EP2650483A1 - Rotor blade and turbo-machine - Google Patents

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Publication number
EP2650483A1
EP2650483A1 EP13161514.8A EP13161514A EP2650483A1 EP 2650483 A1 EP2650483 A1 EP 2650483A1 EP 13161514 A EP13161514 A EP 13161514A EP 2650483 A1 EP2650483 A1 EP 2650483A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hot gas
flow
extension
flow guide
side portion
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Withdrawn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
EP13161514.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Böck
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP2650483A1 publication Critical patent/EP2650483A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades

Definitions

  • the invention relates to a blade for a turbomachine according to the preamble of patent claim 1 and a turbomachine.
  • the flow guide elements are intended to scoop the leakage flow from a foot-side cavity of the guide vanes into the hot gas flow, as it were, and to act on the leakage flow at a peripheral speed which approximately corresponds to the peripheral speed of the inner cover strip.
  • a peripheral speed which approximately corresponds to the peripheral speed of the inner cover strip.
  • the object of the invention is to provide a blade which enables an optimized introduction of a leakage flow into a hot gas flow and effectively prevents a Walkergaseinzug, and to provide a turbomachine with improved efficiency.
  • a blade for a turbomachine according to the invention in particular an aircraft engine, has an inner shroud with a front extension for forming an axial overlap with an upstream guide vane on which at least one flow guide for deflecting a leakage flow of a cooling air flow in the circumferential direction is arranged.
  • the at least one flow-guiding element is led out in the axial direction beyond a front edge of the extension.
  • the leakage current is prematurely imparted a velocity in the circumferential direction and thus in the direction of rotation of the blade.
  • the leakage flow is introduced with a twist in a hot gas flow, whereby the introduction of the leakage flow is improved.
  • a hot gas intake from the hot gas flow in the direction of the cooling air flow is effectively prevented.
  • the at least one flow-guiding element is formed integrally with the extension.
  • the at least one flow guide can be rectilinear, arcuate, wave-like or similar. It should be noted that, due to thermal expansions, the flow guide element does not run onto an axially opposite guide blade section, so that an axial distance between the leading edge and the axially opposite guide blade section may be required to increase.
  • the at least one flow guide is flush with a hot gas side and with a cooling air side of the extension.
  • the at least one flow-guiding element is formed quasi as an axial finger.
  • the leading edge has a comb-like shape.
  • the finger-like design has the advantage that the extension is not thickened by the at least one flow guide in the radial direction, but has a radial thickness which has its original thickness or height. An existing radial diaphragm gap is thus not reduced by the at least one flow guide and thus does not need to be readjusted.
  • the flow guide protrudes beyond the hot gas side and the cooling air side in the radial direction.
  • the at least one flow guide element has a paddle-like shape.
  • This embodiment has over the aforementioned finger-shaped embodiment has the advantage that an effective area of the flow guide is increased.
  • constructive changes to the radial gap position may be necessary for the realization of this paddle-like flow element, in order to prevent the at least one flow guide element from running into adjacent radial guide blade sections or components due to thermal expansion in the radial direction.
  • the at least one flow guide element has a hot gas side section, which is guided on the hot gas side.
  • the flow guide is thus extended on the hot gas side in a direction away from the front edge.
  • the aerodynamic effect of the flow guide can be further enhanced.
  • the position of the hot gas side portion in the axial direction of the leakage current can be accelerated to a speed in the circumferential direction, which is greater than the peripheral speed of the inner shroud, so as to ensure that the leakage current no speed is less than or significantly less than the peripheral speed impressed.
  • the extension of the at least one flow-guiding element to the extension effects structural-mechanical stabilization of the extension, so that they are reduced in cross-section, and thus optimized in weight, at least in the region of the flow-guiding element can.
  • the at least one flow guide of this embodiment thus also acts as a stiffening structure in the form of a rib. Since the at least one rib-like flow-guiding element at least partially radially thickening the extension on the outside, structural changes may be necessary for the radial gap holding, which compensate for the reduced original radial distance. For example, it may be necessary to offset the extension to the radial gap attitude radially inward.
  • the at least one flow-guiding element has a cooling-air-side section which is guided on the cooling-air side.
  • the leakage current is already applied in the region of the cooling air side with a swirl.
  • the at least one cool air side rib-like flow guide opposite to the aforementioned hot gas side rib-like flow guide in the axial direction Since the at least one rib-like flow guide element thickened the extension at least in sections radially inward, structural changes may be necessary for the radial clearance.
  • the at least one flow guide has a hot gas side portion and a cool air side portion.
  • a U-shaped flow guiding element has the advantage that the leakage flow is influenced on the cooling air side, on the front edge side and on the hot gas side by the at least one flow guiding element.
  • the hot-gas-side portion and the cool-air-side portion are set opposite to each other when viewed in the direction of rotation.
  • the leakage flow is subjected to a cooling air side and hot gas side with a rectified velocity component.
  • viewed against the direction of rotation of the hot gas side portion is arranged in front of the cooling air side portion.
  • the hot gas side section and / or the cooling air side section is performed over the entire length of the extension / are.
  • the hot gas side and / or the cool air side section run parallel or substantially parallel to the respective radially opposite vane section or component. It is therefore preferred if the hot gas side and / or the cool air side section has / have a constant height. However, the height of the at least one flow-guiding element can also vary. Then, however, it will not be negative to the release effect of the diaphragm gaps to be influenced, preferably, when the at least one flow guide is formed flat beyond the front edge.
  • the swirling action or aerodynamic effect of the leakage flow can additionally be influenced by the number of flow guiding elements per extension.
  • a plurality of flow guide elements are arranged side by side, viewed in the circumferential direction, on an extension.
  • a preferred turbomachine has at least one blade row with a plurality of the blades according to the invention.
  • Such a turbomachine is characterized by an improved efficiency over a turbomachine with conventional blade rows. Significant structural changes to adjacent to this blade row components such as vane rows and systems are not required. Depending on the design of the flow guide only minor structural changes to the gap position or to adjust the diaphragm gaps are necessary.
  • FIG. 1 shows an axial section through a turbomachine 1 in the region of a guide vane 2 and a downstream blade 4.
  • the turbomachine is preferably an aircraft engine, but may also be a stationary gas turbine.
  • the guide blade 2 is attached at the foot end to a housing section or guide blade support ring, not shown, and forms a fixed guide blade row with a plurality of further guide vanes 2, which surrounds a rotor hub (not shown) rotating about a rotation axis 6.
  • the blade 4 is the foot side, for example. Via a disc element, connected to the rotor hub and forms with a plurality of other blades 4 with the rotor hub about the rotation axis 6 rotating blade row.
  • a direction of rotation or circumferential direction is indicated by the arrow designated by the reference u.
  • the vane 2 has a platform 8 extending from an airfoil tip 10 and forming a radially inner boundary of a hot gas path.
  • the hot gas path is flowed through by a hot gas flow 12 axially (x-direction).
  • the hot gas flow flows through the turbomachine 1 from left to right.
  • this has a plurality of webs 14, which are arranged on a side facing away from the blade tip 10 page. With sufficient inherent stability of the platform 8, however, the webs can be omitted.
  • a radially inwardly directed mounting flange 16 for attachment of the vane 2 to a rotor hub encompassing fixed connecting ring (not shown).
  • the mounting flange 16 is spaced from a rear edge 18 of the platform 8 and limited to the platform 8 an annular space 20.
  • On the mounting flange 16 a peripheral plate 22 is connected, which limits the annular space 20 in the direction of the rotor hub and thus the annular space 20 in a radially outer Cavity and divided into a radially inner cavity.
  • the blade 4 has an in-deck belt 24 disposed between a blade neck 26 and blade shroud and an airfoil 28, respectively, and defining an inner radial boundary of the hot gas path. It is in the embodiment shown approximately at the same radial position as the platform 8.
  • the blade 4 and the guide blade 2 are arranged in the axial direction to each other such that between the trailing edge 18 of the platform 8 and an outer end face 30 of the inner cover tape 24 a Annular gap 32 is formed through which in principle a gas exchange between the hot gas flow 12 and a hub-side cooling air flow (not shown) can take place.
  • the inner cover tape 24 has a front extension 34 for forming an axial overlap with the guide vane 2 or with its platform 8.
  • the extension 34 extends from the outer end surface 30 in the direction of the vane 2 and has a length such that it dips into the annular space 20 and the outer cavity between the platform 8 and the peripheral plate 22.
  • a leakage flow 36 of the cooling air flow is blown into the hot gas flow 12 through the annular gap 32.
  • the invention is for introducing the leakage current 36 with a twist in the hot gas flow 12 or for impressing the peripheral speed of the inner cover tape 24 on the leakage flow 36 at least one flow guide 38 is provided.
  • the machine efficiency is improved by the swirl-induced introduction of the leakage flow 36 into the hot gas flow.
  • the flow guide 38 is formed as a finger-shaped projection extending substantially in the axial direction from a front edge 40 of the front extension 34.
  • the projection or the flow guide element 38 is preferably rectilinear, but may also be concave in the circumferential direction u, for example.
  • the front edge 40 has a comb-like shape.
  • the flow guiding element 38 merges flush into a hot gas side 42 and into a cooling air side 44 of the front extension 34.
  • the flow guide element 38 does not affect a radial diaphragm gap between the extension 34 and the web 14 and between the extension 34 and the peripheral sheet 22.
  • an original axial distance between the front edge 38 and the fastening flange is to be increased for axial gap holding.
  • the flow guiding element 38 is designed as a front edge-side projection, which is led out in the radial direction via the hot gas side 42 and via the cooling air side 44.
  • this flow guide 38 has a paddle-like and in particular a crescent-like shape.
  • the flow guide 38 has flat outer surfaces.
  • the at least one flow guide 38 after FIG. 2 an opposite to the preceding finger-shaped embodiment according to FIG. 1 Increased effective area for swirling the leakage flow 36.
  • the extension 34 and the peripheral plate 22 relative to the finger-like embodiment FIG. 1 radially inwardly (not shown). Since the at least one flow guide element 38 also extends in the direction of the peripheral plate 22, the peripheral plate 22 is then displaced radially inwards in the case of axially symmetrical design of the flow guide element 38 in comparison to the extension 34 by two times.
  • FIG. 3 Further embodiments of the flow guide 38 are outlined. These have in contrast to the aforementioned embodiments of the Figures 1 and 2 in addition, a rib-like extension in the direction of a blade neck 26 and a radially outer end surface 30 and a radially inner end surface 46 of the blade neck 26.
  • these flow guide 38 have a projecting in the axial direction x over a front edge 40 head portion 48 and a from the head portion in Direction of the blade neck 26 extending hot gas side portion 50 and / or a cold gas side portion 52.
  • the sections 50, 52 may extend as indicated by the dashed lines only over a length range of the extension 34 or pass into the end surfaces 30, 46.
  • the sections 50, 52 are guided over only a length range of the extension 34, it is preferred for reasons of structural mechanics if these pass continuously, eg in a ramp-like manner, into the hot gas side 42 or cooling air side 44.
  • the portions 50, 52 extend to the blade neck 26, it is preferred that they have a constant height in the radial direction.
  • the effective area of the at least one flow guide element 38 in comparison to the second embodiment after FIG. 2 further increased, which has a positive effect on the swirling action of the leakage flow 36.
  • the flow guide 38 by the embrace of the front edge 40 in contrast to the previous embodiments of the Figures 1 and 2 stabilized.
  • FIG. 4 an embodiment of the flow guide 38 is shown with a hot gas side portion 50 and with a cool air side portion 52 which extend only over a length range of an extension 34.
  • the flow guide element 38 surrounds a front edge 34 in a U-shape and merges steplessly into a hot gas side 42 and into a cooling air side 44.
  • the flow guide 38 in side view, a flat circular disc, which is interrupted in the hot gas side 42 and the cooling air side 44 by the extension 34.
  • this paddle-like flow guide 38 has a full moon-like shape with a head portion 48 and two quasi-Auslaufabêten 50, 52. Due to the extension of the flow guide 38 on the hot gas side 42 and the cooling air side 44 of this embodiment has the same extent in the radial direction a larger effective area than the embodiment according to FIG. 2 ,
  • the at least one flow guide element 38 is not employed in the axial direction x and in the radial direction y. However, it can also be set in the axial direction x or in the radial direction y or inclined positively or negatively.
  • radial gap holding the extension 34 and a peripheral plate 22 analogous to the embodiment according to FIG. 2 offset radially inward.
  • FIG. 5 an embodiment of a rib-like flow guide 38 is shown, which in axial direction x extends beyond a front edge 40 of an extension 34 addition, wherein it is flush with its head portion 48 flush with a cooling air side 44 and is guided with its hot gas side portion 50 to the outer end surface 30.
  • this flow guide 38 has an L-shaped design in side view.
  • the hot gas side portion 50 preferably has an elongated rectilinear shape with a constant height. He is employed on a hot gas side 44 of the extension 34 in the axial direction x.
  • the head section 48 is preferably not set in the axial direction x.
  • the inclination of the hot gas side portion 50 is in this embodiment such that viewed against the direction of rotation u considered the hot gas side portions 50 in front of the head portion 48.
  • the hot gas side section 50 thus exits the drawing plane starting from the head section 48.
  • the leakage flow 36 as it exits the outer cavity is accelerated to a speed in the circumferential direction u which is equal to or slightly greater than the peripheral speed of the inner cover tape 24.
  • the extension 34 and a peripheral plate 22 relative to the finger-shaped embodiment according to FIG. 1 be radially inwardly offset (not shown). Since the at least one rib-like flow guide element 38 is arranged on the front edge side and on the hot gas side and thus an original radial distance between the extension 34 and the peripheral plate 22 is not reduced, then the peripheral plate 22 can be displaced radially inward by the same radial path as the extension 34.
  • FIG. 6 an embodiment of a rib-like flow guide 38 is shown extending in the axial direction x beyond a front edge 40 of an extension 34, wherein it is flush with its head portion 48 with a hot gas side 42 and is guided with its cooling air side portion 52 to the inner end surface 46 ,
  • this flow guide 38 in side view also has an L-shaped configuration.
  • the cool air side portion 52 preferably has a constant height and is formed in a straight line. He is employed on a hot gas side 44 of the extension 34 in the axial direction x.
  • the head section 48 is preferably not set in the axial direction x.
  • the inclination of the cool air side portion 52 in this embodiment is such that viewed against the rotational direction of the cool air side portion 52 is disposed behind the head portion 48 is.
  • the cool air side portion 52 thus, starting from the head section 48, it enters the plane of the drawing.
  • a peripheral plate 22 relative to the finger-shaped embodiment according to FIG. 1 be radially inwardly offset (not shown). Since the at least one rib-like flow guide element 38 is arranged on the front edge side and the cool air side, and thus an original radial distance between the extension 34 and the web 14 is not reduced, the extension 34 does not have to be radially offset inwards.
  • FIG. 7 is a plan view of a developed circumferential portion of a blade row in the region of a front extension 34 is shown, which is provided with a further embodiment of the flow guide element 38 according to the invention.
  • the sections 50, 52 preferably have a uniform constant height and are rectilinear. They are obliquely set in the axial direction x and in particular oriented towards each other so that they extend diagonally opposite from the head portion 48 in the direction of the end surfaces 30, 46.
  • the head section 48 is preferably not set in the axial direction x.
  • this flow guide 38 in side view has a rib-like and in particular V-shaped configuration with two mutually pivoted fork sections 50, 52nd
  • a blade for a turbomachine in particular an aircraft engine, with a Inndeckband having a front extension for forming an axial overlap with an upstream vane and on which at least one flow guide for deflecting a leakage flow of a cooling air flow in the circumferential direction is arranged, the at least a flow guide is led out beyond a front edge of the extension, and a turbomachine with a plurality of such blades.

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Abstract

The rotor blade (4) has an inner cover band (24) which comprises a front extension (34) for forming an axial overlapping with an upcurrent guide blade (2). A flow guiding element (38) is arranged at the inner cover band for diverting a leakage flow (36) of a cooling air stream in the circumferential direction. The flow guiding element is guided out over a leading edge (40) of the extension in the axial direction. The flow guiding element terminates with a hot-gas side (42) and with a cooling-air side (44) of the extension.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Strömungsmaschine.The invention relates to a blade for a turbomachine according to the preamble of patent claim 1 and a turbomachine.

Es ist im Triebwerksbau allgemein bekannt, dass der Turbinenwirkungsgrad gesteigert werden kann, wenn ein Leckagestrom einer bspw. kompressorseitig abgezweigten Kühlluftströmung zwischen Leit- und Laufschaufeln in eine Heißgasströmung eingeleitet wird. Eine derartige Einleitung ist bspw. in dem Patent US 7,244,104 B2 beschrieben. In dem Patent wird vorgeschlagen, an einer stromaufwärtigen bzw. vorderen Verlängerung eines Laufschaufelinnendeckbands zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel eine Vielzahl von Strömungsleitelementen in Form von Rippen oder Vertiefungen anzuordnen. Die Strömungsleitelemente sind heißgasseitig an der Verlängerung angeordnet und haben einen vorderen Bogenabschnitt und einen hinteren heißgasseitigen Axialabschnitt. Die Bogenabschnitte, die sich in eine axiale Richtung weg von einer Vorderkante der Verlängerung erstrecken und in die axialen Abschnitte übergehen, sind in Rotationsrichtung orientiert. Hierdurch sollen die Strömungsleitelemente den Leckagestrom aus einer fußseitigen Kavität der Leitschaufeln quasi in die Heißgasströmung einschaufeln und den Leckagestrom mit einer Umfangsgeschwindigkeit beaufschlagen, die etwa der Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes entspricht. Grundsätzlich problematisch dabei ist jedoch, wie dem Leckagestrom die Umfangsgeschwindigkeit aufgeprägt werden kann, ohne dass dabei ein Heizgaseinzug in die fußseitige Kavität erfolgt, was zu einer Überhitzung der Leit- und Laufschaufeln im Fußbereich führen könnte.It is generally known in engine construction that the turbine efficiency can be increased if a leakage flow of a, for example, the compressor side branched cooling air flow between the guide and blades is introduced into a hot gas flow. Such an introduction is, for example, in the patent US 7,244,104 B2 described. The patent proposes to arrange a plurality of flow directors in the form of ribs or depressions on an upstream extension of a blade inner shroud to form an axial overlap with an upstream stator blade. The flow guide elements are arranged on the hot gas side of the extension and have a front bow portion and a rear hot gas side axial portion. The arcuate portions extending in an axial direction away from a leading edge of the extension and passing into the axial portions are oriented in the direction of rotation. As a result, the flow guide elements are intended to scoop the leakage flow from a foot-side cavity of the guide vanes into the hot gas flow, as it were, and to act on the leakage flow at a peripheral speed which approximately corresponds to the peripheral speed of the inner cover strip. Fundamentally problematic in this case, however, is how the leakage current can be impressed on the peripheral speed, without causing a Heizgaseinzugs done in the foot-side cavity, which could lead to overheating of the guide and blades in the foot.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laufschaufel zu schaffen, die eine optimierte Einleitung eines Leckagestroms in einen Heißgasstrom ermöglicht und einen Heizgaseinzug wirkungsvoll verhindert, sowie eine Strömungsmaschine mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.The object of the invention is to provide a blade which enables an optimized introduction of a leakage flow into a hot gas flow and effectively prevents a Heizgaseinzug, and to provide a turbomachine with improved efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.This object is achieved by a blade for a turbomachine having the features of patent claim 1 and by a turbomachine having the features of patent claim 11.

Eine erfindungsgemäße Laufschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugzeugtriebwerk, hat ein Innendeckband mit einer vorderen Verlängerung zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel, an der zumindest ein Strömungsleitelement zum Umlenken eines Leckagestroms einer Kühlluftströmung in Umfangsrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Strömungsleitelement in axialer Richtung über eine Vorderkante der Verlängerung hinausgeführt.A blade for a turbomachine according to the invention, in particular an aircraft engine, has an inner shroud with a front extension for forming an axial overlap with an upstream guide vane on which at least one flow guide for deflecting a leakage flow of a cooling air flow in the circumferential direction is arranged. According to the invention, the at least one flow-guiding element is led out in the axial direction beyond a front edge of the extension.

Durch das zumindest eine über die Vorderkante in axialer Richtung hinausgeführte Strömungsleitelement wird dem Leckagestrom frühzeitig eine Geschwindigkeit in Umfangsrichtung und somit in Rotationsrichtung der Laufschaufel aufgeprägt. Der Leckagestrom wird mit einem Drall in eine Heißgasströmung eingeleitet, wodurch die Einleitung des Leckagestroms verbessert wird. Ein Heißgaseinzug aus der Heißgasströmung in Richtung der Kühlluftströmung wird wirkungsvoll verhindert. Bevorzugterweise wird das zumindest eine Strömungsleitelement integral mit der Verlängerung ausgebildet. Das zumindest eine Strömungsleitelement kann geradlinig, bogenartig, wellenartig oder ähnlich gestaltet sein. Zu beachten ist, dass das Strömungsleitelement aufgrund von Wärmedehnungen nicht auf einen axial gegenüberliegenden Leitschaufelabschnitt aufläuft, so dass eventuell ein axialer Abstand zwischen der Vorderkante und dem axial gegenüberliegenden Leitschaufelabschnitt zu vergrößern ist.By the at least one guided over the front edge in the axial direction out flow guide the leakage current is prematurely imparted a velocity in the circumferential direction and thus in the direction of rotation of the blade. The leakage flow is introduced with a twist in a hot gas flow, whereby the introduction of the leakage flow is improved. A hot gas intake from the hot gas flow in the direction of the cooling air flow is effectively prevented. Preferably, the at least one flow-guiding element is formed integrally with the extension. The at least one flow guide can be rectilinear, arcuate, wave-like or similar. It should be noted that, due to thermal expansions, the flow guide element does not run onto an axially opposite guide blade section, so that an axial distance between the leading edge and the axially opposite guide blade section may be required to increase.

Bei einem Ausführungsbeispiel schließt das zumindest eine Strömungsleitelement bündig mit einer Heißgasseite und mit einer Kühlluftseite der Verlängerung ab. Hierdurch ist das zumindest eine Strömungsleitelement quasi als ein axialer Finger ausgebildet. Bei einer Vielzahl von Strömungsleitelementen hat die Vorderkante eine kammartige Gestalt. Die fingerartige Ausbildung hat den Vorteil, dass die Verlängerung durch das zumindest eine Strömungsleitelement in radialer Richtung nicht aufgedickt wird, sondern eine ihrer ursprünglichen Dicke bzw. Höhe aufweisende radiale Erstreckung hat. Ein bestehender radialer Blendenspalt wird somit durch das zumindest eine Strömungsleitelement nicht verkleinert und muss somit auch nicht neu eingestellt werden.In one embodiment, the at least one flow guide is flush with a hot gas side and with a cooling air side of the extension. As a result, the at least one flow-guiding element is formed quasi as an axial finger. In a plurality of flow guide elements, the leading edge has a comb-like shape. The finger-like design has the advantage that the extension is not thickened by the at least one flow guide in the radial direction, but has a radial thickness which has its original thickness or height. An existing radial diaphragm gap is thus not reduced by the at least one flow guide and thus does not need to be readjusted.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel steht das Strömungsleitelement über die Heißgasseite und über die Kühlluftseite in radialer Richtung hervor. Hierdurch hat das zumindest eine Strömungsleitelement eine paddelartige Gestalt. Dieses Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem vorgenannten fingerförmigen Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass eine Wirkfläche des Strömungsleitelements vergrößert ist. Allerdings können zur Realisierung dieses paddelartigen Strömungselements konstruktive Änderungen zur radialen Spalthaltung notwendig sein, um zu verhindern, dass das zumindest eine Strömungsleitelement aufgrund von Wärmeausdehnungen in radialer Richtung auf benachbarte radiale Leitschaufelabschnitte bzw. Bauteile aufläuft.In an alternative embodiment, the flow guide protrudes beyond the hot gas side and the cooling air side in the radial direction. As a result, the at least one flow guide element has a paddle-like shape. This embodiment has over the aforementioned finger-shaped embodiment has the advantage that an effective area of the flow guide is increased. However, constructive changes to the radial gap position may be necessary for the realization of this paddle-like flow element, in order to prevent the at least one flow guide element from running into adjacent radial guide blade sections or components due to thermal expansion in the radial direction.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hat das zumindest eine Strömungsleitelement einen heißgasseitigen Abschnitt, der auf der Heißgasseite geführt ist. Das Strömungsleitelement ist somit heißgasseitig in eine Richtung weg von der Vorderkante verlängert. Hierdurch kann die aerodynamische Wirkung des Strömungsleitelements weiter verstärkt werden. Je nach Anstellung des heißgasseitigen Abschnitts in axialer Richtung kann der Leckagestrom auf eine Geschwindigkeit in Umfangrichtung beschleunigt werden, die größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes ist, so dass sichergestellt ist, dass dem Leckagestrom keine Geschwindigkeit kleiner bzw. wesentlich kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit aufgeprägt wird. Gleichzeitig bewirkt die Erstreckung des zumindest einen Strömungsleitelements auf die Verlängerung eine strukturmechanische Stabilisierung der Verlängerung, so dass diese zumindest im Bereich des Strömungsleitelements querschnittsreduziert und somit gewichtsoptimiert ausgeführt werden kann. Das zumindest eine Strömungsleitelement dieses Ausführungsbeispiels wirkt somit auch als Versteifungsstruktur in Form einer Rippe. Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelements die Verlängerung zumindest abschnittsweise radial außen aufdickt, können zur radialen Spalthaltung konstruktive Änderungen notwendig sein, die den verkleinerten ursprünglichen radialen Abstand ausgleichen. Beispielsweise kann es notwendig sein, die Verlängerung zur radialen Spalthaltung radial nach innen zu versetzen.In a further embodiment, the at least one flow guide element has a hot gas side section, which is guided on the hot gas side. The flow guide is thus extended on the hot gas side in a direction away from the front edge. As a result, the aerodynamic effect of the flow guide can be further enhanced. Depending on the position of the hot gas side portion in the axial direction of the leakage current can be accelerated to a speed in the circumferential direction, which is greater than the peripheral speed of the inner shroud, so as to ensure that the leakage current no speed is less than or significantly less than the peripheral speed impressed. At the same time, the extension of the at least one flow-guiding element to the extension effects structural-mechanical stabilization of the extension, so that they are reduced in cross-section, and thus optimized in weight, at least in the region of the flow-guiding element can. The at least one flow guide of this embodiment thus also acts as a stiffening structure in the form of a rib. Since the at least one rib-like flow-guiding element at least partially radially thickening the extension on the outside, structural changes may be necessary for the radial gap holding, which compensate for the reduced original radial distance. For example, it may be necessary to offset the extension to the radial gap attitude radially inward.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hat das zumindest eine Strömungsleitelement einen kühlluftseitigen Abschnitt, der auf der Kühlluftseite geführt ist. Hierdurch wird der Leckagestrom bereits im Bereich der Kühlluftseite mit einem Drall beaufschlagt. Zur Beschleunigung des Leckagestrom auf eine Geschwindigkeit in Umfangrichtung, die größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes ist, ist das zumindest eine kühlluftseitige rippenartige Strömungsleitelement entgegengesetzt zum vorgenannten heißgasseitigen rippenartigen Strömungsleitelement in axialer Richtung anzustellen. Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelements die Verlängerung zumindest abschnittsweise radial innen aufgedickt, können zur radialen Spalthaltung konstruktive Änderungen notwendig sein.In a further embodiment, the at least one flow-guiding element has a cooling-air-side section which is guided on the cooling-air side. As a result, the leakage current is already applied in the region of the cooling air side with a swirl. To accelerate the leakage flow to a speed in the circumferential direction, which is greater than the peripheral speed of the inner shroud, the at least one cool air side rib-like flow guide opposite to the aforementioned hot gas side rib-like flow guide in the axial direction. Since the at least one rib-like flow guide element thickened the extension at least in sections radially inward, structural changes may be necessary for the radial clearance.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat das zumindest eine Strömungsleitelement einen heißgasseitige Abschnitt und einen kühlluftseitigen Abschnitt. Ein derartig U-förmiges Strömungsleitelement hat den Vorteil, dass der Leckagestrom kühlluftseitig, vorderkantenseitig und heißgasseitig von dem zumindest einem Strömungsleitelement beeinflusst wird.In one embodiment, the at least one flow guide has a hot gas side portion and a cool air side portion. Such a U-shaped flow guiding element has the advantage that the leakage flow is influenced on the cooling air side, on the front edge side and on the hot gas side by the at least one flow guiding element.

Bevorzugterweise sind der heißgasseitige Abschnitt und der kühlluftseitige Abschnitt in Rotationsrichtung betrachtet entgegensetzt zueinander angestellt. Hierdurch wird der Leckagestrom kühlluftseitig und heißgasseitig mit einer gleichgerichteten Geschwindigkeitskomponente beaufschlagt. Insbesondere ist entgegen der Rotationsrichtung betrachtet der heißgasseitige Abschnitt vor dem kühlluftseitigen Abschnitt angeordnet.Preferably, the hot-gas-side portion and the cool-air-side portion are set opposite to each other when viewed in the direction of rotation. As a result, the leakage flow is subjected to a cooling air side and hot gas side with a rectified velocity component. In particular, viewed against the direction of rotation of the hot gas side portion is arranged in front of the cooling air side portion.

Insbesondere aus strukturmechanischen und aus fertigungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn der heißgasseitige Abschnitt und/oder der kühlluftseitige Abschnitt über die gesamte Länge der Verlängerung geführt ist/sind. Somit ist es möglich, die Verlängerung aufgrund der stabilisierenden Wirkung des zumindest einen Strömungsleitelements zumindest abschnittsweise dünner und somit gewichtsoptimierter auszubilden, wodurch die Rotormasse reduziert werden kann.In particular, for structural mechanical and manufacturing reasons, it may be advantageous if the hot gas side section and / or the cooling air side section is performed over the entire length of the extension / are. Thus, it is possible to form the extension due to the stabilizing effect of at least one flow guide at least partially thin and thus weight-optimized, whereby the rotor mass can be reduced.

Aus radialer Spalthaltungssicht ist es vorteilhaft sein, wenn der heißgasseitige und/oder der kühlluftseitige Abschnitt parallel bzw. im Wesentlichen parallel zum jeweils radial gegenüberliegenden Leitschaufelabschnitt bzw. Bauteil verlaufen. Es wird daher bevorzugt, wenn der heißgasseitige und/oder der kühlluftseitige Abschnitt eine konstante Höhe hat/haben. Die Höhe des zumindest einen Strömungsleitelements kann jedoch auch variieren. Dann wird es jedoch, um die Trennwirkung der Blendenspalte nicht negativ zu beeinflussen, bevorzugt, wenn das zumindest eine Strömungsleitelement jenseits der Vorderkante flach ausgebildet ist.From a radial gap perspective view, it may be advantageous if the hot gas side and / or the cool air side section run parallel or substantially parallel to the respective radially opposite vane section or component. It is therefore preferred if the hot gas side and / or the cool air side section has / have a constant height. However, the height of the at least one flow-guiding element can also vary. Then, however, it will not be negative to the release effect of the diaphragm gaps to be influenced, preferably, when the at least one flow guide is formed flat beyond the front edge.

Die Drallbeaufschlagung bzw. aerodynamische Wirkung des Leckagestroms kann zusätzlich durch die Anzahl der Strömungsleitelemente pro Verlängerung beeinflusst werden. So sind bei einem Ausführungsbeispiel mehrere Strömungsleitelemente in Umfangsrichtung betrachtet nebeneinander an einer Verlängerung angeordnet.The swirling action or aerodynamic effect of the leakage flow can additionally be influenced by the number of flow guiding elements per extension. Thus, in one embodiment, a plurality of flow guide elements are arranged side by side, viewed in the circumferential direction, on an extension.

Eine bevorzugte Strömungsmaschine hat zumindest eine Laufschaufelreihe mit einer Vielzahl von den erfindungsgemäßen Laufschaufeln. Eine derartige Strömungsmaschine zeichnet sich durch einen verbesserten Wirkungsgrad gegenüber einer Strömungsmaschine mit herkömmlichen Laufschaufelreihen aus. Wesentliche konstruktive Änderungen der zu dieser Laufschaufelreihe benachbarten Bauteilen wie Leitschaufelreihen und Systemen sind nicht erforderlich. Je nach Ausbildung der Strömungsleitelemente sind lediglich geringfügige konstruktive Änderungen zur Spalthaltung bzw. zur Einstellung der Blendenspalte notwendig.A preferred turbomachine has at least one blade row with a plurality of the blades according to the invention. Such a turbomachine is characterized by an improved efficiency over a turbomachine with conventional blade rows. Significant structural changes to adjacent to this blade row components such as vane rows and systems are not required. Depending on the design of the flow guide only minor structural changes to the gap position or to adjust the diaphragm gaps are necessary.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the invention are the subject of further subclaims.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand stark vereinfachter schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1
ein erfindungsgemäßes fingerförmiges Strömungsleitelements einer Laufschaufel,
Figur 2
ein paddelartiges Strömungsleitelements,
Figur 3
beispielhafte weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strömungsleitelements,
Figur 4
ein weiteres paddelartiges Strömungsleitelements,
Figur 5
ein Strömungsleitelement mit einem heißgasseitigen Abschnitt,
Figur 6
ein Strömungsleitelement mit einem kühlluftseitigen Abschnitt, und
Figur 7
ein Strömungsleitelement mit einem heißgasseitigen und einem kühlluftseitigen Abschnitt.
In the following, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to highly simplified schematic illustrations. Show it:
FIG. 1
an inventive finger-shaped flow guide of a blade,
FIG. 2
a paddle-like flow guide,
FIG. 3
exemplary further embodiments of the flow guide according to the invention,
FIG. 4
another paddle-like flow guide,
FIG. 5
a flow guide with a hot gas side section,
FIG. 6
a flow guide with a cooling air side section, and
FIG. 7
a flow guide with a hot gas side and a cool air side section.

Figur 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Strömungsmaschine 1 im Bereich einer Leitschaufel 2 und einer stromabwärtigen Laufschaufel 4. Die Strömungsmaschine ist bevorzugterweise ein Flugzeugtriebwerk, kann jedoch auch eine stationäre Gasturbine sein. Die Leitschaufel 2 ist fußseitig an einem nicht gezeigten Gehäuseabschnitt bzw. Leitschaufeltragring befestigt und bildet mit einer Vielzahl von weiteren Leitschaufeln 2 eine feststehende Leitschaufelreihe, die eine um eine Rotationsachse 6 rotierende Rotornabe (nicht dargestellt) umgreift. Die Laufschaufel 4 ist fußseitig, bspw. über ein Scheibenelement, mit der Rotornabe verbunden und bildet mit einer Vielzahl von weiteren Laufschaufeln 4 eine mit der Rotornabe um die Rotationsachse 6 rotierende Laufschaufelreihe. Eine Rotationsrichtung bzw. Umfangsrichtung ist durch den mit dem Bezugszeichen u bezeichneten Pfeil kenntlich gemacht. FIG. 1 shows an axial section through a turbomachine 1 in the region of a guide vane 2 and a downstream blade 4. The turbomachine is preferably an aircraft engine, but may also be a stationary gas turbine. The guide blade 2 is attached at the foot end to a housing section or guide blade support ring, not shown, and forms a fixed guide blade row with a plurality of further guide vanes 2, which surrounds a rotor hub (not shown) rotating about a rotation axis 6. The blade 4 is the foot side, for example. Via a disc element, connected to the rotor hub and forms with a plurality of other blades 4 with the rotor hub about the rotation axis 6 rotating blade row. A direction of rotation or circumferential direction is indicated by the arrow designated by the reference u.

Die Leitschaufel 2 hat eine Plattform 8, die sich von einer Schaufelblattspitze 10 erstreckt und eine radial innere Begrenzung eines Heißgaspfades darstellt. Der Heißgaspfad wird von einer Heißgasströmung 12 axial (x-Richtung) durchströmt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel durchströmt die Heißgasströmung die Strömungsmaschine 1 von links nach rechts. Zur Stabilisierung der Plattform 8 weist diese eine Vielzahl von Stegen 14 auf, die an einer von der Schaufelblattspitze 10 abgewandten Seite angeordnet sind. Bei ausreichender Eigenstabilität der Plattform 8 können die Stege jedoch auch entfallen.The vane 2 has a platform 8 extending from an airfoil tip 10 and forming a radially inner boundary of a hot gas path. The hot gas path is flowed through by a hot gas flow 12 axially (x-direction). In the exemplary embodiment shown, the hot gas flow flows through the turbomachine 1 from left to right. To stabilize the platform 8, this has a plurality of webs 14, which are arranged on a side facing away from the blade tip 10 page. With sufficient inherent stability of the platform 8, however, the webs can be omitted.

Von der Plattform 8 erstreckt sich ein radial nach innen gerichteter Befestigungsflansch 16 zur Befestigung der Leitschaufel 2 an einem die Rotornabe umgreifenden feststehenden Verbindungsring (nicht gezeigt). Der Befestigungsflansch 16 ist von einer Hinterkante 18 der Plattform 8 beabstandet und begrenzt mit der Plattform 8 einen Ringraum 20. An dem Befestigungsflansch 16 ist ein Umfangsblech 22 angebunden, welches den Ringraum 20 in Richtung der Rotornabe begrenzt und somit den Ringraum 20 in eine radial äußere Kavität und in eine radial innere Kavität unterteilt.From the platform 8 extends a radially inwardly directed mounting flange 16 for attachment of the vane 2 to a rotor hub encompassing fixed connecting ring (not shown). The mounting flange 16 is spaced from a rear edge 18 of the platform 8 and limited to the platform 8 an annular space 20. On the mounting flange 16 a peripheral plate 22 is connected, which limits the annular space 20 in the direction of the rotor hub and thus the annular space 20 in a radially outer Cavity and divided into a radially inner cavity.

Die Laufschaufel 4 hat ein Inndeckband 24, das zwischen einem Schaufelhals 26 bzw. Schaufelschaft und einem Schaufelblatt 28 angeordnet ist und eine innere radiale Begrenzung des Heißgaspfads darstellt. Es befindet sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa auf der gleichen radialen Position wie die Plattform 8. Die Laufschaufel 4 und die Leitschaufel 2 sind in axialer Richtung derart zueinander angeordnet, dass zwischen der Hinterkante 18 der Plattform 8 und einer äußeren Stirnfläche 30 des Innendeckbandes 24 ein Ringspalt 32 gebildet ist, durch den grundsätzlich ein Gasaustauch zwischen der Heißgasströmung 12 und einer nabenseitigen Kühlluftströmung (nicht gezeigt) erfolgen kann. Zum nahezu vollständigen konstruktiven Abdichten des Ringspalts 32 in radialer Richtung (y-Richtung) weist das Innendeckband 24 eine vordere Verlängerung 34 zur Bildung einer axialen Überlappung mit der Leitschaufel 2 bzw. mit deren Plattform 8 auf. Die Verlängerung 34 erstreckt sich von der äußeren Stirnfläche 30 in Richtung der Leitschaufel 2 und hat eine derartige Länge, dass sie in den Ringraum 20 bzw. die äußere Kavität zwischen die Plattform 8 und das Umfangsblech 22 eintaucht.The blade 4 has an in-deck belt 24 disposed between a blade neck 26 and blade shroud and an airfoil 28, respectively, and defining an inner radial boundary of the hot gas path. It is in the embodiment shown approximately at the same radial position as the platform 8. The blade 4 and the guide blade 2 are arranged in the axial direction to each other such that between the trailing edge 18 of the platform 8 and an outer end face 30 of the inner cover tape 24 a Annular gap 32 is formed through which in principle a gas exchange between the hot gas flow 12 and a hub-side cooling air flow (not shown) can take place. For almost complete structural sealing of the annular gap 32 in the radial direction (y-direction), the inner cover tape 24 has a front extension 34 for forming an axial overlap with the guide vane 2 or with its platform 8. The extension 34 extends from the outer end surface 30 in the direction of the vane 2 and has a length such that it dips into the annular space 20 and the outer cavity between the platform 8 and the peripheral plate 22.

Zur Vermeidung eines Heißgaseinzugs wird durch den Ringspalt 32 ein Leckagestrom 36 der Kühlluftströmung in die Heißgasströmung 12 eingeblasen. Erfindungsgemäß ist zum Einleiten des Leckagestroms 36 mit einem Drall in die Heißgasströmung 12 bzw. zum Aufprägen der Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes 24 auf den Leckagestrom 36 zumindest ein Strömungsleitelement 38 vorgesehen. Gleichzeitig wird durch die drallbeaufchlagte Einleitung des Leckagestroms 36 in die Heißgasströmung der Maschinenwirkungsgrad verbessert.To avoid a hot gas intake, a leakage flow 36 of the cooling air flow is blown into the hot gas flow 12 through the annular gap 32. According to the invention is for introducing the leakage current 36 with a twist in the hot gas flow 12 or for impressing the peripheral speed of the inner cover tape 24 on the leakage flow 36 at least one flow guide 38 is provided. At the same time, the machine efficiency is improved by the swirl-induced introduction of the leakage flow 36 into the hot gas flow.

In dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 38 als ein fingerförmiger Vorsprung ausgebildet, der sich im Wesentlichen in axialer Richtung von einer Vorderkante 40 der vorderen Verlängerung 34 erstreckt. Der Vorsprung bzw. das Strömungsleitelement 38 ist vorzugsweise geradlinig ausgebildet, kann jedoch beispielsweise in Umfangsrichtung u auch konkav ausgebildet sein. Bei einer Vielzahl von derartigen fingerförmigen Vorsprüngen 38 weist die Vorderkante 40 eine kammartige Gestalt auf. Bevorzugterweise geht das Strömungsleitelement 38 bündig in eine Heißgasseite 42 und in eine Kühlluftseite 44 der vorderen Verlängerung 34 über. Er hat somit bei diesem Ausführungsbeispiel eine gleiche radiale Erstreckung wie die vordere Verlängerung 34, so dass sich das Strömungsleitelement 38 nicht auf einen radialen Blendenspalt zwischen der Verlängerung 34 und dem Steg 14 sowie zwischen der Verlängerung 34 und dem Umfangsblech 22 auswirkt. Je nach der axialer Erstreckung des zumindest einen Strömungsleitelements 38 über die Vorderkante 38 hinaus ist zur axialen Spalthaltung ein ursprünglicher axialer Abstand zwischen der Vorderkante 38 und dem Befestigungsflansch zu vergrößern.In the in FIG. 1 As shown in the first embodiment, the flow guide 38 is formed as a finger-shaped projection extending substantially in the axial direction from a front edge 40 of the front extension 34. The projection or the flow guide element 38 is preferably rectilinear, but may also be concave in the circumferential direction u, for example. In a plurality of such finger-shaped projections 38, the front edge 40 has a comb-like shape. Preferably, the flow guiding element 38 merges flush into a hot gas side 42 and into a cooling air side 44 of the front extension 34. Thus, in this embodiment, it has the same radial extent as the front extension 34, so that the flow guide element 38 does not affect a radial diaphragm gap between the extension 34 and the web 14 and between the extension 34 and the peripheral sheet 22. Depending on the axial extension of the at least one flow guide element 38 beyond the front edge 38, an original axial distance between the front edge 38 and the fastening flange is to be increased for axial gap holding.

Bei einem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Strömungsleitelement 38 als ein vorderkantenseitiger Vorsprung ausgebildet, der in radialer Richtung über die Heißgasseite 42 und über die Kühlluftseite 44 hinausgeführt ist. Hierdurch hat dieses Strömungsleitelement 38 eine paddelartige und insbesondere eine halbmondartige Gestalt. Insbesondere hat das Strömungsleitelement 38 ebene Außenflächen. Vorzugsweise ist das Strömungsleitelement 38 in axialer Richtung x und in radialer Richtung y nicht angestellt (axialer Anstellwinkel und radialer Anstellwinkel = 0°). Es kann jedoch auch in axialer Richtung x und/oder in radialer Richtung y angestellt sein (axialer Anstellwinkel und/oder radialer Anstellwinkel ≠ 0°).At an in FIG. 2 In the embodiment shown, the flow guiding element 38 is designed as a front edge-side projection, which is led out in the radial direction via the hot gas side 42 and via the cooling air side 44. As a result, this flow guide 38 has a paddle-like and in particular a crescent-like shape. In particular, the flow guide 38 has flat outer surfaces. Preferably, the flow guide 38 is not employed in the axial direction x and in the radial direction y (axial angle of attack and radial angle of attack = 0 °). However, it can also be employed in the axial direction x and / or in the radial direction y (axial angle of attack and / or radial angle of attack ≠ 0 °).

Aufgrund der radialen Verlängerung des Strömungsleitelements 38 über die Heißgasseite 42 und die Kühlluftseite 44 hinaus hat das zumindest eine Strömungsleitelement 38 nach Figur 2 eine gegenüber dem vorhergehenden fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach Figur 1 vergrößerte Wirkfläche zur Drallbeaufschlagung des Leckagestroms 36. Zur radialen Spalthaltung bzw. um ein Auflaufen des Strömungsleitelements 38 auf den Steg 14 und das Umfangsblech aufgrund von Wärmeausdehnungen zu verhindern, kann es notwendig sein, die Verlängerung 34 und das Umfangsblech 22 gegenüber dem fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach Figur 1 radial nach innen zu versetzen (nicht gezeigt). Da sich das zumindest eine Strömungsleitelement 38 auch in Richtung des Umfangsbleches 22 erstreckt, ist dann das Umfangsblech 22 bei axialsymmetrischer Ausbildung des Strömungsleitelements 38 im Vergleich zur Verlängerung 34 um den zweifachen Weg radial nach innen zu versetzen.Due to the radial extension of the flow guide 38 over the hot gas side 42 and the cooling air side 44 addition, the at least one flow guide 38 after FIG. 2 an opposite to the preceding finger-shaped embodiment according to FIG. 1 Increased effective area for swirling the leakage flow 36. For radial gap holding or to prevent emergence of the flow guide 38 on the web 14 and the peripheral sheet due to thermal expansion, it may be necessary, the extension 34 and the peripheral plate 22 relative to the finger-like embodiment FIG. 1 radially inwardly (not shown). Since the at least one flow guide element 38 also extends in the direction of the peripheral plate 22, the peripheral plate 22 is then displaced radially inwards in the case of axially symmetrical design of the flow guide element 38 in comparison to the extension 34 by two times.

In Figur 3 sind weitere Ausführungsbeispiele des Strömungsleitelements 38 skizziert. Diese haben im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 zusätzlich eine rippenartige Erstreckung in Richtung eines Schaufelhalses 26 bzw. einer radial äußeren Stirnfläche 30 sowie einer radial inneren Stirnfläche 46 des Schaufelhalses 26. Insofern haben diese Strömungsleitelemente 38 einen in axialer Richtung x über eine Vorderkante 40 hinausragenden Kopfabschnitt 48 und einen sich von dem Kopfabschnitt in Richtung des Schaufelhalses 26 erstreckenden heißgasseitigen Abschnitt 50 und/oder einen kaltgasseitigen Abschnitt 52. Die Abschnitte 50, 52 können sich wie durch die gestrichelten Linien angedeutet nur über einen Längenbereich der Verlängerung 34 erstrecken oder in die Stirnflächen 30, 46 übergehen.In FIG. 3 Further embodiments of the flow guide 38 are outlined. These have in contrast to the aforementioned embodiments of the Figures 1 and 2 in addition, a rib-like extension in the direction of a blade neck 26 and a radially outer end surface 30 and a radially inner end surface 46 of the blade neck 26. Insofar, these flow guide 38 have a projecting in the axial direction x over a front edge 40 head portion 48 and a from the head portion in Direction of the blade neck 26 extending hot gas side portion 50 and / or a cold gas side portion 52. The sections 50, 52 may extend as indicated by the dashed lines only over a length range of the extension 34 or pass into the end surfaces 30, 46.

Wenn die Abschnitte 50, 52 nur über einen Längenbereich der Verlängerung 34 geführt sind, wird es aus strukturmechanischen Gründen bevorzugt, wenn diese stufenlos, bspw. rampenartig, in die Heißgasseite 42 bzw. Kühlluftseite 44 übergehen. Wenn sich die Abschnitte 50, 52 bis zum Schaufelhals 26 erstrecken wird es bevorzugt, wenn diese eine konstante Höhe bzw. Erstreckung in radialer Richtung haben. Durch die Abschnitte 50, 52 wird die Wirkfläche des zumindest einen Strömungsleitelements 38 im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 weiter vergrößert, was sich positiv auf die Drallbeaufschlagung des Leckagestroms 36 auswirkt. Zudem ist das Strömungsleitelement 38 durch das Umgreifen der Vorderkante 40 im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 stabilisiert.If the sections 50, 52 are guided over only a length range of the extension 34, it is preferred for reasons of structural mechanics if these pass continuously, eg in a ramp-like manner, into the hot gas side 42 or cooling air side 44. When the portions 50, 52 extend to the blade neck 26, it is preferred that they have a constant height in the radial direction. By the portions 50, 52, the effective area of the at least one flow guide element 38 in comparison to the second embodiment after FIG. 2 further increased, which has a positive effect on the swirling action of the leakage flow 36. In addition, the flow guide 38 by the embrace of the front edge 40 in contrast to the previous embodiments of the Figures 1 and 2 stabilized.

In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Strömungsleitelements 38 mit einem heißgasseitigen Abschnitt 50 und mit einem kühlluftseitigen Abschnitt 52 gezeigt, die sich lediglich über einen Längenbereich einer Verlängerung 34 erstrecken. Das Strömungsleitelement 38 umgreift eine Vorderkante 34 U-förmig und geht stufenlos in eine Heißgasseite 42 und in eine Kühlluftseite 44 über. Beispielsweise ist das Strömungsleitelement 38 in Seitenansicht eine ebene Kreisscheibe, die im Bereich der Heißgasseite 42 und der Kühlluftseite 44 durch die Verlängerung 34 unterbrochen ist. Somit hat dieses paddelartige Strömungsleitelement 38 eine vollmondartige Gestalt mit einem Kopfabschnitt 48 und mit zwei quasi Auslaufabschnitten 50, 52. Aufgrund der Verlängerung des Strömungsleitelements 38 auf die Heißgasseite 42 und auf die Kühlluftseite 44 hat dieses Ausführungsbeispiel bei gleicher Erstreckung in radialer Richtung eine größere Wirkfläche als das Ausführungsbeispiel nach Figur 2.In FIG. 4 an embodiment of the flow guide 38 is shown with a hot gas side portion 50 and with a cool air side portion 52 which extend only over a length range of an extension 34. The flow guide element 38 surrounds a front edge 34 in a U-shape and merges steplessly into a hot gas side 42 and into a cooling air side 44. For example, the flow guide 38 in side view, a flat circular disc, which is interrupted in the hot gas side 42 and the cooling air side 44 by the extension 34. Thus, this paddle-like flow guide 38 has a full moon-like shape with a head portion 48 and two quasi-Auslaufabschnitten 50, 52. Due to the extension of the flow guide 38 on the hot gas side 42 and the cooling air side 44 of this embodiment has the same extent in the radial direction a larger effective area than the embodiment according to FIG. 2 ,

Vorzugsweise ist das zumindest eine Strömungsleitelement 38 in axialer Richtung x und in radialer Richtung y nicht angestellt. Es kann jedoch auch in axialer Richtung x oder in radialer Richtung y angestellt bzw. positiv oder negativ geneigt sein. Zur radialen Spalthaltung können die Verlängerung 34 und ein Umfangsblech 22 analog zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 radial nach innen versetzt.Preferably, the at least one flow guide element 38 is not employed in the axial direction x and in the radial direction y. However, it can also be set in the axial direction x or in the radial direction y or inclined positively or negatively. For radial gap holding the extension 34 and a peripheral plate 22 analogous to the embodiment according to FIG. 2 offset radially inward.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines rippenartiges Strömungsleitelements 38 gezeigt, das sich in axialer Richtung x über eine Vorderkante 40 einer Verlängerung 34 hinaus erstreckt, wobei es mit seinem Kopfabschnitt 48 bündig mit einer Kühlluftseite 44 abschließt und mit seinem heißgasseitigen Abschnitt 50 bis zur äußeren Stirnfläche 30 geführt ist. Hierdurch hat dieses Strömungsleitelement 38 in Seitenansicht eine L-förmige Gestalt.In FIG. 5 an embodiment of a rib-like flow guide 38 is shown, which in axial direction x extends beyond a front edge 40 of an extension 34 addition, wherein it is flush with its head portion 48 flush with a cooling air side 44 and is guided with its hot gas side portion 50 to the outer end surface 30. As a result, this flow guide 38 has an L-shaped design in side view.

Der heißgasseitige Abschnitt 50 hat bevorzugterweise eine längliche geradlinige Gestalt mit einer konstanten Höhe. Er ist auf einer Heißgasseite 44 der Verlängerung 34 in axialer Richtung x angestellt. Der Kopfabschnitt 48 ist in axialer Richtung x bevorzugterweise nicht angestellt.The hot gas side portion 50 preferably has an elongated rectilinear shape with a constant height. He is employed on a hot gas side 44 of the extension 34 in the axial direction x. The head section 48 is preferably not set in the axial direction x.

Die Schrägstellung des heißgasseitigen Abschnitts 50 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass entgegen der Rotationsrichtung u betrachtet der heißgasseitige Abschnitte 50 vor dem Kopfabschnitt 48 angeordnet ist. Der heißgasseitige Abschnitt 50 tritt somit ausgehend vom Kopfabschnitt 48 aus der Zeichnungsebene aus. Durch die Schrägstellung wird der Leckagestrom 36 beim Austreten aus der äußeren Kavität auf eine Geschwindigkeit in Umfangsrichtung u beschleunigt, die gleich bzw. geringfügig größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes 24 ist.The inclination of the hot gas side portion 50 is in this embodiment such that viewed against the direction of rotation u considered the hot gas side portions 50 in front of the head portion 48. The hot gas side section 50 thus exits the drawing plane starting from the head section 48. As a result of the inclination, the leakage flow 36 as it exits the outer cavity is accelerated to a speed in the circumferential direction u which is equal to or slightly greater than the peripheral speed of the inner cover tape 24.

Zur radialen Spalthaltung bzw. um ein Auflaufen des Strömungsleitelements 38 auf den Steg 14 und das Umfangsblech 22 aufgrund von Wärmeausdehnungen zu verhindern, können, sofern notwendig, die Verlängerung 34 und ein Umfangsblech 22 gegenüber dem fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach Figur 1 radial nach innen versetzt sein (nicht gezeigt). Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelement 38 vorderkantenseitig und heißgasseitig angeordnet ist und somit ein ursprünglicher radialer Abstand zwischen der Verlängerung 34 und dem Umfangsblech 22 nicht verkleinert wird, kann dann das Umfangsblech 22 um den gleichen radialen Weg wie die Verlängerung 34 radial nach innen versetzt werden.For radial gap maintenance or to prevent run-up of the flow guide 38 on the web 14 and the peripheral plate 22 due to thermal expansion, if necessary, the extension 34 and a peripheral plate 22 relative to the finger-shaped embodiment according to FIG. 1 be radially inwardly offset (not shown). Since the at least one rib-like flow guide element 38 is arranged on the front edge side and on the hot gas side and thus an original radial distance between the extension 34 and the peripheral plate 22 is not reduced, then the peripheral plate 22 can be displaced radially inward by the same radial path as the extension 34.

In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines rippenartiges Strömungsleitelements 38 gezeigt, dass sich in axialer Richtung x über eine Vorderkante 40 einer Verlängerung 34 hinaus erstreckt, wobei es mit seinem Kopfabschnitt 48 bündig mit einer Heißgasseite 42 abschließt und mit seinem kühlluftseitigen Abschnitt 52 bis zur inneren Stirnfläche 46 geführt ist. Hierdurch hat dieses Strömungsleitelement 38 in Seitenansicht ebenfalls eine L-förmige Gestalt.In FIG. 6 an embodiment of a rib-like flow guide 38 is shown extending in the axial direction x beyond a front edge 40 of an extension 34, wherein it is flush with its head portion 48 with a hot gas side 42 and is guided with its cooling air side portion 52 to the inner end surface 46 , As a result, this flow guide 38 in side view also has an L-shaped configuration.

Der kühlluftseitige Abschnitt 52 hat bevorzugterweise eine konstante Höhe und ist geradlinig ausgebildet. Er ist auf einer Heißgasseite 44 der Verlängerung 34 in axialer Richtung x angestellt. Der Kopfabschnitt 48 ist in axialer Richtung x bevorzugterweise nicht angestellt.The cool air side portion 52 preferably has a constant height and is formed in a straight line. He is employed on a hot gas side 44 of the extension 34 in the axial direction x. The head section 48 is preferably not set in the axial direction x.

Zur Beschleunigung des Leckagestroms 36 auf eine Geschwindigkeit, die in etwa bzw. geringfügig größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Innendeckbandes 24 ist, ist die Schrägstellung des kühlluftseitige Abschnitts 52 bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass entgegen der Rotationsrichtung betrachtet der kühlluftseitige Abschnitt 52 hinter dem Kopfabschnitt 48 angeordnet ist. Der kühlluftseitige Abschnitt 52 tritt also ausgehend vom Kopfabschnitt 48 in die Zeichnungsebene ein.To accelerate the leakage flow 36 to a speed which is approximately or slightly greater than the peripheral speed of the inner shroud 24, the inclination of the cool air side portion 52 in this embodiment is such that viewed against the rotational direction of the cool air side portion 52 is disposed behind the head portion 48 is. The cool air side portion 52 Thus, starting from the head section 48, it enters the plane of the drawing.

Zur radialen Spalthaltung kann, sofern notwendig, ein Umfangsblech 22 gegenüber dem fingerförmigen Ausführungsbeispiel nach Figur 1 radial nach innen versetzt sein (nicht gezeigt). Da das zumindest eine rippenartige Strömungsleitelement 38 vorderkantenseitig und kühlluftseitig angeordnet ist und somit ein ursprünglicher radialer Abstand zwischen der Verlängerung 34 und dem Steg 14 nicht verkleinert wird, muss die Verlängerung 34 dabei radial nicht nach innen versetzt werden.For radial clearance, if necessary, a peripheral plate 22 relative to the finger-shaped embodiment according to FIG. 1 be radially inwardly offset (not shown). Since the at least one rib-like flow guide element 38 is arranged on the front edge side and the cool air side, and thus an original radial distance between the extension 34 and the web 14 is not reduced, the extension 34 does not have to be radially offset inwards.

In Figur 7 ist eine Draufsicht auf einen abgewickelten Umfangsabschnitt einer Laufschaufelreihe im Bereich einer vorderen Verlängerung 34 gezeigt, die mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strömungsleitelements 38 versehen ist. Gemäß der Darstellung in Figur 3 umgreift das Strömungsleitelement 38 mit seinem Kopfabschnitt 48 beidseits eine Vorderkante 40 der Verlängerung 34 und ist mit einem heißgasseitigen Abschnitt 50 und mit einem kühlluftseitigen Abschnitt 52 bis zur äußeren und inneren Stirnfläche 30, 46 geführt. Die Abschnitt 50, 52 haben vorzugsweise eine einheitliche konstante Höhe und sind geradlinig ausgebildet. Sie sind in axialer Richtung x schräg angestellt und insbesondere derart zueinander orientiert, dass sie sich diagonal entgegengesetzt vom Kopfabschnitt 48 in Richtung der Stirnflächen 30, 46 erstrecken. Der Kopfabschnitt 48 ist in axialer Richtung x vorzugsweise nicht angestellt.In FIG. 7 is a plan view of a developed circumferential portion of a blade row in the region of a front extension 34 is shown, which is provided with a further embodiment of the flow guide element 38 according to the invention. As shown in FIG. 3 surrounds the flow guide 38 with its head portion 48 on both sides of a front edge 40 of the extension 34 and is guided with a hot gas side portion 50 and with a cooling air side portion 52 to the outer and inner end surface 30, 46. The sections 50, 52 preferably have a uniform constant height and are rectilinear. They are obliquely set in the axial direction x and in particular oriented towards each other so that they extend diagonally opposite from the head portion 48 in the direction of the end surfaces 30, 46. The head section 48 is preferably not set in the axial direction x.

Die Schrägstellung der Abschnitte 50, 52 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart, dass entgegen der Rotationsrichtung u betrachtet der heißgasseitige Abschnitt 50 vor dem kühlluftseitigen Abschnitt 52 angeordnet ist. Der heißgasseitige Abschnitt 50 tritt somit ausgehend vom Kopfabschnitt 48 aus der Zeichnungsebene und der kühlluftseitige Abschnitt 52 tritt ausgehend vom Kopfabschnitt 48 in die Zeichnungsebene ein. Somit hat dieses Strömungsleitelement 38 in der Seitenansicht eine rippenartige und insbesondere V-förmige Gestalt mit zwei gegeneinander verschwenkten Gabelabschnitten 50, 52.The inclination of the sections 50, 52 in this embodiment is such that, viewed counter to the direction of rotation u, the hot-gas-side section 50 is arranged in front of the cooling-air-side section 52. The hot gas side portion 50 thus emerges from the drawing plane from the head portion 48, and the cool air side portion 52 enters the drawing plane from the head portion 48. Thus, this flow guide 38 in side view has a rib-like and in particular V-shaped configuration with two mutually pivoted fork sections 50, 52nd

Offenbart sind eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugzeugtriebwerk, mit einem Inndeckband, die eine vordere Verlängerung zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel aufweist und an der zumindest ein Strömungsleitelement zum Umlenken eines Leckagestroms einer Kühlluftströmung in Umfangsrichtung angeordnet ist, wobei das zumindest eine Strömungsleitelement über eine Vorderkante der Verlängerung hinausgeführt ist, sowie eine Strömungsmaschine mit einer Vielzahl von derartigen Laufschaufeln.Disclosed are a blade for a turbomachine, in particular an aircraft engine, with a Inndeckband having a front extension for forming an axial overlap with an upstream vane and on which at least one flow guide for deflecting a leakage flow of a cooling air flow in the circumferential direction is arranged, the at least a flow guide is led out beyond a front edge of the extension, and a turbomachine with a plurality of such blades.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11 Strömungsmaschineflow machine 22 Leitschaufelvane 44 Laufschaufelblade 66 Rotationsachseaxis of rotation 88th Plattformplatform 1010 SchaufelblattspitzeAirfoil tip 1212 HeißgasströmungHot gas flow 1414 Stegweb 1616 Befestigungsflanschmounting flange 1818 Hinterkantetrailing edge 2020 Ringraumannulus 2222 Umfangsblechextensive sheet 2424 InnendeckbandInner shroud 2626 Schaufelhalsscoop-neck 2828 Schaufelblattairfoil 3030 äußere Stirnflächeouter face 3232 Ringspaltannular gap 3434 vordere Verlängerungfront extension 3636 Leckagestromleakage current 3838 Strömungsleitelementflow guide 4040 Vorderkanteleading edge 4242 HeißgasseiteHot gas side 4444 KühlluftseiteCooling air side 4646 innere Stirnflächeinner face 4848 Kopfabschnittheader 5050 heißgasseitiger AbschnittHot gas side section 5252 kühlluftseitiger AbschnittCooling-air-side section xx axiale Richtungaxial direction yy radiale Richtungradial direction uu Umfangsrichtung bzw. RotationsrichtungCircumferential direction or rotation direction

Claims (11)

Laufschaufel (4) für eine Strömungsmaschine (1), insbesondere ein Flugzeugtriebwerk, mit einem Inndeckband (24), das eine vordere Verlängerung (34) zur Bildung einer axialen Überlappung mit einer stromaufwärtigen Leitschaufel (2) aufweist und an der zumindest ein Strömungsleitelement (38) zum Umlenken eines Leckagestroms (36) einer Kühlluftströmung (36) in Umfangsrichtung (u) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Strömungsleitelement (38) über eine Vorderkante (40) der Verlängerung (34) in axialer Richtung (x) hinausgeführt ist.Blade (4) for a turbomachine (1), in particular an aircraft engine, with an in-deck belt (24) having a front extension (34) for axial overlap with an upstream stator (2) and at least one flow-directing element (38 ) for deflecting a leakage flow (36) of a cooling air flow (36) in the circumferential direction (u) is arranged, characterized in that the at least one flow guide (38) via a front edge (40) of the extension (34) in the axial direction (x) out is. Laufschaufel nach Anspruch 1, wobei das Strömungsleitelement (38) bündig mit einer Heißgasseite (42) und mit einer Kühlluftseite (44) der Verlängerung (34) abschließt.The blade of claim 1, wherein the flow directing element (38) is flush with a hot gas side (42) and with a cooling air side (44) of the extension (34). Laufschaufel nach Anspruch 1, wobei das Strömungsleitelement (38) über die Heißgasseite (42) und die Kühlluftseite (44) in radialer Richtung (y) hervorsteht.A blade according to claim 1, wherein the flow guide (38) projects beyond the hot gas side (42) and the cooling air side (44) in the radial direction (y). Laufschaufel nach Anspruch 1, wobei das Strömungsleitelement (38) einen heißgasseitigen Abschnitt (50) hat, der auf der Heißgasseite (42) geführt ist.The moving blade according to claim 1, wherein the flow guide (38) has a hot gas side portion (50) guided on the hot gas side (42). Laufschaufel nach Anspruch 1, wobei das Strömungsleitelement (38) einen kühlluftseitigen Abschnitt (52) hat, der auf der Kühlluftseite (44) geführt ist.The moving blade according to claim 1, wherein the flow guide member (38) has a cool air side portion (52) guided on the cooling air side (44). Laufschaufel nach Anspruch 1, wobei das Strömungsleitelement (38) einen heißgasseitigen Abschnitt (50) hat, der auf der Heißgasseite (42) geführt ist, und einen kühlluftseitigen Abschnitt (52) aufweist, der auf der Kühlluftseite (44) geführt ist.A moving blade according to claim 1, wherein the flow guide member (38) has a hot gas side portion (50) guided on the hot gas side (42) and a cool air side portion (52) guided on the cooling air side (44). Laufschaufel nach Anspruch 6, wobei der heißgasseitige Abschnitt (50) und der kühlluftseitige Abschnitt (52) in Rotationsrichtung (u) betrachtet entgegengesetzt zueinander orientiert sind.The moving blade according to claim 6, wherein the hot gas side portion (50) and the cool air side portion (52) are oriented opposite to each other in the rotational direction (u). Laufschaufel nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der heißgasseitige Abschnitt (50) und/oder der kühlluftseitige Abschnitt (52) über die gesamte axiale Erstreckung der Verlängerung (34) geführt ist/sind.The moving blade according to any one of claims 4 to 7, wherein the hot gas side portion (50) and / or the cool air side portion (52) is guided over the entire axial extent of the extension (34). Laufschaufel nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der heißgasseitige Abschnitt (50) und/oder der kühlluftseitige Abschnitt (52) eine konstante Höhe hat/haben.A blade according to any one of claims 4 to 8, wherein the hot gas side portion (50) and / or the cool air side portion (52) has a constant height. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verlängerung (34) mit einer Vielzahl von Strömungsleitelementen (38) versehen ist.The blade of any one of the preceding claims, wherein the extension (34) is provided with a plurality of flow directors (38). Strömungsmaschine (1) mit einer Laufschaufelreihe mit einer Vielzahl von Laufschaufeln (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Turbomachine (1) with a blade row with a plurality of blades (4) according to one of the preceding claims.
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