WO2005103452A1 - Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz - Google Patents

Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz Download PDF

Info

Publication number
WO2005103452A1
WO2005103452A1 PCT/EP2005/051487 EP2005051487W WO2005103452A1 WO 2005103452 A1 WO2005103452 A1 WO 2005103452A1 EP 2005051487 W EP2005051487 W EP 2005051487W WO 2005103452 A1 WO2005103452 A1 WO 2005103452A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
turbine blade
sections
cooling insert
waveform
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/051487
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gernot Lang
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US11/578,920 priority Critical patent/US8137055B2/en
Priority to EP05731679A priority patent/EP1738060B1/de
Priority to DE502005004644T priority patent/DE502005004644D1/de
Publication of WO2005103452A1 publication Critical patent/WO2005103452A1/de

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
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • 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
    • F05D2250/184—Two-dimensional patterned sinusoidal
    • 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
    • F05D2250/60—Structure; Surface texture
    • F05D2250/61—Structure; Surface texture corrugated

Definitions

  • the invention relates to a cooled turbine blade, which successively comprises a blade root, a platform area and a hollow blade blade for receiving a sheet-metal impact cooling insert, which has at least two overlapping sections which overlap in an overlap area and which form a gap with a gap opening.
  • the invention further relates to a gas turbine according to claim 6.
  • a cooled gas turbine blade with sheet-shaped impingement cooling inserts is known.
  • a baffle cooling insert which is triangular in cross section in the region of the blade rear edge of the turbine blade, is spaced from the inner surface of the outer wall and is provided with baffle cooling openings.
  • US Pat. No. 6,439,847 discloses a turbine blade with an insert made of a shape memory alloy, which increases the size of a cooling system by contraction to improve the cooling of the turbine blade after a threshold temperature has been exceeded.
  • the insert which changes in cross-sectional shape, has two overlapping sheet ends that are parallel to
  • US 6,439,847 also shows a wave-shaped insert made of a shape memory alloy.
  • impingement cooling inserts consist of two separate parts which are pushed one after the other into the cavity of a turbine blade. The first part is fixed gas-tight on the radially inner platform and the second part on the radially outer platform in order to avoid losses in the feed area. The two parts lie against each other in an overlapping, flat sliding seat in order to enable a relative movement during operation of the gas turbine.
  • Impact cooling insert can escape unused as leakage.
  • the object of the invention is therefore to provide a turbine blade which saves cooling medium. Furthermore, it is an object of the invention to provide a correspondingly improved gas turbine.
  • the solution to the problem directed at the turbine blade suggests that, in order to seal the overlap region, the two sections have a wavy cross section and, with respect to the gap opening, are parallel to the latter.
  • the solution is based on the knowledge that the wave-shaped overlap of the two sections enlarges the overlap area formed between them and specifically creates a contact area at which the two sections seal against the gap they enclose.
  • the waveform has a rising flank between a wave trough and a wave crest and a falling flank between a wave crest and a wave trough.
  • the wave form of the two overlapping sections formed by the wave troughs and by the wave crests run approximately parallel, so that contact surfaces are formed between adjacent rising flanks and / or between adjacent falling flanks, which prevent the leakage flow. This leads to a saving of cooling medium.
  • the use of such a turbine blade in a gas turbine leads to an increase in efficiency during operation.
  • the frequency and / or the amplitude of the waveform of the first element deviates from the second frequency or amplitude of the waveform of the second element. This will surely avoid that the waveform of the two sections in the overlap area is parallel, i.e. towards the
  • the frequencies and the amplitudes are to be chosen so that the heat-related
  • the installation space required for the overlap area can be particularly space-saving if the overlap area has no more than five oscillation periods in cross section.
  • Impact cooling insert made of several parts.
  • the parts forming the impingement cooling insert can thus be inserted one after the other into the hollow airfoil from an open blade tip. Then the sections of the individual parts are in one
  • FIG. 1 is a perspective view of a turbine blade with an impact cooling insert
  • FIG. 2 shows the detailed view of an overlap area of the impact cooling insert of the turbine blade according to FIG. 1 and
  • FIG. 3 shows the detailed view of an alternative overlap region of the impact cooling insert of the turbine blade according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbine blade 1 according to the invention with a
  • the airfoil 2b has at least one cavity 3 in which an impact cooling insert 5 is provided. Furthermore, the airfoil 2b has a front edge 9 of the blade that can be flowed by a hot gas 7 of the gas turbine, from which a suction side wall 11 and a pressure side wall 13 extend to a rear edge 15 of the blade.
  • the turbine blade 1 can be both a guide blade and a rotating blade.
  • the inner surfaces 19 of the side walls 11, 13 enclose the cavity 3. To form an intermediate space 22, the surface 19 is spaced from the impingement cooling insert 5 by means of a plurality of rib-shaped or circular spacer elements 21.
  • a coolant can flow through the coolant channel 23 enclosed in the interior of the impact cooling inserts 5.
  • Impingement cooling inserts 5 also have impingement cooling openings 25, through which the cooling medium flowing in the coolant channel 23 can flow and then impact perpendicularly onto the surfaces 19 of the side walls 11, 13 in order to cool them.
  • the impact cooling insert 27 is formed in the direction of the blade axis 2a from two separate parts 29, 31, each of which overlaps one another with a section 30, 32 in an overlap region 33, 35.
  • the overlap area 33, 35 lies outside the middle blade height.
  • the lower part 31 of the impact cooling insert shown in FIG. 1 is fixed gas-tight on the lower platform and the upper part 29 on an upper platform (not shown) in the connection area in order to avoid leaks.
  • the hot airfoil 2b expands more in the direction of the airfoil axis 2a than the cool impingement cooling insert 27, it is necessary to move the two fixed parts 29, 31 in the overlap region 33, 35 along the airfoil axis 2a.
  • FIGS. 2 and 3 each show an alternative embodiment of the overlap area 33, 35 in a detailed view.
  • the impingement cooling insert 5 is spaced from the inner surface 19 to form the intermediate space 22.
  • the hot gas 7 flows around the suction side wall 11.
  • the cooling medium 36 flows out of the coolant channel 23 through the impingement cooling openings 25 and impinges coolingly on the inner surface 19.
  • the two sections 30, 32 are formed with an identical waveform, ie the waveforms of the two sections 30, 32 of the parts 29, 31 have an identical frequency f and an identical amplitude A.
  • the wave shape forms between the two sections 30, 32 a meandering gap 37 with a rectilinear gap opening 38 parallel to the wave propagation, from which a leakage reduced by turbulence flows out compared to a leakage in a flat overlap area according to the prior art.
  • a position of the sections 30, 32 which is shifted to the left or right relative to one another with respect to FIG falling flanks 40 of the adjacent sections 30, 32 but also lie close together to form a contact surface. A displacement of the two parts 29, 31 perpendicular to it is not possible due to the given geometry of the airfoil 2b and the impact cooling insert 5.
  • the contact surface 43 shifts within the overlap region 33, 35 from one period to an adjacent period. Therefore, a minimum number of two periods is expediently provided in the overlap region 33, 35 in order to achieve a particularly secure seal of the coolant channel 23 with respect to the intermediate space 22.
  • impingement cooling openings 25 can also be provided in the overlap area 33, 35 for more uniform cooling of the side walls 11, 13, in particular in the area of the wave troughs or wave crests of the sections 30, 32.
  • the waveform is not necessarily sinusoidal. The same effect can also be achieved with a waveform consisting of successive semi-circles or semi-ellipses. In addition, a triangular shape, a sawtooth shape or a rectangular shape is also conceivable.
  • the improved sealing effect of the impingement cooling insert 5 compared to the flat contact surfaces from the prior art enables cooling air to be achieved, which leads to an increase in efficiency when the turbine blade is used in a gas turbine.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (1), insbesondere Leitschaufel für eine Gasturbine, welche aufeinanderfolgend einen Schaufelfuß, ein Plattformbereich (2) und ein hohles Schaufelblatt (2b) zur Aufnahme eines blechförmigen Prallkühleinsatzes (5, 27) umfasst, welcher zumindest zwei sich in einem Überlappungsbereich (33, 35) überlappende, aneinanderliegende Abschnitte (30, 32) aufweist. Um eine Turbinenschaufel anzugeben, welche Kühlmedium einspart wird vorgeschlagen, dass zum Abdichten des Überlappungsbereichs (33, 35) die beiden Abschnitte (30, 32) im Überlappungsbereich (33, 35) im Querschnitt wellenförmig ausgebildet sind.

Description

Beschreibung
TURBINENSCHAUFEL MIT EINEM PRALLKÜHLEINSATZ
Die Erfindung betrifft eine gekühlte Turbinenschaufel, welche aufeinanderfolgend einen Schaufelfuß, einen Plattformbereich und ein hohles Schaufelblatt zur Aufnahme eines blechförmigen Prallkühleinsatzes umfasst, welcher zumindest zwei sich in einem Überlappungsbereich überlappende, aneinanderliegende Abschnitte aufweist, die einen Spalt mit einer Spaltöffnung formen. Ferner betrifft die Erfindung eine Gasturbine gemäß Anspruch 6.
Aus der JP 2001-14 06 02-A ist eine gekühlte Gasturbinenschaufel mit blechförmigen Prallkühleinsätzen bekannt. Ein im Bereich der Schaufelhinterkante der Turbinenschaufel angeordneter, im Querschnitt dreieckförmiger Prallkühleinsatz ist zur inneren Oberfläche der Außenwand beabstandet und mit Prallkühlöffnungen versehen. Beim Betrieb der Gasturbine wird der vom Prallkühleinsatz umschlossene
Hohlraum mit Kühlluft gespeist, welche anschließend durch die Prallkühlöffnungen austritt und auf die innere Oberfläche der außen heiß umströmten Außenwand trifft, um diese zu kühlen.
Zudem offenbart die US 6,439,847 eine Turbinenschaufel mit einem Einsatz aus einer Form-Gedächtnislegierung, welcher zur Verbesserung der Kühlung der Turbinenschaufel nach Übersteigen einer Schwellentemperatur die Größe eines Kühlsystems durch Kontraktion vergrößert. Der in seiner Querschnittsform sich verändernde Einsatz weist zwei sich überlappende Blechenden auf, die parallel zu
Strömungsrichtung eines Heißgases verschiebbar sind. In einer alternativen Ausgestaltung zeigt die US 6,439,847 außerdem einen wellenförmigen Einsatz aus einer Form- Gedächtnislegierung. Ferner ist bekannt, dass Prallkühleinsätze aus zwei separaten Teilen bestehen, die nacheinander in den Hohlraum einer Turbinenschaufel eingeschoben werden. Das erste Teil ist an der radial inneren Plattform und das zweite Teil an der radial äußeren Plattform gasdicht fixiert, um Verluste im Einspeisebereich zu vermeiden. Die beiden Teile liegen dabei in einem sich überlappenden ebenen Schiebesitz aneinander an, um beim Betrieb der Gasturbine eine Relativbewegung zu ermöglichen.
Beim Kaltstart oder beim transienten Betrieb der Gasturbine treten unterschiedliche thermische Dehnungen in der Gasturbinenschaufel auf, insbesondere bei der heiß umströmten Außenwand und bei dem kühleren noch nicht vollständig bzw. ungleichmäßig erwärmten Prallkühleinsatz. Diese, besonders in Richtung der Schaufelachse auftretenden Dehnungen können den Überlappungsbereich bzw. den Schiebesitz mechanisch entlasten und so einen unerwünschten Spalt zwischen den beiden aneinanderliegenden Abschnitten des Prallkühlelementes ermöglichen, durch den Kühlluft aus dem innern des
Prallkühleinsatzes ungenutzt als Leckage entweichen kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe einer Turbinenschaufel, welche Kühlmedium einspart. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung hierzu eine entsprechend verbesserte Gasturbine anzugeben.
Die auf die Turbinenschaufel gerichtete Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und die auf die Gasturbine gerichtete Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Lösung der auf die Turbinenschaufel gerichteten Aufgabe schlägt vor, dass zum Abdichten des Überlappungsbereichs die beiden Abschnitte im Querschnitt wellenförmig und, bezogen auf die Spaltöffnung, parallel zu dieser ausgebildet sind. Die Lösung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass durch die wellenförmige Überlappung der beiden Abschnitte die zwischen ihnen gebildete Überlappungsfläche vergrößert und gezielt ein Kontaktbereich geschaffen wird, an dem die beiden Abschnitte den von ihnen eingeschlossenen Spalt dichtend aneinander anliegen.
Die Wellenform weist dabei zwischen einem Wellental und einem Wellenberg eine ansteigende Flanke und zwischen einem Wellenberg und einem Wellental eine abfallende Flanke auf. Die von den Wellentälern und von den Wellenbergen gebildete Wellenform der beiden sich überlappenden Abschnitte verlaufen annähernd parallel, so dass zwischen benachbarten ansteigenden Flanken und/oder zwischen benachbarten abfallenden Flanken jeweils Kontaktflächen gebildet werden, welche die LeckageStrömung verhindern. Dies führt zu einer Einsparung von Kühlmedium. Darüber hinaus führt die Verwendung einer solchen Turbinenschaufel in einer Gasturbine beim Betrieb zu einer Wirkungsgradsteigerung. Weiter ist eine mechanische Beweglichkeit der beiden dicht aneinanderliegenden Abschnitte gegeben, die zur Kompensation der thermischen Materialdehnung beim Kaltstart bzw. beim transienten Betrieb der Gasturbine erforderlich sind.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weicht die Frequenz und/oder die Amplitude der Wellenform des ersten Elementes von der zweiten Frequenz bzw. Amplitude der Wellenform des zweiten Elementes ab. Hierdurch wird sicher vermieden, dass die Wellenform der beiden Abschnitte im Überlappungsbereich einen parallel dazu verlaufenden, d.h. in Richtung der
Leckageströmung mäanderförmigen Spalt bilden. Folglich wird zwingend eine zwischen zwei ansteigenden oder abfallenden Flanken liegende Kontaktfläche erzeugt, die trotz der unterschiedlichen thermischen Materialdehnungen oder eines Verschiebens gegeneinander wegen der in der Kontaktfläche wirksamen Dichtkraft einen besonders dichten Überlappungsbereich gewährleistet. Besonders beim Anfahren der Gasturbine, bei bereits heißer Turbinenschaufelaußenwand und noch vergleichsweise kühlem Prallkühleinsatz, können somit die Überlappungsbereiche sicher abgedichtet werden.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, bei der sich die Frequenz (und/oder Amplitude) der Wellenform des ersten Elementes in einer Größenordnung von max. ±6% sich von der Frequenz (und/oder Amplitude) der Wellenform des zweiten Elementes unterscheidet. Die Frequenzen und die Amplituden sind dabei so zu wählen, dass die wärmebedingten
Materialdehnungen der Elemente keine gegenseitige mechanische Behinderung hervorrufen und somit eine sichere Dichtwirkung gewährleisten. Ferner sind die Parameter der Wellenform auf das Material des Prallkühleinsatzes abgestimmt.
Der für den Überlappungsbereich benötigte Bauraum kann besonders platzsparend sein, wenn der Überlappungsbereich im Querschnitt nicht mehr als fünf Schwingungsperioden aufweist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist der
Prallkühleinsatz mehrteilig ausgebildet. Somit können die den Prallkühleinsatz bildenden Teile von einer oben offenen Schaufelspitze ausgehend in das hohle Schaufelblatt nacheinander eingeschoben werden. Danach liegen die Abschnitte der einzelnen Teile jeweils in einem
Überlappungsbereich aneinander, der auch als Schiebesitz bezeichnet wird. Eine besonders einfache Verschiebung ist gewährleistet, da die Verschieberichtung des Prallkühleinsatzes senkrecht zur Ausbreitung der Welle verläuft.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel mit einem Prallkühleinsatz, Fig. 2 die Detailansicht eines Überlappungsbereichs des Prallkühleinsatzes der Turbinenschaufel gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 die Detailansicht eines alternativen Überlappungsbereichs des Prallkühleinsatzes der Turbinenschaufel gemäß Fig. 1.
Gasturbinen und deren Arbeitsweisen sind allgemein bekannt. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäße Turbinenschaufel 1 mit einem
Plattformbereich 2 und mit einem sich entlang einer Schaufelachse 2a erstreckenden Schaufelblatt 2b. Das Schaufelblatt 2b weist zumindest einen Hohlraum 3 auf, in dem ein Prallkühleinsatz 5 vorgesehen ist. Ferner weist das Schaufelblatt 2b eine von einem Heißgas 7 der Gasturbine anströmbare Schaufelvorderkante 9 auf, von der aus sich eine Saugseitenwand 11 und eine Druckseitenwand 13 zu einer Schaufelhinterkante 15 erstreckt. Die Turbinenschaufel 1 kann sowohl eine Leitschaufel als auch eine Laufschaufei sein. Die inneren Oberflächen 19 der Seitenwände 11, 13 umschließen den Hohlraum 3. Unter Bildung eines Zwischenraums 22 ist die Oberfläche 19 vom Prallkühleinsatz 5 mittels mehrerer rippe- oder kreisförmiger Abstandselemente 21 beabstandet. Der im Inneren der Prallkühleinsätze 5 umschlossene Kühlmittelkanal 23 ist von einem Kühlmedium durchströmbar. Die
Prallkühleinsätze 5 weisen ferner Prallkühlöffnungen 25 auf, durch welche das im Kühlmittelkanal 23 strömende Kühlmedium strömen und danach senkrecht auf die Oberflächen 19 der Seitenwände 11, 13 prallen kann, um diese zu kühlen.
Der Prallkühleinsatz 27 ist in Richtung der Schaufelachse 2a gesehen dabei aus zwei separaten Teilen 29, 31 gebildet, welche sich jeweils mit einem Abschnitt 30, 32 in einem Überlappungsbereich 33, 35 aneinanderliegend überlappen. Der Überlappungsbereich 33, 35 liegt dabei außerhalb der mittleren Schaufelblatthöhe. Der in der Fig. 1 dargestellte untere Teil 31 des Prallkühleinsatzes ist an der unteren Plattform und der obere Teil 29 an einer nicht dargestellten oberen Plattform im Anschlussbereich gasdicht zur Vermeidung von Leckagen fixiert.
Da beim Betrieb des Gasturbine sich das heiße Schaufelblatt 2b in Richtung der Schaufelachse 2a mehr dehnt als der kühle Prallkühleinsatz 27, ist eine entlang der Schaufelachse 2a gerichtete Beweglichkeit der beiden fixierten Teile 29, 31 im Überlappungsbereich 33, 35 notwendig.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen jeweils eine alternative Ausgestaltung des Überlappungsbereichs 33, 35 in einer Detailansicht.
Der Prallkühleinsatz 5 ist von der inneren Oberfläche 19 unter Bildung des Zwischenraumes 22 beabstandet. Beim Betrieb der Gasturbine wird die Saugseitenwand 11 von dem Heißgas 7 umströmt. Zur Kühlung der Saugseitenwand 11 strömt aus dem Kühlmittelkanal 23 das Kühlmedium 36 durch die Prallkühlöffnungen 25 hindurch und prallt kühlend auf die innere Oberfläche 19.
In Fig. 2 sind die beiden Abschnitte 30, 32 mit einer identischen Wellenform ausgebildet, d.h. die Wellenformen der beiden Abschnitte 30, 32 der Teile 29, 31 weisen eine identische Frequenz f und eine identische Amplitude A auf. Durch die Wellenform ist zwischen den beiden Abschnitten 30, 32 ein mäanderförmiger Spalt 37 mit einer geradlinigen und zur Wellenausbreitung parallelen Spaltöffnung 38 geformt, aus dem eine durch Verwirbelungen verminderte Leckage ausströmt, verglichen mit einer Leckage bei einem ebenen Überlappungsbereich nach dem Stand der Technik. Bei einer in Bezug auf Fig. 2 nach links oder rechts zueinander, also entlang der Schaufelachse 2a, verschobenen Position der Abschnitte 30, 32 können die ansteigenden Flanken 39 oder die abfallenden Flanken 40 der benachbarten Abschnitte 30, 32 unter Bildung einer Kontaktfläche aber auch dicht aneinander anliegen. Eine Verschiebung der beiden Teile 29, 31 senkrecht dazu ist aufgrund der vorgegebenen Geometrie des Schaufelblattes 2b und des Prallkühleinsatzes 5 nicht möglich.
Fig. 3 zeigt den Überlappungsbereich 33 mit den beiden gegenüberliegenden Abschnitten 30, 32, welche eine unterschiedliche Frequenz f und eine unterschiedliche
Amplitude A aufweisen. Hierdurch ist zwischen den beiden Abschnitten 30, 32 ein Spiel in Richtung des Pfeils 41, also parallel zur Schaufelachse 2a, möglich, ohne das die Dichtwirkung des Überlappungsbereiches 33 abnimmt. Unabhängig von den thermischen Dehnungen des Prallkühleinsatzes 5 liegen die ansteigenden Flanken 39 bzw. abfallenden Flanken 40 der Wellenform zumindest einer Periode der beiden Abschnitte 30, 32 dichtend aneinander an, so dass jederzeit eine zur Schaufelachse 2a und zur Spaltfläche 38 parallel verlaufende Kontaktfläche 43 vorhanden ist.
Bei auftretenden Materialdehnungen bzw. Verschiebungen der Abschnitte 30, 32 gegeneinander verlagert sich die Kontaktfläche 43 innerhalb des Überlappungsbereichs 33, 35 von einer Periode zu einer benachbarten Periode. Daher ist zweckmäßigerweise eine Mindestanzahl von zwei Perioden im Überlappungsbereich 33, 35 vorgesehen, um eine besonders sichere Abdichtung des Kühlmittelkanals 23 gegenüber dem Zwischenraum 22 zu erzielen.
Je nach Anforderung können zur gleichmäßigeren Kühlung der Seitenwände 11, 13 auch im Überlappungsbereich 33, 35 Prallkühlöffnungen 25 vorgesehen sein, insbesondere im Bereich der Wellentäler oder Wellenberge der Abschnitte 30, 32. Die Wellenform ist nicht zwingend sinusförmig. Eine gleiche Wirkung ist auch mit einer Wellenform bestehend aus aufeinanderfolgenden Halbkreisen oder Halbellipsen erzielbar. Darüber hinaus ist eine Dreiecksform, eine Sägezahnform oder eine Rechteckform ebenfalls denkbar.
Durch die verbesserte Dichtwirkung des Prallkühleinsatzes 5 im Vergleich zu den ebenen Anlageflächen aus dem Stand der Technik kann eine Kühllufteinsparung erzielt werden, die bei einer Verwendung der Turbinenschaufel in einer Gasturbine zu einer Wirkungsgradsteigerung führt. Gleichfalls ist die erfindungsgemäße wellenförmige Überlappung auf jedes prallgekühlte Bauteil einer Gasturbine mit einem Prallkühlblech, z. B. auf einen der Laufschaufei außen gegenüberliegenden Führungsring oder auf ein Brennkammerhitzeschild, übertragbar.
Bezugszeichenliste
1 Turbinenschaufel
2 Plattformbereich 2a Schaufelachse
2b Schaufelblatt
3 Hohlraum
5 Prallkühleinsatz
7 Rauchgas
9 Schaufelvorderkante
11 Saugseitenwand
13 Druckseitenwand
15 Schaufelhinterkante
19 Oberflächen
21 Abstandselemente
23 Kühlmittelkanal
25 Prallkühlöffnungen
27 Prallkühleinsatz
29, 31 Teile
30, 32 Abschnitte
33, 35 Überlappungsbereich
37 Spalt
39 ansteigende Flanke
40 abfallende flanke
41 Pfeil
43 Kontaktfläche

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (1), insbesondere Leitschaufel für eine Gasturbine, welche aufeinanderfolgend einen Schaufelfuß, einen Plattformbereich (2) und ein hohles Schaufelblatt (2b) zur Aufnahme eines blechförmigen Prallkühleinsatzes (5, 27) umfasst, welcher zumindest zwei sich in einem Überlappungsbereich (33, 35) überlappende, aneinander liegende Abschnitte (30, 32) aufweist, die einen Spalt mit einer Spaltöffnung (38) formen, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abdichten des Überlappungsbereichs (33, 35) die beiden Abschnitte (30, 32) im Überlappungsbereich (33, 35) im Querschnitt wellenförmig und, bezogen auf die Spaltöffnung (38) , parallel zu dieser ausgebildet sind.
2. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) und/oder die Amplitude (A) der Wellenform des ersten Abschnitts (30) von der Frequenz (f) und/oder Amplitude (A) der Wellenform des zweiten Abschnitts (32) abweicht.
3. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (f) und/oder Amplitude (A) der Wellenform des ersten Abschnitts (30) in einer Größenordnung von ±6% sich von der Frequenz (f) und/oder Amplitude (A) der Wellenform des zweiten Abschnitts (32) unterscheidet .
4. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlappungsbereich (33, 35) nicht mehr als 5 Schwingungsperioden aufweist.
5. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkühleinsatz (5) mehrteilig ausgebildet ist.
6. Gasturbine mit einer Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
PCT/EP2005/051487 2004-04-20 2005-04-01 Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz WO2005103452A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/578,920 US8137055B2 (en) 2004-04-20 2005-04-01 Turbine blade with an impingement cooling insert
EP05731679A EP1738060B1 (de) 2004-04-20 2005-04-01 Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz
DE502005004644T DE502005004644D1 (de) 2004-04-20 2005-04-01 Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04009326.2 2004-04-20
EP04009326A EP1589192A1 (de) 2004-04-20 2004-04-20 Turbinenschaufel mit einem Prallkühleinsatz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005103452A1 true WO2005103452A1 (de) 2005-11-03

Family

ID=34924665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2005/051487 WO2005103452A1 (de) 2004-04-20 2005-04-01 Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8137055B2 (de)
EP (2) EP1589192A1 (de)
DE (1) DE502005004644D1 (de)
ES (1) ES2308476T3 (de)
WO (1) WO2005103452A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016207162A1 (de) 2016-04-27 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Kühlfluidverteiler für eine Schaufel aus mehreren Teileinsätzen

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100420542C (zh) * 2006-06-22 2008-09-24 上海电气电站设备有限公司 镶入式焊接隔板的装配工艺
JP2010515850A (ja) * 2007-01-04 2010-05-13 アンサルド エネルジア エス．ピー．エー． ガスタービンブレード・インサート用スペーサ
US8206109B2 (en) * 2009-03-30 2012-06-26 General Electric Company Turbine blade assemblies with thermal insulation
US8777569B1 (en) * 2011-03-16 2014-07-15 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine vane with impingement cooling insert
US9719372B2 (en) 2012-05-01 2017-08-01 General Electric Company Gas turbomachine including a counter-flow cooling system and method
US10100659B2 (en) 2014-12-16 2018-10-16 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Hanger system for a turbine engine component
US9879554B2 (en) 2015-01-09 2018-01-30 Solar Turbines Incorporated Crimped insert for improved turbine vane internal cooling
PL232314B1 (pl) 2016-05-06 2019-06-28 Gen Electric Maszyna przepływowa zawierająca system regulacji luzu
US10309246B2 (en) 2016-06-07 2019-06-04 General Electric Company Passive clearance control system for gas turbomachine
US10392944B2 (en) 2016-07-12 2019-08-27 General Electric Company Turbomachine component having impingement heat transfer feature, related turbomachine and storage medium
US10605093B2 (en) 2016-07-12 2020-03-31 General Electric Company Heat transfer device and related turbine airfoil
DE102016216858A1 (de) * 2016-09-06 2018-03-08 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Laufschaufel für eine Turbomaschine und Verfahren für den Zusammenbau einer Laufschaufel für eine Turbomaschine
US10767487B2 (en) * 2016-11-17 2020-09-08 Raytheon Technologies Corporation Airfoil with panel having flow guide
JP6655589B2 (ja) * 2017-11-29 2020-02-26 三菱重工業株式会社 計測システム、加工システム、計測方法及びプログラム
CN111764967B (zh) * 2020-07-06 2022-10-14 中国航发湖南动力机械研究所 涡轮叶片尾缘冷却结构

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2888241A (en) * 1954-06-09 1959-05-26 Stalker Corp Fabricated cooled turbine blades
GB833770A (en) * 1956-11-01 1960-04-27 Havilland Engine Co Ltd Hollow turbine or compressor blades
GB1261765A (en) * 1966-12-01 1972-01-26 Gen Electric Improvements in axial flow turbomachinery vanes
US3707750A (en) * 1968-11-14 1973-01-02 Mtu Muenchen Gmbh Method for manufacturing a turbine blade
US4056332A (en) * 1975-05-16 1977-11-01 Bbc Brown Boveri & Company Limited Cooled turbine blade
US4403917A (en) * 1980-01-10 1983-09-13 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "S.N.E.C.M.A." Turbine distributor vane
US6439847B2 (en) * 2000-01-31 2002-08-27 Alstom (Switzerland) Ltd. Air-cooled turbine blade
GB2386926A (en) * 2002-03-27 2003-10-01 Alstom Two part impingement tube for a turbine blade or vane

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2873944A (en) * 1952-09-10 1959-02-17 Gen Motors Corp Turbine blade cooling
GB753224A (en) * 1953-04-13 1956-07-18 Rolls Royce Improvements in or relating to blading for turbines or compressors
US4257734A (en) * 1978-03-22 1981-03-24 Rolls-Royce Limited Guide vanes for gas turbine engines
JP2001140602A (ja) 1999-11-12 2001-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン静翼
US7104756B2 (en) * 2004-08-11 2006-09-12 United Technologies Corporation Temperature tolerant vane assembly

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2888241A (en) * 1954-06-09 1959-05-26 Stalker Corp Fabricated cooled turbine blades
GB833770A (en) * 1956-11-01 1960-04-27 Havilland Engine Co Ltd Hollow turbine or compressor blades
GB1261765A (en) * 1966-12-01 1972-01-26 Gen Electric Improvements in axial flow turbomachinery vanes
US3707750A (en) * 1968-11-14 1973-01-02 Mtu Muenchen Gmbh Method for manufacturing a turbine blade
US4056332A (en) * 1975-05-16 1977-11-01 Bbc Brown Boveri & Company Limited Cooled turbine blade
US4403917A (en) * 1980-01-10 1983-09-13 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "S.N.E.C.M.A." Turbine distributor vane
US6439847B2 (en) * 2000-01-31 2002-08-27 Alstom (Switzerland) Ltd. Air-cooled turbine blade
GB2386926A (en) * 2002-03-27 2003-10-01 Alstom Two part impingement tube for a turbine blade or vane

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016207162A1 (de) 2016-04-27 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Kühlfluidverteiler für eine Schaufel aus mehreren Teileinsätzen
WO2017186481A1 (de) 2016-04-27 2017-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Kühlfluidverteiler, zugehörige schaufel,teileinsatz und verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
EP1738060A1 (de) 2007-01-03
US20080260537A1 (en) 2008-10-23
EP1738060B1 (de) 2008-07-09
EP1589192A1 (de) 2005-10-26
DE502005004644D1 (de) 2008-08-21
ES2308476T3 (es) 2008-12-01
US8137055B2 (en) 2012-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1738060B1 (de) Turbinenschaufel mit einem prallkühleinsatz
DE60210684T2 (de) Dichtung eines Turbinenmantelrings
DE69926332T2 (de) Bürstendichtung für eine Turbomaschine
EP0677715B1 (de) Wärmetauscher zum Kühlen von Abgas eines Kraftfahrzeugmotors
DE60209977T2 (de) Wellendichtungsvorrichtung und Turbine
DE69106984T2 (de) Einrichtung und Verfahren zur Reduzierung unterschiedlicher thermischer Ausdehnung bei Gasturbinenschaufeln.
DE69736570T2 (de) Schwingungsdämpfer- und Dichtungsanordnung für Turbinenschaufeln
DE60202212T2 (de) Kühlbares segment für turbomaschinen und turbinen mit brennkammer
EP2809994B1 (de) Hitzeschildelement für einen verdichterluftbypass um die brennkammer
DE3231689A1 (de) Mehrfach prallgekuehltes gebilde, insbesondere ummantelung eines gasstroemungsweges
DE4238659C2 (de) Verbesserte Deckbandkonstruktion
EP1276972B1 (de) Turbine
DE60307070T2 (de) Prallkühlung der gasturbinenschaufeln
EP1177367B1 (de) Dichtung zur abdichtung eines spaltes, insbesondere in einer turbine, und turbine
DE1953047A1 (de) Gas- oder Dampfturbine der Axialbauart fuer hohe Arbeitsmitteltemperaturen
EP0031174B1 (de) Gekühlte Gasturbinenschaufel
DE4027812A1 (de) Selbstkuehlende stossverbindung
DE102014119691A1 (de) Innenkühlkanäle in Turbinenschaufeln
EP1409926A1 (de) Prallkühlvorrichtung
WO2006087267A1 (de) Dichtungselement zur verwendung in einer strömungsmaschine
DE102014119418A1 (de) Strukturelle Anordnungen und Kühlkreise in Turbinenschaufeln
EP2003396A2 (de) Rostelement
DE2127454A1 (de) Gasturbine
EP1654440B1 (de) Gasturbine mit einem dichtungselement im bereich des leitschaufelkranzes oder des laufschaufelkranzes des turbinenteils
EP0149767B1 (de) Wärmetauscher

Legal Events

Date Code Title Description
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 SM 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 IS IT LT 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: 2005731679

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005731679

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11578920

Country of ref document: US

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2005731679

Country of ref document: EP