WO2018010918A1 - Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen - Google Patents

Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen Download PDF

Info

Publication number
WO2018010918A1
WO2018010918A1 PCT/EP2017/065016 EP2017065016W WO2018010918A1 WO 2018010918 A1 WO2018010918 A1 WO 2018010918A1 EP 2017065016 W EP2017065016 W EP 2017065016W WO 2018010918 A1 WO2018010918 A1 WO 2018010918A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pin fins
row
turbine blade
channel
rows
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/065016
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
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 WO2018010918A1 publication Critical patent/WO2018010918A1/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
    • 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
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • 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
    • F05D2240/122—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the trailing edge of a stator vane
    • 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
    • F05D2250/12—Two-dimensional rectangular
    • 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
    • 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
    • F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade for a Strö ⁇ tion machine, in particular for a gas turbine, with an airfoil having a peripheral wall with a druckseiti ⁇ gene wall portion and a suction side opposite wall portion, each extending from a front inflow side to a rear outflow side of the airfoil is formed extending wherein nalabintroductoryen a cooling fluid channel having at least two out ⁇ behind the other provided and fluidly interconnected Ka in the interior of the airfoil, and with a plurality of strut-like cooling fins - Pin fins -, located in the rear channel section of the coolant channel between the pressure ⁇ side wall section and the suction-side Wandungsab ⁇ section over the entire width of the channel section horrre-, wherein the pin fins between an upper end portion and a lower end portion of the airfoil in at least two consecutively provided rows are each superimposed and in particular arranged parallel to each other, and wherein all the passage openings of a
  • a turbine blade includes a blade platform and a blade airfoil, which protrudes from the blade platform and extending in the intended mounted condition of the turbine blade in the radial direction of the turbomachine.
  • the airfoil has a peripheral wall with a pressure-side wall section and an opposite suction-side wall portion, on a front upstream side and a rear side
  • turbomachines include a housing in which a flow passage extends in an axial direction.
  • a plurality of turbine stages are arranged one behind the other in the axial direction and spaced from each other.
  • Each turbine stage includes a stator vane ring (stator) connected to the housing and a rotor blade (rotor) connected to a centrally mounted tie rod passing through the housing in the axial direction.
  • Strö ⁇ flow duct flows through the working fluid.
  • the working fluid is deflected by the guide vanes in such a way that it optimally acts on the rotor blade in a force acting in the circumferential direction.
  • the torque acting on the rotor as a result puts it in rotation.
  • the Rotati ⁇ onsenergie of the rotor can then for example be converted by a generator into electrical energy.
  • thermodynamic efficiency of gas turbines ⁇ is the higher, the higher the inlet temperature of the hot gas into the gas turbine.
  • the height of the entry Tempe ⁇ temperature however limits inter alia, by the thermal loadability of the turbine blades. Accordingly, it is an object to provide turbine blades, which have a sufficient for the operation of the gas turbine mechanical resistance ⁇ even at very high thermal loads. For this purpose turbine blades are provided with elaborate coating systems.
  • cooling fluid channel In the interior of the airfoil of a refrigerated tur- binenschaufel a cooling fluid channel is formed, which is continu ously ⁇ flowed through by a cooling fluid.
  • the cooling fluid channel generally comprises a plurality of channel sections arranged one behind the other and fluidly connected to one another.
  • the cooling of the outflow side of an airfoil can be improved by providing a plurality of special cooling elements in the rear duct section which extend in each case between the pressure-side wall section and the suction-side wall section over the entire width of the airfoil.
  • These cooling elements are Zvi ⁇ rule an upper and a lower end portion of the airfoil in a plurality of rows in each case provided one above the other and in particular arranged parallel to each of.
  • Passage area of the foremost row of pin fins is at most 50%, advantageously at most 30% and preferably at most 10% larger than the passage area of the rearmost row of pin fins.
  • the invention is based on the idea to provide as identical passage areas as possible in all Pin Fin rows of the rear channel section. However, it has been shown that deviations within the required limits are sufficient. For structural reasons, the passage area of the rearmost Pin Fin series is the benchmark for the
  • the shape and arrangement of the pin fins of the foremost rows are chosen such that the passage areas of the pin fin rows do not correspond to the front
  • the cooling fluid flow is adjusted through the passage area of the front pin fin rows to the cooling fluid flow through the passage area of the rearmost pin fin row, which favorably influences the cooling fluid consumption.
  • the turbulence of the cooling fluid flow in the area of the pin fins is increased, which causes a more effective convective cooling of the peripheral wall of the airfoil in its rear area and further reduces the cooling fluid consumption.
  • the foremost pin-fin series also provides a larger effective cooling area, which is associated with even greater convective cooling.
  • the required cores corresponding cores are less sensitive, whereby the manufacturing process for inventive Turbine blades is less error prone and correspondingly lower costs.
  • the width of the back direct channel section of the coolant channel from front to back ⁇ th so that the pin fins of the first row have a measured in their extension direction between the wall sections of greater width than the pin fins of the rearmost row tapered wherein in particular the pin fins of the foremost row have a width in the range of 8 mm to 12 mm and preferably a width of 10 mm and / or the pin fins of the rearmost row have a width in the range of 4 mm to 6 mm and preferably a width of 5 mm.
  • the distance between the two opposite wall sections of the airfoil is in the area of the pin fin.
  • the stacked pin fins of a row each have identical clearances zuei ⁇ to each other. This allows particularly simple SET ⁇ development of the passage area of this series and is also simple to manufacture.
  • the clearances in the front row are smaller than the clearances in the rearmost row. In this way it can be achieved that the
  • the superimposed pin fins of a row with the exception of the pin fins at the row ends or all fin fins of a row have identical ones Heights and in particular perpendicular to their extension direction identical cross sections.
  • the heights of the pin fins of identical height and / or identical cross section in the front row of pin fins are advantageous are greater than the heights of the pin fins identi ⁇ shear height and / or identical cross-section in the back row of pin fins. Larger heights of the pin fins are a great way to reduce the clearances of adjacent pin fins. Alternatively or additionally, the number of pin fins in the front row could be larger than in the back row.
  • the pin fins identical height and / or identical cross-section of a series of pin fins and preferably all rows of pin fins preferably have elongated cross-sections in the height direction, in particular the contour of the cross ⁇ sections is oval or comprises two parallel rectilinear contour sections which are interconnected by opposite semicircles.
  • omitted Pin Fins for example with round cross section marestge ⁇ basis rather elongated pin fins come to an ⁇ set. Pin fins with such cross sections are particularly suitable for reducing the passage area of a row and are easy to produce.
  • the pin fins are arranged such that the longitudinal axes of their elongate cross sections extend parallel to each other and in particular coaxially to the row direction.
  • the row direction is defined as the direction of a line passing through the center axes of the pin fins, with the center axes extending in the width direction of the pin fins.
  • a distance-to-height ratio of a row in the range of 0.5 to 2.5, wherein the distance-height ratio is defined as the ratio of the clear distance between adjacent pin fins of the same height of a row to its height.
  • Distance-height ratios in this area represent ei ⁇ NEN good compromise between resistance to flow, cooling effect and manufacturability.
  • the distance-height ratio for the two front Rei ⁇ hen is identical and preferably in the range of 0.5 to 1, and is identical for the two rear rows and preferably in the range from 1.5 to 2.5.
  • the pin fins in the first two rows have the same geometry and the pin fins in the rear two rows have the same geometry.
  • the difference between the front and rear pitch-to-height ratios corresponds to the taper in the width of the channel section in the area of the pin fins.
  • the center axes of the pin fins of identical height and / or identical cross section are arranged equidistantly in all rows of pin fins.
  • the number of pin fins in each row is the same regardless of the pitch and height of the pin fins.
  • Such formed and arranged Pin Fin series produce a uniform between the upper end portion and the lower end portion of the airfoil.
  • the pin fins of adjacent rectilinear and / or mutually parallel rows of pin fins are offset from one another in the row direction, with the offset between adjacent rows of pin fins at least substantially equal to half the spacing between the center axes of adjacent pin fins.
  • Offset can increase both the turbulence generating effect and the cooling effect of the pin fins.
  • the offset by a substantially half-sum height leads to an arrangement the pin fins on gap, whereby the flow resistance for the cooling fluid is increased and sets a low cooling fluid consumption.
  • the adjacent channel sections of the coolant channel fluidly connected to each other at an end portion of the actor ⁇ felblattes, in particular ge ⁇ exactly three channel sections are provided which are fluidly connected to form a meander-shaped coolant channel in alternately against ⁇ opposite end portions of the airfoil with each other.
  • Such cooling fluid passages have proven effective for cooling turbine blade airfoils.
  • the spectacle ⁇ felblatt may protrude from a blade platform, wherein a platform of the blade opposite end portion is a blade tip defining or connected to a second oppositely disposed blade platform.
  • Turbine blades with a blade tip are often used as guide vanes, while the turbine blades are often used with twocominglie ⁇ constricting blade platforms as blades.
  • FIG. 1 shows a perspective side view of a turbine blade according to an embodiment of the present invention, in which the pressure-side wall section is removed;
  • FIG. 2 is an enlarged view of a detail of FIG
  • FIG. 3 is an enlarged view of a detail of FIG.
  • Figure 5 is a perspective plan view of the Thomasflä ⁇ che of the blade shown in Figure 4;
  • Figure 6 is an enlarged view of the reference numeral
  • FIG. 7 shows a perspective side view of a casting core for casting the turbine blade shown in FIG. 1;
  • Figure 8 is an enlarged view of the reference numeral
  • FIGS. 1 to 6 show a turbine blade 1 for a turbomachine, in particular a guide vane for a gas turbine, according to an embodiment of the present invention.
  • the turbine blade 1 comprises an airfoil 2 which protrudes from a blade platform 3, wherein one of the
  • Blade platform 3 opposite end portion with a second oppositely arranged blade platform 4 is connected.
  • the end region opposite the blade platform 3 could also define a blade tip, as is usual, for example, with rotor blades.
  • the airfoil 2 has a peripheral wall 5 with a pressure-side wall section 6 and an opposite suction-side wall section 7.
  • the two convertible dung portions 6, 7 respectively extend from a prede ⁇ ren inflow side 8 to a rear outflow side 9 of
  • Airfoil 2 In the interior of the airfoil 2, a cooling fluid channel 10 is formed.
  • the cooling fluid channel 10 comprises three miteinan ⁇ the fluid-connected channel sections 11, 12, 13, the fluid-connected to each other forming a meandering cooling fluid channel 10 in alternately selelecting end portions of the airfoil 2.
  • the turbine blade 1 comprises a plurality of cooling ⁇ elements 14, 15, 16, which extend in the rear channel portion 13 of the cooling fluid channel 10 between the pressure-side wall portion 6 and the suction-side wall portion 7 over the entire width of the channel portion 13.
  • the cooling elements 14, 15, 16 comprise a so-called cut-out design 14, strut-shaped cooling ribs - pin fins 15 - and turbulators 16, which are arranged one behind the other in the stated order from back to front.
  • the cooling elements 14, 15, 16 are grouped in each case one above the other and parallel to each other in several ⁇ ren behind the other rows provided between an upper end and a lower end portion of the blade body 2 is arranged.
  • the pin fins 15 are arranged in exactly four successive pre ⁇ see NEN rows extending rectilinear and parallel zuei ⁇ Nander. In each case adjacent pin fins 15 of one row and the two opposite wall sections 6, 7 delimit through openings 17. All
  • Passage openings 17 of a row together define a passage area for the cooling fluid. Since the width of the rear channel section 13 of the cooling fluid channel 10 is tapered from front to back, the pin fins 15b have the forefront in their direction of extension, measured widths greater than the pin fins 15a of the back ⁇ lowermost row.
  • the width of the pin fins 15b of the front row is 10 mm, but may vary between 8 mm and 12 mm.
  • the width of the pin fins 15a of the rearmost row is presently 5 mm, but may vary in a range of 4 mm to 6 mm.
  • the pin fins 15a, 15b each have identical clearances, the clearances of the pin fins 15b in the foremost row being smaller than the clearances of the pin fins 15a in the rearmost row.
  • the superimposed pin fins 15 of a row possibly with the exception of pin fins 15 at the row ends, have identical heights and cross sections 18 that are identical to their direction of extension, wherein the heights in the front row of pin fins are larger than those Heights in the back row of pin fins.
  • pin fins 15a, 15b identical height and / or identical cross-section of all rows have in the height direction oblong cross-sections 18a, 18b, the contours zueinan ⁇ the parallel rectilinear contour sections which are interconnected by opposing semicircles.
  • Deviating embodiments may have pin fins with other elongate cross sections, for example with cross sections of oval contour.
  • All pin fins 15a, 15b of identical length and / or identical cross section of a row have identical cross sections 18a, 18b.
  • the pin fins 15 a, 15 b are angeord ⁇ net, that the longitudinal axes of their elongated cross-sections 18 a, 18 b extend parallel to each other and in particular coaxially to the row direction.
  • the two front rows of pin fins 15b have an identical pitch-to-height ratio of 0.5 and the two rear rows of pin fins 15a have an identical pitch-height ratio of 2.
  • the pitch-to-height ratio is ratio the clear distance between adjacent pin fins 15a, 15b of a row defi ⁇ defined to its height.
  • the central axes of the pin fins 15 of identical height and / or identical cross-section are arranged equidistantly in all straight and parallel extending rows.
  • the pin fins 15 of adjacent rows are offset in the row direction with the offset between adjacent rows of pin fins 15 being about half the distance between the center axes of adjacent pin fins.
  • the pin fins 15a, 15b of adjacent rows are gaped.
  • the pin fins 15b of the first row formed and arranged such that the passage area of the front row of pin fins is at most 10% larger than the passage area of the back ⁇ lowermost row of pin fins. On the other hand would be the
  • Front row passage area about 100% larger than the rear row passage area if the heights and clearances of the front row pin fins 15b and the pin fins 15a heights and the rear row clearances were identical. Due to the inventive design and arrangement of the pin fins 15b of the front row less cooling fluid can pass through the pin fins 15, which is associated with a correspondingly reduced cooling fluid consumption. In addition, the front row's longer pin fins 15b, which are longer in cross-section, generate more turbulence in the cooling fluid flow, thereby providing more efficient convective cooling of the pin fins 15b and opposed wall portions 6, 7 connected thereto.

Landscapes

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

Abstract

Turbinenschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (2), das eine Umfangswandung (5) mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und einem diesem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt (7) aufweist, die sich jeweils von einer vorderen Anströmseite (8) zu einer hinteren Abströmseite (9) des Schaufelblattes (2) erstrecken, wobei in dem Inneren des Schaufelblattes (2) ein Kühlfluidkanal (10) mit wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen und miteinander fluidverbundenen Kanalabschnitten (11, 12, 13) ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von strebenförmigen Kühlrippen - Pin Fins (15) -, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt (13) des Kühlfluidkanals (10) zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und dem saugseitigen Wandungsabschnitt (7) über die gesamte Breite des Kanalabschnitts (13) erstrecken, wobei die Pin Fins (15) zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes (2) in wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, und wobei sämtliche Durchtrittsöffnungen (17) einer Reihe, die von jeweils benachbarten Pin Fins (15) dieser Reihe und den beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitten (6, 7) begrenzt sind, gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid definieren, wobei die Pin Fins (15) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Durchtrittsfläche der vorderen Reihe höchstens 50%, vorteilhaft höchstens 30% und bevorzugt höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe.

Description

Beschreibung
Turbinenschaufel mit strebenförmigen Kühlrippen
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine Strö¬ mungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Schaufelblatt, das eine Umfangswandung mit einem druckseiti¬ gen Wandungsabschnitt und einem diesem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt aufweist, die sich jeweils von einer vorderen Anströmseite zu einer hinteren Abströmseite des Schaufelblattes erstrecken, wobei in dem Inneren des Schaufelblattes ein Kühlfluidkanal mit wenigstens zwei hin¬ tereinander vorgesehenen und miteinander fluidverbundenen Ka- nalabschnitten ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von strebenförmigen Kühlrippen - Pin Fins -, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt des Kühlfluidkanals zwischen dem druck¬ seitigen Wandungsabschnitt und dem saugseitigen Wandungsab¬ schnitt über die gesamte Breite des Kanalabschnitts erstre- cken, wobei die Pin Fins zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes in wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, und wobei sämtliche Durchtrittsöffnungen einer Reihe, die von jeweils benachbarten Pin Fins dieser Reihe und den beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitten begrenzt sind, gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid definieren.
Derartige Turbinenschaufeln sind im Stand der Technik in un- terschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen in Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen dazu, die Strömungs¬ und/oder thermische Energie eines Arbeitsfluids in Rotations¬ energie umzuwandeln. Üblicherweise umfasst eine Turbinen¬ schaufel eine Schaufelplattform und ein Schaufelblatt, das von der Schaufelplattform abragt und sich im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Turbinenschaufel in der radialen Richtung der Strömungsmaschine erstreckt. Das Schaufelblatt weist eine Umfangswandung mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt und einen gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt auf, an einer vorderen Anströmseite und einer hinteren
Abströmseite jeweils miteinander verbunden sind. Bekannte Strömungsmaschinen umfassen ein Gehäuse, in dem sich in einer axialen Richtung ein Strömungskanal erstreckt. In dem Strömungskanal ist eine Mehrzahl von Turbinenstufen in der axialen Richtung hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet. Jede Turbinenstufe umfasst einen mit dem Ge- häuse verbundenen Leitschaufelkranz (Stator) und einem mit einem zentral gelagerten und das Gehäuse in der axialen Richtung durchsetzenden Zuganker verbundenen Laufschaufelkranz (Rotor) . Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strö¬ mungskanal von dem Arbeitsfluid durchströmt. Dabei wird das Arbeitsfluid von den Leitschaufeln derart umgelenkt, dass es die Laufschaufein optimal mit einer in der Umfangsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt. Das infolgedessen auf den Rotor wirkende Drehmoment versetzt diesen in Rotation. Die Rotati¬ onsenergie des Rotors kann dann beispielsweise mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.
In Gasturbinen wird ein expandierendes Heißgas als Arbeits- fluid verwendet. Der thermodynamische Wirkungsgrad von Gas¬ turbinen ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur des Heißgases in die Gasturbine ist. Der Höhe der Eintrittstempe¬ ratur sind jedoch Grenzen unter anderem durch die thermische Belastbarkeit der Turbinenschaufeln gesetzt. Dementsprechend besteht eine Zielsetzung darin, Turbinenschaufeln zu schaffen, die auch bei sehr hohen thermischen Belastungen eine für den Betrieb der Gasturbine ausreichende mechanische Bestän¬ digkeit besitzen. Hierzu werden Turbinenschaufeln mit aufwendigen Beschichtungssystemen versehen.
Zur weiteren Erhöhung der zulässigen Eintrittstemperatur werden Turbinenschaufeln während des Betriebs der Gasturbine ge¬ kühlt. In dem Inneren des Schaufelblatts einer gekühlten Tur- binenschaufel ist ein Kühlfluidkanal ausgebildet, der konti¬ nuierlich von einem Kühlfluid durchströmt wird. Der Kühl- fluidkanal umfasst zumeist mehrere hintereinander angeordnete und miteinander fluidverbundene Kanalabschnitte.
Die Kühlung der Abströmseite eines Schaufelblattes lässt sich dadurch verbessern, dass in dem hinteren Kanalabschnitt eine Mehrzahl von speziellen Kühlelementen vorgesehen wird, die sich jeweils zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt und dem saugseitigen Wandungsabschnitt über die gesamte Breite des Schaufelblattes erstrecken. Diese Kühlelemente sind zwi¬ schen einem oberen und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes in mehreren hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinan- der angeordnet. Dabei sind unterschiedlich ausgeformte Kühl¬ elemente gewöhnlich nach ihrem Typ gruppiert.
Gebräuchliche Anordnungen von derartigen speziellen Kühlelementen können beispielsweise eine Reihe sogenannter
Turbulatoren, mehrreihig angeordnete strebenförmige Kühlrippen, sogenannte Pin Fins, und eine als Cut-Out-Design bekannte Kühlelementform und -anordnung umfassen, die in der genannten Reihenfolge von vorn nach hinten vorgesehen sind. Diese Kühlelemente werden von dem Kühlfluid umströmt und ver- stärken so die konvektive Kühlung der mit ihnen verbundenen hinteren Wandungsabschnitte des Schaufelblattes. Zudem erzeu¬ gen sie Turbulenzen in dem strömenden Kühlfluid, wodurch sich die Kühlleistung erhöht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei üblichen Formen und Anordnungen dieser speziellen Kühlelemente der Kühlfluidver- brauch, d.h. die das Schaufelblatt pro Zeiteinheit durchströ¬ mende Kühlfluidmenge, höher als gewünscht und die erzielbare Kühlleistung niedriger als gewünscht ist. Zudem ist die Her- Stellung derartiger spezieller Kühlelementanordnungen mittels des üblichen Feingießverfahrens sehr fehleranfällig und damit kostspielig, da die benötigten Gießkerne sehr empfindlich sind und beim Gießen leicht zerstört werden können. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbinenschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine effizientere Küh- lung erlaubt, den Kühlfluidverbrauch senkt und einfacher herstellbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Turbinenschaufel der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Pin Fins der- art ausgebildet und angeordnet sind, dass die
Durchtrittsfläche der vordersten Reihe von Pin Fins höchstens 50%, vorteilhaft höchstens 30% und bevorzugt höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hintersten Reihe von Pin Fins .
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, in allen Pin Fin- Reihen des hinteren Kanalabschnitts möglichst identische Durchtrittsflächen vorzusehen. Es hat sich aber gezeigt, dass Abweichungen innerhalb der verlangten Grenzen ausreichend sind. Aus baulichen Gründen bildet die Durchtrittsfläche der hintersten Pin Fin-Reihe den Maßstab für die
Durchtrittsflächen der davor liegenden Pin Fin-Reihen. Gemäß der Erfindung werden Form und Anordnung der Pin Fins der vordersten Reihen derart gewählt, dass die Durchtrittsflächen der Pin Fin-Reihen nach vorn nicht entsprechend der
Aufweitung zunehmen. Auf diese Weise wird der Kühlfluidstrom durch die Durchtrittsfläche der vorderen Pin Fin-Reihen an den Kühlfluidstrom durch die Durchtrittsfläche der hintersten Pin Fin-Reihe angepasst, was den Kühlfluidverbrauch günstig beeinflusst. Zudem wird die Turbulenz der Kühlfluidströmung im Bereich der Pin Fins erhöht, was eine effektivere konvek- tive Kühlung der Umfangswandung des Schaufelblattes in ihrem hinteren Bereich bewirkt und den Kühlfluidverbrauch weiter senkt. Entsprechend stellt die vorderste Pin-Fin-Reihe über- dies eine größere effektive Kühlfläche dar, was mit einer noch stärkeren konvektiven Kühlung einhergeht. Ferner sind die benötigten korrespondierenden Gießkerne weniger empfindlich, wodurch das Herstellungsverfahren für erfindungsgemäße Turbinenschaufeln weniger fehleranfällig ist und entsprechend geringere Kosten verursacht.
In an sich bekannter Weise verjüngt sich die Breite des hin- teren Kanalabschnitts des Kühlfluidkanals von vorn nach hin¬ ten, so dass die Pin Fins der vordersten Reihe eine in ihrer Erstreckungsrichtung zwischen den Wandungsabschnitten gemessene größere Breite aufweisen als die Pin Fins der hintersten Reihe, wobei insbesondere die Pin Fins der vordersten Reihe eine Breite im Bereich von 8 mm bis 12 mm und bevorzugt eine Breite von 10 mm aufweisen und/oder die Pin Fins der hintersten Reihe eine Breite im Bereich von 4 mm bis 6 mm und bevorzugt eine Breite von 5 mm aufweisen. Mit anderen Worten ist der Abstand der beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitte des Schaufelblattes zueinander in dem Bereich der Pin Fin-
Reihen vorn etwa doppelt so groß wie hinten, weshalb vordere Pin Fins etwa die doppelte Breite aufweisen wie hintere Pin Fins . Gemäß einer Ausführungsform weisen die übereinander liegenden Pin Fins einer Reihe jeweils identische lichte Abstände zuei¬ nander auf. Dies ermöglicht eine besonders einfache Einstel¬ lung der Durchtrittsfläche dieser Reihe und ist zudem einfach in der Herstellung.
Vorteilhaft sind die lichten Abstände in der vordersten Reihe kleiner als die lichten Abstände in der hintersten Reihe. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die
Durchtrittsöffnungen zwischen benachbarten Pin Fins einer Reihe und damit die Durchtrittsfläche der Pin Fin-Reihen von hinten nach vorn nicht in dem Maße anwachsen, wie sich die Breite des Kanalabschnitts in dem Bereich der Pin Fin-Reihen von hinten nach vorn aufweitet. Gemäß einer Weiterentwicklung weisen die übereinander liegenden Pin Fins einer Reihe mit Ausnahme der Pin Fins an den Reihenenden oder sämtliche Fin Fins einer Reihe identische Höhen und insbesondere senkrecht zu ihrer Erstreckungsrich- tung identische Querschnitte auf.
Vorteilhaft sind die Höhen der Pin Fins identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes in der vordersten Reihe von Pin Fins größer sind als die Höhen der Pin Fins identi¬ scher Höhe und/oder identischen Querschnittes in der hintersten Reihe von Pin Fins. Größere Höhen der Pin Fins stellen eine gute Möglichkeit dar, die lichten Abstände benachbarter Pin Fins zu verringern. Alternativ oder zusätzlich könnte auch die Anzahl der Pin Fins in der vorderen Reihe größer sein als in der hinteren Reihe.
Die Pin Fins identischer Höhe und/oder identischen Quer- Schnittes einer Reihe von Pin Fins und bevorzugt aller Reihen von Pin Fins weisen bevorzugt in der Höhenrichtung längliche Querschnitte auf, wobei insbesondere die Kontur der Quer¬ schnitte oval ist oder zwei zueinander parallele geradlinige Konturabschnitte umfasst, die durch gegenüberliegende Halb- kreise miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten wird auf Pin Fins beispielsweise mit runden Querschnitt weitestge¬ hend verzichtet, vielmehr kommen längliche Pin Fins zum Ein¬ satz. Pin Fins mit solchen Querschnitten eignen sich besonders zur Verringerung der Durchtrittsfläche einer Reihe und sind leicht herstellbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Pin Fins derart angeordnet, dass sich die Längsachsen ihrer länglichen Querschnitte parallel zueinander und insbesondere koaxial zu der Reihenrichtung erstrecken. Die Reihenrichtung ist dabei als Richtung einer durch die Mittelachsen der Pin Fins verlaufenden Linie definiert, wobei sich die Mittelachsen in der Breiterichtung der Pin Fins erstrecken. Diese Ausrichtung der Pin Fins führt zu einer möglichst geringen Durchtrittsfläche einer Pin Fin-Reihe.
Vorteilhaft liegt ein Abstand-Höhe-Verhältnis einer Reihe im Bereich von 0,5 bis 2,5, wobei das Abstand-Höhe-Verhältnis als Verhältnis des lichten Abstandes zwischen benachbarten Pin Fins gleicher Höhe einer Reihe zu ihrer Höhe definiert ist. Abstand-Höhe-Verhältnisse in diesem Bereich stellen ei¬ nen guten Kompromiss zwischen Strömungswiderstand, Kühlwir- kung und Herstellbarkeit dar.
Bevorzugt sind genau vier Reihen von Pin Fins vorgesehen, wobei das Abstand-Höhe-Verhältnis für die beiden vorderen Rei¬ hen identisch ist und bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 liegt, und für die beiden hinteren Reihen identisch ist und bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt. Mit anderen Wor¬ ten haben die Pin Fins in den ersten beiden Reihen die gleiche Geometrie und haben die Pin Fins in den hinteren beiden Reihen die gleiche Geometrie. Der Unterschied zwischen vorde- ren und hinteren Abstand-Höhe-Verhältnissen korrespondiert zu der Verjüngung der Breite des Kanalabschnitts in dem Bereich der Pin Fins .
Gemäß einer Variante sind die Mittelachsen der Pin Fins iden- tischer Höhe und/oder identischen Querschnitts in allen Reihen von Pin Fins äquidistant angeordnet. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Pin Fins in jeder Reihe unabhängig von dem lichten Abstand und der Höhe der Pin Fins gleich groß. Derartig ausgebildete und angeordnete Pin Fin-Reihen erzeugen eine zwischen dem oberen Endbereich und dem unteren Endbereich des Schaufelblattes gleichmäßige Wirkung. Zudem vereinfachen sie die Herstellung und Handhabung der zum Gießen der Turbinenschaufel erforderlichen Gießkerne. Vorteilhaft sind die Pin Fins benachbarter sich geradlinig und/oder parallel zueinander erstreckender Reihen von Pin Fins in der Reihenrichtung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz zwischen benachbarten Reihen von Pin Fins zumindest im Wesentlichen dem halben Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Pin Fins entspricht. Durch einen
Versatz lässt sich sowohl die turbulenzerzeugende Wirkung als auch die Kühlwirkung der Pin Fins erhöhen. Der Versatz um eine im Wesentlichen halbe Summenhöhe führt zu einer Anordnung der Pin Fins auf Lücke, wodurch der Strömungswiderstand für das Kühlfluid erhöht ist und sich ein geringer Kühlfluidver- brauch einstellt.
In an sich bekannter Weise sind die benachbarten Kanalabschnitte des Kühlfluidkanals an einem Endbereich des Schau¬ felblattes miteinander fluidverbunden, wobei insbesondere ge¬ nau drei Kanalabschnitte vorgesehen sind, die unter Bildung eines mäanderförmigen Kühlfluidkanals in abwechselnd gegen¬ überliegenden Endbereichen des Schaufelblattes miteinander fluidverbunden sind. Derartige Kühlfluidkanäle haben sich zur Kühlung von Schaufelblättern von Turbinenschaufeln bewährt.
Bei einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel kann das Schau¬ felblatt von einer Schaufelplattform vorstehen, wobei ein der Schaufelplattform gegenüberliegender Endbereich eine Schaufelspitze definiert oder mit einer zweiten gegenüberliegend angeordneten Schaufelplattform verbunden ist. Turbinenschaufeln mit einer Schaufelspitze werden häufig als Leitschaufeln verwendet, während Turbinenschaufeln mit zwei gegenüberlie¬ genden Schaufelplattformen häufig als Laufschaufeln verwendet werden .
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 eine perspektivische Seitenansicht einer Turbinen- schaufei gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der druckseitige Wandungsabschnitt entfernt ist;
Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Details der in Figur
1 dargestellten Turbinenschaufel;
Figur 3 eine vergrößerte Ansicht eines Details der in Figur
1 dargestellten Turbinenschaufel; Figur 4 eine perspektivische Seitenansicht des quer ge¬ schnittenen Schaufelblattes der in Figur 1 dargestellten Turbinenschaufel;
Figur 5 eine perspektivische Draufsicht auf die Schnittflä¬ che des in Figur 4 dargestellten Schaufelblattes;
Figur 6 eine vergrößerte Ansicht des mit dem Bezugszeichen
VI bezeichneten Details der in Figur 5 dargestellten Schnittfläche;
Figur 7 eine perspektivische Seitenansicht eines Gießkerns zum Gießen der in Figur 1 dargestellten Turbinen- schaufei; und
Figur 8 eine vergrößerte Ansicht des mit dem Bezugszeichen
VIII bezeichneten Details der in Figur 5 dargestellten Gießkerns.
Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine Turbinenschaufel 1 für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Leitschaufel für eine Gasturbine, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Turbinenschaufel 1 umfasst ein Schaufelblatt 2, das von einer Schaufelplattform 3 vorsteht, wobei ein der
Schaufelplattform 3 gegenüberliegender Endbereich mit einer zweiten gegenüberliegend angeordneten Schaufelplattform 4 verbunden ist. Alternativ könnte der der Schaufelplattform 3 gegenüberliegende Endbereich auch eine Schaufelspitze defi- nieren, wie es beispielsweise bei Laufschaufeln üblich ist.
Das Schaufelblatt 2 weist eine Umfangswandung 5 mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt 6 und einem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt 7 auf. Die beiden Wan- dungsabschnitte 6, 7 erstrecken sich jeweils von einer vorde¬ ren Anströmseite 8 zu einer hinteren Abströmseite 9 des
Schaufelblattes 2. In dem Inneren des Schaufelblattes 2 ist ein Kühlfluidkanal 10 ausgebildet. Der Kühlfluidkanal 10 umfasst drei miteinan¬ der fluidverbundene Kanalabschnitte 11, 12, 13, die unter Bildung eines mäanderförmigen Kühlfluidkanals 10 in abwech- selnd gegenüberliegenden Endbereichen des Schaufelblattes 2 miteinander fluidverbunden .
Ferner umfasst die Turbinenschaufel 1 eine Mehrzahl von Kühl¬ elementen 14, 15, 16, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt 13 des Kühlfluidkanals 10 jeweils zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt 6 und dem saugseitigen Wandungsabschnitt 7 über die gesamte Breite des Kanalabschnitts 13 erstrecken. Die Kühlelemente 14, 15, 16 umfassen ein sogenanntes Cut-Out- Design 14, strebenförmige Kühlrippen - Pin Fins 15 - und Turbulatoren 16, die in der genannten Reihenfolge von hinten nach vorn hintereinander angeordnet sind. Die Kühlelemente 14, 15, 16 sind zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes 2 gruppiert in mehre¬ ren hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und parallel zueinander angeordnet.
Die Pin Fins 15 sind in genau vier hintereinander vorgesehe¬ nen Reihen angeordnet, die sich geradlinig und parallel zuei¬ nander erstrecken. Jeweils benachbarte Pin Fins 15 einer Rei- he und die beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitte 6, 7 begrenzen Durchtrittsöffnungen 17. Sämtliche
Durchtrittsöffnungen 17 einer Reihe definieren gemeinsam eine Durchtrittsfläche für das Kühlfluid. Da sich die Breite des hinteren Kanalabschnitts 13 des Kühl- fluidkanals 10 von vorn nach hinten verjüngt, weisen die Pin Fins 15b der vordersten Reihe in ihrer Erstreckungsrichtung gemessene größere Breiten auf als die Pin Fins 15a der hin¬ tersten Reihe. Die Breite der Pin Fins 15b der vordersten Reihe beträgt 10 mm, kann aber zwischen 8 mm und 12 mm variieren. Die Breite der Pin Fins 15a der hintersten Reihe beträgt vorliegend 5 mm, kann aber in einem Bereich von 4 mm bis 6 mm variieren. Innerhalb der Reihen weisen die Pin Fins 15a, 15b jeweils identische lichte Abstände auf, wobei die lichten Abstände der Pin Fins 15b in der vordersten Reihe kleiner sind als die lichten Abstände der Pin Fins 15a in der hintersten Reihe.
Die übereinander liegenden Pin Fins 15 einer Reihe, ggf. mit Ausnahme von Pin Fins 15 an den Reihenenden, weisen identische Höhen und senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung iden- tische Querschnitte 18 auf, wobei die Höhen in der vorderen Reihe von Pin Fins größer sind als die Höhen in der hinteren Reihe von Pin Fins.
Die Pin Fins 15a, 15b identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes sämtlicher Reihen weisen in der Höhenrichtung längliche Querschnitte 18a, 18b auf, deren Konturen zueinan¬ der parallele geradlinige Konturabschnitte umfassen, die durch gegenüberliegende Halbkreise miteinander verbunden sind. Abweichende Ausführungsformen können Pin Fins mit ande- ren länglichen Querschnitten aufweisen, beispielsweise mit Querschnitten ovaler Kontur.
Sämtliche Pin Fins 15a, 15b identischer Länge und/oder identischen Querschnittes einer Reihe besitzen identische Quer- schnitte 18a, 18b. Die Pin Fins 15a, 15b sind derart angeord¬ net, dass sich die Längsachsen ihrer länglichen Querschnitte 18a, 18b parallel zueinander und insbesondere koaxial zu der Reihenrichtung erstrecken. Die beiden vorderen Reihen von Pin Fins 15b besitzen ein identisches Abstand-Höhe-Verhältnis von 0,5 und die beiden hinteren Reihen von Pin Fins 15a besitzen ein identisches Abstand-Höhe-Verhältnis von 2. Dabei ist das Abstand-Höhe- Verhältnis als Verhältnis des lichten Abstandes zwischen be- nachbarten Pin Fins 15a, 15b einer Reihe zu ihrer Höhe defi¬ niert . Die Mittelachsen der Pin Fins 15 identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts sind in allen sich geradlinig und parallel erstreckender Reihen äquidistant angeordnet. Die Pin Fins 15 benachbarter Reihen sind in der Reihenrichtung ver- setzt zueinander angeordnet, wobei der Versatz zwischen benachbarten Reihen von Pin Fins 15 etwa dem halben Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Pin Fins entspricht. Mit anderen Worten sind die Pin Fins 15a, 15b benachbarter Reihen auf Lücke angeordnet. Insgesamt sind die Pin Fins 15b der vordersten Reihe derart ausgebildet und angeordnet, dass die Durchtrittsfläche der vordersten Reihe von Pin Fins höchstens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hin¬ tersten Reihe von Pin Fins. Dagegen wäre die
Durchtrittsfläche der vorderen Reihe etwa 100% größer als die Durchtrittsfläche der hinteren Reihe, falls die Höhen und lichten Abstände der Pin Fins 15b der vorderen Reihe und die Höhen der Pin Fins 15a und lichten Abstände der hinteren Reihe identisch wären. Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung der Pin Fins 15b der vorderen Reihe kann weniger Kühlfluid die Pin Fins 15 passieren, was mit einem entsprechend verringerten Kühlfluidverbrauch einhergeht. Überdies werden durch die hinsichtlich ihres Querschnitts längeren Pin Fins 15b der vorderen Reihe stärkere Turbulenzen in der Kühlfluidströmung erzeugt, wodurch eine effizientere konvektive Kühlung der Pin Fins 15b sowie der mit diesen verbundenen gegenüberliegenden Wandungsabschnitten 6, 7 erreicht wird. Die konvektive Kühl¬ wirkung wird zudem dadurch verbessert, dass die wirksame Kühlfläche der Pin Fins 15b der vorderen Reihe infolge derer größerer Höhen vergrößert ist. Schließlich sind die zum Gießen erfindungsgemäßer Turbinenschaufeln 1 erforderlichen Gießkerne 19, die in den Figuren 7 und 8 dargestellt sind, weniger zerbrechlich und somit einfacher in der Handhabung, wodurch die Herstellungskosten erfindungsgemäßer Turbinenschaufeln 1 relativ geringer sind. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Bezugs zeichenliste
1 Turbinenschaufel
2 Schaufelblatt
3 Schaufelplattform
4 Schaufelplattform
5 Umfangswandung
6 druckseitiger Wandungsabschnitt
7 saugseitiger Wandungsabschnitt
8 Anströmseite
9 Abströmseite
10 Kühlfluidkanal
11 Kanalabschnitt
12 Kanalabschnitt
13 Kanalabschnitt
14 Cut-Out-Design
15 Pin Fin
15a Pin Fin der vorderen Reihe
15b Pin Fin der hinteren Reihe
16 Turbulator
17 Durchtrittsöffnung
18 Querschnitt
18a Querschnitt der vorderen Reihe
18b Querschnitt der hinteren Reihe
19 Gießkern

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbeson¬ dere für eine Gasturbine, mit einem Schaufelblatt (2), das eine Umfangswandung (5) mit einem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und einem diesem gegenüberliegenden saugseitigen Wandungsabschnitt (7) aufweist, die sich jeweils von einer vorderen Anströmseite (8) zu einer hinteren Abströmseite (9) des Schaufelblattes (2) erstrecken, wobei in dem Inneren des Schaufelblattes (2) ein Kühlfluidkanal (10) mit wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen und miteinander fluidverbun- denen Kanalabschnitten (11, 12, 13) ausgebildet ist, und mit einer Mehrzahl von strebenförmigen Kühlrippen - Pin Fins (15) -, die sich in dem hinteren Kanalabschnitt (13) des Kühl- fluidkanals (10) zwischen dem druckseitigen Wandungsabschnitt (6) und dem saugseitigen Wandungsabschnitt (7) über die ge¬ samte Breite des Kanalabschnitts (13) erstrecken, wobei die Pin Fins (15) zwischen einem oberen Endbereich und einem unteren Endbereich des Schaufelblattes (2) in wenigstens zwei hintereinander vorgesehenen Reihen jeweils übereinander liegend und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, und wobei sämtliche Durchtrittsöffnungen (17) einer Reihe, die von jeweils benachbarten Pin Fins (15) dieser Reihe und den beiden gegenüberliegenden Wandungsabschnitten (6, 7) begrenzt sind, gemeinsam eine Durchtrittsfläche dieser Reihe für das Kühlfluid definieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Pin Fins (15) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Durchtrittsfläche der vordersten Reihe von Pin Fins höchstens 50%, vorteilhaft höchstens 30% und bevorzugt höchs¬ tens 10% größer ist als die Durchtrittsfläche der hintersten Reihe von Pin Fins.
2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Breite des hinteren Kanalabschnitts (13) des Kühl- fluidkanals (10) von vorn nach hinten verjüngt, so dass die Pin Fins (15b) der vorderen Reihe eine in ihrer Erstreckungs- richtung zwischen den Wandungsabschnitten (6, 7) gemessene größere Breite aufweisen als die Pin Fins (15a) der hinteren Reihe, wobei insbesondere die Pin Fins (15b) der vordersten Reihe eine Breite im Bereich von 8 mm bis 12 mm und bevorzugt eine Breite von 10 mm aufweisen und/oder die Pin Fins (15a) der hintersten Reihe eine Breite im Bereich von 4 mm bis 6 mm und bevorzugt eine Breite von 5 mm aufweisen.
3. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die übereinander liegenden Pin Fins (15) einer Reihe jeweils identische lichte Abstände zueinander aufweisen.
4. Turbinenschaufel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die lichten Abstände in der vordersten Reihe von Pin Fins kleiner sind als die lichten Abstände in der hintersten Reihe von Pin Fins .
5. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die übereinander liegenden Pin Fins (15) einer Reihe mit Ausnahme der Pin Fins (15) an den Reihenenden oder sämtliche Pin Fins (15) einer Reihe identische Höhen und insbesondere senk¬ recht zu ihrer Erstreckungsrichtung identische Querschnitte (18) aufweisen.
6. Turbinenschaufel nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Höhen der Pin Fins (15b) identischer Höhe und/oder iden- tischen Querschnittes (18b) in der vordersten Reihe von Pin Fins größer sind als die Höhen der Pin Fins (15a) identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts (18a) in der hinters¬ ten Reihe von Pin Fins.
7. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pin Fins (15) identischer Höhe und/oder identischen Querschnittes einer Reihe von Pin Fins und bevorzugt sämtlicher Reihen von Pin Fins in der Höhenrichtung längliche Quer- schnitte (18) aufweisen, wobei insbesondere die Kontur der
Querschnitte (18) oval ist oder zwei zueinander parallele ge¬ radlinige Konturabschnitte umfasst, die durch gegenüberlie¬ gende Halbkreise miteinander verbunden sind.
8. Turbinenschaufel nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pin Fins (15) derart angeordnet sind, dass sich die
Längsachsen ihrer länglichen Querschnitte (18) parallel zuei¬ nander und insbesondere koaxial zu der Reihenrichtung erstre- cken.
9. Turbinenschaufel nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abstand-Höhe-Verhältnis einer Reihe im Bereich von 0,5 bis 2,5 liegt, wobei das Abstand-Höhe-Verhältnis als Verhält¬ nis des lichten Abstandes zwischen benachbarten Pin Fins (15) gleicher Höhe einer Reihe zu ihrer Höhe definiert ist.
10. Turbinenschaufel nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
genau vier Reihen von Pin Fins (15a, 15b) vorgesehen sind und das Abstand-Höhe-Verhältnis für die beiden vorderen Reihen identisch ist und im Bereich von 0,5 bis 1 liegt und für die beiden hinteren Reihen identisch ist und im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt .
11. Turbinenschaufel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittelachsen der Pin Fins (15) identischer Höhe und/oder identischen Querschnitts in allen Reihen äquidistant angeord¬ net sind.
12. Turbinenschaufel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pin Fins (15) benachbarter sich geradlinig und/oder parallel zueinander erstreckender Reihen in der Reihenrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Versatz zwi¬ schen benachbarten Reihen von Pin Fins (15) zumindest im Wesentlichen dem halben Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Pin Fins (15) entspricht. 13. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die benachbarten Kanalabschnitte (11, 12, 13) des Kühlfluid- kanals (10) an einem Endbereich des Schaufelblattes (2) mit¬ einander fluidverbunden sind, wobei insbesondere genau drei Kanalabschnitte (11, 12,
13) vorgesehen sind, die unter Bil¬ dung eines mäanderförmigen Kühlfluidkanals (10) in abwechselnd gegenüberliegenden Endbereichen des Schaufelblattes (2) miteinander fluidverbunden sind.
14. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaufelblatt (2) von einer Schaufelplattform (3) vor- steht, wobei ein der Schaufelplattform (3) gegenüberliegender Endbereich eine Schaufelspitze definiert oder mit einer zwei¬ ten gegenüberliegend angeordneten Schaufelplattform (4) verbunden ist.
PCT/EP2017/065016 2016-07-14 2017-06-20 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen WO2018010918A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16179377.3 2016-07-14
EP16179377.3A EP3269928A1 (de) 2016-07-14 2016-07-14 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018010918A1 true WO2018010918A1 (de) 2018-01-18

Family

ID=56411504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/065016 WO2018010918A1 (de) 2016-07-14 2017-06-20 Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3269928A1 (de)
WO (1) WO2018010918A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109139128A (zh) * 2018-10-22 2019-01-04 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构
CN114641625A (zh) * 2019-10-02 2022-06-17 乐姆宝公开有限公司 用于通风型盘式制动器的盘的制动带

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467065A2 (de) * 2003-04-08 2004-10-13 United Technologies Corporation Turbinenschaufel
EP2335845A1 (de) * 2009-12-04 2011-06-22 United Technologies Corporation Formlinge, Gusskerne und Verfahren

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467065A2 (de) * 2003-04-08 2004-10-13 United Technologies Corporation Turbinenschaufel
EP2335845A1 (de) * 2009-12-04 2011-06-22 United Technologies Corporation Formlinge, Gusskerne und Verfahren

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109139128A (zh) * 2018-10-22 2019-01-04 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种船用燃气轮机高压涡轮导叶冷却结构
CN114641625A (zh) * 2019-10-02 2022-06-17 乐姆宝公开有限公司 用于通风型盘式制动器的盘的制动带

Also Published As

Publication number Publication date
EP3269928A1 (de) 2018-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005000449T2 (de) Kühlung mit Mikrokanälen für eine Turbinenschaufel
EP1621730B1 (de) Gekühltes Bauteil einer Strömungsmaschine und Verfahren zum Giessen dieses gekühlten Bauteils
EP1223308B1 (de) Komponente einer Strömungsmaschine
EP2304185B1 (de) Turbinenschaufel für eine gasturbine und gusskern zum herstellen in einer solchen
EP1113145B1 (de) Schaufel für Gasturbinen mit Drosselquerschnitt an Hinterkante
EP1267039B1 (de) Kühlkonstruktion für Schaufelblatthinterkante
EP2770260B1 (de) Gasturbinenbrennkammer mit Prall-effusionsgekühlter Schindel
DE19813173C2 (de) Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel
WO2017009051A1 (de) Schaufel für eine strömungskraftmaschine und verfahren zu deren herstellung
EP1766192B1 (de) Schaufelrad einer turbine mit einer schaufel und mindestens einem kühlkanal
EP2611990B1 (de) Turbinenschaufel für eine gasturbine
WO2006056525A1 (de) Turbinenschaufel für eine gasturbine, verwendung einer turbinenschaufel sowie verfahren zum kühlen einer turbinenschaufel
DE102008055522A1 (de) Divergente Turbinendüse
EP3400373B1 (de) Laufschaufel für eine gasturbine mit gekühlter anstreifkante
DE102014119693B4 (de) Turbinenschaufel mit hohlem schaufelblatt mit inneren rippen und kühlkanälen
EP2723990B1 (de) Innenkühlbares bauteil für eine gasturbine mit zumindest einem kühlkanal
CH709094A2 (de) Turbinenschaufel mit einer Kammer zur Aufnahme eines Kühlmittelstroms.
DE3518314A1 (de) Turbinenschaufel
CH709091A2 (de) Turbinenschaufel mit einer Kammer zur Aufnahme eines Kühlmittelstroms.
EP2584148A1 (de) Filmgekühlte Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine
WO2018010918A1 (de) Turbinenschaufel mit strebenförmigen kühlrippen
CH709093A2 (de) Turbinenschaufel mit einer Kammer zur Aufnahme eines Kühlmittelstroms.
EP3333366A1 (de) Turbinenschaufel mit vorderkantenkühlung
EP2861829A1 (de) Luftgekühlte turbinenlaufschaufel für eine gasturbine
EP2031302A1 (de) Gasturbine mit einer kühlbaren Komponente

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: 17734665

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17734665

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1