WO2016030307A1 - Turbinenschaufel und turbine - Google Patents

Turbinenschaufel und turbine Download PDF

Info

Publication number
WO2016030307A1
WO2016030307A1 PCT/EP2015/069311 EP2015069311W WO2016030307A1 WO 2016030307 A1 WO2016030307 A1 WO 2016030307A1 EP 2015069311 W EP2015069311 W EP 2015069311W WO 2016030307 A1 WO2016030307 A1 WO 2016030307A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turbine blade
turbine
accumulation
rib
cooling channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/069311
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
Radan RADULOVIC
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
Publication of WO2016030307A1 publication Critical patent/WO2016030307A1/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
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow 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
    • 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
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/127—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2212—Improvement of heat transfer by creating turbulence

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade having an internal ⁇ cooled turbine blade, in which a cavity by rib members in at least one coolant leading cooling passage, wherein one of the rib members with a rib member end terminates at least exposed in the cooling duct.
  • the invention further relates to a turbine, re insbesonde ⁇ a gas turbine, with at least one turbine stage umfas ⁇ transmitting a plurality of turbine blades.
  • a turbine blade of this type is equipped with an internally cooled turbine blade, in order to be able to thermally and mechanically withstand even high temperatures prevailing in the turbine, in particular in a hot gas turbine.
  • the turbine blades are often stressed thermally and mechanically higher, although these are hardly plays a role, whether it is for the turbine blade is a guide vane or a run show ⁇ fel the turbine.
  • a chilled inside Turbi ⁇ nenschaufelblatt has a cavity through which a cooling medium can be passed through.
  • a fin element or a plurality of rib elements is often additionally arranged to form in the cavity at least one cooling channel with an often meandering cooling channel profile.
  • the object of the invention is achieved by a turbine blade with an internally cooled turbine blade, in which a cavity is divided by rib elements in at least one coolant cooling channel, in which we ⁇ least one of the rib elements ends with a fin element end freely in the cooling channel, said at least one Rip ⁇ penelement has an accumulation of material in an environmental region of this Rippenimplantationn-, in order to achieve aistsredu ⁇ cation in the surrounding region of the at least one rib member.
  • this accumulation of material, especially in the area of the fin element end, provides constructively simple reducing means for reducing material fatigue.
  • Such a reducing agent or the accumulation of material be Kgs ⁇ NEN differently configured in the surrounding area of the rib member end, to reduce the fatigue in the surrounding area of the rib member end.
  • the present reducing agent and the accumulation of material are configured such that they have a ver ⁇ improved stress distribution within the fin member, in transition areas between the actual rib member and the front side wall of the turbine blade and / or the back wall of the turbine blade, but also in the actual outer walls of the turbine blade enable.
  • This makes it possible to achieve a voltage reduction of at least 10% or preferably more than 20% or 25%, in particular in critical areas around the fin element end.
  • fatigue in particular a fatigue cracking is detected in accordance with the invention, which express specific caused by a thermo-mechanical fatigue of the blade ⁇ materials.
  • the LCF fatigue Low Cycle Fatigue
  • the short-term or Niedriglast circuiter- fatigue to name a low load cycle number.
  • the number of recoverable load change increases fixed ⁇ Lich fatigue and thus to significantly reduce the risk of premature LCF when penettindes a corresponding material according to the invention is provided in the region of the agglomeration Rip.
  • a relevant LCF life expectancy of a turbine blade can be significantly increased.
  • the rib element has a partial cross-sectional enlargement, that is to say a thicker cross section.
  • Such enlargement of the rib element cross section can easily be constructively by a thickening of the rib element, particularly in the area of the rib element end, he goes ⁇ .
  • the effect of enlarging the rib element cross-section can be achieved differently. In any event can be ⁇ vorzugt be achieved by a cohesive material accumulation an appropriate thickening of the fin member.
  • a preferred embodiment provides that the accumulation of material with the at least one rib element is designed as a material fit.
  • Materi ⁇ alan burst-induced voltages between the airfoil outer walls and the rib member may in particular be acceptable distributed within the Schau- felblatts and ⁇ be accepted by the involved areas by thermal influences.
  • thermo-mechanical induced stresses may be derived element effective between the front and / or rear side wall and the rib when the Materialankoru ⁇ Fung has a convexly shaped surface.
  • TURBU ⁇ lenz poor can flow along the concave curved surface of the gas flowing in the cooling passage coolant.
  • cooling air is preferably used.
  • the accumulation of material may be located less than 50 mm or less than 30 mm, preferably less than 20 mm, but at least 3 mm away from the head side of the rib element. With such a selected distance from the head side surface of the fin element end, an advantageous stress distribution and dissipation and
  • Redirection can be achieved in particular in surrounding areas of the fin element end.
  • thermo-mechanical stresses can be better dissipated when the accumulation of material extends with its long side over the entire rib element height, and wherein the rib element height of a Vorderacted ⁇ wall of the turbine blade to a rear wall of the turbine blade or vice versa extends.
  • the short side of the material accumulation extends in the longitudinal extension of the rib member.
  • Front wall side of the turbine blade to a remindsei ⁇ tenwand of the turbine blade or vice versa extends, in particular in the region of the fin element end auftre ⁇ tende voltages much better between the rib member and the front wall and / or the rear wall are passed.
  • this elongate web is arranged transversely to the longitudinal extent of the rib element.
  • thermo-mechanical Tensions within the turbine blade low aus ⁇ act If the accumulation of material in the direction of its long side is curved, and accordingly also the oblong shaped web, this can be achieved by coping with thermo-mechanical Tensions within the turbine blade low aus ⁇ act.
  • the accumulation of material can be formed on both sides, that is to say on both lateral surfaces of the rib element delimiting a meandering coolant channel, between the front side wall and the rear side wall.
  • the turning area of the coolant channel here corresponds ei ⁇ ner curve of the meandering cooling channel profile of thedemit ⁇ telkanals.
  • the object of the invention is also achieved by a turbine, in particular ⁇ sondere a gas turbine, dissolved with at least one turbine stage comprising a plurality of turbine blades, wherein the at least one turbine stage turbine blades and / or Turbinenleitschaufein in accordance with a turbine blade according to one of the features described herein.
  • a turbine whose turbine blades are less stressed or endangered by material fatigue can not only operated driving safer and require less maintenance, but it has a total of a higher life ⁇ life beyond, and thus can be operated more economically. Further features, effects and advantages of the present invention will be explained with reference to the appended drawing and the following description, in which a turbine blade is shown and described by way of example with a material accumulation arranged in the region of a rib element end of a rib element located within a cooling channel.
  • FIG. 1 shows schematically a partial view of a cavity of a longitudinally cut turbine blade with a rib element delimiting a cooling channel, at whose end of the rib element an accumulation of material is formed; and
  • Figure 2 schematically shows an enlarged view of a rib element ⁇ end of the fin member shown in FIG. 1
  • the turbine blade 1 which is at least partially shown in FIGS. 1 and 2, is a guide blade 2 of a hot gas turbine not shown here.
  • the turbine blade 1 has an internally cooled turbine blade ⁇ 3, wherein in particular according to the illustration of Figure 1, the inside 4 of the front side wall 5 of the turbine blade 3 is shown.
  • a leading edge region 6 of the turbine blade 3 is located on the right hand side.
  • the turbine blade 3 has a cavity 10, wherein according to the illustration of Figure 1, this cavity 10 is only partially illustrated.
  • two rib elements 11 and 12 located in the cavity 10 can be seen, by means of which a multiply wound cooling channel 13 with a meandering cooling channel course within the cavity 10 is configured.
  • a multiply wound cooling channel 13 with a meandering cooling channel course can be configured.
  • the cooling air coming from a foot region 14 of the turbine blade root 15 flows through the turbine blade 3, with part of the cooling air continuing in the direction 16 into a region 17 of the turbine blade tip 18.
  • the first rib element 11 terminates freely in the cooling channel 13 with its fin element end 24 defined by its head side 23, namely in the turning region 19.
  • the risk of critical voltage states which there cause increased material fatigue ⁇ chen.
  • a material accumulation 29 is provided on a rib element side 30 of the first rib element 11 bordering the parallel cooling channel section 20, thereby achieving a reduction in stress in this region of the first rib element 11.
  • the illustration according to FIG. 2 clearly shows that the accumulation of material 29 is formed at the spacing of the distance A from the head side 23 on the first rib element 11.
  • the rib member 11 In the section of the covered the distance A region - ie from the side of the head 23 to approach the Materialanpit ⁇ Fung 29 -, the rib member 11 at least approximately the same wall thickness Di on such other side (D 2) of the material at ⁇ accumulation 29.
  • the distance A is preferably chosen so large that this corresponds in the 1.5 times to 3 times a radius R of the material accumulation 29.
  • the accumulation of material 29 is approximately 10 mm away from the head side 23 and is formed as a longitudinal web 31, which extends in its longitudinal direction 32 from the front wall of the turbine blade 3 to the rear side wall 5.
  • the material accumulation 29 extends with its long side 33 over the entire rib element height 34.
  • the accumulation of material 29 and the head side surface 35 have a same curvature.
  • the material accumulation 29 has a convex surface 36.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (1) mit einem innengekühlten Turbinenschaufelblatt (3), in welchem ein Hohlraum (10) durch Rippenelemente (11, 12) in wenigstens einen Kühlmittel führenden Kühlkanal (13) unterteilt ist, bei welcher wenigstens eines der Rippenelemente (11, 12) mit einem Rippenelementende (24) frei in dem Kühlkanal (13) endet, wobei das wenigstens eine Rippenelement (11) in einem Umgebungsbereich (28) dieses Rippenelementendes (24) eine Materialanhäufung (29) aufweist, um eine Spannungsreduzierung in dem Umgebungsbereich (28) des wenigstens einen Rippenelements (11) zu erreichen.

Description

Beschreibung
Turbinenschaufel und Turbine Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einem innen¬ gekühlten Turbinenschaufelblatt, in welchem ein Hohlraum durch Rippenelemente in wenigstens einen Kühlmittel führenden Kühlkanal unterteilt ist, bei welcher wenigstens eines der Rippenelemente mit einem Rippenelementende frei in dem Kühl- kanal endet.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Turbine, insbesonde¬ re eine Gasturbine, mit zumindest einer Turbinenstufe umfas¬ send eine Vielzahl an Turbinenschaufeln.
Gattungsgemäße Turbinenschaufeln sowie Turbinen und Gasturbi¬ nen sind aus dem Stand der Technik bereits gut bekannt, bei¬ spielsweise aus der DE 10 2009 039 255 AI und der EP 0105602 A2.
Oftmals ist eine diesbezügliche Turbinenschaufel mit einem innengekühlten Turbinenschaufelblatt ausgerüstet, um selbst hohen in der Turbine, insbesondere in einer Heißgasturbine, vorherrschenden Temperaturen thermisch und mechanisch stand- halten zu können. Gerade in Heißgasturbinen sind die Turbinenschaufeln oftmals thermisch und mechanisch höher belastet, wobei es hierbei kaum eine Rolle spielt, ob es sich bei der Turbinenschaufel um eine Leitschaufel oder um eine Laufschau¬ fel der Turbine handelt. Um eine Kühlung der Turbinenschaufel zu ermöglichen, besitzt ein derartiges innengekühltes Turbi¬ nenschaufelblatt einen Hohlraum, durch welchem ein Kühlmedium durchgeleitet werden kann. In diesem Hohlraum ist oftmals zusätzlich noch ein Rippenelement oder eine Vielzahl an Rippenelementen angeordnet, um in dem Hohlraum wenigstens einen Kühlkanal mit einem oftmals mäandrierenden Kühlkanalverlauf auszubilden. Insbesondere wenn die Vorderseitenfläche des Turbinenschaufelblatts und die Rückseitenfläche des Turbinen¬ schaufelblatts thermisch weniger gut ausbalanciert sind, kön- nen sowohl eine diesbezügliche Vorderseitenwand als auch eine entsprechende Rückseitenwand des Turbinenschaufelblatts im Bereich eines diesbezüglichen das Turbinenschaufelblatt aus¬ steifenden Rippenelements thermo-mechanisch hoch belastet sein. Hierdurch können sich an dem Turbinenschaufelblatt partiell kritische Spannungszustände einstellen, wodurch die Turbinenschaufel in manchen Gebieten besonders nachteiligen Belastungszuständen ausgesetzt ist, welche dort im Laufe der Zeit zu einer rascheren Materialermüdung führen können. Hier- bei sind insbesondere auch die Übergangsbereiche zwischen dem Rippenelement und der Vorder- bzw. der Rückseitenwand des Turbinenschaufelblatts zu nennen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, gattungsgemäße Turbinenschau- fein weiterzuentwickeln, um zumindest die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Turbinenschaufel mit einem innengekühlten Turbinenschaufelblatt gelöst, in welchem ein Hohlraum durch Rippenelemente in wenigstens einen Kühlmittel führenden Kühlkanal unterteilt ist, bei welcher we¬ nigstens eines der Rippenelemente mit einem Rippenelementende frei in dem Kühlkanal endet, wobei das wenigstens eine Rip¬ penelement in einem Umgebungsbereich dieses Rippenelementen- des eine Materialanhäufung aufweist, um eine Spannungsredu¬ zierung in dem Umgebungsbereich des wenigstens einen Rippenelements zu erreichen.
Speziell in einem Bereich an bzw. um ein in dem Kühlkanal frei liegenden Rippenelementende herum, welches einen Innen- kurvenbegrenzung des Kühlkanals formuliert, können sich höhe¬ re Spannungszustände einstellen, welche dort dann eine früh¬ zeitige Materialermüdung begünstigen. Durch die erfindungsgemäße gezielte Anhäufung von Material an dem Rippenelement, insbesondere an im Bereich des Rippenele- mentendes, jedoch dazu geringfügig beabstandet, können spezi¬ ell in Übergangsbereichen zwischen dem Rippenelement und den Außenwänden, also den Vorder- bzw. Rückseitenwänden, der Turbinenschaufel, aber auch in dem Rippenelement an sich, spezi¬ ell thermo-mechanisch verursachte Spannungen signifikant re¬ duziert werden, wodurch eine Materialermüdung in diesbezüg- lieh kritischen Gebieten entsprechend verzögert werden kann.
Insofern stellt diese Materialanhäufung speziell im Bereich des Rippenelementendes konstruktiv einfach Reduzierungsmittel zum Reduzieren einer Materialermüdung zur Verfügung.
Derartige Reduzierungsmittel bzw. die Materialanhäufung kön¬ nen unterschiedlich im Umgebungsbereich des Rippenelementendes ausgestaltet sein, um die Materialermüdung in diesem Umgebungsbereich des Rippenelementendes zu reduzieren.
Beispielsweise sind die vorliegenden Reduzierungsmittel bzw. die Materialanhäufung derart ausgestaltet, dass sie eine ver¬ besserte Spannungsverteilung innerhalb des Rippenelements, in Übergangsbereichen zwischen dem eigentlichen Rippenelement und der Vorderseitenwand des Turbinenschaufelblatts und/oder der Rückseitenwand des Turbinenschaufelblatts, aber auch in den eigentlichen Außenwänden des Turbinenschaufelblatts ermöglichen. Hierdurch ist es möglich, insbesondere in kritischen Bereichen um das Rippenelementende herum eine Span- nungsreduzierung von mindestens 10% oder vorzugsweise von mehr als 20% oder 25% zu erzielen.
Mit dem Begriff „Materialermüdung" ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Ermüdungsrissbildung erfasst, welche spezi- eil durch eine thermo-mechanische Ermüdung des Schaufelblatt¬ materials hervorgerufen wird.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere die LCF-Ermüdung (Low Cycle Fatigue) , also die Kurzzeit- oder Niedriglastwechseler- müdung, hinsichtlich einer niedrigen Lastwechselzahl zu nennen . Jedenfalls kann die Anzahl der erzielbaren Lastwechsel erheb¬ lich erhöht und somit die Gefahr einer vorzeitigen LCF- Ermüdung signifikant gesenkt werden, wenn im Bereich des Rip- penelementendes erfindungsgemäß eine entsprechende Material- anhäufung vorgesehen ist. Somit kann durch die erfindungsgemäße Materialanhäufung eine diesbezügliche LCF- Lebenserwartung einer Turbinenschaufel signifikant gesteigert werden . Um die Materialermüdung im Bereich des Rippenelementendes entsprechend reduzieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Rippenelement partiell eine Querschnittsvergrößerung, al¬ so einen dickeren Querschnitt, aufweist. Eine solche Vergrößerung des Rippenelementquerschnitts kann konstruktiv sehr einfach durch eine Aufdickung des Rippenelementes, insbesondere im Bereich des Rippenelementendes, er¬ reicht werden. Der Effekt einer Vergrößerung des Rippenelementquerschnitts kann unterschiedlich erzielt werden. Jeden- falls kann eine geeignete Aufdickung des Rippenelements be¬ vorzugt durch eine Stoffschlüssige Materialanhäufung erzielt werden .
Insofern sieht eine bevorzugte Ausführungsvariante vor, dass die Materialanhäufung mit dem wenigstens einen Rippenelement Stoffschlüssig ausgebildet ist. Durch eine derartige Materi¬ alanhäufung können insbesondere durch thermische Einflüsse hervorgerufene Spannungen zwischen den Schaufelblattaußenwänden und dem Rippenelement verträglicher innerhalb des Schau- felblatts verteilt und von den beteiligten Bereichen aufge¬ nommen werden.
Insbesondere thermo-mechanische bedingte Spannungen können zwischen der Vorder- und/oder Rückseitenwand und dem Rippen- element günstiger abgeleitet werden, wenn die Materialanhäu¬ fung eine konvex ausgeformte Oberfläche aufweist. Zudem kann das in dem Kühlkanal strömende Kühlmittel turbu¬ lenzarmer an der konkav gekrümmten Oberfläche entlangströmen. Als Kühlmittel wird bevorzugt Kühlluft verwendet. Zweckmäßigerweise kann die Materialanhäufung weniger als 50 mm oder weniger als 30 mm, vorzugsweise weniger als 20 mm, jedoch mindestens 3 mm von der Kopfseite des Rippenelementen- des entfernt angeordnet sein. Mit einem derartig gewählten Abstand von der KopfSeitenfläche des Rippenelementendes , kann eine vorteilhafte Spanungsverteilung und -ableitung und -
Umleitung insbesondere in Umgebungsbereichen des Rippenelementendes erreicht werden.
Insbesondere thermo-mechanisch bedingte Spannungen können besser abgeleitet werden, wenn sich die Materialanhäufung mit ihrer Langseite über die gesamte Rippenelementhöhe erstreckt, und wobei sich die Rippenelementhöhe von einer Vorderseiten¬ wand des Turbinenschaufelblatts bis zu einer Rückseitenwand des Turbinenschaufelblatts oder vice versa erstreckt.
Hierbei erstreckt sich die Kurzseite der Materialanhäufung in Längserstreckung des Rippenelements.
Wenn die Materialanhäufung einen länglich geformten Steg aus- gestaltet, welcher sich mit seiner Längsrichtung von einer
Vorderwandseite des Turbinenschaufelblatts zu einer Rücksei¬ tenwand des Turbinenschaufelblatts oder vice versa erstreckt, können insbesondere im Bereich des Rippenelementendes auftre¬ tende Spannungen wesentlich besser zwischen dem Rippenelement und der Vorderseitenwand und/oder der Rückseitenwand geleitet werden .
Insofern ist es vorteilhaft, wenn dieser längliche Steg quer zu der Längserstreckung des Rippenelements angeordnet ist.
Ist die Materialanhäufung in Richtung ihrer Langseite gekrümmt, also dementsprechend auch der länglich geformte Steg, kann sich dies auf die Bewältigung von thermo-mechanischen Spannungen innerhalb des Turbinenschaufelblatts günstig aus¬ wirken .
Somit ist es vorteilhaft, wenn die Materialanhäufung in Rich- tung ihrer Langseite bogenförmig ausgebildet ist.
Konstruktiv einfacher kann die Materialanhäufung an dem Rippenelement aufgebaut werden, wenn eine Krümmung der Material¬ anhäufung gleich einem Krümmungsverlauf einer Kopfseitenflä- che der Kopfseite ausgebildet ist.
Es versteht sich, dass die Materialanhäufung beidseits, also an beiden einen mäandrierenden Kühlmittelkanal begrenzenden Seitenflächen des Rippenelements zwischen der Vorderseiten- wand und der Rückseitenwand ausgebildet sein kann. Es reicht jedoch für eine günstige Spannungsverteilung bereits aus, wenn die Materialanhäufung lediglich an einer der dem Kühlkanal zugewandten Rippenelementseiten ausgeprägt ist. Da Gebiete mit einer erhöhten Materialermüdungsgefahr speziell im Umgebungsbereich des in dem Kühlkanal frei liegenden Rippenelementendes vorliegen, ist es vorteilhaft, wenn die Materialanhäufung in einem Wendebereich des Kühlmittelkanals an dem wenigstens einen Rippenelement angeordnet ist.
Der Wendebereich des Kühlmittelkanals entspricht hierbei ei¬ ner Kurve des mäandrierenden Kühlkanalverlaufs des Kühlmit¬ telkanals . Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einer Turbine, insbe¬ sondere einer Gasturbine, mit zumindest einer Turbinenstufe umfassend eine Vielzahl an Turbinenschaufeln gelöst, wobei die zumindest eine Turbinenstufe Turbinenlaufschaufeln und/oder Turbinenleitschaufein gemäß einer Turbinenschaufel nach einem der hier beschriebenen Merkmale umfasst.
Eine Turbine, dessen Turbinenschaufeln weniger durch Materialermüdungen belastet bzw. gefährdet sind, kann nicht nur be- triebssicherer und wartungsärmer betrieben werden, sondern sie besitzt darüber hinaus insgesamt auch eine höhere Lebens¬ dauer, und kann somit wirtschaftlicher betrieben werden. Weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft ein Turbinenschaufelblatt mit einer im Bereich eines Rippenelementendes eines innerhalb eines Kühlkanals befindlichen Rippenelements angeordneten Materialanhäufung dargestellt und beschrieben ist .
In der Zeichnung zeigen: Figur 1 schematisch eine Teilansicht eines Hohlraums eines längsgeschnittenen Turbinenschaufelblatts mit einem einen Kühlkanal begrenzenden Rippenelement, an dessen Rippenele- mentende eine Materialanhäufung ausgebildet ist; und Figur 2 schematisch eine vergrößerte Ansicht eines Rippen¬ elementendes des in der Figur 1 gezeigten Rippenelements.
Bei der in den Figuren 1 und 2 zumindest teilweise gezeigten Turbinenschaufel 1 handelt es sich um eine Leitschaufel 2 ei- ner hier nicht gezeigten Heißgasturbine.
Die Turbinenschaufel 1 besitzt ein innengekühltes Turbinen¬ schaufelblatt 3, wobei insbesondere gemäß der Darstellung nach der Figur 1 die Innenseite 4 der Vorderseitenwand 5 des Turbinenschaufelblatts 3 gezeigt ist.
Insbesondere gemäß der Darstellung nach der Figur 1 befindet sich rechter Hand ein Vorderkantenbereich 6 des Turbinenschaufelblatts 3. Linker Hand befindet sich dementsprechend die Hinterkantenbereich 7 des Turbinenschaufelblatts 3, an welcher eines Vielzahl an Kühlluftaustrittsbohrungen 8 (nur exemplarisch beziffert) vorhanden sind. Jedenfalls besitzt das Turbinenschaufelblatt 3 einen Hohlraum 10, wobei gemäß der Darstellung nach der Figur 1 dieser Hohlraum 10 nur teilweise illustriert ist. Insbesondere gemäß der Darstellung nach der Figur 1 erkennt man weiter zwei in dem Hohlraum 10 befindliche Rippenelemente 11 und 12, mittels welchen ein mehrfach gewundener Kühlkanal 13 mit einem mäandrierenden Kühlkanalverlauf innerhalb des Hohlraums 10 ausgestaltet ist. Entlang des gewundenen Kühlka- nals 13 bzw. dessen mäandrierenden Kühlkanalverlauf kann
Kühlluft als Kühlmittel durch Turbinenschaufelblatt 3 gelei¬ tet werden, um dieses von innen zu kühlen.
Bei dem in der Figur 1 teilweise gezeigten Kühlkanal 13 durchströmt die aus einem Fußbereich 14 des Turbinenschaufel- fußes 15 kommende Kühlluft das Turbinenschaufelblatt 3, wobei ein Teil der Kühlluft in Richtung 16 weiter bis in einen Bereich 17 der Turbinenschaufelblattspitze 18 gelangt. Wie gemäß der Darstellung nach der Figur 1 gezeigt, endet das erste Rippenelement 11 mit seinem durch seine Kopfseite 23 definierten Rippenelementende 24 frei in dem Kühlkanal 13, und zwar im Wendebereich 19. Speziell in dem Umgebungsbereich 28 des Rippenelementendes 24 und insbesondere in den Übergangsbereichen zwischen dem ersten Rippenelement 11 und der Vorderseitenwand 5 des Turbinen¬ schaufelblatts 3 und/oder der Rückseitenwand des Turbinen¬ schaufelblatts 3 besteht die Gefahr von kritischen Spannungs- zuständen, welche dort eine erhöhte Materialermüdung verursa¬ chen können.
Deshalb ist in dem Umgebungsbereich 28 des Rippenelementendes 24 eine Materialanhäufung 29 an einer dem parallel verlaufen- den Kühlkanalabschnitt 20 begrenzenden Rippenelementseite 30 des ersten Rippenelements 11 vorgesehen, um hierdurch eine Spannungsreduzierung in diesem Bereich des ersten Rippenelements 11 zu erreichen. Die Darstellung nach der Figur 2 zeigt gut, dass die Materialanhäufung 29 unter Bildung des Abstands A beabstandet von der Kopfseite 23 an dem ersten Rippenelement 11 ausgebildet ist. Im Abschnitt des vom Abstand A überdeckten Bereichs - also von der Kopfseite 23 bis zum Ansatz der Materialanhäu¬ fung 29 - weist das Rippenelement 11 zumindest annähernd die gleiche Wandstärke Di auf wie jenseits (D2) der Materialan¬ häufung 29. Der Abstand A wird vorzugsweise so groß gewählt, dass dieser in dem 1,5-fachen bis 3-fachen eines Radius R der Materialanhäufung 29 entspricht.
In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Materialanhäufung 29 etwa 10 mm von der Kopfseite 23 entfernt und ist als längli- eher Steg 31 ausgeformt, welcher sich in seiner Längsrichtung 32 von der Vorderseitenwand des Turbinenschaufelblatts 3 zu der Rückseitenwand 5 erstreckt.
Insofern erstreckt sich die Materialanhäufung 29 mit ihrer Langseite 33 über die gesamte Rippenelementhöhe 34.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Materialanhäufung 29 und die KopfSeitenfläche 35 einen gleichen Krümmungsverlauf auf .
Die Materialanhäufung 29 besitzt eine konvexe Oberfläche 36.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch dieses offenbarte Ausführungsbei¬ spiel eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fach¬ mann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (1) mit einem innengekühlten Turbinenschaufelblatt (3), in welchem ein Hohlraum (10) durch Rippen- elemente (11, 12) in wenigstens einen Kühlmittel führenden Kühlkanal (13) unterteilt ist, bei welcher wenigstens eines der Rippenelemente (11, 12) mit einem durch eine Kopfseite (23) definierten Rippenelementende (24) frei in dem Kühlkanal (13) endet, wobei das wenigstens eine Rippenelement (11, 12) in einem Umgebungsbereich (28) dieses Rippenelementendes (24) eine Materialanhäufung (29) aufweist, um eine Spannungsredu¬ zierung in dem Umgebungsbereich (28) des wenigstens einen Rippenelements (11, 12) zu erreichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Materialanhäufung (29) zur Kopfseite (23) beabstandet ist .
2. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, wobei die Material¬ anhäufung (29) mit dem wenigstens einen Rippenelement (11, 12) stoffschlüssig ausgebildet ist.
3. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Materialanhäufung (29) eine konvex ausgeformte Oberfläche (36) aufweist.
4. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Materialanhäufung (29) weniger als 50 mm oder weniger als 30 mm, vorzugsweise weniger als 20 mm, mindestens je¬ doch 3 mm von der Kopfseite (23) des Rippenelementendes (24) entfernt angeordnet ist.
5. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein sich von der Kopfseite (23) bis zur Materialabhäu¬ fung (29) erstreckender Bereich des Rippenelements (11) eine Wandstärke (Di) aufweist, die genauso groß ist wie die Wand¬ stärke (D2) des Rippenelements (11) jenseits der Materialan¬ häufung (29).
6. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Materialanhäufung (29) mit ihrer Langseite (33) über die gesamte Rippenelementhöhe (34) erstreckt, und wobei sich die Rippenelementhöhe (34) von einer Vorderseiten- wand des Turbinenschaufelblatts (3) bis zu einer Rückseiten¬ wand (5) des Turbinenschaufelblatts (3) erstreckt.
7. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Materialanhäufung (29) einen länglich geformten Steg (31) ausgestaltet, welcher sich in seiner Längsrichtung
(32) von einer Vorderseitenwand des Turbinenschaufelblatts (3) zu einer Rückseitenwand (5) des Turbinenschaufelblatts (3) erstreckt.
8. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Materialanhäufung (29) in Richtung ihrer Langseite
(33) gekrümmt ist.
9. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Krümmung der Materialanhäufung (29) gleich einem
Krümmungsverlauf einer KopfSeitenfläche (35) der Kopfseite (23) ausgebildet ist.
10. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Materialanhäufung (29) lediglich an einer der dem
Kühlkanal (13) zugewandten Rippenelementseite (30) ausgeprägt ist .
11. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Materialanhäufung (29) in einem Wendebereich (19) des Kühlkanals (13) an dem wenigstens einen Rippenelement (11, 12) angeordnet ist.
12. Turbine, insbesondere Gasturbine, mit zumindest einer Turbinenstufe umfassend eine Vielzahl an Turbinenschaufeln
(1), wobei die zumindest eine Turbinenstufe Turbinenlauf¬ schaufeln und/oder Turbinenleitschaufein gemäß einer Turbi- nenschaufel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche um- fasst .
PCT/EP2015/069311 2014-08-27 2015-08-24 Turbinenschaufel und turbine WO2016030307A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14182483.9 2014-08-27
EP14182483.9A EP2990599A1 (de) 2014-08-27 2014-08-27 Turbinenschaufel und Turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016030307A1 true WO2016030307A1 (de) 2016-03-03

Family

ID=51398573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/069311 WO2016030307A1 (de) 2014-08-27 2015-08-24 Turbinenschaufel und turbine

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2990599A1 (de)
WO (1) WO2016030307A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0105602A2 (de) 1982-09-02 1984-04-18 PCC Airfoils, Inc. Giessformkern und Verfahren zur Herstellung innerer Hohlräume in einer Turbinenschaufel
EP1010859A2 (de) * 1998-12-18 2000-06-21 General Electric Company Turbinenschaufel und Methode zum Kühlen einer Turbinenschaufel
US20030026698A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-06 Flodman David Allen Trichannel airfoil leading edge cooling
US20080056908A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Honeywell International, Inc. High effectiveness cooled turbine blade
DE102009039255A1 (de) 2009-08-28 2011-03-03 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Gießkern-Herstellung einer Gasturbinenschaufel

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1843007A1 (de) * 2006-04-06 2007-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel mit separatem Abschlusselement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0105602A2 (de) 1982-09-02 1984-04-18 PCC Airfoils, Inc. Giessformkern und Verfahren zur Herstellung innerer Hohlräume in einer Turbinenschaufel
EP1010859A2 (de) * 1998-12-18 2000-06-21 General Electric Company Turbinenschaufel und Methode zum Kühlen einer Turbinenschaufel
US20030026698A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-06 Flodman David Allen Trichannel airfoil leading edge cooling
US20080056908A1 (en) * 2006-08-30 2008-03-06 Honeywell International, Inc. High effectiveness cooled turbine blade
DE102009039255A1 (de) 2009-08-28 2011-03-03 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Gießkern-Herstellung einer Gasturbinenschaufel

Also Published As

Publication number Publication date
EP2990599A1 (de) 2016-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3762587B1 (de) Schaufelblatt für eine turbinenschaufel
EP2384393B1 (de) Gekühlte schaufel für eine gasturbine
EP2815083B1 (de) Bauteil für eine thermische maschine, insbesondere eine gasturbine
DE102015213090A1 (de) Schaufel für eine Strömungskraftmaschine und Verfahren zu deren Herstellung
EP1267039A1 (de) Kühlkonstruktion für Schaufelblatthinterkante
EP2059655B1 (de) Gekühlte turbinenlaufschaufel
EP1745195A1 (de) Strömungsmaschinenschaufel
EP1496203B1 (de) Turbinenschaufel mit Prallkühlung
EP3658751B1 (de) Schaufelblatt für eine turbinenschaufel
CH705185A1 (de) Schaufel für eine Gasturbine sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Schaufel.
EP2087207B1 (de) Turbinenschaufel
EP2853689A1 (de) Anordnung von Kühlkanälen in einer Turbinenschaufel
EP3473808A1 (de) Schaufelblatt für eine innengekühlte turbinenlaufschaufel sowie verfahren zur herstellung einer solchen
EP3034782A1 (de) Filmgekühlte Turbinenschaufel
WO2008155248A1 (de) Kühlung der leitschaufel einer gasturbine
EP3039246B1 (de) Turbinenschaufel
WO2016030307A1 (de) Turbinenschaufel und turbine
EP3232001A1 (de) Laufschaufel für eine turbine
EP2998507A1 (de) Eine gekühlte Turbinenschaufel, welche interne Verbindungsrippen zwischen den Kühlräumen beinhaltet, welche Sollbruchstellen zur Verringerung von Thermischen Spannungen aufweisen
DE202011051341U1 (de) Stegformation im Rotorblatttip
WO2015158514A1 (de) Turbinenschaufel und turbine
EP3158168B1 (de) Turbinenschaufel und turbine
EP3134621B1 (de) Turbinenschaufel und turbine
DE102015226653A1 (de) Turbinenschaufel für eine thermische Strömungsmaschine
EP3199760A1 (de) Turbinenschaufel mit einem drosselelement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15756609

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15756609

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1