WO2017108661A1 - Turbinenschaufel für eine thermische strömungsmaschine - Google Patents

Turbinenschaufel für eine thermische strömungsmaschine Download PDF

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WO2017108661A1
WO2017108661A1 PCT/EP2016/081668 EP2016081668W WO2017108661A1 WO 2017108661 A1 WO2017108661 A1 WO 2017108661A1 EP 2016081668 W EP2016081668 W EP 2016081668W WO 2017108661 A1 WO2017108661 A1 WO 2017108661A1
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WO
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blade
airfoil
turbine blade
cavity
cooling
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/081668
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English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade for a thermi ⁇ specific fluid machine according to the preamble of claim. 1
  • a turbine blade according to the preamble of claim 1 is known for example from EP 1 561 901 B1.
  • an inserted into the blade leaf ⁇ damping element is provided which is upstream of the trailing edge disposed through the vorhande there ⁇ NEN cavity extends and abuts the inner surfaces of the suction sidewall and pressure sidewall laterally.
  • the component used to rub vibration damping on the inner surfaces of the airfoil To achieve the best possible damping, the component used extends over the entire
  • EP 2 107 214 A1 discloses a guide vane of the type mentioned in the introduction, in which a baffle cooling element is used for cooling the vane blade.
  • a uniform cooling of the blade ⁇ blade is not always mandatory. For this reason, there is a need for the provision of a turbine blade, in which the airfoil is locally cooled individually.
  • the impingement cooling insert extends not quite up to the radially inner end of the blade, but shortly before s ⁇ det.
  • the object of the invention is therefore to provide a turbine blade, with a different degrees of cooling of the airfoil is made possible at different locations.
  • the present invention proposes that arranged in the blade ⁇ leaf body merely does not extend over the entire length of the blade, but over part of the blade length, that is, is significantly shorter than the detectable in the radial direction of longitudinal extent of the airfoil.
  • Significantly shorter than the airfoil for example, is a body whose length is less than 75% of the airfoil length.
  • This body which preference, either as a displacement body for a flowing inside the airfoil cooling fluid, or as impingement cooling body may be configured, thereby enabling in that portion of the airfoil on which it is present, it ⁇ creased cooling in comparison to that portion of the Blister sheet that is, so to speak, body-free.
  • the invention is based on the finding that in some turbine blades and in particular Turbinenleitschaufein platform-level areas of the airfoil can have an increased cooling demand, however, the temperature in the hot gas at half the height of the airfoil are in principle the highest. Such situations can occur, for example, when a turbine blade provided with a ceramic thermal barrier coating has local wear there. In such a case, it is advantageous if the said body is provided only in said platform-near area and there compensates for the wear. In the case of guide vanes of axial-flow thermal turbomachines, such airfoil regions can adjoin the radially outer platform.
  • the body extends from one of the two ends of the airfoil into the cavity. This is compared to the Prior art shortened body in its length not ⁇ tig between the two ends of the airfoil arranged, but one-sided shifted to one of the two ends. In particular, this makes it possible to provide a turbine blade which is located at the radially inner end or at the radially outer end
  • End (at axially flowed turbomachinery) there can be preferably cooled.
  • the impingement cooling body has a lying in the range of access of the blade end ⁇ , is attached to the provided a choke device for metering a einströmbaren in the cavity of the impingement cooling body cooling fluid ,
  • the amount of cooling fluid used for impingement cooling can advantageously already be achieved with the
  • Production of the baffle heat sink can be adjusted to avoid an unnecessarily high consumption of cooling fluid.
  • the impact heat sink is freely movable in its longitudinal direction at a further end opposite the access.
  • the body with respect to its longitudinal extension, can be laterally supported on the inner surfaces of the side walls, but is contact-free on its head-side surface, which faces the other end of the airfoil.
  • the body can expand freely along its longitudinal direction, without causing compressive stresses in the material of the body when it stretches due to thermal influences or centrifugal force.
  • the body extends over about 30% of the length of the airfoil.
  • Ausgestal ⁇ processing of the body can also be arranged as a displacement body in the cavity of the blade to displace a fluid flowing in the cavity cooling fluid from the center of the cavity toward the inner surfaces of the side walls.
  • the concomitant cross-sectional tapering of the permeable cavity leads to an accelerated flow through the cavity, compared to a displacer-free cavity - which results in increased heat exchange between the sidewall and the cooling fluid. Even so, the cooling effect of the cooling fluid can be improved.
  • the displacement body is designed as a hollow body in order to save material and weight.
  • the turbine blade can be designed both as Leit ⁇ blade and as a blade of a turbine.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a longitudinal partial section through a turbine blade designed as a guide blade with a turbine blade inserted therein
  • FIG. 3 shows a displacement body in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a longitudinal section through a turbine blade 10.
  • the turbine blade 10 comprises one another along an imaginary longitudinal axis 12.
  • the spectacle ⁇ felblatt 20 comprises two side walls 22, 24, of which the first suction side (22) and the second pressure side (24) is arranged reasonable.
  • the side walls 22, 24 extend from a common in figure 1, not shown, leading edge to a common trailing edge 26.
  • the airfoil 20 is - as the position of the section plane it illustrates - hollow out forms ⁇ , wherein the cavity is provided with the reference numeral 28th
  • This cavity 28 has at least one access 30.
  • the access 30 is located at one of the two ends 32 of the airfoil 20.
  • a turbine blade having thermi ⁇ rule turbomachine 10 such as a gas turbine
  • the blade 20 flows around a hot gas.
  • the blade is flown to his not shown before ⁇ derkante of hot gas 20th
  • This then divides on the pressure side as well as the suction side, thus flows around the show ⁇ blade sheet 20 and leaves the turbine blade 10 at the trailing edge 26.
  • This direction of the hot gas is referred to as Hauptströ ⁇ tion direction.
  • the turbine blade 10 is designed as a guide vane, the airfoil 20 mostly at both of its En ⁇ the 32 has a transversely extending platform 16 on.
  • Solely freestanding turbine blades have a platform only at one of their two blade ends, wherein in a turbine free-standing vane rather untypical and freestanding rather blades are common.
  • Relative to the mounting position in an example axially throughflow Gas turbine is usually spoken of an inner platform ⁇ form and an outer platform, based on the machine axis of the gas turbine. Then the longitudinal axis 12 is also perpendicular to the machine axis.
  • the platform 16 is arranged radially on the outside.
  • the body 34 is configured as a baffle heat sink 36 having a substantially cuboid shape and with comparatively thin walls 37.
  • One of these walls is an inflow-side body end 40, which is a wide ⁇ res body end 46 opposite.
  • WAEN ⁇ de impingement cooling of the body which are opposed to the inner surfaces of the side walls 22, 24, provided with impingement cooling openings 38, which are distributed in a uniform pattern. Depending on the local cooling requirement, however, it is also possible to deviate from the uniform distribution pattern.
  • the inflow-side wall of the impact cooling body 36 is formed by a cover plate 42 provided with openings 44.
  • the openings 44 are substantially larger than the impact cooling openings 38.
  • the cover plate 42 is part of the impact cooling body and with the inner surfaces of the side walls 22, 24ippolie ⁇ ing walls 37 firmly connected.
  • the cover plate 42 serves for the conventional fastening of the impact cooling body 36 to the remaining turbine blade 10, which may also be referred to as the blade base body.
  • This blade body is usually a cast product.
  • no impact cooling openings are provided at the further end 46 of the body 34.
  • it is freely movable in the longitudinal direction.
  • Turbulators 48 may be provided, but are not mandatory necessary.
  • the surfaces of the side walls 22, 24 which can be overflowed by the hot gas and also those of the platforms 16 can be protected from the influences of the hot gas by a ceramic layer or a layer system.
  • Combustion temperatures is to be operated or when the material of the cast blade body higher tempera ⁇ tures had to withstand far as those temperatures wur- estimated at the design stage of the turbine blade. Consequently, the service life of the turbine blade according to the invention can be extended without having to reconstruct its blade body. This saves development costs.
  • the turbine blade 10 does not have only one of these bodies 34 according to the invention.
  • such solutions are also conceivable in which such short bodies 34 are used at both ends 30 of the airfoil 20 so that their further ends 46 face each other in a gap-forming manner.
  • the blade 20 not only has a only peo ⁇ gen cavity 28, but several of which some or all of the cavities 28 are equipped with a shortened or even stub ⁇ like body 34, compared to the length of the airfoil 20th
  • FIG. 2 shows the impact cooling body 36 shown in FIG. 1 in a perspective illustration, but without the blade base body otherwise surrounding it.
  • FIG. 3 shows a displacement body 50 which may be used in the turbine blade 10 instead of the impact cooling body 36 known from FIG.
  • the displacement body has no openings. Instead, its shroud 51 is preferably provided with notches 52 to allow the mounting region of the turbine blade 10 ago the inflow of cooling air into a arranged between the displacement body 50 and the inner surfaces of the side walls 22, 24 of the blade 20 Zwi ⁇ rule space.
  • To reduce weight of the displacement body is designed as a comparatively thin-walled Blechkon ⁇ construction and thus hollow inside.
  • the invention relates to a turbine blade 10 for a thermal turbomachine, with one of a
  • Hot gas flow-around airfoil 20 comprising a suction side wall 22 and a pressure side side wall 24, the main flow direction of the hot gas viewed from a common leading edge to a common trailing edge 16 and in a direction substantially perpendicular to the main flow direction longitudinal direction with a length of a first extending end 32 of the airfoil 20 to a second end of the airfoil, wherein the airfoil 20 at least ⁇ at one of its two ends 32 has an access 30 to a arranged in the blade interior cavity 28, in which a through the access 30 inserted body 34, 50 is arranged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (10) für eine thermische Strömungsmaschine, mit einem von einem Heißgas umströmbaren Schaufelblatt (20) umfassend eine saugseitige und eine druckseitige Seitenwand (22,24). Das Schaufelblatt (20) weist zumindest an einem seiner beiden Enden (32) einen Zugang (30) zu einem im Schaufelblattinneren angeordneten Hohlraum (28) auf, in welchem ein durch den Zugang (30) eingesetzter Prallkühlörper (34, 36, 50) angeordnet ist. Um die Lebensdauer einer bereits betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel (10) zu verbessern, wird vorgeschlagen, die besonders heißen Temperaturen ausgesetzte Bestandteile des Schaufelblatts (20) durch die Verwendung eines Prallkühlkörpers (34, 36, 50) im Inneren des Schaufelblatts (20) zu kühlen, welcher sich dadurch kennzeichnet, dass dieser sich lediglich über einen Teil der Länge des Schaufelblatts (20) erstreckt. In bevorzugter Weise erstreckt sich der Prallkühlkörper (34,36) lediglich über bis zu 30% der Schaufelspannweite.

Description

Beschreibung
Turbinenschaufel für eine thermische Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine thermi¬ sche Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine dem Oberbegriff von Anspruch 1 entsprechende Turbinen- schaufei ist beispielsweise aus der EP 1 561 901 Bl bekannt. Gemäß der bekannten Turbinenschaufel ist ein in das Schaufel¬ blatt eingesetztes Dämpfungselement vorgesehen, welches sich stromauf der Hinterkante angeordnet durch den dort vorhande¬ nen Hohlraum erstreckt und seitlich an den Innenflächen der Saugseitenwand und Druckseitenwand anliegt. Im Falle von auf¬ tretenden Schaufelblattschwingungen soll das eingesetzte Bauteil sich an den Innenflächen des Schaufelblatts schwingungs- dämpfend reiben. Zur Erreichung einer bestmöglichen Dämpfung erstreckt sich das eingesetzte Bauteil über die gesamte
Schaufelblatthöhe.
Weiter ist aus der EP 2 107 214 AI eine Leitschaufel der eingangs genannten Art bekannt, in der ein Prallkühlelement zur Kühlung des Schaufelblatts eingesetzt ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine gleichmäßige Kühlung des Schaufel¬ blatts nicht immer zwingend erforderlich ist. Aus diesem Grunde besteht das Bedürfnis nach der Bereitstellung einer Turbinenschaufel, bei der das Schaufelblatt lokal individuell kühlbar ist.
Daneben ist aus der US 5,207,556 eine Turbinenschaufel be¬ kannt, deren Prallkühleinsatz nicht ganz bis zum radial inneren Ende des Schaufelblatts reicht, sondern kurz vorher en¬ det .
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Turbinenschaufel, mit der eine unterschiedlich starke Kühlung des Schaufelblatts an unterschiedlichen Stellen ermöglicht wird .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbinenschau- fei gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, dass der im Schaufel¬ blatt angeordnet Körper sich nicht über die gesamte Länge des Schaufelblatts, sondern sich lediglich über einen Teil der Schaufelblattlänge erstreckt, das heißt, signifikant kürzer ist als die in Radialrichtung erfassbare Längserstreckung des Schaufelblatts. Signifikant kürzer als das Schaufelblatt ist beispielsweise ein Körper, dessen Länge weniger als 75% der Schaufelblattlänge beträgt. Dieser Körper, welcher vorzugs- weise entweder als Verdrängungskörper für ein im Inneren des Schaufelblatts strömendes Kühlfluid oder als Prallkühlkörper ausgestaltet sein kann, ermöglicht dadurch in demjenigen Abschnitt des Schaufelblatts, an dem er vorhanden ist, eine er¬ höhte Kühlung im Vergleich zu demjenigen Abschnitt des Schau- felblatts, der sozusagen körperfrei ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntniss, dass bei einigen Turbinenschaufeln und insbesondere bei Turbinenleitschaufein plattformnahe Bereiche des Schaufelblatts einen erhöhten Kühlbedarf aufweisen können, gleichwohl die Temperatur im Heißgas auf halber Höhe des Schaufelblatts prinzipiell die höchsten sind. Derartige Situationen können beispielsweise dann auftreten, wenn eine mit einer keramischen Wärmedämmschicht versehene Turbinenschaufel dort lokale Verschleißer- scheinung aufweist. In einem solchen Fall ist es dann von Vorteil, wenn der besagte Körper lediglich in dem besagten plattformnahen Bereich vorgesehen ist und dort den Verschleiß kompensiert. Bei Leitschaufeln axial durchströmter thermischer Strömungsmaschinen können derartige Schaufelblatt- Bereiche an der radial äußeren Plattform angrenzen. In radial weiter innen liegenden Bereichen des Schaufelblatts ist dann die Verwendung eines Verdrängungskörpers bzw. einer Prallkühlung nicht zwingend erforderlich, so dass hier auf die Anwe- senheit eines entsprechenden Körpers verzichtet werden kann. Hierdurch lässt sich einerseits ein quasi verkürzter Körper bereitstellen, dessen Fertigung vereinfacht ist und andererseits geringere Herstellungskosten verursacht. Auch wird das Gewicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel verringert im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Turbinenschaufel .
Durch die lokal verbesserte Kühlung kann die lokale Lebens- dauer des Seitenwand-Materials verlängert werden, da die Tur¬ binenschaufel an den besagten Stellen nunmehr hinreichend ge¬ kühlt wird. Dies gilt selbst für den Fall, dass an der Turbi¬ nenschaufel - warum auch immer - eine auf der Seitenwand au¬ ßen vorhandene keramische Schutzschicht in ihrer Stärke ab- nimmt. Dabei ist es selbstverständlich, dass, sofern der Körper als Prallkühlkörper ausgeführt ist, das Muster und die Dichte an Prallkühlöffnungen entsprechend der lokalen Forderung weiter individuell angepasst sein können. Weiterer Vorteil ist, dass bereits betriebsbeanspruchte Tur¬ binenschaufeln, die beispielsweise an den äußeren Durchmessern eine erhöhte Kühlung aufgrund eines Verschleißes der ke¬ ramischen Schutzschicht benötigen, durch den nachträglichen Einbau eines verkürzten Prallkühlkörpers für eine Weiterbe- nutzung ertüchtigt werden können. Damit wird die Lebensdauer der bereits betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel verlängert. Letzteres gilt ebenso für Turbinenschaufeln, die in Turbinen mit erhöhten Heißgastemperaturen weiter verwendet werden sollen, unabhängig davon, ob sie beschichtet sind oder nicht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den ab¬ hängigen Ansprüchen angegeben, wobei deren Merkmale untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Körper ausgehend von einem der beiden Enden des Schaufelblatts in den Hohlraum hinein. Damit ist der im Vergleich zum Stand der Technik in seiner Länge verkürzte Körper nicht mit¬ tig zwischen den beiden Enden des Schaufelblatts angeordnet, sondern einseitig zu einen der beiden Enden hin verschoben. Insbesondere damit lässt sich eine Turbinenschaufel bereit- stellen, die am radial inneren Ende oder am radial äußeren
Ende (bei axial durchströmten Strömungsmaschinen) dort bevorzugt gekühlt werden kann.
Für den Fall, dass der Körper als Prallkühlkörper ausgestal- tet ist, ist es bevorzugt, wenn der Prallkühlkörper ein im Bereich des Zugangs des Schaufelblatts liegendes Ende auf¬ weist, an dem eine Drosselvorrichtung zur Dosierung eines in den Hohlraum des Prallkühlkörpers einströmbaren Kühlfluids vorgesehen ist. Damit kann die Menge der zur Prallkühlung ge- nutzten Kühlfluids in vorteilhafter Weise bereits mit der
Herstellung des Prallkühlkörpers eingestellt werden, um einen unnötig hohen Verbrauch an Kühlfluid zu vermeiden.
Weiter bevorzugt ist der Prallkühlkörper an einem weiteren dem Zugang gegenüberliegenden Ende in seiner Längsrichtung frei beweglich. Darunter wird verstanden, dass der Körper, bezogen auf seine Längserstreckung, sich zwar seitlich punktuell an den Innenflächen der Seitenwände abstützen kann, jedoch an seiner kopfseitigen Fläche, die dem anderen Ende des Schaufelblatts zugewandt ist, kontaktfrei ist. Damit kann sich der Körper entlang seiner Längsrichtung frei ausdehnen, ohne dass es zu Druckspannungen im Material des Körpers kommt, wenn dieser sich aufgrund von thermischen Einflüssen oder Fliehkraft dehnt.
Weiter bevorzugt erstreckt sich der Körper über etwa 30 % der Länge des Schaufelblatts. Gemäß einer alternativen Ausgestal¬ tung kann der Körper auch als ein Verdrängungskörper im Hohlraum des Schaufelblatts angeordnet sein, um ein im Hohlraum strömendes Kühlfluid aus dem Zentrum des Hohlraums hin zu den Innenflächen der Seitenwände zu verdrängen. Die damit einhergehende Querschnittsverjüngung des durchströmbaren Hohlraums führt zu einer beschleunigten Durchströmung des Hohlraums - verglichen mit einem verdrängungskörperfreien Hohlraum -, was einen erhöhten Wärmeaustausch zwischen Seitenwand und Kühl- fluid zur Folge hat. Auch damit kann die Kühlwirkung des Kühlfluids verbessert werden.
Weiter bevorzugt ist der Verdrängungskörper als Hohlkörper ausgestaltet, um Material und Gewicht einzusparen.
Zweckmäßiger Weise kann die Turbinenschaufel sowohl als Leit¬ schaufel als auch als Laufschaufel einer Turbine ausgestaltet sein .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden nachfolgend mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren näher erläu¬ tert. Hierbei sind die Figuren lediglich schematisch dargestellt, wodurch insbesondere keine Einschränkung der Ausführbarkeit der Erfindung die Folge ist. Es zeigen:
Figur 1 in perspektivischer Darstellung einen Längsteilschnitt durch eine als Leitschaufel ausgestaltete Turbinenschaufel mit einem darin eingesetzten
Prallkühlkörper,
Figur 2 der Prallkühlkörper aus Figur 1 in perspektivischer
Darstellung und
Figur 3 ein Verdrängungskörper in perspektivischer Darstellung .
In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Turbinenschaufel 10. Die Turbinenschaufel 10 umfasst entlang einer gedachten Längsachse 12 aufeinander- folgend einen Befestigungsabschnitt 14, eine Plattform 16 so¬ wie ein aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt 20. Das Schau¬ felblatt 20 umfasst zwei Seitenwände 22, 24, von denen die erste saugseitig (22) und die zweite druckseitig (24) ange- ordnet ist. Die Seitenwände 22, 24 erstrecken sich von einer gemeinsamen in Figur 1 nicht dargestellten Vorderkante zu einer gemeinsamen Hinterkante 26. Das Schaufelblatt 20 ist - wie die Lage der Schnittebene es verdeutlicht - hohl ausge¬ bildet, wobei der Hohlraum mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist. Dieser Hohlraum 28 weist zumindest einen Zugang 30 auf. Der Zugang 30 liegt an dem einen der beiden Enden 32 des Schaufelblatts 20.
Von den beiden Enden des Schaufelblatts ist lediglich ein En- de in Figur 1 dargestellt, wobei eine Länge des Schaufel¬ blatts als Abstand zwischen den beiden Enden erfassbar ist.
Im Betrieb einer die Turbinenschaufel 10 aufweisenden thermi¬ schen Strömungsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine, wird das Schaufelblatt 20 von einem Heißgas umströmt. Dabei wird das Schaufelblatt 20 an seiner nicht dargestellten Vor¬ derkante von Heißgas angeströmt. Dieses teilt sich dann druckseitig so wie saugseitig auf, umströmt somit das Schau¬ felblatt 20 und verlässt die Turbinenschaufel 10 an der Hin- terkante 26. Diese Richtung des Heißgases wird als Hauptströ¬ mungsrichtung bezeichnet. Im Wesentlichen senkrecht zur
Hauptströmungsrichtung erstreckt sich die gedachte Längsachse 12. Wenn die Turbinenschaufel 10 als Leitschaufel ausgestaltet ist, weist das Schaufelblatt 20 zumeist an beiden seiner En¬ den 32 eine sich quer dazu erstreckende Plattform 16 auf. Bei Laufschaufeln mit so genannten Deckbändern gilt dies ebenso. Allein freistehende Turbinenschaufeln weisen lediglich an ei- nem ihrer beiden Schaufelblatt-Enden eine Plattform auf, wobei in einer Turbine freistehende Leitschaufel eher untypisch und freistehende eher Laufschaufeln gängig sind. Bezogen auf die Einbaulage in einer beispielweise axial durchströmbaren Gasturbine spricht man in der Regel von einer inneren Platt¬ form und einer äußeren Plattform, bezogen auf die Maschinenachse der Gasturbine. Dann steht auch die Längsachse 12 senk¬ recht auf der Maschinenachse. Im hier dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist die Plattform 16 radial außen angeordnet.
Im Hohlraum 28 befindet sich ein Körper 34. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Körper 34 als Prallkühlkörper 36 ausgestaltet mit einer im Wesentlichen quaderförmigen Gestalt und mit vergleichsweise dünnen Wänden 37. Eine dieser Wände stellt ein einströmseitiges Körperende 40 dar, dem ein weite¬ res Körperende 46 gegenüberliegt. Weiter sind diejenigen Wän¬ de des Prallkühlkörpers, die den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 gegenüberliegen, mit Prallkühlöffnungen 38 versehen, wobei diese in einem gleichmäßigen Muster verteilt sind. Je nach lokalem Kühlbedürfnis kann aber auch von dem gleichmäßigen Verteilungsmuster abgewichen werden.
Die einströmseitige Wand des Prallkühlkörpers 36 wird durch ein mit Öffnungen 44 versehenes Abdeckblech 42 gebildet. Die Öffnungen 44 sind wesentlich größer als die Prallkühlöffnungen 38. Das Abdeckblech 42 ist Teil des Prallkühlkörpers und mit den den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 gegenüberlie¬ genden Wänden 37 fest verbunden. Das Abdeckblech 42 dient ei- nerseits zur konventionellen Befestigung des Prallkühlkörpers 36 an der restlichen Turbinenschaufel 10, welche auch als Schaufelgrundkörper bezeichnet werden kann. Dieser Schaufelgrundkörper ist in der Regel ein Gießprodukt. Andererseits dienen das Abdeckblech 42 und insbesondere dessen Öffnungen 44 zur Dosierung der Menge des in den Hohlraum des Prallkühlkörpers 36 einströmenden Kühlfluids.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind am weiteren Ende 46 des Körpers 34 keine Prallkühlöffnungen vorgesehen. Zudem ist es in Längsrichtung frei beweglich.
An den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 können
Turbulatoren 48 vorgesehen sein, sind aber nicht zwingend notwendig. Auch können die vom Heißgas überströmbaren Flächen der Seitenwände 22, 24 und auch die der Plattformen 16 durch eine keramische Schicht bzw. ein Schichtsystem vor den Einflüssen des Heißgases geschützt sein.
Mit Hilfe der vorgenannten Turbinenschaufel 10 kann eine lo¬ kal verbesserte Kühlung erreicht werden, was insbesondere als Nachrüstlösung für bereits beanspruchte Turbinenschaufeln 10 von Vorteil ist. Somit lassen sich diese weiter Verwenden, wenn nach einer Umrüstung der Gasturbine diese mit höheren
Verbrennungstemperaturen betrieben werden soll oder wenn das Material des gegossenen Schaufelgrundkörpers höheren Tempera¬ turen bisher standhalten musste als diejenigen Temperaturen, die im Entwurfsstadium der Turbinenschaufel abgeschätzt wur- den. Mithin kann Lebensdauer der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel verlängert werden, ohne dass deren Schaufelgrundkörper umkonstruiert werden muss. Dies spart Entwicklungskosten ein . Selbstverständlich ist es möglich, dass die Turbinenschaufel 10 nicht nur einen dieser erfindungsgemäßen Körper 34 aufweist. Selbstverständlich sind auch derartige Lösungen denkbar, bei denen an beiden Enden 30 des Schaufelblatts 20 derartig kurze Körper 34 eingesetzt werden, so dass deren weite- re Enden 46 einander spaltbildend gegenüberliegen. Auch ist es möglich, dass das Schaufelblatt 20 nicht nur einen einzi¬ gen Hohlraum 28 aufweist, sondern mehrere, von denen einige oder alle Hohlräume 28 mit einem verkürzten oder gar stummel¬ artigen Körper 34 ausgestattet sind, verglichen mit der Länge des Schaufelblatts 20.
Die Figur 2 zeigt den in Figur 1 dargestellten Prallkühlkörper 36 in einer perspektivischen Darstellung, jedoch ohne den ihn ansonsten umgebenden Schaufelgrundkörper.
In Figur 3 ist ein Verdrängungskörper 50 gezeigt, der anstelle des aus der Figur 1 bekannten Prallkühlkörpers 36 in der Turbinenschaufel 10 eingesetzt sein kann. Im Unterschied zum Prallkühlkörper 36 weist der Verdrängungskörper keine Öffnungen auf. Stattdessen ist dessen Abdeckblech 51 vorzugsweise mit Ausklinkungen 52 versehen, um vom Befestigungsbereich der Turbinenschaufel 10 her das Einströmen von Kühlluft in einen zwischen dem Verdrängungskörper 50 und den Innenflächen der Seitenwände 22, 24 des Schaufelblatts 20 angeordneten Zwi¬ schenraums zu ermöglichen. Zur Gewichtsreduzierung ist der Verdrängungskörper als vergleichsweise dünnwandige Blechkon¬ struktion ausgeführt und somit im Inneren hohl.
Insgesamt betrifft die Erfindung eine Turbinenschaufel 10 für eine thermische Strömungsmaschine, mit einem von einem
Heißgas umströmbaren Schaufelblatt 20 umfassend eine saugsei- tige Seitenwand 22 und eine druckseitige Seitenwand 24, die in Hauptströmungsrichtung des Heißgases betrachtet sich von einer gemeinsamen Vorderkante zu einer gemeinsamen Hinterkante 16 und in einer zur Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen senkrechten Längsrichtung mit einer Länge sich von einem ers- ten Ende 32 des Schaufelblatts 20 zu einem zweiten Ende des Schaufelblatts erstrecken, wobei das Schaufelblatt 20 zumin¬ dest an einem seiner beiden Enden 32 einen Zugang 30 zu einem im Schaufelblattinneren angeordneten Hohlraum 28 aufweist, in welchem ein durch den Zugang 30 eingesetzter Körper 34, 50 angeordnet ist. Um insbesondere die Lebensdauer einer bereits betriebsbeanspruchten Turbinenschaufel 10 zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die besonders heißen Temperaturen ausgesetzte Bestandteile des Schaufelblatts 20 durch die Verwen¬ dung eines Körpers 34, 36, 50 im Inneren des Schaufelblatts 20 gekühlt werden, welcher sich dadurch kennzeichnet, dass dieser sich lediglich über einen Teil der Länge des Schaufelblatts 20 erstreckt.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (10) für eine thermische Strömungsma¬ schine,
mit einem von einem Heißgas umströmbaren Schaufelblatt
(20) umfassend eine saugseitige Seitenwand (22) und ei¬ ne druckseitige Seitenwand (24), die in Hauptströmungs¬ richtung des Heißgases betrachtet sich von einer ge¬ meinsamen Vorderkante zu einer gemeinsamen Hinterkante (16) und in einer zur Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen senkrechten Längsrichtung betrachtet sich von einem ersten Ende (32) des Schaufelblatts (20) zu einem diesen gegenüberliegendem zweiten Ende des Schaufelblatts (20) mit einer Länge erstrecken,
wobei das Schaufelblatt (20) zumindest an einem seiner beiden Enden (32) einen Zugang (30) zu einem im Schaufelblattinneren angeordneten Hohlraum (28) aufweist, in welchem ein durch den Zugang (30) eingesetzter Körper (34, 36, 50) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Körper (34, 36, 50) in Längsrichtung betrachtet signifikant kürzer ist als die Länge des Schaufel¬ blatts ..
2. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1,
bei der der Körper (34, 36, 50) ausgehend von einem der beiden Enden des Schaufelblatts (20) sich in den Hohlraum (28) hinein erstreckt.
3. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der der Körper (34, 36, 50) als Prallkühlkörper (36) ausgestaltet ist.
4. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei der der Prallkühlkörper (36) ein dem Zugang gegenüberliegendes weiteres Ende (46) aufweist, welches prallkühlöffnungsfrei ist.
5. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der der Körper (34, 36, 50) einen Hohlraum (28) aufweist .
6. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 3 und 5,
bei der der Prallkühlkörper (36) an seinem am Zugang angeordnetem Ende eine Drosselvorrichtung zur Dosierung eines in den Hohlraum (28) des Prallkühlkörpers (36) strömbaren Kühlmediums aufweist.
7. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der der Prallkühlkörper (36) ein dem Zugang gegenüberliegendes weiteres Ende (46) aufweist, welches in Längsrichtung frei beweglich gelagert ist.
8. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Körper (34, 36, 50) sich über 30 % der Länge des Schaufelblatts (20) erstreckt.
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