EP1016773A2 - Kühlbare Schaufel für eine Gasturbine - Google Patents

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EP1016773A2
EP1016773A2 EP99811183A EP99811183A EP1016773A2 EP 1016773 A2 EP1016773 A2 EP 1016773A2 EP 99811183 A EP99811183 A EP 99811183A EP 99811183 A EP99811183 A EP 99811183A EP 1016773 A2 EP1016773 A2 EP 1016773A2
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EP
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blade
blow
blade root
slot
cooling medium
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EP1016773A3 (de
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Alexander Dr. Beeck
Bernhard Dr. Bonhoff
Rainer Conzelmann
Mark Mccarthy
Kenneth Hall
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GE Vernova GmbH
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ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Alstom Technology AG
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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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a coolable blade for a gas turbine or the like according to the preamble of claim 1.
  • Such a blade is known, for example, from US Pat. No. 5,498,133 the invention is based. It is essentially one shovel blade, one Blade base and a blade root built.
  • the airfoil has one suction-side and a pressure-side wall, which have a front and a rear edge are interconnected.
  • the walls define the profile shape and enclose within a cavity that is used for cooling purposes.
  • At least one cooling channel is integrated, which is usually from a cooling medium air is flowing through.
  • the blade is basically sufficient to cool and thus achieve the designed service life.
  • the exhaust openings in the area of the rear edge are drilled, cast, eroded, etched or produced in another way and penetrate the wall section from the cooling channel to the outer surface.
  • the cooling medium reduces the wall temperature through heat conduction and thereby improves component life.
  • the trailing edge area is particularly critical in this context the blade root, which is often the one that limits lifespan Area of the shovel proves. Despite the reduction in wall temperatures leads to the creation of blow-out openings in the area of the rear edge Increase in stress.
  • the invention tries to avoid the disadvantages described. You are the Task based on a coolable blade for a gas turbine or the like of the type mentioned at the outset, which has an increased service life and with which it succeeds, in particular the mechanical and thermal loads in the trailing edge area of the blade root.
  • the blade root at least in the area the trailing edge has a concavely curved contour and one the blow-out openings are arranged as blow-out slots on the blade root.
  • the outlet slot extends radially in the exit plane at the rear edge Direction at least over the entire area of the blade root and has a cross-sectional shape that at least in the exit plane of the contour the blade root follows so far that wall sections with approximately constant Wall thickness arise.
  • the objective is pursued, on the one hand, the temperature load this critical point and thus lower the wall temperature.
  • the stress concentration is reduced by adapting the contour as a result, notch effect avoided, which otherwise combined the advantages would nullify with the reduced temperature.
  • the mechanical and thermal loads in the particularly endangered area to reduce and thus increase the service life.
  • blow-out slot fits the airfoil has associated radial section with constant width, which in one of the Radial section associated with the blade root merges continuously, which is the Basic shape of an isosceles triangle with concavely curved legs owns.
  • the mechanical load can be optimal in this area be intercepted.
  • blow-out slots described above can be exact Arrangement and shape for given steady-state operating conditions Optimize the gas turbine so that it acts on the outside of the blade root Tension due to the inside of the exhaust slot due to the Pressure gradients caused by temperature gradients are largely compensated for. The consequence of this is a reduced load on the outer surface of the Blade root, through the appropriate contouring of the lower, radial inside area is given.
  • blow-out slot is in the radial direction upwards into the area of the airfoil and downwards into the area of the blade root extends into it.
  • a first variant is the cross-sectional shape of the blow-out slot continuously between the entry level at the cooling channel and the exit level to maintain the surface of the blade tip. This shape allows a maximum Cooling effect and minimizes the mechanical stress concentration in the Area of the blade wall.
  • a second option is the shape of a in the entry level on the cooling channel provide radially extending longitudinal slot, which is in the direction of flow of the cooling medium continuously expanded and in the special cross-sectional shape in passes the exit level.
  • the radial extension (length) can be constant are kept, whereas the width of the slot is continuously on the Slot geometry in the exit plane merges. This variant stands out due to a lower consumption of cooling medium and avoids voltage peaks in the entrance level at the cooling channel.
  • the outlet slot is in the direction of flow of the cooling medium increases radially.
  • the cooling medium is thus at a preferably acute angle with respect to the horizontal plane blown out and aligned with the main hot gas flow.
  • the contouring of the blade root leads to Connection with the exhaust slot for improved accessibility of the inside of the airfoil formed cavity.
  • This aspect wins in particular a decisive one when using the gas turbine in regions with high dust pollution Role, because there the cavity is flushed at certain intervals got to.
  • the cooling blade according to the invention is not can only be used as a stator, but also as a rotor blade. It is also possible the exhaust slot in the radial direction continuously over the entire rear edge to extend and thus a variety of individual cooling holes in this Area to replace. This variant has manufacturing advantages and leads in addition to an ideally uniform appearance when viewed in the radial direction the cooling air flow at the rear edge.
  • the basic structure of the coolable blade 1 according to the invention results can be seen in particular from FIGS. 1 and 2.
  • the blade 1 has an airfoil 10 and a blade root 30, with the transition area between the airfoil 10 and the blade root 30 a blade root 40 is formed.
  • the airfoil 10 consists of a suction side wall 12 and a pressure side Wall 14 constructed, each opposite a front edge 16 and a trailing edge 18 are connected to each other. Between the suction side Wall 12 and the pressure side wall 14 thus creates a cavity 20, which is continuously in the radial direction r from the blade 10 into the blade root 30 extends into it.
  • the cavity 20 is flowed through by a cooling medium K, which over the area of the blade root 30, meandering in the area of the blade 10 deflected several times and through discharge openings in the form of through holes 60 and a blowout slot 50 is blown out.
  • a cooling medium K is usually used air that comes from the compressor stage, not shown here is branched off.
  • the blade root 40 has a concave curve in the area of the rear edge 18 Contour course on, so that a continuous transition without a jump in curvature is realized by the blade 10 in the blade root 30.
  • the blowout slot 50 is arranged, which is continuously between an entry level 56 on the cavity 20 and an exit level 58 extends at the rear edge 18.
  • the area of the blade root 40 it has a cross-sectional shape in the exit plane 58 which corresponds to the outer contour the blade 40 follows so far that wall sections on both sides 42 with approximately constant wall thickness d.
  • the blow-out slot 50 merges upwards into a radial section 52 which has a constant width b in the manner of a longitudinal slot.
  • the width is b chosen such that a constant wall thickness is also present in this radial section 52 d remains.
  • the blowout slot 50 has the basic shape of an isosceles Triangles with concave legs.
  • the blowout slot 50 thus covers the entire area of the blade root 40 and protrudes into the two adjacent areas of the airfoil 10 and the Blade root 30 into it.
  • the cross-sectional shape in connection with the chosen one Contour course of the blade root 40 prevents notch stresses in it critical area and at the same time enables effective cooling.
  • 3 and 4 are two variants of a possible cross-sectional profile between the entrance plane 56 on the cavity 20 and the exit plane 58 on the Trailing edge 18 indicated.
  • the first variant according to FIG. 3 has a continuous, constant cross-sectional shape on. It enables a high throughput of cooling medium, so that the cooling effect on the rear edge 18 can be adjusted to a maximum.
  • the variant shown in Fig. 4 has one in the flow direction of the cooling medium K continuously changing cross section.
  • At entry level 56 is a continuous longitudinal slot of constant width available, which extends to the exit plane 58 expanded and reached there the pear-shaped cross-sectional shape.
  • This Variant has the advantage of lower cooling medium K consumption.
  • Hot gas flow occurs when the blow-out slot 50 is between the entry level 56 and the exit plane 58 extends radially as shown in FIG. 1 is indicated.
  • the cooling concept described above is suitable for applications in control and blades equally well.
  • the outer contour of the blade root approximate course of the cross-sectional geometry of the blow-out slot enables the effective reduction of material stress in particular critical area of the trailing edge, increasing the lifespan of the bucket can be increased significantly overall.

Landscapes

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

Abstract

Kühlbare Schaufel für eine Gasturbine oder dergleichen, mit einem Schaufelblatt (10), das aus einer saugseitigen Wand (12) und einer druckseitigen Wand (14) aufgebaut ist, welche unter Bildung eines Hohlraumes (20) über eine Vorderkante (16) und eine Hinterkante (18) verbunden sind, einem Schaufelfuß (30), einer Schaufelwurzel (40) als Übergangsbereich zwischen dem Schaufelblatt (10) und dem Schaufelfuß (30), wenigstens einem Kühlkanal (20), der im Hohlraum (20) integriert und von einem Kühlmedium (K) durchströmbar ist, sowie Ausblasöffnungen für das Kühlmedium (K), die ausgehend von einer Eintrittsebene (56) am Hohlraum durchgehend zu einer Austrittsebene (58) im Bereich der Hinterkante (18) angeordnet sind, wobei dass zumindest im Bereich der Hinterkante (18) die Schaufelwurzel (40) einen konkav gekrümmten Konturverlauf aufweist und eine der Ausblasöffnungen als Ausblasschlitz (50) an der Schaufelwurzel (40) angeordnet ist, der sich in der Austrittsebene (58) der Hinterkante (18) in radialer Richtung (r) zumindest über den gesamten Bereich der Schaufelwurzel (40) erstreckt und dessen Querschnittsform zumindest in der Austrittsebene (58) dem Konturverlauf der Schaufelwurzel (40) soweit folgt, dass Wandabschnitte (42) mit angenähert konstanter Wanddicke (d) entstehen. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine kühlbare Schaufel für eine Gasturbine oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Eine derartige Schaufel ist beispielsweise aus der US 5,498,133 bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Sie ist im Wesentlichen aus einem Schaufelblatt, einem Schaufelfuß sowie einer Schaufelwurzel aufgebaut. Das Schaufelblatt weist eine saugseitige und eine druckseitige Wand auf, die über eine Vorder- und eine Hinterkante miteinander verbunden sind. Die Wände definieren die Profilform und schließen innerhalb einen Hohlraum ein, der zu Kühlzwecken genutzt wird. Hierzu ist zumindest ein Kühlkanal integriert, der von einem Kühlmedium, in der Regel von Luft, durchströmt wird. In den Wänden, und insbesondere auch im Bereich der Hinterkante sind Ausblasöffnungen in Form von Durchgangsbohrungen vorhanden, über die ausgehend vom Kühlkanal das Kühlmedium austreten kann.
Mit einem derartigen Kühlkonzept gelingt es, die Schaufel dem Grunde nach ausreichend zu kühlen und damit die konzipierte Lebensdauer zu erreichen. Die Ausblasöffnungen im Bereich der Hinterkante sind gebohrt, gegossen, erodiert, geätzt oder in anderer Art und Weise hergestellt und durchsetzen den Wandabschnitt vom Kühlkanal zur Außenoberfläche. Das Kühlmedium reduziert die Wandtemperatur durch Wärmeleitung und verbessert hierdurch die Bauteillebensdauer.
Besonders kritisch im Hinblick auf die konzipierte Lebensdauer erweist sich der Übergang vom Schaufelblatt zum Schaufelfuß, das heißt die Schaufelwurzel. Dies ist die Folge hoher thermischer und mechanischer Belastung, die einerseits durch die hohe Temperaturdifferenz zwischen dem stark gekühlten Schaufelblatt und dem heißen Schaufelfuß auftritt. Andererseits werden auch an dieser Stelle die Zentrifugal- und Biegebeanspruchungen vom Schaufelblatt auf den Schaufelfuß übertragen. Ganz besonders kritisch ist in diesem Zusammenhang der Hinterkantenbereich der Schaufelwurzel, der sich oftmals als der die Lebensdauer limitierende Bereich der Schaufel erweist. Trotz der Absenkung der Wandtemperaturen führt das Einbringen von Ausblasöffnungen im Bereich der Hinterkante zu einer Vergrößerung der Beanspruchung.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine kühlbare Schaufel für eine Gasturbine oder dergleichen der eingangs genannten Art anzugeben, die eine erhöhte Lebensdauer aufweist und mit der es gelingt, insbesondere die mechanischen und thermischen Belastungen im Hinterkantenbereich der Schaufelwurzel abzusenken.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass bei einer kühlbaren Schaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Schaufelwurzel zumindest im Bereich der Hinterkante einen konkav gekrümmten Konturverlauf aufweist und eine der Ausblasöffnungen als Ausblasschlitz an der Schaufelwurzel angeordnet ist. Der Ausblasschlitz erstreckt sich in der Austrittsebene an der Hinterkante in radialer Richtung zumindest über den gesamten Bereich der Schaufelwurzel und besitzt eine Querschnittsform, die zumindest in der Austrittsebene dem Konturverlauf der Schaufelwurzel soweit folgt, dass Wandabschnitte mit angenähert konstanter Wanddicke entstehen.
Konkret wird damit die Zielsetzung verfolgt, einerseits die Temperaturbelastung an dieser kritischen Stelle und damit die Wandtemperatur abzusenken. Andererseits wird durch die Anpassung des Konturverlaufs ein Abbau der Spannungskonzentration in Folge Kerbwirkung vermieden, die ansonsten die Vorteile in Verbindung mit der verringerten Temperatur zunichte machen würde. Somit gelingt es, die mechanischen und thermischen Belastungen in dem besonders gefährdeten Bereich zu reduzieren und damit die Lebensdauer zu erhöhen.
Verschiedene weitere Maßnahmen sind darauf gerichtet, die mechanischen Spannungen infolge der Kerbwirkung durch eine Anpassung der Geometrie des Ausblasschlitzes weiter abzusenken.
Dies gelingt beispielsweise dadurch, dass der Ausblasschlitz einen dem Schaufelblatt zugeordneten Radialabschnitt mit konstanter Breite aufweist, der in einen der Schaufelwurzel zugeordneten Radialabschnitt kontinuierlich übergeht, welcher die Grundform eines gleichschenkligen Dreiecks mit konkav gekrümmten Schenkeln besitzt. Im Bereich der Hinterkante entsteht dadurch zu beiden Seiten des Ausblasschlitzes hin ein Wandabschnitt konstanter Breite, der sich ausgehend vom Bereich des Schaufelblattes in den kritischen Bereich der Schaufelwurzel hinein kontinuierlich erstreckt. Die mechanische Belastung kann in diesem Bereich optimal abgefangen werden.
Besonders günstig in diesem Sinne ist die Wahl einer birnenförmigen Querschnittsform, da hierdurch im radial innenliegenden Bereich, also zwischen der Schaufelwurzel und dem Schaufelfuß ein abgerundeter Übergang ohne Kontursprünge, und damit ohne Kerbwirkung, möglich wird.
Die vorstehend beschriebenen Ausblasschlitze lassen sich hinsichtlich ihrer exakten Anordnung und Formgebung für vorgegebene stationäre Betriebszustände der Gasturbine derart optimieren, dass die außen auf die Schaufelwurzel einwirkenden Zugspannungen durch die von innen über den Ausblasschlitz infolge des Temperaturgradienten bewirkten Druckspannungen weitgehend kompensiert werden. Die Folge davon ist eine reduzierte Belastung an der äußeren Oberfläche der Schaufelwurzel, die durch die entsprechende Konturierung des unteren, radial innenliegenden Bereichs gegeben ist.
In diesem Sinne ist es optimal, wenn sich der Ausblasschlitz in radialer Richtung nach oben hin in den Bereich des Schaufelblattes und nach unten hin in den Bereich des Schaufelfußes hinein erstreckt.
Weitere Optimierungsalternativen ergeben sich durch eine entsprechende Wahl des Querschnittsverlaufs in Strömungsrichtung des Kühlmediums.
Eine erste Variante besteht darin, die Querschnittsform des Ausblasschlitzes durchgehend zwischen der Eintrittsebene am Kühlkanal und der Austrittsebene an der Oberfläche der Schaufelspitze beizubehalten. Diese Form ermöglicht eine maximale Kühlwirkung und minimiert die mechanische Spannungskonzentration im Bereich der Schaufelwandung.
Eine zweite Option besteht darin, in der Eintrittsebene am Kühlkanal die Form eines radial verlaufenden Längsschlitzes vorzusehen, die sich in Strömungsrichtung des Kühlmediums kontinuierlich erweitert und in die spezielle Querschnittsform in der Austrittsebene übergeht. Die radiale Erstreckung (Länge) kann hierbei konstant gehalten werden, wohingegen die Breite des Schlitzes kontinuierlich auf die Schlitzgeometrie in der Austrittsebene übergeht. Diese Variante zeichnet sich durch einen geringeren Verbrauch an Kühlmedium aus und vermeidet Spannungsspitzen in der Eintrittsebene am Kühlkanal.
Strömungstechnisch besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ausblasschlitz in Strömungsrichtung des Kühlmediums radial ansteigend verläuft. Das Kühlmedium wird somit unter einem bevorzugt spitzen Winkel in Bezug auf die Horizontalebene ausgeblasen und auf die Haupt-Heißgasströmung hin ausgerichtet.
Neben den geschilderten Vorteilen führt die Konturierung der Schaufelwurzel in Verbindung mit dem Ausblasschlitz zu einer verbesserten Zugänglichkeit des innerhalb des Schaufelblattes gebildeten Hohlraums. Dieser Aspekt gewinnt speziell bei einem Einsatz der Gasturbine in Regionen mit hoher Staubbelastung eine entscheidende Rolle, da dort der Hohlraum in gewissen Abständen gespült werden muss.
Es versteht sich von selbst, dass sich die erfindungsgemäße Kühlschaufel nicht nur als Stator-, sondern auch als Rotorschaufel einsetzen lässt. Auch ist es möglich, den Ausblasschlitz in radialer Richtung durchgehend über die gesamte Hinterkante zu erstrecken und damit eine Vielzahl einzelner Kühlbohrungen in diesem Bereich zu ersetzen. Diese Variante hat herstellungstechnische Vorteile und führt zusätzlich zu einer in radialer Richtung betrachtet ideal gleichmäßigen Ausprägung der Kühlluftströmung an der Hinterkante.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
Schaufel in Schnittdarstellung;
Fig. 2
Schaufel gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von links, vergrößerte Teilansicht;
Fig. 3
Ausblasschlitz in perspektivischer Darstellung;
Fig. 4
Ausblasschlitz in perspektivischer Darstellung, Variante zu dem Ausblasschlitz gemäß Fig. 3.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Weg zur Ausführung der Erfindung
Der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen kühlbaren Schaufel 1 ergibt sich insbesondere aus den Fig. 1 und 2. Die Schaufel 1 weist ein Schaufelblatt 10 und einen Schaufelfuß 30 auf, wobei als Übergangsbereich zwischen dem Schaufelblatt 10 und dem Schaufelfuß 30 eine Schaufelwurzel 40 gebildet ist.
Das Schaufelblatt 10 ist aus einer saugseitigen Wand 12 und einer druckseitigen Wand 14 aufgebaut, die jeweils gegenüberliegend über eine Vorderkante 16 und eine Hinterkante 18 miteinander verbunden sind. Zwischen der saugseitigen Wand 12 und der druckseitigen Wand 14 entsteht somit ein Hohlraum 20, der sich durchgehend in radialer Richtung r vom Schaufelblatt 10 in den Schaufelfuß 30 hinein erstreckt.
Der Hohlraum 20 wird von einem Kühlmedium K durchströmt, das über den Bereich des Schaufelfußes 30 zugeführt, im Bereich des Schaufelblattes 10 mäanderförmig mehrfach umgelenkt und über Ausblasöffnungen in Form von Durchgangsbohrungen 60 und einem Ausblasschlitz 50 ausgeblasen wird. Als Kühlmedium K wird in der Regel Luft verwendet, die aus der hier nicht dargestellten Verdichterstufe abgezweigt wird.
Die Schaufelwurzel 40 weist im Bereich der Hinterkante 18 einen konkav gekrümmten Konturverlauf auf, so dass ein kontinuierlicher Übergang ohne Krümmungssprung vom Schaufelblatt 10 in den Schaufelfuß 30 realisiert ist.
Im Bereich der Schaufelwurzel 40 ist der Ausblasschlitz 50 angeordnet, der sich durchgehend zwischen einer Eintrittsebene 56 am Hohlraum 20 und einer Austrittsebene 58 an der Hinterkante 18 erstreckt. Im Bereich der Schaufelwurzel 40 besitzt er in der Austrittsebene 58 eine Querschnittsform, die dem äußeren Konturverlauf der Schaufel 40 soweit folgt, dass zu beiden Seiten hin Wandabschnitte 42 mit angenähert konstanter Wanddicke d entstehen.
Der Ausblasschlitz 50 geht nach oben hin in einen Radialabschnitt 52 über, der nach Art eines Längsschlitzes eine konstante Breite b aufweist. Die Breite b ist derart gewählt, dass auch in diesem Radialabschnitt 52 eine konstante Wanddikke d erhalten bleibt. In einem Radialabschnitt 53, der der Schaufelwurzel 40 zugeordnet ist, besitzt der Ausblasschlitz 50 die Grundform eines gleichschenkligen Dreiecks mit konkav gekrümmten Schenkeln.
Nach unten hin, das heißt in Richtung auf einen Radialabschnitt 54, der dem Schaufelfuß 30 zugeordnet ist, weicht der Konturverlauf des Ausblasschlitzes 50 zurück, wobei eine birnenförmige Querschnittsform entsteht. Im Bereich der Schaufelwurzel 40 wird hierbei die maximale Breite B erreicht.
Der Ausblasschlitz 50 deckt somit den gesamten Bereich der Schaufelwurzel 40 ab und ragt in die beiden benachbarten Bereiche des Schaufelblattes 10 und der Schaufelwurzel 30 hinein. Die Querschnittsform in Verbindung mit dem gewählten Konturverlauf der Schaufelwurzel 40 verhindert Kerbspannungen in diesem an sich kritischen Bereich und ermöglicht gleichzeitig eine effektive Kühlung.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei Varianten eines möglichen Querschnittsverlaufes zwischen der Eintrittsebene 56 am Hohlraum 20 und der Austrittsebene 58 an der Hinterkante 18 angedeutet.
Die erste Variante gemäß Fig. 3 weist eine durchgehende, konstante Querschnittsform auf. Sie ermöglicht einen hohen Durchsatz an Kühlmedium, so dass die Kühlwirkung an der Hinterkante 18 maximal eingestellt werden kann.
Die in Fig. 4 dargestellte Variante hat einen in Strömungsrichtung des Kühlmediums K sich kontinuierlich ändernden Querschnitt. An der Eintrittsebene 56 ist ein durchgehender Längsschlitz konstanter Breite vorhanden, der sich zur Austrittsebene 58 hin erweitert und dort die birnenförmige Querschnittsform erreicht. Diese Variante hat den Vorteil eines geringeren Verbrauchs an Kühlmedium K.
Eine optimale Einleitung des Kühlmediums K in den hier nicht näher dargestellten Heißgasstrom ergibt sich dann, wenn der Ausblasschlitz 50 zwischen der Eintrittsebene 56 und der Austrittsebene 58 radial ansteigend verläuft, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.
Das vorstehend beschriebene Kühlkonzept eignet sich für Anwendungen bei Leit- und Laufschaufeln gleichermaßen gut. Die dem äußeren Konturverlauf der Schaufelwurzel angenäherte Verlauf der Querschnittsgeometrie des Ausblaseschlitzes ermöglicht die wirksame Reduzierung der Materialbeanspruchung im besonders kritischen Bereich der Hinterkante, wodurch sich die Lebensdauer der Schaufel insgesamt erheblich steigern lässt.
Bezugszeichenliste
1
Schaufel
10
Schaufelblatt
12
saugseitige Wand
14
druckseitige Wand
16
Vorderkante
18
Hinterkante
20
Hohlraum, Kühlkanal
30
Schaufelfuß
40
Schaufelwurzel
42
Wandabschnitt
50
Ausblasschlitz
52
Radialabschnitt
53
Radialabschnitt
54
Radialabschnitt
56
Eintrittsebene
58
Austrittsebene
60
Bohrung
b
Schlitzbreite
B
Schlitzbreite
d
Wanddicke
r
radiale Richtung
K
Kühlmedium

Claims (8)

  1. Kühlbare Schaufel für eine Gasturbine oder dergleichen, mit
    einem Schaufelblatt, das aus einer saugseitigen Wand und einer druckseitigen Wand aufgebaut ist, welche unter Bildung eines Hohlraumes über eine Vorderkante und eine Hinterkante verbunden sind,
    einem Schaufelfuß,
    einer Schaufelwurzel als Übergangsbereich zwischen dem Schaufelblatt und dem Schaufelfuß,
    wenigstens einem Kühlkanal, der im Hohlraum integriert und von einem Kühlmedium durchströmbar ist, sowie
    Ausblasöffnungen für das Kühlmedium, die ausgehend von einer Eintritts ebene am Hohlraum durchgehend zu einer Austrittsebene im Bereich der Hinterkante angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der Hinterkante (18) die Schaufelwurzel (40) einen konkav gekrümmten Konturverlauf aufweist und dass eine der Ausblasöffnungen als Ausblasschlitz (50) an der Schaufelwurzel (40) angeordnet ist, der sich in der Austrittsebene (58) der Hinterkante (18) in radialer Richtung (r) zumindest über den gesamten Bereich der Schaufelwurzel (40) erstreckt und dessen Querschnittsform zumindest in der Austrittsebene (58) dem Konturverlauf der Schaufelwurzel (40) soweit folgt, dass Wandabschnitte (42) mit angenähert konstanter Wanddicke (d) entstehen.
  2. Schaufel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasschlitz (50) einen dem Schaufelblatt (10) zugeordneten Radialabschnitt (52) konstanter Breite (b) aufweist und in einen der Schaufelwurzel (40) zugeordneten Radialabschnitt (53) kontinuierlich übergeht, der die Grundform eines gleichschenkligen Dreiecks mit konkavgekrümmten Schenkeln besitzt.
  3. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasschlitz (50) einen birnenförmigen Querschnitt aufweist.
  4. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasschlitz (50) eine in Strömungsrichtung des Kühlmediums (K) konstante Querschnittsform aufweist.
  5. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasschlitz (50) in der Eintrittsebene (56) die Form eines radial verlaufenden Längsschlitzes besitzt und in Strömungsrichtung des Kühlmediums (K) kontinuierlich in die Querschnittsform in der Austrittsebene (58) übergeht.
  6. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasschlitz (50) einen Radialabschnitt (54) aufweist, der dem Schaufelfuß (30) zugeordnet ist.
  7. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasschlitz (50) in Strömungsrichtung des Kühlmediums (K) radial ansteigend verläuft.
  8. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ausblasschlitz (50) in radialer Richtung (r) im Wesentlichen durchgehend über die Hinterkante (18) erstreckt.
EP99811183A 1998-12-30 1999-12-21 Kühlbare Schaufel für eine Gasturbine Expired - Lifetime EP1016773B1 (de)

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