EP1219781A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel - Google Patents
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- EP1219781A2 EP1219781A2 EP01128807A EP01128807A EP1219781A2 EP 1219781 A2 EP1219781 A2 EP 1219781A2 EP 01128807 A EP01128807 A EP 01128807A EP 01128807 A EP01128807 A EP 01128807A EP 1219781 A2 EP1219781 A2 EP 1219781A2
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- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05D2240/81—Cooled platforms
Definitions
- the invention relates to a device and a method for cooling A platform of a turbine blade, which has a blade root, an airfoil a leading and trailing edge and a blade tip with a platform and which is at least partially penetrated radially by at least one cooling channel, the one with at least one emerging from the platform via an outlet opening Exit channel is connected.
- Cooling problems of the type mentioned above occur in particular Turbine blades that are used in gas turbine plants.
- the turbine blades are separated from the inside flows around the combustion chamber generated hot gases.
- Avoiding existing turbine blades plays the aspect of targeted cooling of gas turbine blades in the conception and design of such systems a major role.
- part of the cooling within the Compressor stage specifically derived and thus compressed air for cooling purposes withdrawn from the further combustion process. Rather, the cooling air passes over Cooling channel systems, both in rotating and stationary Plant components are provided in the area of the turbine stages around the there to cool the system components directly exposed to the hot gases.
- Cooling of the rotor assembly in a variety of axially one behind the other arranged rows of moving blades, have the Blades radial cooling channels through which from the side of the rotor assembly Cooling air fed in is guided longitudinally to the turbine blades, which are passed through cooling air openings correspondingly provided on the blade surface emerge and mixes with the hot gases.
- turbine blades point radially to the rotor assembly facing side platforms or so-called shrouds to Leakage flows between the turbine blade tips and the to train fixed system components.
- platforms and shrouds contribute to vibrations that occur train along the turbine blades during operation of the gas turbine, dampen effectively.
- a cooling duct system is used in US 5,482,435 for cooling such platforms described within a platform through which cooling air is conducted and thus effectively contributes to cooling the platform.
- the cooling air passes through a central cooling channel oriented radially to the turbine blade in the area of the platform, in which the cooling air escapes through two sub-channels.
- the one in the platform The partial cooling ducts provided extend in such a way that those from the platform emerging cooling air almost perpendicular to the main flow direction of the Gas turbine flowing hot gases is oriented. However, on the one hand, this causes that the flow behavior of the main flow is considerably irritated, causing the aerodynamic efficiency is permanently impaired.
- the cooling air emerging from the platform makes no contribution to the energy gain or contribute to improved energy conversion within the gas turbine.
- the invention has for its object a device and a method for Cooling a platform of a turbine blade according to the preamble of Claim 1 to develop such that, on the one hand, effective cooling of the Platform is ensured, but on the other hand it is ensured that the Main flow, which lies directly on the turbine blade, as little as possible is affected to the aerodynamic conditions within the Fluid machine not to deteriorate. Rather, it should be achieved that in addition to the above effective cooling effect, an additional energy gain can be achieved by the exit of the cooling air from the platform.
- a device for cooling a platform is a Turbine blade, which has a blade root, a blade with an attachment and Trailing edge, as well as a blade tip with a platform and the radial is at least partially penetrated by at least one cooling channel, which with at least one exiting the platform via an outlet opening Outlet channel is connected, further developed in that the outlet channel has a longitudinal channel direction adjacent to the outlet opening, which is in projection along the turbine blade largely coparallel to the direction of flow of a Exit flow immediately overflowing local flow field of a relative mass flow flowing past the turbine blade.
- the cooling device according to the invention is on all turbine blades applicable, which are provided with a platform.
- the with the invention The advantages associated with the measure are shown below using the example of Turbine guide vane explained in more detail within a gas turbine system. Of course, however, it is possible to use the cooling device according to the invention also to be used on platforms of stationary guide vanes.
- the Measure according to the invention is not based on the use of turbine blades limited within gas turbine stages of gas turbine plants, but can be used in all turbomachines in which corresponding Cooling problems occur, for example within compressors or the like Turbomachinery.
- the inventive arrangement of the outlet channel within the platform, by the cooling air exits through an outlet opening is oriented according to the invention in such a way so the cooling air that flows out of the platform is preferably the same Has flow direction with which the main flow of hot gases Turbine blade and thus also flows around the platform itself.
- the Outlet opening of the outlet channel on the turbine blade radially provided facing away from the top of the platform preferably runs the Cooling duct inclined slightly to the top of the platform.
- the Outlet opening attached to the downstream edge of the platform be so that the cooling air flowing out of the platform is coparallel to the die Hot gases flowing around the platform is oriented.
- there is Outlet opening of the cooling channel on the platform preferably downstream Leading edge of the turbine blade so that it is guaranteed that one is possible long cooling channel section runs within the platform, so that one if possible effective cooling effect can be achieved.
- Cooling arrangements within the platform which in the case of Turbine blades due to their radial spacing from the axis of rotation subjected to high centrifugal forces make an important contribution to the creep behavior of the blade material in the area of the platform increases positively influence, i.e. Material warping or deformation by softening the Materials under the influence of high centrifugal forces are effective cooling measures reduced or eliminated.
- Through the Cooling measure according to the invention within the platform can creep material be significantly restricted.
- the main advantage associated with this is the additional energy gain that comes with the targeted coparallel flow exit of the cooling air relative to the turbine blade mainstream flowing around, can be achieved. So it could be proven be that the cooling air coming from the cooling duct oriented according to the invention flows out through the outlet opening on the platform to a measurable Contributes to energy gain, which is characterized by the interaction of an additional Impulse contribution to the drive of the turbine blade and one comparatively negligible irritation or disturbance of the main flow of the Turbine blade flows around hot gases.
- a plurality of appropriately oriented cooling channels are preferred introduced within a platform, whereby the above described beneficial effects in terms of cooling effect and additional energy contribution let increase. Further details regarding possible exemplary embodiments can be found can be found in detail in the following exemplary embodiments.
- A are suitable for producing the platform designed according to the invention
- a variety of known techniques around the cooling channel or a variety bring appropriately oriented cooling channels into the platform.
- EDM processes Electro-Discharge Machining
- laser beam laser beam
- electrochemical Processes electrochemical Processes
- water jet techniques water jet techniques
- Figure 1 is a plan view of an axial arrangement consisting of a Guide vane row 1 and one downstream in the flow direction Blade row 2 shown.
- the platforms 3 are one Guide vane 4 and a moving blade 5 can be seen, the guide vane 4 or blade 5 facing away from the viewer perpendicular to the plane of the drawing extends.
- the main flow 6 through the turbine blades from the pure Redirected axial direction. So is the main flow 6 immediately after flowing through the guide vane row 1 directed upward in the circumferential direction, whereas the Main flow after flow around the blade row 2 against the direction of rotation is distracted.
- the inclination of the flow direction in relation to the axial direction becomes immediately downstream of a turbine blade row essentially due to the inclination the turbine blades relative to the main flow and the Circumferential speed conditional.
- the platforms 3 there are cooling channels 7, preferably in the region of the downstream end edge 8 of the platforms 3 arranged such that cooling air parallel to the main flow 6 from the Cooling channels 7 escapes.
- the longitudinal axes of the cooling channels 7 are parallel to Turbine airfoil in the area immediately upstream of the trailing edge 9 arranged.
- FIG 2 is the upper part of a longitudinal section through a turbine blade shown, which is designed for example as a rotor blade 5 and in its upper Area provides a platform 3.
- the rotor blade 5 has a radial direction extending main cooling duct 10, in the cooling air on the part of the shown blade root in the area of the platform 3.
- the main cooling channel 10 opens on one side a plurality of cooling channels 11, which are inclined run to the platform top 12 and there is an outlet opening 13 there provide. Cooling air through the outlet channels 11 through the respective Exit opening 13 on the platform top 3 exits is slightly oblique to Platform top 12, however, directed in the flow direction of the main flow 6.
- Further cooling channels 14 open out via corresponding further outlet openings the platform top and are appropriately provided through additional Cooling air channels 15 supplied with cooling air.
- the platform 3 of the moving blade 5 shown in FIG. 2 typically sees one trained labyrinth seal 16 before, directly below the cooling channel volume 17 with corresponding downstream outlet 18 is provided.
- FIG. 3 shows a top view of a platform 3, under which, in Extending in the longitudinal direction, a moving blade 5 is provided.
- the blade 5 has various hollow channels extending along the turbine blade, from which flows out of the hollow duct 10 cooling air in the direction of the platform.
- Immediately at the hollow channel 10 formed as a cooling channel includes Cooling air system through which the individual cooling channels 13 and 14 with appropriate cooling air is supplied. The cooling air flows along the individual Channels indicated arrow directions and occurs at the corresponding Exit openings 13, 14 on the top 12 of the platform 3.
Landscapes
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Abstract
Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kühlung eines Deckbandsegments einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einem Deckbandsegment in der Form einer Plattform aufweist und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Austrittskanal angrenzend zur Austrittsöffnung eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zur Strömungsrichtung eines die Austrittsöffnung unmittelbar überströmenden, lokalen Strömungsfeldes eines relativ an der Turbinenschaufel vorbeiströmenden Massenflusses verläuft. <IMAGE>
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Kühlung
einer Plattform einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit
einer An- und Abströmkante sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform vorsieht
und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist,
der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden
Austrittskanal verbunden ist.
Kühlprobleme der vorstehend genannten Art treten insbesondere bei
Turbinenschaufeln auf, die in Gasturbinenanlagen eingesetzt werden. Insbesondere
in den einzelnen Gasturbinenstufen werden die Turbinenschaufeln von den innerhalb
der Brennkammer erzeugten Heißgasen umströmt. Um Überhitzungen bei in Betrieb
befindlichen Turbinenschaufeln zu vermeiden spielt der Aspekt der gezielten Kühlung
von Gasturbinenschaufeln bei der Konzeption und Auslegung derartiger Anlagen
eine große Rolle. Üblicherweise wird zur Kühlung ein Teil der innerhalb der
Verdichterstufe vorkomprimierten Luft zu Kühlzwecken gezielt abgeleitet und somit
dem weiteren Verbrennungsvorgang entzogen. Vielmehr gelangt die Kühlluft über
Kühlkanalsysteme, die sowohl in rotierenden als auch stationären
Anlagenkomponenten vorgesehen sind, in den Bereich der Turbinenstufen um die
dort, den Heißgasen unmittelbar ausgesetzten Anlagenkomponenten zu kühlen. Zur
Kühlung der auf der Rotoranordnung, in einer Vielzahl von axial hintereinander
angeordneten Laufschaufelreihen aufsitzenden Laufschaufeln, weisen die
Laufschaufeln radiale Kühlkanäle auf, durch die von Seiten der Rotoranordnung
eingespeiste Kühlluft längs zu den Turbinenschaufelblättern geführt wird, die durch
entsprechend an der Laufschaufeloberfläche vorgesehene Kühlluftöffnungen austritt
und sich mit den Heißgasen vermischt.
In einigen Fällen weisen Turbinenschaufeln an ihrer radial, der Rotoranordnung
abgewandten Seite Plattformen oder sogenannte Deckbänder auf, um
Leckageströme, die sich zwischen den Turbinenschaufelspitzen und den
feststehenden Anlagenkomponenten ausbilden können, zu minimieren. Ebenso
tragen derartige Plattformen und Deckbänder dazu bei, Vibrationen, die sich
während des Betriebes der Gasturbine entlang der Turbinenschaufeln ausbilden,
effektiv zu dämpfen.
Zur Kühlung derartiger Plattformen ist in der US 5,482,435 ein Kühlkanalsystem
innerhalb einer Plattform beschrieben, durch das Kühlluft, geleitet wird und somit
wirksam zur Kühlung der Plattform beiträgt. Die Kühlluft gelangt über einen mittig,
radialwärts zur Turbinenschaufel orientierten Kühlkanal in den Bereich der Plattform,
in dem die Kühlluft über zwei Teilkanäle nach außen gelangt. Die in der Plattform
vorgesehenen Teilkühlkanäle erstrecken sich derart, dass die aus der Plattform
austretende Kühlluft nahezu senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der die
Gasturbine durchströmenden Heißgase orientiert ist. Dies jedoch bewirkt einerseits,
dass das Strömungsverhalten der Hauptströmung erheblich irritiert wird, wodurch der
aerodynamische Wirkungsgrad nachhaltig beeinträchtigt wird. Zum anderen vermag
die aus der Plattform austretende Kühlluft keinen Beitrag zum Energiegewinn bzw.
zur verbesserten Energieumsetzung innerhalb der Gasturbine beitragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur
Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 derart weiterzubilden, so dass zum einen eine effektive Kühlung der
Plattform sichergestellt ist, zum anderen jedoch dafür gesorgt ist, dass die
Hauptströmung, die unmittelbar an der Turbinenschaufel anliegt, möglichst wenig
beeinträchtigt wird, um die aerodynamischen Verhältnisse innerhalb der
Strömungsmaschine nicht zu verschlechtern. Vielmehr soll erreicht werden, dass
neben der vorstehenden effektiven Kühlwirkung ein zusätzlicher Energiegewinn
durch den Austritt der Kühlluft aus der Plattform erzielt werden kann.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist im Anspruch 1
angegeben, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschreibt. Gegenstand des
Anspruchs 8 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren. Den Erfindungsgedanken
vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der
gesamten Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die
Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Kühlung einer Plattform einer
Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und
Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform vorsieht und die radial
von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit
wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden
Austrittskanal verbunden ist, dadurch weitergebildet, dass der Austrittskanal
angrenzend zur Austrittsöffnung eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion
längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zur Strömungsrichtung eines die
Austrittsöffnung unmittelbar überströmenden, lokalen Strömungsfeldes eines relativ
an der Turbinenschaufel vorbeiströmenden Massenflusses verläuft.
Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung an allen Turbinenschaufeln
anwendbar, die mit einer Plattform versehen sind. Die mit der erfindungsgemäßen
Maßnahme verbundenen Vorteile werden nachfolgend am Beispiel der
Turbinenleitschaufel innerhalb einer Gasturbinenanlage näher erläutert.
Selbstverständlich ist es jedoch möglich, die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
auch an Plattformen von stationären Leitschaufeln einzusetzen. Die
erfindungsgemäße Maßnahme ist nicht auf den Einsatz von Turbinenschaufeln
innerhalb von Gasturbinenstufen von Gasturbinenanlagen beschränkt, sondern kann
in allen Strömungsmaschinen angewendet werden, in denen entsprechende
Kühlprobleme auftreten, beispielsweise innerhalb von Kompressoren oder ähnlichen
Strömungsmaschinen.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Austrittskanals innerhalb der Plattform, durch
den Kühlluft durch eine Austrittsöffnung austritt, ist erfindungsgemäß derart orientiert,
so dass die Kühlluft, die aus der Plattform ausströmt vorzugsweise die gleiche
Strömungsrichtung besitzt, mit der die Hauptströmung der Heißgase die
Turbinenschaufel und somit auch die Plattform selbst umströmt. Ist die
Austrittsöffnung des Austrittskanals an der dem Turbinenschaufelblatt radial
abgewandten Plattformoberseite vorgesehen, so verläuft vorzugsweise der
Kühlkanal leicht schräg geneigt zur Plattformoberseite. Alternativ kann die
Austrittsöffnung an der stromabgewandten Abschlusskante der Plattform angebracht
sein, so dass die aus der Plattform ausströmende Kühlluft koparallel zu den die
Plattform umströmende Heißgase orientiert ist. In allen Fällen befindet sich die
Austrittsöffnung des Kühlkanals an der Plattform vorzugsweise stromab zur
Anströmkante der Turbinenschaufel, so das gewährleistet ist, dass ein möglichst
langer Kühlkanalabschnitt innerhalb der Plattform verläuft, so dass eine möglichst
effektive Kühlwirkung erzielt werden kann.
Kühlungvorkehrungen innerhalb der Plattform, die im Falle von
Turbinenlaufschaufeln aufgrund ihrer radialen Beabstandung zur Rotationsachse
hohen Zentrifugalkräften unterworfen ist, tragen einen wichtigen Beitrag dazu bei,
das Kriechverhalten des Schaufelmaterials im Bereich der Plattform positiv zu
beeinflussen, d.h. Materialverwerfungen- bzw. deformationen durch Erweichen des
Materials unter gleichzeitiger Einwirkung hoher Zentrifugalkräfte werden durch
wirkungsvolle Kühlmaßnahmen reduziert bzw. eliminiert. Durch die
erfindungsgemäße Kühlmaßnahme innerhalb der Plattform kann Materialkriechen
erheblich eingeschränkt werden.
Der mit dem erfindungsgemäßen Kühlkanalsystem innerhalb der Plattform
verbundene Hauptvorteil ist jedoch der zusätzliche Energiegewinn, der mit dem
gezielten koparallelen Strömungsaustritt der Kühlluft relativ zur, die Turbinenschaufel
umströmenden Hauptströmung, erzielt werden kann. So konnte nachgewiesen
werden, dass die Kühlluft, die aus dem erfindungsgemäß orientierten Kühlkanal
durch die Austrittsöffnung an der Plattform ausströmt, zu einem messbaren
Energiegewinn beiträgt, der sich durch das Zusammenspiel eines zusätzlichen
Impulsbeitrages zum Antrieb der Turbinenschaufel und einer vergleichsweise
vernachlässigbaren Irritation bzw. Störung der Hauptströmung der die
Turbinenschaufel umströmenden Heißgase ergibt.
Vorzugsweise sind eine Vielzahl von entsprechend orientierten Kühlkanälen
innerhalb einer Plattform eingebracht, wodurch sich die vorstehend beschriebenen
vorteilhaften Auswirkungen bezüglich Kühlwirkung und zusätzlichen Energiebeitrag
steigern lassen. Weitere Details bezüglich möglicher Ausführungsbeispiele können
den nachstehenden Ausführungsbeispielen detailliert entnommen werden.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Plattform eignen sich eine
Vielzahl an sich bekannter Techniken um den Kühlkanal bzw. eine Vielzahl
entsprechend orientierter Kühlkanäle in die Plattform einzubringen. Besonders
eignen sich hierzu EDM-Verfahren (Electro-Discharge-Machining) oder auch
konventionelle Bohrtechniken, unter Einsatz von Laserstrahl, elektrochemischen
Verfahren sowie Wasserstrahltechniken.
Selbstverständlich ist es auch möglich, Plattformen von Turbinenschaufeln an ihren
jeweiligen Turbinenschaufelfüßen mit entsprechend orientierten Kühlkanälen zu
versehen. Gleichwohl der Aspekt des zusätzlichen Energiegewinns bei Plattformen
im Schaufelfußbereich eine nur untergeordnete Rolle spielt, beeinträchtigt die
ausströmende Kühlluft durch die entsprechenden Austrittsöffnungen die
Hauptströmung auch im Bereich der Schaufelfüße nicht bzw. nur unwesentlich.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen
Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- Draufsicht auf die axiale Anordnung einer in einer Laufschaufelreihe angeordnete Turbinenlaufschaufel sowie einer entsprechend axial stromauf angeordneten Turbinenleitschaufel,
- Fig. 2
- Teildarstellung durch einen radialen Längsschnitt durch eine Turbinenschaufel mit Plattform sowie
- Fig. 3
- Draufsicht auf eine Plattform in radialer Richtung.
In Figur 1 ist eine Draufsicht auf eine axiale Anordnung, bestehend aus einer
Leitschaufelreihe 1 und einer in Strömungsrichtung nachgeordneten
Laufschaufelreihe 2 dargestellt. Im einzelnen sind die Plattformen 3 einer
Leitschaufel 4 sowie einer Laufschaufel 5 zu sehen, wobei sich die Leitschaufel 4
bzw. Laufschaufel 5 senkrecht längs zur Zeichenebene vom Betrachter abgewandt
erstreckt. Durch die entsprechende Anstellung der Leit- bzw. Laufschaufeln relativ
zur Hauptströmung 6, die die Turbinenschaufelanordnung axialwärts durchströmt,
wird die Hauptströmung 6 durch die Turbinenschaufelblätter aus der reinen
Axialrichtung umgelenkt. So ist die Hauptströmung 6 unmittelbar nach Durchströmen
der Leitschaufelreihe 1 in der Umfangsrichtung nach oben gerichtet, wohingegen die
Hauptströmung nach Umströmen der Laufschaufelreihe 2 entgegen der Drehrichtung
abgelenkt wird. Die Neigung der Strömungsrichtung bezogen zur Axialrichtung wird
unmittelbar stromab einer Turbinenschaufelreihe im Wesentlichen durch die Neigung
der Turbinenschaufelblätter relativ zur Hauptströmung und der
Umfangsgeschwindigkeit bedingt. Zur Kühlung der Plattformen 3 sind Kühlkanäle 7,
vorzugsweise im Bereich der stromab gerichteten Endkante 8 der Plattformen 3
derart angeordnet, so dass Kühlluft parallel zur Hauptströmung 6 aus den
Kühlkanälen 7 entweicht. Hierzu sind die Längsachsen der Kühlkanäle 7 parallel zum
Turbinenschaufelblatt im Bereich unmittelbar stromauf zur Abströmkante 9
angeordnet.
In Figur 2 ist der obere Teil eines Längsschnittes durch eine Turbinenschaufel
dargestellt, die beispielsweise als Laufschaufel 5 ausgebildet ist und in ihrem oberen
Bereich eine Plattform 3 vorsieht. Die Laufschaufel 5 weist einen sich radialwärts
erstreckenden Hauptkühlkanal 10 auf, in dem Kühlluft von Seiten des nicht
dargestellten Laufschaufelfußes in den Bereich der Plattform 3 gelangt. In den
Hauptkühlkanal 10 münden einseitig eine Vielzahl von Kühlkanälen 11, die schräg
zur Plattformoberseite 12 verlaufen und an dieser jeweils eine Austrittsöffnung 13
vorsehen. Kühlluft, die durch die Austrittskanäle 11 durch die jeweilige
Austrittsöffnung 13 an der Plattformoberseite 3 austritt, ist leicht schräg zur
Plattformoberseite 12 jedoch in Strömungsrichtung der Hauptströmung 6 gerichtet.
Weitere Kühlkanäle 14 münden über entsprechende weitere Austrittsöffnungen an
der Plattformoberseite und werden über geeignet vorgesehene zusätzliche
Kühlluftkanäle 15 mit Kühlluft versorgt.
Die Plattform 3 der in Figur 2 dargestellten Laufschaufel 5 sieht eine typischerweise
ausgebildete Labyrinthdichtung 16 vor, unter der unmittelbar ein Kühlkanalvolumen
17 mit entsprechend stromabwärts gerichteten Auslass 18 vorgesehen ist.
In Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Plattform 3 dargestellt, unter der, sich in
Längsrichtung erstreckend, eine Laufschaufel 5 vorgesehen ist. Die Laufschaufel 5
weist diverse, sich längs zur Turbinenschaufel erstreckende Hohlkanäle auf, von
denen aus dem Hohlkanal 10 Kühlluft in Richtung der Plattform ausströmt.
Unmittelbar an den als Kühlkanal ausgebildeten Hohlkanal 10 schließt sich ein
Kühlluftsystem an, durch das die einzelnen Kühlkanäle 13 und 14 mit
entsprechender Kühlluft versorgt wird. Die Kühlluft strömt längs der in den einzelnen
Kanälen angegebenen Pfeilrichtungen und tritt an den entsprechenden
Austrittsöffnungen 13, 14 an der Oberseite 12 der Plattform 3 aus.
- 1
- Leitschaufelreihe
- 2
- Laufschaufelreihe
- 3
- Plattform
- 4
- Leitschaufel
- 5
- Laufschaufel
- 6
- Hauptströmung
- 7
- Kühlkanäle
- 8
- stromabgewandtes Ende der Plattform 3
- 9
- Abströmkante
- 10
- Hauptkühlkanal
- 11
- Kühlkanal
- 12
- Plattformoberseite
- 13
- Austrittsöffnung
- 14
- Austrittsöffnung
- 15
- Nebenkühlkanal
- 16
- Labyrinthdichtung
- 17
- Kühlkanalvolumen
- 18
- Auslasskanal
Claims (8)
- Vorrichtung zur Kühlung einer Plattform (3) einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform (3) vorsieht und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (7,11) angrenzend zur Austrittsöffnung (13) eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zur Strömungsrichtung eines die Austrittsöffnung unmittelbar überströmenden, lokalen Strömungsfeldes (6) eines relativ an der Turbinenschaufel vorbeiströmenden Massenflusses verläuft. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (7,11) angrenzend zur Austrittsöffnung (13) eine Kanallängsrichtung aufweist, die in Projektion längs zur Turbinenschaufel weitgehend koparallel zum Axialschnitt des Turbinenschaufelblattes im Bereich unmittelbar stromauf zur Abströmkante verläuft. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass durch den Austrittskanal (7,11) ein Kühlmedium, vorzugweise Kühlluft, strömbar ist, das die Austrittsöffnung (13) nahezu in Strömungsrichtung zum lokalen Strömungsfeld (6) verläßt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufel in einer Strömungsmaschine, vorzugsweise in einer Gasturbine, integriert ist, durch die der Massenfluss axial hindurchgerichtet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (13) nahe dem stromabgewandten Ende der Plattform (3) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (3) eine dem Turbinenschaufelblatt radial abgewandte Plattformoberseite (12) aufweist, an der die Austrittsöffnung (13) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufel eine Leit- vorzugsweise eine Laufschaufel innerhalb einer Gasturbine ist. - Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel, die einen Schaufelfuß, ein Schaufelblatt mit einer An- und Abströmkante, sowie eine Schaufelspitze mit einer Plattform vorsieht und die radial von wenigstens einem Kühlkanal wenigstens teilweise durchsetzt ist, der mit wenigstens einem, über eine Austrittsöffnung an der Plattform austretenden Austrittskanal verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmedium, vorzugsweise Kühlluft durch den Kühlkanal und den Austrittskanal derart hindurchgeleitet wird und aus der Plattform austritt, dass das Kühlmedium nahezu strömungsparallel in Richtung zu einem die Turbinenschaufel umströmenden Massenstrom die Plattform verlässt.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10064265 | 2000-12-22 | ||
| DE10064265A DE10064265A1 (de) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung einer Plattform einer Turbinenschaufel |
Publications (3)
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