EP3088667A1 - Turbine blade with transverse ribs - Google Patents

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EP3088667A1
EP3088667A1 EP15165745.9A EP15165745A EP3088667A1 EP 3088667 A1 EP3088667 A1 EP 3088667A1 EP 15165745 A EP15165745 A EP 15165745A EP 3088667 A1 EP3088667 A1 EP 3088667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rib
longitudinal direction
turbine blade
airfoil
transverse extension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15165745.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Menke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15165745.9A priority Critical patent/EP3088667A1/en
Priority to PCT/EP2016/058859 priority patent/WO2016173916A1/en
Publication of EP3088667A1 publication Critical patent/EP3088667A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/25—Three-dimensional helical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade comprising an airfoil with a pressure-side and a suction-side side wall, which are connected to each other at an upstream side edge and at a downstream end edge, and which extend in the longitudinal direction of a Schaufelblattfuß to a blade tip and define a hollow interior, wherein the hollow interior is arranged at least one rib which extends in a longitudinal direction between the Schaufelblattfuß and the blade tip and in a direction orthogonal to the longitudinal direction extending transverse extension direction between the suction side and the pressure side side wall.
  • the temperature resistance of turbine blades can be increased by various cooling methods.
  • the impingement cooling and the film cooling are used.
  • a cooling fluid in particular cooling air is used, which is guided in particular through the hollow interior of the blade of the turbine blade to dissipate heat convection.
  • channels may be provided in the interior of the airfoil which are defined, for example, by one or more plate-shaped ribs extending in the hollow interior of the airfoil from the root to the tip of the airfoil. The ribs divide the hollow blade interior into two or more juxtaposed sections through which the cooling fluid may be routed during operation of the plant.
  • the cooling fluid is guided such that it bounces from the inside to predetermined areas of the blade, whereby a particularly high cooling effect is achieved for these areas.
  • This type of cooling is used for example for the upstream edge of the blade.
  • the outer surface of the blade is at least partially covered with a cooling fluid film, which is intended to prevent the blade blade surface from coming into direct contact with the hot process gas.
  • a cooling fluid film for the production of the cooling fluid film cooling air holes are provided in the wall of the airfoil, which connect the hollow airfoil inner space with the blade airfoil outside and over which the cooling medium from the airfoil inner to the blade airfoil outside can be performed.
  • the invention is therefore based on the object to provide a turbine blade, which is characterized by a comparison with the prior art improved cooling and a longer service life.
  • the invention is based on the idea of optimizing the coolability of a turbine blade by an improved cooling fluid guide in the blade leaf interior.
  • the blade of the turbine blade according to the invention in its hollow interior one or more ribs (s), one or more of which are characterized by a relation to the prior art modified geometry.
  • the rib or each rib extends in a longitudinal direction from the blade root to the blade tip through the hollow interior of the blade as in the blades of known turbine blades, and connects the suction side and the pressure side side wall of the blade, so also in addition to a longitudinal direction by an orthogonal to this direction transverse extension direction from the suction side to the suction side wall.
  • the rib does not have the ribs as in the prior art Blade blades the shape of a flat plate, the direction of extent of which is constant from the pressure to the suction side wall along the entire longitudinal extent of the airfoil.
  • the transverse extension direction of the rib (s) varies in the longitudinal direction. That is, when viewed in different positions in the longitudinal direction of the extension direction of the rib or ribs in cross-section, it is different for the different longitudinal positions.
  • the cooling channels defined by the ribs in the blade airfoil are characterized in the case of the airfoil according to the invention by an embodiment which is improved over the prior art.
  • the ribs may, for example, for a given shape of the pressure and suction side walls be designed according to the invention such that there are uniform cooling surfaces on the pressure side and on the suction side.
  • the geometry of the cooling channels according to the invention is completely flexible adaptable to a variety of operating parameters.
  • ribs can be formed in the hollow interior of the airfoil.
  • the turbine blade according to the invention is characterized by an improved temperature resistance, an increased service life and a more flexible operational capability.
  • Gas turbines, in which the turbine blades according to the invention are used, can be operated under optimal conditions with particularly high efficiencies.
  • the direction of the transverse extension of the rib or the respective rib is considered, that is, the direction of extension of the rib orthogonal to its longitudinal extent.
  • the transverse extent of a rib at a predetermined position in the longitudinal extent of this can be taken from the cross section through the blade at the corresponding longitudinal position. If the rib extends in a straight line in cross-section, as is the case, for example, with a rib in the form of a helically twisted elongated plate, the transverse extension direction coincides with a line extending centrally along the rib cross-section.
  • the transverse extension direction coincides with a straight line which extends centrally through the two end regions of the rib cross-section.
  • the rib or connecting the ribs connects the suction side and the pressure side side wall of the airfoil, wherein the transverse direction of extension then coincides with a straight line which extends in cross section through the middle of the two connecting regions between the respective rib and the suction side and the pressure side side wall extends.
  • the rib (s) may extend longitudinally through the hollow interior of the airfoil of the turbine blade such that its longitudinal direction is parallel to the longitudinal axis of the airfoil.
  • one or all of the fins may extend through the airfoil root to the airfoil tip at an angle to the longitudinal axis of the airfoil.
  • a turbine blade according to the invention can be produced by casting, wherein cores are used in a manner known per se in addition to a mold defining the outer contour of the turbine blade in order to obtain the ribs in the hollow blade interior.
  • the cores can be made of a ceramic material and, following the casting of the Turbine blades according to the invention are removed by leaching from the blade inner space.
  • the cores which are used in the manufacture of the turbine blades according to the invention can be obtained in particular by using core tools made of flexible materials.
  • core tools made of flexible materials there is the great advantage that after the casting process for the removal of the core from the core tool, the opening direction of the tool is not fixed. There are also undercuts possible without the core undergoes destructions when removing the core train.
  • core tools made of flexible materials allows for variable draw angles at each longitudinal position and thus maximum flexibility, especially as regards the available shape of the rib (s) in the blades.
  • the known core tools which are made of solid materials such as metal and are usually formed in two parts, must be opened by being pulled in a predetermined pulling direction of the cast core. Undercuts are not possible. With the known rigid core tools only cores can be cast for this reason, over which ribs are obtained, the transverse extension direction over the entire longitudinal extent of the airfoil is constant.
  • two or more fins are arranged in the hollow interior of the airfoil.
  • the blade of the turbine blade according to the invention may have in its interior only one rib, which then divides the interior in particular in two serving as cooling channels space sections on both sides of the rib.
  • two or more, for example, three, four, five or even eight ribs may be provided in the airfoil inner space, by which a division into three or more space sections takes place.
  • a further embodiment is characterized in that the transverse extension direction of the rib changes in the longitudinal direction of the rib in the case of several, in particular all, ribs.
  • the blade of the turbine blade according to the invention has a plurality of ribs in its hollow interior, then only a single rib can be distinguished by a transverse extension direction varying in the longitudinal direction of the rib.
  • the transverse extension direction can change in the longitudinal direction of the ribs in the case of a plurality of ribs, in particular also in the case of all ribs.
  • eight ribs may be arranged in the hollow interior of the airfoil, and with six or seven ribs, the transverse extension direction of the rib may change in the longitudinal direction of the rib.
  • This embodiment has proved to be particularly suitable for achieving optimized cooling capability of the turbine blade.
  • the invention further provides that, in the case of at least one rib, the transverse extension direction changes continuously in the longitudinal direction of the rib.
  • the transverse extension direction changes continuously in the longitudinal direction of the rib over the entire longitudinal extent of the rib.
  • the transverse extension direction does not change over the entire length of the rib, but only along a portion of the rib.
  • an embodiment is characterized in that the transverse extension direction changes in the longitudinal direction of the rib over at least 25%, in particular over at least 50%, preferably over at least 75% of the total longitudinal extent of the rib.
  • the angle enclosed between the transverse extension direction of the rib and a reference plane extending in the longitudinal direction of the airfoil becomes, in particular, continuously smaller in the longitudinal direction of the rib.
  • the angle may be, for example, at least 2 ° or at least 4 ° or at least 10 ° or at least 20 ° smaller. It can be provided in particular that the angle over the entire longitudinal extent of the rib is smaller by the aforementioned angle. Alternatively, the angle does not become smaller over the entire length of the rib by the aforesaid values but only over a portion of the rib.
  • the angle in each of the ribs may change by a different value.
  • the specific geometry of the rib or ribs is to be selected individually in each case. It can be considered, for example, which outer contour has the turbine blade.
  • the geometry of the rib or of the ribs is selected, for example, such that uniform cooling surfaces are obtained on the pressure side and the suction side wall. Other geometries are also possible.
  • the transverse extension direction of the rib or an orientation of the transverse extension direction of the rib at any position in the longitudinal direction of the rib can be indicated, for example, by indicating in the cross-sectional plane of the airfoil at the respective longitudinal position the angle enclosed between the transverse extension direction and a reference plane becomes.
  • the reference plane then serves as a fixed reference plane for the changing transverse extension direction of a rib.
  • each plane which extends parallel to a longitudinal axis of the airfoil can serve as a reference plane.
  • As a reference plane for example, serve a parallel to the upstream side leading edge of the airfoil extending plane.
  • the reference plane may also be chosen such that it cuts the respective rib in the middle.
  • the angle which is enclosed between the transverse extension direction of the rib and a reference plane extending in the longitudinal direction of the blade in particular continuously increases in a lower portion of the rib and in one at the lower portion of the rib subsequent central portion of the rib in particular continuously smaller and in a subsequent to the central portion of the rib upper portion of the rib in particular continuously larger.
  • the angle in the longitudinal direction of the airfoil not only changes in one direction, ie does not become continuously larger in the longitudinal direction, but initially becomes larger for a lower section of the rib facing the blade airfoil, then in a middle one Section again smaller and finally in a blade tip facing upper portion of the rib again larger again.
  • the angle enclosed between the transverse extension direction of the rib and a reference plane extending in the longitudinal direction of the airfoil is constant in a lower portion of the rib and becomes in a lower one Section of the rib subsequent upper portion of the rib in the longitudinal direction of the rib in particular continuously smaller.
  • the rib or ribs draw in a lower section facing the blade airfoil by a transverse extension direction which does not change, that is to say is constant.
  • a change in the transverse extension direction is present only in an adjoining the lower portion upper portion, which faces the blade tip.
  • At least one rib has the shape of an oblong plate helically twisted about a longitudinal axis.
  • This ribbed form represents another variant of a particularly suitable form for a thermally and mechanically optimized airfoil. It is also possible that the rib has the shape of a helically twisted elongate plate over only one portion and is formed differently in the remaining region.
  • the rib or the ribs can be characterized by a constant wall thickness.
  • FIG. 1 shows an external view of a known from the prior art turbine blade in a schematic representation.
  • the turbine blade comprises an airfoil 1 and a cross-sectionally fir-shaped blade root 2.
  • the turbine blade airfoil 1 comprises a pressure-side side wall 3 and a suction-side side wall 4, which are connected to one another on an upstream side edge 5 and on a downstream side edge 6 and which extend in the longitudinal direction from one blade airfoil 7 to a blade airfoil 8.
  • the pressure-side side wall 3 and the suction-side side wall 4 of the airfoil 1 define a hollow interior.
  • a total of eight ribs 9 are arranged, which extend in a longitudinal direction between the Schaufelblattfuß 7 and the blade tip 8. The longitudinal direction of each of the eight ribs 9 extends parallel to the longitudinal axis A of the airfoil. 1
  • the eight ribs 9 are arranged one behind the other in the hollow interior of the airfoil 1 between the upstream front edge 5 and the downstream trailing edge 6 of the airfoil 1 viewed from the upstream front edge 5.
  • the eight ribs 9 further extend in a direction orthogonal to the longitudinal direction and thus the longitudinal axis A of the airfoil 1 extending transverse extension direction 10 between the pressure-side side wall 3 and the suction-side side wall 4.
  • Each of the eight ribs 9 connects the pressure-side side wall 3 and the suction-side side wall
  • the hollow interior of the airfoil 1 is subdivided into a total of nine adjacent cooling channels 11, which extend parallel to the longitudinal axis A of the airfoil 1.
  • the transverse extension direction 10 of each of the arranged in the hollow interior of the airfoil 1 eight ribs 9 over the entire longitudinal extension of the respective ribs 9 is constant.
  • the transverse extension direction 10 thus does not change along the span of the airfoil 1, but is identical at all longitudinal positions of the airfoil 1.
  • the ribs 9 in the airfoil 1 of the known turbine blade are in the form of flat elongated plates.
  • transverse extension direction 10 of the ribs 9 the direction of their transverse extension, that is, in the illustrated embodiment, the direction of extension of the ribs 9 from the pressure-side side wall 3 to the suction side wall 4 in a plane orthogonal to its longitudinal extent and thus orthogonal to the longitudinal axis A of the Shovel sheet 1 to understand.
  • the transverse extension direction 10 coincides in the plate-shaped ribs 9 with a center through the cross section of the respective rib 9 extending straight line.
  • the longitudinal direction constant transverse extension direction 10 of the ribs 9 can also be a comparison of the three sectional views of Figures 2 . 3 and 4 taken a cross-section through the airfoil 1 along a lower, the blade blade 8 near line II-II, along a middle, of the blade blade 7 and the blade tip 8 about equally spaced line III-III and an upper, the blade tip. 8 near line IV-IV in FIG. 1 demonstrate.
  • the lower section along the line II-II is located approximately at a height of one quarter of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction.
  • the section along the line III-III is approximately at mid-height of the airfoil 1 and the section along the line IV-IV is located at a longitudinal position at about three quarters of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction.
  • a reference plane 12 which - which is the sectional view in FIG. 3 can not be removed - extends parallel to the longitudinal axis A of the airfoil 1. All reference planes 12 are aligned parallel to each other and intersect the respective rib 9 in the middle.
  • the angle ⁇ enclosed between the transverse extension direction 10 and the reference plane 12 is in the FIGS. 2 to 4 located.
  • a comparison of the angles ⁇ 1 to ⁇ 8 in the Figures 2 . 3 and 4 shows that the angles of all eight ribs 9 in all three sectional view, ie for the three longitudinal positions of the lines II-II, III-III and IV-IV are the same size.
  • FIG. 5 shows an external view of an embodiment of a turbine blade according to the invention in a schematic representation. All in the exterior view in FIG. 5 Identifiable components are among the components of FIG. 1 shown known turbine blade identical and therefore provided with identical reference numerals.
  • the turbine blade according to the invention differs from the one in FIG. 1
  • the first and third to eighth ribs 9, viewed from the upstream side edge 5 are concretely characterized by the fact that their Transverse extension direction changes in the longitudinal direction.
  • FIGS. 6 . 7 and 8th show sections through the airfoil 1 according to the lines VI-VI, VII-VII and VIII-VIII in FIG. 5 , ie cross-sections through the airfoil 1 of the turbine blade according to the invention along a lower, VI-VI near the Schaufelblattfuß 8, along a middle, from the Schaufelblattfuß 7 and the blade tip 8 about equally spaced line VII-VII and an upper, the blade tip. 8 near line VIII-VIII.
  • the three sections are each at a height of about one quarter, the middle and three quarters of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction.
  • the transverse extension direction 10 changes at the from the upstream side Front edge 5 of the hollow airfoil 1 viewed from first rib 9 such that the angle ⁇ 1 , in FIG. 7 which the section along the line VII-VII in FIG. 5 shows, so at about the middle height of the airfoil 1 by about 0.5 ° smaller than in the section along the line VI-VI, which corresponds approximately to the level of one quarter of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction.
  • the angle ⁇ 1 in the FIG. 8 showing the section along the line VIII-VIII FIG. 5 is again smaller by 1 degree than the angle in FIG. 7 ,
  • the angle ⁇ 2 of the second rib 9 is constant over the entire longitudinal extent of the second rib 9.
  • the angle ⁇ 3 is in the FIGS. 6 and 7 , So at the lower and middle height of the airfoil 1 equal and in the in FIG. 8 illustrated upper section along the line VIII-VIII by 1 ° smaller than at the in FIG. 7 illustrated longitudinal position.
  • the angle ⁇ 4 is, like the angle ⁇ 3 in FIG. 6 and FIG. 7 same size. In FIG. 8 However, the angle ⁇ 4 is smaller by 20 ° than in the FIG. 7 ,
  • the angle ⁇ 5 is in the FIG. 7 8 ° smaller than in the FIG. 6 and in the figure by 2 ° smaller than in the figure FIG. 6 ,
  • the angle ⁇ 6 is in the FIG. 7 1 ° smaller than in the FIG. 6 and in the FIG. 8 just as big as in the FIG. 7 ,
  • the angle ⁇ 7 of the seventh rib 9 is in FIG. 7 2 ° smaller than in the FIG. 6 and in the FIG. 8 just as big as in the FIG. 7 ,
  • angle ⁇ 8 in the section in the FIG. 7 1 ° smaller than in the section in the FIG. 6 and in the section according to FIG. 8 again by 1 ° smaller than in the FIG. 7 shown.
  • the second rib 9, viewed from the front leading edge 5, has the shape of a flat elongate plate.
  • the turbine blade according to the invention is characterized in the result by an improved coolability. In particular, it can withstand higher process gas temperatures and has a longer service life.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel umfassend ein Schaufelblatt (1) mit einer druckseitigen und einer saugseitigen Seitenwand (3, 4), die an einer anströmseitigen Vorderkante (5) und an einer abströmseitigen Hinterkante (6) miteinander verbunden sind, und die sich in Längsrichtung von einem Schaufelblattfuß (7) zu einer Schaufelblattspitze (8) erstrecken und einen hohlen Innenraum definieren, wobei in dem hohlen Innenraum zumindest eine Rippe (9) angeordnet ist, die sich in einer Längserstreckungsrichtung zwischen dem Schaufelblattfuß (7) und der Schaufelblattspitze (8) und in einer orthogonal zu der Längserstreckungsrichtung verlaufenden Quererstreckungsrichtung (10) zwischen der druckseitigen und der saugseitigen Seitenwand (3, 4) erstreckt, wobei sich die Quererstreckungsrichtung (10) von der zumindest einen Rippe (9) in Längsrichtung der Rippe (9) ändert.The invention relates to a turbine blade comprising an airfoil (1) having a pressure-side and a suction-side side wall (3, 4), which are connected to each other at an upstream side edge (5) and at a downstream end edge (6), and in the longitudinal direction of a blade blade root (7) to a blade tip (8) and define a hollow interior, wherein in the hollow interior at least one rib (9) is arranged in a longitudinal direction between the Schaufelblattfuß (7) and the blade tip (8) and extending in an orthogonal to the longitudinal direction extending transverse extension direction (10) between the pressure-side and the suction-side side wall (3, 4), wherein the transverse extension direction (10) of the at least one rib (9) in the longitudinal direction of the rib (9) changes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel umfassend ein Schaufelblatt mit einer druckseitigen und einer saugseitigen Seitenwand, die an einer anströmseitigen Vorderkante und an einer abströmseitigen Hinterkante miteinander verbunden sind, und die sich in Längsrichtung von einem Schaufelblattfuß zu einer Schaufelblattspitze erstrecken und einen hohlen Innenraum definieren, wobei in dem hohlen Innenraum zumindest eine Rippe angeordnet ist, die sich in einer Längserstreckungsrichtung zwischen dem Schaufelblattfuß und der Schaufelblattspitze und in einer orthogonal zu der Längserstreckungsrichtung verlaufenden Quererstreckungsrichtung zwischen der saugseitigen und der druckseitigen Seitenwand erstreckt.The invention relates to a turbine blade comprising an airfoil with a pressure-side and a suction-side side wall, which are connected to each other at an upstream side edge and at a downstream end edge, and which extend in the longitudinal direction of a Schaufelblattfuß to a blade tip and define a hollow interior, wherein the hollow interior is arranged at least one rib which extends in a longitudinal direction between the Schaufelblattfuß and the blade tip and in a direction orthogonal to the longitudinal direction extending transverse extension direction between the suction side and the pressure side side wall.

Um besonders gute Wirkungsgrade realisieren zu können, wird ein Betrieb von Gasturbinenanlage bei immer höheren Temperaturen angestrebt. Die Komponenten der Anlage, insbesondere die Turbinenschaufeln, sind dabei den hohen Temperaturen ausgesetzt und das bzw. die Materialien, aus welchen die Turbinenschaufeln gefertigt sind, können an die Grenzen ihrer Belastbarkeit kommen. Treten temperaturbedingte Zerstörungen der Turbinenschaufeln auf, muss die Anlage, in welchen diese Verwendung finden angehalten werden und es sind aufwendige Austausch- und/oder Reparaturarbeiten erforderlich.In order to be able to realize particularly good efficiencies, an operation of gas turbine plant is aimed at ever higher temperatures. The components of the system, in particular the turbine blades, are exposed to the high temperatures and the or the materials from which the turbine blades are made, can reach the limits of their capacity. If temperature-related damage to the turbine blades occurs, the system in which it is used must be stopped and expensive replacement and / or repair work is required.

Es ist bekannt, dass die Temperaturbeständigkeit von Turbinenschaufeln durch verschiedene Kühlverfahren erhöht werden kann. Dabei kommt neben der Konvektionskühlung unter anderem auch die Prallkühlung und die Filmkühlung zum Einsatz.It is known that the temperature resistance of turbine blades can be increased by various cooling methods. In addition to the convection cooling, among other things, the impingement cooling and the film cooling are used.

Im Rahmen der Konvektionskühlung wird ein Kühlfluid, insbesondere Kühlluft verwendet, welches insbesondere durch den hohlen Innenraum des Schaufelblattes der Turbinenschaufel geführt wird, um Wärme konvektiv abzuführen. Für die Führung des Kühlfluids können im Inneren des Schaufelblattes Kanäle vorgesehen sein, die beispielsweise durch eine oder mehrere plattenförmige Rippen definiert werden, welche sich in dem hohlen Innenraum es Schaufelblattes von dem Fuß bis zur Spitze des Schaufelblattes erstrecken. Die Rippen unterteilen den hohlen Schaufelinnenraum in zwei oder mehr nebeneinanderliegende Abschnitte, durch welche das Kühlfluid im Betrieb der Anlage geführt werden kann.In the context of convection cooling, a cooling fluid, in particular cooling air is used, which is guided in particular through the hollow interior of the blade of the turbine blade to dissipate heat convection. For the leadership of the cooling fluid, channels may be provided in the interior of the airfoil which are defined, for example, by one or more plate-shaped ribs extending in the hollow interior of the airfoil from the root to the tip of the airfoil. The ribs divide the hollow blade interior into two or more juxtaposed sections through which the cooling fluid may be routed during operation of the plant.

Insbesondere für stark belastete Bereiche der Turbinenschaufel, insbesondere des Schaufelblattes, kann ferner die Prallkühlung Anwendung finden. Im Rahmen dieses Verfahrens wird das Kühlfluid derart geführt, dass es von innen auf vorgegebene Bereiche des Schaufelblattes prallt, wodurch eine besonders hohe Kühlwirkung für diese Bereiche erzielt wird. Diese Art der Kühlung wird beispielsweise für die anströmseitige Vorderkante des Schaufelblattes eingesetzt.In particular, for heavily loaded areas of the turbine blade, in particular of the airfoil, can also find the impact cooling application. In the context of this method, the cooling fluid is guided such that it bounces from the inside to predetermined areas of the blade, whereby a particularly high cooling effect is achieved for these areas. This type of cooling is used for example for the upstream edge of the blade.

Bei der Filmkühlung wird ferner die Außenfläche des Schaufelblattes zumindest abschnittsweise mit einem Kühlfluidfilm überzogen, durch welchen verhindert werden soll, dass die Schaufelblattoberfläche mit dem heißen Prozessgas unmittelbar in Berührung kommt. Für die Erzeugung des Kühlfluidfilms sind in der Wandung des Schaufelblattes Kühlluftbohrungen vorgesehen, welche den hohlen Schaufelblattinnenraum mit der Schaufelblattaußenseite verbinden und über welche das Kühlmedium aus dem Schaufelblattinneren zu der Schaufelblattaußenseite geführt werden kann.In the case of film cooling, furthermore, the outer surface of the blade is at least partially covered with a cooling fluid film, which is intended to prevent the blade blade surface from coming into direct contact with the hot process gas. For the production of the cooling fluid film cooling air holes are provided in the wall of the airfoil, which connect the hollow airfoil inner space with the blade airfoil outside and over which the cooling medium from the airfoil inner to the blade airfoil outside can be performed.

Sämtliche der vorgenannten Kühlarten finden in Alleinstellung oder in Kombination Anwendung, um einen wirtschaftlichen und sicheren Betrieb von Gasturbinenanlagen gewährleisten zu können.All of the aforementioned types of cooling are used alone or in combination in order to ensure an economical and safe operation of gas turbine plants.

Es besteht jedoch Bedarf daran, die Kühlung von Turbinenschaufeln weiter zu optimieren, unter anderem, um die möglichen Betriebstemperaturen weiter erhöhen und somit verbesserte Wirkungsgrade erzielen zu können.However, there is a need to further optimize the cooling of turbine blades, inter alia, to further increase the possible operating temperatures and thus achieve improved efficiencies.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel anzugeben, die sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kühlbarkeit und eine höhere Lebensdauer auszeichnet.The invention is therefore based on the object to provide a turbine blade, which is characterized by a comparison with the prior art improved cooling and a longer service life.

Diese Aufgabe wird bei einer Turbinenschaufel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sich die Quererstreckungsrichtung von der zumindest einen Rippe in Längsrichtung der Rippe ändert.This object is achieved in a turbine blade of the type mentioned above in that the transverse extension direction of the at least one rib changes in the longitudinal direction of the rib.

Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Turbinenschaufeln, welche Rippen mit in Längsrichtung des Schaufelblattes konstanter Erstreckungsrichtung von der druck- zu der saugseitigen Seitenwand aufweisen, keine zufriedenstellende thermische sowie mechanische Optimierung ermöglichen. Durch die gleichförmigen, planen Rippen können nur Kühlkanäle mit ebenen Seitenflächen erhalten werden, was eine starke Einschränkung möglicher Geometrien bedeutet.It has been found that the known turbine blades, which have ribs with a longitudinal direction of the blade in the constant direction of extension from the pressure to the suction side wall, do not allow satisfactory thermal and mechanical optimization. Due to the uniform, flat ribs only cooling channels with flat side surfaces can be obtained, which means a strong restriction of possible geometries.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Kühlbarkeit einer Turbinenschaufel durch eine verbesserte Kühlfluidführung in dem Schaufelblattinnenraum zu optimieren. Hierfür weist das Schaufelblatt der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel in seinem hohlen Innenraum eine oder mehrere Rippe(n) auf, von denen sich eine oder mehrere durch eine gegenüber dem Stand der Technik modifizierte Geometrie auszeichnen.The invention is based on the idea of optimizing the coolability of a turbine blade by an improved cooling fluid guide in the blade leaf interior. For this purpose, the blade of the turbine blade according to the invention in its hollow interior one or more ribs (s), one or more of which are characterized by a relation to the prior art modified geometry.

Konkret erstreckt sich die Rippe bzw. jede Rippe zwar wie bei den Schaufelblättern bekannter Turbinenschaufeln in einer Längsrichtung von dem Schaufelblattfuß zu der Schaufelblattspitze durch den hohlen Innenraum des Schaufelblattes, und verbindet die saugseitige und die druckseitige Seitenwand des Schaufelblattes, zeichnet sich also neben einer Längserstreckungsrichtung auch durch eine zu dieser Richtung orthogonalen Quererstreckungsrichtung von der saugseitigen zu der saugseitigen Seitenwand aus. Die Rippe hat bzw. die Rippen haben jedoch nicht, wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schaufelblättern die Form einer ebenen Platte, deren Erstreckungsrichtung von der druck- zu der saugseitigen Seitenwand entlang der gesamten Längsausdehnung des Schaufelblattes konstant ist. Erfindungsgemäß variiert die Quererstreckungsrichtung der Rippe(n) in Längsrichtung. D.h., wenn man an unterschiedlichen Positionen in Längsrichtung die Erstreckungsrichtung der Rippe bzw. der Rippen im Querschnitt betrachtet, so ist diese für die verschiedenen Längspositionen unterschiedlich.Specifically, although the rib or each rib extends in a longitudinal direction from the blade root to the blade tip through the hollow interior of the blade as in the blades of known turbine blades, and connects the suction side and the pressure side side wall of the blade, so also in addition to a longitudinal direction by an orthogonal to this direction transverse extension direction from the suction side to the suction side wall. The rib, however, does not have the ribs as in the prior art Blade blades the shape of a flat plate, the direction of extent of which is constant from the pressure to the suction side wall along the entire longitudinal extent of the airfoil. According to the invention, the transverse extension direction of the rib (s) varies in the longitudinal direction. That is, when viewed in different positions in the longitudinal direction of the extension direction of the rib or ribs in cross-section, it is different for the different longitudinal positions.

Der erfindungsgemäße Einsatz von einer bzw. mehreren Rippe(n), bei denen sich die Orientierung bzw. die Lage der Quererstreckung über die Längserstreckung der Rippe(n) ändert, ermöglicht eine Optimierung von Schaufelblättern sowohl in thermischer als auch in mechanischer Hinsicht.The use according to the invention of one or more ribs, in which the orientation or the position of the transverse extension changes over the longitudinal extent of the rib (s), makes it possible to optimize blade blades both thermally and mechanically.

Die durch die Rippen im Schaufelblattinnenraum definierten Kühlkanäle zeichnen sich bei dem erfindungsgemäßen Schaufelblatt durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ausgestaltung aus. Die Rippen können beispielsweise für eine gegebene Form der druck- und saugseitigen Seitenwände erfindungsgemäß derart ausgestaltet sein, dass druck- und saugseitig gleichförmige Kühlflächen vorliegen. Die Geometrie der Kühlkanäle ist erfindungsgemäß völlig flexibel an unterschiedlichste Betriebsparameter anpassbar.The cooling channels defined by the ribs in the blade airfoil are characterized in the case of the airfoil according to the invention by an embodiment which is improved over the prior art. The ribs may, for example, for a given shape of the pressure and suction side walls be designed according to the invention such that there are uniform cooling surfaces on the pressure side and on the suction side. The geometry of the cooling channels according to the invention is completely flexible adaptable to a variety of operating parameters.

Es können darüber hinaus erfindungsgemäß mechanisch optimierte, vor allem besonders spannungsarme Rippen in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes ausgebildet sein.In addition, according to the invention, mechanically optimized, in particular particularly low-stress, ribs can be formed in the hollow interior of the airfoil.

Im Ergebnis zeichnet sich die erfindungsgemäße Turbinenschaufel durch eine verbesserte Temperaturbeständigkeit, eine erhöhte Lebensdauer und eine flexiblere Einsatzfähigkeit aus. Gasturbinen, in welchen die erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln zum Einsatz kommen, können unter optimalen Bedingungen mit besonders hohen Wirkungsgraden betrieben werden.As a result, the turbine blade according to the invention is characterized by an improved temperature resistance, an increased service life and a more flexible operational capability. Gas turbines, in which the turbine blades according to the invention are used, can be operated under optimal conditions with particularly high efficiencies.

Als Quererstreckungsrichtung wird die Richtung der Quererstreckung der Rippe bzw. der jeweiligen Rippe betrachtet, das heißt, die Richtung der Ausdehnung der Rippe orthogonal zu ihrer Längsausdehnung. Die Querausdehnung einer Rippe an einer vorgegebenen Position in Längsausdehnung dieser kann dem Querschnitt durch das Schaufelblatt an der entsprechenden Längsposition entnommen werden. Breitet sich die Rippe im Querschnitt geradlinig aus, wie es zum Beispiel bei einer Rippe in Form einer schraubenförmig verdrehten länglichen Platte der Fall ist, fällt die Quererstreckungsrichtung mit einer sich entlang des Rippenquerschnittes zentral durch diesen erstreckenden Geraden zusammen.As the transverse extension direction, the direction of the transverse extension of the rib or the respective rib is considered, that is, the direction of extension of the rib orthogonal to its longitudinal extent. The transverse extent of a rib at a predetermined position in the longitudinal extent of this can be taken from the cross section through the blade at the corresponding longitudinal position. If the rib extends in a straight line in cross-section, as is the case, for example, with a rib in the form of a helically twisted elongated plate, the transverse extension direction coincides with a line extending centrally along the rib cross-section.

Weist die Rippe einen Querschnitt einer nicht geradlinigen Form auf, fällt die Quererstreckungsrichtung mit einer Geraden zusammen, die sich mittig durch die beiden Endbereiche des Rippenquerschnitts erstreckt. In der Regel verbindet die Rippe bzw. verbinden die Rippen die saugseitige und die druckseitige Seitenwand des Schaufelblattes, wobei die Quererstreckungsrichtung dann mit einer Geraden zusammenfällt, die sich im Querschnitt mittig durch die beiden Verbindungsbereiche zwischen der jeweiligen Rippe und der saugseitigen bzw. der druckseitigen Seitenwand erstreckt.If the rib has a cross-section of a non-rectilinear shape, the transverse extension direction coincides with a straight line which extends centrally through the two end regions of the rib cross-section. In general, the rib or connecting the ribs connects the suction side and the pressure side side wall of the airfoil, wherein the transverse direction of extension then coincides with a straight line which extends in cross section through the middle of the two connecting regions between the respective rib and the suction side and the pressure side side wall extends.

Die Rippe bzw. die Rippen können sich derart längs durch den hohlen Innenraum des Schaufelblattes der Turbinenschaufel erstrecken, dass ihre Längserstreckungsrichtung parallel zur Längsachse des Schaufelblattes liegt. Alternativ kann sich eine oder können sich alle Rippen in einem Winkel zur Längsachse des Schaufelblattes durch dieses vom Schaufelblattfuß zur Schaufelblattspitze erstrecken.The rib (s) may extend longitudinally through the hollow interior of the airfoil of the turbine blade such that its longitudinal direction is parallel to the longitudinal axis of the airfoil. Alternatively, one or all of the fins may extend through the airfoil root to the airfoil tip at an angle to the longitudinal axis of the airfoil.

Eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel kann durch Gießen hergestellt werden, wobei in an sich bekannter Weise neben einer die Außenkontur der Turbinenschaufel definierenden Gießform Kerne zum Einsatz kommen, um die Rippen in dem hohlen Schaufelinnenraum zu erhalten. Die Kerne können aus einem Keramikmaterial gefertigt sein und im Anschluss an das Gießen der erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln durch Auslaugen aus dem Schaufelblattinnenraum entfernt werden.A turbine blade according to the invention can be produced by casting, wherein cores are used in a manner known per se in addition to a mold defining the outer contour of the turbine blade in order to obtain the ribs in the hollow blade interior. The cores can be made of a ceramic material and, following the casting of the Turbine blades according to the invention are removed by leaching from the blade inner space.

Die Kerne, die bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln zum Einsatz kommen, können insbesondere unter Verwendung von Kernwerkzeugen aus flexiblen Materialien erhalten werden. Bei Kernwerkzeugen aus flexiblen Materialien besteht der große Vorteil, dass nach dem Gießvorgang für das Ausbringen des Kerns aus dem Kernwerkzeug die Öffnungsrichtung des Werkzeugs nicht festgelegt ist. Es sind auch Hinterschneidungen möglich, ohne dass der Kern beim Entfernen des Kernwerkezugs Zerstörungen erfährt.The cores which are used in the manufacture of the turbine blades according to the invention can be obtained in particular by using core tools made of flexible materials. In the case of core tools made of flexible materials, there is the great advantage that after the casting process for the removal of the core from the core tool, the opening direction of the tool is not fixed. There are also undercuts possible without the core undergoes destructions when removing the core train.

Die Verwendung von Kernwerkzeugen aus flexiblen Materialien ermöglicht variable Ziehwinkel an jeder Position in Längsrichtung und somit eine größtmögliche Flexibilität, vor allem, was die erhältliche Form der Rippe(n) in den Schaufelblättern angeht.The use of core tools made of flexible materials allows for variable draw angles at each longitudinal position and thus maximum flexibility, especially as regards the available shape of the rib (s) in the blades.

Die bekannten Kernwerkzeuge hingegen, die aus festem Materialien, wie etwa Metall bestehen und in der Regel zweiteilig ausgebildet sind, müssen geöffnet werden, indem sie in eine vorgegeben Ziehrichtung von dem gegossenen Kern gezogen werden. Hinterschneidungen sind dabei nicht möglich. Mit den bekannten starren Kernwerkzeugen können aus diesem Grunde nur Kerne gegossen werden, über welche Rippen erhalten werden, deren Quererstreckungsrichtung über die gesamte Längsausdehnung des Schaufelblattes konstant ist.The known core tools, on the other hand, which are made of solid materials such as metal and are usually formed in two parts, must be opened by being pulled in a predetermined pulling direction of the cast core. Undercuts are not possible. With the known rigid core tools only cores can be cast for this reason, over which ribs are obtained, the transverse extension direction over the entire longitudinal extent of the airfoil is constant.

Die Nachteile der bekannten Turbinenschaufeln, bei denen die Geometrie der Rippen in den Schaufelblättern auf eine in Längsrichtung konstante Quererstreckungsrichtung beschränkt ist, werden mit der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel vollständig überwunden.The disadvantages of the known turbine blades, in which the geometry of the ribs in the blade blades is limited to a transverse direction that is constant in the longitudinal direction, are completely overcome with the turbine blade according to the invention.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel sind zwei oder mehr Rippen in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes angeordnet.According to one embodiment of the turbine blade according to the invention, two or more fins are arranged in the hollow interior of the airfoil.

Das Schaufelblatt der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel kann in seinem Innenraum nur eine Rippe aufweisen, welche den Innenraum dann insbesondere in zwei als Kühlkanäle dienende Raumabschnitte zu beiden Seiten der Rippe unterteilt. Alternativ können zwei oder mehr, zum Beispiel drei, vier, fünf oder auch acht Rippen in dem Schaufelblattinnenraum vorgesehen sein, durch welche eine Unterteilung in drei oder mehr Raumabschnitte erfolgt.The blade of the turbine blade according to the invention may have in its interior only one rib, which then divides the interior in particular in two serving as cooling channels space sections on both sides of the rib. Alternatively, two or more, for example, three, four, five or even eight ribs may be provided in the airfoil inner space, by which a division into three or more space sections takes place.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass sich bei mehreren, insbesondere bei allen Rippen die Quererstreckungsrichtung der Rippe in Längsrichtung der Rippe ändert.A further embodiment is characterized in that the transverse extension direction of the rib changes in the longitudinal direction of the rib in the case of several, in particular all, ribs.

Weist das Schaufelblatt der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel in seinem hohlen Innenraum mehrere Rippen auf, so kann sich nur eine einzige Rippe durch eine in Längsrichtung der Rippe variierende Quererstreckungsrichtung auszeichnen. Alternativ kann sich die Quererstreckungsrichtung bei mehreren, insbesondere auch bei allen Rippen in Längsrichtung der Rippen ändern.If the blade of the turbine blade according to the invention has a plurality of ribs in its hollow interior, then only a single rib can be distinguished by a transverse extension direction varying in the longitudinal direction of the rib. Alternatively, the transverse extension direction can change in the longitudinal direction of the ribs in the case of a plurality of ribs, in particular also in the case of all ribs.

Beispielsweise können acht Rippen in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes angeordnet sein und es kann sich bei sechs oder sieben Rippen die Quererstreckungsrichtung der Rippe in Längsrichtung der Rippe ändern. Diese Ausführungsform hat sich als besonders geeignet erwiesen, um eine optimierte Kühlbarkeit der Turbinenschaufel zu erzielen.For example, eight ribs may be arranged in the hollow interior of the airfoil, and with six or seven ribs, the transverse extension direction of the rib may change in the longitudinal direction of the rib. This embodiment has proved to be particularly suitable for achieving optimized cooling capability of the turbine blade.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass sich bei zumindest einer Rippe die Quererstreckungsrichtung in Längsrichtung der Rippe kontinuierlich ändert.The invention further provides that, in the case of at least one rib, the transverse extension direction changes continuously in the longitudinal direction of the rib.

Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass sich die Quererstreckungsrichtung in Längsrichtung der Rippe über die gesamte Längsausdehnung der Rippe kontinuierlich ändert. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass sich die Quererstreckungsrichtung nicht über die gesamte Läge der Rippe ändert, sondern nur entlang eines Abschnitts der Rippe. So zeichnet sich eine Ausführungsform dadurch aus, dass sich die Quererstreckungsrichtung in Längsrichtung der Rippe über wenigstens 25%, insbesondere über wenigstens 50%, bevorzugt über wenigstens 75% der gesamten Längsausdehnung der Rippe ändert.It can further be provided that the transverse extension direction changes continuously in the longitudinal direction of the rib over the entire longitudinal extent of the rib. Alternatively, it may also be provided that the transverse extension direction does not change over the entire length of the rib, but only along a portion of the rib. Thus, an embodiment is characterized in that the transverse extension direction changes in the longitudinal direction of the rib over at least 25%, in particular over at least 50%, preferably over at least 75% of the total longitudinal extent of the rib.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist ferner vorgesehen, dass bei zumindest einer Rippe, bevorzugt bei mehreren Rippen der Winkel, welcher zwischen der Quererstreckungsrichtung der Rippe und einer sich in Längsrichtung des Schaufelblattes erstreckenden Referenzebene eingeschlossen wird, in Längsrichtung der Rippe insbesondere kontinuierlich kleiner wird.In a further development of the turbine blade according to the invention, it is further provided that, in the case of at least one rib, preferably with several ribs, the angle enclosed between the transverse extension direction of the rib and a reference plane extending in the longitudinal direction of the airfoil becomes, in particular, continuously smaller in the longitudinal direction of the rib.

Der Winkel kann beispielsweise um wenigstens 2° oder um wenigstens 4° oder um wenigstens 10° oder um wenigstens 20° kleiner werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Winkel über die gesamte Längserstreckung der Rippe um die vorgenannten Winkel kleiner wird. Alternativ dazu wird der Winkel nicht über die gesamte Länge der Rippe um die vorgenannte Werte kleiner sondern nur über einen Abschnitt der Rippe.The angle may be, for example, at least 2 ° or at least 4 ° or at least 10 ° or at least 20 ° smaller. It can be provided in particular that the angle over the entire longitudinal extent of the rib is smaller by the aforementioned angle. Alternatively, the angle does not become smaller over the entire length of the rib by the aforesaid values but only over a portion of the rib.

Sind mehrere Rippen in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel angeordnet, kann sich bei jeder der Rippen der Winkel um einen anderen Wert ändern. Die konkrete Geometrie der Rippe bzw. der Rippen ist im Einzelfall individuell zu wählen. Dabei kann beispielsweise berücksichtigt werden, welche Außenkontur die Turbinenschaufel aufweist. Die Geometrie der Rippe bzw. der Rippen wird beispielsweise derart gewählt, dass auf der druck- und der saugseitigen Seitenwand gleichförmige Kühlflächen erhalten werden. Andere Geometrien sind ebenfalls möglich.If a plurality of ribs are arranged in the hollow interior of the airfoil of the turbine blade according to the invention, the angle in each of the ribs may change by a different value. The specific geometry of the rib or ribs is to be selected individually in each case. It can be considered, for example, which outer contour has the turbine blade. The geometry of the rib or of the ribs is selected, for example, such that uniform cooling surfaces are obtained on the pressure side and the suction side wall. Other geometries are also possible.

Die Quererstreckungsrichtung der Rippe bzw. eine Orientierung der Quererstreckungsrichtung der Rippe an jeder Position in Längsrichtung der Rippe kann zum Beispiel angegeben werden, indem in der Querschnittsebene des Schaufelblattes an der jeweiligen Längs-Position der Winkel angegeben wird, der zwischen der Quererstreckungsrichtung und einer Referenzebene eingeschlossen wird. Die Referenzebene dient dann als fixe Bezugsebene für die sich verändernde Quererstreckungsrichtung einer Rippe. Als Referenzebene kann prinzipiell jede Ebene dienen, die sich parallel zu einer Längsachse des Schaufelblattes erstreckt. Als Referenzebene kann beispielsweise eine sich parallel zu der anströmseitigen Vorderkante des Schaufelblattes erstreckende Ebene dienen. Die Referenzebene kann ferner derart gewählt sein, dass sie die jeweilige Rippe mittig schneidet.The transverse extension direction of the rib or an orientation of the transverse extension direction of the rib at any position in the longitudinal direction of the rib can be indicated, for example, by indicating in the cross-sectional plane of the airfoil at the respective longitudinal position the angle enclosed between the transverse extension direction and a reference plane becomes. The reference plane then serves as a fixed reference plane for the changing transverse extension direction of a rib. In principle, each plane which extends parallel to a longitudinal axis of the airfoil can serve as a reference plane. As a reference plane, for example, serve a parallel to the upstream side leading edge of the airfoil extending plane. The reference plane may also be chosen such that it cuts the respective rib in the middle.

Es kann für alle Rippen in dem Schaufelblatt einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel die gleiche Referenzebene betrachtet werden oder für jede Rippe eine eigene Referenzebene.It can be considered for all ribs in the blade of a turbine blade according to the invention the same reference plane or for each rib its own reference plane.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei zumindest einer Rippe, bevorzugt bei mehreren Rippen der Winkel, welcher zwischen der Quererstreckungsrichtung der Rippe und einer sich in Längsrichtung des Schaufelblatts erstreckenden Referenzebene eingeschlossen wird, in einem unteren Abschnitt der Rippe insbesondere kontinuierlich größer und in einem sich an den unteren Abschnitt der Rippe anschließenden mittleren Abschnitt der Rippe insbesondere kontinuierlich kleiner und in einem sich an den mittleren Abschnitt der Rippe anschließenden oberen Abschnitt der Rippe insbesondere kontinuierlich größer.According to a further embodiment, in at least one rib, preferably in the case of several ribs, the angle which is enclosed between the transverse extension direction of the rib and a reference plane extending in the longitudinal direction of the blade, in particular continuously increases in a lower portion of the rib and in one at the lower portion of the rib subsequent central portion of the rib in particular continuously smaller and in a subsequent to the central portion of the rib upper portion of the rib in particular continuously larger.

Gemäß dieser Ausführungsform ändert sich der Winkel in Längsrichtung des Schaufelblattes nicht nur in eine Richtung, wird also in Längsrichtung nicht durchgehend größer, sondern er wird einem unteren, dem Schaufelblattfuß zugewandten Abschnitt der Rippe zunächst größer, dann in einem mittleren Abschnitt wieder kleiner und abschließend in einem der Schaufelspitze zugewandten oberen Abschnitt der Rippe erneut wieder größer.According to this embodiment, the angle in the longitudinal direction of the airfoil not only changes in one direction, ie does not become continuously larger in the longitudinal direction, but initially becomes larger for a lower section of the rib facing the blade airfoil, then in a middle one Section again smaller and finally in a blade tip facing upper portion of the rib again larger again.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bei zumindest einer Rippe, bevorzugt bei mehreren Rippen der Winkel, welcher zwischen der Quererstreckungsrichtung der Rippe und einer sich in Längsrichtung des Schaufelblatts erstreckenden Referenzebene eingeschlossen wird, in einem unteren Abschnitt der Rippe konstant und wird in einem sich an den unteren Abschnitt der Rippe anschließenden oberen Abschnitt der Rippe in Längsrichtung der Rippe insbesondere kontinuierlich kleiner. Die Rippe zeichnet bzw. die Rippen zeichnen gemäß dieser Ausführungsform in einem dem Schaufelblattfuß zugewandten unteren Abschnitt durch eine Quererstreckungsrichtung aus, welche sich nicht ändert, also konstant ist. Eine Änderung der Quererstreckungsrichtung liegt nur in einem sich an den unteren Abschnitt anschließenden oberen Abschnitt vor, welcher der Schaufelblattspitze zugewandt ist.According to another embodiment, with at least one rib, preferably with several ribs, the angle enclosed between the transverse extension direction of the rib and a reference plane extending in the longitudinal direction of the airfoil, is constant in a lower portion of the rib and becomes in a lower one Section of the rib subsequent upper portion of the rib in the longitudinal direction of the rib in particular continuously smaller. According to this embodiment, the rib or ribs draw in a lower section facing the blade airfoil by a transverse extension direction which does not change, that is to say is constant. A change in the transverse extension direction is present only in an adjoining the lower portion upper portion, which faces the blade tip.

Auch kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Rippe die Form einer um eine Längsachse schraubenförmig verdrehten länglichen Platte aufweist. Diese Rippenform stellt eine weitere Variante einer besonders geeigneten Form für ein thermisch und mechanisch optimiertes Schaufelblatt dar. Auch ist es möglich, dass die Rippe nur über einen Abschnitt die Form einer schraubenförmig verdrehten länglichen Platte aufweist und in den verbleibenden Bereich anders ausgebildet ist.It can also be provided that at least one rib has the shape of an oblong plate helically twisted about a longitudinal axis. This ribbed form represents another variant of a particularly suitable form for a thermally and mechanically optimized airfoil. It is also possible that the rib has the shape of a helically twisted elongate plate over only one portion and is formed differently in the remaining region.

Die Rippe bzw. die Rippen können sich durch eine konstante Wandstärke auszeichnen.The rib or the ribs can be characterized by a constant wall thickness.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1
eine Außenansicht einer bekannten Turbinenschaufel mit einem Schaufelblatt in schematischer Darstellung;
Figur 2
einen Schnitt durch das Schaufelblatt gemäß der Linie II-II in Figur 1;
Figur 3
einen Schnitt durch das Schaufelblatt gemäß der Linie III-III in Figur 1;
Figur 4
einen Schnitt durch das Schaufelblatt gemäß der Linie IV-IV in Figur 1.
Figur 5
eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel mit einem Schaufelblatt in schematischer Darstellung;
Figur 6
einen Schnitt durch das Schaufelblatt gemäß der Linie VI-VI in Figur 5;
Figur 7
einen Schnitt durch das Schaufelblatt gemäß der Linie VII-VII in Figur 5; und
Figur 8
einen Schnitt durch das Schaufelblatt gemäß der Linie VIII-VIII in Figur 5.
Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawing shows:
FIG. 1
an external view of a known turbine blade with an airfoil in a schematic representation;
FIG. 2
a section through the blade according to the line II-II in FIG. 1 ;
FIG. 3
a section through the blade according to the line III-III in FIG. 1 ;
FIG. 4
a section through the blade according to the line IV-IV in FIG. 1 ,
FIG. 5
an external view of a turbine blade according to the invention with an airfoil in a schematic representation;
FIG. 6
a section through the blade according to the line VI-VI in FIG. 5 ;
FIG. 7
a section through the blade according to the line VII-VII in FIG. 5 ; and
FIG. 8
a section through the blade according to the line VIII-VIII in FIG. 5 ,

Die Figur 1 zeigt eine Außenansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Turbinenschaufel in schematischer Darstellung. Die Turbinenschaufel umfasst ein Schaufelblatt 1 und einen im Querschnitt tannenbaumförmigen Schaufelfuß 2.The FIG. 1 shows an external view of a known from the prior art turbine blade in a schematic representation. The turbine blade comprises an airfoil 1 and a cross-sectionally fir-shaped blade root 2.

Das Schaufelblatt 1 der Turbinenschaufel umfasst eine druckseitigen Seitenwand 3 und eine saugseitigen Seitenwand 4, die an einer anströmseitigen Vorderkante 5 und an einer abströmseitigen Hinterkante 6 miteinander verbunden sind, und die sich in Längsrichtung von einem Schaufelblattfuß 7 zu einer Schaufelblattspitze 8 erstrecken.The turbine blade airfoil 1 comprises a pressure-side side wall 3 and a suction-side side wall 4, which are connected to one another on an upstream side edge 5 and on a downstream side edge 6 and which extend in the longitudinal direction from one blade airfoil 7 to a blade airfoil 8.

Wie aus den in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Schnittdarstellungen gemäß der Linien II-II, III-III und IV-IV aus der Figur 1 hervorgeht, definieren die druckseitige Seitenwand 3 und die saugseitige Seitenwand 4 des Schaufelblattes 1 einen hohlen Innenraum. In dem hohlen Innenraum sind insgesamt acht Rippen 9 angeordnet, die sich in einer Längserstreckungsrichtung zwischen dem Schaufelblattfuß 7 und der Schaufelblattspitze 8 erstrecken. Die Längserstreckungsrichtung jeder der acht Rippen 9 verläuft parallel zu der Längsachse A des Schaufelblattes 1.As from the in the Figures 2 . 3 and 4 shown sectional views according to the lines II-II, III-III and IV-IV from the FIG. 1 As can be seen, the pressure-side side wall 3 and the suction-side side wall 4 of the airfoil 1 define a hollow interior. In the hollow interior, a total of eight ribs 9 are arranged, which extend in a longitudinal direction between the Schaufelblattfuß 7 and the blade tip 8. The longitudinal direction of each of the eight ribs 9 extends parallel to the longitudinal axis A of the airfoil. 1

Die acht Rippen 9 sind in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes 1 zwischen der anströmseitigen Vorderkante 5 und der abströmseitigen Hinterkante 6 des Schaufelblattes 1 von der anströmseitigen Vorderkante 5 aus betrachtet hintereinanderliegend angeordnet.The eight ribs 9 are arranged one behind the other in the hollow interior of the airfoil 1 between the upstream front edge 5 and the downstream trailing edge 6 of the airfoil 1 viewed from the upstream front edge 5.

Die acht Rippen 9 erstrecken sich ferner in einer orthogonal zu der Längserstreckungsrichtung und somit der Längsachse A des Schaufelblattes 1 verlaufenden Quererstreckungsrichtung 10 zwischen der druckseitigen Seitenwand 3 und der saugseitigen Seitenwand 4. Jede der acht Rippen 9 verbindet die druckseitige Seitenwand 3 und die saugseitige Seitenwand 4. Durch die acht Rippen 9 wird der hohle Innenraum des Schaufelblattes 1 in insgesamt neun nebeneinanderliegende Kühlkanäle 11 unterteilt, die sich parallel zu der Längsachse A des Schaufelblattes 1 erstrecken.The eight ribs 9 further extend in a direction orthogonal to the longitudinal direction and thus the longitudinal axis A of the airfoil 1 extending transverse extension direction 10 between the pressure-side side wall 3 and the suction-side side wall 4. Each of the eight ribs 9 connects the pressure-side side wall 3 and the suction-side side wall Through the eight ribs 9, the hollow interior of the airfoil 1 is subdivided into a total of nine adjacent cooling channels 11, which extend parallel to the longitudinal axis A of the airfoil 1.

Bei der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten bekannten Turbinenschaufel ist die Quererstreckungsrichtung 10 jeder der in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes 1 angeordneten acht Rippen 9 über die gesamte Längserstreckung der jeweiligen Rippen 9 konstant. Die Quererstreckungsrichtung 10 ändert sich also nicht entlang der Spannweite des Schaufelblattes 1, sondern ist an allen Längspositionen des Schaufelblattes 1 identisch. Die Rippen 9 in dem Schaufelblatt 1 der bekannten Turbinenschaufel weisen die Form von ebenen länglichen Platten auf.In the in the FIGS. 1 to 4 The known transverse turbine blade 10, the transverse extension direction 10 of each of the arranged in the hollow interior of the airfoil 1 eight ribs 9 over the entire longitudinal extension of the respective ribs 9 is constant. The transverse extension direction 10 thus does not change along the span of the airfoil 1, but is identical at all longitudinal positions of the airfoil 1. The ribs 9 in the airfoil 1 of the known turbine blade are in the form of flat elongated plates.

Unter der Quererstreckungsrichtung 10 der Rippen 9 ist dabei die Richtung ihrer Quererstreckung, also bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Richtung der Erstreckung der Rippen 9 von der druckseitigen Seitenwand 3 zu der saugseitigen Seitenwand 4 in einer Ebene orthogonal zu deren Längsausdehnung und somit orthogonal zur Längsachse A des Schaufelblattes 1 zu verstehen. Die Quererstreckungsrichtung 10 fällt bei den plattenförmigen Rippen 9 mit einer mittig durch den Querschnitt der jeweiligen Rippe 9 verlaufenden Geraden zusammen.In the transverse extension direction 10 of the ribs 9, the direction of their transverse extension, that is, in the illustrated embodiment, the direction of extension of the ribs 9 from the pressure-side side wall 3 to the suction side wall 4 in a plane orthogonal to its longitudinal extent and thus orthogonal to the longitudinal axis A of the Shovel sheet 1 to understand. The transverse extension direction 10 coincides in the plate-shaped ribs 9 with a center through the cross section of the respective rib 9 extending straight line.

Die in Längsrichtung gleichbleibende Quererstreckungsrichtung 10 der Rippen 9 kann auch einem Vergleich der drei Schnittdarstellungen der Figuren 2, 3 und 4 entnommen werden, welche einen Querschnitt durch das Schaufelblatt 1 entlang einer unteren, dem Schaufelblattfuß 8 nahen Linie II-II, entlang einer mittleren, von dem Schaufelblattfuß 7 und der Schaufelblattspitze 8 in etwa gleich beabstandeten Linie III-III sowie einer oberen, der Schaufelblattspitze 8 nahen Linie IV-IV in Figur 1 zeigen. Der untere Schnitt entlang der Linie II-II befindet sich in etwa auf einer Höhe von einem Viertel der Gesamtausdehnung des Schaufelblattes 1 in Längsrichtung. Der Schnitt entlang der Linie III-III liegt ungefähr auf mittlerer Höhe des Schaufelblattes 1 und der Schnitt entlang der Linie IV-IV liegt an einer Längsposition bei etwa Dreiviertel der Gesamtausdehnung des Schaufelblattes 1 in Längsrichtung.The longitudinal direction constant transverse extension direction 10 of the ribs 9 can also be a comparison of the three sectional views of Figures 2 . 3 and 4 taken a cross-section through the airfoil 1 along a lower, the blade blade 8 near line II-II, along a middle, of the blade blade 7 and the blade tip 8 about equally spaced line III-III and an upper, the blade tip. 8 near line IV-IV in FIG. 1 demonstrate. The lower section along the line II-II is located approximately at a height of one quarter of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction. The section along the line III-III is approximately at mid-height of the airfoil 1 and the section along the line IV-IV is located at a longitudinal position at about three quarters of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction.

In der Schnittdarstellung der Figur 3 ist jeder der acht Rippen 9 eine Referenzebene 12 zugeordnet, die sich - was der Schnittdarstellung in Figur 3 nicht entnommen werden kann - parallel zu der Längsachse A des Schaufelblattes 1 erstreckt. Alle Referenzebenen 12 sind parallel zueinander ausgerichtet und schneiden die jeweilige Rippe 9 mittig.In the sectional view of FIG. 3 is assigned to each of the eight ribs 9 a reference plane 12, which - which is the sectional view in FIG. 3 can not be removed - extends parallel to the longitudinal axis A of the airfoil 1. All reference planes 12 are aligned parallel to each other and intersect the respective rib 9 in the middle.

Für jede der acht Rippen 9 ist der Winkel α, der zwischen der Quererstreckungsrichtung 10 und der Referenzebene 12 eingeschlossen wird, in den Figuren 2 bis 4 eingezeichnet. Ein Vergleich der Winkel α1 bis α8 in den Figuren 2, 3 und 4 zeigt, dass die Winkel aller acht Rippen 9 in allen drei Schnittdarstellung, also für die drei Längspositionen der Linien II-II, III-III und IV-IV gleich groß sind.For each of the eight ribs 9, the angle α enclosed between the transverse extension direction 10 and the reference plane 12 is in the FIGS. 2 to 4 located. A comparison of the angles α 1 to α 8 in the Figures 2 . 3 and 4 shows that the angles of all eight ribs 9 in all three sectional view, ie for the three longitudinal positions of the lines II-II, III-III and IV-IV are the same size.

Die Figur 5 zeigt eine Außenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel in schematischer Darstellung. Sämtliche in der Außenansicht in Figur 5 erkennbaren Komponenten sind zu den Komponenten der in Figur 1 dargestellten bekannten Turbinenschaufel baugleich und daher mit identischen Bezugsziffern versehen.The FIG. 5 shows an external view of an embodiment of a turbine blade according to the invention in a schematic representation. All in the exterior view in FIG. 5 Identifiable components are among the components of FIG. 1 shown known turbine blade identical and therefore provided with identical reference numerals.

Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten bekannten Turbinenschaufel allein hinsichtlich der Ausgestaltung von sieben der in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes 1 angeordneten acht Rippen 9. Bei der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel zeichnen sich konkret die von der anströmseitigen Vorderkante 5 aus betrachtet erste und dritte bis achte Rippe 9 dadurch aus, dass sich ihre Quererstreckungsrichtung in Längsrichtung ändert.The turbine blade according to the invention differs from the one in FIG. 1 In the turbine blade according to the invention, the first and third to eighth ribs 9, viewed from the upstream side edge 5, are concretely characterized by the fact that their Transverse extension direction changes in the longitudinal direction.

Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen Schnitte durch das Schaufelblatt 1 gemäß der Linien VI-VI, VII-VII und VIII-VIII in Figur 5, also Querschnitte durch das Schaufelblatt 1 der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel entlang einer unteren, dem Schaufelblattfuß 8 nahen Linie VI-VI, entlang einer mittleren, von dem Schaufelblattfuß 7 und der Schaufelblattspitze 8 in etwa gleich beabstandeten Linie VII-VII sowie einer oberen, der Schaufelblattspitze 8 nahen Linie VIII-VIII. Wie in den Figuren 2, 3 und 4 liegen die drei Schnitte jeweils auf einer Höhe von etwa einem Viertel, der Mitte und Dreiviertel der Gesamtausdehnung des Schaufelblattes 1 in Längsrichtung.The FIGS. 6 . 7 and 8th show sections through the airfoil 1 according to the lines VI-VI, VII-VII and VIII-VIII in FIG. 5 , ie cross-sections through the airfoil 1 of the turbine blade according to the invention along a lower, VI-VI near the Schaufelblattfuß 8, along a middle, from the Schaufelblattfuß 7 and the blade tip 8 about equally spaced line VII-VII and an upper, the blade tip. 8 near line VIII-VIII. As in the Figures 2 . 3 and 4 The three sections are each at a height of about one quarter, the middle and three quarters of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction.

In den Figuren 6 bis 8 und den Figuren 2 bis 4 sind gleiche Bauteile wiederum mit gleichen Bezugsziffern versehen.In the FIGS. 6 to 8 and the FIGS. 2 to 4 the same components are again provided with the same reference numerals.

Bei der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ändert sich die Quererstreckungsrichtung 10 bei den von der anströmseitigen Vorderkante 5 des hohlen Schaufelblattes 1 aus betrachtet ersten Rippe 9 derart, dass der Winkel α1, in Figur 7, welche den Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 5 zeigt, also auf etwa mittlerer Höhe des Schaufelblattes 1 um etwa 0,5° kleiner ist als in dem Schnitt entlang der Linie VI-VI, welche etwa auf Höhe von einem Viertel der Gesamtausdehnung des Schaufelblattes 1 in Längsrichtung entspricht. Der Winkel α1 in der Figur 8, welche den Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus Figur 5 zeigt, ist nochmals um 1° Grad kleiner als der Winkel in Figur 7.In the turbine blade according to the invention, the transverse extension direction 10 changes at the from the upstream side Front edge 5 of the hollow airfoil 1 viewed from first rib 9 such that the angle α 1 , in FIG. 7 which the section along the line VII-VII in FIG. 5 shows, so at about the middle height of the airfoil 1 by about 0.5 ° smaller than in the section along the line VI-VI, which corresponds approximately to the level of one quarter of the total extent of the airfoil 1 in the longitudinal direction. The angle α 1 in the FIG. 8 showing the section along the line VIII-VIII FIG. 5 is again smaller by 1 degree than the angle in FIG. 7 ,

Der Winkel α2 der zweiten Rippe 9 ist über die gesamte Längsausdehnung der zweiten Rippe 9 konstant.The angle α 2 of the second rib 9 is constant over the entire longitudinal extent of the second rib 9.

Der Winkel α3 hingegen ist in der Figuren 6 und 7, also auf unterer und mittlerer Höhe des Schaufelblattes 1 gleich groß und in dem in Figur 8 dargestellten oberen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII um 1° kleiner als an der in Figur 7 dargestellten Längsposition.The angle α 3, however, is in the FIGS. 6 and 7 , So at the lower and middle height of the airfoil 1 equal and in the in FIG. 8 illustrated upper section along the line VIII-VIII by 1 ° smaller than at the in FIG. 7 illustrated longitudinal position.

Der Winkel α4 ist, wie der Winkel α3 in Figur 6 und Figur 7 gleich groß. In Figur 8 ist der Winkel α4 jedoch um 20° kleiner als in der Figur 7.The angle α 4 is, like the angle α 3 in FIG. 6 and FIG. 7 same size. In FIG. 8 However, the angle α 4 is smaller by 20 ° than in the FIG. 7 ,

Der Winkel α5 ist in der Figur 7 um 8° kleiner als in der Figur 6 und in der Figur um 2° kleiner als in der Figur 6.The angle α 5 is in the FIG. 7 8 ° smaller than in the FIG. 6 and in the figure by 2 ° smaller than in the figure FIG. 6 ,

Der Winkel α6 ist in der Figur 7 um 1° kleiner als in der Figur 6 und in der Figur 8 genauso groß wie in der Figur 7.The angle α 6 is in the FIG. 7 1 ° smaller than in the FIG. 6 and in the FIG. 8 just as big as in the FIG. 7 ,

Der Winkel α7 der siebten Rippe 9 ist in Figur 7 um 2° kleiner als in der Figur 6 und in der Figur 8 genauso groß wie in der Figur 7.The angle α 7 of the seventh rib 9 is in FIG. 7 2 ° smaller than in the FIG. 6 and in the FIG. 8 just as big as in the FIG. 7 ,

Schließlich ist der Winkel α8 in dem Schnitt in der Figur 7 um 1° kleiner als in dem Schnitt in der Figur 6 und in dem Schnitt gemäß Figur 8 nochmals um 1° kleiner als in dem in Figur 7 dargestellten.Finally, the angle α 8 in the section in the FIG. 7 1 ° smaller than in the section in the FIG. 6 and in the section according to FIG. 8 again by 1 ° smaller than in the FIG. 7 shown.

Die von der vorderseitigen Anströmkante 5 aus betrachtet zweite Rippe 9 weist die Form einer ebenen länglichen Platte auf.The second rib 9, viewed from the front leading edge 5, has the shape of a flat elongate plate.

Durch die gegenüber dem Stand der Technik veränderte Ausgestaltung von sieben der acht Rippen 9 in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes 1 wird eine Turbinenschaufel mit gegenüber dem Stand der Technik optimierten Kühlkanälen 11 erhalten. Dabei wurde die konkrete Geometrie der Rippen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit der Außenkontur der Turbinenschaufel optimiert.As a result of the configuration of seven of the eight ribs 9 in the hollow interior of the airfoil 1, which is different from the state of the art, a turbine blade is obtained with cooling passages 11 which are optimized over the prior art. In this case, the specific geometry of the ribs was optimized in the illustrated embodiment, depending on the outer contour of the turbine blade.

Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel zeichnet sich im Ergebnis durch eine verbesserte Kühlbarkeit aus. Sie kann insbesondere höheren Prozessgastemperaturen standhalten und hat eine längere Lebensdauer.The turbine blade according to the invention is characterized in the result by an improved coolability. In particular, it can withstand higher process gas temperatures and has a longer service life.

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.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (13)

Turbinenschaufel umfassend ein Schaufelblatt (1) mit einer druckseitigen und einer saugseitigen Seitenwand (3, 4), die an einer anströmseitigen Vorderkante (5) und an einer abströmseitigen Hinterkante (6) miteinander verbunden sind, und die sich in Längsrichtung von einem Schaufelblattfuß (7) zu einer Schaufelblattspitze (8) erstrecken und einen hohlen Innenraum definieren,
wobei in dem hohlen Innenraum zumindest eine Rippe (9) angeordnet ist, die sich in einer Längserstreckungsrichtung zwischen dem Schaufelblattfuß (7) und der Schaufelblattspitze (8) und in einer orthogonal zu der Längserstreckungsrichtung verlaufenden Quererstreckungsrichtung (10) zwischen der druckseitigen und der saugseitigen Seitenwand (3, 4) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Quererstreckungsrichtung (10) von der zumindest einen Rippe (9) in Längsrichtung der Rippe (9) ändert.Turbine blade comprising an airfoil (1) with a pressure-side and a suction-side side wall (3, 4) which are connected to each other at an upstream side edge (5) and at a downstream side edge (6), and in the longitudinal direction of a Schaufelblattfuß (7 extend to a blade tip (8) and define a hollow interior,
wherein in the hollow interior at least one rib (9) is arranged extending in a longitudinal direction between the Schaufelblattfuß (7) and the blade tip (8) and in a direction orthogonal to the longitudinal direction extending transverse extension direction (10) between the pressure side and the suction side wall (3, 4) extends,
characterized in that
the transverse extension direction (10) of the at least one rib (9) in the longitudinal direction of the rib (9) changes. Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei oder mehr Rippen (9) in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes (1) angeordnet sind.Turbine blade according to claim 1,
characterized in that
two or more ribs (9) in the hollow interior of the airfoil (1) are arranged. Turbinenschaufel nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich bei mehreren Rippen (9) die Quererstreckungsrichtung (10) der Rippe (9) in Längsrichtung der Rippe (9) ändert.Turbine blade according to claim 2,
characterized in that
in the case of several ribs (9), the transverse extension direction (10) of the rib (9) changes in the longitudinal direction of the rib (9). Turbinenschaufel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich bei allen Rippen (9) die Quererstreckungsrichtung (10) der Rippe (9) in Längsrichtung der Rippe (9) ändert.Turbine blade according to claim 3,
characterized in that
in all of the ribs (9), the transverse extension direction (10) of the rib (9) changes in the longitudinal direction of the rib (9). Turbinenschaufel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
acht Rippen (9) in dem hohlen Innenraum des Schaufelblattes (1) angeordnet sind und sich bei sechs oder sieben Rippen (9) die Quererstreckungsrichtung (10) der Rippe (9) in Längsrichtung der Rippe (9) ändert.Turbine blade according to claim 3,
characterized in that
eight ribs (9) are arranged in the hollow interior of the airfoil (1) and at six or seven ribs (9) the transverse extension direction (10) of the rib (9) changes in the longitudinal direction of the rib (9). Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich bei zumindest einer Rippe (9) die Quererstreckungsrichtung (10) in Längsrichtung der Rippe (9) kontinuierlich ändert.Turbine blade according to one of the preceding claims,
characterized in that
In at least one rib (9) the transverse extension direction (10) changes continuously in the longitudinal direction of the rib (9). Turbinenschaufel nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Quererstreckungsrichtung (10) in Längsrichtung der Rippe (9) über die gesamte Längsausdehnung der Rippe (9) kontinuierlich ändert.Turbine blade according to claim 6,
characterized in that
the transverse extension direction (10) continuously changes in the longitudinal direction of the rib (9) over the entire longitudinal extent of the rib (9). Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Quererstreckungsrichtung (10) in Längsrichtung der Rippe (9) über wenigstens 25%,
insbesondere über wenigstens 50%,
bevorzugt über wenigstens 75% der gesamten Längsausdehnung der Rippe ändert.Turbine blade according to one of claims 1 to 6,
characterized in that
the transverse extension direction (10) extends over at least 25% in the longitudinal direction of the rib (9),
in particular over at least 50%,
preferably changes over at least 75% of the total longitudinal extent of the rib. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei zumindest einer Rippe (9),
bevorzugt bei mehreren Rippen (9),
der Winkel, welcher zwischen der Quererstreckungsrichtung (10) der Rippe (9) und einer sich in Längsrichtung des Schaufelblatts (1) erstreckenden Referenzebene (12) eingeschlossen wird, in Längsrichtung der Rippe (9) insbesondere kontinuierlich kleiner wird.Turbine blade according to one of the preceding claims,
characterized in that
at least one rib (9),
preferably with several ribs (9),
the angle enclosed between the transverse extension direction (10) of the rib (9) and a reference plane (12) extending in the longitudinal direction of the airfoil (1) becomes continuously smaller in the longitudinal direction of the rib (9). Turbinenschaufel nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel insbesondere über die gesamte Längserstreckung der Rippe (9) um wenigstens 2° oder um wenigstens 4° oder um wenigstens 10° oder um wenigstens 20° kleiner wird.Turbine blade according to claim 9,
characterized in that
the angle in particular over the entire longitudinal extension of the rib (9) by at least 2 ° or at least 4 ° or at least 10 ° or at least 20 ° smaller. Turbinenschaufel nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Rippe (9) die Form einer um eine Längsachse schraubenförmig verdrehten länglichen Platte aufweist.Turbine blade according to claim 9 or 10,
characterized in that
at least one rib (9) has the shape of a helical elongated plate about a longitudinal axis. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei zumindest einer Rippe (9),
bevorzugt bei mehreren Rippen (9),
der Winkel, welcher zwischen der Quererstreckungsrichtung (10) der Rippe (9) und einer sich in Längsrichtung des Schaufelblatts (1) erstreckenden Referenzebene (12) eingeschlossen wird, in einem unteren Abschnitt der Rippe (9) insbesondere kontinuierlich größer wird und in einem sich an den unteren Abschnitt der Rippe (9) anschließenden mittleren Abschnitt der Rippe (9) insbesondere kontinuierlich kleiner wird und in einem sich an den mittleren Abschnitt der Rippe (9) anschließenden oberen Abschnitt der Rippe (9) insbesondere kontinuierlich größer wird.Turbine blade according to one of claims 1 to 8,
characterized in that
at least one rib (9),
preferably with several ribs (9),
the angle enclosed between the transverse extension direction (10) of the rib (9) and a reference plane (12) extending in the longitudinal direction of the airfoil (1) becomes continuously larger in a lower portion of the rib (9) and in one in particular, becomes continuously smaller at the middle section of the rib (9) adjoining the lower section of the rib (9) and, in particular, increases continuously in an upper section of the rib (9) which adjoins the middle section of the rib (9). Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei zumindest einer Rippe (9),
bevorzugt bei mehreren Rippen (9),
der Winkel, welcher zwischen der Quererstreckungsrichtung (10) der Rippe (9) und einer sich in Längsrichtung des Schaufelblatts (1) erstreckenden Referenzebene (12) eingeschlossen wird, in einem unteren Abschnitt der Rippe (9) konstant ist und in einem sich an den unteren Abschnitt der Rippe (9) anschließenden oberen Abschnitt der Rippe in Längsrichtung der Rippe (9) insbesondere kontinuierlich kleiner wird.Turbine blade according to one of claims 1 to 8,
characterized in that
at least one rib (9),
preferably with several ribs (9),
the angle enclosed between the transverse extension direction (10) of the rib (9) and a reference plane (12) extending in the longitudinal direction of the airfoil (1) is constant in a lower portion of the rib (9) and in a position adjacent to lower portion of the rib (9) subsequent upper portion of the rib in the longitudinal direction of the rib (9) in particular continuously becomes smaller.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266954A2 (en) * 1986-11-03 1988-05-11 Airfoil Textron Inc. Twisted hollow airfoil with non-twisted internal support ribs
US5002460A (en) * 1989-10-02 1991-03-26 General Electric Company Internally cooled airfoil blade
GB2462087A (en) * 2008-07-22 2010-01-27 Rolls Royce Plc An aerofoil comprising a partition web with a chordwise or spanwise variation
EP2177715A2 (en) * 2008-10-16 2010-04-21 United Technologies Corporation Airfoil with cooling passage providing variable heat transfer rate
US20140219811A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-07 Ching-Pang Lee Twisted gas turbine engine airfoil having a twisted rib
US8864438B1 (en) * 2013-12-05 2014-10-21 Siemens Energy, Inc. Flow control insert in cooling passage for turbine vane

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266954A2 (en) * 1986-11-03 1988-05-11 Airfoil Textron Inc. Twisted hollow airfoil with non-twisted internal support ribs
US5002460A (en) * 1989-10-02 1991-03-26 General Electric Company Internally cooled airfoil blade
GB2462087A (en) * 2008-07-22 2010-01-27 Rolls Royce Plc An aerofoil comprising a partition web with a chordwise or spanwise variation
EP2177715A2 (en) * 2008-10-16 2010-04-21 United Technologies Corporation Airfoil with cooling passage providing variable heat transfer rate
US20140219811A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-07 Ching-Pang Lee Twisted gas turbine engine airfoil having a twisted rib
US8864438B1 (en) * 2013-12-05 2014-10-21 Siemens Energy, Inc. Flow control insert in cooling passage for turbine vane

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