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EP1281837A1 - Cooling device for turbine blade tips - Google Patents

Cooling device for turbine blade tips Download PDF

Info

Publication number
EP1281837A1
EP1281837A1 EP02405595A EP02405595A EP1281837A1 EP 1281837 A1 EP1281837 A1 EP 1281837A1 EP 02405595 A EP02405595 A EP 02405595A EP 02405595 A EP02405595 A EP 02405595A EP 1281837 A1 EP1281837 A1 EP 1281837A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
cooling
tip
section
cooling channels
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02405595A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
James P. Downs
Andrew R. Narcus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
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 Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of EP1281837A1 publication Critical patent/EP1281837A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/10—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using sealing fluid, e.g. steam
    • 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
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • 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

  • This invention relates to gas turbine blades and in particular to a cooling device for their Sharpen.
  • Gas turbine components are the very high temperatures exposed to the gas flow that drives the turbine. To make the metal temperatures of the components more constructive for reasons Stability and longevity within reasonable To keep borders, they become with the help of a Cooling fluids actively cooled. Usually used as a coolant Cooling air is used by the compressor of the gas turbine is removed.
  • the gas turbine blades which are immediately downstream of the combustion process, represent a special technical challenge for the cooling process.
  • the edges and tips of these blades are difficult to cool because the access for cooling is restricted.
  • the end region is often subjected to the highest thermal load because the hottest gases flowing through the middle of the hot gas flow path are drawn to the blade tip by secondary currents on the pressure side of the wing. These secondary flows are typically driven by leakage of hot gas from the concave or high pressure side of the wing to the convex or low pressure side of the wing through the blade gap.
  • the blade gap is the distance between the blade tip and the fixed heat shield and serves to prevent mutual interference between the rotating blade tips and the fixed heat shields.
  • Gas turbine blades usually have a so-called scraping edge, which consists of a recessed recess at the blade tip, which is surrounded by a raised wall or rails, which run along the tip of the pressure side and the suction side of the wing and radially outward to the apex of the blade tip.
  • the scraping edge is provided with a double opening at the blade gap, which increases the resistance to the hot gas flow at the blade tip. It also offers a friction tolerance in the event that the blade gap shrinks during turbine operation and the blade tip rubs against the fixed heat shield. The scraping edge further increases the requirements for cooling the tip because access to the rails of the scraping edge is restricted.
  • a cooling device is disclosed in U.S. Patent No. 5,183,385 disclosed for a gas turbine blade tip. It contains several cooling holes by one Cooling channel inside the blade through the end cover the blade tip to cut out the blade tip run.
  • the outlet channels of the cooling holes are next to the inner wall of the rubbing edge arranged on the the inner wall of the rail borders.
  • the cooling hole exists of two sections, in which the first section is one has a cylindrical shape, and the second section diffuses and forms a right-angled trapezoid. at with this type of cooling device that the cooling flow is from the surface of the rail the rubbing edge triggers in the way that effectiveness cooling in the area of the rails is greatly reduced becomes.
  • Cooling device for the tip of a gas turbine blade disclosed. It contains several cooling holes by inner cooling channels of the blade through the rails Outside surface or to the apex of the rubbing edge rails to lead.
  • the outer surface of the rails has a groove, which contains the outlet channels of the cooling holes.
  • the Cooling device provides more direct cooling of the Scraper edge rails.
  • the groove on the outer surface offers one to a certain extent Protection against such blockages. A robust one
  • the cooling device would have such a friction tolerance all the way to the bottom of the recess on the Blade tip required.
  • the object of the invention is a cooling device for the contact edge of a gas turbine blade create that improved cooling of the rails or Walls of the rubbing edge as well as an improved Protection of the cooling holes against clogging by abrasion material having.
  • a gas turbine blade a pressure side wall and a suction side wall, the from the foot to the tip and from the front edge of the bucket extend to the end of the blade.
  • the tip of the blade consists of a scraping edge with rails or raised walls that extend radially from one End cover the blade to a vertex of the Blade tip and along the radial outer end of the suction and pressure side walls of the blade.
  • the rails continue to surround a recess at the tip of the blade.
  • a cavity is arranged between the inner surfaces of the pressure and suction side walls of the blade, through which a cooling fluid can flow and which can cool the blade from the inside.
  • the cooling channels that allow the cooling fluid to reach the scraper edge have a first section that leads from the cavity over the end cover to the recess at the blade tip and a second section that extends partially through the rails of the scraper edge to the apex of the blade tip.
  • the second section of the cooling channels is partly delimited by a side wall in the rail and is partly open towards the cutout of the blade tip.
  • Cooling fluid confined in one part which is more accurate predictable air flow compared to the cooling device offers, which is described in US Pat. 5,183,385.
  • the high speed beam, which emerges from the cooling channels heat transfer directly to the boundary wall.
  • the cooling fluid can be unhindered by the cooling channel to the outer surface or to the tip of the blade tip flow of the brushing edge rail. Even if due to contact between the rubbing edge and the fixed components abrasion material available would be, the cooling fluid can the apex of the blade tip Reach unhindered and the brushing edge effective cool.
  • the cooling of the cut edge edge by means of the cooling device according to the invention takes place by convection and by layer cooling.
  • the convection heat transfer between the cooling flow and the surfaces with the slots according to the invention is stronger than the heat transfer between a cooling flow and a rail with a flat surface.
  • Layer cooling is achieved by reducing the drive temperatures of the hot gases. The mere presence of the expelled cooling flow dilutes the hot gases to a certain degree.
  • the layer cooling effect is also enhanced if the cooling flow is kept close to the rail wall. This is achieved using the slots in the rail for the ejected flow.
  • the cooling channels run radially from the cavity for the cooling fluid within the blade to the apex of the Blade tip.
  • the channels then run parallel to one another the pressure and suction side walls and the radial ones Rails.
  • the cooling channels run at an angle with respect to the radial direction either in the plane perpendicular to the blade walls or in the plane of the blade side walls and rails or at an overall angle in these two planes.
  • the cooling channels, which run at an angle in the plane of the blade side walls and rails, can be aligned either with the front edge of the blade or with the end edge of the turbine blade.
  • the cooling channels with such orientations have a longer path to the apex of the blade tip, and the wetted or effective area for the convection cooling is increased compared to the embodiment with the radially extending cooling channels.
  • the first section the cooling channels have a cylindrical shape, starting in the cavity between the inner surfaces of the suction and Pressure side wall through the end cover of the bucket right down to the recess at the tip of the blade.
  • the second Section of the cooling channel has the shape of a partial cylinder, that extends through the rails.
  • the first and second sections of the cooling channels are shaped or extended in the direction along the apex of the brushing edge. This elongated or oval shape further increases the wetted area exposed to the cooling fluid.
  • the first section of the cooling channels has parallel running sidewalls over a first part of their Length and a diffused shape over a second Part of their length.
  • the first part with the cylindrical or elongated form serves as a metering section, to smooth the cooling fluid.
  • the second section of the The cooling duct has side walls that are at an angle to the Diffuse the longitudinal axis of the channel. This enables one Reduction of the cooling fluid flow rate along the rails and a spread of the current over a larger surface, what the layer cooling effect strengthened. In this case, too, stands for convection heat transfer a larger area is available.
  • FIG. 1 shows a gas turbine blade 1 according to the invention, consisting of a pressure side wall 2 and a suction side wall 3, which extend from the blade leading edge 4 to the blade end edge 5 and from a root section 6 to a tip with a brushing edge 7.
  • the rubbing edge 7 consists of a rail 8, which extends radially from the pressure side wall 2 and suction side wall 3 and ends at the apex 9 of the tip.
  • the rubbing edge 7 also consists of a recess in the tip, which is delimited by the tip or end cover and on the sides by the rails 8.
  • the blade contains a hollow chamber 11, which is indicated by the dashed line.
  • the cavity contains, for example, several channels for a cooling fluid so that it can flow through and convectively cool the blade to a temperature at which the blade material is not damaged.
  • a plurality of cooling channels 12 lead radially outward from the inner cavity 11 to the end cover and to the recess at the tip.
  • the same channels 12 each have an extension 13 through the rails 8 and up to the apex 9 of the blade tip.
  • the channel extensions 13 are limited on one side by a side wall in the rail 8. On the other hand, they are partially open up to the recess in the tip.
  • the cooling channels shown in Figure 1 are a first variant of the invention.
  • the channels extend radially outward and have a strictly cylindrical shape in their first section and a partially cylindrical shape in their second section or extension 13.
  • the cooling fluid usually air taken from a compressor, flows from the cavity 11 through the channels 12 to the recess the tip, while the end cover is cooled from the inside. From the recess in the tip, the cooling fluid passes through the channel extension 13 to the apex 9 of the tip and cools the rails by convection and layer cooling.
  • the cross section in Figure 2 shows a first variant of the cooling channels according to this invention. They consist of a first section 12, which is from the cavity 11 between the pressure side wall 2 and the suction side wall 3 through the end cover 10 leads to the recess 14 of the tip.
  • the cooling channels run through the rail 8 to Apex 9 of the top in a second section or an extension 13 with a side wall 15 in the Rail 8 and are up to the recess 14 at the top partially open.
  • Figure 3 shows a second variant of the cooling channels according to the invention. They are of a similar cross section as shown in Figure 2.
  • the longitudinal axis 16 of the channels extends from the cavity 11 at an angle ⁇ to Inner surface of the pressure side wall 2 or suction side wall 3 the blade and in a plane perpendicular to the blade side walls.
  • the first section 12 of the channels again has a cylindrical shape, while the second section 13 has a partially cylindrical shape Has.
  • the angle ⁇ is 5-15 ° and is preferably optimized for specific applications the cooling within defined criteria for the Maximize manufacturing.
  • Figure 4 shows a further variant of the cooling channels 12, 13 according to the invention.
  • Their longitudinal axes 16 are aligned at an angle ⁇ with respect to the radial direction and in the plane of the rail 8. This orientation creates a larger area over which the cooling fluid can cool the rubbing edge.
  • the channels are oriented in the direction of the blade end edge.
  • the angle ⁇ between the radial direction and the longitudinal axis of the channels is preferably approximately 45 °.
  • the longitudinal axis of the cooling channels can also be in aligned an overall angle with respect to the radial direction be, this total angle in the plane perpendicular to the plane of the angle ⁇ and in the plane of the angle ⁇ .
  • FIG. 5 shows a further variant of the cooling channels.
  • the cooling channels are radially outward aligned. They have a longitudinal shape along the rail.
  • the area over which the cooling fluid cools the rubbing edge can, in comparison to the variants in FIGS. 3 or 4 enlarged.
  • Figures 6a and b show a further variant of the Channels according to the invention.
  • Figure 6a shows a similar one Cross section of the blade as in FIGS. 2 and 3.
  • Figure 6b shows a cross section along the line B-B.
  • the channels for the cooling fluid are via a first one Part 12 'is cylindrically shaped within the end cover 10 and have a diffused shape over one second part, which extends from the first part to the apex the blade extends.
  • the side walls of the diffused Partially extend at an angle ⁇ with respect on the longitudinal axis of the cooling channels and in the plane perpendicular to the rail 8.
  • the side walls are in one further angle ⁇ in the plane tangential to the rail diffused according to Figure 6b.
  • the angles ⁇ and ⁇ lie each preferably in the range from 5 to 10 °.

Landscapes

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

Abstract

Gas turbine blade (1) has an inner hollow chamber (11) through which cooling fluid can flow and cooling channels for guiding the cooling fluid toward an edge (7). The cooling channels have a first section (12) leading from the hollow chamber through the end cover toward a cut-out at the blade tip, and a second section (13) extending partly through rails (8) toward the apex (9) of the edge. The second section extends through a side wall in the rail and is open toward the cut-out at the apex. <??>Preferred Features: The first and second sections of the cooling channels extend radially from the hollow chamber within the blade toward the apex.

Description

Technisches GebietTechnical field

Diese Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenschaufeln und insbesondere auf eine Kühlvorrichtung für deren Spitzen.This invention relates to gas turbine blades and in particular to a cooling device for their Sharpen.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Gasturbinenbauteile sind den sehr hohen Temperaturen der Gasströmung ausgesetzt, die die Turbine antreiben. Um die Metalltemperaturen der Bauteile aus Gründen konstruktiver Stabilität und Langlebigkeit innerhalb zumutbarer Grenzen zu halten, werden sie mit Hilfe eine Kühlfluids aktiv gekühlt. Üblicherweise wird als Kühlmittel Kühlluft verwendet, die dem Verdichter der Gasturbine entnommen wird.Gas turbine components are the very high temperatures exposed to the gas flow that drives the turbine. To make the metal temperatures of the components more constructive for reasons Stability and longevity within reasonable To keep borders, they become with the help of a Cooling fluids actively cooled. Usually used as a coolant Cooling air is used by the compressor of the gas turbine is removed.

Die Gasturbinenschaufeln, die dem Verbrennungsprozess unmittelbar nachgeschaltet sind, stellen für den Kühlvorgang eine besondere technische Herausforderung dar. Insbesondere die Kanten und Spitzen dieser Schaufeln sind schwierig zu kühlen, da der Zugang für die Kühlung eingeschränkt ist. Der Endbereich ist oft der höchsten Wärmelast ausgesetzt, da die heißesten Gase, die durch die Mitte des heißen Gasströmungspfades strömen, durch sekundäre Strömungen an der Druckseite der Tragflügel zur Schaufelspitze gezogen werden. Diese sekundären Strömungen werden gewöhnlich durch Leckage von Heißgas von der konkaven oder Hochdruckseite des Tragflügels zur konvexen oder Niederdruckseite des Tragflügels durch den Schaufelspalt angetrieben. Der Schaufelspalt ist der Abstand zwischen der Schaufelspitze und dem feststehenden Hitzeschild und dient dazu, eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den rotierenden Schaufelspitzen und den feststehenden Hitzeschilden zu verhindern.
Gasturbinenschaufeln haben üblicherweise eine so genannte Anstreifkante, das aus einer eingelassenen Aussparung an der Schaufelspitze besteht, welche von einer hochgezogenen Wand oder Schienen umgeben ist, die entlang der Spitze der Druckseite und der Saugseite des Tragflügels und radial nach außen zum Scheitel der Schaufelspitze verlaufen. Die Anstreifkante ist am Schaufelspalt mit einer doppelten Öffnung versehen, die den Widerstand gegen die heiße Gasströmung an der Schaufelspitze erhöht. Sie bietet ebenfalls eine Reibungstoleranz für den Fall, dass sich während des Turbinenbetriebs der Schaufelspalt verkleinert und die Schaufelspitze gegen den feststehenden Hitzeschild reibt. Die Anstreifkante erhöht weiterhin die Anforderungen an die Kühlung der Spitze, weil der Zugang zu den Schienen der Anstreifkante eingeschränkt ist.The gas turbine blades, which are immediately downstream of the combustion process, represent a special technical challenge for the cooling process. In particular, the edges and tips of these blades are difficult to cool because the access for cooling is restricted. The end region is often subjected to the highest thermal load because the hottest gases flowing through the middle of the hot gas flow path are drawn to the blade tip by secondary currents on the pressure side of the wing. These secondary flows are typically driven by leakage of hot gas from the concave or high pressure side of the wing to the convex or low pressure side of the wing through the blade gap. The blade gap is the distance between the blade tip and the fixed heat shield and serves to prevent mutual interference between the rotating blade tips and the fixed heat shields.
Gas turbine blades usually have a so-called scraping edge, which consists of a recessed recess at the blade tip, which is surrounded by a raised wall or rails, which run along the tip of the pressure side and the suction side of the wing and radially outward to the apex of the blade tip. The scraping edge is provided with a double opening at the blade gap, which increases the resistance to the hot gas flow at the blade tip. It also offers a friction tolerance in the event that the blade gap shrinks during turbine operation and the blade tip rubs against the fixed heat shield. The scraping edge further increases the requirements for cooling the tip because access to the rails of the scraping edge is restricted.

In der US-Patentschrift Nr. 5,183,385 wird eine Kühlvorrichtung für eine Gasturbinenschaufelspitze offenbart. Sie enthält mehrere Kühllöcher, die von einem Kühlkanal innerhalb der Schaufel durch die Endabdeckung der Schaufelspitze zur Aussparung der Schaufelspitze verlaufen. Die Austrittskanäle der Kühllöcher sind neben der Innenwand der Anstreifkante angeordnet, das an die Innenwand der Schiene grenzt. Das Kühlloch besteht aus zwei Abschnitten, bei dem der erste Abschnitt eine zylindrische Form hat, und der zweite Abschnitt diffundiert ist und ein rechtwinkliges Trapezoid bildet. Bei dieser Art von Kühlvorrichtung besteht die Möglichkeit, dass sich die Kühlströmung von der Fläche der Schiene der Anstreifkante löst in der Art, dass die Wirksamkeit der Kühlung im Bereich der Schienen stark verringert wird.A cooling device is disclosed in U.S. Patent No. 5,183,385 disclosed for a gas turbine blade tip. It contains several cooling holes by one Cooling channel inside the blade through the end cover the blade tip to cut out the blade tip run. The outlet channels of the cooling holes are next to the inner wall of the rubbing edge arranged on the the inner wall of the rail borders. The cooling hole exists of two sections, in which the first section is one has a cylindrical shape, and the second section diffuses and forms a right-angled trapezoid. at with this type of cooling device that the cooling flow is from the surface of the rail the rubbing edge triggers in the way that effectiveness cooling in the area of the rails is greatly reduced becomes.

In der US-Patentschrift Nr. 5,660,523 wird eine weitere Kühlvorrichtung für die Spitze einer Gasturbinenschaufel offenbart. Sie enthält mehrere Kühllöcher, die von inneren Kühlkanälen der Schaufel durch die Schienen zur Außenfläche oder zum Scheitel der Anstreifkantenschienen führen. Die Außenfläche der Schienen hat eine Nut, die die Austrittskanäle der Kühllöcher enthält. Die Kühlvorrichtung bietet eine direktere Kühlung der Schienen der Anstreifkante. Da sich jedoch die Austrittskanäle an der äußersten Fläche der Schienen befinden, besteht ein hohes Risiko, dass die Kühllöcher durch Material, das sich vom Hitzeschild oder der Schaufel selbst im Falle eines Kontakts zwischen der Schaufel und der daneben befindlichen feststehenden Bauteile abreibt, verstopft werden. Die Nut an der Außenfläche bietet bis zu einem gewissen Grad einen Schutz gegen derartige Verstopfungen. Eine robuste Kühlvorrichtung würde jedoch eine derartige Reibungstoleranz ganz bis zur Unterseite der Aussparung an der Schaufelspitze erfordern.Another is disclosed in U.S. Patent No. 5,660,523 Cooling device for the tip of a gas turbine blade disclosed. It contains several cooling holes by inner cooling channels of the blade through the rails Outside surface or to the apex of the rubbing edge rails to lead. The outer surface of the rails has a groove, which contains the outlet channels of the cooling holes. The Cooling device provides more direct cooling of the Scraper edge rails. However, since the exit channels located on the outermost surface of the rails, there is a high risk that the cooling holes through material that differs from the heat shield or the Shovel even in case of contact between the Bucket and the fixed one next to it Components rub off, become blocked. The groove on the outer surface offers one to a certain extent Protection against such blockages. A robust one However, the cooling device would have such a friction tolerance all the way to the bottom of the recess on the Blade tip required.

Kurzdarstellung der ErfindungSummary of the invention

Gegenstand der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung für die Anstreifkante einer Gasturbinenschaufel zu schaffen, die eine verbesserte Kühlung der Schienen oder Wände der Anstreifkante sowie einen verbesserten Schutz der Kühllöcher gegen Verstopfung durch Abriebmaterial aufweist.The object of the invention is a cooling device for the contact edge of a gas turbine blade create that improved cooling of the rails or Walls of the rubbing edge as well as an improved Protection of the cooling holes against clogging by abrasion material having.

Gemäß der Erfindung besteht eine Gasturbinenschaufel aus einer Druckseitenwand und einer Saugseitenwand, die sich vom Fuß bis zur Spitze und von der Schaufelvorderkante bis zur Schaufelendkante erstrecken. Die Schaufelspitze besteht aus einer Anstreifkante mit Schienen oder hochgezogenen Wänden, die sich radial von einer Endabdeckung der Schaufel bis zu einem Scheitel der Schaufelspitze und entlang des radialen äußeren Endes der Saug- und Druckseitenwände der Schaufel erstrecken. According to the invention there is a gas turbine blade a pressure side wall and a suction side wall, the from the foot to the tip and from the front edge of the bucket extend to the end of the blade. The tip of the blade consists of a scraping edge with rails or raised walls that extend radially from one End cover the blade to a vertex of the Blade tip and along the radial outer end of the suction and pressure side walls of the blade.

Die Schienen umgeben weiterhin eine Aussparung an der Schaufelspitze. Zwischen den Innenflächen der Druckund Saugseitenwände der Schaufel ist ein Hohlraum angeordnet, durch welche ein Kühlfluid strömen und die Schaufel von innen her kühlen kann.
Die Kühlkanäle, die das Kühlfluid zur Anstreifkante gelangen lassen, haben einen ersten Abschnitt, der vom Hohlraum über die Endabdeckung zur Aussparung an der Schaufelspitze führt, und einen zweiten Abschnitt, der sich teilweise durch die Schienen der Anstreifkante zum Scheitel der Schaufelspitze erstreckt. Der zweite Abschnitt der Kühlkanäle wird teilweise von einer Seitenwand in der Schiene begrenzt und ist teilweise zur Aussparung der Schaufelspitze hin offen.The rails continue to surround a recess at the tip of the blade. A cavity is arranged between the inner surfaces of the pressure and suction side walls of the blade, through which a cooling fluid can flow and which can cool the blade from the inside.
The cooling channels that allow the cooling fluid to reach the scraper edge have a first section that leads from the cavity over the end cover to the recess at the blade tip and a second section that extends partially through the rails of the scraper edge to the apex of the blade tip. The second section of the cooling channels is partly delimited by a side wall in the rail and is partly open towards the cutout of the blade tip.

Durch eine Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung wird das Kühlfluid in einem Teil eingegrenzt, was eine genauer vorhersagbare Luftströmung im Vergleich zu der Kühlvorrichtung bietet, die in der US-Patentschrift Nr. 5,183,385 offenbart ist. Der Hochgeschwindigkeitsstrahl, der aus den Kühlkanälen austritt, beeinflusst direkt die Wärmeübertragung an der Begrenzungswand. Insbesondere kann das Kühlfluid durch den Kühlkanal ungehindert zur Außenfläche oder zum Schaufelspitzenscheitel der Anstreifkantenschiene strömen. Selbst wenn auf Grund eines Kontakts zwischen der Anstreifkante und den feststehenden Bauteilen Abriebmaterial vorhanden wäre, kann das Kühlfluid den Scheitel der Schaufelspitze ungehindert erreichen und die Anstreifkante wirksam kühlen.By a cooling device according to the invention Cooling fluid confined in one part, which is more accurate predictable air flow compared to the cooling device offers, which is described in US Pat. 5,183,385. The high speed beam, which emerges from the cooling channels heat transfer directly to the boundary wall. In particular, the cooling fluid can be unhindered by the cooling channel to the outer surface or to the tip of the blade tip flow of the brushing edge rail. Even if due to contact between the rubbing edge and the fixed components abrasion material available would be, the cooling fluid can the apex of the blade tip Reach unhindered and the brushing edge effective cool.

Die Kühlung der Aussparung der Anstreifkante mittels der Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt durch Konvektion sowie durch Schichtkühlung. Die Konvektionswärmeübertragung zwischen der ausgestoßenen Kühlströmung und den Flächen der Anstreifkante ist umso stärker je größer die Fläche der Schienen ist. Somit ist die Konvektionswärmeübertragung zwischen der Kühlströmung und den Flächen mit den Schlitzen gemäß der Erfindung stärker als die Wärmeübertragung zwischen einer Kühlströmung und einer Schiene mit einer flachen Fläche.
Die Schichtkühlung wird erzielt durch die Verringerung der Antriebstemperaturen der Heißgase. Durch das bloße Vorhandensein der ausgestoßenen Kühlströmung werden die Heißgase bis zu einem gewissen Grad verdünnt. Die Schichtkühlwirkung wird auch verstärkt, wenn die Kühlströmung nahe der Schienenwand gehalten wird. Das wird mit Hilfe der Schlitze in der Schiene für die ausgestoßene Strömung erreicht.The cooling of the cut edge edge by means of the cooling device according to the invention takes place by convection and by layer cooling. The larger the area of the rails, the stronger the convection heat transfer between the cooling flow expelled and the surfaces of the contact edge. Thus, the convection heat transfer between the cooling flow and the surfaces with the slots according to the invention is stronger than the heat transfer between a cooling flow and a rail with a flat surface.
Layer cooling is achieved by reducing the drive temperatures of the hot gases. The mere presence of the expelled cooling flow dilutes the hot gases to a certain degree. The layer cooling effect is also enhanced if the cooling flow is kept close to the rail wall. This is achieved using the slots in the rail for the ejected flow.

Bei einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Kühlkanäle radial vom Hohlraum für das Kühlfluid innerhalb der Schaufel zum Scheitel der Schaufelspitze. Die Kanäle verlaufen dann parallel zu den Druck- und Saugseitenwänden und den radial verlaufenden Schienen.In a first particular embodiment of the invention the cooling channels run radially from the cavity for the cooling fluid within the blade to the apex of the Blade tip. The channels then run parallel to one another the pressure and suction side walls and the radial ones Rails.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Kühlkanäle in einem Winkel in Bezug auf die Radialrichtung entweder in der Ebene senkrecht zu den Schaufelwänden oder in der Ebene der Schaufelseitenwände und Schienen oder in einem Gesamtwinkel in diesen beiden Ebenen. Die Kühlkanäle, die in einem Winkel in der Ebene der Schaufelseitenwände und Schienen verlaufen, können entweder zur Schaufelvorderkante oder zur Schaufelendkante der Turbinenschaufel ausgerichtet werden.
Die Kühlkanäle mit derartigen Ausrichtungen haben einen längeren Weg zum Scheitel der Schaufelspitze, und die benetzte oder wirksame Fläche für die Konvektionskühlung ist im Vergleich zu der Ausführungsform mit den radial verlaufenden Kühlkanälen vergrößert.In a further particular embodiment of the invention, the cooling channels run at an angle with respect to the radial direction either in the plane perpendicular to the blade walls or in the plane of the blade side walls and rails or at an overall angle in these two planes. The cooling channels, which run at an angle in the plane of the blade side walls and rails, can be aligned either with the front edge of the blade or with the end edge of the turbine blade.
The cooling channels with such orientations have a longer path to the apex of the blade tip, and the wetted or effective area for the convection cooling is increased compared to the embodiment with the radially extending cooling channels.

Bei einer weiteren Ausführungsform hat der erste Abschnitt der Kühlkanäle eine zylindrische Form, beginnend beim Hohlraum zwischen den Innenflächen der Saugund Druckseitenwand durch die Endabdeckung der Schaufel bis hin zur Aussparung an der Schaufelspitze. Der zweite Abschnitt des Kühlkanals hat die Form eines Teilzylinders, der sich durch die Schienen erstreckt.In a further embodiment, the first section the cooling channels have a cylindrical shape, starting in the cavity between the inner surfaces of the suction and Pressure side wall through the end cover of the bucket right down to the recess at the tip of the blade. The second Section of the cooling channel has the shape of a partial cylinder, that extends through the rails.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste und zweite Abschnitt der Kühlkanäle in Richtung entlang des Scheitels der Anstreifkante geformt oder verlängert.
Diese verlängerte oder ovale Form bietet eine weitere Vergrößerung der benetzten Fläche, die dem Kühlfluid ausgesetzt ist.In a further embodiment of the invention, the first and second sections of the cooling channels are shaped or extended in the direction along the apex of the brushing edge.
This elongated or oval shape further increases the wetted area exposed to the cooling fluid.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung hat der erste Abschnitt der Kühlkanäle parallel verlaufende Seitenwände über einen ersten Teil ihrer Länge und eine diffundierte Form über einen zweiten Teil ihrer Länge. Der erste Teil mit der zylindrischen oder verlängerten Form dient als Dosierungsabschnitt, um das Kühlfluid zu glätten. Der zweite Abschnitt des Kühlkanals hat Seitenwände, die in einem Winkel zur Längsachse des Kanals diffundieren. Dies ermöglicht eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit des Kühlfluids entlang der Schienen und eine Ausbreitung der Strömung über eine größere Oberfläche, was die Schichtkühlwirkung verstärkt. Auch in diesem Fall steht für die Konvektionswärmeübertragung eine größere Fläche zur Verfügung.In a further special embodiment of the invention the first section of the cooling channels has parallel running sidewalls over a first part of their Length and a diffused shape over a second Part of their length. The first part with the cylindrical or elongated form serves as a metering section, to smooth the cooling fluid. The second section of the The cooling duct has side walls that are at an angle to the Diffuse the longitudinal axis of the channel. This enables one Reduction of the cooling fluid flow rate along the rails and a spread of the current over a larger surface, what the layer cooling effect strengthened. In this case, too, stands for convection heat transfer a larger area is available.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

  • Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gasturbinenschaufel mit einer Anstreifkante und Kühlkanälen an der Anstreifkante gemäß der Erfindung.FIG. 1 shows a perspective view of a gas turbine blade with a scraping edge and cooling channels on the rubbing edge according to the invention.
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt der Schaufel von Figur 1 entlang der Linie II-II und die Kühlkanäle, die radial durch die Endabdeckung und durch die Schienen bis zum Scheitel der Schaufelspitze verlaufen. Figure 2 shows a cross section of the blade of Figure 1 along the line II-II and the cooling channels, the radial through the end cover and through the rails up run to the apex of the blade tip.
  • Figur 3 zeigt in einem weiteren Querschnitt einer Gasturbinenschaufel eine Variante von Kühlkanälen, die in einem Winkel in Bezug auf die Radialrichtung und in der Ebene senkrecht zu den Schaufelwänden verlaufen.FIG. 3 shows a further cross section of a gas turbine blade a variant of cooling channels, which in an angle with respect to the radial direction and in the The plane is perpendicular to the bucket walls.
  • Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gasturbinenschaufel mit einer weiteren Variante der Kühlkanäle gemäß der Erfindung, die in einem Winkel in Bezug zur Radialrichtung und in der Ebene der Schaufelwände und Schienen verlaufen.FIG. 4 shows a perspective view of a gas turbine blade with another variant of the cooling channels according to the invention, which is related at an angle to the radial direction and in the plane of the blade walls and rails run.
  • Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Gasturbinenschaufel mit Kühlkanälen mit einer verlängerten Form.FIG. 5 shows a perspective view of a gas turbine blade with cooling channels with an extended Shape.
  • Figur 6a zeigt einen Querschnitt einer Gasturbinenschaufel mit Kühlkanälen, die über einen Abschnitt ihrer Länge diffundierte Seitenwände haben, und Figur 6b zeigt einen weiteren Querschnitt derselben Kühlkanäle entlang der Linie B-B.Figure 6a shows a cross section of a gas turbine blade with cooling channels over a section of their Have length diffused sidewalls, and Figure 6b shows a further cross section of the same cooling channels along the line B-B.

    • Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

    Figur 1 zeigt eine Gasturbinenschaufel 1 gemäß der Erfindung, bestehend aus einer Druckseitenwand 2 und einer Saugseitenwand 3, die sich von der Schaufelvorderkante 4 bis zur Schaufelendkante 5 und von einem Fußabschnitt 6 bis zu einer Spitze mit einer Anstreifkante 7 erstrecken. Die Anstreifkante 7 besteht aus einer Schiene 8, die sich radial von der Druckseitenwand 2 und Saugseitenwand 3 aus erstreckt und am Scheitel 9 der Spitze endet. Die Anstreifkante 7 besteht weiterhin aus einer Aussparung der Spitze, die von der Spitzenoder Endabdeckung und an den Seiten von den Schienen 8 begrenzt wird.
    Zwischen der Druckseitenwand 2 und der Saugseitenwand 3 enthält die Schaufel ein Hohrlaum 11, die durch die gestrichelte Linie angezeigt wird. Der Hohlraum enthält zum Beispiel mehrere Kanäle für ein Kühlfluid, damit dieses durchströmen und die Schaufel konvektiv auf eine Temperatur kühlen kann, bei welcher das Schaufelmaterial keinen Schaden nimmt. Vom inneren Hohlraum 11 führen mehrere Kühlkanäle 12 radial nach außen zur Endabdeckung und zur Aussparung an der Spitze. Dieselben Kanäle 12 verfügen jeweils über eine Verlängerung 13 durch die Schienen 8 und bis zum Scheitel 9 der Schaufelspitze . Die Kanalverlängerungen 13 werden auf einer Seite durch eine Seitenwand in der Schiene 8 begrenzt. Auf der anderen Seite sind sie teilweise bis zur Aussparung der Spitze offen. Die in Figur 1 dargestellten Kühlkanäle sind eine erste Variante der Erfindung. Die Kanäle erstrecken sich radial nach außen und haben eine streng zylindrische Form in ihrem ersten Abschnitt und eine teilweise zylindrische Form in ihrem zweiten Abschnitt oder ihrer Verlängerung 13. Das Kühlfluid, üblicherweise einem Verdichter entnommene Luft, strömt vom Hohlraum 11 durch die Kanäle 12 zur Aussparung der Spitze, während die Endabdeckung von innen her gekühlt wird. Von der Aussparung der Spitze her passiert das Kühlfluid die Kanalverlängerung 13 bis zum Scheitel 9 der Spitze und kühlt die Schienen durch Konvektion und Schichtkühlung.    FIG. 1 shows a gas turbine blade 1 according to the invention, consisting of a pressure side wall 2 and a suction side wall 3, which extend from the blade leading edge 4 to the blade end edge 5 and from a root section 6 to a tip with a brushing edge 7. The rubbing edge 7 consists of a rail 8, which extends radially from the pressure side wall 2 and suction side wall 3 and ends at the apex 9 of the tip. The rubbing edge 7 also consists of a recess in the tip, which is delimited by the tip or end cover and on the sides by the rails 8.
    Between the pressure side wall 2 and the suction side wall 3, the blade contains a hollow chamber 11, which is indicated by the dashed line. The cavity contains, for example, several channels for a cooling fluid so that it can flow through and convectively cool the blade to a temperature at which the blade material is not damaged. A plurality of cooling channels 12 lead radially outward from the inner cavity 11 to the end cover and to the recess at the tip. The same channels 12 each have an extension 13 through the rails 8 and up to the apex 9 of the blade tip. The channel extensions 13 are limited on one side by a side wall in the rail 8. On the other hand, they are partially open up to the recess in the tip. The cooling channels shown in Figure 1 are a first variant of the invention. The channels extend radially outward and have a strictly cylindrical shape in their first section and a partially cylindrical shape in their second section or extension 13. The cooling fluid, usually air taken from a compressor, flows from the cavity 11 through the channels 12 to the recess the tip, while the end cover is cooled from the inside. From the recess in the tip, the cooling fluid passes through the channel extension 13 to the apex 9 of the tip and cools the rails by convection and layer cooling.

    Bei zufälligem oder beabsichtigtem Kontakt der Schaufel mit den feststehenden Bauteilen der Gasturbine kann ein Materialabrieb erfolgen und das Material der radial äußersten Abschnitte der Anstreifkante verschmieren. Die Verlängerungen 13 der Kühlkanäle können dann mit diesem Material gefüllt werden. In einem derartigen Fall kann jedoch das Kühlfluid den Scheitel der Spitze ungehindert erreichen, indem es um das abgeriebene Material herum strömt.In the event of accidental or intentional contact with the blade with the fixed components of the gas turbine Material abrasion occur and the material of the radially outermost Smear sections of the brushing edge. The Extensions 13 of the cooling channels can then with this Material to be filled. In such a case however, the cooling fluid unhindered the apex of the tip achieve it by the rubbed material flows around.

    Der Querschnitt in Figur 2 zeigt eine erste Variante der Kühlkanäle gemäß dieser Erfindung. Sie bestehen aus einem ersten Abschnitt 12, der vom Hohlraum 11 zwischen der Druckseitenwand 2 und der Saugseitenwand 3 durch die Endabdeckung 10 zur Aussparung 14 der Spitze führt. The cross section in Figure 2 shows a first variant of the cooling channels according to this invention. they consist of a first section 12, which is from the cavity 11 between the pressure side wall 2 and the suction side wall 3 through the end cover 10 leads to the recess 14 of the tip.

    Von da verlaufen die Kühlkanäle durch die Schiene 8 zum Scheitel 9 der Spitze in einem zweiten Abschnitt oder einer Verlängerung 13 mit einer Seitenwand 15 in der Schiene 8 und sind bis zur Aussparung 14 an der Spitze teilweise offen.From there, the cooling channels run through the rail 8 to Apex 9 of the top in a second section or an extension 13 with a side wall 15 in the Rail 8 and are up to the recess 14 at the top partially open.

    Üblicherweise bildet sich in der Aussparung 14 an der Spitze infolge der durch die Endabdeckung 10 getriebenen Strömung ein Wirbel. Die Wirbelströmung erfolgt in derselben Richtung wie die ausgestoßene Kühlströmung auf der Druckseitenschiene 2 und ist der ausgestoßenen Kühlströmung auf der Saugseitenschiene 3 entgegengesetzt. An der Druckschiene 2 wirkt die Wirbelströmung dahingehend, die ausgestoßene Strömung in dem in der Schiene gebildeten Schlitz zu halten, was vorteilhaft für die Schichtkühlung in diesem Bereich ist. An der Saugseitenschiene 3 tendiert die entgegengesetzte Strömung des Wirbels dazu, den Kühlstrahl von der Schienenwand wegzuziehen. Das Vorhandensein der Schlitze 13 dient jedoch dazu, diese Strömung entlang der Schienenwand zurückzuhalten, was wiederum vorteilhaft für die Schichtkühlung der Schiene ist.Usually forms in the recess 14 on the Peak due to the drive through the end cover 10 Flow a vortex. The vortex flow takes place in the same direction as the expelled cooling flow on the pressure side rail 2 and is the ejected Cooling flow on the suction side rail 3 opposite. The vortex flow acts on the pressure rail 2 to the extent that the ejected flow in the Rail formed slot to keep, which is advantageous for layer cooling in this area. At the Suction side rail 3 tends to the opposite flow of the vortex, the cooling jet from the rail wall pull away. The presence of the slots 13 however, this flow is used along the rail wall hold back, which in turn is beneficial to the Layer cooling of the rail is.

    Figur 3 zeigt eine zweite Variante der Kühlkanäle gemäß der Erfindung. Sie sind in einem ähnlichen Querschnitt wie in Figur 2 dargestellt. Die Längsachse 16 der Kanäle erstreckt sich vom Hohlraum 11 in einem Winkel  zur Innenfläche der Druckseitenwand 2 oder Saugseitenwand 3 der Schaufel und in einer Ebene senkrecht zu den Schaufelseitenwänden. Der erste Abschnitt 12 der Kanäle weist wiederum eine zylindrische Form auf, während der zweite Abschnitt 13 eine teilweise zylindrische Form hat. Der Winkel  beträgt zum Beispiel 5-15° und ist vorzugsweise für spezifische Anwendungen optimiert, um die Kühlung innerhalb festgelegter Kriterien für die Fertigung zu maximieren. Figure 3 shows a second variant of the cooling channels according to the invention. They are of a similar cross section as shown in Figure 2. The longitudinal axis 16 of the channels extends from the cavity 11 at an angle  to Inner surface of the pressure side wall 2 or suction side wall 3 the blade and in a plane perpendicular to the blade side walls. The first section 12 of the channels again has a cylindrical shape, while the second section 13 has a partially cylindrical shape Has. For example, the angle  is 5-15 ° and is preferably optimized for specific applications the cooling within defined criteria for the Maximize manufacturing.

    Figur 4 zeigt eine weitere Variante der Kühlkanäle 12, 13 gemäß der Erfindung. Ihre Längsachsen 16 sind in einem Winkel ϕ in Bezug auf die Radialrichtung und in der Ebene der Schiene 8 ausgerichtet. Diese Ausrichtung ergibt eine größere Fläche, über die das Kühlfluid die Anstreifkante kühlen kann. Bei diesem Beispiel sind die Kanäle in Richtung der Schaufelendkante ausgerichtet.
    Der Winkel ϕ zwischen der Radialrichtung und der Längsachse der Kanäle beträgt vorzugsweise ca. 45°.    Figure 4 shows a further variant of the cooling channels 12, 13 according to the invention. Their longitudinal axes 16 are aligned at an angle ϕ with respect to the radial direction and in the plane of the rail 8. This orientation creates a larger area over which the cooling fluid can cool the rubbing edge. In this example, the channels are oriented in the direction of the blade end edge.
    The angle ϕ between the radial direction and the longitudinal axis of the channels is preferably approximately 45 °.

    Weiterhin kann die Längsachse der Kühlkanäle auch in einem Gesamtwinkel in Bezug auf die Radialrichtung ausgerichtet werden, wobei dieser Gesamtwinkel in der Ebene senkrecht zur Ebene des Winkels  sowie in der Ebene des Winkels ϕ liegt.Furthermore, the longitudinal axis of the cooling channels can also be in aligned an overall angle with respect to the radial direction be, this total angle in the plane perpendicular to the plane of the angle  and in the plane of the angle ϕ.

    Figur 5 zeigt eine weitere Variante der Kühlkanäle. Bei diesem Beispiel sind die Kühlkanäle radial nach außen ausgerichtet. Sie haben eine Längsform in Richtung entlang der Schiene. Bei dieser Variante ist die Fläche, über welche das Kühlfluid die Anstreifkante kühlen kann, im Vergleich zu den Varianten in den Figuren 3 oder 4 noch vergrößert.Figure 5 shows a further variant of the cooling channels. at In this example, the cooling channels are radially outward aligned. They have a longitudinal shape along the rail. In this variant, the area over which the cooling fluid cools the rubbing edge can, in comparison to the variants in FIGS. 3 or 4 enlarged.

    Die Figuren 6a und b zeigen eine weitere Variante der Kanäle gemäß der Erfindung. Figur 6a zeigt einen ähnlichen Querschnitt der Schaufel wie die Figuren 2 und 3. Figur 6b zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B. Die Kanäle für das Kühlfluid sind über einen ersten Teil 12' innerhalb der Endabdeckung 10 zylindrisch geformt und besitzen eine diffundierte Form über einen zweiten Teil, das sich vom ersten Teil bis zum Scheitel der Schaufel erstreckt. Die Seitenwände des diffundierten Teils erstrecken sich in einem Winkel α in Bezug auf die Längsachse der Kühlkanäle und in der Ebene senkrecht zur Schiene 8. Die Seitenwände sind in einem weiteren Winkel β in der Ebene tangential zur Schiene gemäß Figur 6b diffundiert. Die Winkel α und β liegen jeweils vorzugsweise in dem Bereich von 5 bis 10°.Figures 6a and b show a further variant of the Channels according to the invention. Figure 6a shows a similar one Cross section of the blade as in FIGS. 2 and 3. Figure 6b shows a cross section along the line B-B. The channels for the cooling fluid are via a first one Part 12 'is cylindrically shaped within the end cover 10 and have a diffused shape over one second part, which extends from the first part to the apex the blade extends. The side walls of the diffused Partially extend at an angle α with respect on the longitudinal axis of the cooling channels and in the plane perpendicular to the rail 8. The side walls are in one further angle β in the plane tangential to the rail diffused according to Figure 6b. The angles α and β lie each preferably in the range from 5 to 10 °.

    Bei weiteren Varianten der Erfindung können die in den Figuren beschriebenen Merkmale kombiniert werden. In further variants of the invention, the in the Figures described features can be combined.

    In den Figuren verwendete BegriffeTerms used in the figures

    11
    GasturbinenschaufelGas turbine blade
    22
    DruckseitenwandPressure sidewall
    33
    Saugseitenwandsuction sidewall
    44
    SchaufelvorderkanteBlade leading edge
    55
    SchaufelendkanteBlade end edge
    66
    Fußabschnittfoot section
    77
    Anstreifkantesquealer
    88th
    Schienerail
    99
    Scheitel der SpitzeApex of the tip
    1010
    Endabdeckungend cover
    1111
    Hohlraum innerhalb der SchaufelCavity within the blade
    1212
    erster Abschnitt des Kühlkanalsfirst section of the cooling channel
    12'12 '
    erster Teil des ersten Abschnitts, Dosierabschnittfirst part of the first section, metering
    1313
    zweiter, teilweise begrenzter, teilweise offener Abschnitt des Kühlkanalssecond, partially limited, partially open section of the cooling channel
    1414
    Aussparung an der SchaufelspitzeCut-out at the tip of the blade
    1515
    Seitenwand des zweiten Abschnitts des KühlkanalsSidewall of the second section of the cooling channel
    1616
    Längsachse des KühlkanalsLongitudinal axis of the cooling channel
    αα
    Diffusionswinkel der Seitenwand in Bezug auf die Längsachse in Richtung der SchaufelseitenwandDiffusion angle of the sidewall with respect to the longitudinal axis in the direction of the blade side wall
    ββ
    Diffusionswinkel der Seitenwand in Bezug auf die Längsachse in Richtung entlang der SchieneDiffusion angle of the sidewall with respect to the longitudinal axis in the direction along the rail
    Ausrichtungswinkel der Längsachse in Bezug auf die Radialrichtung in der Ebene senkrecht zu den Schienen 8Alignment angle of the longitudinal axis in relation perpendicular to the radial direction in the plane to the rails 8
    ϕφ
    Ausrichtungswinkel der Längsachse in Bezug auf die Radialrichtung in der Ebene der Schiene 8Alignment angle of the longitudinal axis in relation to the radial direction in the plane of the rail 8

    Claims (9)

    Gasturbinenschaufel (1), bestehend aus einer Druckseitenwand (2) und einer Saugseitenwand (3), die sich von einer Schaufelvorderkante (4) bis zu einer Schaufelendkante (5) und von einem Fuß (6) bis zu einer Spitze erstrecken, wobei die Spitze versehen ist mit einer Endabdeckung (10) und einer Anstreifkante (7) mit Schienen (8), die radial von der Endabdeckung (10) bis zum Scheitel (9) einer Spitze und entlang der Saugseitenwand (3) und der Druckseitenwand (2) verlaufen und eine Aussparung (14) an der Schaufelspitze umgeben,
    und
    weiterhin bestehend aus einem inneren Hohlraum (11) zwischen den Innenflächen der Druckseitenwand (2) und der Saugseitenwand (3), durch welche ein Kühlfluid strömen kann,
    und
    Kühlkanälen zur Leitung des Kühlfluids zur Anstreifkante (7),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kühlkanäle einen ersten Abschnitt (12) haben, der vom inneren Hohlraum (11) durch die Endabdeckung (10) zur Aussparung (14) an der Schaufelspitze führt, und einen zweiten Abschnitt, der sich teilweise durch die Schienen (8) bis zum Spitzenscheitel (9) der Anstreifkante (7) erstreckt, wobei der zweite Abschnitt (13) zum einen Teil durch eine Seitenwand (15) in der Schiene sich erstreckt und zum anderen Teil zur Aussparung (14) an der Schaufelspitze hin offen ist.    Gas turbine blade (1), consisting of a pressure side wall (2) and a suction side wall (3), which extend from a blade leading edge (4) to a blade end edge (5) and from a foot (6) to a tip, the tip is provided with an end cover (10) and a brushing edge (7) with rails (8) which run radially from the end cover (10) to the apex (9) of a tip and along the suction side wall (3) and the pressure side wall (2) and surround a recess (14) at the tip of the blade,
    and
    further comprising an inner cavity (11) between the inner surfaces of the pressure side wall (2) and the suction side wall (3) through which a cooling fluid can flow,
    and
    Cooling channels for guiding the cooling fluid to the brushing edge (7),
    characterized in that
    the cooling channels have a first section (12) which leads from the inner cavity (11) through the end cover (10) to the recess (14) at the blade tip, and a second section which extends partly through the rails (8) to the tip apex (9) of the brushing edge (7), the second section (13) partly extending through a side wall (15) in the rail and partly opening to the recess (14) at the tip of the blade.         Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste und zweite Abschnitt (12, 13) der Kühlkanäle sich radial vom Hohlraum (11) innerhalb der Schaufel zum Scheitel (9) der Spitze erstreckt.     Gas turbine blade (1) according to claim 1,
    characterized in that
    the first and second sections (12, 13) of the cooling channels extend radially from the cavity (11) within the blade to the apex (9) of the tip.         Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Längsachse des ersten und zweiten Abschnitts (12, 13) der Kühlkanäle in einem Winkel () in Bezug auf die Radialrichtung entweder in der Ebene senkrecht zu den Schaufelseitenwänden (2, 3) oder in einem Winkel (ϕ) in Bezug auf die Radialrichtung in der Ebene der Schaufelseitenwände (2, 3) oder in einem Gesamtwinkel in Bezug auf die Radialrichtung in jeder dieser Ebenen ausgerichtet ist.    Gas turbine blade (1) according to claim 1,
    characterized in that
    the longitudinal axis of the first and second sections (12, 13) of the cooling channels at an angle () with respect to the radial direction either in the plane perpendicular to the blade side walls (2, 3) or at an angle (ϕ) with respect to the radial direction in the plane of the blade side walls (2, 3) or at an overall angle with respect to the radial direction in each of these planes.         Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ausrichtungswinkel () der Längsachse des ersten und zweiten Abschnitts (12, 13) der Kühlkanäle in der Ebene senkrecht zu den Schaufelseitenwänden (2, 3) im Bereich von 0 bis 45° liegt.    Gas turbine blade (1) according to claim 3,
    characterized in that
    the alignment angle () of the longitudinal axis of the first and second section (12, 13) of the cooling channels in the plane perpendicular to the blade side walls (2, 3) is in the range from 0 to 45 °.         Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ausrichtungswinkel (ϕ) der Längsachse des ersten und zweiten Abschnitts (12, 13) der Kühlkanäle in der Ebene der Schaufelseitenwände (2, 3) im Bereich von 0 bis 60° liegt.    Gas turbine blade (1) according to claim 3,
    characterized in that
    the alignment angle (ϕ) of the longitudinal axis of the first and second section (12, 13) of the cooling channels in the plane of the blade side walls (2, 3) is in the range from 0 to 60 °.         Gasturbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Abschnitt der Kühlkanäle (12) eine zylindrische Form hat, die vom Hohlraum (11) zwischen den Innenflächen der Saugseitenwand (2) und der Druckseitenwand (3) durch die Endabdeckung (10) bis zur Aussparung (14) an der Schaufelspitze führt, und der zweite Abschnitt des Kühlkanals die Form eines teilweisen Zylinders innerhalb der Schienen (8) der Anstreifkante (7) hat.     Gas turbine blade (1) according to one of the preceding claims 1 to 3,
    characterized in that
    the first section of the cooling channels (12) has a cylindrical shape which leads from the cavity (11) between the inner surfaces of the suction side wall (2) and the pressure side wall (3) through the end cover (10) to the recess (14) at the blade tip, and the second section of the cooling channel has the shape of a partial cylinder within the rails (8) of the brushing edge (7).         Gasturbinenschaufel (1) nach einem vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste und der zweite Abschnitt der Kühlkanäle (12, 13) eine Längs- oder ovale Form in Richtung entlang der Schienen (8) der Anstreifkante (7) haben.    Gas turbine blade (1) according to one of the preceding claims 1 to 3,
    characterized in that
    the first and the second section of the cooling channels (12, 13) have a longitudinal or oval shape in the direction along the rails (8) of the brushing edge (7).         Gasturbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kühlkanäle parallel verlaufende Seitenwände über einen ersten Teil (12') des ersten Abschnitts (12) innerhalb der Endabdeckung (10) und eine diffundierte Form über einen zweiten Teil ihres ersten Abschnitts (12) innerhalb der Endabdeckung (10) und über ihren zweiten Teil oder ihre Verlängerung (13) haben.    Gas turbine blade (1) according to one of the preceding claims 1 to 3,
    characterized in that
    the cooling channels have parallel sidewalls over a first portion (12 ') of the first portion (12) within the end cover (10) and a diffused shape over a second portion of its first portion (12) within the end cover (10) and over its second portion or have their extension (13).         Gasturbinenschaufel (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die diffundierte Form der Kühlkanäle definiert wird durch Winkel (α, β) zwischen den Kanalseitenwänden und der Längsachse der Kühlkanäle, die im Bereich von 5 bis 10° liegen.    Gas turbine blade (1) according to claim 8,
    characterized in that
    the diffused shape of the cooling channels is defined by angles (α, β) between the channel side walls and the longitudinal axis of the cooling channels, which are in the range from 5 to 10 °.
    EP02405595A 2001-07-24 2002-07-12 Cooling device for turbine blade tips Withdrawn EP1281837A1 (en)

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