WO2005005785A1 - Gekühlte schaufel für eine gasturbine - Google Patents

Gekühlte schaufel für eine gasturbine Download PDF

Info

Publication number
WO2005005785A1
WO2005005785A1 PCT/EP2004/051309 EP2004051309W WO2005005785A1 WO 2005005785 A1 WO2005005785 A1 WO 2005005785A1 EP 2004051309 W EP2004051309 W EP 2004051309W WO 2005005785 A1 WO2005005785 A1 WO 2005005785A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
cooling
bores
flow
cooling channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/051309
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shailendra Naik
Sacha Parneix
Ulrich Rathmann
Helene Saxer-Felici
Stefan Schlechtriem
Beat Von Arx
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Priority to CN2004800260342A priority Critical patent/CN1849439B/zh
Priority to MXPA06000402A priority patent/MXPA06000402A/es
Priority to EP04766104.6A priority patent/EP1644614B1/de
Priority to KR1020067000708A priority patent/KR101146158B1/ko
Priority to CA2531754A priority patent/CA2531754C/en
Priority to ES04766104.6T priority patent/ES2436750T3/es
Publication of WO2005005785A1 publication Critical patent/WO2005005785A1/de
Priority to US11/330,268 priority patent/US7264445B2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/185—Two-dimensional patterned serpentine-like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/211—Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas turbine technology. It relates to a cooled blade for a gas turbine according to the preamble of claim 1.
  • Such a blade is e.g. known from US-A-4,278,400.
  • FIG. 1 shows a basic configuration of such a shovel with a shroud.
  • the blade 10 comprises an airfoil 11 which merges downwards into a blade root 12 via a blade shaft 25. At the upper end, the airfoil 11 merges into a shroud section 21 which, in the case of a complete shroud, together with the shroud sections of the other
  • Blades form a closed, ring-shaped shroud.
  • the airfoil 11 has a leading edge 19, which is flown by the hot gas, and a rear edge 20.
  • a plurality of radial cooling channels 13, 14 and 15 are arranged, which are connected to one another in terms of flow by deflection regions 17, 18 and one Form a serpentine with several turns (see the flow arrows in the cooling channels 13, 14, 15 of FIG. 1).
  • the cooling medium Due to the one-time passage of the cooling medium through the serpentine cooling channels 13, 14, 15, the cooling medium flows through the cooling channels with increasing temperature and reaches the highest temperature in the last cooling channel 15 of the rear edge 20.
  • the rear edge 20 of the blade 10 can therefore be below certain excessive operating temperatures of the cooling medium and the blade material or metal.
  • the resulting mismatch of the metal temperature over the axial length of the blade can lead to high temperature creep and consequently to the deformation of the trailing edge 20.
  • the secondary effect of the trailing edge deformation is a tilting of the shroud segments 21 in the axial, radial and circumferential direction.
  • the tilting of the shroud segments 21 can lead to the gaps between individual shroud segments opening and the entry of high-temperature hot gas into the shroud cavity.
  • the temperatures of the shroud metal can rise significantly and quickly cause the shroud to creep and ultimately lead to the high-temperature failure of the shroud.
  • This known type of multiple supply with cooling medium has various disadvantages: the injector changes the pressure conditions and flow conditions in the cooling ducts massively compared to the configuration with single supply through the entrance of the cooling duct at the front edge. In particular, a balance must be found between the cooling medium flowing out at the front edge for film cooling and the cooling medium drawn in by the injector. This requires a completely new design of the blade cooling, which is difficult to adapt to changing requirements.
  • the injector principle and the associated negative pressure generation are not suitable for blades without film cooling of the leading edge and blades with a cooled shroud.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is that the additional flow is supplied via bores which run transversely through the blade or the blade shaft and are directly or indirectly connected to the deflection region.
  • the pressure and the temperature of the additional flow supplied through the core opening are the same as for the main flow flowing into the main cooling inlet.
  • the holes can open directly into the deflection area. However, they can also open into a radially extending channel below the deflection area, which is connected to the deflection area.
  • a first preferred embodiment of the invention is characterized in that a radially oriented core opening is provided in the blade root and that the bores run through the blade shaft and open into the core opening.
  • At least two bores lying opposite one another are provided which run obliquely upward in the direction of flow and each form an angle between 30 ° and 90 ° with the vertical.
  • the bores are staggered in the radial and axial directions, the bores having a predetermined inner diameter, the radial distance of the bores, standardized to the inner diameter, in the range between 1 and 4, the axial distance, standardized to the inner diameter, in the range is between 0 and 3, and the radial distance of the upper bore from the second deflection area, normalized to the inside diameter, is in the range between 1 and 4.
  • second means are provided which ensure that the main flow of the cooling medium through the first cooling channel remains essentially unchanged despite the addition of the additional flow.
  • the second means comprise additional outlet openings which are arranged between the main cooling inlet and the second deflection area and through which a partial flow of the main flow of the cooling medium emerges.
  • the blade has a shroud section at the upper end and the additional outlet openings are bores arranged in the shroud section. This also enables significantly improved cooling of the shroud.
  • FIG. 1 shows in longitudinal section the configuration of a cooled gas turbine blade with multiple supply of the cooling medium and cooled cover band according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows the foot region of the blade from FIG. 1 in an enlarged view with two bores for supplying the additional cooling medium flow; 3, 4 each show a section through the base of the blade from FIG. 2 in a plane perpendicular to the section plane of FIG. 2 through one of the two bores for supplying the additional coolant flow;
  • FIGS. 1, 2 shows a top view of the shroud section of the blade from FIGS. 1, 2;
  • FIG. 6-8 different sections through the shroud area of the blade from Fig. 1, 2 along the parallel sectional planes A-A, B-B and C-C shown in Fig. 5.
  • FIGS. 1 to 4 A preferred embodiment of a cooled gas turbine blade with multiple supply of the cooling medium according to the invention is shown in FIGS. 1 to 4.
  • the main flow of the cooling medium in the area of the blade shaft 25 enters the cooling channel 13 from below through a main cooling inlet 16 and partly passes through openings in the shroud section 21 (bores 27,..., 29 in FIGS. 5 to 8) and partly along the rear edge 20 again (see the arrows drawn in FIG. 1 on the shroud section 21 and on the rear edge 20).
  • Additional cooling medium is supplied through the blade shaft 25 and a core opening 24 present in the blade root by means of two bores 22, 23.
  • the bores 22, 23 are - as can be clearly seen from FIGS. 2 to 4 - staggered in the radial and in the axial direction and lie opposite one another (FIGS. 3, 4).
  • the bores 22, 23 are inclined at an angle between 30 ° and 90 ° to the vertical, whereby they run obliquely upwards in the direction of flow (from the outside inwards).
  • the bores 22, 23 end in the core opening 24 in the blade root 12. They are thus incorporated in the area of the blade 10 that serves to support and remove the cast core and is therefore available anyway.
  • the bores 22, 23 can also extend further up and open directly into the deflection area 18. Furthermore, it is conceivable to provide a radially arranged quartz rod instead of the core opening, which ensures a connection of the bores to the deflection area.
  • the purpose of the multiple supply of cooling medium is to introduce cooler cooling medium directly into the rear edge area of the blade 10. This introduction takes place in such a way that the main flow of the cooling medium supplied through the main cooling inlet 16 is prevented or blocked as little as possible.
  • the axial distance x between the bores 22 and 23 is, normalized to the diameter d of the bores 22, 23, preferably in a range of x / d between 0 and 3 (see FIG. 2).
  • the radial distance y between the bores 22 and 23 is, normalized to the diameter d, preferably in a range of y / d between 1 and 4 (see FIG. 2).
  • the distance of the upper bore 22 normalized to d from the second inner deflection area 18 is preferably in a range of 1 / d between 1 and 4 (FIG. 2).
  • further bores 27, 28, 29 are provided in the shroud section 21 of the blade (FIGS. 5 to 8).
  • the purpose of these additional bores 27, 28, 29 is to ensure that the mass flow of the cooling medium in the front cooling channel 13 remains largely unchanged despite the supply of the additional cooling medium through the bores 23, 24.
  • the cooling medium emerging through the bores 27, 28, 29 serves to actively cool the shroud section.
  • the cooling bores 27, 28, 29 in the shroud section 21 preferably have an inner diameter in the range between 0.6 mm and 4 mm. All three bores 27, 28, 29 are positioned and dimensioned on the shroud section 21 in such a way that an uneven beam penetration into the main stream of the shroud cavity takes place.
  • the cooling medium has the same pressure and the same temperature. There is therefore a mixture of the cooling medium main flow with the additional flow within the deflection region 18, which leaves the pressure and the flow rate largely unchanged.
  • the main flow is deflected by approximately 135 °.
  • the additional flow is then advantageously supplied at a point of the deflection area 18 where a deflection of approximately 90 ° has already taken place. If - starting from a blade configuration without multiple supply of the cooling medium - bores 22, 23 and 27,..., 29 are provided in the region of the blade root 12 and in the shroud section 21 according to FIG. 1, the cooling in the region is provided the trailing edge 20 is significantly improved without the main cooling flow and thus the cooling of the remaining blade being changed. Active cooling of the shroud section 21 is also obtained.
  • the blade does not have a shroud through which a part of the cooling medium flow exits, it is necessary to expand the cross section of the second cooling channel 15 so that it takes into account the additional flow mixed in the second deflection area 18.

Landscapes

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

Abstract

Eine gekühlte Schaufel (10) für eine Gasturbine weist ein von einem Schaufelfuss (12) und einem Schaufelschaft (25) ausgehendes Schaufelblatt (11) mit einer Vor­derkante (19) und einer Hinterkante (20) sowie innerhalb des Schaufelblatts (11) eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden, strömungsmässig hin­tereinandergeschalteten Kühlkanälen (13, 14, 15) auf, von denen ein erster Kühl­kanal(13) entlang der Vorderkante (19) und ein zweiter Kühlkanal (15) entlang der Hinterkante (20) vom Schaufelfuss (12) zur Spitze des Schaufelblattes (11) von einem Hauptstrom eines Kühlmediums durchströmt werden und der Ausgang des ersten Kühlkanals (13) über einen über einen ersten Umlenkbereich (17), einen zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal (13, 15) angeordneten dritten Kühlkanal (14), und einen zweiten Umlenkbereich (18) mit dem Eingang des zweiten Kühlkanals (15) in Verbindung steht. Es sind erste Mittel (22, 23, 24) vorgesehen, durch welche dem vom dritten Kühlkanal (14) in den zweiten Kühlkanal (15) strömenden, aufgewärmten Hauptstrom des Kühlmediums von aussen ein Zusatzstrom kühleren Kühlmediums zugesetzt wird, wobei es sich um Bohrungen in Bereich des Schaufelfusses handelt.

Description

BESCHREIBUNG
GEKÜHLTE SCHAUFEL FÜR EINE GASTURBINE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinentechnik. Sie betrifft eine gekühlte Schaufel für eine Gasturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Schaufel ist z.B. aus der Druckschrift US-A-4,278,400 bekannt.
STAND DER TECHNIK
Bei modernen Gasturbinen mit hohem Wirkungsgrad werden mit einem Deckband versehene Schaufeln eingesetzt, die während des Betriebes Heissgasen mit Temperaturen von mehr als 1200 K und Drücken von mehr als 6 bar ausgesetzt sind. In Fig. 1 ist eine grundlegende Konfiguration einer solchen Schaufel mit Deckband dargestellt. Die Schaufel 10 umfasst ein Schaufelblatt 11, dass nach unten zu über einen Schaufelschaft 25 in einen Schaufelfuss 12 übergeht. Am oberen Ende geht das Schaufelblatt 11 in einen Deckbandabschnitt 21 über, der bei einem vollstän- digen Schaufelkranz zusammen mit den Deckbandabschnitten der anderen
Schaufeln ein geschlossenes, ringförmiges Deckband bildet. Das Schaufelblatt 11 hat eine Vorderkante 19, die von dem Heissgas angeströmt wird, und eine Hinterkante 20. Im Inneren des Schaufelblattes 11 sind mehrere radiale Kühlkanäle 13, 14 und 15 angeordnet, die durch Umlenkbereiche 17, 18 untereinander strö- mungsmässig verbunden sind und eine Serpentine mit mehreren Windungen bilden (siehe die Strömungspfeile in den Kühlkanälen 13, 14, 15 der Fig. 1).
Aufgrund des Einmaldurchlaufs des Kühlmediums durch die serpentinenartig hin- tereinandergeschalteten Kühlkanäle 13, 14, 15 strömt das Kühlmedium mit zu- nehmender Temperatur durch die Kühlkanäle und erreicht die höchste Temperatur im letzten Kühlkanal 15 der Hinterkante 20. Die Hinterkante 20 der Schaufel 10 kann daher unter bestimmten Betriebsbedingungen übermässige hohe Temperaturen des Kühlmediums und des Schaufelmaterials bzw. -metalls erreichen. Die sich daraus ergebende Fehlanpassung der Metalltemperatur über die axiale Länge der Schaufel kann zum Hochtemperaturkriechen und folglich zur Deformation der Hinterkante 20 führen. Für eine Schaufel mit Deckband, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ergibt sich als sekundärer Effekt der Hinterkantendeformation eine Verkippung der Deckbandsegmente 21 in axialer, radialer und Umfangsrichtuπg. Die Verkippung der Deckbandsegmente 21 kann dazu führen, dass sich die Spalte zwischen einzelnen Deckbandsegmenten öffnen und den Eintritt von Hochtempe- ratur-Heissgas in den Deckband-Hohlraum ermöglichen. Infolge davon können sich die Temperaturen des Deckband- etalls signifikant erhöhen und schnell ein Kriechen des Deckbandes einleiten und schliesslich zum Hochtemperaturausfall des Deckbandes führen.
In der eingangs genannten Druckschrift US-A-4,278,400 ist für Schaufeln mit gekühlter Spitze und fein verteilten Kühlöffnungen an der Vorderkante (Filmkühlung) bereits eine Mehrfachversorgung bei der Kühlung der Schaufel vorgeschlagen worden. Am Ende einer 90°-Umlenkung des Hauptkühlstromes ist quer zur Strömungsrichtung des Hauptkühlstromes ein Ejektor angeordnet, durch den ein zusätzlicher Strom kühleren Kühlmediums in den an der Hinterkante entlanglaufen- den Kühlkanal injiziert wird. Der Ejektor wird über einen radial durch den Fuss laufenden Kanal mit Kühlmedium versorgt. Das aus der Düse des Ejektors mit erhöhter Geschwindigkeit ausströmende Kühlmedium erzeugt einen Unterdruck, der das erwärmte Kühlmedium aus dem Kühlkanal der Vorderkante in den Kühlkanal der Hinterkante zieht. Etwa 45% des an der Vorderkante entlangströmenden Kühlmediums treten durch die Kühlöffnungen an der Vorderkante aus. 40% werden durch den Injektor angesaugt. Der Rest tritt durch Kühlöffnungen an der Schaufelspitze aus.
Diese bekannte Art der Mehrfachversorgung mit Kühlmedium hat verschiedene Nachteile: Durch den Injektor werden die Druckverhältnisse und Strömungsverhältnisse in den Kühlkanälen gegenüber der Konfiguration mit Einfachversorgung durch den Eingang des Kühlkanals an der Vorderkante massiv verändert. Insbesondere muss ein Gleichgewicht zwischen dem an der Vorderkante zur Filmkühlung ausströmenden Kühlmedium und dem durch den Injektor angesaugten Kühl- medium gefunden und eingestellt werden. Dies bedingt eine völlig neue konstruktive Auslegung der Schaufelkühlung, die nur schwer an sich ändernde Anforderungen angepasst werden kann. Das Injektorprinzip und die damit verbundene Unterdruckerzeugung ist nicht geeignet für Schaufeln ohne Filmkühlung der Vorderkante und Schaufeln mit gekühltem Deckband.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gekühlte Schaufel für Gasturbinen mit Mehrfachversorgung des Kühlmediums zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Schaufeln vermeidet, auf schaufeln mit gekühltem Deckband und ohne Filmkühlung der Vorderkante anwendbar ist, und sich auch bei vorhandenen Schaufelkonfigurationen leicht und ohne grossen zusätzlichen Aufwand verwirklichen lässt.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Zusatzstrom über quer durch die Schaufel bzw. den Schaufelschaft verlaufende, mit dem Umlenkbereich direkt oder indirekt in Verbindung stehende Bohrungen zugeführt wird. Der Druck und die Temperatur des durch die Kernöffnung zugeführten Zusatzstroms sind dabei dieselben, wie beim in den Hauptkühleinlass einströmenden Hauptstrom. Durch die Zuführung über die Bohrungen wird eine Mischung der beiden Ströme erreicht, die zu einer deutlich verbesserten Kühlung der Hinterkante der Schaufel führt.
Die Bohrungen können direkt in den Umlenkbereich münden. Sie können aber auch in einen radial verlaufenden Kanal unterhalb des Umlenkbereiches münden, der mit dem Umlenkbereich in Verbindung steht.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Schaufelfuss eine radial orientierte Kernöffnung vorgesehen ist, und dass die Bohrungen durch den Schaufel schaft verlaufen und in die Kernöffnung münden.
Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens zwei einander gegenüberliegende Bohrungen vorgesehen welche in Strömungsrichtung schräg nach oben verlaufen und mit der Vertikalen jeweils einen Winkel zwischen 30° und 90° einschliessen. Insbesondere sind die Bohrungen in radialer und axialer Richtung gestaffelt angeordnet, wobei die Bohrungen einen vorgegebenen Innendurchmesser aufweisen, der radiale Abstand der Bohrungen, normiert auf den Innendurchmesser, im Bereich zwischen 1 und 4 liegt, der axiale Abstand, normiert auf den Innendurchmesser, im Bereich zwischen 0 und 3 liegt, und der radiale Abstand der oberen Bohrung von dem zweiten Umlenkbereich, normiert auf den Innendurchmesser, im Bereich zwischen 1 und 4 liegt. Für die Realisierung der Mehrfachzuführung bei bereits vorliegenden Schaufelkonfigurationen ist es besonders günstig, wenn gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zweite Mittel vorgesehen sind, welche sicherstellen, dass der Hauptstrom des Kühlmediums durch den ersten Kühlkanal trotz dem Zusetzen des Zusatzstromes im wesentlichen unverändert bleibt. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass die zweiten Mittel zusätzliche Auslassöffnungen umfassen, welche zwischen dem Hauptkühleinlass und dem zweiten Umlenkbereich angeordnet sind, und durch welche ein Teilstrom des Hauptstroms des Kühlmediums austritt. Besonders günstig ist es dabei, wenn gemäss einer Weiterbildung die Schaufel am oberen Ende einen Deckbandabschnitt aufweist, und die zusätzlichen Auslassöffnungen im Deckbandabschnitt angeordnete Bohrungen sind. Hierdurch wird gleichzeitig eine deutlich verbesserte Kühlung des Deckbandes ermöglicht.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 im Längsschnitt die Konfiguration einer gekühlten Gasturbinenschaufel mit Mehrfachversorgung des Kühlmediums und gekühl- tem Deckband gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 den Fussbereich der Schaufel aus Fig. 1 in einer vergrösserten Darstellung mit zwei Bohrungen zur Zuführung des Kühlmedium- Zusatzstroms; Fig. 3, 4 jeweils einen Schnitt durch den Fuss der Schaufel aus Fig. 2 in einer zu der Schnittebene der Fig. 2 senkrechten Ebene durch eine der beiden Bohrungen zur Zuführung des Kühlmedium-Zu- satzstroms;
Fig. 5 in der Draufsicht von oben den Deckbandabschnitt der Schaufel aus Fig. 1 , 2; und
Fig. 6-8 verschiedene Schnitte durch den Deckbandbereich der Schaufel aus Fig. 1 , 2 entlang der in Fig. 5 eingezeichneten parallelen Schnittebenen A-A, B-B und C-C.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer gekühlten Gasturbinenschaufel mit Mehrfachzuführung des Kühlmediums gemäss der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 4 wiedergegeben. Der Hauptstrom des Kühlmediums tritt im Bereich des Schaufelschaftes 25 durch einen Hauptkühleinlass 16 von unten in den Kühlkanal 13 ein und tritt teilweise durch Öffnungen im Deckbandabschnitt 21 (Bohrungen 27, ..,29 in Fig. 5 bis 8) und teilweise entlang der Hinterkante 20 wieder aus (siehe die in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile am Deckbandabschnitt 21 und an der Hinterkante 20).
Zusätzliches Kühlmedium wird durch den Schaufelschaft 25 und eine im Schau- felfuss vorhanden Kemöffnuπg 24 mittels zweier Bohrungen 22, 23 zugeführt. Die Bohrungen 22, 23 sind - wie aus den Fig. 2 bis 4 gut erkennbar ist - in radialer und in axialer Richtung gestaffelt und liegen einander gegenüber (Fig. 3, 4). Die Bohrungen 22, 23 sind mit einem Winkel zwischen 30° und 90° gegen die Verti- kale geneigt, wobei sie in Strömungsrichtung (von aussen nach innen) schräg nach oben verlaufen. Die Bohrungen 22, 23 enden in der Kernöffnung 24 im Schaufelfuss 12. Sie sind damit in dem Bereich der Schaufel 10 eingearbeitet, der zum Abstützen und zum Entfernen des Gusskernes dient und damit ohnehin vorhanden ist. Ist keine Kernöffnung vorhanden, d.h., hat der Umlenkbereich 18 keine Verbindung nach aussen, können die Bohrungen 22, 23 aber auch weiter oben verlaufen und direkt in den Umlenkbereich18 münden. Weiterhin ist es denkbar, anstelle der Kernöffnung einen radial angeordneten Quarzstab vorzusehen, der eine Verbindung der Bohrungen mit dem Umlenkbereich sicherstellt.
Der Zweck der Mehrfachzuführung von Kühlmedium besteht darin, kühleres Kühlmedium direkt in den Hinterkantenbereich der Schaufel 10 einzuführen. Diese Einführung geschieht so, dass der durch den Hauptkühleinlass 16 zugeführte Hauptstrom des Kühlmediums möglichst wenig behindert bzw. blockiert wird. Der axiale Abstand x zwischen den Bohrungen 22 und 23 liegt, normiert auf den Durchmesser d der Bohrungen 22, 23, vorzugsweise in einem Bereich von x/d zwischen 0 und 3 (siehe Fig. 2). Der radiale Abstand y zwischen den Bohrungen 22 und 23 liegt, normiert auf den Durchmesser d, vorzugsweise in einem Bereich von y/d zwischen 1 und 4 (siehe Fig. 2). Der auf d normierte Abstand der oberen Bohrung 22 vom zweiten inneren Umlenkbereich 18 liegt vorzugsweise in einem Bereich von l/d zwischen 1 und 4 (Fig. 2).
Zusätzlich zu dieser Zuführung von kälterem Kühlmedium sind im Deckbandabschnitt 21 der Schaufel 10 weitere Bohrungen 27, 28, 29 vorgesehen (Fig. 5 bis 8). Der Zweck dieser zusätzlichen Bohrungen 27, 28, 29 besteht darin, sicherzustellen, dass der Massenstrom des Kühlmediums im vorderen Kühlkanal 13 trotz der Zuführung des zusätzlichen Kühlmediums durch die Bohrungen 23, 24 weitgehend unverändert bleibt. Gleichzeitig dient das durch die Bohrungen 27, 28, 29 austretende Kühlmedium dazu, den Deckbandabschnitt aktiv zu kühlen. Die Kühlbohrungen 27, 28, 29 im Deckbandabschnitt 21 haben vorzugsweise einen Innendurchmesser im Bereich zwischen 0,6 mm und 4 mm. Alle drei Bohrungen 27, 28, 29 sind am Deckbandabschnitt 21 so positioniert und dimensioniert, dass eine un- gleichmassige Strahldurchdringung in den Hauptstrom des Deckbandhohlraums stattfindet. An beiden Zuführungsstellen des Kühlmediums am Hauptkühleinlass 16 und an den Bohrungen 22, 23 hat das Kühlmedium denselben Druck und dieselbe Temperatur. Es findet daher eine Mischung des Kühlmedium-Hauptstroms mit dem Zusatzstrom innerhalb des Umlenkbereiches 18 statt, der den Druck und die Strömungsgeschwindigkeit weitgehend unverändert lässt. Im Umlenkbereich 18 erfolgt eine Umlenkung des Hauptstromes um etwa 135°. Der Zusatzstrom wird dann mit Vorteil an einem Punkt des Umlenkbereiches 18 zugeführt, wo bereits eine Umlenkung um etwa 90° erfolgt ist. Werden - ausgehend von einer Schaufelkonfiguration ohne Mehrfachzuführung des Kühlmediums - im Bereich des Schaufelfusses 12 und im Deckbandabschnitt 21 gemäss Fig. 1 Bohrungen 22, 23 bzw. 27,..,29 für die Zufuhr und Abfuhr von Kühlmedium vorgesehen, wird die Kühlung im Bereich der Hinterkante 20 deutlich verbessert, ohne dass der Hauptkühlstrom und damit die Kühlung der übrigen Schaufel verändert wird. Zusätzlich gewonnen wird eine aktive Kühlung des Deckbandabschnitts 21.
Hat die Schaufel kein Deckband, durch welches ein Teil des Kühlmediumstromes austritt, ist es notwendig, den Querschnitt des zweiten Kühlkanals 15 so zu erweitern, dass er dem im zweiten Umlenkbereich 18 zugemischte Zusatzstrom Rechnung trägt.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Schaufel
11 Schaufelblatt
12 Schaufelfuss
13,14,15 Kühlkanal
16 Hauptkühleinlass
17,18 Umlenkbereich
19 Vorderkante
20 Hinterkante
21 Deckbandabschnitt
22,23 Bohrung 24 Kernöffnung
25 Schaufelschaft 27,..,29 Bohrung d Innendurchmesser der Bohrungen 22, 23
I Abstand der oberen Bohrung 22 vom zweiten Umlenkbereich y Abstand der Bohrungen 22, 23 in radialer Richtung x Abstand der Bohrungen 22, 23 in axialer Richtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Gekühlte Schaufel (10) für eine Gasturbine, mit einer Einbau- Radialrichtung und einer Einbau-Axialrichtung, welche Schaufel (10) ein von einem Schaufelfuss (12) und einem Schaufelschaft (25) ausgehendes und sich in Radialrichtung erstreckendes Schaufelblatt (11) aufweist, und wobei das Schaufelblatt eine Vorderkante (19) und eine Hinterkante (20) sowie innerhalb des Schaufelblatts (11 ) eine Mehrzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden, strömungsmässig hintereinandergeschalteten Kühlkanälen (13, 14, 15) aufweist, von denen ein erster Kühlkanal (13) entlang der Vorderkante (19) angeordnet ist und ein zweiter Kühlkanal (15) entlang der Hinterkante (20) angeordnet ist, welcher erste und zweite Kühlkanal eine sich vom Schaufelfuss (12) ausgehend in Einbau-Radialrichtung erstreckende Durchströmungsrichtung für einen Hauptstrom eines Kühlmediums aufweisen, und wobei ein stromabwartiges Ende des ersten Kühlkanals (13) über einen über einen ersten Umlenkbereich (17), einen zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal (13, 15) angeordneten dritten Kühlkanal (14), und einen zweiten Umlenkbereich (18) mit einem zuströmseitigen Ende des zweiten Kühlkanals (15) in Fluidverbindung steht, und wobei erste Mittel (22, 23) vorgesehen sind, durch welche dem vom dritten Kühlkanal (14) in den zweiten Kühlkanal (15) strömenden, aufgewärmten Hauptstrom des Kühlmediums von aussen ein Zusatzstrom Kühlmediums zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel Bohrungen (22, 23) umfassen, welche mit dem zweiten Umlenkbereich (18) in Verbindung stehen.
2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaufelfuss (12) eine in Einbau-Radialichtung orientierte Kemöffnung (24) angeordnet ist, und, dass die Bohrungen (22, 23) durch den Schaufelschaft (25) verlaufen und in die Kernöffnung (24) münden.
3. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei einander gegenüberliegende Bohrungen (22, 23) vorgesehen sind, deren Mündung im Schaufelinneren zum Schaufelkopf weist und welche mit der Einbau-Radialrichtung jeweils einen Winkel zwischen 30° und 90° einschliessen.
4. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (22, 23) in Einbau-Radialrichtung und in Einbau-Axialrichtung gegenseitig versetzt angeordnet sind.
5. Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrun- gen (22, 23) einen vorgegebenen Innendurchmesser (d) aufweisen, dass der
Abstand (y) der Bohrungen (22, 23) in Einbau-Radialrichtung, bezogen auf den Innendurchmesser (d), im Bereich zwischen 1 und 4 liegt, und dass der Abstand (x) in Einbau-Axialrichtung, bezogen auf den Innendurchmesser (d), im Bereich zwischen 0 und 3 liegt.
6. Schaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (I) der oberen Bohrung (22) von dem zweiten Umlenkbereich (18), bezogen auf den Innendurchmesser (d), im Bereich zwischen 1 und 4 liegt.
7. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Mittel (27,..,29) vorgesehen sind, welche sicherstellen, dass der Hauptstrom des Kühlmediums durch den ersten Kühlkanal (13) trotz dem Zusetzen des Zusatzstromes im wesentlichen unverändert bleibt.
8. Schaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten
Mittel zusätzliche Auslassöffnungen (27,..,29) umfassen, welche zwischen dem Hauptkühleinlass (16) und dem zweiten Umlenkbereich (18) angeordnet sind, und durch welche ein Teilstrom des Hauptstroms des Kühlmediums austritt.
9. Schaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel
(10) am oberen Ende einen Deckbandabschnitt (21 ) aufweist, und dass die zu- sätzlichen Auslassöffnungen im Deckbandabschnitt (21 ) angeordnete Bohrungen (27,..,29) sind.
10. Schaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckbandabschnitt wenigstens drei Bohrungen (27, ..,29) vorgesehen sind, welche einen Innendurchmesser im Bereich zwischen 0,6 mm und 4 mm aufweisen.
11. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanal (15) eine Querschnittserweiterung entsprechend dem zugemischten Zusatzstrom aufweist.
PCT/EP2004/051309 2003-07-12 2004-06-30 Gekühlte schaufel für eine gasturbine WO2005005785A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2004800260342A CN1849439B (zh) 2003-07-12 2004-06-30 用于燃气轮机的被冷却的叶片
MXPA06000402A MXPA06000402A (es) 2003-07-12 2004-06-30 Alabe o paleta enfriada para turbina de gas.
EP04766104.6A EP1644614B1 (de) 2003-07-12 2004-06-30 Gekühlte schaufel für eine gasturbine
KR1020067000708A KR101146158B1 (ko) 2003-07-12 2004-06-30 가스 터빈용 피냉각 블레이드 또는 베인
CA2531754A CA2531754C (en) 2003-07-12 2004-06-30 Cooled blade or vane for a gas turbine
ES04766104.6T ES2436750T3 (es) 2003-07-12 2004-06-30 Pala refrigerada para una turbina de gas
US11/330,268 US7264445B2 (en) 2003-07-12 2006-01-12 Cooled blade or vane for a gas turbine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331635.3 2003-07-12
DE10331635.3A DE10331635B4 (de) 2003-07-12 2003-07-12 Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US11/330,268 Continuation US7264445B2 (en) 2003-07-12 2006-01-12 Cooled blade or vane for a gas turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005005785A1 true WO2005005785A1 (de) 2005-01-20

Family

ID=33560081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/051309 WO2005005785A1 (de) 2003-07-12 2004-06-30 Gekühlte schaufel für eine gasturbine

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7264445B2 (de)
EP (1) EP1644614B1 (de)
KR (2) KR101146158B1 (de)
CN (1) CN1849439B (de)
AR (1) AR046072A1 (de)
CA (1) CA2531754C (de)
DE (1) DE10331635B4 (de)
ES (1) ES2436750T3 (de)
MX (1) MXPA06000402A (de)
TW (1) TWI338075B (de)
WO (1) WO2005005785A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101586477B (zh) * 2008-05-23 2011-04-13 中国科学院工程热物理研究所 一种具有射流冲击作用的扰流挡板强化传热装置
CH699999A1 (de) 2008-11-26 2010-05-31 Alstom Technology Ltd Gekühlte schaufel für eine gasturbine.
EP2236746A1 (de) * 2009-03-23 2010-10-06 Alstom Technology Ltd Gasturbine
US8545170B2 (en) * 2009-10-27 2013-10-01 General Electric Company Turbo machine efficiency equalizer system
US20130052035A1 (en) * 2011-08-24 2013-02-28 General Electric Company Axially cooled airfoil
US9032733B2 (en) 2013-04-04 2015-05-19 General Electric Company Turbomachine system with direct header steam injection, related control system and program product
KR102230700B1 (ko) * 2017-09-12 2021-03-23 한국기계연구원 가스 터빈용 블레이드
KR20200021594A (ko) 2018-08-21 2020-03-02 이재진 어린이 보호구역 차단기
KR20200069876A (ko) 2018-12-07 2020-06-17 연세대학교 산학협력단 냉각 성능 향상을 위한 단락요철 구조를 포함하는 가스터빈 블레이드
CN112969337B (zh) * 2021-02-01 2023-01-06 中节能宁夏新能源股份有限公司 超算数据中心冷却方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB817660A (en) * 1955-05-27 1959-08-06 Bristol Aero Engines Ltd Improvements in or relating to blades for gas turbines
US3719431A (en) * 1969-09-26 1973-03-06 Rolls Royce Blades
US4177010A (en) * 1977-01-04 1979-12-04 Rolls-Royce Limited Cooled rotor blade for a gas turbine engine
US4278400A (en) * 1978-09-05 1981-07-14 United Technologies Corporation Coolable rotor blade
GB2250548A (en) * 1990-12-06 1992-06-10 Rolls Royce Plc Cooled turbine aerofoil blade
US5813835A (en) * 1991-08-19 1998-09-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Air-cooled turbine blade
US20020119045A1 (en) * 2001-02-23 2002-08-29 Starkweather John Howard Turbine airfoil with metering plates for refresher holes

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB855058A (en) * 1957-02-22 1960-11-30 Rolls Royce Improvements in or relating to bladed rotor or stator constructions for axial-flow fluid machines for example for compressors or turbines of gas-turbine engines
US4775296A (en) * 1981-12-28 1988-10-04 United Technologies Corporation Coolable airfoil for a rotary machine
US4761116A (en) * 1987-05-11 1988-08-02 General Electric Company Turbine blade with tip vent
US5403159A (en) * 1992-11-30 1995-04-04 United Technoligies Corporation Coolable airfoil structure
JP3238344B2 (ja) 1997-02-20 2001-12-10 三菱重工業株式会社 ガスタービン静翼
JPH10280904A (ja) * 1997-04-01 1998-10-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン冷却動翼
US6524847B2 (en) * 2000-06-23 2003-02-25 E. I. Du Pont De Nemours And Company Composting system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB817660A (en) * 1955-05-27 1959-08-06 Bristol Aero Engines Ltd Improvements in or relating to blades for gas turbines
US3719431A (en) * 1969-09-26 1973-03-06 Rolls Royce Blades
US4177010A (en) * 1977-01-04 1979-12-04 Rolls-Royce Limited Cooled rotor blade for a gas turbine engine
US4278400A (en) * 1978-09-05 1981-07-14 United Technologies Corporation Coolable rotor blade
GB2250548A (en) * 1990-12-06 1992-06-10 Rolls Royce Plc Cooled turbine aerofoil blade
US5813835A (en) * 1991-08-19 1998-09-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Air-cooled turbine blade
US20020119045A1 (en) * 2001-02-23 2002-08-29 Starkweather John Howard Turbine airfoil with metering plates for refresher holes

Also Published As

Publication number Publication date
KR101146158B1 (ko) 2012-05-25
MXPA06000402A (es) 2006-04-05
EP1644614A1 (de) 2006-04-12
US7264445B2 (en) 2007-09-04
DE10331635A1 (de) 2005-02-03
EP1644614B1 (de) 2013-08-28
US20060177310A1 (en) 2006-08-10
CA2531754C (en) 2012-10-09
AR046072A1 (es) 2005-11-23
CN1849439B (zh) 2010-12-08
TWI338075B (en) 2011-03-01
CN1849439A (zh) 2006-10-18
CA2531754A1 (en) 2005-01-20
DE10331635B4 (de) 2014-02-13
ES2436750T3 (es) 2014-01-07
KR20060030114A (ko) 2006-04-07
TW200508478A (en) 2005-03-01
KR20110134505A (ko) 2011-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1709298B1 (de) Gekühlte schaufel für eine gasturbine
DE10001109B4 (de) Gekühlte Schaufel für eine Gasturbine
EP1113145B1 (de) Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante
DE60018817T2 (de) Gekühlte Gasturbinenschaufel
DE60015233T2 (de) Turbinenschaufel mit interner Kühlung
DE69831109T2 (de) Kühlluftzufuhrsystem für die Schaufeln einer Gasturbine
EP1223308B1 (de) Komponente einer Strömungsmaschine
DE69723663T2 (de) Wirbelelementkonstruktion für kühlkanäle einer Gasturbinenschaufel
DE1946535C3 (de) Bauteil für ein Gasturbinentriebwerk
DE3532636C2 (de) Vorrichtung zum Begrenzen des ringförmigen Strömungsweges für Arbeitsgase eines Axialturbinentriebwerks
EP1201879B1 (de) Gekühltes Bauteil, Gusskern für die Herstellung eines solchen Bauteils, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils
DE69908603T2 (de) Dampfgekühlte statorschaufel einer gasturbine
EP1260678A1 (de) Kühlvorrichtung für Gasturbinenkomponenten
DE102012100266A1 (de) Gekrümmte Kühlkanäle für eine Turbinenkomponente
DE60122050T2 (de) Turbinenleitschaufel mit Einsatz mit Bereichen zur Prallkühlung und Konvektionskühlung
DE102004054294A1 (de) Kühlsystem für Plattformkanten von Leitradsegmenten
EP1000224B1 (de) Kühlluftverteilung in einer turbinenstufe einer gasturbine
DE3711024A1 (de) Gekuehlte schaufel fuer ein gasturbinentriebwerk
DE2241194A1 (de) Stroemungsmaschinenschaufel mit tragfluegelfoermigem querschnittsprofil und mit einer vielzahl von in schaufellaengsrichtung verlaufenden kuehlkanaelen
WO2000058606A1 (de) Kühlmitteldurchströmte, gegossene gasturbinenschaufel sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung eines verteilerraums der gasturbinenschaufel
EP0929736A1 (de) Dampfturbine sowie verfahren zur kühlung einer dampfturbine im ventilationsbetrieb
EP1292760B1 (de) Konfiguration einer kühlbaren turbinenschaufel
EP1644614B1 (de) Gekühlte schaufel für eine gasturbine
EP1288435B1 (de) Turbinenschaufel mit zumindest einer Kühlungsöffnung
EP3473808B1 (de) Schaufelblatt für eine innengekühlte turbinenlaufschaufel sowie verfahren zur herstellung einer solchen

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480026034.2

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DPEN Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004766104

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2531754

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 124/CHENP/2006

Country of ref document: IN

Ref document number: PA/a/2006/000402

Country of ref document: MX

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020067000708

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11330268

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004766104

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 11330268

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020117025895

Country of ref document: KR