EP2907969A1 - Turbinenschaufel und Verfahren zum Herstellen bzw. Wiederherstellen einer Turbinenschaufel - Google Patents

Turbinenschaufel und Verfahren zum Herstellen bzw. Wiederherstellen einer Turbinenschaufel Download PDF

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EP2907969A1
EP2907969A1 EP14155134.1A EP14155134A EP2907969A1 EP 2907969 A1 EP2907969 A1 EP 2907969A1 EP 14155134 A EP14155134 A EP 14155134A EP 2907969 A1 EP2907969 A1 EP 2907969A1
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EP
European Patent Office
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airfoil
trailing edge
recesses
turbine blade
wall
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14155134.1A
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English (en)
French (fr)
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Fathi Ahmad
Nihal Kurt
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/EP2015/050138 priority patent/WO2015120995A1/de
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    • F01D5/14—Form or construction
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    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade having a cast airfoil comprising a suction-side airfoil wall and a pressure-side airfoil wall, said airfoil extending in a spanwise direction from a foot-side end to a head-side end and in a flow-around direction from a leading edge to a trailing edge, immediately upstream of the trailing edge in one of the two airfoil walls along the trailing edge recesses for blowing a coolant are distributed, such that the relevant airfoil wall ends in profile cuts with recesses upstream of the trailing edge.
  • the invention relates to a method for producing or restoring such a turbine blade.
  • cut-back turbine blades In the extensive state of the art, the turbine blades described above are known as so-called cut-back turbine blades.
  • the English term "cut-back" describes in detail that the one, for example the pressure-side, blade wall is cut back relative to the other, then the suction side, blade wall.
  • Recesses result in recesses to which a coolant guided in the interior of the airfoil can be fed via openings opening therefrom.
  • the recesses are dimensioned such that the (pressure side) surface of the remaining (suction side) airfoil wall is cooled to the trailing edge by the outflowing coolant.
  • comparatively narrow trailing edges are provided which are aerodynamically less lossy than trailing edges of turbine blades which have a central blow-off.
  • the object of the invention is therefore to provide a turbine blade and the disclosure of a method for producing or restoring a turbine blade, which has a prolonged life.
  • the object directed to the turbine blade is achieved by the features of claim 1 and the object directed to the method is achieved by a method according to the features of claim 6.
  • the turbine blade of the aforementioned type comprises according to the invention a plate-shaped cover member, by which at least one of the recesses is partially covered.
  • the method of manufacturing a turbine blade or restoring an operationally stressed turbine blade provides that after casting a blade having a suction side airfoil wall and a pressure side airfoil wall, said airfoil extending in a spanwise direction from a root end to a head end and in a flow direction from one Leading edge extends to a trailing edge, wherein immediately upstream of the trailing edge in one of the airfoil walls along the trailing edge recesses for blowing a coolant are distributed, such that the relevant airfoil wall ends in profile cuts with recesses upstream of the trailing edge, at least one of the recesses by the attachment, in particular Welding a cover is partially covered.
  • the invention is based on the recognition that the lifetime-shortening cracks in the region of the trailing edge arise because the cooling fluid flowing out of the openings into the recesses moves too fast with the airfoil flowing around the airfoil Hot gas mixed.
  • the portion of the pressure-side recess on the pressure side exposed suction-side trailing edge is flowed around by a fluid mixture which is hotter than originally provided.
  • the blade material is no longer sufficiently cooled in the region of the trailing edge.
  • the local thermal overheating occurring there leads to mechanical stresses that cause the material to age prematurely there and possibly cause it to rupture.
  • the invention proposes to provide a cover in the region of the trailing edge which is suitable for guiding the coolant flowing in the recess region longer along the blade leaf wall, even in the cut-away region of the cast turbine blade, thus better improving the cast material of the blade against the effects of the hot gas to protect. This reduces impermissibly high thermal influences and thermal stresses in the cast material of the airfoil, which increases the service life of said turbine blade.
  • the plate-shaped cover can be made of the same material as the cast airfoil. But it can also be made of a different material, such as Inconel 617.
  • the cover is to be dimensioned in its dimensions so that the recess is not completely closed, as further a residual opening is required, from which the coolant can flow. Furthermore, the cover should not serve to throttle the amount of coolant flowing out. In other words, the amount of effluent Coolant is determined solely by the geometry of the interior of the cast airfoil.
  • the plate-shaped cover is angled at two of its edges to form flanges so as to be able to mechanically load this higher.
  • the flanges of the cover can be dimensioned so that they represent a positioning aid in securing the cover in the recess to ensure a step-free arrangement between the hot gas Umströmungs Strets.
  • aerodynamic losses can be kept low in the hot gas.
  • At least one of the recesses arranged in the spanwise direction in the middle region is partially covered by a cover element and a plurality of recesses arranged in the spanwise direction on the foot side and / or on the head side are free of cover.
  • the cover element is welded to the airfoil wall.
  • the invention thus relates to a turbine blade with a cast airfoil comprising a suction-side airfoil wall and a pressure-side airfoil wall extending in a spanwise direction from a foot-side end to a head-side end and in a flow-around direction from a leading edge to a trailing edge, immediately upstream of the trailing edge in one of the two airfoil walls recesses for blowing a coolant along the trailing edge are distributed such that the relevant airfoil wall ends in profile cuts with recesses upstream of the trailing edge.
  • at least one of the recesses arranged in the cast airfoil wall is maximally partially covered by a plate-shaped cover element.
  • FIG. 1 shows a side view of a turbine blade 10 for a gas turbine.
  • the turbine blade 10 is designed according to this embodiment as a guide blade of a turbine stage monolithic and produced by casting.
  • the turbine blade 10 comprises, in addition to a foot-side platform 12 and a head-side platform 15 an aerodynamically curved blade 14 arranged therebetween.
  • the base-side platform 12 is arranged in the installed state of the turbine blade 10 in an axially flowed gas turbine radially outward and the head-side platform 15 radially inside.
  • the airfoil 14 has a front edge 16 from which both a pressure-side airfoil wall 18 (FIG. FIG. 2 ) as well as a suction side airfoil wall 20 to a trailing edge 19 extend.
  • a Spannweiteraum which coincides in the installed state with the radial direction of the gas turbine, extending from the blade end 24 to a blade end 26 side.
  • the cross section along the section line II-II FIG. 1 shows FIG. 2 ,
  • the section line II-II through the airfoil 14 of the turbine blade 10 is selected so that its aerodynamically curved contour is shown.
  • This contour is also referred to as a profile, which is why such sections are also referred to as profile sections.
  • the sectional planes of the profile sections are generally perpendicular to the spanwise direction of the airfoil.
  • FIG. 1 can be seen immediately upstream of the trailing edge 19 on the pressure side a plurality of recesses 28 along the trailing edge 19 distributed and each separated by webs 34 from each other.
  • Each of these recesses 28 communicates fluidly with a cavity 31 of the turbine blade 10.
  • This cavity 31 is supplied via a foot side or head side arranged access coolant, which The turbine blade 10 can also leave through the recesses 28.
  • the cavity 31 in the airfoil interior is divided into passages 30 by ribs 32 extending from the pressure-side airfoil wall 18 to the suction-side airfoil wall 20 and extending from the foot region to the airfoil tip region.
  • the passages 30 can be flowed through sequentially, in parallel or in any combination, by a coolant, for example cooling air, whereby the coolant flowing in the passage 30 adjacent to the trailing edge 19 is guided through channels 35 to the recesses 28.
  • a coolant for example cooling air
  • the cooling air leaves the cast airfoil 14 through an opening 37 and flows into the recesses 28 before it leaves the turbine blade 10 completely.
  • a trailing edge 22 of the pressure-side airfoil wall 18 lies upstream of the recess 28 for profile sections.
  • both a trailing edge 21 of the suction-side airfoil wall 18 coincides with the pressure-side trailing edge 22.
  • FIG. 1 schematically illustrated turbine blade 10 to a turbine blade 10 with a so-called cut-back trailing edge.
  • the recesses 28 set immediately upstream of the trailing edge 19, the sides facing the pressure side of the suction side airfoil wall 20 free.
  • FIG. 3 shows the in FIG. 1 with the detail X highlighted area of the trailing edge 19 of the turbine blade 10 in a perspective view.
  • a cover 36 is arranged in one of the recesses 28 shown. Through the cover member 36 is a part of that imaginary surface of the recess 28, which would coincide with the corresponding surface 42 of the airfoil 18, formed. In other words, the cast pressure-side airfoil wall 18 is lengthened by the subsequently attached cover element 36. As a result, the exiting from the openings 37 cooling air over a longer distance along the exposed through the recesses 28 to the pressure side facing surface 38 of the suction side wall 20 is performed as in recesses 28 without such a cover.
  • the cover element 36 is embodied substantially rectangular and thus has transversely projecting flanges 40 at its two longitudinal edges, so that the cover element 36 according to this exemplary embodiment has a U-shape.
  • the size of the flanges 40 is selected so that incorrect positioning of the cover member 36 during assembly thereof can be prevented. A faulty positioning of the web of the cover element connecting the two flanges 40 could reduce the resulting outflow cross section of the cooling air flowing out of the turbine blade 10, whereby the cooling effect would be reduced. However, this throttling effect is prevented due to the angled edges.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the cover of a recess 28 at the trailing edge 19 of the turbine blade 10.
  • the cover 36 is designed purely as a plate and arranged so that it is step-free with the surface 42 of the pressure-side airfoil wall 18.
  • the cover member 36 may be mounted on both unused and already used turbine blades 10. As a common and reliable fastening methods both soldering and welding have been found.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (10) mit einem gegossenen Schaufelblatt (14) umfassend eine saugseitige Schaufelblattwand (20) und eine druckseitige Schaufelblattwand (18), welches sich in einer Spannweiterichtung von einem fußseitigen Ende (24) zu einem kopfseitigen Ende (26) und in einer Umströmungsrichtung von einer Vorderkante (16) zu einer Hinterkante (19) erstreckt, wobei unmittelbar stromauf der Hinterkante (19) in einer der beiden Schaufelblattwände (18) Aussparungen (28) zum Ausblasen eines Kühlmittels entlang der Hinterkante (19) verteilt sind derart, dass die betreffende Schaufelblattwand (18) in Profilschnitte mit Aussparungen (28) stromauf der Hinterkante (19) endet. Um die Lebensdauer der besagten Turbinenschaufel (10) zu verlängern wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der in der gegossenen Schaufelblattwand (18) angeordneten Aussparungen (28) durch ein plattenförmiges Abdeckelement (36) maximal teilweise abgedeckt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einem gegossenen Schaufelblatt umfassend eine saugseitige Schaufelblattwand und eine druckseitige Schaufelblattwand, welches besagte Schaufelblatt sich in einer Spannweiterichtung von einem fußseitigen Ende zu einem kopfseitigen Ende und in einer Umströmungsrichtung von einer Vorderkante zu einer Hinterkante erstreckt, wobei unmittelbar stromauf der Hinterkante in einer der beiden Schaufelblattwände entlang der Hinterkante Aussparungen zum Ausblasen eines Kühlmittels verteilt sind, derart, dass die betreffende Schaufelblattwand in Profilschnitten mit Aussparungen stromauf der Hinterkante endet.
  • Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen bzw. Wiederherstellen einer derartigen Turbinenschaufel.
  • Im umfangreich vorhandenen Stand der Technik sind die voran beschriebenen Turbinenschaufeln als sogenannte Cut-Back-Turbinenschaufeln bekannt. Der englische Begriff "Cut-Back" beschreibt im Detail, dass die eine, beispielsweise die druckseitige, Schaufelblattwand gegenüber der anderen, dann der saugseitigen, Schaufelblattwand zurückgeschnitten ist. Durch die Rückschnitte ergeben sich Aussparungen, denen über daran mündende Öffnungen ein im Inneren des Schaufelblatts geführtes Kühlmittel zuführbar ist. Die Aussparungen sind dabei derart dimensioniert, dass die (druckseitige) Fläche der verbliebenden (saugseitigen) Schaufelblattwand bis zur Hinterkante durch das ausströmende Kühlmittel gekühlt wird. Mit dieser Ausgestaltung werden vergleichsweise schmale Hinterkanten bereitgestellt, die aerodynamisch verlustärmer sind als Hinterkanten von Turbinenschaufeln, die eine mittige Ausblasung aufweisen.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass in den zurückgeschnittenen Bereichen - also von der Hinterkante des Schaufelblatts aus - Risse entstehen können, die die Lebensdauer der Turbinenschaufel verkürzen.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Turbinenschaufel sowie die Angabe eines Verfahrens zum Herstellen bzw. Wiederherstellen einer Turbinenschaufel, die eine verlängerte Lebensdauer aufweist.
  • Die auf die Turbinenschaufel gerichtete Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
  • Die Turbinenschaufel der eingangs genannten Art umfasst erfindungsgemäß ein plattenförmiges Abdeckelement, durch welches zumindest eine der Aussparungen teilweise abgedeckt ist. Das Verfahren zum Herstellen einer Turbinenschaufel oder Wiederherstellen einer betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel sieht vor, dass nach dem Gießen eines Schaufelblatts umfassend eine saugseitige Schaufelblattwand und eine druckseitige Schaufelblattwand, welches besagte Schaufelblatt sich in einer Spannweiterichtung von einem fußseitigen Ende zu einem kopfseitigem Ende und in einer Umströmungsrichtung von einer Vorderkante zu einer Hinterkante erstreckt, wobei unmittelbar stromauf der Hinterkante in einem der Schaufelblattwände entlang der Hinterkante Aussparungen zum Ausblasen eines Kühlmittels verteilt sind, derart, dass die betreffende Schaufelblattwand in Profilschnitten mit Aussparungen stromauf der Hinterkante endet, zumindest eine der Aussparungen durch das Anbringen, insbesondere Anschweißen eines Abdeckelements teilweise abgedeckt wird.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die die Lebensdauer verkürzenden Risse im Bereich der Hinterkante deswegen entstehen, da das aus den Öffnungen in die Aussparungen strömende Kühlfluid sich zu schnell mit dem das Schaufelblatt umströmenden Heißgas vermischt. Insofern wird der Abschnitt der durch eine druckseitige Aussparung druckseitig freigelegten saugseitigen Hinterkante von einem Fluidgemisch umströmt, welches heißer ist als ursprünglich vorgesehen. Somit wird das Schaufelmaterial im Bereich der Hinterkante nicht mehr ausreichend gekühlt. Die dort auftretenden lokalen thermischen Überhitzungen führen zu mechanischen Spannungen, die das Material dort vorzeitig altern und ggf. einreißen lassen kann. Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung vor, eine Abdeckung im Bereich der Hinterkante vorzusehen, die geeignet ist, das im Aussparungsbereich strömende Kühlmittel selbst im freigeschnittenen Bereich der gegossenen Turbinenschaufel länger entlang der Schaufelblattwand zu führen und so das Gussmaterial des Schaufelblatts vor den Einflüssen des Heißgases besser zu schützen. Damit werden unzulässig hohe thermische Einflüsse und thermische Spannungen im Gussmaterial des Schaufelblatts verringert, was die Lebensdauer der besagten Turbinenschaufel erhöht.
  • Prinzipiell wäre das gleiche Resultat auch mit - in Umströmungsrichtung - verkürzten Aussparungen zu erreichen. Dies ist jedoch aufgrund der gießtechnischen Fertigung des Schaufelblatts und der damit einhergehenden Anforderungen an die strukturmechanische Festigkeit des Schaufelgusskerns nicht hinreichend realisierbar, weswegen die modulare Lösung hier erforderlich ist.
  • Das plattenförmige Abdeckelement kann dabei aus dem gleichen Material hergestellt sein wie das gegossene Schaufelblatt. Es kann aber auch aus einem anderen Material hergestellt sein, beispielsweise aus Inconel 617.
  • Das Abdeckelement ist in seinen Abmaßen so zu dimensionieren, dass die Aussparung nicht vollständig verschlossen ist, da weiterhin eine Restöffnung erforderlich ist, aus der das Kühlmittel ausströmen kann. Weiterhin soll das Abdeckelement nicht dazu dienen, die Menge an ausströmendem Kühlmittel zu drosseln. Mit anderen Worten, die Menge an ausströmendem Kühlmittel wird allein durch die Geometrie des Inneren des gegossenen Schaufelblatts bestimmt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist das plattenförmige Abdeckelement an zwei seiner Kanten unter Bildung von Flanschen abgewinkelt, um so dieses höher mechanisch belasten zu können. Zudem können die Flansche des Abdeckelements so dimensioniert sein, dass sie eine Positionierungshilfe beim Befestigen des Abdeckelements in der Aussparung darstellen, um eine stufenfreie Anordnung zwischen der Heißgas-Umströmungsfläche des Abdeckelements und der das Abdeckelement umgebenden Flächen der entsprechenden Schaufelblattwand zu gewährleisten. Mit Hilfe der vorzugsweise stufenfreien Anordnung können aerodynamische Verluste im Heißgas gering gehalten werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine der in Spannweiterichtung im mittleren Bereich angeordneten Aussparungen jeweils mittels eines Abdeckelements teilweise abgedeckt und eine Mehrzahl der in Spannweiterichtung fußseitig und/oder kopfseitig angeordneten Aussparungen dagegen abdeckfrei.
  • Hiermit kann eine vergleichsweise preisgünstige Turbinenschaufel angegeben werden, da selbstverständlich nur diejenigen Aussparungen mit einem Abdeckelement teilweise abgedeckt werden, an denen mit den schädigenden Effekten zu rechnen ist bzw. an denen bisher die Defekte auftraten. Andere Aussparungen, an denen die Gefahren aufgrund von Sekundärströmungen vermutlich nicht auftreten oder die bisher schadensfrei blieben, können zwar mit einer erfindungsgemäßen Abdeckung versehen sein, jedoch ist dies nicht zwangsweise erforderlich. Es können auch mehrere, wenn nicht sogar alle Aussparungen abgedeckt sein.
  • Um eine zuverlässige Anbindung des Abdeckelements an dem gegossenen Schaufelblatt zu gewährleisten, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass das Abdeckelement an der Schaufelblattwand angeschweißt ist.
  • Insgesamt betrifft die Erfindung somit eine Turbinenschaufel mit einem gegossenen Schaufelblatt umfassend eine saugseitige Schaufelblattwand und eine druckseitige Schaufelblattwand, welches sich in einer Spannweiterichtung von einem fußseitigen Ende zu einem kopfseitigen Ende und in einer Umströmungsrichtung von einer Vorderkante zu einer Hinterkante erstreckt, wobei unmittelbar stromauf der Hinterkante in einer der beiden Schaufelblattwände Aussparungen zum Ausblasen eines Kühlmittels entlang der Hinterkante verteilt sind derart, dass die betreffende Schaufelblattwand in Profilschnitte mit Aussparungen stromauf der Hinterkante endet. Um die Lebensdauer der besagten Turbinenschaufel zu verlängern, wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der in der gegossenen Schaufelblattwand angeordneten Aussparungen durch ein plattenförmiges Abdeckelement maximal teilweise abgedeckt ist.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    die Seitensicht auf eine Turbinenschaufel,
    Figur 2
    den Querschnitt durch das Schaufelblatt der Turbinenschaufel aus Figur 1,
    Figur 3
    einen Teil einer Hinterkante des Schaufelblatts aus Figur 2 mit einer teilweise abgedeckten Aussparung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels und
    Figur 4
    ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine abgedeckte Aussparung einer Turbinenschaufel.
  • In allen Figuren sind identisch wirkende Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Turbinenschaufel 10 für eine Gasturbine. Die Turbinenschaufel 10 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Leitschaufel einer Turbinenstufe monolithisch ausgestaltet und im Gießverfahren hergestellt worden. Die Turbinenschaufel 10 umfasst neben einer fußseitigen Plattform 12 und einer kopfseitigen Plattform 15 ein dazwischen angeordnetes aerodynamisch gewölbtes Schaufelblatt 14. Die fußseitige Plattform 12 ist im verbauten Zustand der Turbinenschaufel 10 in einer axial durchströmten Gasturbine radial außen angeordnet und die kopfseitige Plattform 15 radial innen. Das Schaufelblatt 14 weist eine Vorderkante 16 auf, von der sich sowohl eine druckseitige Schaufelblattwand 18 (Figur 2) als auch eine saugseitige Schaufelblattwand 20 zu einer Hinterkante 19 erstrecken. Eine Spannweiterichtung, welche im eingebauten Zustand mit der Radialrichtung der Gasturbine zusammenfällt, erstreckt sich vom schaufelfußseitigen Ende 24 zu einem schaufelkopfseitigen Ende 26.
  • Den Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II aus Figur 1 zeigt Figur 2. Die Schnittlinie II-II durch das Schaufelblatt 14 der Turbinenschaufel 10 ist so gewählt, dass dessen aerodynamisch gewölbte Kontur dargestellt ist. Diese Kontur wird auch als Profil bezeichnet, weswegen derartige Schnitte auch als Profilschnitte bezeichnet werden. Die Schnittebenen der Profilschnitte liegen in der Regel senkrecht zur Spannweiterichtung des Schaufelblatts.
  • Wie aus Figur 1 erkennbar sind unmittelbar stromauf der Hinterkante 19 druckseitig eine Vielzahl von Aussparungen 28 längs der Hinterkante 19 verteilt und jeweils durch Stege 34 voneinander getrennt. Jede dieser Aussparungen 28 kommuniziert strömungstechnisch mit einem Hohlraum 31 der Turbinenschaufel 10. Diesem Hohlraum 31 ist über einen fußseitig oder kopfseitig angeordneten Zugang Kühlmittel zuführbar, welche die Turbinenschaufel 10 auch durch die Aussparungen 28 verlassen kann.
  • Der Hohlraum 31 im Schaufelblattinneren ist durch sich von der druckseitigen Schaufelblattwand 18 zur saugseitigen Schaufelblattwand 20 sowie sich vom Fußbereich zum Schaufelblattspitzenbereich erstreckende Rippen 32 in Passagen 30 unterteilt. Die Passagen 30 können dabei sequentiell, parallel oder beliebig kombiniert, von einem Kühlmittel, beispielsweise Kühlluft durchströmbar sein, wobei das in der zur Hinterkante 19 benachbarten Passage 30 strömende Kühlmittel durch Kanäle 35 zu den Aussparungen 28 geführt wird. Zwischen dem Kühlkanal 35 und den Aussparungen 28 können dabei in Reihen oder in Feldern angeordnete Sockel 33 vorgesehen sein, die eine Verwirbelung und Umlenkung der dadurch geführten Kühlluft herbeiführen können, um die in den Schaufelblattwänden 18, 20 vorhandene Wärmeenergie beim Betrieb der Gasturbine aufzunehmen und aus diesen abzutransportieren. Anschließend verlässt die Kühlluft durch eine Öffnung 37 das gegossene Schaufelblatt 14 und strömt in die Aussparungen 28 ein, bevor es die Turbinenschaufel 10 gänzlich verlässt.
  • In Abhängigkeit von der Lage des Profilschnitts zwischen dem schaufelfußseitigen Ende 24 und dem schaufelkopfseitigen Ende 26 kann, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, die druckseitige Schaufelblattwand - in Umströmungsrichtung des Heißgases gesehen - unmittelbar an die Aussparung 28 angrenzen. Insofern liegt für diese Profilschnitte eine Hinterkante 22 der druckseitigen Schaufelblattwand 18 stromauf der Aussparung 28. Für Profilschnitte, die durch die Stege 34 verlaufen, fällt sowohl eine Hinterkante 21 der saugseitigen Schaufelblattwand 18 mit der druckseitigen Hinterkante 22 zusammen. Soweit in dieser Schrift lediglich von "der Hinterkante" die Rede ist, ist darunter die am weitesten stromab gelegene Struktur des Schaufelblattes zu verstehen. Wenn dagegen von der "saugseiten Hinterkante" oder der "druckseitigen Hinterkante" gesprochen wird, ist darunter die betreffende Hinterkante der druckseitigen bzw. saugseitigen Schaufelblattwand gemeint.
  • Aufgrund der Aussparungen 28 handelt es sich bei der in Figur 1 schematisch dargestellten Turbinenschaufel 10 um eine Turbinenschaufel 10 mit einer so genannten Cut-Back-Hinterkante. Die Aussparungen 28 legen unmittelbar stromauf der Hinterkante 19 die zur Druckseite weisenden Flächen der saugseitigen Schaufelblattwand 20 frei.
  • Figur 3 zeigt den in Figur 1 mit dem Detail X hervorgehobenen Bereich der Hinterkante 19 der Turbinenschaufel 10 in perspektivischer Darstellung. In einer der gezeigten Aussparungen 28 ist ein Abdeckelement 36 angeordnet. Durch das Abdeckelement 36 wird ein Teil derjenigen gedachten Fläche der Aussparung 28, die mit der entsprechenden Oberfläche 42 der Schaufelblattwand 18 zusammenfallen würde, gebildet. Mit anderen Worten: die gegossene druckseitige Schaufelblattwand 18 wird durch das nachträglich befestigte Abdeckelement 36 verlängert. Hierdurch wird die aus den Öffnungen 37 austretende Kühlluft über eine längere Strecke entlang der durch die Aussparungen 28 freigelegten zur Druckseite weisenden Fläche 38 der Saugseitenwand 20 geführt als bei Aussparungen 28 ohne ein derartiges Abdeckelement.
  • Das Abdeckelement 36 ist im Wesentlichen rechteckig ausgeführt und weist mithin an seinen beiden Längskanten quer abstehende Flansche 40 auf, so dass das Abdeckelement 36 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine U-Form aufweist. Die Größe der Flansche 40 ist so gewählt, dass eine fehlerhafte Positionierung des Abdeckelements 36 bei dessen Montage verhindert werden kann. Eine fehlerhafte Positionierung des die beiden Flansche 40 verbindenden Stegs des Abdeckelements könnte den resultierenden Ausströmungsquerschnitt der aus der Turbinenschaufel 10 herausströmenden Kühlluft verringern, wodurch die Kühlwirkung reduziert werden würde. Diese Drosselwirkung wird jedoch aufgrund der abgewinkelten Kanten verhindert.
  • Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Abdeckung einer Aussparung 28 an der Hinterkante 19 der Turbinenschaufel 10. Hier ist das Abdeckelement 36 rein als Platte ausgeführt und so angeordnet, dass dieses mit der Oberfläche 42 der druckseitigen Schaufelblattwand 18 stufenfrei ist.
  • Das Abdeckelement 36 kann sowohl bei unbenutzten als auch bei schon benutzten Turbinenschaufeln 10 angebracht werden. Als gängige und zuverlässige Befestigungsmethoden haben sich sowohl Löten als auch Schweißen herausgestellt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

  1. Turbinenschaufel (10)
    mit einem gegossenen Schaufelblatt (14) umfassend eine saugseitige Schaufelblattwand (18) und eine druckseitige Schaufelblattwand (20), welches sich in einer Spannweiterichtung von einem fußseitigen Ende (24) zu einem kopfseitigen Ende (26) und in einer Umströmungsrichtung von einer Vorderkante (16) zu einer Hinterkante (19) erstreckt, wobei unmittelbar stromauf der Hinterkante (19) in einer der Schaufelblattwände (18) entlang der Hinterkante (19) Aussparungen (28) zum Ausblasen eines Kühlmittels verteilt sind, derart, dass die betreffende Schaufelblattwand (18) in Profilschnitten mit Aussparungen (28) stromauf der Hinterkante (19) endet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest eine der in der gegossenen Schaufelblattwand (18) angeordneten Aussparungen (28) durch ein plattenförmiges Abdeckelement (36) teilweise abgedeckt ist.
  2. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1,
    bei der das plattenförmige Abdeckelement (36) an zwei seiner Kanten abgewinkelt ist.
  3. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    bei der das Abdeckelement (36) stufenfrei zur Oberfläche (42) der betreffenden Schaufelblattwand (18) angeordnet ist.
  4. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    bei der zumindest eine der in Spannweiterichtung im mittleren Bereich angeordneten Aussparungen (28) jeweils mittels eines Abdeckelements (36) teilweise abgedeckt ist und eine Mehrzahl der in Spannweiterichtung fußseitig und/oder kopfseitig angeordneten Aussparungen (28) abdeckfrei sind.
  5. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei der das Abdeckelement (36) an der gegossenen Schaufelblattwand (18) angeschweißt ist.
  6. Verfahren zum Herstellen oder Wiederherstellen einer Turbinenschaufel (10),
    bei dem nach dem Gießen eines Schaufelblattes (14) umfassend eine saugseitige Schaufelblattwand (18) und eine druckseitige Schaufelblattwand (20), welches sich in einer Spannweiterichtung von einem fußseitigen Ende zu einem kopfseitigen Ende und in einer Umströmungsrichtung von einer Vorderkante (16) zu einer Hinterkante (19) erstreckt, wobei unmittelbar stromauf der Hinterkante (19) in einem der Schaufelblattwände (18, 20) entlang der Hinterkante (19) Aussparungen (28) zum Ausblasen eines Kühlmittels verteilt sind, derart, dass die betreffende Schaufelblattwand (18, 20) in Profilschnitten mit Aussparungen (28) stromauf der Hinterkante (19) endet,
    zumindest eine der Aussparungen (28) durch das Anbringen, insbesondere Anschweißen eines Abdeckelements (36) teilweise abgedeckt wird.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19961565A1 (de) * 1999-12-20 2001-06-21 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zur Einstellung des Durchflussvolumens eines Kühlmediums durch eine Turbinenkomponente
EP1288436A2 (de) * 2001-08-30 2003-03-05 General Electric Company Turbinenschaufelblatt
US6551063B1 (en) * 2001-12-20 2003-04-22 General Electric Company Foil formed structure for turbine airfoil trailing edge
JP2010043568A (ja) * 2008-08-11 2010-02-25 Ihi Corp タービン翼及びタービン翼後縁部の放熱促進部品
EP2163726A1 (de) * 2008-09-11 2010-03-17 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel mit einer modularen, gestuften Hinterkante

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19961565A1 (de) * 1999-12-20 2001-06-21 Abb Alstom Power Ch Ag Verfahren zur Einstellung des Durchflussvolumens eines Kühlmediums durch eine Turbinenkomponente
EP1288436A2 (de) * 2001-08-30 2003-03-05 General Electric Company Turbinenschaufelblatt
US6551063B1 (en) * 2001-12-20 2003-04-22 General Electric Company Foil formed structure for turbine airfoil trailing edge
JP2010043568A (ja) * 2008-08-11 2010-02-25 Ihi Corp タービン翼及びタービン翼後縁部の放熱促進部品
EP2163726A1 (de) * 2008-09-11 2010-03-17 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel mit einer modularen, gestuften Hinterkante

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