EP3341568B1 - Turbine blade with groove in crown base - Google Patents

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EP3341568B1
EP3341568B1 EP16762993.0A EP16762993A EP3341568B1 EP 3341568 B1 EP3341568 B1 EP 3341568B1 EP 16762993 A EP16762993 A EP 16762993A EP 3341568 B1 EP3341568 B1 EP 3341568B1
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EP
European Patent Office
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blade
wall
flow chamber
relief groove
crown base
Prior art date
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Active
Application number
EP16762993.0A
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German (de)
French (fr)
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EP3341568A1 (en
Inventor
Fathi Ahmad
Andreas Heselhaus
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3341568A1 publication Critical patent/EP3341568A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3341568B1 publication Critical patent/EP3341568B1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/20Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/307Characteristics 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade for use in a gas turbine with a blade root and an airfoil, a cooling air opening being present in the crown base of the airfoil.
  • Turbine blades for use in a gas turbine are known in various embodiments, these generally having at least one blade root for fastening in the respective turbine stage as well as an airfoil adjoining the blade root.
  • the blade is aerodynamically shaped here, the specific shape initially being irrelevant for the embodiment according to the invention.
  • the blade is initially formed by a blade wall which extends from the blade root to a free end. As a rule, the free end of the blade is closed there by means of a crown base.
  • Cooling air ducts run through the inside of the turbine blade.
  • both embodiments are known, for example from EP 2 196 625 A1 , in which the cooling air is returned to the blade root, and also cooling air openings are arranged in the blade wall and in the crown bottom, through which the cooling air can escape.
  • the latter show for example GB 2 061 400 , US 2002/119045 A1 and US 2005/281671 A1 .
  • Further known embodiments for a turbine blade with cooling channels are disclosed in the publications EP 1 557 553 A1 as well as the EP 2 863 013 A1 .
  • cooling air openings which are generally present in large numbers on the blade blade
  • these cooling air openings are distributed in a correspondingly suitable manner and usually as round ones Drilling carried out.
  • designs are also known in which the cooling air openings open in a funnel shape.
  • the object of the present invention is therefore to reduce thermal stresses due to differing temperature distributions in the airfoil.
  • a turbine blade of the generic type is initially used for a turbine of a gas turbine.
  • the turbine blade has a blade root and an airfoil adjoining the blade root.
  • the blade is aerodynamically curved, so that the turbine blade can be used to effectively generate a rotation in the rotor of the gas turbine.
  • 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 wall section and a suction-side wall section, both of which extend from a leading edge (usually rounded) of the blade to a rear edge (usually tapering to a point) of the blade.
  • a crown bottom is arranged, which the The blade essentially shoots at the free end.
  • crown bottom at the free end of the blade, it is initially irrelevant whether the crown bottom is arranged directly at the end of the blade wall and at the same time forms the free end of the blade or whether the crown bottom is positioned set back from the outer free end of the blade.
  • the blade wall with the two wall sections, the crown base and the blade flow form a cavity which encloses at least a first and a second flow chamber.
  • first and a second flow chamber are separated from the interior of the airfoil.
  • Both the first and second flow chambers and the first partition wall likewise extend from the blade root in the direction of the free end of the blade.
  • At the end of the first partition wall facing the crown bottom there is a free opening which forms a connection between the first and second flow chambers so that the cooling air coming from the second flow chamber can flow through the opening into the first flow chamber.
  • the generic turbine blade has at least one cooling air opening in the crown base which opens into the first and / or second flow chamber and through which cooling air can consequently escape from the interior of the turbine blade to the free end.
  • the cooling air opening is arranged at a distance from the wall sections, the exact position initially being irrelevant.
  • at least one cooling air opening is designed as a relief groove, which is arranged above the first opening.
  • two embodiments come into consideration for implementation, a single relief groove being used in a first embodiment according to the invention.
  • a second embodiment according to the invention on the other hand, it is provided that at least two relief grooves are used, which are to be arranged offset next to one another above the first opening.
  • the one relief groove or the relief grooves together have at least one minimum length which corresponds to half the width of the partition.
  • the width of the partition wall is measured in this case at the end of the partition wall under the crown base (if the first opening does not extend over the entire width) or adjacent to the first opening (if the first opening extends over the entire width) as the distance between the pressure-side wall section and the suction-side wall section.
  • the length of the relief groove can be determined in two ways.
  • the immediate length can be measured from one end of the relief groove to the other end of the relief groove, regardless of its shape, ie the length of a straight connecting line of the two ends of the respective relief groove.
  • this must be taken into account for the effectiveness of the reduction of thermally induced stresses the shape of the relief groove in relation to the position of the partition. Therefore, on the other hand, the effective minimum length of the individual relief groove or of the relief grooves together is measured in a direction transverse to the first partition.
  • the minimum length corresponds to a perpendicular to the partition wall, which on surfaces parallel to the first partition wall through the respective end of the individual relief groove or the common relief grooves.
  • the immediate length thus corresponds to the minimum length. If two or more relief grooves are present, this consideration applies with regard to the effective minimum length when considering the two or more relief grooves together, measured in a direction transverse to the first partition.
  • each of the at least two relief grooves must overlap in such a way that there is an interruption in the crown base in the connection from the pressure-side wall section to the suction-side wall section in the area of the first partition wall, above the first opening.
  • the two or more relief grooves are the same as when using one to arrange individual relief grooves in such a way that they extend beyond the opening on both sides when viewed together.
  • each of the at least two relief grooves must extend at least as far as the breakthrough.
  • the second partition wall also adjoins the second flow chamber and is located opposite the first partition wall in connection with the pressure-side wall section and the suction-side wall section.
  • a second free opening is also located above the second partition. Adjacent to the second partition, opposite the second flow chamber, there is a third flow chamber, with cooling air being able to flow through the second opening from the third flow chamber to the second flow chamber.
  • the third flow chamber advantageously adjoins an inflow-side edge of the airfoil or a front edge which, opposite to the rear edge, connects the pressure-side wall section with the suction-side wall section.
  • the size of the second opening is initially insignificant, this advantageously being at least twice the size of the first opening.
  • the free cross section of the first opening is a maximum of 0.5 times the free cross section of the second opening.
  • the second opening is at least five times the size of the first opening.
  • Both the second opening and the width of the second partition wall can have a narrow width
  • the second opening extends over the width of the second partition wall and insofar limits it upwards on the side facing the crown base.
  • the individual relief groove or the two or more relief grooves are located essentially centrally between the suction-side wall section and the pressure-side wall section in the crown base.
  • the exact position, on the other hand, is irrelevant if a thermally induced expansion of the upper side of the crown base is possible on both sides due to the relief groove or relief grooves.
  • the individual relief groove or, in an alternative embodiment, the two or more relief grooves are located essentially in the center of the partition. Since, in particular, the first partition is responsible for the thermal stresses in the crown base, it is correspondingly advantageous to arrange the relief groove or the relief grooves in the center of this first partition. If the length of the relief groove is extended beyond the required dimension, it is of secondary importance whether the extension is only on one side from the partition.
  • the specific alignment of the relief groove or the several relief grooves is initially irrelevant, provided that a corresponding thermal expansion of the crown base on the outward-facing side is possible due to the presence of the relief groove.
  • the relief groove extends essentially transversely to the first partition.
  • a rectilinear right-angled alignment is not necessary here, but it is sufficient if the relief groove runs in accordance with the course of the pressure-side wall section and the suction-side wall section. In this respect, for example, are angular deviations from 15 ° from an orientation perpendicular to the partition wall is irrelevant.
  • the angular deviation from an alignment perpendicular to the partition should, if possible, not be more than 45 °, particularly advantageously not more than 30 °.
  • the effectiveness of the relief groove is improved in a particularly advantageous manner if the individual relief groove has an effective minimum length corresponding to the width of the partition, i.e. the minimum length corresponds to at least 1 times the width of the first partition.
  • each of the relief grooves has a length of at least 0.3 times the width of the first partition.
  • the length of the respective relief grooves is particularly advantageously at least 0.5 times the width of the first partition.
  • the minimum length of the at least two relief grooves together corresponds to at least 0.7 times the width of the first partition.
  • the relief grooves together have a minimum length of at least 1 times, preferably 1.2 times the width of the first partition.
  • the first opening is used primarily to relieve the crown base and then to guide the cooling air. It is particularly advantageous if the height of the first opening, measured from the inwardly facing underside of the crown base to the greatest distance of the first opening to the crown base, corresponds to a maximum of twice the thickness of the crown base.
  • the height (as stated above) of the first opening corresponds to at least 0.5 times the thickness of the crown base.
  • the first opening advantageously has a free cross section (area size of the first opening viewed in a plane of the first partition) which is a maximum of 0.8 times the smallest free cross section (viewed in an area parallel to the top of the crown base) 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 correspond to at least 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, a straight course being selected in the simplest way.
  • the side surface of the relief groove or grooves facing the pressure-side wall section has or have an arcuate course corresponding to the curvature of the pressure-side wall section.
  • the side surface of the relief groove or relief grooves facing the suction-side wall section to form one has or have arcuate course corresponding to the curvature of the suction-side wall section.
  • the relief groove follows the course of the pressure-side or suction-side wall section.
  • the relief groove is inclined.
  • the end of the relief groove pointing away from the blade root, d. H. the end of the relief groove facing the outside, closer to the pressure-side wall section than the end of the relief groove facing the blade root, d. H. the end of the relief groove adjacent to the opening is located.
  • one relief groove or at least one of the two or more relief grooves widens starting from a smallest free cross section to one end or to both ends of the respective relief groove .
  • the flow out of the first flow chamber is limited by the smallest free cross section, the widening of the relief groove simplifying its production.
  • the relief groove according to the invention is used in a particularly advantageous manner in a partition wall in which the first flow chamber is arranged on an edge or rear edge of the airfoil on the outflow side.
  • the rear edge adjoining the first flow chamber connects the pressure-side wall section with the suction-side wall section.
  • 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.
  • first partition and a second partition When using a first partition and a second partition to subdivide the cavity present in the airfoil into a first flow chamber, a second flow chamber and a third flow chamber, it is particularly advantageous if the first flow chamber and the first partition are on the side facing the downstream edge and the the third flow chamber and the second partition wall is arranged on the side of the airfoil facing the edge on the inflow side.
  • the crown base is located exactly at the end of the blade wall and thus forms the end of the blade.
  • the crown base is set back with respect to the end of the blade wall, and in this respect, at least in sections, the pressure-side wall section and / or the suction-side wall section protrudes beyond the crown base.
  • a coating is advantageously applied to the crown base.
  • a coating is applied to the crown base provided with the relief groove.
  • the second variant offers the particular advantage that the coating can be applied at least partially to the outside ends of the side surfaces of the relief groove, whereby its gap width is reduced. Thus, the cooling air flow through the relief groove can be reduced, the desired
  • the FIG 1 shows an example of a turbine blade 01 with a blade root 02 and an airfoil 03 adjoining the blade root.
  • the embodiment of the blade root 02 is irrelevant for the present invention and in this respect will not be discussed in more detail in this respect.
  • the blade 03 comprises first of all the blade wall 04, which in this exemplary embodiment is formed by a pressure-side wall section 05 (in the drawing plane at the front) and a suction-side wall section 06 (in the drawing plane at the rear), which 05, 06 extend from a leading edge to extend to a trailing edge.
  • the blade wall 04 encloses a cavity, which in turn is formed by flow chambers 11, 12, 13.
  • the crown base 07 At the free end of the blade 03 is the crown base 07, which 07 in this exemplary embodiment is set back slightly in relation to the end of the blade 03.
  • the cavity is converted into a first flow chamber 11 between the trailing edge and the first partition 08 and a second flow chamber 12 between the first partition 08 and the second partition 09 and into a third flow chamber by a first partition element 08 and a second partition element 09 13 divided between the second partition wall 09 and the front edge.
  • the relief groove 21 in the crown base 07 can be seen to some extent on the upper side.
  • FIG 2 shows now schematically a section through the blade 03 in a view cut centrally between the pressure-side wall section 05 and the suction-side wall section 06.
  • the blade wall 04 with the leading edge and the trailing edge can be seen.
  • the crown base 07 which 07 is set back slightly with respect to the end of the blade wall 04.
  • the first partition 08 and the second partition 09 which 08, 09 form the cavity divide inside the airfoil 04 into the first flow chamber 11, the second flow chamber 12 and the third flow chamber 13.
  • a cooling air flow 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 escape via cooling air bores 18 arranged on the rear edge in the blade wall 04.
  • a first free opening 14 is also arranged in the first partition 15 at the end facing the crown base 07. Furthermore, there is at least one relief groove 21 in the crown base 07. This 21 extends centrally over the opening 14 and thus enables thermal expansion of the top of the crown base 07 while at the same time holding the pressure-side wall section 05 with the suction-side wall section 06 by the first partition 08.
  • FIG 3 now shows a top view of the blade 03, initially again showing the blade wall 04 with the pressure-side wall section 05 and the suction-side wall section 06.
  • the first partition 08 Inside the blade 03 below the crown bottom 07 are the first partition 08 and the second partition 09.
  • the relief groove 21 Above the first partition 08 is the relief groove 21 arranged in the center of the crown bottom 07.
  • this 21 has a length L, measured transversely to Partition wall, which L corresponds approximately to the width B of the partition wall.
  • FIG 4 is in a further embodiment analogous to FIG 3 a plan view of the airfoil 03 is outlined.
  • three relief grooves 22a, 22b and 22c running parallel and offset to one another are now used in the crown base 07.
  • These 22, 22b2, 22c here also extend over the first partition wall 08 and are arranged in the middle of the first partition wall 08.
  • the length L of the three relief grooves 22a, 22b and 22c considered together, measured across the first partition 08, is slightly greater than the width B of the first partition 08.
  • the relief groove 21 is sketched as an example in a section parallel to the partition wall 08.
  • the relief groove 21 is placed at an angle in this exemplary embodiment.
  • the top, outward-facing end of the relief groove 21 is located approximately centrally in the crown base 07 between the pressure-side wall section 05 and the suction-side wall section 06.
  • the relief groove 21 is closer to the suction-side wall section .
  • FIG 6 a further exemplary embodiment for a relief groove 23 is sketched, the representation being analogous FIG 5 is executed.
  • the relief groove 23 has a smallest cross section in the middle between the two ends of the relief groove, from which the relief groove 23 widens in both directions, ie inwards and outwards. On the one hand, this enables the cooling air to be limited and, on the other hand, it simplifies the manufacture of the relief groove 23.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel zur Verwendung bei einer Gasturbine mit einem Schaufelfuß und einem Schaufelblatt, wobei im Kronenboden des Schaufelblattes eine Kühlluftöffnung vorhanden ist.The invention relates to a turbine blade for use in a gas turbine with a blade root and an airfoil, a cooling air opening being present in the crown base of the airfoil.

Turbinenschaufeln zur Verwendung bei einer Gasturbine sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, wobei diese in aller Regel zumindest ein Schaufelfuß zur Befestigung in der jeweiligen Turbinenstufe sowie ein sich am Schaufelfuß anschließendes 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 einem freien Ende erstreckt. Dort ist in aller Regel das freie Ende des Schaufelblatts mittels eines Kronenbodens verschlossen.Turbine blades for use in a gas turbine are known in various embodiments, these generally having at least one blade root for fastening in the respective turbine stage as well as an airfoil adjoining the blade root. The blade is aerodynamically shaped here, the specific shape initially being irrelevant for the embodiment according to the invention. Here, the blade is initially formed by a blade wall which extends from the blade root to a free end. As a rule, the free end of the blade is closed there by means of a crown base.

Stand der TechnikState of the art

Aufgrund der hohen, bei einer Gasturbine auftretenden Temperaturen wird weiterhin das Turbinenblatt in bekannter Weise mittels Kühlluft gekühlt. Hierbei durchziehen Kühlluftkanäle das Innere des Turbinenblattes. Hierbei sind sowohl Ausführungsformen bekannt, beispielsweise aus der EP 2 196 625 A1 , 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. Letzteres zeigen beispielsweise GB 2 061 400 , US 2002/119045 A1 und US 2005/281671 A1 . Weitere bekannte Ausführungsformen für eine Turbinenschaufel mit Kühlkanälen offenbaren die Druckschriften EP 1 557 553 A1 sowie die EP 2 863 013 A1 . Zur gezielten Festlegung des Kühlluftstroms durch die in aller Regel in Mehrzahl vorhandenen Kühlluftöffnungen am Schaufelblatt werden diese Kühlluftöffnung in entsprechender geeigneter Weise verteilt und üblicherweise als runde Bohrung ausgeführt. Darüber hinaus sind weiterhin Ausführungen bekannt, bei denen sich die Kühlluftöffnungen trichterförmig öffnen.Because of the high temperatures that occur in a gas turbine, the turbine blade continues to be cooled in a known manner by means of cooling air. Cooling air ducts run through the inside of the turbine blade. Here, both embodiments are known, for example from EP 2 196 625 A1 , in which the cooling air is returned to the blade root, and also cooling air openings are arranged in the blade wall and in the crown bottom, through which the cooling air can escape. The latter show for example GB 2 061 400 , US 2002/119045 A1 and US 2005/281671 A1 . Further known embodiments for a turbine blade with cooling channels are disclosed in the publications EP 1 557 553 A1 as well as the EP 2 863 013 A1 . For the targeted determination of the cooling air flow through the cooling air openings which are generally present in large numbers on the blade blade, these cooling air openings are distributed in a correspondingly suitable manner and usually as round ones Drilling carried out. In addition, designs are also known in which the cooling air openings open in a funnel shape.

Wenngleich mit den bekannten Ausführungsformen bereits eine vorteilhafte Kühlung des Schaufelblattes bewirkt werden kann, so zeigt sich jedoch das Problem, dass durch die Schaufelblattkühlung 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.Although an advantageous cooling of the airfoil can already be brought about with the known embodiments, the problem arises, however, that zones of different temperatures arise as a result of the airfoil cooling and thus local thermal stresses arise. These show up in a special way in the crown base, due to the high outside temperatures and the lower inside temperatures in the blade due to the cooling air.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, thermische Spannungen aufgrund differierender Temperaturverteilungen im Schaufelblatt zu reduzieren.The object of the present invention is therefore to reduce thermal stresses due to differing temperature distributions in the airfoil.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.The object set is achieved by an embodiment according to the invention according to the teaching of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.

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 erstreckt. Die Schaufelwand umfasst einen druckseitigen Wandabschnitt 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. Hinsichtlich 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.A turbine blade of the generic type is initially used for a turbine of a gas turbine. Here, the turbine blade has a blade root and an airfoil adjoining the blade root. The blade is aerodynamically curved, so that the turbine blade can be used to effectively generate a rotation in the rotor of the gas turbine. 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 wall section and a suction-side wall section, both of which extend from a leading edge (usually rounded) of the blade to a rear edge (usually tapering to a point) of the blade. At the free end of the blade a crown bottom is arranged, which the The blade essentially shoots at the free end. With regard to the specific arrangement of the crown bottom at the free end of the blade, it is initially irrelevant whether the crown bottom is arranged directly at the end of the blade wall and at the same time forms the free end of the blade or whether the crown bottom is positioned set back from the outer free end of the blade.

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. Hierbei erstrecken sich sowohl die erste und zweite Strömungskammer, sowie die erste Trennwand gleichfalls vom Schaufelfuß in Richtung des freien Endes des Schaufelblatts. Am zum Kronenboden 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 Seite ein Stück der Trennwand stehen bleibt.The blade wall with the two wall sections, the crown base and the blade flow form a cavity which encloses at least a first and a second flow chamber. In this regard, it is irrelevant whether further flow chambers are formed in the interior of the airfoil. At least the first flow chamber is separated from the second flow chamber by a first partition. Both the first and second flow chambers and the first partition wall likewise extend from the blade root in the direction of the free end of the blade. At the end of the first partition wall facing the crown bottom there is a free opening which forms a connection between the first and second flow chambers so that the cooling air coming from the second flow chamber can flow through the opening into the first flow chamber. In this case, it is initially irrelevant whether the opening extends over the entire width of the partition and thus limits it towards the top or has a smaller width than the partition and thus a piece of the partition remains on one and / or the other side.

Weiterhin weist die gattungsgemäße Turbinenschaufel im Kronenboden 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 ersten Durchbruchs angeordnet wird.Furthermore, the generic turbine blade has at least one cooling air opening in the crown base which opens into the first and / or second flow chamber and through which cooling air can consequently escape from the interior of the turbine blade to the free end. The cooling air opening is arranged at a distance from the wall sections, the exact position initially being irrelevant. The object is now 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 designed as a relief groove, which is arranged above the first opening.

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.According to the invention, two embodiments come into consideration for implementation, a single relief groove being used in a first embodiment according to the invention. In a second embodiment according to the invention, on the other hand, it is provided that at least two relief grooves are used, which are to be arranged offset next to one another above the first opening.

Hierbei weist die eine Entlastungsnut oder die Entlastungsnuten gemeinsam zumindest eine Mindestlänge auf, welcher der halben Breite der Trennwand entspricht. Durch die Einbringung einer Entlastungsnut mit einer Mindestlänge zumindest entsprechend der halben Breite der Trennwand wird eine thermisch bedingte Materialdehnung im oberen Bereich des Kronenbodens im Bereich der Entlastungsnut ermöglicht, ohne dass es unmittelbar zu den ansonsten auftretenden hohen thermischen Spannungen aufgrund der Temperaturdifferenzen kommt.Here, the one relief groove or the relief grooves together have at least one minimum length which corresponds to half the width of the partition. By introducing a relief groove with a minimum length of at least half the width of the partition wall, thermally induced material expansion in the upper area of the crown base in the area of the relief groove is made possible without the high thermal stresses that otherwise occur due to the temperature differences.

Die Breite der Trennwand wird in diesem Falle gemessen am Ende der Trennwand unter dem Kronenboden (sofern sich der erste Durchbruch nicht über die gesamte Breite erstreckt) oder angrenzend an den ersten Durchbruch (sofern sich der erste Durchbruch über die gesamte Breite erstreckt) als Abstand zwischen dem druckseitigen Wandabschnitt und dem saugseitigen Wandabschnitt.The width of the partition wall is measured in this case at the end of the partition wall under the crown base (if the first opening does not extend over the entire width) or adjacent to the first opening (if the first opening extends over the entire width) as the distance between the pressure-side wall section and the suction-side wall section.

Die Länge der Entlastungsnut kann auf zweierlei Weise bestimmt werden. Einerseits kann die unmittelbare Länge unabhängig 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 Mindestlänge 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 Entlastungsnuten. Im Falle einer einzelnen, im Wesentlich senkrecht zur ersten Trennwand ausgerichteten Entlastungsnut entspricht somit die unmittelbare Länge der Mindestlänge. Bei Vorhandensein 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.The length of the relief groove can be determined in two ways. On the one hand, the immediate length can be measured from one end of the relief groove to the other end of the relief groove, regardless of its shape, ie the length of a straight connecting line of the two ends of the respective relief groove. However, this must be taken into account for the effectiveness of the reduction of thermally induced stresses the shape of the relief groove in relation to the position of the partition. Therefore, on the other hand, the effective minimum length of the individual relief groove or of the relief grooves together is measured in a direction transverse to the first partition. In other words, in this case the minimum length corresponds to a perpendicular to the partition wall, which on surfaces parallel to the first partition wall through the respective end of the individual relief groove or the common relief grooves. In the case of a single relief groove oriented essentially perpendicular to the first partition wall, the immediate length thus corresponds to the minimum length. If two or more relief grooves are present, this consideration applies with regard to the effective minimum length when considering the two or more relief grooves together, measured in a direction transverse to the first partition.

Wesentlicher Faktor für die Entstehung der thermischen Spannungen ist das Vorhandensein der Trennwand, welche durch die Kühlluft eine geringere Temperatur und somit geringere Wärmedehnung aufweist, während hingegen die Außenseite des Kronenbodens 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 hinaus 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.An essential factor for the development of the thermal stresses is the presence of the partition wall, which has a lower temperature and therefore lower thermal expansion due to the cooling air, while the outside of the crown base, on the other hand, is subject to greater material expansion due to the high temperatures prevailing in the gas turbine. Furthermore, in order to effectively reduce the thermally induced stresses, it is therefore necessary for the individual relief groove to extend on both sides beyond the first opening and thus beyond the first partition wall located below. If two or more relief grooves are considered together, they must extend beyond the first partition on both sides, analogous to the design with a single relief groove.

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 saugseitigen 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 zumindest zwei Entlastungsnuten zumindest bis zum Durchbruch erstrecken.With at least two relief grooves, these must overlap in such a way that there is an interruption in the crown base in the connection from the pressure-side wall section to the suction-side wall section in the area of the first partition wall, above the first opening. The two or more relief grooves are the same as when using one to arrange individual relief grooves in such a way that they extend beyond the opening on both sides when viewed together. Furthermore, each of the at least two relief grooves must extend at least as far as the breakthrough.

Unabhängig von erster oder zweiter Ausführungsform ist es jedoch unerheblich, ob ergänzend zu der einzelnen Entlastungsnut oder den betrachteten Entlastungsnuten weitere nutartige Kühlluftöffnungen im Kronenboden vorhanden sind.Regardless of the first or second embodiment, however, it is irrelevant whether there are additional groove-like cooling air openings in the crown base in addition to the individual relief groove or the relief grooves under consideration.

Weiterhin sind zumindest eine zweite Trennwand und eine dritte Strömungskammer vorhanden. Hierbei grenzt die zweite Trennwand ebenso an die zweite Strömungskammer an und befindet sich gegenüberliegend der ersten Trennwand in Verbindung des druckseitigen Wandabschnitts mit dem saugseitigen Wandabschnitt. Oberhalb der zweiten Trennwand befindet sich gleichfalls ein zweiter freier Durchbruch. Angrenzend an die zweite Trennwand gegenüberliegend der zweiten Strömungskammer befindet sich eine dritte Strömungskammer, wobei durch den zweiten Durchbruch Kühlluft von der dritten Strömungskammer zur zweiten Strömungskammer fließen kann.Furthermore, there are at least a second partition and a third flow chamber. The second partition wall also adjoins the second flow chamber and is located opposite the first partition wall in connection with the pressure-side wall section and the suction-side wall section. A second free opening is also located above the second partition. Adjacent to the second partition, opposite the second flow chamber, there is a third flow chamber, with cooling air being able to flow through the second opening from the third flow chamber to the second flow chamber.

Hierbei grenzt in vorteilhafter Weise die dritte Strömungskammer an einen anströmseitigen Rand des Schaufelblatts bzw. eine Vorderkante an, welche gegenüberliegend zur Hinterkante den druckseitigen Wandabschnitt mit dem saugseitigen Wandabschnitt verbindet.In this case, the third flow chamber advantageously adjoins an inflow-side edge of the airfoil or a front edge which, opposite to the rear edge, connects the pressure-side wall section with the suction-side wall section.

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 Querschnitt 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.The size of the second opening is initially insignificant, this advantageously being at least twice the size of the first opening. In other words, the free cross section of the first opening is a maximum of 0.5 times the free cross section of the second opening. However, it is particularly advantageous if the second opening is at least five times the size of the first opening. Both the second opening and the width of the second partition wall can have a narrow width Advantageously, the second opening extends over the width of the second partition wall and insofar limits it upwards on the side facing the crown base.

Zum Ausgleich thermischer Verformungen zur Vermeidung unzulässig 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 hingegen unerheblich, sofern beidseitig eine thermisch bedingte Dehnung der Oberseite des Kronenbodens aufgrund der Entlastungsnut bzw. Entlastungsnuten möglich ist.To compensate for thermal deformations to avoid inadmissibly high thermal stresses, it is also advantageous if the individual relief groove or the two or more relief grooves are located essentially centrally between the suction-side wall section and the pressure-side wall section in the crown base. The exact position, on the other hand, is irrelevant if a thermally induced expansion of the upper side of the crown base is possible on both sides due to the relief groove or relief grooves.

Gleichfalls ist es vorteilhaft, wenn sich die einzelne Entlastungsnut 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 Entlastungsnuten mittig zu dieser ersten Trennwand anzuordnen. Sofern die Länge der Entlastungsnut über das geforderte Maß hinaus verlängert wird, so ist demgegenüber von untergeordneter Bedeutung, ob die Verlängerung nur einseitig von der Trennwand aus erfolgt.It is also advantageous if the individual relief groove or, in an alternative embodiment, the two or more relief grooves are located essentially in the center of the partition. Since, in particular, the first partition is responsible for the thermal stresses in the crown base, it is correspondingly advantageous to arrange the relief groove or the relief grooves in the center of this first partition. If the length of the relief groove is extended beyond the required dimension, it is of secondary importance whether the extension is only on one side from the partition.

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 Entlastungsnut 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 verläuft. Insofern sind beispielsweise Winkelabweichungen von 15° von einer Ausrichtung senkrecht zur Trennwand unerheblich.The specific alignment of the relief groove or the several relief grooves is initially irrelevant, provided that a corresponding thermal expansion of the crown base on the outward-facing side is possible due to the presence of the relief groove. However, when using a single relief groove, it is particularly advantageous if the relief groove extends essentially transversely to the first partition. A rectilinear right-angled alignment is not necessary here, but it is sufficient if the relief groove runs in accordance with the course of the pressure-side wall section and the suction-side wall section. In this respect, for example, are angular deviations from 15 ° from an orientation perpendicular to the partition wall is irrelevant.

Weiterhin ist es bei Anordnung von zumindest zwei mit dem Durchbruch in Verbindung stehenden Entlastungsnuten vorteilhaft, wenn diese jeweils geneigt gegenüber einer senkrechten zur Trennwand angeordnet werden. Somit wird durch eine im Wesentlichen 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 vorteilhaft nicht mehr als 30°, betragen.Furthermore, when arranging at least two relief grooves connected to the opening, it is advantageous if these are each arranged at an angle with respect to a perpendicular to the partition wall. An arrangement that is essentially parallel to one another and offset in the longitudinal direction of the relief grooves is thus promoted. Nevertheless, the angular deviation from an alignment perpendicular to the partition should, if possible, not be more than 45 °, particularly advantageously not more than 30 °.

Die Wirksamkeit der Entlastungsnut wird in besonders vorteilhafter Weise verbessert, wenn die einzelne Entlastungsnut eine wirksame Mindestlänge entsprechend der Breite der Trennwand aufweist, d.h. die Mindestlänge entspricht zumindest dem 1-fachen der Breite der ersten Trennwand.The effectiveness of the relief groove is improved in a particularly advantageous manner if the individual relief groove has an effective minimum length corresponding to the width of the partition, i.e. the minimum length corresponds to at least 1 times the width of the first partition.

Da der zwischen den Entlastungsnuten vorhandene Steg im Kronenboden 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.Since the web between the relief grooves in the crown base causes a certain stiffening, it is advantageous in this second embodiment if each of the relief grooves has a length of at least 0.3 times the width of the first partition. The length of the respective relief grooves is particularly advantageously at least 0.5 times the width of the first partition.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Mindestlänge der zumindest 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.It is also advantageous if the minimum length of the at least two relief grooves together corresponds to at least 0.7 times the width of the first partition. In this second embodiment, it is particularly advantageous if the relief grooves together have a minimum length of at least 1 times, preferably 1.2 times the width of the first partition.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Durchbruch vorranging zur Entlastung des Kronenbodens eingesetzt wird und nachranging zur Kühlluftführung. Dabei ist es besonders vorteilhaft, 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.Furthermore, it is advantageous if the first opening is used primarily to relieve the crown base and then to guide the cooling air. It is particularly advantageous if the height of the first opening, measured from the inwardly facing underside of the crown base to the greatest distance of the first opening to the crown base, corresponds to a maximum of twice the thickness of the crown base.

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.In any case, to enable the thermally induced expansions in the crown base, it is particularly advantageous if the height (as stated above) of the first opening corresponds to at least 0.5 times the thickness of the crown base.

Eine Kühlluftführung durch die Entlastungsnut bzw. die Entlastungsnuten 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 Kronenbodens) der einzelnen Entlastungsnut bei erster Ausführungsform oder der zumindest zwei Entlastungsnuten gemeinsam bei zweiter Ausführungsform entspricht.A cooling air flow through the relief groove or the relief grooves with at the same time a - in particular multiple - deflected flow within the airfoil through the first and second flow chambers is favored if the first opening is advantageously chosen not to be excessively large. Therefore, the first opening advantageously has a free cross section (area size of the first opening viewed in a plane of the first partition) which is a maximum of 0.8 times the smallest free cross section (viewed in an area parallel to the top of the crown base) individual relief groove in the first embodiment or the at least two relief grooves together in the second embodiment.

Dabei sollte jedoch vorteilhaft der freie Querschnitt des ersten Durchbruchs zumindest dem 0,2-fachen des freien Querschnitts der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten entsprechen.In this case, however, the free cross section of the first opening should advantageously correspond to at least 0.2 times the free cross section of the relief groove or the relief grooves.

Der Verlauf der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten ist zunächst unerheblich, wobei in einfachster Weise ein geradliniger Verlauf gewählt wird. Alternativ ist es ebenso möglich, dass die dem druckseitigen Wandabschnitt zugewandte Seitenfläche der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten einen bogenförmigen Verlauf entsprechend der Wölbung des druckseitigen Wandabschnitts aufweist bzw. aufweisen. Analog ist es möglich, dass die dem saugseitigen Wandabschnitt zugewandte Seitenfläche der Entlastungsnut bzw. der Entlastungsnuten einen bogenförmigen Verlauf entsprechend der Wölbung des saugseitigen Wandabschnitts aufweist bzw. aufweisen. Insofern folgt die Entlastungsnut dem Verlauf des druckseitigen bzw. saugseitigen Wandabschnitts.The course of the relief groove or the relief grooves is initially irrelevant, a straight course being selected in the simplest way. Alternatively, it is also possible that the side surface of the relief groove or grooves facing the pressure-side wall section has or have an arcuate course corresponding to the curvature of the pressure-side wall section. Analogously, it is possible for the side surface of the relief groove or relief grooves facing the suction-side wall section to form one has or have arcuate course corresponding to the curvature of the suction-side wall section. In this respect, the relief groove follows the course of the pressure-side or suction-side wall section.

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 wegweisende Ende der Entlastungsnut, d. h. das zur Außenseite weisende Ende der Entlastungsnut, näher am druckseitigen Wandabschnitt als das zum Schaufelfuß weisende Ende der Entlastungsnut, d. h. das am Durchbruch angrenzende Ende der Entlastungsnut, gelegen ist.With regard to the use of the cooling air emerging from the relief groove and taking into account the cooling air flow from the second flow chamber to the first flow chamber that prevails in the airfoil, it is also advantageous if the relief groove is inclined. For this purpose, it is advantageous if the end of the relief groove pointing away from the blade root, d. H. the end of the relief groove facing the outside, closer to the pressure-side wall section than the end of the relief groove facing the blade root, d. H. the end of the relief groove adjacent to the opening is located.

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 Herstellung vereinfacht wird.Furthermore, to limit the flow in the relief groove and taking into account the manufacturing possibilities, one relief groove or at least one of the two or more relief grooves widens starting from a smallest free cross section to one end or to both ends of the respective relief groove . In this respect, the flow out of the first flow chamber is limited by the smallest free cross section, the widening of the relief groove simplifying its production.

Die erfindungsgemäße Entlastungsnut wird in besonders vorteilhafter Weise bei einer Trennwand eingesetzt, bei der die erste Strömungskammer an einer abströmseitigen Rand bzw. Hinterkante des Schaufelblattes angeordnet ist. Die an der ersten Strömungskammer angrenzende Hinterkante verbindet den druckseitigen Wandabschnitt mit dem saugseitigen Wandabschnitt. Diesbezüglich ist es unerheblich, ob in der ersten Strömungskammer zum abströmseitigen Rand weisend Elemente zur Strömungsführung und/oder Versteifung des Schaufelblattes vorhanden sind.The relief groove according to the invention is used in a particularly advantageous manner in a partition wall in which the first flow chamber is arranged on an edge or rear edge of the airfoil on the outflow side. The rear edge adjoining the first flow chamber connects the pressure-side wall section with the suction-side wall section. In this regard, it is unimportant whether there are elements for flow guidance and / or stiffening of the airfoil in the first flow chamber facing the edge on the outflow side.

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.In a particularly advantageous manner, 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. For this purpose, the first opening has a free cross section of at most 0.1 times the free cross section of the second opening.

Bei Verwendung einer ersten Trennwand und einer zweiten Trennwand zur Unterteilung des im Schaufelblatt vorhandenen Hohlraums in eine erste Strömungskammer, eine zweite Strömungskammer 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.When using a first partition and a second partition to subdivide the cavity present in the airfoil into a first flow chamber, a second flow chamber and a third flow chamber, it is particularly advantageous if the first flow chamber and the first partition are on the side facing the downstream edge and the the third flow chamber and the second partition wall is arranged on the side of the airfoil facing the edge on the inflow side.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am zum Schaufelfuß weisenden Ende der ersten Trennwand ebenso ein freier dritter Durchbruch vorhanden ist, so dass die Kühlluft von der dritten 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.Furthermore, it is advantageous if there is also a free third opening at the end of the first partition facing the blade root, so that the cooling air from the third flow chamber via the second opening into the second flow chamber and partly via the first opening and mostly via the third opening can flow into the first flow chamber.

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 vorteilhaft, wenn der Kronenboden gegenüber dem Ende der Schaufelwand zurückgesetzt ist, und insofern zumindest abschnittsweise der druckseitige Wandabschnitt und/oder der saugseitige Wandabschnitt den Kronenboden überragt. In weiterer Alternative ist es ebenso möglich, den Kronenboden am Ende der Schaufelwand anzuordnen, dabei jedoch oberhalb des Kronenbodens weitere Rippen oder Stege oder dergleichen vorzusehen. Weiterhin wird in vorteilhafter Weise eine Beschichtung auf dem Kronenboden angebracht. Hierbei kann einerseits vorgesehen sein, dass eine Beschichtung vor der Erzeugung der Entlastungsnut aufgebracht wird. Anderseis ist es vorteilhaft, wenn eine Beschichtung auf dem mit der Entlastungsnut versehenen Kronenboden aufgebracht wird. Die zweite Variante bietet den besonderen Vorteil, dass die Beschichtung zumindest ansatzweise auf die außenseitigen Enden der Seitenflächen der Entlastungsnut aufgetragen werden kann, wodurch dessen Spaltbreite verringert wird. Somit kann die Kühlluftströmung durch die Entlastungsnut reduziert werden, wobei der gewünschteVarious options are available with regard to the arrangement of the crown base on the bucket wall. In a first and simple embodiment, the crown base is located exactly at the end of the blade wall and thus forms the end of the blade. On the other hand, however, it is advantageous if the crown base is set back with respect to the end of the blade wall, and in this respect, at least in sections, the pressure-side wall section and / or the suction-side wall section protrudes beyond the crown base. In another alternative, it is also possible to place the crown bottom at the end of the To arrange the blade wall, but to provide further ribs or webs or the like above the crown base. Furthermore, a coating is advantageously applied to the crown base. Here, on the one hand, it can be provided that a coating is applied before the relief groove is produced. On the other hand, it is advantageous if a coating is applied to the crown base provided with the relief groove. The second variant offers the particular advantage that the coating can be applied at least partially to the outside ends of the side surfaces of the relief groove, whereby its gap width is reduced. Thus, the cooling air flow through the relief groove can be reduced, the desired

Dehnungsfreiraum in hinreichendem Maße erhalten bleibt.Sufficient expansion space is retained.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

In den nachfolgenden Figuren wird eine beispielhafte Turbinenschaufel mit exemplarisch skizzierten Entlastungsnuten gezeigt.In the following figures, an exemplary turbine blade with exemplary sketched relief grooves is shown.

Es zeigen:Show it:

FIG 1FIG 1
eine Turbinenschaufel für ein Beispiel der Erfindung;a turbine blade for an example of the invention;
FIG 2FIG 2
einen Schnitt durch das Schaufelblatt mittig zwischen dem druckseitigem und dem saugseitigem Wandabschnitt;a section through the airfoil centrally between the pressure-side and the suction-side wall section;
FIG 3FIG 3
eine Draufsicht auf das Schaufelblatt mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Entlastungsnut;a plan view of the airfoil with a first embodiment of a relief groove;
FIG 4FIG 4
eine Draufsicht auf das Schaufelblatt mit einer alternativen Anordnung von Entlastungsnuten;a top view of the airfoil with an alternative arrangement of relief grooves;
FIG 5FIG 5
einen Schnitt durch das Schaufelblatt parallel zur ersten Trennwand mit einer schräg gestellten Entlastungnut;a section through the airfoil parallel to the first partition wall with an inclined relief groove;
FIG 6FIG 6
einen Schnitt analog FIG 5 mit einer sich aufweitenden Entlastungsnut.a cut analog FIG 5 with a widening relief groove.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die FIG 1 zeigt exemplarisch eine Turbinenschaufel 01 mit einem Schaufelfuß 02 sowie einem sich am Schaufelfuß anschließenden Schaufelblatt 03. Die Ausführungsform des Schaufelfußes 02 ist für die vorliegende Erfindung unerheblich und insofern soll diesbezüglich nicht näher darauf eingegangen werden. Das Schaufelblatt 03 umfasst zunächst einmal die Schaufelwand 04, welche 04 in diesem Ausführungsbeispiel gebildet wird von einem druckseitigen Wandabschnitt 05 (in Zeichnungsebene 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, welcher wiederum von Strömungskammern 11, 12, 13 gebildet wird. Am freien Ende des Schaufelblattes 03 befindet sich der Kronenboden 07, welcher 07 in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber dem Ende des Schaufelblattes 03 geringfügig zurückgesetzt ist. Innerhalb des Schaufelblatts 03 wird der Hohlraum durch ein erstes Trennelement 08 sowie ein zweites Trennelement 09 in eine erste Strömungskammer 11 zwischen der Hinterkante und der ersten Trennwand 08 sowie einer zweiten Strömungskammer 12 zwischen der ersten Trennwand 08 und der zweiten Trennwand 09 sowie in eine dritte Strömungskammer 13 zwischen der zweiten Trennwand 09 und der Vorderkante unterteilt. Oberseitig ist ansatzweise die Entlastungsnut 21 im Kronenboden 07 zu erkennen.The FIG 1 shows an example of a turbine blade 01 with a blade root 02 and an airfoil 03 adjoining the blade root. The embodiment of the blade root 02 is irrelevant for the present invention and in this respect will not be discussed in more detail in this respect. The blade 03 comprises first of all the blade wall 04, which in this exemplary embodiment is formed by a pressure-side wall section 05 (in the drawing plane at the front) and a suction-side wall section 06 (in the drawing plane at the rear), which 05, 06 extend from a leading edge to extend to a trailing edge. Here, the blade wall 04 encloses a cavity, which in turn is formed by flow chambers 11, 12, 13. At the free end of the blade 03 is the crown base 07, which 07 in this exemplary embodiment is set back slightly in relation to the end of the blade 03. Within the airfoil 03, the cavity is converted into a first flow chamber 11 between the trailing edge and the first partition 08 and a second flow chamber 12 between the first partition 08 and the second partition 09 and into a third flow chamber by a first partition element 08 and a second partition element 09 13 divided between the second partition wall 09 and the front edge. The relief groove 21 in the crown base 07 can be seen to some extent on the upper side.

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 Wandabschnitt 06. Zu erkennen ist zunächst einmal die Schaufelwand 04 mit der Vorderkante sowie der Hinterkante. Oberseitig befindet sich der Kronenboden 07, welcher 07 gegenüber dem Ende der Schaufelwand 04 geringfügig zurückgesetzt ist. Innerhalb des Schaufelblattes 03 befinden sich die erste Trennwand 08 und die zweite Trennwand 09, welche 08, 09 den Hohlraum im Inneren des Schaufelblatts 04 in die erste Strömungskammer 11, die zweite Strömungskammer 12 sowie die dritte Strömungskammer 13 unterteilen. In diesem exemplarischen Beispiel ist vorgesehen, dass eine Kühlluftströmung von der dritten Strömungskammer 13 in die zweite Strömungskammer 12 und nachfolgend in die erste Strömungskammer 11 strömt. Entweichen kann die Kühlluft über an der Hinterkante in der Schaufelwand 04 angeordnete Kühlluftbohrungen 18. Zur Realisierung des Übergangs der Kühlluft von der ersten Strömungskammer 11 zur zweiten Strömungskammer 12 befindet sich zwischen der zweiten Trennwand 09 und dem Kronenboden 07 ein zweiter freier Durchbruch 15.The FIG 2 shows now schematically a section through the blade 03 in a view cut centrally between the pressure-side wall section 05 and the suction-side wall section 06. First of all, the blade wall 04 with the leading edge and the trailing edge can be seen. At the top is the crown base 07, which 07 is set back slightly with respect to the end of the blade wall 04. Inside the airfoil 03 are the first partition 08 and the second partition 09, which 08, 09 form the cavity divide inside the airfoil 04 into the first flow chamber 11, the second flow chamber 12 and the third flow chamber 13. In this exemplary example it is provided that a cooling air flow 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 escape via cooling air bores 18 arranged on the rear edge in the blade wall 04. To realize the transition of the cooling air from the first flow chamber 11 to the second flow chamber 12, there is a second free opening 15 between the second partition wall 09 and the crown base 07.

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 erstreckt sich hierbei mittig über den Durchbruch 14 und ermöglicht somit eine thermische Ausdehnung der Oberseite des Kronenbodens 07 bei gleichzeitigem Halten des druckseitigen Wandabschnitts 05 mit dem saugseitigen Wandabschnitt 06 durch die erste Trennwand 08.To reduce the thermal stresses in the crown base 07 according to the invention, a first free opening 14 is also arranged in the first partition 15 at the end facing the crown base 07. Furthermore, there is at least one relief groove 21 in the crown base 07. This 21 extends centrally over the opening 14 and thus enables thermal expansion of the top of the crown base 07 while at the same time holding the pressure-side wall section 05 with the suction-side wall section 06 by the first partition 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 Wandabschnitt 06 zu erkennen ist. Im Inneren des Schaufelblatts 03 unterhalb des Kronenbodens 07 befinden sich die erste Trennwand 08 und die zweite Trennwand 09. Oberhalb der ersten Trennwand 08 befindet sich die mittig im Kronenboden 07 angeordnete Entlastungsnut 21. Diese 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Länge L, gemessen quer zur Trennwand auf, welche L ungefähr der Breite B der Trennwand entspricht.The FIG 3 now shows a top view of the blade 03, initially again showing the blade wall 04 with the pressure-side wall section 05 and the suction-side wall section 06. Inside the blade 03 below the crown bottom 07 are the first partition 08 and the second partition 09. Above the first partition 08 is the relief groove 21 arranged in the center of the crown bottom 07. In this embodiment, this 21 has a length L, measured transversely to Partition wall, which L corresponds approximately to the width B of the partition wall.

In der nachfolgenden FIG 4 wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel analog der FIG 3 eine Draufsicht auf das Schaufelblatt 03 skizziert. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel werden im Kronenboden 07 anstelle einer einzelnen Entlastungsnut 21 nunmehr drei parallel und versetzt zueinander verlaufende Entlastungsnuten 22a, 22b und 22c eingesetzt. 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 the following FIG 4 is in a further embodiment analogous to FIG 3 a plan view of the airfoil 03 is outlined. In contrast to the previous embodiment Instead of a single relief groove 21, three relief grooves 22a, 22b and 22c running parallel and offset to one another are now used in the crown base 07. These 22, 22b2, 22c here also extend over the first partition wall 08 and are arranged in the middle of the first partition wall 08. The length L of the three relief grooves 22a, 22b and 22c considered together, measured across the first partition 08, is slightly greater than the width B of the first partition 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 gestellt. Dabei befindet sich das oberseitige, nach außen weisende Ende der Entlastungsnut 21 ungefähr mittig im Kronenboden 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 the following FIG 5 the relief groove 21 is sketched as an example in a section parallel to the partition wall 08. In contrast to a straight-line embodiment of the relief groove 21 that is possible perpendicular to the crown base 07, the relief groove 21 is placed at an angle in this exemplary embodiment. The top, outward-facing end of the relief groove 21 is located approximately centrally in the crown base 07 between the pressure-side wall section 05 and the suction-side wall section 06. On the side of the opening 14 above the first partition 08, however, the relief groove 21 is closer to the suction-side wall section .

In FIG 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Entlastungsnut 23 skizziert, wobei die Darstellung analog FIG 5 ausgeführt ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Entlastungsnut 23 mittig zwischen den beiden Enden der Entlastungsnut 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.In FIG 6 a further exemplary embodiment for a relief groove 23 is sketched, the representation being analogous FIG 5 is executed. In this exemplary embodiment, the relief groove 23 has a smallest cross section in the middle between the two ends of the relief groove, from which the relief groove 23 widens in both directions, ie inwards and outwards. On the one hand, this enables the cooling air to be limited and, on the other hand, it simplifies the manufacture of the relief groove 23.

Claims (9)

  1. Turbine blade (01) for a gas turbine,
    having a blade root (02) and having an aerodynamically curved blade airfoil (03), which (03) has a blade wall (04) and has a crown base (07) which is arranged at the free end of the blade airfoil (03), wherein the blade wall (04) comprises a pressure-side and a suction-side wall section (05, 06) and encloses at least one first and one second flow chamber (11,12), between which (11,12) a first separating wall (08), which connects the wall sections (05, 06), is arranged, wherein the first separating wall (08) has, at the end pointing toward the crown base (07), a through-passage (14) for connecting the first flow chamber to the second flow chamber (11,12), and wherein at least one cooling-air opening is present in the crown base (07),
    the cooling-air opening being formed as a single relief groove (21,23), or being formed by at least two relief grooves (22a,22b,22c) which are arranged next to one another in an offset manner, the individual or combined minimum length (L) of which (21,22a,22b,22c,23) corresponds to at least 0.5 times the width (B) of the first separating wall (08) and which (21,22a,22b,22c,23), on both sides, extends/extend individually or in combination to beyond the through-passage (14), characterized
    in that a second separating wall (09) is arranged adjacent to the second flow chamber (12) and a third flow chamber (13) is arranged opposite the first flow chamber (11), and
    in that a second through-passage (15) is present between the second separating wall (09) and the crown base (07), which (15) has at least 2 times, in particular at least 5 times or in particular at least 10 times, the free cross section of the first through-passage (14).
  2. Turbine blade (01) according to Claim 1,
    characterized
    in that the relief groove (21,23) or the relief grooves (22a,22b,22c) in combination is/are arranged centrally between the wall sections (05, 06) and/or centrally with respect to the first separating wall (08).
  3. Turbine blade (01) according to Claim 1 or 2,
    characterized
    in that the relief groove (21,23) or the relief grooves (22a,22b,22c) in combination has/have at least a minimum length (L), measured transversely to the separating wall (08), corresponding to the width (B) of the separating wall (08), wherein in particular the relief grooves (22a,22b,22c) each have a length of at least 0.3 times the width (B) of the first separating wall (08).
  4. Turbine blade (01) according to one of Claims 1 to 3,
    characterized
    in that the height of the first through-passage (14) perpendicular to the crown base (07) corresponds to at least 0.5 times and/or at most 2 times the thickness of the crown base (07) .
  5. Turbine blade (01) according to one of Claims 1 to 4,
    characterized
    in that the free cross section of the first through-passage (14) is at least 0.2 times and/or at most 0.8 times the minimum free cross section of the relief groove (21,23) or of the relief grooves (22a,22b,22c) in combination.
  6. Turbine blade (01) according to one of Claims 1 to 5,
    characterized
    in that those side surfaces of the relief groove (21,23) or of the relief grooves (22a,22b,22c) which face the wall sections (05, 06) have a rectilinear profile, or an arcuate profile corresponding to the curvature of the respective wall section (05, 06).
  7. Turbine blade (01) according to one of Claims 1 to 6,
    characterized
    in that the first flow chamber (11) is arranged adjacent to an outflow-side edge of the blade airfoil (03).
  8. Turbine blade (01) according to one of Claims 1 to 7,
    characterized
    in that the first separating wall (14) is arranged facing the outflow-side edge, and the second separating wall (15) is arranged facing the inflow-side edge, of the blade airfoil (03) .
  9. Turbine blade (01) according to one of Claims 1 to 8,
    characterized
    in that the pressure-side and/or the suction-side wall section (05, 06), in particular the blade wall (04), projects beyond the crown base (07) at least in sections.
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