EP3341568A1 - Turbinenschaufel mit nut im kronenboden - Google Patents

Turbinenschaufel mit nut im kronenboden

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EP3341568A1
EP3341568A1 EP16762993.0A EP16762993A EP3341568A1 EP 3341568 A1 EP3341568 A1 EP 3341568A1 EP 16762993 A EP16762993 A EP 16762993A EP 3341568 A1 EP3341568 A1 EP 3341568A1
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EP
European Patent Office
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blade
wall
turbine blade
relief
flow chamber
Prior art date
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EP16762993.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3341568B1 (de
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Fathi Ahmad
Andreas Heselhaus
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3341568A1 publication Critical patent/EP3341568A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3341568B1 publication Critical patent/EP3341568B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • 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
    • F05D2240/307—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 tip of a rotor blade
    • 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

Definitions

  • Turbine blade groove in the crown ground The invention relates to a turbine blade for use in a gas turbine having a blade root and a display ⁇ felblatt, wherein the crown base of the airfoil is a cooling air opening exists.
  • Turbine blades for use in a gas turbine are known in various embodiments, which usually have at least one blade root for attachment in the jewei ⁇ term turbine stage and an on the blade root anschlie ⁇ nddes airfoil.
  • the blade is in this case aerodynamically shaped, wherein the specific shape of the inventive embodiment is initially irrelevant.
  • the blade is first formed once by a blade wall, which extends from the blade root to ei ⁇ nem free end. There, as a rule, the free end of the blade by a crown land is striglos ⁇ sen.
  • Cooling air ducts pass through the interior of the turbine blade.
  • both exporting ⁇ approximately forms are known, in which the cooling air is returned to the blade root, as well as cooling air holes in the blade wall and the bottom crown are arranged, via which the cooling air can escape.
  • Known embodiments for a turbine blade with cooling channels are disclosed in the publications EP 1 557 553 A1 and EP 2 863 013 A1. For selective determination of the cooling air flow through the generally existing in plurality cooling air openings on the blade blade this cooling air opening are distributed in a suitable manner and usually out as a round hole out ⁇ leads.
  • the object of the present invention is therefore to reduce thermal stresses due to different temperature distributions in the airfoil.
  • the object is achieved by an inventive from ⁇ guide die according to the teaching of claim 1.
  • a generic turbine blade initially serves for use in a turbine of a gas turbine.
  • the turbine blade has a blade root and an airfoil adjoining the blade root.
  • the blade is curved aerodynamically, so that by means of the turbine blade effective generation of rotation in the rotor of the gas turbine can be effected.
  • the blade is initially formed by a blade wall, which extends from the blade root in the direction of a free end.
  • the blade wall comprises a pressure-side Wandab ⁇ section and a suction-side wall portion, both of which extend from a leading edge (rounded off as a rule) of the airfoil to a trailing edge (usually tapered) of the airfoil.
  • a crown bottom is arranged, which is the
  • a cavity is formed, which encloses at least a first and a second flow chamber.
  • At least the first flow chamber is separated from the second flow chamber by a first partition wall.
  • ⁇ at both the first and second flow chamber, and the first partition wall extending also from the blade root in the direction of the free end of the airfoil.
  • a free opening is present, which forms a connection between the first and second flow chamber so that the
  • Cooling air coming from the second flow chamber can flow through the opening into the first flow chamber.
  • the breakthrough extends over the entire width of the partition wall and thus limited to the top or one with respect to the partition has smaller width and thus on the one and / or other Be ⁇ te a piece of the partition remains ,
  • the generic turbine blade in Kro ⁇ nen at least one cooling air opening, which opens into the first and / or second flow chamber and can escape through the consequently cooling air from the interior of the turbine blade to the free end.
  • the cooling air opening is in this case arranged at a distance from the wall sections, wherein generically the exact position is initially insignificant.
  • the object is achieved according to the invention in that instead of a further distribution of cooling air openings over the surface of the crown base at least one cooling air opening is executed as a relief groove, which is arranged above the ers ⁇ th breakthrough.
  • two embodiments according to the invention are contemplated, wherein in a first embodiment of the invention, a single relief groove is used.
  • a second embodiment according to the invention on the other hand, it is provided that at least two relief grooves are used, which in this case are to be arranged offset next to one another above the first opening.
  • the one relief groove or the Entlastungsnu ⁇ th together at least a minimum length, which corresponds to half the width of the partition.
  • the length of the relief can be true ⁇ be in two ways. On one hand, the immediate length can be measured inde ⁇ dependent of the shape of one end of the relief groove to the other end of the relief, ie, the length of a straight line connecting the two ends of the respective relief. However, to take into account the effectiveness of the reduction of thermally induced stresses, the shape of the relief groove in relation to the position of the partition.
  • the effective minimum ge the individual relief groove or by the relief grooves measured together in a direction transverse to the first partition. That is, in this case, the minimum length corresponds to a perpendicular to the partition, which in each case to the first
  • ⁇ corresponds to the immediate length of the minimum length. If there are two or more relief grooves, this consideration of the minimum effective length applies to a common consideration of the two or more relief grooves measured in a direction transverse to the first partition.
  • each of the least two relief grooves In the case of at least two relief grooves, they must overlap in such a way that, in the region of the first partition wall, above the first opening there is an interruption in the crown bottom in the connection from the pressure-side wall section to the suction-side wall section.
  • the two or more relief grooves are likewise to be arranged, as in the case of the use of a single relief groove, such that they extend on both sides beyond the opening when they are viewed together. Furthermore, each of the least two relief grooves extend at least until breakthrough.
  • the individual relief groove or the two or more relief grooves are located substantially centrally between the suction-side wall section and the pressure-side wall section in the crown bottom. The exact position is reciprocable against unimportant so long as a thermally induced expansion of the top of the soil due to the crown Entlas ⁇ tungsnut or relief grooves on both sides is possible.
  • the individual relief groove or, in an alternative embodiment, the two or more relief grooves are located substantially in the middle of the dividing wall. Since in particular the first partition wall is the cause of the thermal stresses in the crown bottom, it is correspondingly advantageous to arrange the relief groove or the relief grooves centrally to this first partition wall. Provided that the length of the relief groove is extended beyond the required level, it is by contrast of undergeordne ⁇ ter importance whether the extension of one side only is carried by the partition.
  • the specific orientation of the relief groove or the plurality of relief grooves is irrelevant initially, provided that a corresponding thermal expansion of the crown base on the outwardly facing side is possible due to the presence of the relief groove.
  • a straight line rectangular orientation is not required here, but it is sufficient if the relief groove ver ⁇ runs according to the course of the pressure-side wall portion and the suction-side wall portion. In this respect, for example, angle deviations of 15 ° from an orientation perpendicular to the partition wall unerheb ⁇ Lich.
  • the effectiveness of the relief groove is improved in a particularly advantageous manner ⁇ when the single relief egg having ne minimum effective length corresponding to the width of the separation ⁇ wall, ie, the minimum length is equal to at least 1 times the width of the first partition wall.
  • each of the relief grooves has a length of at least 0.3 times the width of the first partition wall. Particularly advantageous is the length of the respective relief grooves at least the
  • the minimum length of the at least two relief grooves ⁇ together at least the
  • the relief grooves together have a minimum length of at least 1 times, preferably 1.2 times, the width of the first dividing wall.
  • the first breakthrough vorranging is used to relieve the crown bottom and nachranging the cooling air flow. It is particularly advantageous if the height of the first breakthrough measured from the inwardly facing bottom of the crown bottom to the largest distance of the first opening to the crown bottom corresponds to a maximum of 2 times the thickness of the crown bottom. In any case, it is particularly advantageous for enabling the thermally induced expansions in the crown bottom when the height (as indicated above) of the first breakthrough corresponds to at least 0.5 times the thickness of the crown bottom.
  • the first aperture has a free cross-section (area of the first aperture viewed in a plane of the first partition) which is at most 0.8 times the smallest free cross-section (viewed in a plane parallel to the top of the crown ) corresponds to the individual relief groove in the first embodiment or the at least two relief grooves together in the second embodiment.
  • the free cross-section of the first opening should advantageously be at least equal to 0.2 times the free cross-section of the relief groove or the relief grooves.
  • the course of the relief groove or the relief grooves is initially irrelevant, in the simplest way a geradli ⁇ niger course is selected.
  • the side facing the pressure side wall portion sides ⁇ surface of the relief groove or the relief grooves a bo- genförmigen course corresponding to the curvature of tikseiti ⁇ gene wall section has or have.
  • the suction-side wall portion facing side surface of the relief groove or the relief grooves nen arcuate course corresponding to the curvature of the suction ⁇ side wall section has or have.
  • the relief groove follows the course of the pressure-side or suction-side wall section.
  • the relief groove is performed inclined. It is advantageous if the wegwei ⁇ send from the blade end of the relief, that is, to the outside wei ⁇ send end of the relief groove, closer to the pressure side WALL COMP ⁇ cut than facing the blade root end of Entlas ⁇ tungsnut, that is adjacent to the breakthrough end the relief groove, is located.
  • the relief invention is used in particular before ⁇ more advantageous manner at a partition wall, wherein the first flow chamber is disposed at a downstream edge or trailing edge of the airfoil. Adjoining the ers ⁇ th flow chamber trailing edge connects the pressure side wall portion to the suction side wall clearances cut. In this regard, it is irrelevant whether elements for guiding the flow and / or stiffening of the airfoil are present in the first flow chamber facing the downstream edge.
  • the second partition also adjoins the second flow chamber and is located opposite the first partition in connection with the pressure-side wall section with the suction-side wall section.
  • Above the second partition is the same ⁇ if a second free breakthrough.
  • Adjacent to the second partition wall opposite the second flow chamber is a third flow chamber, wherein cooling air can flow from the third flow chamber to the second flow chamber through the second passage.
  • the third flow chamber adjoins an inflow-side edge of the airfoil or a leading edge, which connects the pressure-side wall section with the suction-side wall section opposite the trailing edge.
  • the size of the second breakthrough is initially irrelevant, which advantageously has at least twice the size of the first breakthrough.
  • the free cross-section ⁇ of the first aperture is not more than 0.5 times the free cross section of the second breakthrough.
  • the second opening has at least 5 times the size of the first opening.
  • both the second opening may have a width which is smaller than the width of the second partition wall, and the second opening may extend over the width of the second partition wall in an advantageous manner, limiting it to the top on the side facing the crown bottom.
  • the cooling air flowing through the turbine blade is guided essentially through the second opening, but only to a small extent through the first opening.
  • the first opening has a free cross section of at most 0.1 times the free cross section of the second opening.
  • Partition wall for dividing the cavity present in the blade in a first flow chamber, a second Strö ⁇ tion chamber and a third flow chamber it is particularly advantageous if the first flow chamber and the first partition on the side facing the downstream edge and the third flow chamber and the second partition wall the side of the airfoil facing the upstream side is arranged.
  • the end of the first partition wall also has a free third one on the blade root
  • Breakthrough is present, so that the cooling air from the drit ⁇ th flow chamber via the second opening in the second flow chamber and proportionately over the first opening and the majority via the third opening in the first flow chamber to flow.
  • the crown bottom is located exactly at the end of the blade wall and thus forms the end of the blade.
  • it is above ⁇ geous when the crown ground against the end of the blade wall is reset, and so far at least portion ⁇ , the pressure side wall section and / or the suction-side wall section extends beyond the crown ground.
  • ⁇ tive it is also possible to Kronenteil at the end of
  • a coating is advantageously applied to the crown bottom.
  • vorgese ⁇ hen be that a coating is applied prior to the generation of the relief groove.
  • a coating is applied to the relief with the shipping ⁇ Henen crown ground.
  • the second variant bie ⁇ tet the particular advantage that the coating can be applied to the outside ends of the side surfaces of the relief, at least to some extent, whereby the gap is wide reduced.
  • the cooling air flow can be reduced by the relief groove, wherein the desired expansion clearance is maintained to a sufficient extent.
  • FIG. 2 shows a section through the blade leaf in the middle between the pressure-side and the suction-side wall section; 3 shows a plan view of the blade with a first embodiment of a relief groove;
  • FIG. 4 shows a plan view of the blade with an age ⁇ native arrangement of relief grooves.
  • FIG 5 shows a section through the blade parallel to the ers ⁇ th partition with an inclined relief groove
  • 6 shows a section similar to FIG 5 with an expanding relief groove.
  • the FIG 1 shows an example of a turbine blade oil with egg ⁇ nem blade root 02 and one is subsequently ⁇ sequent at the vane airfoil 03.
  • the embodiment of the Schaufelfu ⁇ SSES 02 is irrelevant to the present invention and domestic long as is not to be discussed in more detail on this.
  • the airfoil 03 comprises first of all the show ⁇ felwand 04, which 04 in this embodiment is formed by a pressure-side wall portion 05 (in drawing ⁇ level front lying) and a suction-side wall portion 06 (lying in the drawing plane behind), which 05, 06 both extend from a leading edge to a trailing edge.
  • the blade wall encloses a cavity 04, in turn wel ⁇ cher from flow chambers 11, 12 is formed. 13
  • the on alligator is nenboden 07, which in this embodiment opposite to the end of the airfoil is 07 03 slightly Retired ⁇ sets.
  • the cavity through a first separation element 08 and a second Trennele ⁇ element 09 into a first flow chamber 11 between the rear edge and the first partition wall 08 and a second Strö ⁇ mung chamber 12 between the first partition wall 08 and the second partition wall is 09 and in a third flow chamber 13 between ⁇ tween the second partition wall 09 and the leading edge under ⁇ divides.
  • the relief groove 21 in the crown bottom 07 can be seen.
  • FIG 2 now shows a schematic section through the blade 03 in a view cut centrally between the pressure-side wall portion 05 and the suction-side wall portion 06.
  • the blade ⁇ wall 04 can be seen with the leading edge and the trailing edge.
  • the crown bottom 07 On the upper side is the crown bottom 07, which 07 is slightly set back relative to the end of the blade wall 04.
  • Within ⁇ within the airfoil 03 are the first partition wall 08 and the second partition 09, which 08, 09 the hollow ⁇ space in the interior of the airfoil 04 in the first flow ⁇ chamber 11, the second flow chamber 12 and the third flow chamber thirteenth divide.
  • a flow of cooling air flows from the third flow chamber 13 into the second flow chamber 12 and subsequently into the first flow chamber 11.
  • the cooling air can be arranged on the trailing edge in the blade wall 04 cooling air holes 18.
  • a second free breakthrough 15 To Reali ⁇ tion of the transition of the cooling air from the first flow ⁇ chamber 11 to the second flow chamber 12 is located between the second partition 09 and the crown floor 07, a second free breakthrough 15.
  • Partition 15 a first free opening 14 arranged at the crown bottom 07 facing end. Also located in the crown bottom 07 has at least one relief groove 21. This 21 he ⁇ extends in this case centrally over the opening 14 and made ⁇ light thus thermal expansion of the top of Kro ⁇ nenteils 07 while holding the pressure-side wall portion 05 with the suction-side wall portion 06 through the first partition 08.
  • FIG 3 now shows a plan view of the blade 03, wherein first again the blade wall 04 with the pressure-side wall portion 05 and the suction-side wall portion 06 can be seen.
  • ⁇ disposed relief groove 21 Above the first partition wall 08 is located centrally in the crown bottom 07 is ⁇ disposed relief groove 21.
  • This comprises 21 in this exemplary embodiment a Length L, measured transversely to the dividing wall, which L approximately corresponds to the width B of the partition wall.
  • FIG 4 a plan view of the blade is 03 outlined in a further embodiment analogous to FIG.
  • ⁇ extending relief grooves 22a in the bottom 07 instead of a single crown ⁇ NEN relief groove 21, 22b and 22cenfin- puts.
  • These 22, 22b2, 22c extend in this case also over the first partition wall 08 and in this case are arranged centrally to the first partition wall 08.
  • the length L of the considered three relief grooves 22a, 22b and 22c measured transversely to the first partition wall 08 is hereby slightly larger than the width B of the first partition wall 08th
  • the relief groove 21 is sketched by way of example in a section parallel to the partition wall 08.
  • the relief groove 21 is inclined ⁇ ge in this embodiment.
  • the upper-side, outwardly wei ⁇ send end of the relief groove 21 is approximately centrally in Kronenbo- 07 between the pressure-side wall portion 05 and the suction-side wall portion 06.
  • the relief groove 21st is outlined, in which the representation is carried out analogously to FIG.
  • the Ent ⁇ lastungsnut 23 centrally between the two ends of the ⁇ Entlas tungsnut a smallest cross-section, starting the relief in both directions, that widens from the 23 inwardly and outwardly. This allows on the one hand a limitation of the cooling air and on the other hand this simplifies the production of the relief groove 23rd

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (01) für eine Gasturbine mit einem Schaufelblatt (03), welches (03) eine Schaufelwand (04) und einen am freien Ende des Schaufelblattes (03) angeordneten Kronenboden (07) umfasst. Die Schaufelwand (04) umschließt hierbei zumindest eine erste und eine zweite Strömungskammer (11, 12), zwischen denen (11, 12) erste Trennwand (08) angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Trennwand (08) und dem Kronenboden (07) ein freier Durchbruch (14) zur Verbindung der ersten mit der zweiten Strömungskammer (11, 12) vorhanden ist. Weiterhin ist im Kronenboden (07) zumindest eine Kühlluftöffnung vorhanden. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, dass die Kühlluftöffnung als Entlastungsnut (21, 22a, 22b, 22c, 23) ausgeführt ist, welche sich zumindest abschnittsweise bis über den Durchbruch (14) erstreckt.

Description

Beschreibung
Turbinenschaufel mit Nut im Kronenboden Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel zur Verwendung bei einer Gasturbine mit einem Schaufelfuß und einem Schau¬ felblatt, wobei im Kronenboden des Schaufelblattes eine Kühl- luftöffnung vorhanden ist. Turbinenschaufeln zur Verwendung bei einer Gasturbine sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, wobei diese in aller Regel zumindest ein Schaufelfuß zur Befestigung in der jewei¬ ligen Turbinenstufe sowie ein sich am Schaufelfuß anschlie¬ ßendes Schaufelblatt aufweisen. Das Schaufelblatt ist hierbei aerodynamisch geformt, wobei die konkrete Formgebung für die erfindungsgemäße Ausführungsform zunächst unerheblich ist. Hierbei wird das Schaufelblatt zunächst einmal von einer Schaufelwand gebildet, welche sich vom Schaufelfuß bis zu ei¬ nem freien Ende erstreckt. Dort ist in aller Regel das freie Ende des Schaufelblatts mittels eines Kronenbodens verschlos¬ sen .
Aufgrund der hohen, bei einer Gasturbine auftretenden Tempe¬ raturen wird weiterhin das Turbinenblatt in bekannter Weise mittels Kühlluft gekühlt. Hierbei durchziehen Kühlluftkanäle das Innere des Turbinenblattes. Hierbei sind sowohl Ausfüh¬ rungsformen bekannt, bei denen die Kühlluft zum Schaufelfuß zurückgeführt wird, als auch ebenso Kühlluftöffnungen in der Schaufelwand sowie im Kronenboden angeordnet werden, über die die Kühlluft entweichen kann. Bekannte Ausführungsformen für eine Turbinenschaufel mit Kühlkanälen offenbaren die Druckschriften EP 1 557 553 AI sowie die EP 2 863 013 AI. Zur gezielten Festlegung des Kühlluftstroms durch die in aller Regel in Mehrzahl vorhandenen Kühlluftöffnungen am Schaufel- blatt werden diese Kühlluftöffnung in entsprechender geeigneter Weise verteilt und üblicherweise als runde Bohrung ausge¬ führt. Darüber hinaus sind weiterhin Ausführungen bekannt, bei denen sich die Kühlluftöffnungen trichterförmig öffnen. Wenngleich mit den bekannten Ausführungsformen bereits eine vorteilhafte Kühlung des Schaufelblattes bewirkt werden kann, so zeigt sich jedoch das Problem, dass durch die Schaufel- blattkühlung Zonen unterschiedlicher Temperaturen entstehen und es somit zu lokalen Wärmespannungen kommt. Diese zeigen sich in besonderer Weise im Kronenboden, aufgrund der hohem Außentemperaturen und der durch die Kühlluft geringeren Innentemperaturen im Schaufelblatt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, thermische Spannungen aufgrund differierender Temperaturverteilungen im Schaufelblatt zu reduzieren. Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Aus¬ führungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Eine gattungsgemäße Turbinenschaufel dient zunächst einmal zur Verwendung bei einer Turbine einer Gasturbine. Hierbei weist die Turbinenschaufel einen Schaufelfuß sowie ein sich am Schaufelfuß anschließendes Schaufelblatt auf. Dabei ist das Schaufelblatt aerodynamisch gekrümmt, so dass mittels der Turbinenschaufel eine effektive Erzeugung einer Rotation im Rotor der Gasturbine bewirkt werden kann. Das Schaufelblatt wird zunächst einmal von einer Schaufelwand gebildet, welche sich vom Schaufelfuß in Richtung eines freien Endes er- streckt. Die Schaufelwand umfasst einen druckseitigen Wandab¬ schnitt sowie einen saugseitigen Wandabschnitt, wobei sich beide von einer Vorderkante (in aller Regel abgerundet) des Schaufelblattes zu einer Hinterkante (in aller Regel spitz zulaufend) des Schaufelblattes erstrecken. Am freien Ende des Schaufelblattes ist ein Kronenboden angeordnet, welcher das
Schaufelblatt am freien Ende im Wesentlichen verschießt. Hin¬ sichtlich der konkreten Anordnung des Kronenbodens am freien Ende des Schaufelblattes ist es zunächst unerheblich, ob der Kronenboden unmittelbar am Ende der Schaufelwand angeordnet ist und zugleich das freie Ende des Schaufelblattes bildet oder ob der Kronenboden gegenüber dem äußeren freien Ende des Schaufelblattes zurückgesetzt positioniert ist.
Durch die Schaufelwand mit den beiden Wandabschnitten, dem Kronenboden und dem Schaufelfluß wird ein Hohlraum gebildet, welcher zumindest eine erste und eine zweite Strömungskammer umschließt. Diesbezüglich ist es unerheblich, ob weitere Strömungskammern im Inneren des Schaufelblattes gebildet werden. Zumindest wird die erste Strömungskammer von der zweiten Strömungskammer durch eine erste Trennwand abgetrennt. Hier¬ bei erstrecken sich sowohl die erste und zweite Strömungskammer, sowie die erste Trennwand gleichfalls vom Schaufelfuß in Richtung des freien Endes des Schaufelblatts. Am zum Kronen¬ boden weisenden Ende der ersten Trennwand ist ein freier Durchbruch vorhanden, welcher eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Strömungskammer bildet, so dass die
Kühlluft von der zweiten Strömungskammer kommend durch den Durchbruch in die erste Strömungskammer strömen kann. Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob sich der Durchbruch auf der ganzen Breite der Trennwand erstreckt und diese somit nach oben hin begrenzt oder eine gegenüber der Trennwand geringere Breite aufweist und somit auf der einen und/oder anderen Sei¬ te ein Stück der Trennwand stehen bleibt.
Weiterhin weist die gattungsgemäße Turbinenschaufel im Kro¬ nenboden zumindest eine Kühlluftöffnung auf, welche in die erste und/oder zweite Strömungskammer öffnet und durch die folglich Kühlluft aus dem Inneren des Turbinenblattes zum freien Ende hin entweichen kann. Die Kühlluftöffnung ist hierbei beabstandet zu den Wandabschnitten angeordnet, wobei gattungsgemäß die genaue Position zunächst unerheblich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nunmehr dadurch gelöst, dass anstelle einer weiteren Verteilung von Kühlluftöffnungen über die Fläche des Kronenbodens zumindest eine Kühlluftöffnung als Entlastungsnut ausgeführt wird, welche oberhalb des ers¬ ten Durchbruchs angeordnet wird.
Zur Umsetzung kommen erfindungsgemäß zwei Ausführungsformen in Betracht, wobei in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine einzelne Entlastungsnut eingesetzt wird. In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist demgegenüber vorgesehen, dass zumindest zwei Entlastungsnuten eingesetzt werden, welche hierbei versetzt nebeneinander oberhalb des ersten Durchbruchs anzuordnen sind.
Hierbei weist die eine Entlastungsnut oder die Entlastungsnu¬ ten gemeinsam zumindest eine Mindestlänge auf, welcher der halben Breite der Trennwand entspricht. Durch die Einbringung einer Entlastungsnut mit einer Mindestlänge zumindest ent¬ sprechend der halben Breite der Trennwand wird eine thermisch bedingte Materialdehnung im oberen Bereich des Kronenbodens im Bereich der Entlastungsnut ermöglicht, ohne dass es unmit¬ telbar zu den ansonsten auftretenden hohen thermischen Span- nungen aufgrund der Temperaturdifferenzen kommt.
Die Breite der Trennwand wird in diesem Falle gemessen am En¬ de der Trennwand unter dem Kronenboden (sofern sich der erste Durchbruch nicht über die gesamte Breite erstreckt) oder an- grenzend an den ersten Durchbruch (sofern sich der erste Durchbruch über die gesamte Breite erstreckt) als Abstand zwischen dem druckseitigen Wandabschnitt und dem saugseitigen Wandabschnitt . Die Länge der Entlastungsnut kann auf zweierlei Weise be¬ stimmt werden. Einerseits kann die unmittelbare Länge unab¬ hängig von deren Gestalt von einem Ende der Entlastungsnut bis zum anderen Ende der Entlastungsnut gemessen werden, d.h. die Länge einer geraden Verbindungslinie der beiden Enden der jeweiligen Entlastungsnut. Zu berücksichtigen ist jedoch für die Wirksamkeit der Reduktion von thermisch bedingten Spannungen die Gestalt der Entlastungsnut im Verhältnis zur Lage der Trennwand. Daher wird anderseits die wirksame Mindestlän- ge der einzelnen Entlastungsnut oder von den Entlastungsnuten gemeinsam in einer Richtung quer zur ersten Trennwand gemessen. D.h. in diesem Fall entspricht die Mindestlänge einer Senkrechten zur Trennwand, welche an jeweils zur ersten
Trennwand parallelen Flächen durch das jeweilige Ende der einzelnen Entlastungsnut oder der gemeinsamen Entlastungsnu¬ ten. Im Falle einer einzelnen, im Wesentlich senkrecht zur ersten Trennwand ausgerichteten Entlastungsnut entspricht so¬ mit die unmittelbare Länge der Mindestlänge. Bei Vorhanden- sein von zwei oder mehr Entlastungsnuten gilt diese Betrachtung hinsichtlich der wirksamen Mindestlänge bei einer gemeinsamen Betrachtung der zwei oder mehr Entlastungsnuten gemessen in einer Richtung quer zur ersten Trennwand.
Wesentlicher Faktor für die Entstehung der thermischen Spannungen ist das Vorhandensein der Trennwand, welche durch die Kühlluft eine geringere Temperatur und somit geringere Wärme¬ dehnung aufweist, während hingegen die Außenseite des Kronen¬ bodens aufgrund der hohen in der Gasturbine vorherrschenden Temperaturen einer stärkeren Materialdehnung unterworfen ist. Weiterhin ist es zur wirksamen Reduktion der thermisch bedingten Spannungen daher erforderlich, dass sich die einzelne Entlastungsnut beidseitig bis über den ersten Durchbruch hin¬ aus und somit über die darunter befindliche ersten Trennwand erstreckt. Bei zwei oder mehr Entlastungsnuten müssen sich diese zusammen betrachtet analog der Ausführung mit einer einzelnen Entlastungsnut beidseitig über die erste Trennwand hinaus erstrecken. Bei zumindest zwei Entlastungsnuten müssen sich diese derart überlappen, dass im Bereich der ersten Trennwand, oberhalb des ersten Durchbruchs eine Unterbrechung im Kronenboden in der Verbindung vom druckseitigen Wandabschnitt zum saugseiti- gen Wandabschnitt vorhanden ist. Dabei sind die zwei oder mehr Entlastungsnuten gleichfalls wie bei dem Einsatz einer einzelnen Entlastungsnut derart anzuordnen, dass sich diese bei gemeinsamer Betrachtung beidseitig über dem Durchbruch hinaus erstrecken. Weiterhin muss sich dabei jede der zumin- dest zwei Entlastungsnuten zumindest bis zum Durchbruch erstrecken .
Unabhängig von erster oder zweiter Ausführungsform ist es je- doch unerheblich, ob ergänzend zu der einzelnen Entlastungsnut oder den betrachteten Entlastungsnuten weitere nutartige Kühlluftöffnungen im Kronenboden vorhanden sind.
Zum Ausgleich thermischer Verformungen zur Vermeidung unzu- lässig hoher thermischer Spannungen ist es weiterhin vorteilhaft, wenn sich die einzelne Entlastungsnut oder die zwei oder mehr Entlastungsnuten im Wesentlichen mittig zwischen dem saugseitigen Wandabschnitt und dem druckseitigem Wandabschnitt im Kronenboden befinden. Die genaue Position ist hin- gegen unerheblich, sofern beidseitig eine thermisch bedingte Dehnung der Oberseite des Kronenbodens aufgrund der Entlas¬ tungsnut bzw. Entlastungsnuten möglich ist.
Gleichfalls ist es vorteilhaft, wenn sich die einzelne Ent- lastungsnut oder in alternativer Ausführung die zwei oder mehr Entlastungsnuten im Wesentlichen mittig zur Trennwand befinden. Da insbesondere die erste Trennwand mit ursächlich für die thermischen Spannungen im Kronenboden ist, ist es entsprechend vorteilhaft, die Entlastungsnut bzw. die Entlas- tungsnuten mittig zu dieser ersten Trennwand anzuordnen. Sofern die Länge der Entlastungsnut über das geforderte Maß hinaus verlängert wird, so ist demgegenüber von untergeordne¬ ter Bedeutung, ob die Verlängerung nur einseitig von der Trennwand aus erfolgt.
Die konkrete Ausrichtung der Entlastungsnut bzw. der mehreren Entlastungsnuten ist zunächst unerheblich, sofern eine entsprechende thermische Dehnung des Kronenbodens an der nach außen weisenden Seite aufgrund des Vorhandenseins der Entlas- tungsnut möglich wird. Dabei ist es jedoch bei Einsatz einer einzelnen Entlastungsnut besonders vorteilhaft, wenn sich die Entlastungsnut im Wesentlichen quer zur ersten Trennwand erstreckt. Nicht erforderlich ist hierbei eine geradlinig rechtwinklige Ausrichtung, sondern ist es hinreichend, wenn die Entlastungsnut entsprechend dem Verlauf des druckseitigen Wandabschnitts sowie des saugseitigen Wandabschnitts ver¬ läuft. Insofern sind beispielsweise Winkelabweichungen von 15° von einer Ausrichtung senkrecht zur Trennwand unerheb¬ lich.
Weiterhin ist es bei Anordnung von zumindest zwei mit dem Durchbruch in Verbindung stehenden Entlastungsnuten vorteil- haft, wenn diese jeweils geneigt gegenüber einer senkrechten zur Trennwand angeordnet werden. Somit wird durch eine im We¬ sentlichen parallel zu einander und in Längsrichtung der Entlastungsnuten versetzte Anordnung begünstigt. Dennoch sollte die Winkelabweichung zur einer Ausrichtung senkrecht zur Trennwand nach Möglichkeit nicht mehr als 45°, besonders vor¬ teilhaft nicht mehr als 30°, betragen.
Die Wirksamkeit der Entlastungsnut wird in besonders vorteil¬ hafter Weise verbessert, wenn die einzelne Entlastungsnut ei- ne wirksame Mindestlänge entsprechend der Breite der Trenn¬ wand aufweist, d.h. die Mindestlänge entspricht zumindest dem 1-fachen der Breite der ersten Trennwand.
Da der zwischen den Entlastungsnuten vorhandene Steg im Kro- nenboden eine gewisse Versteifung bewirkt ist es bei dieser zweiten Ausführungsform vorteilhaft, wenn jede der Entlastungsnuten eine Länge von zumindest dem 0,3-fachen der Breite der ersten Trennwand aufweist. Besonders vorteilhaft beträgt die Länge der jeweiligen Entlastungsnuten zumindest dem
0,5-fachen der Breite der ersten Trennwand.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mindestlänge der zu¬ mindest zwei Entlastungsnuten gemeinsam zumindest dem
0,7-fachem der Breite der ersten Trennwand entspricht. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn die Entlastungsnuten gemeinsam eine Mindestlänge von zumindest dem 1-fachen, bevorzugt dem 1,2-fachen der Breite der ersten Trennwand aufweisen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Durchbruch vorranging zur Entlastung des Kronenbodens eingesetzt wird und nachranging zur Kühlluftführung. Dabei ist es besonders vor- teilhaft, wenn die Höhe des ersten Durchbruchs gemessen von der nach innen weisenden Unterseite des Kronenbodens bis zum größten Abstand des ersten Durchbruchs bis zum Kronenboden maximal dem 2-fachen der Stärke des Kronenbodens entspricht. Auf jeden Fall ist es zur Ermöglichung der thermisch bedingten Dehnungen im Kronenboden besonders vorteilhaft, wenn die Höhe (wie zuvor angegeben) des ersten Durchbruchs zumindest der 0,5-fachen Stärke des Kronenbodens entspricht. Eine Kühlluftführung durch die Entlastungsnut bzw. die Ent¬ lastungsnuten bei zugleich einer - insbesondere mehrfach - umgelenkten Strömung innerhalb des Schaufelblatts durch die erste und die zweite Strömungskammer wird begünstigt, wenn vorteilhaft der erste Durchbruch nicht übermäßig groß gewählt wird. Daher weist in vorteilhafter Weise der erste Durchbruch einen freien Querschnitt (Flächengröße des ersten Durchbruchs betrachtet in einer Ebene der ersten Trennwand) auf, welcher maximal dem 0,8-fachen des kleinsten freien Querschnitts (betrachtet in einer Fläche parallel zur Oberseite des Kronenbo- dens) der einzelnen Entlastungsnut bei erster Ausführungsform oder der zumindest zwei Entlastungsnuten gemeinsam bei zweiter Ausführungsform entspricht.
Dabei sollte jedoch vorteilhaft der freie Querschnitt des ersten Durchbruchs zumindest dem 0, 2-fachen des freien Querschnitts der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten ent¬ sprechen .
Der Verlauf der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten ist zunächst unerheblich, wobei in einfachster Weise ein geradli¬ niger Verlauf gewählt wird. Alternativ ist es ebenso möglich, dass die dem druckseitigen Wandabschnitt zugewandte Seiten¬ fläche der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten einen bo- genförmigen Verlauf entsprechend der Wölbung des druckseiti¬ gen Wandabschnitts aufweist bzw. aufweisen. Analog ist es möglich, dass die dem saugseitigen Wandabschnitt zugewandte Seitenfläche der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten ei- nen bogenförmigen Verlauf entsprechend der Wölbung des saug¬ seitigen Wandabschnitts aufweist bzw. aufweisen. Insofern folgt die Entlastungsnut dem Verlauf des druckseitigen bzw. saugseitigen Wandabschnitts. Hinsichtlich der Verwendung der aus der Entlastungsnut austretenden Kühlluft sowie unter Berücksichtigung der im Schaufelblatt vorherrschenden Kühlluftströmung von der zweiten Strömungskammer zur ersten Strömungskammer ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Entlastungsnut geneigt ausgeführt wird. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das vom Schaufelfuß wegwei¬ sende Ende der Entlastungsnut, d. h. das zur Außenseite wei¬ sende Ende der Entlastungsnut, näher am druckseitigen Wandab¬ schnitt als das zum Schaufelfuß weisende Ende der Entlas¬ tungsnut, d. h. das am Durchbruch angrenzende Ende der Ent- lastungsnut, gelegen ist.
Weiterhin ist es zur Begrenzung der Strömung in der Entlastungsnut sowie unter Berücksichtigung der Fertigungsmöglichkeiten vorteilhaft, wenn sich die eine Entlastungsnut bzw. zumindest eine der zwei oder mehreren Entlastungsnuten ausgehend von einem kleinsten freien Querschnitt zu einem Ende hin oder zu beiden Enden der jeweiligen Entlastungsnut hin aufweitet. Insofern wird durch den kleinsten freien Querschnitt die Strömung aus der ersten Strömungskammer begrenzt, wobei durch die Aufweitung der Entlastungsnut dessen Herstel¬ lung vereinfacht wird.
Die erfindungsgemäße Entlastungsnut wird in besonders vor¬ teilhafter Weise bei einer Trennwand eingesetzt, bei der die erste Strömungskammer an einer abströmseitigen Rand bzw. Hinterkante des Schaufelblattes angeordnet ist. Die an der ers¬ ten Strömungskammer angrenzende Hinterkante verbindet den druckseitigen Wandabschnitt mit dem saugseitigen Wandab- schnitt. Diesbezüglich ist es unerheblich, ob in der ersten Strömungskammer zum abströmseitigen Rand weisend Elemente zur Strömungsführung und/oder Versteifung des Schaufelblattes vorhanden sind.
Weiterhin ist es die Verwendung einer Entlastungsnut vorteil¬ haft, wenn zumindest eine zweite Trennwand und eine dritte Strömungskammer vorhanden sind. Hierbei grenzt die zweite Trennwand ebenso an die zweite Strömungskammer an und befin- det sich gegenüberliegend der ersten Trennwand in Verbindung des druckseitigen Wandabschnitts mit dem saugseitigen Wandabschnitt. Oberhalb der zweiten Trennwand befindet sich gleich¬ falls ein zweiter freier Durchbruch. Angrenzend an die zweite Trennwand gegenüberliegend der zweiten Strömungskammer befin- det sich eine dritte Strömungskammer, wobei durch den zweiten Durchbruch Kühlluft von der dritten Strömungskammer zur zweiten Strömungskammer fließen kann.
Hierbei grenzt in vorteilhafter Weise die dritte Strömungs- kammer an einen anströmseitigen Rand des Schaufelblatts bzw. eine Vorderkante an, welche gegenüberliegend zur Hinterkante den druckseitigen Wandabschnitt mit dem saugseitigen Wandabschnitt verbindet. Die Größe des zweiten Durchbruchs ist zunächst unerheblich, wobei in vorteilhafter Weise dieser zumindest die doppelte Größe des ersten Durchbruchs aufweist. D.h. der freie Quer¬ schnitt des ersten Durchbruchs beträgt maximal dem 0,5-fachen des freien Querschnitts des zweiten Durchbruchs. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der zweite Durchbruch zumindest die 5-fache Größe des ersten Durchbruchs aufweist. Dabei kann sowohl der zweite Durchbruch eine gegenüber der Breite der zweiten Trennwand geringer Breite aufweisen als sich auch in vorteilhafter Weise der zweite Durchbruch über die Breite der zweiten Trennwand erstreckt und diese insofern nach oben auf der zum Kronenboden weisenden Seite begrenzt. In besonders vorteilhafter Weise wird die das Turbinenblatt durchströmende Kühlluft im Wesentlichen durch den zweiten Durchbruch, jedoch nur zum geringen Teil durch den ersten Durchbruch geführt. Hierzu weist der erste Durchbruch einen freien Querschnitt von maximal dem 0,1-fachen des freien Querschnitts des zweiten Durchbruchs auf.
Bei Verwendung einer ersten Trennwand und einer zweiten
Trennwand zur Unterteilung des im Schaufelblatt vorhandenen Hohlraums in eine erste Strömungskammer, eine zweite Strö¬ mungskammer und eine dritte Strömungskammer ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste Strömungskammer und die erste Trennwand auf der dem abströmseitigen Rand zugewandten Seite und die dritte Strömungskammer und die zweite Trennwand der dem anströmseitigen Rand zugewandten Seite des Schaufelblatts angeordnet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am zum Schaufelfuß weisen¬ den Ende der ersten Trennwand ebenso ein freier dritter
Durchbruch vorhanden ist, so dass die Kühlluft von der drit¬ ten Strömungskammer über den zweiten Durchbruch in die zweite Strömungskammer und anteilig über den ersten Durchbruch und mehrheitlich über den dritten Durchbruch in die erste Strömungskammer strömen kann.
Hinsichtlich der Anordnung des Kronenbodens an der Schaufelwand stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In einer ersten und einfachen Ausführungsform befindet sich der Kronenboden genau am Ende der Schaufelwand und bildet somit das Ende des Schaufelblattes. Demgegenüber ist es jedoch vor¬ teilhaft, wenn der Kronenboden gegenüber dem Ende der Schaufelwand zurückgesetzt ist, und insofern zumindest abschnitts¬ weise der druckseitige Wandabschnitt und/oder der saugseitige Wandabschnitt den Kronenboden überragt. In weiterer Alterna¬ tive ist es ebenso möglich, den Kronenboden am Ende der
Schaufelwand anzuordnen, dabei jedoch oberhalb des Kronenbo¬ dens weitere Rippen oder Stege oder dergleichen vorzusehen. Weiterhin wird in vorteilhafter Weise eine Beschichtung auf dem Kronenboden angebracht. Hierbei kann einerseits vorgese¬ hen sein, dass eine Beschichtung vor der Erzeugung der Entlastungsnut aufgebracht wird. Anderseis ist es vorteilhaft, wenn eine Beschichtung auf dem mit der Entlastungsnut verse¬ henen Kronenboden aufgebracht wird. Die zweite Variante bie¬ tet den besonderen Vorteil, dass die Beschichtung zumindest ansatzweise auf die außenseitigen Enden der Seitenflächen der Entlastungsnut aufgetragen werden kann, wodurch dessen Spalt- breite verringert wird. Somit kann die Kühlluftströmung durch die Entlastungsnut reduziert werden, wobei der gewünschte Dehnungsfreiraum in hinreichendem Maße erhalten bleibt.
In den nachfolgenden Figuren wird eine beispielhafte Turbi- nenschaufel mit exemplarisch skizzierten Entlastungsnuten gezeigt .
Es zeigen: FIG 1 eine Turbinenschaufel für ein Beispiel der Erfindung;
FIG 2 einen Schnitt durch das Schaufelblatt mittig zwischen dem druckseitigem und dem saugseitigem Wandabschnitt; FIG 3 eine Draufsicht auf das Schaufelblatt mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Entlastungsnut;
FIG 4 eine Draufsicht auf das Schaufelblatt mit einer alter¬ nativen Anordnung von Entlastungsnuten;
FIG 5 einen Schnitt durch das Schaufelblatt parallel zur ers¬ ten Trennwand mit einer schräg gestellten Entlastungnut ; FIG 6 einen Schnitt analog FIG 5 mit einer sich aufweitenden Entlastungsnut . Die FIG 1 zeigt exemplarisch eine Turbinenschaufel Ol mit ei¬ nem Schaufelfuß 02 sowie einem sich am Schaufelfuß anschlie¬ ßenden Schaufelblatt 03. Die Ausführungsform des Schaufelfu¬ ßes 02 ist für die vorliegende Erfindung unerheblich und in- sofern soll diesbezüglich nicht näher darauf eingegangen werden. Das Schaufelblatt 03 umfasst zunächst einmal die Schau¬ felwand 04, welche 04 in diesem Ausführungsbeispiel gebildet wird von einem druckseitigen Wandabschnitt 05 (in Zeichnungs¬ ebene vorne liegend) und einem saugseitigen Wandabschnitt 06 (in Zeichnungsebene hinten liegend), welche 05, 06 sich beide von einer Vorderkante bis zu einer Hinterkante erstrecken. Hierbei umschließt die Schaufelwand 04 einen Hohlraum, wel¬ cher wiederum von Strömungskammern 11, 12, 13 gebildet wird. Am freien Ende des Schaufelblattes 03 befindet sich der Kro- nenboden 07, welcher 07 in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Ende des Schaufelblattes 03 geringfügig zurückge¬ setzt ist. Innerhalb des Schaufelblatts 03 wird der Hohlraum durch ein erstes Trennelement 08 sowie ein zweites Trennele¬ ment 09 in eine erste Strömungskammer 11 zwischen der Hinter- kante und der ersten Trennwand 08 sowie einer zweiten Strö¬ mungskammer 12 zwischen der ersten Trennwand 08 und der zweiten Trennwand 09 sowie in eine dritte Strömungskammer 13 zwi¬ schen der zweiten Trennwand 09 und der Vorderkante unter¬ teilt. Oberseitig ist ansatzweise die Entlastungsnut 21 im Kronenboden 07 zu erkennen.
Die FIG 2 zeigt nunmehr schematisch einen Schnitt durch das Schaufelblatt 03 in einer Ansicht geschnitten mittig zwischen dem druckseitigen Wandabschnitt 05 und dem saugseitigen Wand- abschnitt 06. Zu erkennen ist zunächst einmal die Schaufel¬ wand 04 mit der Vorderkante sowie der Hinterkante. Oberseitig befindet sich der Kronenboden 07, welcher 07 gegenüber dem Ende der Schaufelwand 04 geringfügig zurückgesetzt ist. In¬ nerhalb des Schaufelblattes 03 befinden sich die erste Trenn- wand 08 und die zweite Trennwand 09, welche 08, 09 den Hohl¬ raum im Inneren des Schaufelblatts 04 in die erste Strömungs¬ kammer 11, die zweite Strömungskammer 12 sowie die dritte Strömungskammer 13 unterteilen. In diesem exemplarischen Bei- spiel ist vorgesehen, dass eine Kühlluftströmung von der dritten Strömungskammer 13 in die zweite Strömungskammer 12 und nachfolgend in die erste Strömungskammer 11 strömt. Ent¬ weichen kann die Kühlluft über an der Hinterkante in der Schaufelwand 04 angeordnete Kühlluftbohrungen 18. Zur Reali¬ sierung des Übergangs der Kühlluft von der ersten Strömungs¬ kammer 11 zur zweiten Strömungskammer 12 befindet sich zwischen der zweiten Trennwand 09 und dem Kronenboden 07 ein zweiter freier Durchbruch 15.
Zur erfindungsgemäßen Reduktion der thermischen Spannungen im Kronenboden 07 ist zunächst einmal ebenso in der ersten
Trennwand 15 ein erster freier Durchbruch 14 am zum Kronenboden 07 weisenden Ende angeordnet. Weiterhin befindet sich im Kronenboden 07 zumindest eine Entlastungsnut 21. Diese 21 er¬ streckt sich hierbei mittig über den Durchbruch 14 und ermög¬ licht somit eine thermische Ausdehnung der Oberseite des Kro¬ nenbodens 07 bei gleichzeitigem Halten des druckseitigen Wandabschnitts 05 mit dem saugseitigen Wandabschnitt 06 durch die erste Trennwand 08.
Die FIG 3 zeigt nunmehr eine Draufsicht auf das Schaufelblatt 03, wobei zunächst einmal wieder die Schaufelwand 04 mit dem druckseitigen Wandabschnitt 05 und dem saugseitigen Wandab- schnitt 06 zu erkennen ist. Im Inneren des Schaufelblatts 03 unterhalb des Kronenbodens 07 befinden sich die erste Trenn¬ wand 08 und die zweite Trennwand 09. Oberhalb der ersten Trennwand 08 befindet sich die mittig im Kronenboden 07 ange¬ ordnete Entlastungsnut 21. Diese 21 weist in diesem Ausfüh- rungsbeispiel eine Länge L, gemessen quer zur Trennwand auf, welche L ungefähr der Breite B der Trennwand entspricht.
In der nachfolgenden FIG 4 wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel analog der FIG 3 eine Draufsicht auf das Schau- felblatt 03 skizziert. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel werden im Kronenboden 07 anstelle einer einzel¬ nen Entlastungsnut 21 nunmehr drei parallel und versetzt zu¬ einander verlaufende Entlastungsnuten 22a, 22b und 22c einge- setzt. Diese 22, 22b2, 22c erstrecken sich hierbei ebenso über die erste Trennwand 08 hinweg und sind hierbei mittig zur ersten Trennwand 08 angeordnet. Die Länge L der zusammen betrachteten drei Entlastungsnuten 22a, 22b und 22c gemessen quer zur ersten Trennwand 08 ist hierbei geringfügig größer als die Breite B der ersten Trennwand 08.
In der nachfolgenden FIG 5 wird exemplarisch die Entlastungsnut 21 in einem Schnitt parallel zur Trennwand 08 skizziert. Im Gegensatz zu einer geradlinigen senkrecht zum Kronenboden 07 möglichen Ausführungsform der Entlastungsnut 21 wird in diesem Ausführungsbeispiel die Entlastungsnut 21 schräg ge¬ stellt. Dabei befindet sich das oberseitige, nach außen wei¬ sende Ende der Entlastungsnut 21 ungefähr mittig im Kronenbo- den 07 zwischen dem druckseitigen Wandabschnitt 05 und dem saugseitigen Wandabschnitt 06. Auf der Seite des Durchbruchs 14 oberhalb der ersten Trennwand 08 hingegen befindet sich die Entlastungsnut 21 näher am saugseitigen Wandabschnitt. In FIG 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Ent¬ lastungsnut 23 skizziert, wobei die Darstellung analog FIG 5 ausgeführt ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Ent¬ lastungsnut 23 mittig zwischen den beiden Enden der Entlas¬ tungsnut einen kleinsten Querschnitt auf, von dem ausgehend sich die Entlastungsnut 23 in beide Richtungen, d.h. nach innen und außen aufweitet. Dieses ermöglicht einerseits eine Begrenzung der Kühlluft und andererseits vereinfacht dieses die Fertigung der Entlastungsnut 23.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (Ol) für eine Gasturbine,
mit einem Schaufelfuß (02) und mit einem aerodynamisch ge- krümmten Schaufelblatt (03), welches (03) eine Schaufelwand (04) und einen am freien Ende des Schaufelblattes (03) ange¬ ordneten Kronenboden (07) aufweist, wobei die Schaufelwand (04) einen druckseitigen und einen saugseitigen Wandabschnitt (05,06) umfasst und zumindest eine erste und eine zweite Strömungskammer (11,12) umschließt, zwischen denen (11,12) eine die Wandabschnitte (05,06) verbindende erste Trennwand (08) angeordnet ist, wobei die erste Trennwand (08) am zum Kronenboden (07) weisenden Ende einen Durchbruch (14) zur Verbindung der ersten mit der zweiten Strömungskammer (11,12) aufweist, und wobei im Kronenboden (07) zumindest eine Kühl¬ luftöffnung vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlluftöffnung als einzelne Entlastungsnut (21,23) ausgeführt ist oder von zumindest zwei versetzt nebeneinander angeordneten Entlastungsnuten (22a, 22b, 22c) gebildet werden, deren (21, 22a, 22b, 22c, 23) einzelne oder gemeinsame Mindest¬ länge (L) zumindest dem 0,5-fachen der Breite (B) der ersten Trennwand (08) entspricht und welche (21, 22a, 22b, 22c, 23) sich einzeln oder gemeinsam beidseitig bis über den Durchbruch (14) erstreckt/erstrecken .
2. Turbinenschaufel (01) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Entlastungsnut (21,23) oder die Entlastungsnuten (22a, 22b, 22c) gemeinsam mittig zwischen den Wandabschnitten (05,06) und/oder mittig zur ersten Trennwand (08) angeordnet ist/sind .
3. Turbinenschaufel (Ol) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Entlastungsnut (21,23) oder die Entlastungsnuten (22a, 22b, 22c) gemeinsam zumindest eine Mindestlänge (L) ge- messen quer zur Trennwand (08) entsprechend der Breite (B) der Trennwand (08) aufweist/aufweisen,
wobei insbesondere die Entlastungsnuten (22a, 22b, 22c) jeweils eine Länge von zumindest dem 0,3-fachen der Breite (B) der ersten Trennwand (08) aufweisen.
4. Turbinenschaufel (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Höhe des ersten Durchbruchs (14) senkrecht zum Kro¬ nenboden (07) zumindest dem 0,5-fachen und/oder maximal dem 2-fachen der Stärke des Kronenbodens (07) entspricht.
5. Turbinenschaufel (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der freie Querschnitt des ersten Durchbruchs (14) zumin- dest dem 0,2-fachen und/oder maximal dem 0,8-fachem des kleinsten freie Querschnitt der Entlastungsnut (21,23) oder der Entlastungsnuten (22a, 22b, 22c) gemeinsam beträgt.
6. Turbinenschaufel (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die den Wandabschnitten (05,06) zugwandten Seitenflächen der Entlastungsnut (21,23) oder der Entlastungsnuten
(22a, 22b, 22c) einen geradlinigen Verlauf oder einen bogenförmigen Verlauf entsprechend der Wölbung des jeweiligen Wandab- Schnitts (05,06) aufweisen.
7. Turbinenschaufel (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Strömungskammer (11) angrenzend an einen abströmseitigen Rand des Schaufelblatts (03) angeordnet ist.
8. Turbinenschaufel (Ol) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass angrenzend an die zweite Strömungskammer (12) eine zwei¬ te Trennwand (09) und gegenüberliegend der ersten Strömungs- kammer (11) eine dritte Strömungskammer (13) angeordnet ist.
9. Turbinenschaufel (Ol) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der zweiten Trennwand (12) und dem Kronenboden (07) ein zweiter Durchbruch (15) vorhanden ist, welcher (15) zumindest den 2-fachen, insbesondere zumindest den 5-fachen oder insbesondere zumindest den 10-fachen, freien Querschnitt des ersten Durchbruchs (14) aufweist.
10. Turbinenschaufel (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Trennwand (14) dem abströmseitigen Rand und die zweite Trennwand (15) dem anströmseitigen Rand des Schau¬ felblatts (03) zugewandt angeordnet ist.
11. Turbinenschaufel (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest abschnittsweise der druckseitige und/oder der saugseitige Wandabschnitt (05,06), insbesondere die Schaufel- wand (04), den Kronenboden (07) überragt.
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