EP3266982A1 - Turbine blade with a passage for coolant and outlet opening - Google Patents

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EP3266982A1
EP3266982A1 EP16178150.5A EP16178150A EP3266982A1 EP 3266982 A1 EP3266982 A1 EP 3266982A1 EP 16178150 A EP16178150 A EP 16178150A EP 3266982 A1 EP3266982 A1 EP 3266982A1
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EP
European Patent Office
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turbine blade
coolant
outlet
channels
blade
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Withdrawn
Application number
EP16178150.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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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
    • F01D5/186—Film cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/305—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the pressure side of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
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    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/306—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the suction side of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade with a blade root and an airfoil, in which, starting from an entry point, at least one radial coolant channel extends as far as an end point of the cooling channel.
  • An often used in gas turbines cooling medium is air. Part of the compressed air is taken in the compressor and fed to the gas turbine blades, bypassing the combustion chamber.
  • the cooling air is supplied to the turbine blade in one or more cooling channels extending from the blade root in the blade body to an end point of the cooling channel, to which an opening in a surface of the airfoil is arranged, through which the entire guided in the coolant passage cooling air this point is omitted for cooling the turbine blade.
  • a uniform cooling of the turbine blade is possible with such a configuration only when a large number of cooling channels are driven through the blade body, which could then possibly affect the strength of the turbine blade in large numbers.
  • An object of the invention is to provide a turbine blade which has a relatively small number allows a more uniform cooling of the turbine blade on coolant channels.
  • a turbine blade according to the invention with a blade root and an airfoil has at least one radial coolant channel in a blade body of the turbine blade, which extends from an entry point, in particular on the blade root, to an end point of the cooling channel.
  • the end point of the cooling channel is preferably arranged in the blade body.
  • At least two outlet channels are arranged on the airfoil, which in each case connect the coolant channel for conducting coolant to an outlet opening on an outer wall of the airfoil.
  • At least one outlet opening is arranged both on a front side and on a rear side of the airfoil, which is connected to the coolant channel by means of an outlet channel. This allows bilateral cooling of the airfoil, starting from a single coolant channel.
  • a plurality of outlet openings is arranged on the blade according to a preferred development, which are each connected by means of an outlet channel with the coolant channel.
  • the outlet channels are formed with a significantly smaller cross-sectional diameter than the coolant channel, in particular with a diameter ratio of 1: 5, 1:10 or higher.
  • the coolant channel is formed as a drilled blind hole and / or the outlet channel / the outlet channels are formed as through holes.
  • a drilled design of the coolant channel and / or the outlet channels allows a simple and inexpensive production of the turbine blade and in particular its cooling system.
  • the coolant channel can also be manufactured by means of electrical discharge machining (EDM, in English: spark erosive machining). For example, this may allow a greater depth of the coolant channel for larger turbine blades.
  • EDM electrical discharge machining
  • a plurality of coolant channels are arranged in the blade body, in particular two, three, five, ten or a larger plurality.
  • each of these coolant channels preferably has at least one outlet channel, in particular preferably at least two or more outlet channels.
  • the end points of at least two of these coolant channels are arranged at different radial positions of the turbine blade, in particular with respect to a radial axis of the turbine blade.
  • the coolant channels each have an outlet region in which a plurality of outlet channels, in particular all outlet channels, emanate from the coolant channel.
  • the outlet region is preferably limited to a particular radial section of the turbine blade. This embodiment allows assignment of certain radial sections of the turbine blade to certain coolant channels. In turn, this can be a cooling air be controlled for a particular radial section of the turbine blade.
  • the outlet regions of at least two of these coolant channels are arranged at different radial positions of the turbine blade, in order to allow as even cooling as possible (based on the conditions of use).
  • FIG. 1 a turbine blade 1 with a blade root 2 and an airfoil 4 is shown.
  • a blade body 6 of the turbine blade starting from in each case one entry point 8.1, 8.2 and 8.3, three coolant channels 10 extend.
  • the coolant channels 10. 1, 10. 2 and 10. 3 run in an at least substantially radial direction as far as an end point 12 of the respective coolant channel 10.
  • the coolant channels 10.1 and 10.2 extend from a - with respect to a transverse direction of the blade root 2 central entry point - away to their end points 12.
  • the coolant channel 10.3 is arranged laterally away from the center of the blade root 2, and thus follows the shape of the blade 4 in the radially inner region of the blade 4 at this axial position.
  • each of the cooling channels 10 a plurality of outlet channels 16 and 18 are arranged, wherein the outlet channels 16 respectively open at an outlet opening 20 in the outer wall 22 of the turbine blade, and thus connect the cooling channel 10 with these outlet openings 20.
  • the outlet channels 16 open onto a front side 24 of the airfoil 4, the outlet channels 18 open into outlet openings (not shown) on the rear side of the turbine blade 1.
  • the coolant channels 8 have different cross-sectional diameters x 1 , x 2 and x 3 , which allow the provision of different cooling air streams.
  • cooling air is introduced into the coolant channels 10, which then in the outlet regions 14 distributed in the individual outlet channels 16 and 18 and exits at the outlet openings 20.
  • the cooling air can selectively cool the surroundings of the outlet openings by the relatively cold cooling air cools the relatively hot outer wall 24 of the turbine blade.
  • a film cooling can be realized in which the air flowing out of the outlet openings 20 forms a "film" on the front 22 and / or the back of the airfoil 4 and thus a direct contact between the outer wall 24 and the flowing hot working fluid is prevented or at least minimized.
  • Fig. 2 is a turbine blade 1 is shown, in which by means of two exemplary marked coolant channels 10.1 and 10.2 is shown how different areas with respect to the radial axis R of the turbine blade 1 can be supplied by different coolant channels with cooling air.
  • the coolant channel 10.1 extends from its entry point 8.1 to its end point 12.1 (at the radial position of the end point 12.1, the representation of the blade 4 is cut).
  • the cooling channel 10.2 is arranged slightly offset in the flow direction of the working fluid S to the coolant channel 10.1.
  • the coolant channel 10.2 is shorter, so that the distance between the end point 12.2 and the entry point 8.2 is smaller than the distance between the end point 12.1 and the entry point 8.1.
  • Both cooling channels have an outlet region 14, wherein the outlet region 14.1 of the first cooling channel 10.1 is arranged at a radial position that is farther outward than the radial position of the outlet region 14.2 of the second coolant channel 10.2.
  • the outlet openings 20.1, at which by the connection with the cooling channel 10.1 by means of the outlet channels 16.1 cooling air can flow in the direction of arrow, arranged radially further outward than the outlet openings 20.2 of the second cooling channel 10.2.
  • the cooling mechanism according to this embodiment is due to the ability to form both the coolant channels 10 and the outlet channels 16 and 18 straight - and thus to produce as holes - manufacturing technology relatively simple and thus inexpensive to manufacture.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelfuß (2) und einem Schaufelblatt (4), wobei sich - ausgehend von einem Eintrittspunkt (8), insbesondere an dem Schaufelfuß - wenigstens ein radialer Kühlmittelkanal (6) in einem Schaufelkörper der Turbinenschaufel bis hin zu einem Endpunkt (12) des Kühlmittelkanals erstreckt, wobei an dem Schaufelblatt wenigstens zwei Auslasskanäle (16, 18) angeordnet sind, die den Kühlmittelkanal zur Leitung von Kühlmittel mit einer Auslassöffnung (20) an einer Außenwand (22) des Schaufelblatts verbinden.The invention relates to a turbine blade (1) with a blade root (2) and an airfoil (4), wherein - starting from an entry point (8), in particular on the blade root - at least one radial coolant channel (6) in a blade body of the turbine blade extending to an end point (12) of the coolant channel, wherein at least two outlet channels (16, 18) are arranged on the airfoil, which connect the coolant channel for conducting coolant with an outlet opening (20) on an outer wall (22) of the airfoil.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einem Schaufelfuß und einem Schaufelblatt, bei der sich ausgehend von einem Eintrittspunkt wenigstens ein radialer Kühlmittelkanal bis hin zu einem Endpunkt des Kühlkanals erstreckt.The invention relates to a turbine blade with a blade root and an airfoil, in which, starting from an entry point, at least one radial coolant channel extends as far as an end point of the cooling channel.

Die Leistungserwartungen an Gasturbinen sind in den letzten Jahren immer weiter angestiegen. Die Erwartungen werden bedient, indem man die entscheidenden Faktoren beim Betrieb von Gasturbinen, nämlich die Anströmtemperatur und den Anströmdruck des Arbeitsfluids immer weiter steigert. Dies ist nur mit Hilfe immer weiter optimierter Technologien zur Kühlung der einzelnen Turbinenschaufeln einer Gasturbine möglich.The performance expectations of gas turbines have continued to increase in recent years. The expectations are met by increasing the decisive factors in the operation of gas turbines, namely the inflow temperature and the inflow pressure of the working fluid continues to increase. This is only possible with the help of more and more optimized technologies for cooling the individual turbine blades of a gas turbine.

Ein häufig in Gasturbinen eingesetztes Kühlmedium ist Luft. Ein Teil der verdichteten Luft wird im Verdichter entnommen und unter Umgehung der Brennkammer den Gasturbinenschaufeln zugeführt.An often used in gas turbines cooling medium is air. Part of the compressed air is taken in the compressor and fed to the gas turbine blades, bypassing the combustion chamber.

Bei bekannten Turbinenschaufeln wird die Kühlluft der Turbinenschaufel in einem oder mehreren Kühlkanälen zugeführt, die vom Schaufelfuß weg im Schaufelkörper bis zu einem Endpunkt des Kühlkanals verlaufen, an welchem eine Öffnung in einer Oberfläche des Schaufelblattes angeordnet ist, durch die die gesamte im Kühlmittelkanal geführte Kühlluft an dieser Stelle zur Kühlung der Turbinenschaufel ausgelassen wird.In known turbine blades, the cooling air is supplied to the turbine blade in one or more cooling channels extending from the blade root in the blade body to an end point of the cooling channel, to which an opening in a surface of the airfoil is arranged, through which the entire guided in the coolant passage cooling air this point is omitted for cooling the turbine blade.

Eine gleichmäßige Kühlung der Turbinenschaufel ist mit einer derartigen Gestaltung nur dann möglich, wenn sehr viele Kühlkanäle durch den Schaufelkörper getrieben werden, die dann in der großen Anzahl gegebenenfalls die Festigkeit der Turbinenschaufel beeinträchtigen könnten.A uniform cooling of the turbine blade is possible with such a configuration only when a large number of cooling channels are driven through the blade body, which could then possibly affect the strength of the turbine blade in large numbers.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbinenschaufel bereitzustellen, die mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Kühlmittelkanälen eine gleichmäßigere Kühlung der Turbinenschaufel ermöglicht.An object of the invention is to provide a turbine blade which has a relatively small number allows a more uniform cooling of the turbine blade on coolant channels.

Eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel mit einem Schaufelfuß und einem Schaufelblatt weist wenigstens einen radialen Kühlmittelkanal in einem Schaufelkörper der Turbinenschaufel auf, der sich ausgehend von einem Eintrittspunkt, insbesondere an dem Schaufelfuß, bis hin zu einem Endpunkt des Kühlkanals erstreckt. Der Endpunkt des Kühlkanals ist vorzugsweise im Schaufelkörper angeordnet. An dem Schaufelblatt sind wenigstens zwei Auslasskanäle angeordnet, die den Kühlmittelkanal zur Leitung von Kühlmittel jeweils mit einer Auslassöffnung an einer Außenwand des Schaufelblatts verbinden.A turbine blade according to the invention with a blade root and an airfoil has at least one radial coolant channel in a blade body of the turbine blade, which extends from an entry point, in particular on the blade root, to an end point of the cooling channel. The end point of the cooling channel is preferably arranged in the blade body. At least two outlet channels are arranged on the airfoil, which in each case connect the coolant channel for conducting coolant to an outlet opening on an outer wall of the airfoil.

Dadurch wird es möglich, mit einem zentralen Kühlmittelkanal der Turbinenschaufel an mehreren Stellen des Schaufelblattes Kühlluft auszulassen und damit das Schaufelblatt gleichmäßiger zu kühlen.This makes it possible to omit cooling air with a central coolant channel of the turbine blade at several points of the airfoil and thus to cool the airfoil more uniformly.

Vorzugsweise ist sowohl an einer Vorderseite als auch an einer Rückseite des Schaufelblattes jeweils wenigstens eine Auslassöffnung angeordnet, die mittels eines Auslasskanals mit dem Kühlmittelkanal verbunden ist. Dies ermöglicht eine beidseitige Kühlung des Schaufelblattes, ausgehend aus einem einzigen Kühlmittelkanal.Preferably, at least one outlet opening is arranged both on a front side and on a rear side of the airfoil, which is connected to the coolant channel by means of an outlet channel. This allows bilateral cooling of the airfoil, starting from a single coolant channel.

Um eine noch gleichmäßigere Kühlung der Turbinenschaufel zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung an dem Schaufelblatt eine Mehrzahl von Auslassöffnungen angeordnet, die jeweils mittels eines Auslasskanals mit dem Kühlmittelkanal verbunden sind.In order to allow even more uniform cooling of the turbine blade, a plurality of outlet openings is arranged on the blade according to a preferred development, which are each connected by means of an outlet channel with the coolant channel.

Vorzugsweise sind die Auslasskanäle mit einem deutlich kleineren Querschnittsdurchmesser ausgebildet als der Kühlmittelkanal, insbesondere mit einem Durchmesserverhältnis von 1:5, 1:10 oder höher.Preferably, the outlet channels are formed with a significantly smaller cross-sectional diameter than the coolant channel, in particular with a diameter ratio of 1: 5, 1:10 or higher.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Kühlmittelkanal als gebohrtes Sackloch ausgebildet und/oder der Auslasskanal/die Auslasskanäle sind als Durchgangsbohrungen ausgebildet. Eine gebohrte Ausführung des Kühlmittelkanals und/oder der Auslasskanäle ermöglicht eine einfache und günstige Fertigung der Turbinenschaufel und insbesondere ihres Kühlsystems.According to a preferred embodiment, the coolant channel is formed as a drilled blind hole and / or the outlet channel / the outlet channels are formed as through holes. A drilled design of the coolant channel and / or the outlet channels allows a simple and inexpensive production of the turbine blade and in particular its cooling system.

Insbesondere der Kühlmittelkanal kann jedoch auch mittels electrical discharge machining (EDM, zu Deutsch: funkenerosives Bearbeiten) gefertigt werden. Dies kann beispielsweise bei größeren Turbinenschaufeln eine größere Tiefe des Kühlmittelkanals ermöglichen.In particular, however, the coolant channel can also be manufactured by means of electrical discharge machining (EDM, in English: spark erosive machining). For example, this may allow a greater depth of the coolant channel for larger turbine blades.

Um eine höhere Kühlleistung realisieren zu können, ist in einer bevorzugten Ausführung in dem Schaufelkörper eine Mehrzahl von Kühlmittelkanälen angeordnet, insbesondere zwei, drei, fünf, zehn oder eine größere Vielzahl.In order to realize a higher cooling capacity, in a preferred embodiment, a plurality of coolant channels are arranged in the blade body, in particular two, three, five, ten or a larger plurality.

Vorzugsweise weist dabei jeder dieser Kühlmittelkanäle wenigstens einen Auslasskanal, insbesondere bevorzugt wenigstens zwei oder mehrere Auslasskanäle, auf. Um eine bessere Verteilung der Kühlleistung entlang der Turbinenschaufel zu gewährleisten, sind gemäß einer bevorzugten Ausführung die Endpunkte von wenigstens zweien dieser Kühlmittelkanäle an unterschiedlichen Radialpositionen der Turbinenschaufel, insbesondere bezüglich einer Radialachse der Turbinenschaufel, angeordnet.In this case, each of these coolant channels preferably has at least one outlet channel, in particular preferably at least two or more outlet channels. In order to ensure a better distribution of the cooling capacity along the turbine blade, according to a preferred embodiment, the end points of at least two of these coolant channels are arranged at different radial positions of the turbine blade, in particular with respect to a radial axis of the turbine blade.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Kühlmittelkanäle jeweils einen Auslassbereich auf, in welchem eine Mehrzahl von Auslasskanälen, insbesondere alle Auslasskanäle, von dem Kühlmittelkanal ausgehen. Der Auslassbereich ist vorzugsweise auf einen bestimmten Radialabschnitt der Turbinenschaufel begrenzt. Diese Ausführung ermöglicht eine Zuordnung von bestimmten Radialabschnitten der Turbinenschaufel zu bestimmten Kühlmittelkanälen. Darüber kann wiederum ein Kühlluftanteil für einen bestimmten Radialabschnitt der Turbinenschaufel gesteuert werden.According to a preferred development, the coolant channels each have an outlet region in which a plurality of outlet channels, in particular all outlet channels, emanate from the coolant channel. The outlet region is preferably limited to a particular radial section of the turbine blade. This embodiment allows assignment of certain radial sections of the turbine blade to certain coolant channels. In turn, this can be a cooling air be controlled for a particular radial section of the turbine blade.

Vorzugsweise sind die Auslassbereiche von wenigstens zweien dieser Kühlmittelkanäle an unterschiedlichen Radialpositionen der Turbinenschaufel angeordnet, um eine möglichst gleichmäßige Kühlung (bezogen auf die Einsatzbedingungen) zu ermöglichen.Preferably, the outlet regions of at least two of these coolant channels are arranged at different radial positions of the turbine blade, in order to allow as even cooling as possible (based on the conditions of use).

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei zeigt:

Figur 1:
in einer teilweise geschnittenen Schrägansicht eine Turbinenschaufel nach einer Ausführung der Erfindung; und
Figur 2:
in einer teilweise geschnittenen Schrägansicht einen Ausschnitt einer Turbinenschaufel nach einer weiteren Ausführung der Erfindung.
The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments which will be described in connection with the drawings, in which:
FIG. 1:
in a partially sectioned perspective view of a turbine blade according to an embodiment of the invention; and
FIG. 2:
in a partially sectioned oblique view of a section of a turbine blade according to a further embodiment of the invention.

In Figur 1 ist eine Turbinenschaufel 1 mit einem Schaufelfuß 2 und einem Schaufelblatt 4 dargestellt. In einem Schaufelkörper 6 der Turbinenschaufel 1 erstrecken sich ausgehend von jeweils einem Eintrittspunkt 8.1, 8.2 und 8.3 drei Kühlmittelkanäle 10.In FIG. 1 a turbine blade 1 with a blade root 2 and an airfoil 4 is shown. In a blade body 6 of the turbine blade 1, starting from in each case one entry point 8.1, 8.2 and 8.3, three coolant channels 10 extend.

Die Kühlmittelkanäle 10.1, 10.2 und 10.3 verlaufen dabei in einer zumindest im Wesentlichen radialen Richtung hin bis zu einem Endpunkt 12 des jeweiligen Kühlmittelkanals 10.The coolant channels 10. 1, 10. 2 and 10. 3 run in an at least substantially radial direction as far as an end point 12 of the respective coolant channel 10.

Die Kühlmittelkanäle 10.1 und 10.2 verlaufen von einem - bezüglich einer Querrichtung des Schaufelfußes 2 zentralen Eintrittspunkt - weg bis zu ihren Endpunkten 12. Der Kühlmittelkanal 10.3 ist seitlich von der Mitte des Schaufelfußes 2 weg angeordnet, und folgt damit der Form des Schaufelblatts 4 im radial inneren Bereich des Schaufelblatts 4 an dieser Axialposition.The coolant channels 10.1 and 10.2 extend from a - with respect to a transverse direction of the blade root 2 central entry point - away to their end points 12. The coolant channel 10.3 is arranged laterally away from the center of the blade root 2, and thus follows the shape of the blade 4 in the radially inner region of the blade 4 at this axial position.

In einem Auslassbereich 14 jedes der Kühlkanäle 10 ist eine Mehrzahl von Auslasskanälen 16 und 18 angeordnet, wobei die Auslasskanäle 16 jeweils an einer Auslassöffnung 20 in der Außenwand 22 der Turbinenschaufel münden, und damit den Kühlkanal 10 mit diesen Auslassöffnungen 20 verbinden. Die Auslasskanäle 16 münden derart auf eine Vorderseite 24 des Schaufelblattes 4, die Auslasskanäle 18 münden in nicht dargestellte Auslassöffnungen auf der Rückseite der Turbinenschaufel 1.In an outlet region 14 of each of the cooling channels 10, a plurality of outlet channels 16 and 18 are arranged, wherein the outlet channels 16 respectively open at an outlet opening 20 in the outer wall 22 of the turbine blade, and thus connect the cooling channel 10 with these outlet openings 20. The outlet channels 16 open onto a front side 24 of the airfoil 4, the outlet channels 18 open into outlet openings (not shown) on the rear side of the turbine blade 1.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kühlmittelkanäle 8 unterschiedliche Querschnittsdurchmesser x1, x2 und x3 auf, die die Bereitstellung unterschiedlicher Kühlluftströme ermöglichen.In the illustrated embodiment, the coolant channels 8 have different cross-sectional diameters x 1 , x 2 and x 3 , which allow the provision of different cooling air streams.

Zur Kühlung der Turbinenschaufel 1, die im Betrieb an ihrem Schaufelfuß im Turbinenrotor befestigt ist und (in der Darstellung) im Wesentlichen von links nach rechts durch ein heißes und druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium angeströmt wird, wird Kühlluft in die Kühlmittelkanäle 10 eingeleitet, das dann in den Auslassbereichen 14 in die einzelnen Auslasskanäle 16 und 18 verteilt und an den Auslassöffnungen 20 austritt. Hier kann die Kühlluft punktuell die Umgebung der Auslassöffnungen kühlen, indem die verhältnismäßig kalte Kühlluft die verhältnismäßig heiße Außenwand 24 der Turbinenschaufel kühlt.For cooling the turbine blade 1, which is fastened to its blade root in the turbine rotor during operation and (in the illustration) is flowed substantially from left to right through a hot and pressurized working medium, cooling air is introduced into the coolant channels 10, which then in the outlet regions 14 distributed in the individual outlet channels 16 and 18 and exits at the outlet openings 20. Here, the cooling air can selectively cool the surroundings of the outlet openings by the relatively cold cooling air cools the relatively hot outer wall 24 of the turbine blade.

Bei einer geeigneten Anordnung einer ausreichenden Menge von Auslassöffnungen 20 auf der Außenwand des Schaufelblatts 4 kann auch eine Filmkühlung realisiert werden, bei welcher die aus den Auslassöffnungen 20 ausströmende Luft einen "Film" auf der Vorderseite 22 und/oder der Rückseite des Schaufelblatts 4 ausbildet und damit einen direkten Kontakt zwischen der Außenwand 24 und dem vorbeiströmenden, heißen Arbeitsfluid verhindert oder zumindest minimiert.With a suitable arrangement of a sufficient amount of outlet openings 20 on the outer wall of the airfoil 4, a film cooling can be realized in which the air flowing out of the outlet openings 20 forms a "film" on the front 22 and / or the back of the airfoil 4 and thus a direct contact between the outer wall 24 and the flowing hot working fluid is prevented or at least minimized.

In Fig. 2 ist eine Turbinenschaufel 1 dargestellt, bei welcher mittels zwei exemplarisch eingezeichneten Kühlmittelkanälen 10.1 und 10.2 dargestellt wird, wie unterschiedliche Bereiche bezüglich der Radialachse R der Turbinenschaufel 1 durch unterschiedliche Kühlmittelkanäle mit Kühlluft versorgt werden können.In Fig. 2 is a turbine blade 1 is shown, in which by means of two exemplary marked coolant channels 10.1 and 10.2 is shown how different areas with respect to the radial axis R of the turbine blade 1 can be supplied by different coolant channels with cooling air.

Der Kühlmittelkanal 10.1 erstreckt sich von seinem Eintrittspunkt 8.1 hin bis zu seinem Endpunkt 12.1 (an der Radialposition des Endpunkts 12.1 ist die Darstellung des Schaufelblatts 4 geschnitten). Der Kühlkanal 10.2 ist in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids S leicht versetzt zu dem Kühlmittelkanal 10.1 angeordnet.The coolant channel 10.1 extends from its entry point 8.1 to its end point 12.1 (at the radial position of the end point 12.1, the representation of the blade 4 is cut). The cooling channel 10.2 is arranged slightly offset in the flow direction of the working fluid S to the coolant channel 10.1.

Der Kühlmittelkanal 10.2 ist kürzer ausgebildet, so dass der Abstand zwischen dem Endpunkt 12.2 und dem Eintrittspunkt 8.2 kleiner ist als der Abstand zwischen dem Endpunkt 12.1 und dem Eintrittspunkt 8.1. Beide Kühlkanäle weisen einen Auslassbereich 14 auf, wobei der Auslassbereich 14.1 des ersten Kühlkanals 10.1 an einer Radialposition angeordnet ist, die weiter außen ist als die Radialposition des Auslassbereichs 14.2 des zweiten Kühlmittelkanals 10.2.The coolant channel 10.2 is shorter, so that the distance between the end point 12.2 and the entry point 8.2 is smaller than the distance between the end point 12.1 and the entry point 8.1. Both cooling channels have an outlet region 14, wherein the outlet region 14.1 of the first cooling channel 10.1 is arranged at a radial position that is farther outward than the radial position of the outlet region 14.2 of the second coolant channel 10.2.

Damit sind die Auslassöffnungen 20.1, an denen durch die Verbindung mit dem Kühlkanal 10.1 mittels der Auslasskanäle 16.1 Kühlluft in Pfeilrichtung ausströmen kann, radial weiter außen angeordnet als die Auslassöffnungen 20.2 des zweiten Kühlkanals 10.2.Thus, the outlet openings 20.1, at which by the connection with the cooling channel 10.1 by means of the outlet channels 16.1 cooling air can flow in the direction of arrow, arranged radially further outward than the outlet openings 20.2 of the second cooling channel 10.2.

Wenn man davon ausgeht, dass der Abstand in S-Richtung zwischen den Kühlkanälen 10.1 und 10.2 nur aufgrund der besseren Darstellung überzeichnet ist, wird ersichtlich, dass mit einer derartigen Anordnung ein verhältnismäßig großer Anteil der Vorderseite des Schaufelblatts 4 mit einer Filmkühlung überzogen werden kann, wenn der Abstand zwischen den einzelnen Auslassöffnungen 20 klein genug gewählt ist.Assuming that the distance in the S-direction between the cooling channels 10.1 and 10.2 is oversubscribed only for the sake of better illustration, it will be seen that with such an arrangement, a relatively large portion of the front of the airfoil 4 with a film cooling can be coated when the distance between the individual outlet openings 20 is chosen small enough.

Der Kühlmechanismus gemäß dieser Ausführung ist aufgrund der Möglichkeit, sowohl die Kühlmittelkanäle 10 als auch die Auslasskanäle 16 und 18 gerade auszubilden - und damit als Bohrungen zu fertigen - fertigungstechnisch verhältnismäßig einfach und damit günstig herzustellen.The cooling mechanism according to this embodiment is due to the ability to form both the coolant channels 10 and the outlet channels 16 and 18 straight - and thus to produce as holes - manufacturing technology relatively simple and thus inexpensive to manufacture.

Claims (9)

Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelfuß (2) und einem Schaufelblatt (4), wobei sich - ausgehend von einem Eintrittspunkt (8), insbesondere an dem Schaufelfuß - wenigstens ein radialer Kühlmittelkanal (6) in einem Schaufelkörper der Turbinenschaufel bis hin zu einem Endpunkt (12) des Kühlmittelkanals erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Schaufelblatt wenigstens zwei Auslasskanäle (16, 18) angeordnet sind, die den Kühlmittelkanal zur Leitung von Kühlmittel mit einer Auslassöffnung (20) an einer Außenwand (22) des Schaufelblatts verbinden.Turbine blade (1) with a blade root (2) and a blade (4), wherein - starting from an entry point (8), in particular on the blade root - at least one radial coolant channel (6) in a blade body of the turbine blade up to an end point (12) of the coolant channel extends,
characterized in that
at least two outlet channels (16, 18) are arranged on the blade, which connect the coolant channel for conducting coolant with an outlet opening (20) on an outer wall (22) of the blade. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1,
wobei an einer Vorderseite (24) und an einer Rückseite (25) des Schaufelblattes jeweils wenigstens eine mittels eines Auslasskanals mit dem Kühlmittelkanal verbundene Auslassöffnung angeordnet ist.Turbine blade according to claim 1,
wherein in each case at least one outlet opening connected to the coolant channel by means of an outlet channel is arranged on a front side (24) and on a rear side (25) of the airfoil. Turbinenschaufel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei an dem Schaufelblatt eine Mehrzahl von mittels eines Auslasskanals mit dem Kühlmittelkanal verbundenen Auslassöffnungen angeordnet ist.Turbine blade according to one of the preceding claims, wherein disposed on the blade a plurality of outlet openings connected by means of an outlet channel with the coolant channel. Turbinenschaufel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kühlmittelkanal als gebohrtes Sackloch ausgebildet ist und/oder der/die Auslasskanal/-kanäle als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind.Turbine blade according to one of the preceding claims, wherein the coolant channel is formed as a drilled blind hole and / or the / the outlet channel / channels are formed as through holes. Turbinenschaufel gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Schaufelkörper eine Mehrzahl von Kühlmittelkanälen angeordnet ist.Turbine blade according to one of the preceding claims, wherein in the blade body, a plurality of coolant channels is arranged. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 5,
wobei jeder der Kühlmittelkanäle wenigstens zwei Auslasskanäle aufweist.Turbine blade according to claim 5,
wherein each of the coolant channels has at least two outlet channels. Turbinenschaufel gemäß einem der vorherigen Ansprüche 5 oder 6,
wobei die Endpunkte von wenigstens zweien dieser Kühlmittelkanäle an unterschiedlichen Radialpositionen (R) der Turbinenschaufel angeordnet sind.Turbine blade according to one of the preceding claims 5 or 6,
wherein the end points of at least two of these coolant channels are arranged at different radial positions (R) of the turbine blade. Turbinenschaufel gemäß einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7,
wobei die Kühlmittelkanäle jeweils einen Auslassbereich (14) aufweisen, in welchem eine Mehrzahl von Auslasskanälen von dem Kühlmittelkanal ausgehen.Turbine blade according to one of the preceding claims 5 to 7,
wherein the coolant channels each have an outlet region (14) in which a plurality of outlet channels emanate from the coolant channel. Turbinenschaufel gemäß einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 8,
wobei die Auslassbereiche von wenigstens zweien dieser Kühlmittelkanäle an unterschiedlichen Radialpositionen der Turbinenschaufel angeordnet sind.Turbine blade according to one of the preceding claims 5 to 8,
wherein the outlet regions of at least two of these coolant channels are arranged at different radial positions of the turbine blade.
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