EP2828484B1

EP2828484B1 - Turbine blade

Info

Publication number: EP2828484B1
Application number: EP13714573.6A
Authority: EP
Inventors: Martin Schnieder; Sergey Shchukin
Original assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: US9932836B2; JP6169161B2; JP2015511678A; CA2867960A1; US20150004001A1; CN104204412A; EP2828484A1; CN104204412B; WO2013139926A1

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Offenbarung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel für eine Strömungsrotationsmaschine mit einem Schaufelblatt, das von einer konkaven Druck- und einer konvexen Saugseitenwand begrenzt ist, die einen Hohlraum einschließen, der von der Druck- und Saugseitenwand sowie von einer sich in Längsrichtung erstreckenden, die Saug- und die Druckseitenwand inwandig verbindenden Zwischenwand begrenzt ist.The disclosure relates to a turbine blade for a flow rotating machine with an airfoil bounded by a concave pressure and a convex suction sidewall enclosing a cavity extending from the pressure and suction sidewall as well as a longitudinally extending suction tube. and the pressure side wall inwandig connecting partition is limited.

Stand der TechnikState of the art

Turbinenschaufeln der vorstehend genannten Gattung stellen hitzebeständige Bauteile dar, die insbesondere innerhalb von Turbinenstufen von Gasturbinenanordnungen eingesetzt werden und in Form von Leit- oder Laufschaufeln den unmittelbar aus der Brennkammer austretenden Heißgasen ausgesetzt sind.Turbine blades of the abovementioned type represent heat-resistant components which are used in particular within turbine stages of gas turbine assemblies and are exposed in the form of guide vanes or blades to the hot gases emerging directly from the combustion chamber.

Die Hitzebeständigkeit derartiger Turbinenschaufeln rührt einerseits von der Verwendung hitzebeständiger Materialien und andererseits von einer höchst effizienten Kühlung der den Heißgasen unmittelbar ausgesetzten Turbinenschaufeln her, die zu Zwecken einer kontinuierlichen Durchströmung und Beaufschlagung mit einem Kühlmittel, vorzugsweise von Kühlluft, über entsprechende Hohlräume verfügen, die an ein Kühlmittelspeisesystem der Gasturbinenanordnung angeschlossen sind, das zur Kühlung sämtlicher hitzeexponierten Gasturbinenkomponenten Kühlluft während des Gasturbinenbetriebes, so insbesondere den Turbinenschaufeln, zur Verfügung stellt.The heat resistance of such turbine blades is due, on the one hand, to the use of heat-resistant materials and, on the other hand, to highly efficient cooling of the turbine blades exposed directly to the hot gases, which have corresponding cavities for continuous flow and admission of coolant, preferably cooling air Are connected coolant supply system of the gas turbine assembly, which is used to cool all heat-exposed Gas turbine components cooling air during gas turbine operation, in particular the turbine blades, provides.

Herkömmliche Turbinenschaufeln verfügen über einen Schaufelfuß, an den sich radialwärts mittel- oder unmittelbar das Schaufelblatt anschließt, das eine konkav geformte Druckseitenwand sowie eine konvex geformte Saugseitenwand besitzt, die sich im Bereich der Schaufelvorderkante einstückig verbinden und zwischen denen ein Zwischenraum begrenzt ist, der zu Kühlzwecken von Seiten des Schaufelfußes mit Kühlluft versorgt wird. Der Begriff "radialwärts" bezeichnet hierbei die Turbinenschaufelerstreckung im montierten Zustand innerhalb der Gasturbinenanordnung, die radial zur Rotationsachse der Rotoreinheit orientiert ist. Um die Kühlluftzufuhr und -verteilung innerhalb des zwischen der Saugseiten- und Druckseitenwand eingeschlossenen Zwischenraumes für eine optimierte Kühlung der Turbinenschaufel vorzunehmen, ist der Zwischenraum mit radial verlaufenden Zwischenwänden versehen, die jeweils radial innerhalb des Schaufelblattes orientierte Hohlräume voneinander abgrenzen, von denen einige über fluidische Verbindungen verfügen. An geeigneten Stellen längs der Hohlräume sind Durchtrittsöffnungen in der Saug- oder Druckseitenwand, im Bereich der Turbinenschaufelvorder- und/oder -hinterkante oder an der Turbinenschaufelspitze vorgesehen, so dass die Kühlluft nach Aussen in den Heissgaskanal der Turbinenstufe entweichen kann.Conventional turbine blades have a blade root to which radially or indirectly adjoins the airfoil, which has a concave shaped pressure side wall and a convex suction side wall, which integrally connect in the region of the blade leading edge and between which a space is limited, which is for cooling purposes supplied by the blade root with cooling air. The term "radially" here refers to the turbine blade extension in the assembled state within the gas turbine arrangement, which is oriented radially to the axis of rotation of the rotor unit. In order to carry out the cooling air supply and distribution within the space enclosed between the suction side and pressure side wall for optimized cooling of the turbine blade, the intermediate space is provided with radially extending partitions, each delimiting radially inside the airfoil oriented cavities, some of which via fluidic connections feature. At suitable locations along the cavities, passage openings are provided in the suction or pressure side wall, in the region of the turbine blade front and / or trailing edge or on the turbine blade tip, so that the cooling air can escape outward into the hot gas channel of the turbine stage.

Eine zu Kühlzwecken optimierte Gasturbinenschaufel ist der EP 1 319 803 A2 zu entnehmen, die innerhalb des Turbinenschaufelblattes eine Vielzahl radial orientierte Kühlkanalhohlräume vorsieht, die jeweils mäanderförmig fluidisch verbunden sind und nach Maßgabe unterschiedlich stark hitzebelasteter Schaufelblattbereiche mit mehr oder weniger Kühlluft durchströmt werden. Insbesondere gilt es den Bereich der Schaufelvorderkante, der die größte Strömungs- und Hitzeexposition der Heißgase erfährt in besonders effizienter Weise zu kühlen. Hierzu erstreckt sich innwandig längs zur Schaufelvorderkante ein Hohlraum, der von der Saug- und Druckseitenwand, die sich an der Schaufelvorderkante vereinen sowie von einer Zwischenwand, die innwandig die Saug- und Druckseite miteinander verbindet, begrenzt wird und der von Seiten des Schaufelfusses mit Kühlluft gespeist wird. Üblicherweise gelangt die durch den Hohlraum strömende Kühlluft im Bereich der Schaufelblattspitze nach außen. Um den Wärmeübergang zwischen der Schaufelblattwand und der den Hohlraum durchströmenden Kühlluft zu verbessern, sind darüber hinaus längs der den Hohlraum einschließenden Wandbereiche, die Kühlluftströmung verwirbelnde Strukturen vorgesehen.An optimized for cooling purposes gas turbine blade is the EP 1 319 803 A2 can be seen, which provides a plurality of radially oriented cooling channel cavities within the turbine blade, each of which is fluidly connected in a meandering manner and are traversed in accordance with different levels of heat-contaminated airfoil regions with more or less cooling air. In particular, it is the area of the blade leading edge that undergoes the greatest flow and heat exposure of the hot gases to cool in a particularly efficient manner. For this purpose, a cavity extending inwardly along the blade leading edge of the suction and pressure side wall, which unite at the blade leading edge and of an intermediate wall, which connects the suction and pressure side, is limited and is fed from the side of the blade root with cooling air. Usually, the cooling air flowing through the cavity reaches the outside in the area of the blade tip. In order to improve the heat transfer between the airfoil wall and the cooling air flowing through the cavity, moreover, along the walls enclosing the cavity, the cooling air flow vortexing structures are provided.

Eine weitere bevorzugte Kühlung des Schaufelvorderkantenbereiches einer Turbinenschaufel ist in der US 5,688,104 beschrieben. Längs der Schaufelvorderkante verläuft ein Hohlraum, der zum einen von der Saug- und Druckseitenwand, die sich an der Schaufelvorderkante vereinen, sowie von einer Zwischenwand, die die Saug- und Druckseitenwand innerhalb des Schaufelblattes starr miteinander verbindet, begrenzt ist. Der längs der Schaufelvorderkante verlaufende Hohlraum wird mit Kühlluft gespeist, die ausschließlich durch innerhalb der Zwischenwand vorgesehene Kühlkanalöffnungen in den Hohlraum eintritt. Die geradlinig ausgebildete Zwischenwand ist in radialer Längserstreckung mit einer Vielzahl einzelner Durchgangskanäle versehen, durch die Kühlluft aus einem angrenzenden radial verlaufenden Kühlkanal längs des Schaufelblattes in Form einer Prallkühlung in Richtung der Schaufelvorderkante innerhalb des vorstehend bezeichneten Hohlraums eintritt. Zur Ausleitung der in den Hohlraum eingebrachten Kühlluft sind jeweils längs der Schaufelvorderkante zur Saug- und Druckseitenaußenwand gerichtete Filmkühlöffnungen vorgesehen, durch die die innerhalb des Hohlraumes eingebrachte Kühlluft unter Ausbildung einer Filmkühlung jeweils an der Druck- sowie Saugseitenaußenwand ausgebracht wird.A further preferred cooling of the blade leading edge region of a turbine blade is in the US 5,688,104 described. Along the blade leading edge extends a cavity which is bounded on the one hand by the suction and pressure side wall, which unite at the blade leading edge, and by an intermediate wall which rigidly connects the suction and pressure side wall within the airfoil. The cavity extending along the blade leading edge is fed with cooling air which enters the cavity exclusively through cooling channel openings provided inside the intermediate wall. The rectilinearly formed intermediate wall is provided in the radial longitudinal extent with a plurality of individual passageways through which cooling air from an adjacent radially extending cooling channel along the airfoil occurs in the form of an impingement cooling in the direction of the blade leading edge within the cavity referred to above. For discharging the cooling air introduced into the cavity, film cooling openings directed toward the suction and pressure side outer wall are respectively provided along the blade leading edge, by means of which the cooling air introduced inside the cavity is discharged to form a film cooling at the pressure and suction side outer wall.

Um die Kühlwirkung insbesondere der Schaufelvorderkante einer Turbinenschaufel zu verbessern, bietet es sich mit den bekannten Kühltechniken an, einerseits die Kühlluftzuführung zu steigern, andererseits die Kühlmechanismen der Prallkühlung zu optimieren.In order to improve the cooling effect, in particular of the blade leading edge of a turbine blade, it is advisable, with the known cooling techniques, on the one hand to increase the cooling air supply, and on the other hand to optimize the cooling mechanisms of the impact cooling.

Turbinenschaufeln, die zu Zwecken einer optimierten Hitzebeständigkeit insbesondere im Bereich der Schaufelvorderkante über die vorstehend erläuterten Kühlmaßnahmen verfügen, zeigen jedoch im Schaufelvorderkantenbereich längs der Druck- und Saugseitenwand häufig Ermüdungserscheinungen, die im Endstadium durch Rissbildung in Erscheinung treten. Der Grund für derartige Rissbildungen liegt im Auftreten von thermomechanischen Spannungen innerhalb der Saug- und Druckseitenwand im Schaufelvorderkantenbereich, die durch hohe Temperaturunterschiede zwischen der Heißgasbeaufschlagten Schaufelvorderkante und den Kühlluftbeaufschlagten inneren Wandbereichen des Schaufelblattes herrühren. Insbesondere im Falle transienter Betriebszustände der Gasturbinenanordnung, wie sie beim Anfahren oder bei Lastwechseln in der Turbinenstufe auftreten, können Temperaturunterschiede zwischen der Heißgasbeaufschlagten Schaufelvorderkante und den mit Kühlluft beaufschlagten Zwischen- und Innenwandabschnitten von ca. 1000°C auftreten. Es liegt auf der Hand, dass bei derart großen Temperaturunterschieden erhebliche thermomechanische Spannungen innerhalb der Saugseiten- und Druckseitenwand längs der Schaufelvorderkante auftreten, die zu erheblichen Materialbelastungen, wie vorstehend erwähnt, führen.Turbine blades, which for purposes of optimized heat resistance in particular in the region of the blade leading edge on the above Cooling measures have, however, often show in the blade leading edge region along the pressure and suction side wall fatigue phenomena that appear in the final stage by cracking. The reason for such cracking is the occurrence of thermo-mechanical stresses within the suction and pressure sidewall in the blade leading edge region resulting from high temperature differences between the hot gas-loaded blade leading edge and the cooling air-loaded inner wall portions of the airfoil. Especially in the case of transient operating conditions of the gas turbine arrangement, as they occur during startup or load changes in the turbine stage, temperature differences between the Heißgasbeaufschlagten blade leading edge and the acted upon with cooling air intermediate and inner wall sections of about 1000 ° C can occur. It is obvious that at such large temperature differences considerable thermo-mechanical stresses within the Saugseiten- and pressure side wall along the blade leading edge occur, which lead to significant material loads, as mentioned above.

Aus der EP 0 447 320 A1 ist eine Schaufel mit Saug- und Druckseitenwand bekannt, in die eine die Saug- und die Druckseitenwand inwandig verbindenden Zwischenwand eingesetzt ist, die Löcher zur Prallkühlung der Seitenwand aufweist.From the EP 0 447 320 A1 is a blade with suction and pressure side wall is known, in which a suction and the pressure side wall inwandig connecting partition wall is inserted, which has holes for impingement cooling of the side wall.

Aus der EP 2107215 A1 , US 3191908 und der JP 2002 242607 A sind Schaufeln mit einer die Saug- und Druckseitenwand inwandig verbindenden Zwischenwand bekannt, die Löcher zur Prallkühlung der Seitenwand aufweist.From the EP 2107215 A1 . US 3191908 and the JP 2002 242607 A are blades with a suction and pressure side wall inwandig interconnecting intermediate wall having holes for impingement cooling of the side wall.

Die EP 0 806 546 A1 offenbart eine Turbinenschaufel mit keramischen Vorderkanteneinsatz, der auf die Vorderkante des Schaufelprofils aufgesetzt ist und prallluftgekühlt wird.The EP 0 806 546 A1 discloses a turbine blade having a ceramic leading edge insert which is mounted on the leading edge of the airfoil and is impingement air cooled.

Aus der EP 2258 925 A2 und der US 5246340 sind Schaufeln mit einer die Saug- und Druckseitenwand verbindendende Zwischenwand bekannt, die Löcher zur Einleitung eines Flusses eines Kühlmediums in den vorderen Kühlkanal aufweist.From the EP 2258 925 A2 and the US 5246340 are known blades having a suction and pressure side wall connecting intermediate wall having holes for introducing a flow of a cooling medium in the front cooling passage.

Darstellung der OffenbarungPresentation of the Revelation

Der Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 für eine Strömungsrotationsmaschine mit einem Schaufelblatt, das von einer konkaven Druck- und einer konvexen Saugseitenwand begrenzt ist, die im Bereich einer dem Schaufelblatt zuordenbaren Schaufelvorderkante verbunden sind und einen sich Längserstreckung der Schaufelvorderkante erstreckenden Hohlraum einschließen, der innwandig von der Druck- und Saugseitenwand im Bereich der Schaufelvorderkante sowie von einer sich in Längsrichtung zur Schaufelvorderkante erstreckenden, die Saug- und die Druckseitenwand innwandig verbindenden Zwischenwand begrenzt ist, dadurch weiterzubilden, dass die durch Temperaturunterschiede bedingten Ermüdungserscheinungen im Bereich der Schaufelvorderkante reduziert bis ganz vermieden werden sollen, um auf diese Weise die Lebensdauer der stark hitzeexponierter Turbinenschaufeln zu verbessern. Die hierfür erforderlichen Maßnahmen sollen möglichst die an sich bekannten Kühlmaßnahmen nicht beeinträchtigen, sondern darüber hinaus verbessern und unterstützen. Auch sollen die hierfür erforderlichen Maßnahmen weder kostenintensive noch herstellungsrelevant aufwendige Aufwendungen erfordern.The disclosure is based on the object, a turbine blade according to claim 1 for a flow rotating machine with an airfoil, which is bounded by a concave pressure and a convex suction side wall, which are connected in the region of a blade leading edge assignable to the blade and a longitudinal extent of the blade leading edge extending cavity include, the innwandig of the pressure and suction side wall in the region of the blade leading edge and a longitudinally extending to the blade leading edge, the suction and the pressure side wall innwandig connecting intermediate wall is limited, further, that reduces the temperature differences caused by fatigue in the blade leading edge until completely avoided in order to improve the life of the highly heat-exposed turbine blades in this way. The measures required for this purpose should as far as possible not impair the cooling measures known per se, but also improve and support them. Also, the measures required for this purpose should require neither cost-intensive nor manufacturing relevant complex expenses.

Eine lösungsgemäße Turbinenschaufel für eine Strömungsrotationsmaschine weist ein Schaufelblatt auf, das von einer konkaven Druck- und einer konvexen Saugseitenwand begrenzt ist. Diese Wände sind im Bereich einer dem Schaufelblatt zuordenbaren Schaufelvorderkante verbunden und schliessen einen sich in Längserstreckung der Schaufelvorderkante erstreckenden Hohlraum ein, der inwandig von der Druck- und Saugseitenwand im Bereich der Schaufelvorderkante sowie von einer sich in Längsrichtung zur Schaufelvorderkante erstreckenden, die Saug- und die Druckseitenwand inwandig verbindenden Zwischenwand begrenzt ist. Diese Zwischenwand sowie die Saug- und/oder Druckseitenwand sind ein zusammenhängendes Teil. Dies ist typischerweise als Gussteil hergestellt. Die offenbarte Turbinenschaufel zeichnet sich dadurch aus, dass die Zwischenwand im Anschlussbereich an die Saug- und/oder Druckseitenwand wenigstens abschnittsweise eine Perforierung aufweist, um die Elastizität zu erhöhen. Als Perforierung ist dabei eine Vielzahl von Löchern zu verstehen. Diese sind typischerweise entlang einer Line angeordnet. Typischerweise ist diese Linie zumindest abschnittsweise gerade. Beispielsweise können drei oder mehr Löcher entlang einer Geraden angeordnet sein. Insbesondere wird damit die Elastizität der Zwischenwand erhöht. Durch den elastischen Anschlussbereich wirkt die Zwischenwand weniger versteifend auf die gesamte Schaufel, so dass auch die Verspannungen zwischen Druck- und Saugseitenwand reduziert werden. Als Anschlussbereich der Zwischenwand an die Saug- und/oder Druckseitenwand ist hier der an die Saug- und/oder Druckseitenwand angrenzende Bereich der Zwischenwand bezeichnet. Der Anschlussbereich kann sich bis zu einem Viertel der Distanz zwischen Saug- und Druckseitenwand erstrecken. Typischerweise erstreckt sich der Anschlussbereich auf eine Distanz, die kleiner als die Dicke der Zwischenwand ist oder kleiner als ein bis zweimal der Dicke der Zwischenwand ist. Nach einer Ausführung ist der Anschlussbereich auf eine Rundung oder Hohlkehle im Übergang von Zwischenwand an die Saug- und/oder Druckseitenwand beschränkt. Nach einer weiteren Ausführung ist der Anschlussbereich auf einen Bereich ab der Seitenwand beschränkt, die dem doppelten Radius der Rundung oder Hohlkehle im Übergang von Zwischenwand an die Saug- und/oder Druckseitenwand entspricht.A turbine blade according to the invention for a flow rotary machine has an airfoil which is delimited by a concave pressure and a convex suction sidewall. These walls are connected in the region of a blade leading edge that can be assigned to the blade and include a cavity extending in the longitudinal extent of the blade leading edge, which extends inwardly from the pressure and suction side wall in the area of the blade leading edge and from the longitudinal direction to the blade leading edge, the suction and the Pressure side wall inwandig connecting partition wall is limited. This intermediate wall and the suction and / or pressure side wall are a coherent part. This is typically made as a casting. The disclosed turbine blade is characterized in that the intermediate wall in the connection region to the suction and / or pressure side wall at least partially has a perforation in order to increase the elasticity. As a perforation is to understand a variety of holes. These are typically arranged along a line. Typically, this line is at least partially straight. For example, three or more holes may be arranged along a straight line. In particular, thus the elasticity of the intermediate wall is increased. Due to the elastic connection area, the intermediate wall has less stiffening effect on the entire blade, so that the tension between the pressure and suction side wall is also reduced. As a connection region of the intermediate wall to the suction and / or pressure side wall of the adjacent to the suction and / or pressure side wall region of the intermediate wall is here designated. The connection area can extend up to a quarter of the distance between the suction and pressure side wall. Typically, the terminal region extends to a distance that is less than the thickness of the intermediate wall or less than one to two times the thickness of the intermediate wall. According to one embodiment, the connection area is a rounding or a fillet limited in the transition from intermediate wall to the suction and / or pressure side wall. According to a further embodiment, the connection area is limited to an area from the side wall, which corresponds to twice the radius of the rounding or groove in the transition from intermediate wall to the suction and / or pressure side wall.

Der Offenbarung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ermüdungsrissbildungen im Schaufelvorderkantenbereich von mit Heißgasen exponierten Turbinenschaufeln vornehmlich darauf zurückzuführen sind, dass dem thermisch bedingten Ausdehnungs- und Schrumpfungsbestreben der Druck- und Saugseitenwandbereiche im Schaufelvorderkantenbereich die Unnachgiebigkeit der starr ausgebildeten, stets mit Kühlluft umströmten Zwischenwand, die der Schaufelvorderkante unmittelbar innerhalb des Schaufelblattes nachgeordnet ist und die Saugseitenwand und Druckseitenwand fest miteinander verbindet, mechanisch entgegenwirkt, wodurch die stark erhitzten Hitzeexponierten Saug- und Druckseitenwandbereiche eine erhöhte innere mechanische Spannung erfahren, die wiederum eine hohe Materialbeanspruchung nach sich zieht, die letztlich zu den die Lebensdauer reduzierenden Ermüdungserscheinungen führt. Zur Begegnung des die Ermüdungserscheinungen hervorrufenden mechanischen Zwangs, der auf die Druck- und Saugseitenwandbereiche längs der Schaufelvorderkante wirkt, wird die der Schaufelvorderkante unmittelbar nachgeordnete Zwischenwand, die gemeinsam mit den Innenwänden der Druck- und Saugseitenwand den längs der Schaufelvorderkante verlaufenden Hohlraum begrenzt, lösungsgemäß derart modifiziert, so dass die Zwischenwand bzw. der Anschlussbereich der Zwischenwand eine Elastizität erfährt, wodurch dem thermisch bedingten Ausdehnungs- und Schrumpfungsbestreben der Saugseiten- und Druckseitenwandbereiche längs der Schaufelvorderkante zumindest teilweise nachgegeben werden können. Die Zwischenwand weist hierzu in Abkehr zur herkömmlich starren Wandverbindung zwischen Zwischenwand und Saug- und Druckseitenwand zumindest an einem Anschlussbereich zur Seitenwand eine Perforierung auf, durch die die vorstehend beschriebene Elastizität realisierbar ist. Nach einer Ausführungsform umfasst die Perforierung eine Reihe von zylindrischen Löchern. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Perforierung eine Reihe von Langlöchern oder Schlitzen, deren längere Seite sich parallel zur jeweils benachbarten Saug- oder Druckseitenwand erstreckt.The disclosure is based on the finding that the fatigue cracks in the blade leading edge region of turbine blades exposed to hot gases are primarily due to the thermally induced expansion and contraction tendency of the pressure and suction side wall regions in the blade leading edge region, the intransigence of the rigidly formed, always with cooling air flow around the intermediate wall the vane leading edge immediately downstream of the airfoil and the suction side wall and pressure side wall firmly connects, mechanically counteracts, whereby the highly heated heat exposed suction and pressure side wall areas experience an increased internal mechanical stress, which in turn entails a high material stress, ultimately to the Life reducing fatigue leads. To encounter the fatigue phenomena causing mechanical constraint, which acts on the pressure and suction side wall portions along the blade leading edge, the blade leading edge immediately downstream intermediate wall, which defines together with the inner walls of the pressure and suction side wall extending along the blade leading edge cavity, according to the solution modified , so that the intermediate wall or the connection region of the intermediate wall experiences an elasticity, whereby the thermally induced expansion and shrinkage tendency of the suction side and pressure side wall regions along the blade leading edge can be at least partially yielded. In contrast to the conventionally rigid wall connection between intermediate wall and suction and pressure side wall, the intermediate wall has a perforation at least at a connecting region to the side wall, by means of which the elasticity described above can be realized. In one embodiment, the perforation comprises a series of cylindrical holes. According to a further embodiment, the perforation comprises a number of oblong holes or slots, whose longer side extends parallel to the respective adjacent suction or pressure side wall.

Durch den Anschluss der Zwischenwand and die Seitenwand, bilden sich relativ Dicke Materialansammlungen deren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen viel kleiner ist als in einem freien Wandabschnitt. Auf der Innenseite ist durch den Anschluss ausserdem die Strömung der Wände behindert, so dass sich die Temperatur des Schaufelmaterials im Anschlussbereich bei transienten Änderungen der Heissgas- oder Kühllufttemperaturen langsamer ändert als die Materialtemperaturen in einem freien Wandabschnitt. Dies führt zu zusätzlichen Wärmespannungen, die durch die Perforierung reduziert werden.By connecting the intermediate wall and the side wall, relatively thick accumulations of material form their ratio of surface to volume is much smaller than in a free wall section. On the inside, the port also obstructs the flow of the walls, so that the temperature of the blade material in the connection area changes more slowly than the material temperatures in a free wall section in the event of transient changes in the hot gas or cooling air temperatures. This leads to additional thermal stresses, which are reduced by the perforation.

Typischerweise ist der Anschlussbereich von Zwischenwand an die Saug- und/oder Druckseitenwand sogar mit einer Rundung oder Hohlkehle ausgebildet. Diese Hohlkehle ist bei gegossenen Schaufeln fertigungsbedingt. Durch sie werden einerseits Spannungskonzentration am Wandanschluss reduziert, andererseits werden durch die Hohlkehle die Materialansammlungen im Anschlussbereich von Zwischenwand an die Saug- und/oder Druckseitenwand noch vergrössert. Die Perforierung im Anschlussbereich verbessert den Wärmeübergang auf der Innenseite der Wände, so dass transienten Temperaturänderungen besser gefolgt werden kann. Um den Effekt der Materialansammlung weiter entgegen zu wirken und den Wärmeübergang im Anschlussbereich zu verbessern verläuft nach einer Ausführungsform die Perforierung zumindest teilweise durch die Hohlkehle.Typically, the connection region of the intermediate wall to the suction and / or pressure side wall is even formed with a rounded or chamfered groove. This groove is due to production of cast blades. On the one hand, they reduce the concentration of stress on the wall connection, and on the other hand, the accumulation of material in the connection area between the intermediate wall and the suction and / or pressure side wall is increased by the groove. The perforation in the connection area improves the heat transfer on the inside of the walls, so that transient temperature changes can be better followed. In order to further counteract the effect of accumulation of material and to improve the heat transfer in the connection area, according to one embodiment, the perforation extends at least partially through the groove.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Turbinenschaufel weist die Zwischenwand in Erstreckung von der Saug- zur Druckseitenwand oder umgekehrt wenigstens einen von einem geradlinigen Wandverlauf abweichenden, gekrümmt ausgebildeten Wandabschnitt auf. Diese Krümmung erhöht die Elastizität, so dass sich insbesondere in Kombination mit dem perforierten Anschlussbereich der Zwischenwand eine flexible Zwischenwand ergibt.In a preferred embodiment of the turbine blade, the intermediate wall in extension from the suction to the pressure side wall or vice versa on at least one of a rectilinear wall course deviating, curved trained wall portion. This curvature increases the elasticity, so that, in particular in combination with the perforated connection region of the intermediate wall, a flexible intermediate wall results.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die der Schaufelvorderkante unmittelbar zugewandte Zwischenwand, die die Saug- und Druckseiteninnenwand miteinander verbindet, einen "V"- bzw. "U"-förmigen Wandquerschnitt auf, der sich vorzugsweise über die gesamte radiale Länge der Zwischenwand erstreckt. Eine derart lösungsgemäß ausgebildete Krümmung der Zwischenwand, deren Verlauf sich von der Saug- zur Druckseitenwand bzw. umgekehrt erstreckt und in eben dieser Raumrichtung eine krümmungsbedingte Wandelastizität ermöglicht, erlaubt im Falle einer thermisch induzierten Ausdehnung von Saug- und Druckseitenwand im Schaufelvorderkantenbereich durch elastische Streckung der gekrümmten Zwischenwand dem Bestreben der Saug- und Druckseitenwand sich relativ voneinander zu beabstanden nachzugeben.
Im umgekehrten Fall einer thermisch bedingten Materialschrumpfung, die zu einer Verringerung des gegenseitigen Abstandes zwischen Druck- und Saugseitenwand im Schaufelvorderkantenbereich führt, vermag die gekrümmt ausgebildete Zwischenwand durch Erhöhung der Wandkrümmung dem sich verringernden Wandabstand zu folgen.In a preferred embodiment, the intermediate wall immediately facing the blade leading edge, which connects the suction and pressure side inner wall, has a "V" or "U" -shaped wall cross-section which preferably extends over the entire radial length of the intermediate wall. Such a solution designed according to the curvature of the intermediate wall, the course extends from the suction to the pressure side wall or vice versa and allows just this spatial direction a curvature caused by bending elasticity, allows in the case of a thermally induced expansion of suction and pressure side wall in the blade leading edge region by elastic stretching of the curved Partial wall the effort of the suction and pressure side wall to give relative to each other to space.
In the reverse case of a thermally induced material shrinkage, which leads to a reduction of the mutual distance between the pressure and suction side wall in the blade leading edge region, the curved partition wall formed by increasing the wall curvature can follow the decreasing wall distance.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Turbinenschaufel am Grund des "v-" oder "u-förmig" ausgebildeten Querschnittes der Zwischenwand wenigstens abschnittsweise eine Perforierung auf, die parallel zu der Perforierung des Anschlussbereichs verläuft, um die Elastizität zu erhöhen. Insgesamt ergibt sich so für die Zwischenwand eine scharnierartige Struktur, zwischen den beiden Schenkel des v-" oder "u-förmig" ausgebildeten Querschnittes, die eine Drehbewegung der Schenkel um die Perforierungen ermöglicht, und somit für einen Ausgleich bei Änderungen des gegenseitigen Abstandes zwischen Druck- und Saugseitenwand sorgt.According to a further embodiment, the turbine blade at the bottom of the "v" or "U" shaped cross section of the intermediate wall has, at least in sections, a perforation which runs parallel to the perforation of the connection region in order to increase the elasticity. Overall, this results in the intermediate wall a hinge-like structure, between the two legs of the v- "or" U-shaped "trained cross section, which allows a rotational movement of the legs about the perforations, and thus for compensation for changes in the mutual distance between pressure - and suction side wall provides.

Durch die vorstehend erläuterte Nachgiebigkeit der Zwischenwand kann sich der gegenseitige Abstand zwischen Druck- und Saugseitenwand im Schaufelvorderkantenbereich je nach Temperaturniveau einstellen ohne dass dabei schädliche mechanische Verspannungen innerhalb der Druck- und Saugseitenwand insbesondere im Verbindungsbereich zur innenliegenden Zwischenwand auftreten.Due to the flexibility of the intermediate wall explained above, the mutual distance between the pressure side and the suction side wall in the blade leading edge region can be adjusted depending on the temperature level without being affected harmful mechanical stresses within the pressure and suction side wall, in particular in the connection area to the inner intermediate wall occur.

Selbstverständlich ist es denkbar, die betreffende Zwischenwand mit von der "V"- bzw. "U"-Wandquerschnittsform abweichenden gekrümmt ausgebildeten Wandkonturen auszubilden. So sind beispielsweise im Querschnitt wellig oder zieharmonikaartig ausgebildete Zwischenwandformen möglich. Allen derartigen lösungsgemäß auszubildenden Wandabschnitten ist jedoch gemeinsam, dass sie über eine krümmungsbedingte Wandelastizität verfügen und durch die Perforierung flexibel an die Aussenwände angeschlossen sind.Of course, it is conceivable to form the relevant intermediate wall with curved wall contours deviating from the "V" or "U" wall cross-sectional shape. Thus, for example, cross-sectional wavy or zieharmonikaartig formed intermediate wall shapes are possible. All such wall sections to be formed in accordance with the solution, however, have in common that they have a bending elasticity due to bending and are flexibly connected to the outer walls by the perforation.

Zur weiteren Verbesserung der Wandelastizität sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vor, die Zwischenwand zumindest bereichsweise mit einer gleichen oder vorzugsweise geringeren Zwischenwanddicke auszubilden, verglichen zu den Wanddicken der Saug- und Druckseitenwand im Schaufelvorderkantenbereich. Nicht notwendigerweise ist es erforderlich, dass die Zwischenwand längs ihres gesamten Wandquerschnittes über eine gleich bleibende Wanddicke verfügen muss. Es lassen sich auf diese Weise die Zwischenwanddicke, Elastizität des perforierten Anschlussbereichs und das Krümmungsverhalten der Zwischenwand aufeinander derart optimiert abstimmen, dass eine besonders geeignete Wandelastizität erzielbar ist. Gilt es besonders hohe Wandelastizitäten zu realisieren, so eignen sich besonders stark gekrümmte und/oder geeignet dünn gewählte Wandabschnitte längs der Zwischenwand.To further improve the elasticity of a preferred embodiment, the intermediate wall at least partially form with an equal or preferably smaller partition wall thickness, compared to the wall thickness of the suction and pressure side wall in the blade leading edge region. Not necessarily, it is necessary that the intermediate wall along its entire wall cross-section must have a constant wall thickness. In this way, the intermediate wall thickness, elasticity of the perforated connection region and the curvature behavior of the intermediate wall can be matched to one another in such an optimized manner that a particularly suitable transitional elasticity can be achieved. If it is necessary to realize particularly high transient elasticities, particularly highly curved and / or suitably thinly selected wall sections along the intermediate wall are suitable.

Auch begrenzt sich die lösungsgemäße Maßnahme einer Zwischenwand mit perforiertem Anschlussbereich nicht notwendigerweise auf die unmittelbar der Schaufelvorderkante zugewandte Zwischenwand. Selbstverständlich ist es möglich, auch weitere, innerhalb des Schaufelprofils vorgesehene Zwischenwände, in lösungsgemäßer Weise mit Perforierung oder Perforierung und gekrümmt auszuführen, um thermisch induzierte Schrumpfungs- oder Ausdehnungseffekte, betreffend die Druck- und Saugseitenwand, spannungsfrei nachgeben zu können. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die "V"- bzw. "U"-förmig ausgebildete Wandkrümmung der der Schaufelvorderkante unmittelbar zugewandten Zwischenwand derart ausgebildet und angeordnet ist, so dass die konvexe Wandseite des "V"- oder "U"-förmig ausgebildeten Wandabschnittes dem Bereich der Schaufelvorderkante zugewandt ist.Also, the measure according to the solution of an intermediate wall with a perforated connection region is not necessarily limited to the intermediate wall which directly faces the blade leading edge. Of course, it is also possible to carry out further intermediate walls provided within the blade profile in the manner described with perforations or perforations and curved in order to yield thermally induced shrinkage or expansion effects, with respect to the pressure and suction sidewall, without tension. To be particularly advantageous has been found that the "V" - or "U" -shaped wall curvature of the blade leading edge immediately facing intermediate wall is designed and arranged such that the convex wall side of the "V" - or "U" -shaped formed wall portion facing the region of the blade leading edge.

Ferner ist es vorteilhaft, die sich von der Saug- zur Druckseitenwand bzw. in umgekehrter Richtung erstreckende Krümmungskontur der Zwischenwand derart auszubilden, so dass die der Schaufelvorderkante zugewandte konvexe Wandseite der Zwischenwand weitgehend parallel zu der den Hohlraum begrenzenden, an der Schaufelvorderkante verbundenen Saug- und Druckseitenwand ausgebildet und angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere bei der Realisierung einer sogenannten Prallkühlung besonders vorteilhaft, wie dies die weiteren Erläuterungen unter Bezugnahme auf ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel zeigen werden. Hierbei ist es möglich, zielgerichtet Prallkühlluftströmungen durch jeweils innerhalb der Zwischenwand eingebrachte Durchtrittskanäle auf bestimmte Innenwandbereiche im Schaufelvorderkantenbereich zu richten. Auf diese Weise lassen sich temperaturbedingte Materialspannungen durch eine optimierte Kühlung des Schaufelvorderkantenbereichs wirkungsvoll begegnen.Furthermore, it is advantageous to form the curvature contour of the intermediate wall that extends from the suction side to the pressure side wall or in the opposite direction, so that the convex wall side of the intermediate wall facing the blade leading edge is largely parallel to the suction and discharge flange bounding the cavity and connected to the blade leading edge Pressure side wall is formed and arranged. Such a design is particularly advantageous in the realization of a so-called impingement cooling, as the further explanations will show with reference to a related embodiment. In this case, it is possible to direct targeted impingement cooling air flows through respective passage channels introduced within the intermediate wall to specific inner wall areas in the blade leading edge area. In this way, temperature-induced material stresses can be effectively counteracted by optimized cooling of the blade leading edge region.

Um eine ausreichende Flexibilität zu erreichen, wird nach einem Ausführungsbeispiel eine Lochreihe als Perforierung angesehen, in der in Perforierungsrichtung der Anteil der Lochlängen mindestens 30% der Gesamtlänge des perforierten Bereichs beträgt. Für hohe Flexibilität beträgt nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Anteil der Lochlängen mindestens 50% der Gesamtlänge des perforierten Bereichs. Dies wird z.B. durch eine Reihe von zylindrischen Bohrungen realisiert, die jeweils mit dem doppelten Durchmesser beabstanded sind. Insbesondere bei Ausführungen mit Langlöchern oder Schlitzen kann ein Anteil der Lochlängen 70% der Gesamtlänge des perforierten Bereichs überschreiten.In order to achieve sufficient flexibility, according to one exemplary embodiment, a row of holes is regarded as a perforation in which the proportion of the hole lengths in the perforation direction is at least 30% of the total length of the perforated area. For high flexibility according to a further embodiment, the proportion of the hole lengths is at least 50% of the total length of the perforated area. This is e.g. realized by a series of cylindrical bores, each spaced at twice the diameter. In particular, in versions with slots or slots, a proportion of the hole lengths may exceed 70% of the total length of the perforated area.

Der Anschlussbereich der Zwischenwand an die Druck- oder Saugseitenwand umfasst beispielsweise jeweils bis zu 20% des Wandabstandes zwischen beiden Seitenwänden. Typischerweise erstreckt sich der Anschlussbereich ein oder zwei Wanddicken der Zwischenwand in Verbindungsrichtung der Zwischenwand.The connection region of the intermediate wall to the pressure or suction side wall comprises, for example, up to 20% of the wall distance between the two Sidewalls. Typically, the connection region extends one or two wall thicknesses of the intermediate wall in the direction of connection of the intermediate wall.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Illustration zur schematischen Anordnung von Turbinenleit- und Turbinenlaufschaufeln innerhalb einer Turbinenstufe,
Fig. 2: repräsentatives Profil durch eine Turbinenschaufel und
Fig. 3a, b, c: alternative Varianten zur Ausbildung einer Perforation in einer Zwischenwand im Bereich der Schaufelvorderkante,
Fig. 4a - d: alternative Varianten zur Ausbildung einer Zwischenwand im Bereich der Schaufelvorderkante.

Preferred embodiments of the disclosure will now be described with reference to the drawings, which are given by way of illustration only and not by way of limitation. In the drawings show:

Fig. 1: Illustration of the schematic arrangement of turbine guide and turbine blades within a turbine stage,
Fig. 2: representative profile through a turbine blade and
Fig. 3a, b, c: alternative variants for forming a perforation in an intermediate wall in the region of the blade leading edge,
Fig. 4a - d: alternative variants for forming an intermediate wall in the region of the blade leading edge.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In Fig. 1 sind in schematischer Darstellung eine Leitschaufel 2 sowie eine Laufschaufel 3 dargestellt, wie sie in einer nicht weiter illustrierten Turbinenstufe 1 längs einer Leit- und Laufschaufelreihe angeordnet sind. Es sei angenommen, dass die Leitschaufel 2 sowie die Laufschaufel 3 mit einem Heißgasstrom H in Kontakt treten, der in der Darstellung von links nach rechts die jeweiligen Schaufelblätter 4 der Leitschaufel 2 sowie der Laufschaufel 3 überströmt. Die Schaufelblätter 4 der Leit- und Laufschaufeln 2, 3 ragen in den Heißgaskanal der Turbinenstufe 1 einer Gasturbinenanordnung hinein, der durch jeweils radial innen liegende Deckbänder 2i, 3i sowie durch die radial außen liegenden Deckbänder 2a der Leitschaufeln 2 sowie radial außen liegenden Wärmestausegmenten 3a begrenzt ist. Die Laufschaufel 3 ist an einer nicht weiter dargestellten Rotoreinheit R montiert, die um eine Rotationsachse A drehbar gelagert ist.In Fig. 1 are shown schematically a vane 2 and a blade 3, as they are arranged in a not further illustrated turbine stage 1 along a guide and blade row. It is assumed that the vane 2 and the blade 3 come into contact with a hot gas flow H, which flows in the illustration from left to right, the respective airfoils 4 of the vane 2 and the blade 3. The blades 4 of the guide and rotor blades 2, 3 protrude into the hot gas duct of the turbine stage 1 of a gas turbine arrangement, which is defined by radially in each case inner shrouds 2i, 3i and by the radially outer shrouds 2a of the guide vanes 2 and radially outer heat accumulation segments 3a is limited. The moving blade 3 is mounted on a rotor unit R (not shown), which is rotatably mounted about a rotation axis A.

In Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung durch eine Leit- bzw. Laufschaufel dargestellt, die sich längs einer aus Fig. 1 entnehmbaren Schnittebene A-A ergibt. Das typische Schaufelprofil einer Turbinenleit- oder Turbinenlaufschaufel zeichnet sich durch ein aerodynamisch profiliertes Schaufelblatt 4 aus, das von einer konvexen Saugseitenwand 7 sowie von einer konkaven Druckseitenwand 6 beidseitig begrenzt ist. Die konvex ausgebildete Saugseitenwand 7 sowie die konkav ausgebildete Druckseitenwand 6 vereinen sich einstückig im Bereich der Schaufelvorderkante 5, die, wie bereits eingangs erläutert, dem durch die Turbinenstufe einer Gasturbinenanordnung hindurch tretenden Heißgasstrom unmittelbar ausgesetzt ist. Es liegt auf der Hand, dass der Turbinenschaufelbereich längs der Schaufelvorderkante 5 eine besonders starke thermische Belastung erfährt.In Fig. 2 is a cross-sectional view through a guide or blade shown, which extends along one of Fig. 1 removable sectional plane AA results. The typical blade profile of a turbine guide or turbine blade is characterized by an aerodynamically profiled blade 4, which is bounded on both sides by a convex suction side wall 7 and by a concave pressure side wall 6. The convex suction side wall 7 and the concave pressure side wall 6 unite in the area of the blade leading edge 5, which, as already explained, is directly exposed to the hot gas flow passing through the turbine stage of a gas turbine arrangement. It is obvious that the turbine blade area along the blade leading edge 5 experiences a particularly strong thermal load.

Zur Kühlung der den Heißgasen ausgesetzten Turbinenschaufel sind innerhalb des Schaufelblattes 4 radial orientierte Hohlräume 9, 10, 11 etc. vorgesehen, die mit Kühlluft gespült werden. Die einzelnen Hohlräume 9, 10, 11 etc. sind durch Zwischenwände 8, 12, 13 etc. gegenseitig abgetrennt. Je nach Ausbildung und Ausformung der Turbinenschaufel kommunizieren die einzelnen Kühlkanäle 9, 10, 11 etc. miteinander.To cool the turbine blades exposed to the hot gases, radially oriented cavities 9, 10, 11, etc., are provided within the airfoil 4, which are flushed with cooling air. The individual cavities 9, 10, 11, etc. are separated by partitions 8, 12, 13, etc. mutually. Depending on the design and shape of the turbine blade communicate the individual cooling channels 9, 10, 11, etc. with each other.

Um das eingangs geschilderte Problem der ermüdungsbedingten Rissbildung in der Saug- und Druckseitenwand 6, 7 nahe der Schaufelvorderkante 5 zu lösen, ist die vorderste Zwischenwand 8 im Anschlussbereich an die Saug- 7 und/oder Druckseitenwand 6 wenigstens abschnittsweise mit einer Perforierung 16 versehen. Ausführungsbeispiele von Perforierungen 16 sind in den Fig. 3a, b und c dargestellt.In order to solve the initially described problem of fatigue-related cracking in the suction and pressure side wall 6, 7 near the blade leading edge 5, the foremost intermediate wall 8 is at least partially provided with a perforation 16 in the connection region to the suction 7 and / or pressure side wall 6. Embodiments of perforations 16 are in the Fig. 3a, b and c shown.

Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3a gezeigt. Je eine Perforierung 16 ist im Anschlussbereich der Zwischenwand 8 an die Saug- und Druckseitenwand 6, 7 vorgesehen. Die Perforierungen des gezeigten Beispiels sind eine Reihe von zylindrischen Löchern 18, die parallel zu der Saug- und Druckseitenwand 6, 7 angeordnet sind. Die Perforierung 16 an der Druckseitenwand 6 verläuft in dem Beispiel nur über einen Abschnitt der Zwischenwand 8.A first embodiment is in the Fig. 3a shown. Depending on a perforation 16 is provided in the connection region of the intermediate wall 8 to the suction and pressure side wall 6, 7. The perforations of the example shown are a series of cylindrical holes 18, which are arranged parallel to the suction and pressure side wall 6, 7. The perforation 16 on the pressure side wall 6 extends in the example only over a portion of the intermediate wall eighth

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3b gezeigt. Je eine Perforierung 16 ist im Anschlussbereich der Zwischenwand 8 an die Saug- und Druckseitenwand 6, 7 vorgesehen. Die Perforierungen dieses Beispiels sind eine Reihe von Langlöchern 19, die parallel zu der Saug- und Druckseitenwand 6, 7 angeordnet sind und deren längere Seite sich jeweils parallel zur benachbarten Saug- 7 bzw. Druckseitenwand 6 erstreckt.A second embodiment is in the Fig. 3b shown. Depending on a perforation 16 is provided in the connection region of the intermediate wall 8 to the suction and pressure side wall 6, 7. The perforations of this example are a series of oblong holes 19, which are arranged parallel to the suction and pressure side wall 6, 7 and whose longer side extends in each case parallel to the adjacent suction 7 or pressure side wall 6.

In dem dritten Ausführungsbeispiel der Fig. 3c ist zusätzlich zu den Perforierung 16 des in Fig. 3b gezeigten Beispiels noch eine Mittel- Perforierung 20 vorgesehen, die parallel zu den Saug- und Druckseitenwänden 6, 7 in der Mitte der Zwischenwand 8 verläuft. Zusammen mit den Perforierungen 16 im Anschlussbereich an die Saug- und Druckseitenwand 6, 7 wird so eine zweigeteilte Zwischenwand 8 gebildet, die flexibel zusammengefaltet werden kann.In the third embodiment of the Fig. 3c is in addition to the perforation 16 of in Fig. 3b shown still a central perforation 20 is provided, which runs parallel to the suction and pressure side walls 6, 7 in the middle of the intermediate wall 8. Together with the perforations 16 in the connection region to the suction and pressure side wall 6, 7 so a two-part partition wall 8 is formed, which can be flexibly folded.

Zur besseren Illustration der Zwischenwandausbildung sei auf das in Fig. 4a illustrierte detailliert dargestellte Ausführungsbeispiel verwiesen, das das Schaufelprofil im Schaufelvorderkantenbereich zeigt. Die Fig. 4a zeigt eine Perforierung 16 im Anschlussbereich der Saugseitenwand 7 und im Anschlussbereich der Druckseitenwand 6. Die Hauptrichtung des Materialausdehnungs- bzw. Schrumpfungsbestreben 21 der Seitenwände 6, 7 verläuft in dem Beispiel im wesentlichen parallel zur Erstreckung der Zwischenwand 8.For a better illustration of the partition wall education, please refer to the in Fig. 4a illustrated embodiment illustrated in detail, showing the blade profile in the blade leading edge region. The Fig. 4a shows a perforation 16 in the connection region of the suction side wall 7 and in the connection region of the pressure side wall 6. The main direction of the material expansion or shrinkage 21 of the side walls 6, 7 extends in the example substantially parallel to the extension of the intermediate wall. 8

Im Unterschied zu einer geradlinigen Ausbildung, wie dies in Fig. 1, 2, 3 und 4a bei den Zwischenwänden 8, 12, 13 der Fall ist, ist in Fig. 4b ein Ausführungsbeispiel mit einer gekrümmten Zwischenwand 8 dargestellt. Die Zwischenwand 8 verfügt über einen U-förmig ausgebildeten Wandquerschnitt, der beidseitig sowohl zur Saugseitenwand 6 als auch zur Druckseitenwand 7 innwandig einstückig verbunden ist. Die U-förmige Wandausbildung der Zwischenwand 8 verleiht dem Schaufelprofilbereich eine zusätzliche elastische Verformbarkeit dergestalt, dass dem thermisch bedingten Materialausdehnungs- bzw. Schrumpfungsbestreben der Saug- und Druckseitenwand nachgegeben werden kann, indem der Wandabstand w nicht fix, wie bisher, sondern in gewissen Grenzen, die durch die Form und Krümmungselastizität der Zwischenwand 8 sowie die Elastizität der Perforierung 16 bestimmt sind, variabel ist.Unlike a straightforward education, like this in Fig. 1 . 2 . 3 and 4a at the intermediate walls 8, 12, 13 the case is in Fig. 4b an embodiment with a curved intermediate wall 8 shown. The intermediate wall 8 has a U-shaped wall cross-section, which is connected in one piece on both sides to the suction side wall 6 as well as to the pressure side wall 7 in one piece. The U-shaped wall formation of the intermediate wall 8 gives the blade profile area an additional elastic deformability such that the thermally induced material expansion or shrinkage tendency of the suction and pressure side wall can be yielded by the wall distance w not fixed, as before, but within certain limits, which is determined by the shape and curvature elasticity of the intermediate wall 8 and the elasticity of the perforation 16 is variable.

In Fig. 4c ist detailliert ein Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen MittelPerforierung 20 dargestellt. Diese Teilt die Zwischenwand 8 in zwei Schenkel, die Ausgehend von dem Anschlussbereich an die Seitenwände 6, 7 in einem Winkel aufeinander zu laufen, wobei der Winkel durch die Mittel- Perforierung 20 flexibel verändert werden kann und somit dehnungsbedingte Änderungen im Abstand zwischen der Druck- und Saugseitenwand leicht ausgeglichen werden können.In Fig. 4c an embodiment with an additional central perforation 20 is shown in detail. This divides the intermediate wall 8 into two legs, which run starting from the connection region to the side walls 6, 7 at an angle to each other, wherein the angle can be changed flexibly by the central perforation 20 and thus expansion-related changes in the distance between the pressure and suction side wall can be easily compensated.

Weiter ist in Fig. 4c ein Beispiel für eine mögliche Filmkühlungsanordnung gezeigt. Durch die Filmkühllöcher 14 gelangt Kühlluft aus dem Hohlraum 9 nach außen und bildet jeweils einen oberflächig an der Saug- 6 und Druckseitenaußenwand 7 anliegenden Kühlluftfilm aus. Die U-förmig ausgebildete Zwischenwand 8, die beidseitig sowohl mit der Innenwand der Saug- 7 als auch Druckseitenwand 6 einstückig verbunden ist, weist vorzugsweise einen konvexseitigen Wandverlauf auf, der der Schaufelvorderkante 5 zugewandt ist und weitgehend parallel zu der den Hohlraum 9 begrenzenden, an der Schaufelvorderkante 5 einstückig verbundenen Saug- 7 und Druckseitenwand 6 ausgebildet ist. Die Kühlluft gelangt in diesem Beispiel zumindest teilweise durch die Perforierungen 16 und Mittelperforierung 20 in den vorderen Hohlraum 9.Next is in Fig. 4c an example of a possible film cooling arrangement shown. Through the film cooling holes 14, cooling air passes out of the cavity 9 to the outside and forms in each case a superficially on the suction 6 and pressure side outer wall 7 adjacent cooling air film. The U-shaped intermediate wall 8, which is integrally connected on both sides with the inner wall of the suction 7 and 6 pressure side wall, preferably has a convex-side wall course, which faces the blade leading edge 5 and substantially parallel to the cavity 9 limiting, on the blade leading edge 5 integrally connected suction 7 and pressure side wall 6 is formed. The cooling air passes in this example, at least partially through the perforations 16 and 20 Mittelperforierung in the front cavity. 9

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Details zur Kühlung ist in Fig. 4d dargestellt. Hier weist die Zwischenwand Perforierungen 16 an den Anschlussbereichen an die Saug- 7 und Druckseitenwand 6 auf. Neben der Perforierung weist sie noch Kühlluftdurchtrittskanäle 15a, b, c auf, die zur Prallluftkühlung der Innenwandseite der Schaufelwandvorderkante dienen. In besonders vorteilhafter Weise sind die Durchtrittskanäle 15a, b, c bezüglich ihrer Durchtrittskanallängserstreckung und der damit vorgegebenen Durchströmungsrichtung zumindest in drei Gruppen unterteilbar. Eine erste Gruppe an Durchtrittskanälen 15a zeichnet sich durch eine auf die Saugseitenwand 7 gerichtete Durchströmungsrichtung aus, eine zweite Gruppe an Durchtrittskanälen 15b zeichnet sich durch eine auf die Schaufelvorderkante gerichtete Durchströmungsrichtung aus und eine dritte Gruppe an Durchtrittskanälen 15c zeichnet sich durch eine auf die Druckseitenwand 6 gerichtete Durchströmungsrichtung aus. Die Durchtrittskanäle 15a, 15b und 15c verteilen sich längs der gesamten radialen Erstreckung in der Zwischenwand 8 und sorgen auf diese Weise für eine effektive und individuelle Kühlung des Schaufelvorderkantenbereiches der Turbinenschaufel. Selbstverständlich können weitere Durchtrittskanäle an der Zwischenwand 8 zu Zwecken einer optimierten Prallkühlung angebracht werden.Another embodiment with details for cooling is in Fig. 4d shown. Here, the intermediate wall perforations 16 at the connection areas to the Suction 7 and pressure side wall 6 on. In addition to the perforation, it still has cooling air passage channels 15a, b, c, which serve for the impact air cooling of the inner wall side of the blade wall leading edge. In a particularly advantageous manner, the passageways 15a, b, c can be subdivided into at least three groups with respect to their passageway longitudinal extent and the throughflow direction predetermined therewith. A first group of passage channels 15a is characterized by a direction of flow directed towards the suction side wall 7, a second group of passage channels 15b is characterized by a flow direction directed towards the blade leading edge and a third group of passage channels 15c is characterized by a pressure side wall 6 Flow direction out. The passageways 15a, 15b and 15c are distributed along the entire radial extent in the intermediate wall 8 and thus ensure effective and individual cooling of the blade leading edge region of the turbine blade. Of course, further passageways can be attached to the intermediate wall 8 for the purpose of optimized impingement cooling.

Weiter kann die Prallluftkühlung mit einer Mittel- Perforierung kombiniert werden. Typischerweise haben Prallluftkühlluftlöcher einen grösseren Durchmesser, z.B. doppelt so grossen Durchmesser, als Perforierungslöcher.Furthermore, the impingement air cooling can be combined with a central perforation. Typically, baffled air holes have a larger diameter, eg twice the diameter, than perforation holes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Turbinenstufeturbine stage
22: Leitschaufelvane
2i2i: Inneres Deckband der LeitschaufelInner shroud of the vane
2a2a: Äußeres Deckband der LeitschaufelOuter shroud of the vane
33: Laufschaufelblade
3i3i: Inneres Deckblatt der LaufschaufelInner cover of the blade
3a3a: WärmestausegmentHeat shield
44: Schaufelblattairfoil
55: SchaufelvorderkanteBlade leading edge
66: Konkave DruckseitenwandConcave pressure sidewall
77: Konvexe SaugseitenwandConvex suction side wall
88th: Zwischenwandpartition
99: Hohlraumcavity
10,1110.11: Hohlräumecavities
12,1312.13: Zwischenwändepartitions
1414: FilmkühllöcherFilm cooling holes
1515: DurchtrittskanälePassageways
1616: Perforierungperforation
1717: Hohlkehlefillet
1818: Lochhole
1919: LanglochLong hole
2020: Mittel- PerforierungCenter perforation
2121: Hauptrichtung des Materialausdehnungs- bzw. SchrumpfungsbestrebensMain direction of material expansion or shrinkage tendency
RR: Rotoreinheitrotor unit
AA: Rotationsachseaxis of rotation
Ee: ElastizitätsfreiheitsgradElasticity degree of freedom
WW: Wandabstandwall distance

Claims

Turbine vane for a rotary turbomachine, the turbine vane comprising a turbine blade (4) which is delimited by a concave pressure-side wall (6) and a convex suction-side wall (7) which are connected in the region of a vane leading edge (5) assigned to the turbine blade (4), and enclose a cavity (9) which extends in the longitudinal extent of the vane leading edge (5) and is delimited on the inner wall by the pressure-side wall (6) and the suction-side wall (7) in the region of the vane leading edge (5) and by an intermediate wall (8) which extends in the longitudinal direction to the vane leading edge (5) and connects the suction-side wall (7) and the pressure-side wall (6) on their inner walls, wherein the turbine vane has a rounding or hollow groove (17) at the transition from the intermediate wall (8) to the suction-side wall (7) and/or pressure-side wall (6),
characterised in that the intermediate wall (8) has a perforation (16) at least in portions in a connecting region to the suction-side wall (7) and/or pressure-side wall (6) in order to increase the elasticity of the intermediate wall in the connecting region, wherein the connecting region is restricted to a region from the suction-side wall (7) and/or pressure-side wall (6) which corresponds to twice the radius of the rounding or hollow groove (17).
Turbine vane according to claim 1, characterised in that the perforation (16) comprises a row of cylindrical holes (18).
Turbine vane according to claim 1, characterised in that the perforation comprises a row of slots (19) or slits, the longer side of which extends parallel to the adjacent suction-side wall (7) and/or pressure-side wall (6).
Turbine vane according to any of claims 1 to 3, characterised in that the connecting region from the intermediate wall (8) to the suction-side wall (7) and/or pressure-side wall (6) comprises a hollow groove (17), and the perforation (16) runs at least partially through the hollow groove (17).
Turbine vane according to any of claims 1 to 4, characterised in that the intermediate wall (8) has a wall side facing away from the cavity (9) which, together with the suction-side wall (7) and pressure-side wall (6), delimits at least one further cavity (10), and that the cavities (9, 10) are cooling channels into which a coolant can be conducted.
Turbine vane according to claim 5, characterised in that openings of the perforation (16) are formed parallel to the surface of the suction-side wall (7) or pressure-side wall (6) in the connecting region of the intermediate wall (8), and during operation cooling air flows through these openings from the one cavity (10) into the further cavity (9), and an output jet of the respective opening runs tangentially to the inner wall of the respective suction-side wall (7) or pressure-side wall (6).
Turbine vane according to any of claims 1 to 6, characterised in that in its extent from the suction-side wall (7) to the pressure-side wall (6) or vice versa, the intermediate wall (8) has at least one curved wall portion deviating from a rectilinear wall contour, and the at least one curved wall portion is configured such that the wall portion has a curve-induced elasticity in the direction of the extent of the intermediate wall (8) from the suction-side wall (7) to the pressure-side wall (6) or vice versa.
Turbine vane according to claim 7, characterised in that the at least one curved wall portion is configured with a V or U shape in a cross-section intersecting the vane leading edge (5).
Turbine vane according to claim 8, characterised in that at the base of the V- or U-shaped cross-section of the intermediate wall (8), the turbine vane comprises at least in portions a perforation (16) which runs parallel to the perforation of the connecting region in order to increase the elasticity.
Turbine vane according to any of claims 7 to 9, characterised in that the convex wall side of the V- or U-shaped wall portion is formed and arranged largely parallel to the suction-side wall (7) and pressure-side wall (6) delimiting the cavity (9) and connected to the vane leading edge (5).
Turbine vane according to any of claims 7 to 10, characterised in that passage channels (15) are provided in the intermediate wall (8) for impingement cooling of the suction-side wall (7) and pressure-side wall (6) connected to the vane leading edge (5).
Turbine vane according to any of claims 7 to 11, characterised in that, with regard to their flow direction predefined by a longitudinal extent which can be assigned to the passage channels, the passage channels arranged inside the intermediate wall (8) can be divided into at least three groups: a first group of passage channels (15a) with a flow direction oriented onto the suction-side wall (7), a second group of passage channels (15b) with a flow direction oriented onto the vane leading edge (5), and a third group of passage channels (15c) with a flow direction oriented onto the pressure-side wall (6).
Turbine vane according to any of claims 1 to 12, characterised in that the turbine vane is guide vane or a rotor vane of a turbine stage of a gas turbine arrangement.