EP3269928A1 - Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen - Google Patents

Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen Download PDF

Info

Publication number
EP3269928A1
EP3269928A1 EP16179377.3A EP16179377A EP3269928A1 EP 3269928 A1 EP3269928 A1 EP 3269928A1 EP 16179377 A EP16179377 A EP 16179377A EP 3269928 A1 EP3269928 A1 EP 3269928A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pin fins
row
turbine blade
airfoil
sections
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Withdrawn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
EP16179377.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
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 EP16179377.3A priority Critical patent/EP3269928A1/de
Priority to PCT/EP2017/065016 priority patent/WO2018010918A1/de
Publication of EP3269928A1 publication Critical patent/EP3269928A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/122—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the trailing edge of a stator vane
    • 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
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/12—Two-dimensional rectangular
    • 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
    • F05D2260/2212—Improvement of heat transfer by creating turbulence
    • 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 for a turbomachine, in particular for a gas turbine, with an airfoil having a peripheral wall with a pressure-side wall portion and a suction-side wall portion opposite thereto, each extending from a front upstream side to a rear downstream side of the airfoil, wherein the interior of the airfoil is a cooling fluid channel with at least two successively provided and fluid-connected channel sections, and with a plurality of struts-shaped fins - pin fins - extending in the rear channel portion of the cooling fluid channel between the pressure-side wall portion and the suction-side wall portion over the entire width the channel portion extend, wherein the pin fins jewe between an upper end portion and a lower end portion of the airfoil in at least two successive rows ils superimposed and in particular are arranged parallel to each other, and wherein all the passage openings of a row, which are bounded by each adjacent pin fins this series and the two opposite wall sections, together define a passage area for the cooling
  • a turbine blade is known in the prior art in different configurations and are used in turbomachines, in particular gas turbines to convert the flow and / or thermal energy of a working fluid into rotational energy.
  • a turbine blade comprises a blade platform and an airfoil that protrudes from the blade platform and extends in the intended mounted state of the turbine blade in the radial direction of the turbomachine.
  • the airfoil has a peripheral wall with a pressure-side wall section and an opposite suction-side wall portion, are connected to each other at a front upstream side and a rear downstream side.
  • Known turbomachines include a housing in which a flow passage extends in an axial direction.
  • a plurality of turbine stages are arranged one behind the other in the axial direction and spaced from each other.
  • Each turbine stage includes a stator vane ring (stator) connected to the housing and a rotor blade (rotor) connected to a centrally mounted tie rod passing through the housing in the axial direction.
  • the flow channel is flowed through by the working fluid.
  • the working fluid is deflected by the guide vanes in such a way that it optimally loads the moving blades with a force acting in the circumferential direction.
  • the torque acting on the rotor as a result puts it in rotation.
  • the rotational energy of the rotor can then be converted into electrical energy, for example by means of a generator.
  • an expanding hot gas is used as the working fluid.
  • the height of the inlet temperature limits set, inter alia, by the thermal load capacity of the turbine blades. Accordingly, an object is to provide turbine blades that have sufficient mechanical stability for the operation of the gas turbine even at very high thermal loads.
  • turbine blades are provided with elaborate coating systems.
  • turbine blades are cooled during operation of the gas turbine.
  • a cooling fluid channel is formed, which is continuously flowed through by a cooling fluid.
  • the cooling fluid channel generally comprises a plurality of channel sections arranged one behind the other and fluid-connected to one another.
  • the cooling of the outflow side of an airfoil can be improved by providing a plurality of special cooling elements in the rear duct section which extend in each case between the pressure-side wall section and the suction-side wall section over the entire width of the airfoil.
  • These cooling elements are in each case arranged one above the other between an upper end region and a lower end region of the airfoil in a plurality of rows arranged one behind the other and in particular arranged parallel to one another.
  • differently shaped cooling elements are usually grouped according to their type.
  • Such special cooling elements may comprise, for example, a series of so-called turbulators, multi-row strut-shaped cooling fins, so-called pin fins, and a cooling element shape and arrangement known as cut-out design, provided in the order from the front to the rear.
  • These cooling elements are flowed around by the cooling fluid and thus enhance the convective cooling of their associated rear wall sections of the airfoil. In addition, they generate turbulence in the flowing cooling fluid, which increases the cooling capacity.
  • the object is achieved by a turbine blade of the type mentioned, in which the pin fins are formed and arranged such that the passage area of the front row is at most 50%, advantageously at most 30% and preferably at most 10% greater than the passage area of the rear Line.
  • the invention is based on the idea to provide as identical passage areas as possible in all Pin Fin series of the rear channel section. However, it has been shown that deviations within the required limits are sufficient.
  • the passage area of the rear Pin Fin series is the benchmark for the passage areas of the preceding Pin Fin series.
  • the shape and arrangement of the pin fins of the front row are chosen such that the passage areas of the pin fin rows do not increase forward according to the expansion. In this way, the cooling fluid flow is adjusted through the passage area of the front pin fin row to the cooling fluid flow through the passage area of the rear pin fin row, which favorably influences the cooling fluid consumption.
  • the turbulence of the cooling fluid flow in the area of the pin fins is increased, which causes a more effective convective cooling of the peripheral wall of the airfoil in its rear area and further reduces the cooling fluid consumption.
  • the front pin-fin series also provides a larger effective cooling area, which is associated with even greater convective cooling.
  • the required cores corresponding cores are less sensitive, whereby the manufacturing process for turbine blades according to the invention is less error prone and correspondingly lower costs.
  • the width of the rear channel portion of the cooling fluid channel tapers from front to rear, so that the pin fins of the front row have a measured in their extension direction between the Wandungsabroughen greater width than the pin fins the back row, in particular the pin Fins of the front row have a width in the range of 8 mm to 12 mm and preferably a width of 10 mm and / or the pin fins of the rear row have a width in the range of 4 mm to 6 mm and preferably a width of 5 mm.
  • the distance of the two opposite wall portions of the airfoil to each other in the area of the Pin Fin rows forward about twice as large as the back, so front pin fins have about twice the width as rear pin fins.
  • the stacked pin fins of a row each have identical clearances to each other. This allows a particularly simple adjustment of the passage area of this series and is also easy to manufacture.
  • the clearances in the front row are smaller than the clearances in the back row.
  • the passage openings between adjacent pin fins of a row and thus the passage area of the pin fin rows does not increase from back to front as the width of the channel section in the area of the pin fin rows of widens in the back to the front.
  • the superimposed pin fins of a row with the exception of the pin fins at the row ends or all fin fins of a row have identical heights and, in particular, have identical cross sections perpendicular to their direction of extent.
  • the heights of the pin fins of identical height and / or identical cross section in the front row are greater than the heights of the pin fins of identical height and / or identical cross section in the rear row. Larger heights of the pin fins are a great way to reduce the clearances of adjacent pin fins. Alternatively or additionally, the number of pin fins in the front row could be larger than in the back row.
  • the pin fins identical height and / or identical cross-section preferably have in the height direction oblong cross-sections, in particular, the contour of the cross-sections is oval or two mutually parallel rectilinear contour sections, which are interconnected by opposing semicircles. Pin fins with such cross sections are particularly suitable for reducing the passage area of a row and are easy to produce.
  • the pin fins are arranged such that the longitudinal axes of their elongate cross sections extend parallel to each other and in particular coaxially to the row direction.
  • the row direction is defined as the direction of a line passing through the center axes of the pin fins, with the center axes extending in the width direction of the pin fins.
  • a distance-height ratio of a row in the range of 0.5 to 2.5 wherein the distance-height ratio is defined as the ratio of the clear distance between adjacent pin fins same height of a row to its height.
  • Distance-to-height ratios in this range are a good compromise between flow resistance, cooling efficiency, and manufacturability.
  • exactly four rows of pin fins are provided and is the pitch-height ratio for the two front rows is identical and is in the range of 0.5 to 1 and is identical for the two back rows and is in the range of 1.5 to 2.5.
  • This difference between front and rear pitch-to-height ratios corresponds to the taper in the width of the channel section in the area of the pin fins.
  • the center axes of the pin fins of identical height and / or identical cross section are arranged equidistantly in all rows.
  • the number of pin fins in each row is the same regardless of the pitch and height of the pin fins.
  • Such formed and arranged Pin Fin series produce a uniform between the upper end portion and the lower end portion of the airfoil. In addition, they simplify the manufacture and handling of the casting cores necessary for casting the turbine blade.
  • the pin fins adjacent rectilinear and / or mutually parallel rows in the row direction are offset from each other, wherein the offset between adjacent rows of pin fins at least substantially equal to half the distance between the center axes of adjacent pin fins.
  • An offset can increase both the turbulence generating effect and the cooling effect of the pin fins.
  • the offset by a substantially half-sum height leads to an arrangement of the pin fins on the gap, whereby the flow resistance for the cooling fluid is increased and sets a low cooling fluid consumption.
  • the adjacent channel sections of the cooling fluid channel are fluidly connected to one another at an end region of the airfoil, wherein in particular exactly three channel sections are provided, which together form a meandering cooling fluid channel in alternately opposite end regions of the airfoil fluidly connected.
  • Such cooling fluid passages have proven effective for cooling turbine blade airfoils.
  • the airfoil may protrude from a blade platform, wherein an end region opposite the blade platform defines a blade tip or is connected to a second opposing blade platform.
  • One-blade turbine blades are often used as vanes while turbine blades with two opposed blade platforms are often used as blades.
  • FIGS. 1 to 6 show a turbine blade 1 for a turbomachine, in particular a guide vane for a gas turbine, according to an embodiment of the present invention.
  • the turbine blade 1 comprises an airfoil 2 protruding from a blade platform 3, wherein an end region opposite the blade platform 3 is connected to a second oppositely arranged blade platform 4.
  • the end region opposite the blade platform 3 could also define a blade tip, as is usual with rotor blades, for example.
  • the airfoil 2 has a peripheral wall 5 with a pressure-side wall section 6 and an opposite suction-side wall section 7.
  • the two wall sections 6, 7 each extend from a front inflow side 8 to a rear outflow side 9 of the airfoil 2.
  • the cooling fluid channel 10 comprises three fluid-connected channel sections 11, 12, 13, which fluidly communicate with one another to form a meander-shaped cooling fluid channel 10 in alternately opposite end regions of the airfoil 2.
  • the turbine blade 1 comprises a plurality of cooling elements 14, 15, 16 which extend in the rear channel section 13 of the cooling fluid channel 10 in each case between the pressure-side wall section 6 and the suction-side wall section 7 over the entire width of the channel section 13.
  • the cooling elements 14, 15, 16 include a so-called cut-out design 14, strut-shaped cooling ribs - pin fins 15 - and turbulators 16, which are arranged in the order from the back to the front in succession.
  • the cooling elements 14, 15, 16 are grouped between an upper end region and a lower end region of the airfoil 2 in a plurality of rows provided one behind the other and arranged parallel to each other.
  • the pin fins 15 are arranged in exactly four consecutive rows, which extend in a straight line and parallel to each other.
  • Each adjacent pin fins 15 of a row and the two opposite wall sections 6, 7 define passage openings 17. All passage openings 17 of a row together define a passage area for the cooling fluid.
  • the front row pin fins 15b have larger widths measured in the direction of extent than the rear row pin fins 15a.
  • the width of the pin fins 15b of the front row is 10 mm, but can vary between 8 mm and 12 mm.
  • the width of the pin fins 15a of the rear row is presently 5 mm, but may vary in a range of 4 mm to 6 mm.
  • the pin fins 15a, 15b of a row each have identical clearances, wherein the clearances of the pin fins 15b in the front row are smaller than the clearances of the pin fins 15a in the back row.
  • the stacked pin fins 15 of a row possibly with the exception of pin fins 15 at the row ends, have identical Heights and perpendicular to their extension direction identical cross-sections 18, wherein the heights in the front row are greater than the heights in the back row.
  • the pin fins 15a, 15b identical height and / or identical cross section have in the height direction elongated cross-sections 18a, 18b, the contours of which comprise mutually parallel rectilinear contour sections, which are interconnected by opposing semicircles.
  • Deviating embodiments may have pin fins with other elongated cross-sections, for example with cross-sections of oval contour.
  • pin fins 15a, 15b of identical length and / or identical cross section of a row have identical cross sections 18a, 18b.
  • the pin fins 15a, 15b are arranged such that the longitudinal axes of their elongate cross-sections 18a, 18b extend parallel to each other and in particular coaxially to the row direction.
  • the two front rows of pin fins 15b have an identical pitch-height ratio of 0.5 and the two rear rows of pin fins 15a have an identical pitch-height ratio of 2.
  • the pitch-to-height ratio is ratio the clearance between adjacent pin fins 15a, 15b of a row defined to their height.
  • the central axes of the pin fins 15 of identical height and / or identical cross-section are arranged equidistantly in all straight and parallel extending rows.
  • the pin fins 15 of adjacent rows are staggered in the row direction with the offset between adjacent rows of pin fins 15 being about half the distance between the center axes of adjacent pin fins.
  • the pin fins 15a, 15b of adjacent rows are gaped.
  • the pin fins 15b of the front row are designed and arranged such that the passage area of the front row is at most 10% larger than the passage area of the rear row.
  • the front row passage area would be approximately 100% larger than the rear row passage area.
  • the pin fins 15b of the front row Due to the inventive design and arrangement of the pin fins 15b of the front row less cooling fluid can pass through the pin fins 15, which is associated with a correspondingly reduced cooling fluid consumption.
  • the front row's longer pin fins 15b which are longer in cross-section, generate more turbulence in the cooling fluid flow, thereby providing more efficient convective cooling of the pin fins 15b and opposed wall portions 6, 7 connected thereto.
  • the convective cooling effect is further enhanced by increasing the effective cooling area of the front row pin fins 15b due to their greater heights.
  • the casting cores 19 required for casting turbine blades 1 according to the invention which are in the FIGS. 7 and 8 are shown, less fragile and thus easier to handle, whereby the manufacturing cost of inventive turbine blades 1 are relatively lower.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Turbinenschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (2), das eine Umfangswandung (5) mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und einem diesem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt (7) aufweist, die sich jeweils von einer vorderen Anströmseite (8) zu einer hinteren Abströmseite (9) des Schaufelblattes (2) erstrecken, wobei in dem Inneren des Schaufelblattes (2) ein Kühlfluidkanal (10) mit wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen und miteinander fluidverbundenen Kanalabschnitten (11, 12, 13) ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von strebenförmigen Kühlrippen - Pin Fins (15) -, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt (13) des Kühlfluidkanals (10) zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und dem saugseitigen Wandungsabschnitt (7) über die gesamte Breite des Kanalabschnitts (13) erstrecken, wobei die Pin Fins (15) zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes (2) in wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, und wobei sämtliche Durchtrittsöffnungen (17) einer Reihe, die von jeweils benachbarten Pin Fins (15) dieser Reihe und den beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitten (6, 7) begrenzt sind, gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid definieren, wobei die Pin Fins (15) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Durchtrittsfläche der vorderen Reihe höchstens 50%, vorteilhaft höchstens 30% und bevorzugt höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Schaufelblatt, das eine Umfangswandung mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt und einem diesem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt aufweist, die sich jeweils von einer vorderen Anströmseite zu einer hinteren Abströmseite des Schaufelblattes erstrecken, wobei in dem Inneren des Schaufelblattes ein Kühlfluidkanal mit wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen und miteinander fluidverbundenen Kanalabschnitten ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von strebenförmigen Kühlrippen - Pin Fins -, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt des Kühlfluidkanals zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt und dem saugseitigen Wandungsabschnitt über die gesamte Breite des Kanalabschnitts erstrecken, wobei die Pin Fins zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes in wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, und wobei sämtliche Durchtrittsöffnungen einer Reihe, die von jeweils benachbarten Pin Fins dieser Reihe und den beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitten begrenzt sind, gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid definieren.
  • Derartige Turbinenschaufeln sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen in Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen dazu, die Strömungs- und/oder thermische Energie eines Arbeitsfluids in Rotationsenergie umzuwandeln. Üblicherweise umfasst eine Turbinenschaufel eine Schaufelplattform und ein Schaufelblatt, das von der Schaufelplattform abragt und sich im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Turbinenschaufel in der radialen Richtung der Strömungsmaschine erstreckt. Das Schaufelblatt weist eine Umfangswandung mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt und einen gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt auf, an einer vorderen Anströmseite und einer hinteren Abströmseite jeweils miteinander verbunden sind.
  • Bekannte Strömungsmaschinen umfassen ein Gehäuse, in dem sich in einer axialen Richtung ein Strömungskanal erstreckt. In dem Strömungskanal ist eine Mehrzahl von Turbinenstufen in der axialen Richtung hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet. Jede Turbinenstufe umfasst einen mit dem Gehäuse verbundenen Leitschaufelkranz (Stator) und einem mit einem zentral gelagerten und das Gehäuse in der axialen Richtung durchsetzenden Zuganker verbundenen Laufschaufelkranz (Rotor).
  • Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strömungskanal von dem Arbeitsfluid durchströmt. Dabei wird das Arbeitsfluid von den Leitschaufeln derart umgelenkt, dass es die Laufschaufeln optimal mit einer in der Umfangsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt. Das infolgedessen auf den Rotor wirkende Drehmoment versetzt diesen in Rotation. Die Rotationsenergie des Rotors kann dann beispielsweise mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.
  • In Gasturbinen wird ein expandierendes Heißgas als Arbeitsfluid verwendet. Der thermodynamische Wirkungsgrad von Gasturbinen ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur des Heißgases in die Gasturbine ist. Der Höhe der Eintrittstemperatur sind jedoch Grenzen unter anderem durch die thermische Belastbarkeit der Turbinenschaufeln gesetzt. Dementsprechend besteht eine Zielsetzung darin, Turbinenschaufeln zu schaffen, die auch bei sehr hohen thermischen Belastungen eine für den Betrieb der Gasturbine ausreichende mechanische Beständigkeit besitzen. Hierzu werden Turbinenschaufeln mit aufwendigen Beschichtungssystemen versehen.
  • Zur weiteren Erhöhung der zulässigen Eintrittstemperatur werden Turbinenschaufeln während des Betriebs der Gasturbine gekühlt. In dem Inneren des Schaufelblatts einer gekühlten Turbinenschaufel ist ein Kühlfluidkanal ausgebildet, der kontinuierlich von einem Kühlfluid durchströmt wird. Der Kühlfluidkanal umfasst zumeist mehrere hintereinander angeordnete und miteinander fluidverbundene Kanalabschnitte.
  • Die Kühlung der Abströmseite eines Schaufelblattes lässt sich dadurch verbessern, dass in dem hinteren Kanalabschnitt eine Mehrzahl von speziellen Kühlelementen vorgesehen wird, die sich jeweils zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt und dem saugseitigen Wandungsabschnitt über die gesamte Breite des Schaufelblattes erstrecken. Diese Kühlelemente sind zwischen einem oberen und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes in mehreren hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet. Dabei sind unterschiedlich ausgeformte Kühlelemente gewöhnlich nach ihrem Typ gruppiert.
  • Gebräuchliche Anordnungen von derartigen speziellen Kühlelementen können beispielsweise eine Reihe sogenannter Turbulatoren, mehrreihig angeordnete strebenförmige Kühlrippen, sogenannte Pin Fins, und eine als Cut-Out-Design bekannte Kühlelementform und -anordnung umfassen, die in der genannten Reihenfolge von vorn nach hinten vorgesehen sind. Diese Kühlelemente werden von dem Kühlfluid umströmt und verstärken so die konvektive Kühlung der mit ihnen verbundenen hinteren Wandungsabschnitte des Schaufelblattes. Zudem erzeugen sie Turbulenzen in dem strömenden Kühlfluid, wodurch sich die Kühlleistung erhöht.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei üblichen Formen und Anordnungen dieser speziellen Kühlelemente der Kühlfluidverbrauch, d.h. die das Schaufelblatt pro Zeiteinheit durchströmende Kühlfluidmenge, höher als gewünscht und die erzielbare Kühlleistung niedriger als gewünscht ist. Zudem ist die Herstellung derartiger spezieller Kühlelementanordnungen mittels des üblichen Feingießverfahrens sehr fehleranfällig und damit kostspielig, da die benötigten Gießkerne sehr empfindlich sind und beim Gießen leicht zerstört werden können.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbinenschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine effizientere Kühlung erlaubt, den Kühlfluidverbrauch senkt und einfacher herstellbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbinenschaufel der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Pin Fins derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Durchtrittsfläche der vorderen Reihe höchstens 50%, vorteilhaft höchstens 30% und bevorzugt höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, in allen Pin Fin-Reihen des hinteren Kanalabschnitts möglichst identische Durchtrittsflächen vorzusehen. Es hat sich aber gezeigt, dass Abweichungen innerhalb der verlangten Grenzen ausreichend sind. Aus baulichen Gründen bildet die Durchtrittsfläche der hinteren Pin Fin-Reihe den Maßstab für die Durchtrittsflächen der davor liegenden Pin Fin-Reihen. Gemäß der Erfindung werden Form und Anordnung der Pin Fins der vorderen Reihe derart gewählt, dass die Durchtrittsflächen der Pin Fin-Reihen nach vorn nicht entsprechend der Aufweitung zunehmen. Auf diese Weise wird der Kühlfluidstrom durch die Durchtrittsfläche der vorderen Pin Fin-Reihe an den Kühlfluidstrom durch die Durchtrittsfläche der hinteren Pin Fin-Reihe angepasst, was den Kühlfluidverbrauch günstig beeinflusst. Zudem wird die Turbulenz der Kühlfluidströmung im Bereich der Pin Fins erhöht, was eine effektivere konvektive Kühlung der Umfangswandung des Schaufelblattes in ihrem hinteren Bereich bewirkt und den Kühlfluidverbrauch weiter senkt. Entsprechend stellt die vordere Pin-Fin-Reihe überdies eine größere effektive Kühlfläche dar, was mit einer noch stärkeren konvektiven Kühlung einhergeht. Ferner sind die benötigten korrespondierenden Gießkerne weniger empfindlich, wodurch das Herstellungsverfahren für erfindungsgemäße Turbinenschaufeln weniger fehleranfällig ist und entsprechend geringere Kosten verursacht.
  • In an sich bekannter Weise verjüngt sich die Breite des hinteren Kanalabschnitts des Kühlfluidkanals von vorn nach hinten, so dass die Pin Fins der vorderen Reihe eine in ihrer Erstreckungsrichtung zwischen den Wandungsabschnitten gemessene größere Breite aufweisen als die Pin Fins der hinteren Reihe, wobei insbesondere die Pin Fins der vorderen Reihe eine Breite im Bereich von 8 mm bis 12 mm und bevorzugt eine Breite von 10 mm aufweisen und/oder die Pin Fins der hinteren Reihe eine Breite im Bereich von 4 mm bis 6 mm und bevorzugt eine Breite von 5 mm aufweisen. Mit anderen Worten ist der Abstand der beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitte des Schaufelblattes zueinander in dem Bereich der Pin Fin-Reihen vorn etwa doppelt so groß wie hinten, weshalb vordere Pin Fins etwa die doppelte Breite aufweisen wie hintere Pin Fins.
  • Gemäß einer Ausführungsform weisen die übereinander liegenden Pin Fins einer Reihe jeweils identische lichte Abstände zueinander auf. Dies ermöglicht eine besonders einfache Einstellung der Durchtrittsfläche dieser Reihe und ist zudem einfach in der Herstellung.
  • Vorteilhaft sind die lichten Abstände in der vorderen Reihe kleiner als die lichten Abstände in der hinteren Reihe. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Durchtrittsöffnungen zwischen benachbarten Pin Fins einer Reihe und damit die Durchtrittsfläche der Pin Fin-Reihen von hinten nach vorn nicht in dem Maße anwachsen, wie sich die Breite des Kanalabschnitts in dem Bereich der Pin Fin-Reihen von hinten nach vorn aufweitet.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung weisen die übereinander liegenden Pin Fins einer Reihe mit Ausnahme der Pin Fins an den Reihenenden oder sämtliche Fin Fins einer Reihe identische Höhen und insbesondere senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung identische Querschnitte auf.
  • Vorteilhaft sind die Höhen der Pin Fins identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes in der vorderen Reihe größer sind als die Höhen der Pin Fins identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes in der hinteren Reihe. Größere Höhen der Pin Fins stellen eine gute Möglichkeit dar, die lichten Abstände benachbarter Pin Fins zu verringern. Alternativ oder zusätzlich könnte auch die Anzahl der Pin Fins in der vorderen Reihe größer sein als in der hinteren Reihe.
  • Die Pin Fins identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes weisten bevorzugt in der Höhenrichtung längliche Querschnitte auf, wobei insbesondere die Kontur der Querschnitte oval ist oder zwei zueinander parallele geradlinige Konturabschnitte umfasst, die durch gegenüberliegende Halbkreise miteinander verbunden sind. Pin Fins mit solchen Querschnitten eignen sich besonders zur Verringerung der Durchtrittsfläche einer Reihe und sind leicht herstellbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Pin Fins derart angeordnet, dass sich die Längsachsen ihrer länglichen Querschnitte parallel zueinander und insbesondere koaxial zu der Reihenrichtung erstrecken. Die Reihenrichtung ist dabei als Richtung einer durch die Mittelachsen der Pin Fins verlaufenden Linie definiert, wobei sich die Mittelachsen in der Breiterichtung der Pin Fins erstrecken. Diese Ausrichtung der Pin Fins führt zu einer möglichst geringen Durchtrittsfläche einer Pin Fin-Reihe.
  • Vorteilhaft liegt ein Abstand-Höhe-Verhältnis einer Reihe im Bereich von 0,5 bis 2,5, wobei das Abstand-Höhe-Verhältnis als Verhältnis des lichten Abstandes zwischen benachbarten Pin Fins gleicher Höhe einer Reihe zu ihrer Höhe definiert ist. Abstand-Höhe-Verhältnisse in diesem Bereich stellen einen guten Kompromiss zwischen Strömungswiderstand, Kühlwirkung und Herstellbarkeit dar.
  • Bevorzugt sind genau vier Reihen von Pin Fins vorgesehen und ist das Abstand-Höhe-Verhältnis für die beiden vorderen Reihen identisch und liegt im Bereich von 0,5 bis 1 und ist für die beiden hinteren Reihen identisch und liegt im Bereich von 1,5 bis 2,5. Dieser Unterschied zwischen vorderen und hinteren Abstand-Höhe-Verhältnissen korrespondiert zu der Verjüngung der Breite des Kanalabschnitts in dem Bereich der Pin Fins.
  • Gemäß einer Variante sind die Mittelachsen der Pin Fins identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts in allen Reihen äquidistant angeordnet. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Pin Fins in jeder Reihe unabhängig von dem lichten Abstand und der Höhe der Pin Fins gleich groß. Derartig ausgebildete und angeordnete Pin Fin-Reihen erzeugen eine zwischen dem oberen Endbereich und dem unteren Endbereich des Schaufelblattes gleichmäßige Wirkung. Zudem vereinfachen sie die Herstellung und Handhabung der zum Gießen der Turbinenschaufel erforderlichen Gießkerne.
  • Vorteilhaft sind die Pin Fins benachbarter sich geradlinig und/oder parallel zueinander erstreckender Reihen in der Reihenrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz zwischen benachbarten Reihen von Pin Fins zumindest im Wesentlichen dem halben Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Pin Fins entspricht. Durch einen Versatz lässt sich sowohl die turbulenzerzeugende Wirkung als auch die Kühlwirkung der Pin Fins erhöhen. Der Versatz um eine im Wesentlichen halbe Summenhöhe führt zu einer Anordnung der Pin Fins auf Lücke, wodurch der Strömungswiderstand für das Kühlfluid erhöht ist und sich ein geringer Kühlfluidverbrauch einstellt.
  • In an sich bekannter Weise sind die benachbarten Kanalabschnitte des Kühlfluidkanals an einem Endbereich des Schaufelblattes miteinander fluidverbunden, wobei insbesondere genau drei Kanalabschnitte vorgesehen sind, die unter Bildung eines mäanderförmigen Kühlfluidkanals in abwechselnd gegenüberliegenden Endbereichen des Schaufelblattes miteinander fluidverbunden sind. Derartige Kühlfluidkanäle haben sich zur Kühlung von Schaufelblättern von Turbinenschaufeln bewährt.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel kann das Schaufelblatt von einer Schaufelplattform vorstehen, wobei ein der Schaufelplattform gegenüberliegender Endbereich eine Schaufelspitze definiert oder mit einer zweiten gegenüberliegend angeordneten Schaufelplattform verbunden ist. Turbinenschaufeln mit einer Schaufelspitze werden häufig als Leitschaufeln verwendet, während Turbinenschaufeln mit zwei gegenüberliegenden Schaufelplattformen häufig als Laufschaufeln verwendet werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich. Darin ist
    • Figur 1
    eine perspektivische Seitenansicht einer Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der druckseitige Wandungsabschnitt entfernt ist;
    Figur 2
    eine vergrößerte Ansicht eines Details der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel;
    Figur 3
    eine vergrößerte Ansicht eines Details der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel;
    Figur 4
    eine perspektivische Seitenansicht des quer geschnittenen Schaufelblattes der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel;
    Figur 5
    eine perspektivische Draufsicht auf die Schnittfläche des in Figur 4 dargestellten Schaufelblattes;
    Figur 6
    eine vergrößerte Ansicht des mit dem Bezugszeichen VI bezeichneten Details der in Figur 5 dargestellten Schnittfläche;
    Figur 7
    eine perspektivische Seitenansicht eines Gießkerns zum Gießen der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel; und
    Figur 8
    eine vergrößerte Ansicht des mit dem Bezugszeichen VIII bezeichneten Details der in Figur 5 dargestellten Gießkerns.
  • Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine Turbinenschaufel 1 für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Leitschaufel für eine Gasturbine, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Turbinenschaufel 1 umfasst ein Schaufelblatt 2, das von einer Schaufelplattform 3 vorsteht, wobei ein der Schaufelplattform 3 gegenüberliegender Endbereich mit einer zweiten gegenüberliegend angeordneten Schaufelplattform 4 verbunden ist. Alternativ könnte der der Schaufelplattform 3 gegenüberliegende Endbereich auch eine Schaufelspitze definieren, wie es beispielsweise bei Laufschaufeln üblich ist.
  • Das Schaufelblatt 2 weist eine Umfangswandung 5 mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt 6 und einem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt 7 auf. Die beiden Wandungsabschnitte 6, 7 erstrecken sich jeweils von einer vorderen Anströmseite 8 zu einer hinteren Abströmseite 9 des Schaufelblattes 2.
  • In dem Inneren des Schaufelblattes 2 ist ein Kühlfluidkanal 10 ausgebildet. Der Kühlfluidkanal 10 umfasst drei miteinander fluidverbundene Kanalabschnitte 11, 12, 13, die unter Bildung eines mäanderförmigen Kühlfluidkanals 10 in abwechselnd gegenüberliegenden Endbereichen des Schaufelblattes 2 miteinander fluidverbunden.
  • Ferner umfasst die Turbinenschaufel 1 eine Mehrzahl von Kühlelementen 14, 15, 16, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt 13 des Kühlfluidkanals 10 jeweils zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt 6 und dem saugseitigen Wandungsabschnitt 7 über die gesamte Breite des Kanalabschnitts 13 erstrecken. Die Kühlelemente 14, 15, 16 umfassen ein sogenanntes Cut-Out-Design 14, strebenförmige Kühlrippen - Pin Fins 15 - und Turbulatoren 16, die in der genannten Reihenfolge von hinten nach vorn hintereinander angeordnet sind. Die Kühlelemente 14, 15, 16 sind zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes 2 gruppiert in mehreren hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und parallel zueinander angeordnet.
  • Die Pin Fins 15 sind in genau vier hintereinander vorgesehenen Reihen angeordnet, die sich geradlinig und parallel zueinander erstrecken. Jeweils benachbarte Pin Fins 15 einer Reihe und die beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitte 6, 7 begrenzen Durchtrittsöffnungen 17. Sämtliche Durchtrittsöffnungen 17 einer Reihe definieren gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid.
  • Da sich die Breite des hinteren Kanalabschnitts 13 des Kühlfluidkanals 10 von vorn nach hinten verjüngt, weisen die Pin Fins 15b der vorderen Reihe in ihrer Erstreckungsrichtung gemessene größere Breiten auf als die Pin Fins 15a der hinteren Reihe. Die Breite der Pin Fins 15b der vorderen Reihe beträgt 10 mm, kann aber zwischen 8 mm und 12 mm variieren. Die Breite der Pin Fins 15a der hinteren Reihe beträgt vorliegend 5 mm, kann aber in einem Bereich von 4 mm bis 6 mm variieren.
  • Die Pin Fins 15a, 15b einer Reihe weisen jeweils identische lichte Abstände auf, wobei die lichten Abstände der Pin Fins 15b in der vorderen Reihe kleiner sind als die lichten Abstände der Pin Fins 15a in der hinteren Reihe.
  • Die übereinander liegenden Pin Fins 15 einer Reihe, ggf. mit Ausnahme von Pin Fins 15 an den Reihenenden, weisen identische Höhen und senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung identische Querschnitte 18 auf, wobei die Höhen in der vorderen Reihe größer sind als die Höhen in der hinteren Reihe.
  • Die Pin Fins 15a, 15b identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes weisen in der Höhenrichtung längliche Querschnitte 18a, 18b auf, deren Konturen zueinander parallele geradlinige Konturabschnitte umfassen, die durch gegenüberliegende Halbkreise miteinander verbunden sind. Abweichende Ausführungsformen können Pin Fins mit anderen länglichen Querschnitten aufweisen, beispielsweise mit Querschnitten ovaler Kontur.
  • Sämtliche Pin Fins 15a, 15b identischer Länge und/oder identischen Querschnittes einer Reihe besitzen identische Querschnitte 18a, 18b. Die Pin Fins 15a, 15b sind derart angeordnet, dass sich die Längsachsen ihrer länglichen Querschnitte 18a, 18b parallel zueinander und insbesondere koaxial zu der Reihenrichtung erstrecken.
  • Die beiden vorderen Reihen von Pin Fins 15b besitzen ein identisches Abstand-Höhe-Verhältnis von 0,5 und die beiden hinteren Reihen von Pin Fins 15a besitzen ein identisches Abstand-Höhe-Verhältnis von 2. Dabei ist das Abstand-Höhe-Verhältnis als Verhältnis des lichten Abstandes zwischen benachbarten Pin Fins 15a, 15b einer Reihe zu ihrer Höhe definiert.
  • Die Mittelachsen der Pin Fins 15 identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts sind in allen sich geradlinig und parallel erstreckender Reihen äquidistant angeordnet. Die Pin Fins 15 benachbarter Reihen sind in der Reihenrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz zwischen benachbarten Reihen von Pin Fins 15 etwa dem halben Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Pin Fins entspricht. Mit anderen Worten sind die Pin Fins 15a, 15b benachbarter Reihen auf Lücke angeordnet. Insgesamt sind die Pin Fins 15b der vorderen Reihe derart ausgebildet und angeordnet, dass die Durchtrittsfläche der vorderen Reihe höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe. Dagegen wäre die Durchtrittsfläche der vorderen Reihe etwa 100% größer als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe, falls die Höhen und lichten Abstände der Pin Fins 15b der vorderen Reihe und die Höhen der Pin Fins 15a und lichten Abstände der hinteren Reihe identisch wären.
  • Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung der Pin Fins 15b der vorderen Reihe kann weniger Kühlfluid die Pin Fins 15 passieren, was mit einem entsprechend verringerten Kühlfluidverbrauch einhergeht. Überdies werden durch die hinsichtlich ihres Querschnitts längeren Pin Fins 15b der vorderen Reihe stärkere Turbulenzen in der Kühlfluidströmung erzeugt, wodurch eine effizientere konvektive Kühlung der Pin Fins 15b sowie der mit diesen verbundenen gegenüberliegenden Wandungsabschnitten 6, 7 erreicht wird. Die konvektive Kühlwirkung wird zudem dadurch verbessert, dass die wirksame Kühlfläche der Pin Fins 15b der vorderen Reihe infolge derer größerer Höhen vergrößert ist. Schließlich sind die zum Gießen erfindungsgemäßer Turbinenschaufeln 1 erforderlichen Gießkerne 19, die in den Figuren 7 und 8 dargestellt sind, weniger zerbrechlich und somit einfacher in der Handhabung, wodurch die Herstellungskosten erfindungsgemäßer Turbinenschaufeln 1 relativ geringer sind.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

  1. Turbinenschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (2), das eine Umfangswandung (5) mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und einem diesem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt (7) aufweist, die sich jeweils von einer vorderen Anströmseite (8) zu einer hinteren Abströmseite (9) des Schaufelblattes (2) erstrecken, wobei in dem Inneren des Schaufelblattes (2) ein Kühlfluidkanal (10) mit wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen und miteinander fluidverbundenen Kanalabschnitten (11, 12, 13) ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von strebenförmigen Kühlrippen - Pin Fins (15) -, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt (13) des Kühlfluidkanals (10) zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und dem saugseitigen Wandungsabschnitt (7) über die gesamte Breite des Kanalabschnitts (13) erstrecken, wobei die Pin Fins (15) zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes (2) in wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, und wobei sämtliche Durchtrittsöffnungen (17) einer Reihe, die von jeweils benachbarten Pin Fins (15) dieser Reihe und den beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitten (6, 7) begrenzt sind, gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid definieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Pin Fins (15) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Durchtrittsfläche der vorderen Reihe höchstens 50%, vorteilhaft höchstens 30% und bevorzugt höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe.
  2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Breite des hinteren Kanalabschnitts (13) des Kühlfluidkanals (10) von vorn nach hinten verjüngt, so dass die Pin Fins (15b) der vorderen Reihe eine in ihrer Erstreckungsrichtung zwischen den Wandungsabschnitten (6, 7) gemessene größere Breite aufweisen als die Pin Fins (15a) der hinteren Reihe, wobei insbesondere die Pin Fins (15b) der vorderen Reihe eine Breite im Bereich von 8 mm bis 12 mm und bevorzugt eine Breite von 10 mm aufweisen und/oder die Pin Fins (15a) der hinteren Reihe eine Breite im Bereich von 4 mm bis 6 mm und bevorzugt eine Breite von 5 mm aufweisen.
  3. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die übereinander liegenden Pin Fins (15) einer Reihe jeweils identische lichte Abstände zueinander aufweisen.
  4. Turbinenschaufel nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die lichten Abstände in der vorderen Reihe kleiner sind als die lichten Abstände in der hinteren Reihe.
  5. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die übereinander liegenden Pin Fins (15) einer Reihe mit Ausnahme der Pin Fins (15) an den Reihenenden oder sämtliche Pin Fins (15) einer Reihe identische Höhen und insbesondere senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung identische Querschnitte (18) aufweisen.
  6. Turbinenschaufel nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Höhen der Pin Fins (15b) identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes (18b) in der vorderen Reihe größer sind als die Höhen der Pin Fins (15a) identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts (18a) in der hinteren Reihe.
  7. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pin Fins (15) identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes in der Höhenrichtung längliche Querschnitte (18) aufweisen, wobei insbesondere die Kontur der Querschnitte (18) oval ist oder zwei zueinander parallele geradlinige Konturabschnitte umfasst, die durch gegenüberliegende Halbkreise miteinander verbunden sind.
  8. Turbinenschaufel nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pin Fins (15) derart angeordnet sind, dass sich die Längsachsen ihrer länglichen Querschnitte (18) parallel zueinander und insbesondere koaxial zu der Reihenrichtung erstrecken.
  9. Turbinenschaufel nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Abstand-Höhe-Verhältnis einer Reihe im Bereich von 0,5 bis 2,5 liegt, wobei das Abstand-Höhe-Verhältnis als Verhältnis des lichten Abstandes zwischen benachbarten Pin Fins (15) gleicher Höhe einer Reihe zu ihrer Höhe definiert ist.
  10. Turbinenschaufel nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    genau vier Reihen von Pin Fins (15a, 15b) vorgesehen sind und das Abstand-Höhe-Verhältnis für die beiden vorderen Reihen identisch ist und im Bereich von 0,5 bis 1 liegt und für die beiden hinteren Reihen identisch ist und im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt.
  11. Turbinenschaufel nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Mittelachsen der Pin Fins (15) identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts in allen Reihen äquidistant angeordnet sind.
  12. Turbinenschaufel nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pin Fins (15) benachbarter sich geradlinig und/oder parallel zueinander erstreckender Reihen in der Reihenrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Versatz zwischen benachbarten Reihen von Pin Fins (15) zumindest im Wesentlichen dem halben Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Pin Fins (15) entspricht.
  13. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die benachbarten Kanalabschnitte (11, 12, 13) des Kühlfluidkanals (10) an einem Endbereich des Schaufelblattes (2) miteinander fluidverbunden sind, wobei insbesondere genau drei Kanalabschnitte (11, 12, 13) vorgesehen sind, die unter Bildung eines mäanderförmigen Kühlfluidkanals (10) in abwechselnd gegenüberliegenden Endbereichen des Schaufelblattes (2) miteinander fluidverbunden sind.
  14. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schaufelblatt (2) von einer Schaufelplattform (3) vorsteht, wobei ein der Schaufelplattform (3) gegenüberliegender Endbereich eine Schaufelspitze definiert oder mit einer zweiten gegenüberliegend angeordneten Schaufelplattform (4) verbunden ist.
EP16179377.3A 2016-07-14 2016-07-14 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen Withdrawn EP3269928A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16179377.3A EP3269928A1 (de) 2016-07-14 2016-07-14 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen
PCT/EP2017/065016 WO2018010918A1 (de) 2016-07-14 2017-06-20 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16179377.3A EP3269928A1 (de) 2016-07-14 2016-07-14 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3269928A1 true EP3269928A1 (de) 2018-01-17

Family

ID=56411504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16179377.3A Withdrawn EP3269928A1 (de) 2016-07-14 2016-07-14 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3269928A1 (de)
WO (1) WO2018010918A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109139128A (zh) * 2018-10-22 2019-01-04 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构
KR20220073780A (ko) * 2019-10-02 2022-06-03 브렘보우 에스.피.에이. 통풍형 디스크 브레이크용 디스크의 브레이킹 밴드

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467065A2 (de) * 2003-04-08 2004-10-13 United Technologies Corporation Turbinenschaufel
EP2335845A1 (de) * 2009-12-04 2011-06-22 United Technologies Corporation Formlinge, Gusskerne und Verfahren

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467065A2 (de) * 2003-04-08 2004-10-13 United Technologies Corporation Turbinenschaufel
EP2335845A1 (de) * 2009-12-04 2011-06-22 United Technologies Corporation Formlinge, Gusskerne und Verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018010918A1 (de) 2018-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005000449T2 (de) Kühlung mit Mikrokanälen für eine Turbinenschaufel
EP2770260B1 (de) Gasturbinenbrennkammer mit Prall-effusionsgekühlter Schindel
EP1113145B1 (de) Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante
EP1621730B1 (de) Gekühltes Bauteil einer Strömungsmaschine und Verfahren zum Giessen dieses gekühlten Bauteils
DE60017437T2 (de) Rippen zur erhöhung der wärmeübertragung einer mittels kühlluft innengekühlten turbinenschaufel
EP2304185B1 (de) Turbinenschaufel für eine gasturbine und gusskern zum herstellen in einer solchen
EP1766192B1 (de) Schaufelrad einer turbine mit einer schaufel und mindestens einem kühlkanal
EP1223308B1 (de) Komponente einer Strömungsmaschine
DE19813173C2 (de) Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel
DE4238659C2 (de) Verbesserte Deckbandkonstruktion
EP1512489B1 (de) Schaufel einer Turbine
EP2320030B1 (de) Rotor mit Laufschaufel für eine axial durchströmte Turbomaschine
DE102008055522A1 (de) Divergente Turbinendüse
DE102014119693B4 (de) Turbinenschaufel mit hohlem schaufelblatt mit inneren rippen und kühlkanälen
WO2011029420A1 (de) Umlenkvorrichtung für einen leckagestrom in einer gasturbine und gasturbine
DE102014100087A1 (de) Innenaufbau einer Turbinenlaufschaufel
DE19634238A1 (de) Kühlbare Schaufel
EP3064706A1 (de) Leitschaufelreihe für eine axial durchströmte Strömungsmaschine
CH709091A2 (de) Turbinenschaufel mit einer Kammer zur Aufnahme eines Kühlmittelstroms.
EP3269928A1 (de) Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen
EP3263838A1 (de) Turbinenschaufel mit innerem kühlkanal
DE2127454A1 (de) Gasturbine
DE102019129835A1 (de) Vorrichtung zur Kühlung eines Bauteils einer Gasturbine/Strömungsmaschine mittels Prallkühlung
EP2868867A1 (de) Turbinenschaufel
EP3333366A1 (de) Turbinenschaufel mit vorderkantenkühlung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180718