabei nimmt das Kühlmittel einerseits Wärme aus dem Material auf, während es durch die Ausblaseöffnungen strömt. Zum anderen legt sich ein Film relativ kühlen Mediums über die Heissgasseite des Bauteils, und schützt diese vor dem unmittelbaren Kontakt mit dem heissen Medium. Verlegt man sich bei modernen Gasturbinen vollständig auf Filmkühlung, steigt der Kühlmittelverbrauch allerdings über die Masse an. EP 750 957 gibt eine aus mehreren voneinander beanstandeten Materialschichten bestehende Bauteilwand an, welche Kühlluftöffnungen aufweist. Die einzelnen Materialschichten sind durch thermisch leitende Stifte miteinander verbunden.The film cooling known from US 3,527,543 was therefore used for a long time preferred in which a coolant - preferably air coming from the compressor is removed, or steam - through the component wall from one Cold gas side flows to the hot gas side to which hot gas is applied. there On the one hand, the coolant absorbs heat from the material while it is flows through the blow-out openings. On the other hand, a film lays down relatively cool medium over the hot gas side of the component, and protects it direct contact with the hot medium. You misplace yourself with modern gas turbines completely on film cooling, the rises Coolant consumption, however, by mass. EP 750 957 issues one several material layers objected to by one another Component wall, which has cooling air openings. The single ones Material layers are connected to each other by thermally conductive pins.

Die Entwicklung ist daher verstärkt in die Richtung gegangen, das Kühlmittel vor der Ausblasung zu einer effizienten Konvektionskühlung einzusetzen. Bei der Prallkühlung, die beispielsweise aus der DE 44 30 302 hervorgeht, trifft das Kühlmittel mit möglichst hoher Geschwindigkeit auf das zu kühlende Bauteil, wodurch der konvektive Wärmeübergang vom Bauteil zum Kühlmittel intensiviert wird. Die gute Kühlwirkung wird allerdings mit vergleichsweise hohen kühlungsseitigen Druckverlusten erkauft.The development is therefore increasingly in the direction of the coolant to be used for efficient convection cooling before blowing out. at the impingement cooling, which emerges, for example, from DE 44 30 302, does this Coolant at the highest possible speed on the component to be cooled, whereby the convective heat transfer from the component to the coolant is intensified. The good cooling effect is however comparatively bought high pressure losses on the cooling side.

Weiterhin ist die Prallkühlung nicht überall ohne weiteres einsetzbar. Probleme ergeben sich besonders im Bereich der Schaufelhinterkanten aufgrund der geometrischen Ausgestaltung. Andererseits ist gerade dort eine gute Kühlung des Materials notwendig, da die dem Heissgas ausgesetzte Oberfläche im Vergleich zur Materialstärke gross und die Oberfläche der Kaltgasseite hingegen verhältnismässig klein ist. Weiterhin zeigt sich in der Praxis, dass es tatsächlich sehr problematisch ist, in einer geschlossenen Struktur derart enge Spalte wie sie kühlungsseitig im Bereich der Hinterkante vorliegen, zu durchströmen. In diesem Bereich stossen die Innenwände des hohlen Bauteils unter einem spitzen Winkel aneinander, und die Strömungsgrenzschichten auf der Kühlseite wachsen zusammen. Die Strömungsgeschwindigkeit in dem engen Spalt wird sehr klein, und die Kühlmittelströmung wird in andere Teile des Bauteilinnenraums verdrängt. Der Verbesserung der konvektiven Kühlwirkung, sind also aufgrund der Verdrängungswirkung der Strömungsgrenzschichten enge Grenzen gesteckt.Furthermore, the impingement cooling cannot be used everywhere without further ado. issues arise especially in the area of the blade trailing edges due to the geometric design. On the other hand, there is good cooling there of the material necessary because the surface exposed to the hot gas in the Large compared to the material thickness and the surface of the cold gas side however, is relatively small. Practice also shows that it is actually very problematic in such a closed structure Gaps as they exist on the cooling side in the area of the rear edge flow through. The inner walls of the hollow component abut in this area at an acute angle to each other, and the flow boundary layers on the cooling side grow together. The flow velocity in the Narrow gap becomes very small, and the coolant flow becomes different displaced the interior of the component. Improving the convective Cooling effect, are therefore due to the displacement effect Flow boundary layers set narrow limits.

Die gängigste und sicherste Art der Kühlung von Schaufelhinterkanten zumindest luftgekühlter Gasturbinen, ist bis heute die Hinterkantenausblasung, die sich sehr stark an die Filmkühlung anlehnt, und oft etwas ungenau auch unter diesem Sammelbegriff mit eingeschlossen wird. Kühlmittel strömt hierbei durch eine Anzahl von Öffnungen in der Hinterkante aus, und nimmt dabei Wärme aus dem Material der Schaufel auf. Aufgrund des Einbringens der Ausblaseöffnungen in die Hinterkante wird eine Konvektion durch den engen Kühlungsspalt erzwungen, dergestalt, dass oben zitierte Verdrängungsphänomene nicht auftreten. Andererseits sollte der Mittenabstand zweier Kühlungsöffnungen an der Hinterkante klein sein, und acht hydraulische Durchmesser der Öffnungen möglichst nicht übersteigen. Mittels dieser Auslegungsrichtlinie wird dafür Sorge getragen, dass beim Einsatz üblicher Schaufelmaterialien die Temperaturvariation entlang der Schaufelhinterkante in einem vertretbaren Rahmen bleibt, und lokale Überhitzungserscheinungen vermieden werden. In der Summe aller Ausblaseöffnungen gibt eine Hinterkantenausblasung somit einen grossen Strömungsquerschnitt frei, und trägt einen erheblichen Anteil zum Verbrauch an Kühlmittel bei, den es im Interesse einer Wirkungsgradsteigerung zu minimieren gilt.The most common and safest way of cooling blade trailing edges at least air-cooled gas turbines, is still the rear edge blowout, which is very much based on film cooling, and often a little inaccurate too is included under this collective term. Coolant flows here through a number of openings in the trailing edge, taking Heat from the material of the blade. Due to the introduction of the Blow out openings in the trailing edge will cause convection through the narrow Forced cooling gap, such that cited above Displacement phenomena do not occur. On the other hand, the Center distance between two cooling openings on the rear edge to be small, and If possible, do not exceed eight hydraulic diameters of the openings. This interpretation guideline ensures that the Use of conventional blade materials to measure the temperature variation along the Blade trailing edge remains within reasonable limits, and local Overheating can be avoided. In the sum of all Blow-out openings give a rear edge blow-out a large one Flow cross-section free, and contributes a significant proportion to consumption of coolant, which is there in the interest of increasing efficiency minimize applies.

Somit ergibt sich die Situation, dass aufgrund spezieller fluidmechanischer Bedingungen im Inneren einer Turbinenschaufel der Einsatz konvektiver Kühlmethoden zur Hinterkantenkühlung eingeschränkt ist. Die Hinterkantenausblasung hingegen hat über den Kühlmittelverbrauch negative Auswirkungen auf die Effizienz des Gasturbinen-Kreisprozesses.This results in the situation that due to special fluid mechanical Conditions inside a turbine blade use convective Cooling methods for rear edge cooling is restricted. The Rear edge blow-out, on the other hand, has negative effects on coolant consumption Effects on the efficiency of the gas turbine cycle.

In der DE 196 54 115 wird daher vorgeschlagen, bei der Kühlung von Schaufelhinterkanten auf die Hinterkantenausblasung zu verzichten, und statt dessen thermisch hochleitende Stifte in das Hinterkantenmaterial einzubringen, welche Stifte in das von Kühlmittel durchströmte Schaufelinnere hineinragen. Damit soll Wärme aus dem Hinterkantenmaterial heraus transportiert und an die Kühlluftströmung abgegeben werden. Die Stifte wirken in diesem Fall, wenn sie hinreichend gut von dem Kühlmittel gekühlt werden, als Wärmesenken in dem Basismaterial der Schaufel. Jedoch stellt sich hier ebenfalls das bereits diskutierte Problem, dass im Bereich der Hinterkante an den spitzwinklig zulaufenden Innenwänden die Strömungsgrenzschichten zusammenwachsen, und die Kühlströmung in andere Bereiche des Schaufelinnenraums verdrängt wird. Die Stifte erhöhen die Versperrung des Kühlkanals nochmals, und werden letztlich nicht im gewünschten Masse von der Kühlluft umströmt, dergestalt, dass der Wärmeübergang von den Stiften zum Kühlmedium eingeschränkt wird und eine suboptimale Wärmesenkenwirkung der Stifte resultiert.DE 196 54 115 therefore proposes the cooling of Bucket trailing edges to dispense with the trailing edge blow-out, and instead insert its thermally highly conductive pins into the trailing edge material, which pins protrude into the interior of the blade through which coolant flows. This is intended to transport heat to and from the trailing edge material the cooling air flow are released. The pins work in this case if they are cooled sufficiently well by the coolant as heat sinks in the base material of the shovel. However, this is already the case here discussed problem that in the area of the trailing edge at the acute angle tapering inner walls, the flow boundary layers grow together, and displaces the cooling flow into other areas of the blade interior becomes. The pins increase the blockage of the cooling channel again, and will ultimately, the cooling air does not flow around in the desired amount, that the heat transfer from the pins to the cooling medium is restricted and a sub-optimal heat sink effect of the pins results.

GB 2 117 455 gibt ein kühlbares Bauteil an, bei dem auf der Kaltgasseite einer Turbinenschaufel im Bereich der Schaufelvorderkante thermisch hochleitende Stifte in einen Kühlkanal hineinragen. Am gleichen Kühlkanal sind Ausblaseöffnungen angeordnet, über welche Kühlfluid zur Schaufelaussenseite auszuströmen vermag. Dabei sind die Stifte entlang einer ersten in Richtung der Schaufelhöhe verlaufenden Linie angeordnet, und die Ausblaseöffnungen sind entlang einer zweiten, von der ersten verschiedenen, in Richtung der Schaufelhöhe verlaufenden Linie angeordnet. Daraus resultiert, dass bestimmte Bereiche des Bauteils rein durch die Wärmeabfuhr über die Stifte und andere Bereiche rein über die Wärmeaufnahme des durchströmenden Kühlmittels gekühlt werden.GB 2 117 455 specifies a coolable component in which one on the cold gas side Turbine blade in the area of the blade leading edge thermally highly conductive Protrude pins into a cooling channel. Are on the same cooling channel Blow-out openings arranged, through which cooling fluid to the blade outside can flow out. The pins are along a first in the direction the blade height line, and the blow-out openings are along a second, different from the first, towards the Bucket height extending line arranged. As a result, certain areas of the component purely through the heat dissipation via the pins and other areas purely on the heat absorption of the flowing Coolant to be cooled.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbomaschinenschaufel der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbomaschinenschaufel der eingangs genannten Art so anzugeben, dass eine verbesserte Kühlwirkung an der thermisch besonders belasteten Schaufelhinterkante erzielt wird.The object of the present invention is to provide a turbomachine blade Specify the type mentioned above, which the disadvantages of the prior art Technology avoids. In particular, it is an object of the present Invention, a turbomachine blade of the type mentioned above indicate that an improved cooling effect on the thermally particularly loaded blade trailing edge is achieved.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.According to the invention this is due to the totality of the features of the Claim 1 reached.

Kern der Erfindung ist also, dass die Turbomaschinenschaufel thermisch hochleitende Stifte und Ausblaseöffnungen aufweist, durch welche im Betrieb mindestens ein Teil besagten zweiten Mediums von der Kaltgasseite zur Heissgasseite strömt, dergestalt, dass sowohl die Stifte als auch die Ausblaseöffnungen als Wärmesenken wirken, und dass auf der Kaltgasseite jeweils mindestens ein Stift und mindestens eine Öffnung abwechselnd entlang der Schaufelhinterkante angeordnet sind. Bei einem entsprechenden Druckgefälle zwischen den beiden Strömungsmedien resultiert aus der zusätzlichen Einbringung von Ausblaseöffnungen auch in einem engen Spalt eine erzwungene Konvektionsströmung, die Kühlmittel um die Stifte herumführt. Damit wird ein Teil der Wärme anstatt über das durch die Ausblaseöffnungen hindurchströmende Kühlmittel durch die thermisch hochleitenden Stifte aus dem Material herausgeführt, um somit der Kühlmittelverbrauch eingeschränkt. Die Einschränkung des Kühlmittelverbrauchs hat gerade dann eine sehr positive Wirkung auf den Wirkungsgrad, wenn Verdichterluft zu Kühlzwecken verwendet wird. Die Wirkung kann noch verbessert werden, wenn auf der Kaltgasseite angeordnete Leiteinrichtungen das zu den Ausblaseöffnungen strömende Kühlmittel über die Wärmeleitstifte lenken.The essence of the invention is that the turbomachine blade is thermal has highly conductive pins and blow-out openings, through which in operation at least a part of said second medium from the cold gas side to The hot gas side flows in such a way that both the pins and the Blow out openings act as heat sinks, and that on the cold gas side alternately along at least one pin and at least one opening the blade trailing edge are arranged. With a corresponding Pressure drop between the two flow media results from the additional insertion of blow-out openings even in a narrow gap a forced convection flow, the coolant around the pins round lead. This is part of the heat rather than the heat generated by the Blow-out coolant flowing through the thermal highly conductive pins led out of the material, thus the Coolant consumption restricted. The limitation of Coolant consumption has a very positive effect on the Efficiency when compressor air is used for cooling purposes. The Effect can be improved if arranged on the cold gas side Guides the coolant flowing to the blow-out openings over the Steer heat conducting pins.

Beim Einsatz der erfindungsgemässen Kühlkonfiguration werden also weniger Öffnungen benötigt, als bei der reinen Kühlung durch Ausblasung, wodurch der Verbrauch an Kühlmittel gesenkt wird. Da andererseits die Wärmeleitstifte dem Material Wärme entziehen, die Wärmesenkenverteilung im Bauteil also konstant gehalten wird, wird die Temperaturverteilung im Bauteil nicht ungleichmässiger.When using the cooling configuration according to the invention, fewer are used Openings are required than in the case of pure cooling by means of blow-out, which means that Coolant consumption is reduced. On the other hand, since the thermal pins Extract heat from the material, i.e. the heat sink distribution in the component is kept constant, the temperature distribution in the component is not uneven.

Für einen minimierten Kühlmittelverbrauch wird sich die abwechselnde Anordnung von je zwei Stiften und einer Ausblaseöffnung geeignet erweisen, wobei die Öffnung zweckmässig mittig zwischen zwei Stiften angeordnet ist. Zur Erzielung einer möglichst homogenen Temperaturverteilung wird hingegen die abwechselnde Anordnung von je einem Stift und einer Öffnung zweckmässig sein. Eine äquidistante Anordnung von Stiften und Öffnungen wird dabei in den allermeisten Fällen ebenfalls dazu beitragen, die Temperaturdifferenzen innerhalb der Schaufelhinterkante bei einem vorgegebenen Gesamtausblasequerschnitt zu minimieren. Es wird im Sinne einer gleichmässigen Temperaturverteilung in der Schaufelhinterkante sein, wenn der Abstand zwischen zwei Wärmesenken nicht mehr als acht hydraulische Durchmesser einer Ausblaseöffnung beträgt. Im gleichen Zusammenhang sollten die Stifte mit ihren Längsachsen mehr oder weniger parallel zu den Ausblaseöffnungen angeordnet sein, damit der Wärmefluss stets in die gleiche Richtung verläuft.For a minimized coolant consumption, the alternating Arrangement of two pins and one blow-out opening are suitable, the opening is expediently arranged centrally between two pins. In order to achieve a temperature distribution that is as homogeneous as possible the alternating arrangement of a pin and an opening be appropriate. An equidistant arrangement of pins and openings will also help in the vast majority of cases Temperature differences within the trailing edge of a blade to minimize the predetermined total blow-out cross-section. It will be in mind a uniform temperature distribution in the trailing edge of the blade, if the distance between two heat sinks is not more than eight hydraulic diameter of a blow-out opening. In the same The pins should be more or less connected with their longitudinal axes be arranged parallel to the blow-out openings so that the heat flow always runs in the same direction.

Um den angestrebten Effekt zu erzielen, muss die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem die Stifte bestehen, möglichst hoch sein, und soll wenigstens den dreifachen Wert des Basismaterials aufweisen. Auch der Schmelzpunkt des Werkstoffs muss selbstverständlich hinreichend hoch sein. Werkstoffe, die für die Herstellung der Wärmeleitstifte in Frage kommen, sind beispielsweise Wolfram, Silber, oder ganz besonders Diamant. Die Stifte müssen einen möglichst guten Wärmeübergang zum Basismaterial haben, was sich dadurch realisieren lässt, dass sie in den Bauteilen mit eingegossen werden. Dabei sollten sie aber keinesfalls die komplette Materialstärke des Bauteils von der Kaltgasseite bis zur Heissgasseite durchdringen, um keine nachteilige Wärmebrücke entstehen zu lassen. Mit Vorteil werden die Stifte so tief in das Basismaterial eingebracht, wie es 30% bis 80% der Materialstärke entspricht. Dies gewährleistet einerseits eine grosse Wärmeaustauschfläche, andererseits wird die Bildung thermischer Brücken vermieden. Weiterhin müssen die Wärmeleitstifte selbstverständlich um ein gewisses axiales Mass in das Kühlmittel hineinragen.To achieve the desired effect, the thermal conductivity of the Material from which the pins are made should be as high as possible, and should be have at least three times the value of the base material. Also the The melting point of the material must of course be sufficiently high. Materials that are suitable for the production of the thermal pins for example tungsten, silver, or very particularly diamond. The pencils must have the best possible heat transfer to the base material, what can be realized by being cast in the components become. But you should not under any circumstances the complete material thickness of the Penetrate the component from the cold gas side to the hot gas side to avoid any to create disadvantageous thermal bridges. The pens are so advantageous deep into the base material as it is 30% to 80% of the material thickness equivalent. On the one hand, this ensures a large heat exchange surface, on the other hand, the formation of thermal bridges is avoided. Farther of course, the thermal pins must have a certain axial dimension in protrude the coolant.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Im einzelnen zeigen

  • Figur 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Kühlung der Hinterkante einer Gasturbinenschaufel;
  • Figur 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Gasturbinenschaufel;
  • Figur 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Kühlung der Hinterkante einer Gasturbinenschaufel; und
  • Figur 4 und 5 Beispiele für mögliche Varianten der Gestaltung der Wärmeleitstifte.
  • The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. Show in detail
  • 1 shows a first preferred embodiment of the invention for cooling the rear edge of a gas turbine blade;
  • FIG. 2 shows a top view of the gas turbine blade shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a further preferred embodiment of the invention for cooling the rear edge of a gas turbine blade; and
  • Figures 4 and 5 examples of possible variants of the design of the heat-conducting pins.
  • Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich instruktiver Natur, und sollen nicht zu einer Eingrenzung des Erfindungsgegenstandes dienen. Die Erfindung ist weder durch die dargestellten speziellen Ausführungsformen noch durch die Anwendungen, in deren Zusammenhang sie nachfolgend dargestellt wird, abgegrenzt, sondern im Gegenteil werden dem Durchschnittsfachmann durch die folgenden Beispiele eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten und Ausgestaltungsformen der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung offenbart.The embodiments shown in the drawing are merely instructive in nature, and are not intended to limit the Serve subject of the invention. The invention is not by represented special embodiments still by the applications in whose connection it is shown below, but on the contrary, the average person skilled in the art by the following Examples of a variety of other applications and Embodiments of the invention characterized in the claims disclosed.

    Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

    Eine erste bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Die hohlgegossene Turbinenschaufel wird im Betrieb von einer Heissgasströmung 8 umströmt, die einen Wärmeeintrag über die Heissgasseite 11 in das Material der Schaufel hinein verursacht. Bei heutigen Gasturbinen übersteigt die Temperatur des Heissgases die bei einer gegebenen mechanischen Belastung erlaubte Materialtemperatur erheblich. Daher kann die Funktion einer solchen Turbinenschaufel nur durch eine hinreichend gute Kühlung gewährleistet werden. Aus diesem Grund wird die Schaufel von Ihrer Kaltgasseite 12 her durch das Kühlmittel 9 gekühlt. Im Schaufelinneren können unterschiedliche Einbauten vorhanden sein, wie Prallkühlbleche, oder Stege zur Führung des Kühlmittels auf der Kaltgasseite.A first preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 1. The Hollow cast turbine blade is operated by a hot gas flow 8 flows around, the heat input via the hot gas side 11 in the material the scoop caused in it. In today's gas turbines, this exceeds Hot gas temperature at a given mechanical Material temperature considerably. Therefore, the function such a turbine blade only by sufficient cooling be guaranteed. Because of this, the scoop of yours Cold gas side 12 ago cooled by the coolant 9. Can inside the bucket Different internals are available, such as baffle cooling plates or webs to guide the coolant on the cold gas side.

    Zur Nomenklatur sei angemerkt, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen zwar aus Gründen der Einfachheit auf die Begriffe "Kaltgasseite" und "Heissgasseite" zurückgegriffen wird. Es muss jedoch wohl verstanden werden, dass dies tatsächlich keine Einschränkung bedeutet, und Fälle explizit nicht ausschliesst, in denen die Bauteiloberflächen von nicht gasförmigen Medien überströmt werden. Es geht vielmehr darum, einfache, prägnante und dem Fachmann geläufige Begriffe zu verwenden, aus denen er versteht, dass eine Oberfläche mit einem ersten Medium in Kontakt steht, eine zweite Oberfläche mit einem anderen Medium in Kontakt steht, welche Medien sich auf unterschiedlichen Temperaturen befinden, und wobei der Fachmann sofort den Schluss zieht, wo sich das relativ wärmere respektive kältere Medium befindet. Ebensowenig schliesst die Bezeichnung "Heissgasströmung" eine Strömung eines nicht gasförmigen Mediums hoher Temperatur explizit aus. Des weiteren entnimmt der Fachmann dem Zusammenhang ohne weiteres die Bedeutung der relativen Begriffe "heiss" und "kalt".Regarding the nomenclature, it should be noted that in the present description and the claims for the sake of simplicity to the terms "Cold gas side" and "Hot gas side" is used. However, it must be be understood that this is in fact not a limitation, and Explicitly does not rule out cases in which the component surfaces do not gaseous media are flooded. It's more about simple, to use concise and familiar terms from which he understands that a surface is in contact with a first medium, one second surface is in contact with another medium, which media are at different temperatures, and the expert immediately draws the conclusion where the relatively warmer or colder Medium is located. Nor does the term "hot gas flow" a flow of a non-gaseous medium of high temperature explicitly out. Furthermore, the person skilled in the art takes the context without further the meaning of the relative terms "hot" and "cold".

    Auf der Oberfläche der Schaufel sind Reihen von Ausblaseöffnungen 21 auf wesentlich normal zur Strömungsrichtung des Heissgases verlaufenden Linien zu erkennen. Kühlmittel, das durch diese Öffnungen hindurchströmt, nimmt einerseits Wärme aus dem Material auf; andererseits legt sich die kühlere Ausblaseströmung bei zweckmässiger Anordnung und Gestaltung der Ausblaseöffnungen 21 als isolierende Schicht über die Heissgasseite 11 der Schaufel, und isoliert diese teilweise gegen die Heissgasströmung 8.Rows of blow-out openings 21 are on the surface of the blade lines running substantially normal to the direction of flow of the hot gas to recognize. Coolant that flows through these openings takes on the one hand heat from the material; on the other hand, the cooler goes down Blow-out flow with appropriate arrangement and design of the Blow-out openings 21 as an insulating layer on the hot gas side 11 of the Blade, and partially isolates it from the hot gas flow 8.

    Form und Grösse der Ausblaseöffnungen 21, wie auch deren Abstand voneinander, sind nicht erfindungswesentlich, und die gewählte Darstellung darf keinesfalls in einem einschränkenden Sinne verstanden werden.Shape and size of the blow-out openings 21, as well as their distance from each other, are not essential to the invention, and the chosen representation should never be understood in a restrictive sense.

    Die in Figur 2 dargestellte Draufsicht auf die Schaufel zeigt besonders gut eine Materialanhäufung 141 im Bereich der Hinterkante 14, sowie den hinterkantennah sich stark verengenden Innenraum 121. Diese Materialanhäufung ist stark überhitzungsgefährdet. Einerseits ist die Schaufel in diesem Bereich sehr dünn. Die Oberfläche auf der Heissgasseite 11 ist im Hinterkantenbereich wesentlich grösser als die Oberfläche auf der Kaltgasseite 12. Zudem ist eine solche Materialanhäufung mit potentiell sich ausbildenden grossen lokalen Temperaturdifferenzen extrem stark durch Wärmespannungsrisse gefährdet. Aufgrund der speziellen geometrischen Randbedingungen im Hinterkantenbereich muss die Wärme förmlich aus der Materialanhäufung heraustransportiert werden. Hierzu dient einerseits eine entlang der Hinterkante angeordnete Reihe von Ausblaseöffnungen 22. Eine durch diese hindurchströmende Kühlmittelmenge 7 nimmt Wärme aus der Materialanhäufung 141 auf und transportiert diese nach aussen ab. So gesehen, handelt es sich bei den Ausblaseöffnungen 22 um Wärmesenken. Um die Temperaturdifferenzen entlang der Hinterkante nicht zu stark anwachsen zu lassen und lokale Überhitzungen zu vermeiden, darf der Abstand zwischen den Wärmesenken ein gewisses Höchstmass nicht überschreiten. Als Faustregel für ein Designkriterium wird angegeben, dass der Abstand zwischen zwei Ausblaseöffnungen 22 acht hydraulische Durchmesser einer Ausblaseöffnung nicht überschreiten sollte. Dies resultiert zunächst in einer grossen Anzahl von Ausblaseöffnungen und damit in einem grossen Ausblasemassenstrom an der Schaufelhinterkante. The top view of the blade shown in FIG. 2 shows one particularly well Material accumulation 141 in the area of the rear edge 14, and the Interior 121 which narrows sharply near the rear edges Material accumulation is very likely to overheat. On the one hand is the shovel very thin in this area. The surface on the hot gas side 11 is in Trailing edge area much larger than the surface on the cold gas side 12. In addition, such accumulation of material is potentially developing large local temperature differences extremely strong Thermal stress cracks at risk. Because of the special geometric Boundary conditions in the rear edge area must literally remove the heat from the Material accumulation can be transported out. On the one hand, a row of blow-out openings 22 along the rear edge through this flowing coolant 7 takes heat from the Material accumulation 141 and transports it to the outside. So seen, the blow-out openings 22 are heat sinks. Not too much for the temperature differences along the rear edge to allow it to grow and to avoid local overheating A certain maximum distance between the heat sinks exceed. As a rule of thumb for a design criterion, it is stated that the Distance between two blow-out openings 22 eight hydraulic diameters a blow-out opening should not exceed. This initially results in a large number of blow-out openings and thus in a large one Blow-out mass flow at the trailing edge of the blade.

    Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäss zwischen jeweils zwei Ausblaseöffnungen 22 an der Hinterkante wenigstens - in diesem ersten Beispiel genau - ein Stift 23 aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit - diese sollte mindestens dreimal so hoch sein wie die Wärmeleitfähigkeit des Schaufelmaterials - in die Materialanhäufung 141 eingebracht, der als zusätzliche Wärmesenke dient. Vorzugsweise ragt jeder Wärmeleitstift zwei bis zwanzig Stiftdurchmesser in den Schaufelinnenraum hinein, und hat einen möglichst guten Kontakt zu dem Schaufelmaterial. Letzteres kann realisiert werden, indem die Stifte beim Guss der Schaufel mit eingegossen werden. Dabei müssen sie auf einer gewissen Länge im Schaufelmaterial eingebettet sein, ohne dieses jedoch zu durchdringen, da sie ansonsten eine schädliche thermische Brücke zwischen der Heissgasseite 11 und der Kaltgasseite 12 der Schaufel herstellen. Es wird sich als günstig erweisen, wenn die Stifte auf einer Tiefe im Schaufelmaterial eingebettet sind, die zwischen 30% und 80% der gesamten Materialstärke entspricht, wobei das günstigste Mass im Einzelfall durch eine numerische Simulation der Wärmeflüsse zu bestimmen sein wird.To avoid this, according to the invention between two Blow-out openings 22 at least on the rear edge - in this first Exact example - a pin 23 made of a material with a high Thermal conductivity - this should be at least three times as high as that Thermal conductivity of the blade material - in the material accumulation 141 introduced, which serves as an additional heat sink. Preferably everyone sticks out Thermally conductive pin two to twenty pin diameter in the blade interior and has the best possible contact with the blade material. The latter can be achieved by using the pins when casting the bucket be poured. They must have a certain length in the Bucket material can be embedded, but without penetrating it, because they otherwise a harmful thermal bridge between the hot gas side 11 and the cold gas side 12 of the blade. It will turn out to be cheap prove if the pins are embedded at a depth in the blade material, which corresponds to between 30% and 80% of the total material thickness, whereby the cheapest measure in individual cases through a numerical simulation of the Heat flows will have to be determined.

    Im Sinne einer günstigen Temperaturverteilung sind die Stifte so angeordnet, dass ihre Längsachsen mehr oder weniger parallel zu den Ausblaseöffnungen verlaufen. Weiterhin ist es günstig, wenn entlang der Schaufelhinterkante eine Anzahl von Wärmeleitstiften und Ausblaseöffnungen annähernd in einer Flucht angeordnet sind. Dies erweist sich insbesondere im Hinblick darauf als günstig, eine gute Umströmung der Stifte durch Kühlmittel zu gewährleisten, was ja eine notwendige Bedingung für die Funktion der Wärmeleitstifte als Wärmesenken darstellt.In the sense of a favorable temperature distribution, the pins are arranged that their longitudinal axes are more or less parallel to the exhaust openings run. Furthermore, it is advantageous if a along the trailing edge of the blade Number of heat conducting pins and blow-out openings approximately in one flight are arranged. This proves to be particularly advantageous with regard to to ensure a good flow of coolant around the pins, which is a necessary condition for the function of the heat conducting pins as heat sinks represents.

    Hier ist es tatsächlich so, dass die Kühlluftströmung 9 auf der Kaltgasseite der 12 Schaufelwände Grenzschichten aufbaut, und dass die Grenzschichten, die an gegenüberliegenden Wänden aufgebaut werden, in dem schmalen Kanal im Hinterkantenbereich zusammenlaufen, und die Kühlmittelströmung 9 aus diesem Bereich des Schaufelinnenraums 121 verdrängen. Die Verdrängungswirkung wird durch die Stifte noch verstärkt. Bei einer Anordnung, wie sie die DE 194 54 115 vorschlägt, ist aus diesem Grunde der konvektive Wärmeübergang zwischen den Wärmeleitstiften und dem Kühlmittel eher gering, wodurch die Wärmeleitstifte ihre Funktion als Wärmesenken in der Schaufelhinterkante suboptimal verrichten.Here it is actually the case that the cooling air flow 9 on the cold gas side of the 12 bucket walls builds boundary layers, and that the boundary layers that be built on opposite walls, in the narrow channel in the Converge trailing edge area, and the coolant flow 9 from displacing this area of the blade interior 121. The Displacement is intensified by the pins. At a The arrangement as proposed by DE 194 54 115 is for this reason convective heat transfer between the thermal pins and the coolant rather low, which makes the heat-conducting pins function as heat sinks in the Perform the rear edge of the bucket less than optimally.

    Bei der hier vorgeschlagenen Konfiguration induzieren die Hinterkanten-Ausblaseöffnungen 22 eine erzwungene Konvektion in dem engen Kühlspalt, und die Wärmeleitstifte werden bei geeigneter Anordnung von den Ausblaseströmen 7 umströmt und gekühlt. Es zeigt sich hier die enge Interdependenz der Hinterkantenausblasung und der Wärmeleitstifte.In the configuration proposed here, the trailing edge blow-out openings induce 22 forced convection in the narrow cooling gap, and the heat-conducting pins are arranged by the Blow-out streams 7 flow around and cooled. The close one shows up here Interdependence of the rear edge blow-out and the heat conducting pins.

    Eine weiter bevorzugte Ausführungsform zeigt Figur 3. Dabei sind zwischen jeweils zwei Ausblaseöffnungen zwei Wärmeleitstifte angeordnet. Dadurch wird der Kühlmittelverbrauch gegenüber der in Figur 1 dargestellten Geometrie nochmals verringert. In Figur 3 sind weiterhin Strömungsleiteinrichtungen 25 im Schaufelinneren eingebracht, die den Ausblaseluftstrom 7 über die Wärmeleitstifte führen. Derartige Massnahmen können natürlich auch bei einer Figur 1 entsprechenden Konfiguration sinnvoll sein. Die Leitung des Kühlmittels zur Hinterkante kann auch durch entsprechende Turbulatoren im Haupt-Kühlkanal erfolgen.FIG. 3 shows a further preferred embodiment Two blow-out openings arranged two heat-conducting pins. This will the coolant consumption compared to the geometry shown in Figure 1 reduced again. In Figure 3 flow control devices 25 are also in Blade interior introduced that the blow-out air flow 7 on the Guide thermal pins. Such measures can of course also be used for one Figure 1 corresponding configuration may be useful. The pipe of the coolant to the rear edge can also by appropriate turbulators in the main cooling duct respectively.

    Unabhängig von der gewählten spezifischen Konfiguration bei der Ausführung der Erfindung ist mit Vorteil darauf zu achten, dass der Abstand zwischen zwei Wärmesenken nicht grösser gewählt wird als acht hydraulische Durchmesser einer Hinterkanten-Ausblaseöffnung. In diesem Zusammenhang sei noch die bevorzugte Querschnittsfläche der Stifte genannt, die zwischen ein und zehn Querschnittsflächen einer Ausblaseöffnung liegt.Regardless of the specific configuration chosen during execution The invention is advantageous to ensure that the distance between two Heat sinks should not be larger than eight hydraulic diameters a rear edge blow-out opening. In this context, the preferred cross-sectional area of the pins called between one and ten Cross-sectional areas of a blow-out opening.

    Die Form der Wärmeleitstifte kann in weiten Grenzen variiert werden. So ist beispielsweise ein runder Querschnitt keineswegs zwingend. Zweckmässig ist es jedoch unter allen Umständen, die Erstreckung entlang einer Längsachse deutlich grösser als die Erstreckung in den anderen Richtungen zu wählen. Die Form der Wärmeleitstifte wird in erster Linie durch die Fertigungsmethode bestimmt sein, und ein zylinderförmiger Stift ist durch Abschneiden eines Drahtes besonders leicht erhältlich. Jedoch können durch die gezielte Gestaltung beispielsweise des in das Kühlmittel hineinragenden Teils des Stiftes die Umströmung des Stiftes wie auch die Wärmeaustauschfläche verändert werden. Zwei Beispiele für mögliche Geometrien sind in Figur 4 und 5 dargestellt. Die in Figur 4 gezeigte Bauform hält durch die konische Form den Durchströmquerschnitt zwischen dem Stift 23 und den kühlungsseitigen Bauteilwänden 12 weitgehend konstant. Konsolen 231 vergrössern die Wärmeaustauschfläche zwischen dem Basismaterial 141 und dem Wärmeleitstift 23, und verbessern die Fixierung des Stiftes im Basismaterial. Die gewellte Bauform aus Figur 5 vergrössert ebenfalls die Wärmeaustauschfläche, sowohl material- als auch kühlmittelseitig.The shape of the heat conducting pins can be varied within wide limits. So is for example, a round cross-section is not mandatory. Is appropriate however, in all circumstances, it extends along a longitudinal axis to be chosen significantly larger than the extension in the other directions. The Shape of the thermal pins is primarily due to the manufacturing method be determined, and a cylindrical pin is cut off by a Wire particularly easy to obtain. However, through the targeted Design, for example, of the part of the protruding into the coolant The flow around the pin as well as the heat exchange surface to be changed. Two examples of possible geometries are in Figures 4 and 5 shown. The design shown in Figure 4 holds the conical shape Flow cross-section between the pin 23 and the cooling side Component walls 12 largely constant. Consoles 231 enlarge the Heat exchange surface between the base material 141 and the Thermal pin 23, and improve the fixation of the pin in the base material. The corrugated design from FIG. 5 also increases the Heat exchange surface, both on the material and coolant side.

    BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

    77
    AusblaseströmungAusblaseströmung
    88th
    HeissgasströmungHot gas flow
    99
    KühlmittelströmungCoolant flow
    1111
    HeissgasseiteHot-gas side
    1212
    KaltgasseiteCold-gas side
    1414
    Hinterkantetrailing edge
    2121
    Ausblaseöffnungenexhaust openings
    2222
    Ausblaseöffnungenexhaust openings
    2323
    Wärmeleitstiftconducting pin
    2525
    Strömungsleiteinrichtungflow guide
    121121
    SchaufelinnenraumBlade inner space
    141141
    Hinterkanten-BasismaterialBute base material

    Claims (10)

    Kühlbare Turbomachinenschaufel (1) mit einer Schaufelhinterkante 14, bestehend aus einem Basismaterial, welche Turbomaschinenschaufel im Betrieb auf einer Heissgasseite (11) mit einem ersten strömenden Medium (8) und auf einer Kaltgasseite (12) mit einem zweiten strömenden Medium (9) in Kontakt ist, wobei die Temperatur des ersten Mediums höher ist als die des zweiten Mediums, dergestalt, dass die Turbomaschinenschaufel von dem ersten Medium erwärmt und von dem zweiten Medium gekühlt wird, und wobei das Basismaterial der Turbomaschinenschaufel eine Mehrzahl von Stiften (23) umschliesst, welche Stifte aus der Kaltgasseite (12) heraus in die Strömung des zweiten Mediums hineinragen, und welche Stifte aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit grösser ist als diejenige des zur Herstellung der Turbomaschinenschaufel verwendeten Basismaterials, dergestalt, dass die Stifte im Betrieb als Wärmesenken in dem Basismaterial wirken, und wobei eine Mehrzahl von Ausblaseöffnungen (22) angeordnet sind, welche eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Medium und dem ersten Medium herstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (23) und die Öffnungen (22) entlang dem Verlauf der Hinterkante angeordnet sind.Coolable turbine blade (1) with a blade rear edge 14, consisting of a base material, the turbine blade in operation on a hot gas side (11) with a first flowing medium (8) and on a cold gas side (12) in contact with a second flowing medium (9) the temperature of the first medium being higher than that of the second medium such that the turbomachine blade is heated by the first medium and cooled by the second medium, and wherein the base material of the turbomachine blade includes a plurality of pins (23) which Pins protrude from the cold gas side (12) into the flow of the second medium, and which pins consist of a material whose thermal conductivity is greater than that of the base material used to manufacture the turbomachine blade, such that the pins operate as heat sinks in the base material act, and wherein a plurality of blow-out openings are arranged (22), which establish a fluid connection between the second medium and the first medium, characterized in that the pins (23) and the openings (22) are arranged along the course of the rear edge. Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Öffnungen (22) wenigstens ein Stift angeordnet ist.Coolable turbomachine blade according to claim 1, characterized in that at least one pin is arranged between two openings (22). Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Stifte (23) und Öffnungen (22) abwechselnd angeordnet sind. Coolable turbomachine blade according to claim 2, characterized in that pins (23) and openings (22) are arranged alternately. Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit wenigstens den dreifachen Wert der Wärmeleitfähigkeit des Basismaterials aufweist.Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the pins consist of a material whose thermal conductivity is at least three times the thermal conductivity of the base material. Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei Wärmesenken (22, 23) kleiner als das Achtfache des hydraulischen Durchmessers einer Ausblaseöffnung (22) ist.Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between two heat sinks (22, 23) is less than eight times the hydraulic diameter of a blow-out opening (22). Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen (22) und Stifte (23) annähernd identische Abstände voneinander haben.Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that openings (22) and pins (23) have approximately identical distances from one another. Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte zwischen 30% und 80% einer lokalen Materialstärke, in der Längsrichtung der Stifte gemessen, in des Basismaterial des Bauteils hineinragen.Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the pins protrude between 30% and 80% of a local material thickness, measured in the longitudinal direction of the pins, into the base material of the component. Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte wenigstens doppelt so weit in das zweite Medium hineinragen, wie es dem Mass entspricht, das sich aus der Wurzel der Querschnittsfläche des Stiftes an der Durchdringung mit der Kaltgasseite ergibt.Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the pins protrude at least twice as far into the second medium as corresponds to the dimension which results from the root of the cross-sectional area of the pin at the point of penetration with the cold gas side. Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kaltgasseite Mittel (25) angeordnet sind, die das Medium (7), das durch die Ausblaseöffnungen (22) strömt, über die Stifte (23) leitet. Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that means (25) are arranged on the cold gas side, which guides the medium (7) which flows through the blow-out openings (22) via the pins (23). Kühlbare Turbomaschinenschaufel gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte in dem Bauteil eingegossen sind.Coolable turbomachine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the pins are cast in the component.
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