EP2096261A1 - Turbine blade for a stationary gas turbine - Google Patents

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EP2096261A1
EP2096261A1 EP08003728A EP08003728A EP2096261A1 EP 2096261 A1 EP2096261 A1 EP 2096261A1 EP 08003728 A EP08003728 A EP 08003728A EP 08003728 A EP08003728 A EP 08003728A EP 2096261 A1 EP2096261 A1 EP 2096261A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
side wall
platform
rib
turbine blade
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08003728A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Michael Dr. Dankert
Günther Dr. Walz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2009/051909 priority patent/WO2009106462A1/en
Priority to ES09713896T priority patent/ES2374520T3/en
Priority to EP09713896A priority patent/EP2245273B1/en
Priority to JP2010548075A priority patent/JP4971507B2/en
Priority to CN200980106674.7A priority patent/CN101960096B/en
Priority to US12/919,265 priority patent/US8602741B2/en
Priority to PL09713896T priority patent/PL2245273T3/en
Priority to AT09713896T priority patent/ATE531899T1/en
Publication of EP2096261A1 publication Critical patent/EP2096261A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • 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
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F01D5/143—Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade for a stationary gas turbine, comprising at least one platform region, which comprises a platform with a platform surface on which a profiled in cross section airfoil is arranged with a pressure side wall and a suction side wall, wherein the hot gas exposable surfaces of the pressure side wall and the suction side wall each pass over an outer rounding in the platform surface and with at least one arranged in the blade, extending into the platform area cavity, in the at least one the pressure side wall with the suction side wall connecting rib is provided, which along a longitudinal direction of the airfoil dividing dividing the cavity.
  • the aforementioned turbine blades have long been known. As a rule, they have an airfoil traversed by cavities, which cavities are separated from one another by ribs.
  • the ribs extend from the suction sidewall to the pressure sidewall and along the longitudinal direction of the airfoil, ie, from the platform to the blade tip.
  • Molded turbine blades have a transition region between the blade and the platform surface, which thickens the blade side walls, ie the suction side wall and the pressure side wall, in this area by means of a fillet-like rounding. In the transition region thus an accumulation of material is present, which also brings a jump in stiffness of the airfoil with it.
  • the blade is thus platform-stiffer than in its central region or blade tip side. Due to this jump in stiffness, larger temperature gradients can occur during operation, which cause high thermal stresses and thus limit the service life of the turbine blade.
  • At least one of the ribs arranged in the blade leaf has an opening penetrating the rib at the level of the outer rounding in the case of an input turbine blade.
  • the accumulation of material as a whole can be reduced there.
  • These simple constructive means lead to the equalization of the jump in stiffness and to the reduction of the temperature gradient in the then reduced material accumulation.
  • the effects caused by the opening on the cooling air system of the turbine blade as well as on the voltage increase around the opening are to be considered in addition.
  • the so-called creep life due to the reduced, supporting cross-section of the rib and the possibly altered natural frequencies due to the then missing mass Accordingly, it may be useful to provide an oval opening with a suitable orientation.
  • the extension of the rib can be useful up to the platform area and beyond to the foot or mounting area of the turbine blade.
  • an adaptation of a further rounding between the rib and the side wall may be expedient.
  • the proposed measures may also be combined to compensate for the changes that occur through the use of the near-wall opening to achieve an overall extended life of the turbine blade. Overall, can be reduced with the invention, the burden of material accumulation and thus increase the life.
  • the inventive measure to provide in the rib at the level of the outer rounding a rib penetrating wall-near opening is easy to implement and can also be retrofitted in operationally loaded turbine blades, provided that the accessibility of the rib is ensured by the blade root.
  • the opening in the manufacture of new parts can be achieved in a simple manner when the blade and the platform are cast in one piece and the casting core used for the production of the cavities in the casting device for the later in the rib existing near wall opening through one in the core existing hole is realized.
  • the hole can also be used to stabilize the casting core and other so-called cross-over holes, which neither near the wall nor at the level of the outer rounding in a rib, which is arranged between the suction side wall and the pressure side wall, are provided, can be omitted.
  • An opening penetrating the rib is not only close to the wall when it is arranged eccentrically between the suction side wall and the pressure side wall, but also when it touches or intersects the side wall plane spanned by the inside of the suction side wall and / or pressure side wall.
  • the opening is round or oval. These openings are particularly easy to produce, especially when the turbine blade is cast substantially in one piece. A casting core must then have only a corresponding hole at the appropriate location.
  • the life of a corresponding to the preamble of claim 1 turbine blade can also be extended by the fact that the platform-side fin end extends longer or shorter on the inside of the pressure side wall than on the inside of the suction side wall.
  • the turbine blade according to the second embodiment can have a platform surface which is part of an imaginary platform plane which extends through the cavity, wherein the platform-side end of the rib lies on the pressure side on the one hand the platform plane and on the suction side on the other hand the platform plane.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbine blade 10 for a stationary gas turbine.
  • the turbine blade 10 according to FIG. 1 is designed as a blade. However, the invention can also be applied in guide vanes of a stationary gas turbine.
  • the cast, one-piece turbine blade 10 comprises along a longitudinal direction 12 a blade root 14, to which a platform region 16 adjoins.
  • the platform region 16 essentially comprises a platform 18 with a platform surface 20.
  • the platform surface 20 is essentially planar and thus part of an imaginary platform plane 22.
  • An airfoil profiled in cross-section is arranged on the platform surface 20.
  • the airfoil 24 is formed by a pressure side wall 26 and a suction side wall 28, which extend from a common leading edge 30 to a common trailing edge 32 and thereby merge into each other at both the leading edge 30 and the trailing edge 32.
  • the surfaces of the suction side wall 28, the pressure side wall 26 and the platform surface 20 are flowed around by a hot gas of the gas turbine. Both the pressure side wall 26 and the suction side wall 28 merge into the platform 18 via a hollow groove-like circumferential rounding 34.
  • the rounding 34 or the transition region is also known as fillet.
  • Each rib 36 extends, at least within the airfoil 24, along its longitudinal direction 12. In FIG. 1 only a stub of the airfoil 24 is shown. The complete blade up to the blade tip is indicated only by a dashed line.
  • FIG. 2 shows the detail Z of the turbine blade 10 according to FIG. 1 in a perspective view, wherein for reasons of clarity insignificant elements in the direction of the leading edge 30 and trailing edge 32 are hidden.
  • FIG. 2 shows in detail the already too FIG. 1 features described: the platform surface 20, the pressure sidewall 26, the suction sidewall 28, the platform 18, the rib 36, and the fillet 34.
  • a rib 36 penetrating wall-near opening 40 is provided.
  • the near-wall opening 40 is executed in the embodiment shown around.
  • An oval opening 40 is possible.
  • the opening 40 is arranged with respect to an inner side 42 of the pressure side wall 26 such that the sidewall plane 44 spanned by it is cut by the opening 40. This results in the region of the rounding 34, a material reduction, which is shown hatched by the reference numeral 46 is shown.
  • the platform-side rib end extends on the inside 42 of the pressure side wall 26 less far than the arranged on the inside 43 of the suction side wall 28 fin end.
  • the platform surface 20 is part of an imaginary platform plane 22 which extends through the cavity.
  • the platform-side end of the rib 36 on the pressure side on the one hand ie above (blade tip side) of the platform level 22 and suction side on the other hand, ie below (blade foot side) of the platform level 22.
  • An inverted arrangement of the rib ends is also possible, in which the platform side terminates the pressure-side end of the rib below and the suction-side end of the rib above the platform plane.
  • the manner of the course of the platform-side rib end of the pressure side 26 to the suction side 28 may be formed arbitrarily.
  • the course can for example be rectilinear or, as in the FIG. 3 shown embodiment, convex / concave.
  • a further rounding which is present in the transition from rib 36 to the inner wall 42, 43 of the pressure side wall 26 and / or suction side wall 28, adapted.
  • the adjustment leads to different radii for the further rounding at different positions along the longitudinal extension 12 of the airfoil 24.
  • the radius of the further rounding can be greater at the level of the outer rounding than the radius of the further rounding at the mean height of the airfoil 24.
  • the opening 40 or recess is provided on the pressure side wall.
  • the opening 40 or the recess according to the invention can be arranged on the suction side, since higher hot gas and material temperatures occur in the corresponding regions.
  • the inside 43 of the suction side wall 28 caused recess at the level of the outer fillet 34 may extend along the inside 42, 43 also beyond the region of the rib 36 out, so that the recess is disposed on the inside also in the portion of the transition region where no rib 36, the side walls 26, 28 is supported.
  • the recess deepens each associated spanned sidewall plane of the side walls 26, 28 in a hollow throat, whereby a mass reduction can also be achieved in the portion of the outer rounding 34, in which no rib 36 is arranged.
  • This recess can also be in accordance with FIG. 3 trained turbine blade can be used.
  • stress reductions can thus be achieved, which causes cracking and possibly crack growth to occur further delayed in this section of the transition region.
  • the invention relates to a turbine blade 10 for a stationary gas turbine, which has a hollow airfoil 24 in which at least one inside the inside of the pressure side wall 26 and the suction side wall 28 supporting rib 36 is present, in order to extend the life of the turbine blade 10 in height the outer fillet 34 between the side wall 26, 28 and platform surface 20, a rib 36 penetrating wall near opening 40 is provided.
  • a rib 36 penetrating wall near opening 40 is provided.

Landscapes

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Abstract

The blade has a hollow space extended into a platform region, and arranged in a shovel blade. A rib (36) is provided in the hollow space, and connects a pressure side wall (26) with a suction side wall (28). The rib is divided along a longitudinal direction of the shovel blade in the space. An opening (40) in the vicinity of the wall is provided in the rib up to a height of an outer fillet (34), where the opening penetrates the rib. The opening partially affects or cuts a side wall plane (44), which clamps the suction side wall and/or the pressure side wall from interior sides (42, 43).

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine stationäre Gasturbine, mit zumindest einem Plattformbereich, welcher eine Plattform mit einer Plattformoberfläche umfasst, an der ein im Querschnitt profiliertes Schaufelblatt mit einer Druckseitenwand und einer Saugseitenwand angeordnet ist, wobei die einem Heißgas aussetzbaren Oberflächen der Druckseitenwand und der Saugseitenwand jeweils über eine äußere Verrundung in die Plattformoberfläche übergehen und mit zumindest einen im Schaufelblatt angeordneten, sich bis in den Plattformbereich erstreckenden Hohlraum, in den zumindest eine die Druckseitenwand mit der Saugseitenwand verbindende Rippe vorgesehen ist, welche entlang einer Längsrichtung des Schaufelblatts erstreckend den Hohlraum unterteilt.The invention relates to a turbine blade for a stationary gas turbine, comprising at least one platform region, which comprises a platform with a platform surface on which a profiled in cross section airfoil is arranged with a pressure side wall and a suction side wall, wherein the hot gas exposable surfaces of the pressure side wall and the suction side wall each pass over an outer rounding in the platform surface and with at least one arranged in the blade, extending into the platform area cavity, in the at least one the pressure side wall with the suction side wall connecting rib is provided, which along a longitudinal direction of the airfoil dividing dividing the cavity.

Aus dem Stand der Technik sind vorgenannte Turbinenschaufeln längst bekannt. Sie weisen in der Regel ein von Hohlräumen durchzogenes Schaufelblatt auf, welches Hohlräume untereinander durch Rippen getrennt sind. Die Rippen erstrecken sich von der Saugseitenwand zur Druckseitenwand und entlang der Längsrichtung des Schaufelblatts, d. h. von der Plattform bis zur Schaufelspitze. Gegossene Turbinenschaufeln weisen dabei einen Übergangsbereich zwischen Schaufelblatt und Plattformoberfläche auf, welcher durch eine hohlkehlartige Verrundung die Schaufelseitenwände, d. h. die Saugseitenwand und die Druckseitenwand, in diesem Bereich aufdickt. Im Übergangsbereich ist somit eine Materialanhäufung vorhanden, welche auch einen Steifigkeitssprung des Schaufelblatts mit sich bringt. Das Schaufelblatt ist somit plattformseitig steifer als in seinem mittleren Bereich oder schaufelspitzenseitig. Aufgrund dieses Steifigkeitssprungs kann es im Betrieb zu größeren Temperaturgradienten kommen, die hohe Wärmespannungen hervorrufen und damit die Lebensdauer der Turbinenschaufel begrenzen.From the prior art, the aforementioned turbine blades have long been known. As a rule, they have an airfoil traversed by cavities, which cavities are separated from one another by ribs. The ribs extend from the suction sidewall to the pressure sidewall and along the longitudinal direction of the airfoil, ie, from the platform to the blade tip. Molded turbine blades have a transition region between the blade and the platform surface, which thickens the blade side walls, ie the suction side wall and the pressure side wall, in this area by means of a fillet-like rounding. In the transition region thus an accumulation of material is present, which also brings a jump in stiffness of the airfoil with it. The blade is thus platform-stiffer than in its central region or blade tip side. Due to this jump in stiffness, larger temperature gradients can occur during operation, which cause high thermal stresses and thus limit the service life of the turbine blade.

Um Folgeschäden in der Gasturbine, in der eine derartige Turbinenschaufel eingesetzt und bei Betrieb verwendet wird, durch sich von der Turbinenschaufel ablösende Bruchstücke zu vermeiden, wird die Turbinenschaufel nach dem Erreichen einer vorab bestimmten, maximalen Lebensdauer ausgetauscht.In order to avoid consequential damage in the gas turbine in which such a turbine blade is used and used in operation, by removing from the turbine blade fragments, the turbine blade is replaced after reaching a predetermined maximum life.

Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, die Lebensdauer zumindest teilweise dadurch zu verlängern, in dem in den Bereichen von Steifigkeitssprüngen eine dickere Wärmedämmschicht aufgebracht wird, als in den Bereichen ohne derartige Materialanhäufungen. Damit lassen sich die Temperaturgradienten reduzieren.It is also known from the state of the art to extend the service life, at least in part, by applying a thicker thermal barrier coating in the regions of stiffness jumps than in the regions without such material clusters. This can be used to reduce the temperature gradients.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbinenschaufel für eine stationäre Gasturbine bereitzustellen, welche eine verlängerte Lebensdauer aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a turbine blade for a stationary gas turbine having a prolonged life.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Turbinenschaufel gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.The object is achieved by a turbine blade according to the features of claim 1.

Die Erfindung sieht vor, dass bei einer Eingangs genannten Turbinenschaufel zumindest eine der im Schaufelblatt angeordneten Rippen auf Höhe der äußeren Verrundung eine die Rippe durchdringende Öffnung aufweist.At least one of the ribs arranged in the blade leaf has an opening penetrating the rib at the level of the outer rounding in the case of an input turbine blade.

Durch das Vorsehen einer Öffnung auf Höhe der äußeren Verrundung im Innern der Turbinenschaufel in der dort angeordneten Rippe kann die Materialanhäufung insgesamt dort verringert werden. Diese einfachen konstruktive Mittel führen zur Angleichung des der Steifigkeitssprungs und zur Reduzierung des Temperaturgradienten in der dann reduzierten Materialanhäufung. Gegebenenfalls sind zusätzlich die von der Öffnung hervorgerufenen Auswirkungen auf das Kühlluftsystem der Turbinenschaufel sowie auf die Spannungsüberhöhung um der Öffnung herum zu beachten. Gleiches gilt für die so genannte Kriechlebensdauer in Folge des reduzierten, tragenden Querschnitts der Rippe und die möglicherweise veränderten Eigenfrequenzen aufgrund der dann fehlenden Masse. Dementsprechend kann es sinnvoll sein, eine ovale Öffnung mit einer geeigneten Orientierung vorzusehen. Auch kann die Verlängerung der Rippe bis in den Plattformbereich und darüber hinaus bis an den Fuß- oder Befestigungsbereich der Turbinenschaufel sinnvoll sein.By providing an opening at the level of the outer rounding in the interior of the turbine blade in the rib arranged there, the accumulation of material as a whole can be reduced there. These simple constructive means lead to the equalization of the jump in stiffness and to the reduction of the temperature gradient in the then reduced material accumulation. If necessary, the effects caused by the opening on the cooling air system of the turbine blade as well as on the voltage increase around the opening are to be considered in addition. The same applies to the so-called creep life due to the reduced, supporting cross-section of the rib and the possibly altered natural frequencies due to the then missing mass. Accordingly, it may be useful to provide an oval opening with a suitable orientation. Also, the extension of the rib can be useful up to the platform area and beyond to the foot or mounting area of the turbine blade.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Anpassung einer weiteren Verrundung zwischen Rippe und Seitenwand sinnvoll sein. Selbstverständlich können die vorgeschlagenen Maßnahmen auch kombiniert werden, um die durch die Verwendung der wandnahen Öffnung eintretenden Änderungen zu kompensieren, um insgesamt eine verlängerte Lebensdauer der Turbinenschaufel zu erreichen. Insgesamt lässt sich mit der Erfindung die Belastung an der Materialanhäufung reduzieren und somit die Lebensdauer erhöhen.According to a further advantageous embodiment, an adaptation of a further rounding between the rib and the side wall may be expedient. Of course, the proposed measures may also be combined to compensate for the changes that occur through the use of the near-wall opening to achieve an overall extended life of the turbine blade. Overall, can be reduced with the invention, the burden of material accumulation and thus increase the life.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, in der Rippe auf Höhe der äußeren Verrundung eine die Rippe durchdringende wandnahe Öffnung vorzusehen, ist einfach realisierbar und kann auch nachträglich in betriebsbeanspruchten Turbinenschaufeln nachgerüstet werden, sofern die Zugänglichkeit der Rippe durch den Schaufelfuß gewährleistet ist. Andererseits kann die Öffnung bei der Fertigung von Neuteilen in einfacher Weise erreicht werden, wenn das Schaufelblatt und die Plattform in einem Stück gegossen sind und der zur Herstellung der Hohlräume in der Gießvorrichtung verwendete Gusskern für die später in der Rippe vorhandene wandnahe Öffnung durch eine im Kern vorhandene Bohrung realisiert wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, da die Bohrung auch zur Stabilisierung des Gusskerns benutzt werden kann und andere so genannte Cross-Over-Holes, welche weder wandnah noch auf Höhe der äußeren Verrundung in einer Rippe, welche zwischen der Saugseitenwand und der Druckseitenwand angeordnet ist, vorgesehen sind, entfallen können.The inventive measure to provide in the rib at the level of the outer rounding a rib penetrating wall-near opening is easy to implement and can also be retrofitted in operationally loaded turbine blades, provided that the accessibility of the rib is ensured by the blade root. On the other hand, the opening in the manufacture of new parts can be achieved in a simple manner when the blade and the platform are cast in one piece and the casting core used for the production of the cavities in the casting device for the later in the rib existing near wall opening through one in the core existing hole is realized. This is particularly advantageous because the hole can also be used to stabilize the casting core and other so-called cross-over holes, which neither near the wall nor at the level of the outer rounding in a rib, which is arranged between the suction side wall and the pressure side wall, are provided, can be omitted.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments are specified in the subclaims.

Eine die Rippe durchdringende Öffnung ist nicht nur dann wandnah, wenn sie außermittig zwischen Saugseitenwand und Druckseitenwand angeordnet ist, sondern auch dann, wenn sie die von der Innenseite der Saugseitenwand und/oder Druckseitenwand aufgespannte Seitenwandebene tangiert oder schneidet.An opening penetrating the rib is not only close to the wall when it is arranged eccentrically between the suction side wall and the pressure side wall, but also when it touches or intersects the side wall plane spanned by the inside of the suction side wall and / or pressure side wall.

Zweckmäßiger Weise ist die Öffnung rund oder oval. Diese Öffnungen lassen sich besonders einfach herstellen, insbesondere wenn die Turbinenschaufel im Wesentlichen in einem Stück gegossen ist. Ein Gusskern muss dann an der entsprechenden Stelle lediglich eine entsprechende Bohrung aufweisen.Appropriately, the opening is round or oval. These openings are particularly easy to produce, especially when the turbine blade is cast substantially in one piece. A casting core must then have only a corresponding hole at the appropriate location.

Gemäß zu einer im Anspruch 1 alternativen Lösung kann die Lebensdauer einer dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Turbinenschaufel auch dadurch verlängert werden, dass das plattformseitige Rippenende sich an der Innenseite der Druckseitenwand länger oder kürzer erstreckt als an der Innenseite der Saugseitenwand.According to an alternative solution in claim 1, the life of a corresponding to the preamble of claim 1 turbine blade can also be extended by the fact that the platform-side fin end extends longer or shorter on the inside of the pressure side wall than on the inside of the suction side wall.

Darunter ist anstelle der die Rippe durchdringenden wandnahen Öffnung eine Aussparung verstanden. D. h. die Öffnung ist nicht vollumfänglich mit Rippenmaterial umgeben. Auch mit einer derartig ausgestatteten Turbinenschaufel kann die Masseanhäufung im Übergangsbereich lokal verringert werden. Die Turbinenschaufel gemäß der zweiten Ausgestaltung kann in einer vorteilhaften Weiterbildung eine Plattformoberfläche aufweisen, die Teil einer gedachten Plattformebene ist, welche sich durch den Hohlraum erstreckt, wobei das plattformseitige Ende der Rippe druckseitig einerseits der Plattformebene und saugseitig andererseits der Plattformebene liegt.This is understood to mean a recess instead of the rib penetrating wall-near opening. Ie. the opening is not completely surrounded by ribbed material. Even with a turbine blade equipped in this way, mass accumulation in the transition region can be reduced locally. In an advantageous development, the turbine blade according to the second embodiment can have a platform surface which is part of an imaginary platform plane which extends through the cavity, wherein the platform-side end of the rib lies on the pressure side on the one hand the platform plane and on the suction side on the other hand the platform plane.

Weiter Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Die beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft sein.

FIG 1
zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel mit einem schematisch dargestellten Schaufelblatt,
FIG 2
zeigt das Detail Z als Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel gemäß FIG 1 in perspektivischer Darstellung und
FIG 3
zeigt das Detail Z mit einer alternativen Lösung.
Further features, properties and advantages of the present invention will be described in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying figures. The features described may be advantageous both individually and in combination with each other.
FIG. 1
shows a perspective view of a turbine blade according to the invention with a schematically illustrated airfoil,
FIG. 2
shows the detail Z as a detail of the turbine blade according to the invention according to FIG. 1 in perspective and
FIG. 3
shows the detail Z with an alternative solution.

FIG 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Turbinenschaufel 10 für eine stationäre Gasturbine. Die Turbinenschaufel 10 gemäß FIG 1 ist als Laufschaufel ausgebildet. Die Erfindung kann jedoch auch in Leitschaufeln einer stationären Gasturbine angewendet werden. Die gegossene, einstückige Turbinenschaufel 10 umfasst entlang einer Längsrichtung 12 einen Schaufelfuß 14, an dem sich ein Plattformbereich 16 anschließt. Der Plattformbereich 16 umfasst im Wesentlichen eine Plattform 18 mit einer Plattformoberfläche 20. Die Plattformoberfläche 20 ist im Wesentlichen plan und somit Teil einer gedachten Plattformebene 22. An der Plattformoberfläche 20 ist ein im Querschnitt profiliertes Schaufelblatt 24 angeordnet. Das Schaufelblatt 24 wird von einer Druckseitenwand 26 und einer Saugseitenwand 28 gebildet, die sich von einer gemeinsamen Vorderkante 30 zu einer gemeinsamen Hinterkante 32 erstrecken und dabei sowohl an der Vorderkante 30 als auch an der Hinterkante 32 ineinander übergehen. Die Oberflächen der Saugseitenwand 28, der Druckseitenwand 26 sowie die Plattformoberfläche 20 sind dabei von einem Heißgas der Gasturbine umströmbar. Sowohl die Druckseitenwand 26 als auch die Saugseitenwand 28 gehen über eine hohlkehlartige umlaufende Verrundung 34 in die Plattform 18 über. Die Verrundung 34 bzw. der Übergangsbereich ist auch als Fillet bekannt. FIG. 1 shows a perspective view of a turbine blade 10 for a stationary gas turbine. The turbine blade 10 according to FIG. 1 is designed as a blade. However, the invention can also be applied in guide vanes of a stationary gas turbine. The cast, one-piece turbine blade 10 comprises along a longitudinal direction 12 a blade root 14, to which a platform region 16 adjoins. The platform region 16 essentially comprises a platform 18 with a platform surface 20. The platform surface 20 is essentially planar and thus part of an imaginary platform plane 22. An airfoil profiled in cross-section is arranged on the platform surface 20. The airfoil 24 is formed by a pressure side wall 26 and a suction side wall 28, which extend from a common leading edge 30 to a common trailing edge 32 and thereby merge into each other at both the leading edge 30 and the trailing edge 32. The surfaces of the suction side wall 28, the pressure side wall 26 and the platform surface 20 are flowed around by a hot gas of the gas turbine. Both the pressure side wall 26 and the suction side wall 28 merge into the platform 18 via a hollow groove-like circumferential rounding 34. The rounding 34 or the transition region is also known as fillet.

Der von den Seitenwänden 26, 28 umgebende Hohlraum wird durch mehrere Rippen 36, in Teilhohlräume unterteilt. Jede Rippe 36 erstreckt sich, zumindest innerhalb des Schaufelblatts 24, entlang dessen Längsrichtung 12. In FIG 1 ist lediglich ein Stummel des Schaufelblatts 24 gezeigt. Das vollständige Schaufelblatt bis hin zur Schaufelspitze ist lediglich durch eine gestrichelte Linie angedeutet.The surrounding of the side walls 26, 28 cavity is divided by several ribs 36, in partial cavities. Each rib 36 extends, at least within the airfoil 24, along its longitudinal direction 12. In FIG. 1 only a stub of the airfoil 24 is shown. The complete blade up to the blade tip is indicated only by a dashed line.

FIG 2 zeigt das Detail Z der Turbinenschaufel 10 gemäß FIG 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei aus Klarheitsgründen unwesentliche Elemente in Richtung zur Vorderkante 30 und Hinterkante 32 ausgeblendet sind. FIG 2 zeigt im Detail die bereits zu FIG 1 beschriebenen Merkmale: die Plattformoberfläche 20, die Druckseitenwand 26, die Saugseitenwand 28, die Plattform 18, die Rippe 36 und die Verrundung 34. FIG. 2 shows the detail Z of the turbine blade 10 according to FIG. 1 in a perspective view, wherein for reasons of clarity insignificant elements in the direction of the leading edge 30 and trailing edge 32 are hidden. FIG. 2 shows in detail the already too FIG. 1 features described: the platform surface 20, the pressure sidewall 26, the suction sidewall 28, the platform 18, the rib 36, and the fillet 34.

Gemäß der Erfindung ist in der Rippe 36 - entlang der Längsrichtung 12 des Schaufelblattes 24 betrachtet - auf Höhe der äußeren Verrundung 34 eine die Rippe 36 durchdringende wandnahe Öffnung 40 vorgesehen. Die wandnahe Öffnung 40 ist in der gezeigten Ausgestaltung rund ausgeführt. Auch eine ovale Öffnung 40 ist möglich. Die Öffnung 40 ist in Bezug auf eine Innenseite 42 der Druckseitenwand 26 derart angeordnet, dass die von ihr aufgespannte Seitenwandebene 44 von der Öffnung 40 geschnitten wird. Hierdurch entsteht im Bereich der Verrundung 34 eine Materialreduzierung, welche mit dem Bezugszeichen 46 versehen schraffiert dargestellt ist. Aufgrund der Materialreduzierung im Bereich der äußeren Verrundung 34 im Inneren der Turbinenschaufel 10 kann ein Steifigkeitssprung vermieden werden, da die Massenzunahme im Bereich der äußeren Verrundung 34 aufgrund der durch die Öffnung 40 vorhandenen Aussparung zumindest teilweise kompensiert ist. Aufgrund der in der Rippe 36 vorhandenen Öffnung 40 verbleibt - bezogen auf das Rippenende 48 - ein die Saugseitenwand 28 mit der Druckseitenwand 26 verbindender Steg 50.According to the invention is in the rib 36 - viewed along the longitudinal direction 12 of the airfoil 24 - at the level of the outer rounding 34, a rib 36 penetrating wall-near opening 40 is provided. The near-wall opening 40 is executed in the embodiment shown around. An oval opening 40 is possible. The opening 40 is arranged with respect to an inner side 42 of the pressure side wall 26 such that the sidewall plane 44 spanned by it is cut by the opening 40. This results in the region of the rounding 34, a material reduction, which is shown hatched by the reference numeral 46 is shown. Due to the material reduction in the region of the outer rounding 34 in the interior of the turbine blade 10, a jump in stiffness can be avoided, since the mass increase in the area of the outer rounding 34 is at least partially compensated due to the recess provided by the opening 40. Due to the existing in the rib 36 opening 40 remains - with respect to the rib end 48 - a suction side wall 28 with the pressure side wall 26 connecting web 50th

Die erfindungsgemäße Wirkung kann auch mit einer Turbinenschaufel 10 erreicht werden, bei der der Steg 50 nicht vorhanden ist. Dies führt zu einer alternativen Turbinenschaufel 10, deren Detail Z in FIG 3 dargestellt ist. Das in FIG 3 gezeigte Detail Z entspricht im Wesentlichen dem in FIG 2 genannten Detail und wird daher hier nicht näher beschrieben. Identische Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen in FIG 3 versehen. Im Unterschied zu FIG 2 ist keine vollständig von Material umgebene Öffnung 40 ist der Rippe 36 vorgesehen. Stattdessen endet die Rippe 36 plattformseitig auf einer nicht einheitlichen Höhe bezogen auf die Längserstreckung der Turbinenschaufel 10. Somit ist anstelle der Öffnung 40 eine Aussparung vorgesehen. Derjenige Teil der Rippe 36, welcher unmittelbar an der Innenseite 43 der Saugseitenwand 28 angeordnet ist, endet in Längsrichtung der Schaufelachse 12 gesehen, an einer anderen Stelle als derjenige Teil der Rippe 36, welcher unmittelbar an der Innenseite 42 der Druckseitenwand 26 angeordnet ist. Mit anderen Worten: Das plattformseitige Rippenende erstreckt sich an der Innenseite 42 der Druckseitenwand 26 weniger weit als das an der Innenseite 43 der Saugseitenwand 28 angeordnete Rippenende. Eine unnötige Masseanhäufung, die zu einem unnötigen Steifigkeitssprung führt, kann somit zumindest für die druckseitige Verrundung 34 vermieden werden.The effect of the invention can also be achieved with a turbine blade 10, in which the web 50 is not present. This leads to an alternative turbine blade 10, whose detail Z in FIG. 3 is shown. This in FIG. 3 shown Detail Z is essentially the same as in FIG. 2 mentioned detail and will therefore not be described here. Identical features are denoted by identical reference numerals in FIG FIG. 3 Mistake. In contrast to FIG. 2 is not completely surrounded by material opening 40 of the rib 36 is provided. Instead, the rib 36 ends platform on a non-uniform height with respect to the longitudinal extent of the turbine blade 10. Thus, instead of the opening 40, a recess is provided. That part of the rib 36 which is arranged directly on the inner side 43 of the suction side wall 28 ends, seen in the longitudinal direction of the blade axis 12, at a location other than that part of the rib 36 which is disposed directly on the inner side 42 of the pressure side wall 26. In other words, the platform-side rib end extends on the inside 42 of the pressure side wall 26 less far than the arranged on the inside 43 of the suction side wall 28 fin end. An unnecessary mass accumulation, which leads to an unnecessary jump in stiffness, can thus be avoided, at least for the pressure-side rounding 34.

Die Plattformoberfläche 20 ist Teil einer gedachten Plattformebene 22, welche sich durch den Hohlraum erstreckt. Vorzugsweise ist das plattformseitige Ende der Rippe 36 druckseitig einerseits, d. h. oberhalb (schaufelspitzseitig) der Plattformebene 22 und saugseitig andererseits, d. h. unterhalb (schaufelfußseitig) der Plattformebene 22 angeordnet. Auch eine umkehrte Anordnung der Rippenenden ist möglich, bei der plattformseitig das druckseitige Ende der Rippe 34 unterhalb und das saugseitige Ende der Rippe 34 oberhalb der Plattformebene 22 endet. Die Art und Weise des Verlaufs des plattformseitigen Rippenendes von der Druckseite 26 zur Saugseite 28 kann dabei beliebig ausgebildet sein. Der Verlauf kann beispielsweise geradlinig sein oder, wie in der FIG 3 gezeigten Ausgestaltung, konvex/konkav. Um durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Öffnung 40 oder Aussparung entstehenden Auswirkungen auf das Kühlluftsystem sowie auf die Spannungssituation in der Öffnung 40 zu beachten, kann vorzugsweise auch eine weitere Verrundung, welche im Übergang von Rippe 36 zur Innenwand 42, 43 der Druckseitenwand 26 und/oder Saugseitenwand 28 vorhanden ist, angepasst werden. Die Anpassung führt zu unterschiedlichen Radien für die weitere Verrundung an unterschiedlichen Positionen entlang der Längserstreckung 12 des Schaufelblattes 24. Der Radius der weiteren Verrundung kann auf Höhe der äußeren Verrundung größer sein als der Radius der weiteren Verrundung auf der mittleren Höhe des Schaufelblatts 24.The platform surface 20 is part of an imaginary platform plane 22 which extends through the cavity. Preferably, the platform-side end of the rib 36 on the pressure side on the one hand, ie above (blade tip side) of the platform level 22 and suction side on the other hand, ie below (blade foot side) of the platform level 22. An inverted arrangement of the rib ends is also possible, in which the platform side terminates the pressure-side end of the rib below and the suction-side end of the rib above the platform plane. The manner of the course of the platform-side rib end of the pressure side 26 to the suction side 28 may be formed arbitrarily. The course can for example be rectilinear or, as in the FIG. 3 shown embodiment, convex / concave. In order to take into account the effects on the cooling air system as well as on the voltage situation in the opening 40 that arise due to the use of the opening 40 or recess according to the invention, it is possible for preference Also, a further rounding, which is present in the transition from rib 36 to the inner wall 42, 43 of the pressure side wall 26 and / or suction side wall 28, adapted. The adjustment leads to different radii for the further rounding at different positions along the longitudinal extension 12 of the airfoil 24. The radius of the further rounding can be greater at the level of the outer rounding than the radius of the further rounding at the mean height of the airfoil 24.

Sofern die Rippen 36 im mittleren Bereich zwischen Vorderkante 30 und Hinterkante 32 des Schaufelblattes 24 angeordnet ist, ist die Öffnung 40 oder Aussparung druckseitenwandig vorgesehen. Befindet sich die Rippe 36 jedoch vergleichsweise nahe an der Vorderkante 30 oder vergleichsweise nahe an der Hinterkante 32, so kann die Öffnung 40 oder die erfindungsgemäße Aussparung saugseitenwandig angeordnet sein, da in den entsprechenden Bereichen höhere Heißgas- und Materialtemperaturen auftreten.If the ribs 36 are arranged in the middle region between the front edge 30 and the trailing edge 32 of the airfoil 24, the opening 40 or recess is provided on the pressure side wall. However, if the rib 36 is comparatively close to the leading edge 30 or comparatively close to the trailing edge 32, then the opening 40 or the recess according to the invention can be arranged on the suction side, since higher hot gas and material temperatures occur in the corresponding regions.

Die von der Öffnung 40 in der Innenseite 42 der Druckseitenwand 26 resp. der Innenseite 43 der Saugseitenwand 28 hervorgerufene Ausnehmung auf Höhe der äußeren Verrundung 34 kann sich entlang der Innenseite 42, 43 auch über den Bereich der Rippe 36 hinaus weiter erstrecken, so dass die Ausnehmung innenseitig auch in dem Abschnitt des Übergangsbereichs angeordnet ist, wo keine Rippe 36 die Seitenwände 26, 28 abstützt. Die Ausnehmung vertieft die jeweils zugehörige aufgespannte Seitenwandebene der Seitenwände 26, 28 hohlkehlartig, wodurch eine Massereduzierung auch in dem Abschnitt der äußeren Verrundung 34 erreicht werden kann, in der keine Rippe 36 angeordnet ist. Diese Ausnehmung kann auch bei einer gemäß FIG 3 ausgebildeten Turbinenschaufel verwendet werden. Auch hier können somit erfindungsgemäß Spannungsreduzierungen erreicht werden, welches Rissentstehung und ggf. Risswachstum in diesen Abschnitt des Übergangsbereichs weiter verzögert eintreten lässt.Of the opening 40 in the inside 42 of the pressure side wall 26, respectively. The inside 43 of the suction side wall 28 caused recess at the level of the outer fillet 34 may extend along the inside 42, 43 also beyond the region of the rib 36 out, so that the recess is disposed on the inside also in the portion of the transition region where no rib 36, the side walls 26, 28 is supported. The recess deepens each associated spanned sidewall plane of the side walls 26, 28 in a hollow throat, whereby a mass reduction can also be achieved in the portion of the outer rounding 34, in which no rib 36 is arranged. This recess can also be in accordance with FIG. 3 trained turbine blade can be used. Here, too, according to the invention, stress reductions can thus be achieved, which causes cracking and possibly crack growth to occur further delayed in this section of the transition region.

Insgesamt betrifft die Erfindung eine Turbinenschaufel 10 für eine stationäre Gasturbine, welche ein hohles Schaufelblatt 24 aufweist, in dem im Innern zumindest eine die Druckseitenwand 26 und die Saugseitenwand 28 einander abstützende Rippe 36 vorhanden ist, in der zur Verlängerung der Lebensdauer der Turbinenschaufel 10 auf Höhe der äußeren Verrundung 34 zwischen Seitenwand 26, 28 und Plattformoberfläche 20 eine die Rippe 36 durchdringende wandnahe Öffnung 40 vorgesehen ist. Mittels der Öffnung 40 werden Materialanhäufungen im Übergangsbereich vermieden bzw. die Anhäufung wird im Vergleich ohne Öffnung 40 reduziert, wodurch Steifigkeitssprünge und die damit einhergehenden größeren Temperaturgradienten vermieden werden können.Overall, the invention relates to a turbine blade 10 for a stationary gas turbine, which has a hollow airfoil 24 in which at least one inside the inside of the pressure side wall 26 and the suction side wall 28 supporting rib 36 is present, in order to extend the life of the turbine blade 10 in height the outer fillet 34 between the side wall 26, 28 and platform surface 20, a rib 36 penetrating wall near opening 40 is provided. By means of the opening 40 accumulations of material in the transition region are avoided or the accumulation is reduced in comparison without opening 40, whereby stiffness jumps and the associated larger temperature gradients can be avoided.

Claims (8)

Turbinenschaufel (10) für eine stationäre Gasturbine, mit einem Befestigungsbereich (16) und einem sich daran anschließenden Plattformbereich (16), welcher eine Plattform (18) mit einer Plattformoberfläche (20) umfasst, an der ein im Querschnitt profiliertes Schaufelblatt (24) mit einer Druckseitenwand (26) und einer Saugseitenwand (28) angeordnet ist,
wobei die einem Heißgas aussetzbaren Oberflächen der Druckseitenwand (26) und der Saugseitenwand (28) jeweils über eine äußere Verrundung (34) in die Plattformoberfläche (20) übergehen,
mit zumindest einem im Schaufelblatt (24) angeordneten, sich bis in den Plattformbereich (16) erstreckenden Hohlraum, in dem zumindest eine die Druckseitenwand (26) mit der Saugseitenwand (28) verbindende Rippe (36) vorgesehen ist, welche sich entlang einer Längsrichtung (12) des Schaufelblatts (24) erstreckend den Hohlraum unterteilt,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Rippe (36) auf Höhe der äußeren Verrundung (34) eine die Rippe (36) durchdringende wandnahe Öffnung (40) vorgesehen ist.Turbine blade (10) for a stationary gas turbine, comprising a mounting region (16) and an adjoining platform region (16), which comprises a platform (18) with a platform surface (20) on which a cross-section profiled airfoil (24) a pressure side wall (26) and a suction side wall (28) is arranged,
the surfaces of the pressure side wall (26) and the suction side wall (28) that can be exposed to a hot gas in each case pass over an outer rounding (34) into the platform surface (20),
with at least one in the airfoil (24) arranged, extending into the platform area (16) extending cavity in which at least one the pressure side wall (26) with the suction side wall (28) connecting rib (36) is provided, which along a longitudinal direction ( 12) of the airfoil (24) dividing the cavity,
characterized in that
in the rib (36) at the level of the outer rounding (34) has a rib (36) penetrating wall-near opening (40) is provided. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1,
bei der die Öffnung (40) teilweise die von der Innenseite (42, 43) der Saugseitenwand (28) und/oder Druckseitenwand (26) aufgespannte Seitenwandebene (44) tangiert oder schneidet.Turbine blade (10) according to claim 1,
in which the opening (40) partially touches or intersects the side wall plane (44) spanned by the inside (42, 43) of the suction side wall (28) and / or pressure side wall (26). Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Öffnung (40) rund oder oval ist.Turbine blade (10) according to claim 1 or 2,
wherein the opening (40) is round or oval. Turbinenschaufel (10) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das plattformseitige Rippenende sich an der Innenseite (42) der Druckseitenwand (26) länger (oder kürzer) erstreckt als an der Innenseite (43) der Saugseitenwand (28).Turbine blade (10) according to the preamble of claim 1,
characterized in that
the platform-side fin end extends longer (or shorter) on the inside (42) of the pressure sidewall (26) than on the inside (43) of the suction sidewall (28). Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 4,
dass die Plattformoberfläche (30) Teil einer gedachten Plattformebene (22) ist, welche sich durch den Hohlraum erstreckt und
dass das plattformseitige Ende der Rippe (36) druckseitig einerseits der Plattformebene (22) liegt und saugseitig andererseits der Plattformebene (22) liegt.Turbine blade (10) according to claim 4,
in that the platform surface (30) is part of an imaginary platform plane (22) which extends through the cavity and
the platform-side end of the rib (36) lies on the pressure side on the one hand on the platform plane (22) and on the suction side on the other hand lies on the platform plane (22). Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der die Rippe (36) in die Innenseite (43) der Saugseitenwand (28) und/oder in die Innenseite (42) der Druckseitenwand (26) über eine weitere Verrundung (34) übergeht,
wobei die weitere Verrundung (34) auf Höhe der Plattform (18) einen größeren Radius aufweist als die zweite Verrundung (34) auf der mittleren Höhe des Schaufelblattes (24).Turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
in which the rib (36) merges into the inside (43) of the suction side wall (28) and / or into the inside (42) of the pressure side wall (26) via a further rounding (34),
wherein the further rounding (34) at the level of the platform (18) has a larger radius than the second rounding (34) at the mean height of the airfoil (24). Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 6,
bei der der Übergang der zweiten Verrundung (34) auf einen größeren Übergang fließend ist.Turbine blade (10) according to claim 6,
wherein the transition of the second fillet (34) to a larger transition is fluent. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
deren Schaufelblatt (24) und Plattform (18) in einem Stück gegossen sind.Turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
whose blade (24) and platform (18) are cast in one piece.
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