EP4136323B1 - Turbinenschaufel und zugehöriges herstellungsverfahren - Google Patents

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EP4136323B1
EP4136323B1 EP21731686.8A EP21731686A EP4136323B1 EP 4136323 B1 EP4136323 B1 EP 4136323B1 EP 21731686 A EP21731686 A EP 21731686A EP 4136323 B1 EP4136323 B1 EP 4136323B1
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EP
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blade
cooling
air outlet
outlet opening
leaf
Prior art date
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Martin Boeff
Thomas Ruda
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade for a gas turbine with a blade root and an aerodynamically curved blade arranged above the blade root, wherein the blade has a pressure-side blade wall and a suction-side blade wall, which together extend from a front edge of the blade against which a working medium can flow to a trailing edge of the blade, wherein a plurality of cooling air outlet openings are formed on the pressure-side blade wall, each of which extends upstream from the trailing edge in relation to the flow direction of a working medium flowing around the blade and through which cooling air guided through the interior of the blade can exit, wherein at least one of the cooling air outlet openings has a substantially rectangular or trapezoidal shape with rounded corners, which preferably widens in the direction of exit of the cooling air.
  • the invention further relates to a method for machining such a turbine blade.
  • Turbine blades of the type mentioned at the outset are known in the prior art in various designs. During operation, they are exposed to high thermal loads, which is why their blades are cooled to increase their service life. For this purpose, cooling air is introduced through the blade root into the blade, which exits essentially axially into the flow channel of the working medium through the cooling air outlet openings provided on the pressure-side blade wall in the area of the trailing edge.
  • the cooling air outlet openings have an essentially trapezoidal and/or rectangular shape, which widens in the direction of the cooling air exit, and are often also referred to as cut-back openings.
  • One problem is that the provision of such cooling air outlet openings geometric stresses are induced in the blade.
  • the cooling caused by the cooling air is not uniform in the area of the cooling air outlet openings, which leads to thermally induced stresses.
  • These geometric and thermal stresses can limit the service life of the turbine blade and mean that turbine blades have to be replaced frequently as part of maintenance work. Attempts to counteract the negative effects of the stresses by stiffening the blade in the area of the cooling air outlet openings were unsuccessful. As a result, either an increased risk was permitted or the turbine blades were restricted in terms of their service life.
  • the EP 1 555 390 A1 discloses a turbine blade for a gas turbine with a blade root and an aerodynamically curved blade arranged above the blade root, wherein the blade has a pressure-side blade wall and a suction-side blade wall, which together extend from a front edge of the blade against which a working medium can flow to a trailing edge of the blade, wherein a plurality of cooling air outlet openings are formed on the pressure-side blade wall, each of which extends upstream from the trailing edge with respect to the flow direction of a working medium flowing around the blade and through which cooling air guided through the interior of the blade can exit, wherein at least one of the cooling air outlet openings has a substantially rectangular or trapezoidal shape with rounded corners, which preferably widens in the outlet direction of the cooling air.
  • the present invention provides a turbine blade for a gas turbine with a blade root and an aerodynamically curved blade arranged above the blade root, wherein the blade has a pressure-side blade wall and a suction-side blade wall, which together extend from a front edge of the blade against which a working medium can flow to a rear edge of the blade, wherein a plurality of cooling air outlet openings are formed on the pressure-side blade wall, each of which extends upstream from the rear edge with respect to the flow direction of a working medium flowing around the blade and through which cooling air guided through the interior of the blade can exit, wherein at least one of the cooling air outlet openings has a substantially rectangular or trapezoidal shape with rounded corners, which preferably widens in the outlet direction of the cooling air, characterized in that at least the lower corner of this at least one cooling air outlet opening pointing towards the front edge forms a relief notch with a rounded notch base protruding outwards from the rectangular shape.
  • the relief notch sets the line of a lower edge of the cooling outlet opening with the notch base arranged above the lower edge of the cooling outlet opening pointing towards the front edge of the blade.
  • the blade can be manufactured by casting without an undercut in the area of the cooling air outlet opening, which is fundamentally desirable.
  • the relief notch extends diagonally downwards at an obtuse angle from the lower edge of the cooling outlet opening, with the notch base arranged below the lower edge of the cooling outlet opening pointing in the direction of the blade root.
  • the relief notch widens in a cup-like manner starting from its notch base, whereby a particularly good thermal expansion capacity of the blade in the area of the cooling air outlet opening is achieved.
  • At least one cooling air outlet opening is the lowest cooling air outlet opening, since this is where the greatest thermal stresses occur.
  • the present invention provides a method for machining a turbine blade with a blade root and an aerodynamically curved blade, wherein the blade has a pressure-side blade wall and a suction-side blade wall, which together extend from a front edge of the blade against which a working medium can flow to a trailing edge of the blade, wherein a plurality of cooling air outlet openings are formed on the pressure-side blade wall, each of which extends upstream from the trailing edge in relation to the direction of a working medium flowing around the blade extend and through which cooling air guided through the interior of the blade can exit, and wherein one of the cooling air outlet openings has a substantially rectangular or trapezoidal shape with rounded corners, characterized in that in at least the lower corner of this at least one cooling air outlet opening pointing towards the front edge, a relief notch with a rounded notch base protruding outwards from the rectangular shape is formed in order to produce a turbine blade according to the invention.
  • FIG. 1 shows a known turbine blade 1 for a gas turbine, which in this case is a rotor blade.
  • the turbine blade 1 comprises a blade root 2 and an aerodynamically curved blade 3 arranged above the blade root 2.
  • the blade 3 has a pressure-side blade wall 4 and a suction-side blade wall 5, which together extend from a front edge 7 of the blade 3, against which a working medium can flow in the direction of arrow 6, to a trailing edge 8 of the blade 3.
  • On the pressure-side blade wall 4 a series of cooling air outlet openings 9 are provided along the trailing edge 8, which are designed as so-called cut-back openings.
  • the cooling air outlet openings 9 each extend from the trailing edge 8 upstream in relation to the flow direction of the working medium flowing around the blade 3 and serve to discharge cooling air guided through cooling channels present in the interior of the blade 3, not shown in detail here, essentially axially into a flow channel of the working medium.
  • the cooling air outlet openings 9 have an essentially rectangular or trapezoidal shape with rounded corners 10, which in the present case widen in the outlet direction of the cooling air.
  • the shapes of the lowest cooling air outlet opening 9 and the top three cooling air outlet openings 9 are considered to be rather rectangular, even if they widen slightly in the direction of the cooling air outlet, while all other cooling air outlet openings 9 are more trapezoidal in shape.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the lowest cooling air outlet opening 9, which is characterized by the fact that In their area the thermal stresses are particularly high or highest during operation of the turbine blade 1.
  • the Figures 3 and 4 show a turbine blade 1 according to a first embodiment of the present invention, which is based on the Figures 1 and 2 The turbine blade 1 shown was manufactured.
  • the turbine blade 1 shown differs from the one shown in the Figures 1 and 2 shown turbine blade 1 only with regard to the design of the lowermost cooling air outlet opening 9, as can be seen from a comparison of the Figures 2 and 4 is evident.
  • the lower corner 10 of the cooling air outlet opening 9 facing the front edge was Figure 4 shown cooling air outlet opening 9 is provided with a relief notch 11 with a rounded notch base 12 that protrudes outward from the rectangular shape.
  • the relief notch 11 here continues the line of the lower edge 13 of the cooling outlet opening 9, with the notch base 12 arranged above the lower edge 13 of the cooling outlet opening 9 pointing in the direction of the front edge 7 of the blade 3.
  • Such a relief notch 11 can be machined into the shape shown in Figure 2 shown cooling air outlet opening 9. It results in thermal stresses in the area of the cooling air outlet opening 9 being significantly reduced during operation of the turbine blade 1, which results in a noticeable extension of the service life of the turbine blade 1.
  • the Figures 5 and 6 show a turbine blade 1 according to a second embodiment of the present invention, which is based on the Figures 1 and 2 The turbine blade 1 shown was manufactured.
  • the turbine blade 1 shown differs from the one shown in the Figures 1 and 2 shown turbine blade 1 only with regard to the design of the lowermost cooling air outlet opening 9, as can be seen from a comparison of the Figures 2 and 6 is evident.
  • the lower corner 10 of the cooling air outlet opening 9 facing the front edge 7 was Figure 6 shown cooling air outlet opening 9 is provided with a relief notch 11 with a rounded notch base 12 that protrudes outwards from the rectangular shape.
  • the relief notch 11 extends diagonally downwards at an obtuse angle starting from the lower edge 13 of the cooling outlet opening 9.
  • the notch base 12 arranged below the lower edge 13 of the cooling outlet opening 9 points in the direction of the blade root 2, with the relief notch 11 widening like a cup starting from its notch base 12.
  • the Figure 6 The relief notch 11 shown can be machined into the recess 12 shown in Figure 2
  • the cooling air outlet opening 9 shown in FIG. 1 is designed to reduce thermal stresses in the area of the cooling air outlet opening 9 during operation of the turbine blade 1, which results in a noticeable extension of the service life of the turbine blade 1.
  • the shape of the cooling air outlet opening 9 shown in FIG. 1 is Figure 6 cooling air outlet opening 9 or its relief notch 11 is more favorable than the cooling air outlet opening 9 Figure 4 shown form.
  • They have undercuts that can only be realized with increased effort in terms of casting technology if the Figures 5 and 6
  • the turbine blade 1 shown is realized as part of a new production.
  • cooling air outlet openings 9 and/or other cooling air outlet openings than the lowest cooling air outlet opening 9 can be provided with a relief notch 11.
  • the present invention is defined by the appended claims 1 to 6.

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einem Schaufelfuß und einem oberhalb des Schaufelfußes angeordneten, aerodynamisch gekrümmten Schaufelblatt, wobei das Schaufelblatt eine druckseitige Schaufelwand und eine saugseitige Schaufelwand aufweist, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium anströmbaren Vorderkante des Schaufelblattes zu einer Hinterkante des Schaufelblattes erstrecken, wobei an der druckseitigen Schaufelwand eine Vielzahl von Kühlluftaustrittsöffnungen ausgebildet ist, die sich jeweils ausgehend von der Hinterkante bezogen auf die Strömungsrichtung eines das Schaufelblatt umströmenden Arbeitsmediums stromaufwärts erstrecken und durch die durch das Innere des Schaufelblattes geleitete Kühlluft austreten kann, wobei zumindest eine der Kühlluftaustrittsöffnungen eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken aufweist, die sich in Austrittsrichtung der Kühlluft bevorzugt aufweitet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten einer solchen Turbinenschaufel. Turbinenschaufeln der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Während des Betriebs sind sie hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, weshalb ihre Schaufelblätter zur Erhöhung der Lebensdauer gekühlt werden. Hierzu wird Kühlluft durch den Schaufelfuß in das Schaufelblatt eingeleitet, das durch die an der druckseitigen Schaufelwand im Bereich der Hinterkante vorgesehenen Kühlluftaustrittöffnungen im Wesentlichen axial in den Strömungskanal des Arbeitsmediums austritt. Die Kühlluftaustrittsöffnungen weisen eine im Wesentlichen trapezförmige und/oder rechteckige Form auf, die sich in Austrittsrichtung der Kühlluft aufweitet, und werden häufig auch als Cut-Back- -Öffnungen bezeichnet. Ein Problem besteht zum einen darin, dass durch das Vorsehen solcher KühlluftaustrittsÖffnungen geometrische Spannungen in das Schaufelblatt induziert werden. Zum anderen ist die durch die Kühlluft hervorgerufene Kühlung im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnungen nicht gleichmäßig, was thermisch bedingte Spannungen nach sich zieht. Diese geometrischen und thermischen Spannungen können lebensdauerbegrenzend für die Turbinenschaufel sein und führen dazu, dass Turbinenschaufeln im Rahmen von Wartungsarbeiten häufig ausgetauscht werden müssen. Der Versuch, den negativen Auswirkungen der Spannungen durch Versteifungen des Schaufelblatts im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnungen zu begegnen, blieb erfolglos. Im Ergebnis wurde entweder ein erweitertes Risiko zugelassen oder die Turbinenschaufeln haben eine Restriktion bezüglich ihrer Einsatzdauer erhalten.
  • Die EP 1 555 390 A1 offenbart eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einem Schaufelfuß und einem oberhalb des Schaufelfußes angeordneten, aerodynamisch gekrümmten Schaufelblatt, wobei das Schaufelblatt eine druckseitige Schaufelwand und eine saugseitige Schaufelwand aufweist, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium anströmbaren Vorderkante des Schaufelblattes zu einer Hinterkante des Schaufelblattes erstrecken, wobei an der druckseitigen Schaufelwand eine Vielzahl von Kühlluftaustrittsöffnungen ausgebildet ist, die sich jeweils ausgehend von der Hinterkante bezogen auf die Strömungsrichtung eines das Schaufelblatt umströmenden Arbeitsmediums stromaufwärts erstrecken und durch die durch das Innere des Schaufelblattes geleitete Kühlluft austreten kann, wobei zumindest eine der Kühlluftaustrittsöffnungen eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken aufweist, die sich in Austrittsrichtung der Kühlluft bevorzugt aufweitet.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Turbinenschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einem Schaufelfuß und einem oberhalb des Schaufelfußes angeordneten, aerodynamisch gekrümmten Schaufelblatt, wobei das Schaufelblatt eine druckseitige Schaufelwand und eine saugseitige Schaufelwand aufweist, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium anströmbaren Vorderkante des Schaufelblattes zu einer Hinterkante des Schaufelblattes erstrecken, wobei an der druckseitigen Schaufelwand eine Vielzahl von Kühlluftaustrittsöffnungen ausgebildet ist, die sich jeweils ausgehend von der Hinterkante bezogen auf die Strömungsrichtung eines das Schaufelblatt umströmenden Arbeitsmediums stromaufwärts erstrecken und durch die durch das Innere des Schaufelblattes geleitete Kühlluft austreten kann, wobei zumindest eine der Kühlluftaustrittsöffnungen eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken aufweist, die sich in Austrittsrichtung der Kühlluft bevorzugt aufweitet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zur Vorderkante weisende untere Ecke dieser zumindest einen Kühlluftaustrittsöffnung eine auswärts von der rechteckigen Form vorstehende Entlastungskerbe mit abgerundetem Kerbgrund bildet. Während der Turbinenschaufelentwicklung hat sich herausgestellt, dass die hohen Spannungen im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnungen in erster Linie thermisch nur zu geringen Anteilen geometrisch bedingt sind. Vor diesem Hintergrund wurde die Geometrie zumindest der beanspruchtesten Kühlluftaustrittsöffnung dahingehend überarbeitet, dass eine Entlastungskerbe mit abgerundetem Kerbgrund in der unteren, zur Vorderkante weisenden Ecke ergänzt wurde. Auch wenn diese Entlastungskerbe die Steifigkeit der Turbinenschaufel im Bereich der entsprechenden Kühlluftaustrittsöffnung deutlich herabsetzt, unterstützt sie die thermische Dehnung des Schaufelblattes, wodurch die Spannungen innerhalb der Turbinenschaufel insgesamt deutlich reduziert werden, was eine spürbare Erhöhung der Lebensdauer zur Folge hat. Dieser positive Effekt konnte auch im Rahmen von 3D Finite Elemente Analysen nachgewiesen werden.
  • Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung setzt die Entlastungskerbe die Linie einer unteren Kante der Kühlaustrittsöffnung fort, wobei der oberhalb der unteren Kante der Kühlaustrittsöffnung angeordnete Kerbgrund in Richtung der Vorderkante des Schaufelblattes weist. Bei dieser Variante kann das Schaufelblatt im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnung gießtechnisch ohne Hinterschnitt hergestellt werden, was grundsätzlich wünschenswert ist.
  • Gemäß einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Entlastungskerbe ausgehend von der unteren Kante der Kühlaustrittsöffnung im stumpfen Winkel schräg abwärts, wobei der unterhalb der unteren Kante der Kühlaustrittsöffnung angeordnete Kerbgrund in Richtung des Schaufelfußes weist. Diese Variante ist spannungstechnisch von Vorteil. Allerdings lässt sie sich gießtechnisch nicht ohne störende Hinterschnitte fertigen.
  • Bevorzugt weitet sich die Entlastungskerbe ausgehend von ihrem Kerbgrund kelchartig auf, wodurch eine besonders gute thermische Dehnfähigkeit des Schaufelblattes im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnung erzielt wird.
  • Vorteilhaft handelt es sich bei der zumindest einen Kühlluftaustrittsöffnung um die unterste Kühlluftaustrittsöffnung, da dort die größten thermischen Spannungen auftreten.
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung einer Turbinenschaufel mit einem Schaufelfuß und einem aerodynamisch gekrümmten Schaufelblatt, wobei das Schaufelblatt eine druckseitige Schaufelwand und eine saugseitige Schaufelwand aufweist, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium anströmbaren Vorderkante des Schaufelblattes zu einer Hinterkante des Schaufelblattes erstrecken, wobei an der druckseitigen Schaufelwand eine Vielzahl von Kühlluftaustrittsöffnungen ausgebildet ist, die sich jeweils ausgehend von der Hinterkante bezogen auf die Richtung eines das Schaufelblatt umströmende Arbeitsmediums stromaufwärts erstrecken und durch die ein durch das Innere des Schaufelblattes geleitete Kühlluft austreten kann, und wobei eine der Kühlluftaustrittsöffnungen eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest die zur Vorderkante weisende untere Ecke dieser zumindest einen Kühlluftaustrittsöffnung eine auswärts von der rechteckigen Form vorstehende Entlastungskerbe mit abgerundetem Kerbgrund ausgebildet wird, um eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel herzustellen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
    • Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Turbinenschaufel;
    • Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 1 mit der Bezugsziffer II gekennzeichneten Ausschnitts, der eine Kühlluftaustrittsöffnung mit bekanntem Design zeigt;
    • Figur 3 eine perspektivische Ansicht der in Figur 1 gezeigten Turbinenschaufel nach Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • Figur 4 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 3 mit der Bezugsziffer IV gekennzeichneten Ausschnitts, der eine Kühlluftaustrittsöffnung mit einer Entlastungskerbe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • Figur 5 eine perspektivische Ansicht der in Figur 1 gezeigten Turbinenschaufel nach Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • Figur 6 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 5 mit der Bezugsziffer VI gekennzeichneten Ausschnitts, der eine Kühlluftaustrittsöffnung mit einer Entlastungskerbe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Gleiche Bezugsziffern bezeichnen nachfolgend gleichartige Bauteile oder Bauteilbereiche.
  • Figur 1 zeigt eine bekannte Turbinenschaufel 1 für eine Gasturbine, bei der es sich vorliegend um eine Laufschaufel handelt. Die Turbinenschaufel 1 umfasst einen Schaufelfuß 2 und ein oberhalb des Schaufelfußes 2 angeordnetes, aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt 3. Das Schaufelblatt 3 weist eine druckseitige Schaufelwand 4 und eine saugseitige Schaufelwand 5 auf, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium in Richtung des Pfeils 6 anströmbaren Vorderkante 7 des Schaufelblattes 3 zu einer Hinterkante 8 des Schaufelblattes 3 erstrecken. An der druckseitigen Schaufelwand 4 sind entlang der Hinterkante 8 eine Reihe von Kühlluftaustrittsöffnungen 9 vorgesehen, die vorliegend als so genannte Cut-Back-Öffnungen ausgebildet sind. Die Kühlluftaustrittsöffnungen 9 erstrecken sich jeweils ausgehend von der Hinterkante 8 bezogen auf die Strömungsrichtung des das Schaufelblatt 3 umströmenden Arbeitsmediums stromaufwärts und dienen dazu, durch im Inneren des Schaufelblattes 3 vorhandene, vorliegend nicht näher dargestellte Kühlkanäle geleitete Kühlluft im Wesentlichen axial in einen Strömungskanal des Arbeitsmediums auszulassen. Die Kühlluftaustrittsöffnungen 9 weisen eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken 10 auf, die sich vorliegend jeweils in Austrittsrichtung der Kühlluft aufweitet. In Figur 1 werden die Formen der untersten Kühlluftaustrittsöffnung 9 sowie der obersten drei Kühlluftaustrittsöffnungen 9 als eher rechteckig angesehen, auch wenn sie sich leicht in Austrittsrichtung der Kühlluft aufweiten, während alle übrigen Kühlluftaustrittsöffnungen 9 eher trapezförmig ausgebildet sind.
  • Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der untersten Kühlluftaustrittsöffnung 9, die sich dadurch auszeichnet, dass in ihrem Bereich die thermischen Spannungen während des Betriebs der Turbinenschaufel 1 besonders hoch bzw. am höchsten sind.
  • Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Turbinenschaufel 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ausgehend von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Turbinenschaufel 1 hergestellt wurde.
  • Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Turbinenschaufel 1 unterscheidet sich von der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Turbinenschaufel 1 nur hinsichtlich der Ausgestaltung der untersten Kühlluftaustrittsöffnung 9, wie es anhand eines Vergleichs der Figuren 2 und 4 ersichtlich ist. Ausgehend von der in Figur 2 dargestellten Kühlluftaustrittsöffnung 9 wurde die zur Vorderkante weisende untere Ecke 10 der in Figur 4 gezeigten Kühlluftaustrittsöffnung 9 mit einer auswärts von der rechteckigen Form vorstehenden Entlastungskerbe 11 mit abgerundetem Kerbgrund 12 versehen. Die Entlastungskerbe 11 setzt vorliegend die Linie der unteren Kante 13 der Kühlaustrittsöffnung 9 fort, wobei der oberhalb der unteren Kante 13 der Kühlaustrittsöffnung 9 angeordnete Kerbgrund 12 in Richtung der Vorderkante 7 des Schaufelblattes 3 weist. Eine solche Entlastungskerbe 11 kann beispielsweise unter Verwendung eines spanabhebenden Bearbeitungsverfahrens in die in Figur 2 dargestellte Kühlluftaustrittsöffnung 9 eingebracht werden. Sie führt dazu, dass thermische Spannungen im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnung 9 während des Betriebs der Turbinenschaufel 1 deutlich reduziert werden, was eine spürbare Verlängerung der Lebensdauer der Turbinenschaufel 1 nach sich zieht.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass es alternativ natürlich auch möglich ist, die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Turbinenschaufel 1 im Rahmen einer Neuherstellung zu fertigen. So kann die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Turbinenschaufel 1 beispielsweise gegossen und bei Bedarf thermisch und/oder mechanisch nachbearbeitet werden. Für die gießtechnische Herstellung eignet sich die in Figur 4 dargestellte Kühlluftaustrittsöffnung 9 besonders gut, da die die Entlastungskerbe 11 keine hinterschnittenen Bereiche erzeugt, welche die Geometrie des oder der Gießkerne unnötig kompliziert gestalten würden.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Turbinenschaufel 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ausgehend von der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Turbinenschaufel 1 hergestellt wurde.
  • Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Turbinenschaufel 1 unterscheidet sich von der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Turbinenschaufel 1 nur hinsichtlich der Ausgestaltung der untersten Kühlluftaustrittsöffnung 9, wie es anhand eines Vergleichs der Figuren 2 und 6 ersichtlich ist. Ausgehend von der in Figur 2 dargestellten Kühlluftaustrittsöffnung 9 wurde die zur Vorderkante 7 weisende untere Ecke 10 der in Figur 6 gezeigten Kühlluftaustrittsöffnung 9 mit einer auswärts von der rechteckigen Form vorstehenden Entlastungskerbe 11 mit abgerundetem Kerbgrund 12 versehen. Die Entlastungskerbe 11 erstreckt sich ausgehend von der unteren Kante 13 der Kühlaustrittsöffnung 9 im stumpfen Winkel schräg abwärts. Der unterhalb der unteren Kante 13 der Kühlaustrittsöffnung 9 angeordnete Kerbgrund 12 weist in Richtung des Schaufelfußes 2, wobei sich die Entlastungskerbe 11 ausgehend von ihrem Kerbgrund 12 kelchartig aufweitet.
  • Auch die in Figur 6 gezeigte Entlastungskerbe 11 kann beispielsweise unter Verwendung eines spanabhebenden Bearbeitungsverfahrens in die in Figur 2 dargestellte Kühlluftaustrittsöffnung 9 eingebracht werden. Sie führt dazu, dass thermische Spannungen im Bereich der Kühlluftaustrittsöffnung 9 während des Betriebs der Turbinenschaufel 1 deutlich reduziert werden, was eine spürbare Verlängerung der Lebensdauer der Turbinenschaufel 1 nach sich zieht. In Bezug auf die Spannungsreduzierung ist die Form der in Figur 6 dargestellten Kühlluftaustrittsöffnung 9 bzw. ihrer Entlastungskerbe 11 günstiger als die in Figur 4 gezeigte Form. Allerdings hat sie Hinterschneidungen, die sich gießtechnisch nur mit erhöhtem Aufwand realisieren lassen, wenn die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Turbinenschaufel 1 im Rahmen einer Neuherstellung realisiert wird.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.
  • Insbesondere können auch weitere Kühlluftaustrittsöffnungen 9 und/oder andere als die unterste Kühlluftaustrittsöffnung 9 mit einer Entlastungskerbe 11 versehen sein bzw. versehen werden. Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche 1 bis 6 definiert.

Claims (6)

  1. Turbinenschaufel (1) für eine Gasturbine mit einem Schaufelfuß (2) und einem oberhalb des Schaufelfußes (2) angeordneten, aerodynamisch gekrümmten Schaufelblatt (3), wobei das Schaufelblatt (3) eine druckseitige Schaufelwand (4) und eine saugseitige Schaufelwand (5) aufweist, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium anströmbaren Vorderkante (7) des Schaufelblattes (3) zu einer Hinterkante (8) des Schaufelblattes (3) erstrecken, wobei an der druckseitigen Schaufelwand (4) eine Vielzahl von Kühlluftaustrittsöffnungen (9) ausgebildet ist, die sich jeweils ausgehend von der Hinterkante (8) bezogen auf die Strömungsrichtung eines das Schaufelblatt (3) umströmenden Arbeitsmediums stromaufwärts erstrecken und durch die durch das Innere des Schaufelblattes (3) geleitete Kühlluft austreten kann, wobei zumindest eine der Kühlluftaustrittsöffnungen (9) eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken (10) aufweist, die sich in Austrittsrichtung der Kühlluft bevorzugt aufweitet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zur Vorderkante (7) weisende untere Ecke dieser zumindest einen Kühlluftaustrittsöffnung (9) eine auswärts von der rechteckigen Form vorstehende Entlastungskerbe (11) mit abgerundetem Kerbgrund (12) bildet.
  2. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Entlastungskerbe (11) die Linie einer unteren Kante (13) der Kühlaustrittsöffnung (9) fortsetzt, und dass der oberhalb der unteren Kante (13) der Kühlaustrittsöffnung (9) angeordnete Kerbgrund (12) in Richtung der Vorderkante (7) des Schaufelblattes (3) weist.
  3. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Entlastungskerbe (11) ausgehend von der unteren Kante (13) der Kühlaustrittsöffnung (9) im stumpfen Winkel schräg abwärts erstreckt, und dass der unterhalb der unteren Kante der Kühlaustrittsöffnung (9) angeordnete Kerbgrund (12) in Richtung des Schaufelfußes (2) weist.
  4. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich die Entlastungskerbe (11) ausgehend von ihrem Kerbgrund (12) kelchartig aufweitet.
  5. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    es sich bei der zumindest einen Kühlluftaustrittsöffnung (9) um die unterste Kühlluftaustrittsöffnung (9) handelt.
  6. Verfahren zur Bearbeitung einer Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelfuß (2) und einem aerodynamisch gekrümmten Schaufelblatt (3), wobei das Schaufelblatt (3) eine druckseitige Schaufelwand (4) und eine saugseitige Schaufelwand (5) aufweist, die sich gemeinsam von einer von einem Arbeitsmedium anströmbaren Vorderkante (7) des Schaufelblattes (3) u einer Hinterkante (8) des Schaufelblattes (3) erstrecken, wobei an der druckseitigen Schaufelwand (4) eine Vielzahl von Kühlluftaustrittsöffnungen (9) ausgebildet ist, die sich jeweils ausgehend von der Hinterkante (8) bezogen auf die Richtung eines das Schaufelblatt (3) umströmende Arbeitsmediums stromaufwärts erstrecken und durch die durch das Innere des Schaufelblattes (3) geleitete Kühlluft austreten kann, und wobei eine der Kühlluftaustrittsöffnungen (9) eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest die zur Vorderkante (7) weisende untere Ecke (10) dieser zumindest einen Kühlluftaustrittsöffnung (9) eine auswärts von der rechteckigen Form vorstehende Entlastungskerbe (11) mit abgerundetem Kerbgrund (12) ausgebildet wird, um eine Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 herzustellen.
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