(19)
(11) EP 2 584 147 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
24.04.2013  Patentblatt  2013/17

(21) Anmeldenummer: 11186219.9

(22) Anmeldetag:  21.10.2011
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F01D 5/18(2006.01)
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME

(71) Anmelder: Siemens Aktiengesellschaft
80333 München (DE)

(72) Erfinder:
  • Heselhaus, Andreas
    40235 Düsseldorf (DE)

   


(54) Filmgekühlte Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine


(57) Eine Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine weist eine Außenwand (1) auf, die einen Innenhohlraum (2) der Turbinenschaufel begrenzt, in dem Kühlfluid (4) zur Filmkühlung der Turbinenschaufel bereitstellbar ist, wobei in der Außenwand (1) mindestens ein Durchgangskanal (3) vorgesehen ist, durch den das Kühlfluid vom Innenhohlraum (2) nach außerhalb der Turbinenschaufel zur Ausbildung eines Kühlfilms (5) auf der Außenseite (7) der Außenwand (1) strömbar ist und der zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt ist, wobei der Randabschnitt (14) des Einlaufs (10) des Durchgangskanals (3) an dessen stromauf liegenden Seite (12) derart scharfkantig relativ zu den anderen Randabschnitten des Einlaufs (10) ausgebildet ist, dass im Durchgangskanal (3) ein Ablösegebiet (16) der Kühlfluidströmung (17) ausbildbar ist, durch das eine zentrische Querströmung (18) des Kühlfluids (4) induziert ist, die zu der dem Ablösegebiet (16) gegenüberliegenden Seite (13) des Durchgangskanals (3) hin gerichtet ist, wodurch sich im Durchgangskanal (3) ein Paar gegenläufiger Wirbel (20) ausbildet, bei denen die Geschwindigkeitsvektoren der Kühlfluidströmung (17) zwischen den Wirbelzentren (21) zur stromab liegenden Seite (13) des Durchgangskanals (3) hin zeigen.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine, wobei die Turbinenschaufel filmgekühlt ist.

[0002] Eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, weist eine Turbine auf, in der Heißgas, das zuvor in einem Verdichter verdichtet und einer Brennkammer erhitzt wurde, zur Arbeitsgewinnung entspannt wird. Für hohe Massenströme des Heißgases und somit für hohe Leistungsbereiche der Gasturbine ist die Turbine in Axialbauweise ausgeführt, wobei die Turbine von mehreren in Durchströmungsrichtung hintereinanderliegenden Schaufelkränzen gebildet ist. Die Schaufelkränze weisen über den Umfang angeordnete Laufschaufeln und Leitschaufeln auf, wobei die Laufschaufeln auf einem Rotor der Gasturbine und die Leitschaufeln an dem Gehäuse der Gasturbine befestigt sind.

[0003] Der thermodynamische Wirkungsgrad der Gasturbine ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur des Heißgases in die Turbine ist. Demgegenüber sind Grenzen gesetzt hinsichtlich der thermischen Belastbarkeit der Turbinenschaufeln. Somit ist es erstrebenswert Turbinenschaufeln zu schaffen, die trotz einer möglichst hohen thermischen Belastung eine für den Betrieb der Gasturbine ausreichende mechanische Festigkeit haben. Hierzu stehen für die Turbinenschaufeln entsprechende Werkstoffe und Werkstoffkombinationen zur Verfügung, die jedoch nach heutigem Stand der Technik nur eine unzureichende Ausreizung des Potentials zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine ermöglichen. Zur weiteren Erhöhung der zulässigen Turbineneintrittstemperatur ist es bekannt, die Turbinenschaufeln im Betrieb der Gasturbine zu kühlen, wodurch die Turbinenschaufel selbst einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist, wie es ohne der Kühlung aufgrund der thermischen Belastung durch das Heißgas der Fall wäre.

[0004] Um die Temperatur der Turbinenschaufeln niedrig zu halten, sind die Schaufeln beispielsweise mittels einer Filmkühlung gekühlt. Dazu sind die Schaufeln an ihrer Oberfläche mit einer Mehrzahl von Kühlluftlöchern versehen, via die vom Schaufelinneren Kühlluft an die Oberfläche der Turbinenschaufeln transportiert wird. Nachdem die Kühlluft die Kühlluftlöcher verlassen hat, strömt sie in Form eines Films an der Oberfläche der Turbinenschaufel entlang und isoliert somit die Oberfläche der Turbinenschaufel von dem Heißgas. Ferner wirkt der Film als Barriere, so dass ein Transport des Heißgases an die Oberfläche der Turbinenschaufel unterdrückt ist.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine zu schaffen, die effektiv mit einer Filmkühlung kühlbar ist.

[0006] Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine weist eine Außenwand auf, die einen Innenhohlraum der Turbinenschaufel begrenzt, in dem Kühlfluid zur Filmkühlung der Turbinenschaufel bereitstellbar ist, wobei in der Außenwand mindestens ein Durchgangskanal vorgesehen ist, durch den das Kühlfluid vom Innenhohlraum nach außerhalb der Turbinenschaufel zur Ausbildung eines Kühlfilms auf der Außenseite der Außenwand strömbar ist und der zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt ist, wobei der Randabschnitt des Einlaufs des Durchgangskanals an dessen stromauf liegenden Seite derart scharfkantig relativ zu den anderen Randabschnitten des Einlaufs ausgebildet ist, dass im Durchgangskanal ein Ablösegebiet der Kühlfluidströmung ausbildbar ist, durch das eine zentrische Querströmung des Kühlfluids induziert ist, die zu der dem Ablösegebiet gegenüberliegenden Seite des Durchgangskanals hin gerichtet ist, wodurch sich im Durchgangskanal ein Paar gegenläufiger Wirbel ausbildet, bei denen die Geschwindigkeitsvektoren der Kühlfluidströmung zwischen den Wirbelzentren zur stromab liegenden Seite des Durchgangskanals hin zeigen.

[0007] Trifft Heißgas aus einer Brennkammer der Strömungsmaschine an der Außenseite der Turbinenschaufel auf einen Strahl des aus dem Durchgangskanal ausgetretenen Kühlfluids, so teilt sich die Strömung des Heißgases um den Strahl auf und es bildet sich durch die Schleppwirkung des Heißgases am Strahlrand ein Schornsteinwirbel mit zwei Wirbelarmen aus. Jeder der beiden Wirbelarme ist von einem Wirbel gebildet, wobei die Geschwindigkeitsvektoren des Heißgases an den beiden Innenseiten der Wirbelarme von der Außenwand weg zeigen. Dadurch wird das Heißgas in Richtung zur Außenseite der Turbinenschaufel transportiert. Die beiden Wirbelarme des Schornsteinwirbels haben entgegen gerichtete Drehsinne wie die mit ihr jeweils überlagerten Wirbel des Paars der gegenläufigen Wirbel des Kühlfluids. Somit wird der Schornsteinwirbel abgeschwächt und der Transport von dem Heißgas zur Außenseite der Turbinenschaufel ist vermindert, wodurch die Filmkühlung effektiver wird. Dadurch ist die für die Kühlung der Turbinenschaufel notwendige Kühlfluidmenge kleiner verglichen mit einer Kühlfluidmenge, die notwendig wäre eine herkömmliche Turbinenschaufel zu kühlen, womit ein höherer Wirkungsgrad der Strömungsmaschine einher geht. Ferner kann die Anordnungsdichte der Durchgangskanäle in der Turbinenschaufel vergleichsweise gering gewählt sein, wodurch insgesamt weniger Durchgangskanäle für die erfindungsgemäße Turbinenschaufel benötigt werden und eine strukturelle Schwächung der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel geringer ist.

[0008] Es ist bevorzugt, dass an der Innenseite des Bereichs der Außenwand, in dem der Durchgangskanal angeordnet ist, eine Aufdickung mit einer stromauf angeordneten Vorderseite vorgesehen ist, in der der Einlauf ausgebildet und die zur Achse des Durchgangskanals derart geneigt ist, dass der Randabschnitt des Einlaufs des Durchgangskanals an dessen stromauf liegenden Seite scharfkantiger als der gegenüberliegende Randabschnitt des Einlaufs ausgebildet ist. Die Vorderseite der Aufdickung ist bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Innenseite der Außenwand oder zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt angeordnet. Bei der geneigten Vorderseite der Aufdickung ergibt sich ein besonders scharfkantiger Randabschnitt an der stromauf liegenden Seite des Durchgangskanals, wodurch das Paar der gegenläufigen Wirbel vorteilhaft besonders stark ausgebildet wird.

[0009] Die Aufdickung ist bevorzugt in ihrer Dickenerstreckung derart groß dimensioniert, dass bei den beim Gießen immer auftretenden Fertigungsungenauigkeiten der Durchgangskanal stets innerhalb der Aufdickung angeordnet und der Einlauf von der Vorderseite der Aufdickung gebildet ist. Die der Vorderseite der Aufdickung abgewandte Rückseite der Aufdickung ist bevorzugt im Wesentlichen parallel zum Durchgangskanal. Bevorzugtermaßen ist die Aufdickung eine Kühlrippe der Turbinenschaufel. Durch das Vorsehen der Kühlrippe ist die Oberfläche der Innenseite der Turbinenschaufel vergrößert, wodurch die Turbinenschaufel vorteilhaft effektiv von innen mit dem Kühlfluid durch Konvektion kühlbar ist. Alternativ ist die Aufdickung bevorzugt ein von der Druckseite zur Saugseite der Turbinenschaufel verlaufender Stützsteg. Durch den Stützsteg ist die Festigkeit der Turbinenschaufel vorteilhaft erhöht. Durch die Stützstege werden im Schaufelinneren einzelne Kühlkanäle der Schaufel geformt.

[0010] Es ist bevorzugt, dass die Aufdickung ein Verdrängungskörper im Innenhohlraum der Turbinenschaufel ist, mit dem zum Kühlen der Turbinenschaufel die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids im Innenhohlraum erhöhbar ist, wodurch die Konvektion durch das Kühlfluid im Innenhohlraum erhöht ist. Dadurch ist ebenfalls vorteilhaft die Turbinenschaufel effektiv von innen kühlbar.

[0011] Alternativ ist es bevorzugt, dass die Innenseite des Bereichs der Außenwand, in dem der Durchgangskanal angeordnet ist, im wesentlichen parallel zur Außenseite angeordnet ist und am Randabschnitt des Einlaufs des Durchgangskanals an dessen stromab liegenden Seite eine Wulst derart angeformt ist, dass dieser Randabschnitt stumpf relativ zum gegenüberliegenden Randabschnitt des Einlaufs ausgebildet ist. Diese Formgebung für die Turbinenschaufel ist einfach gießbar. Bei eventuell auftretenden Fertigungsungenauigkeiten beim Gießen der Turbinenschaufel kann die letztendliche Position der Wulst von vorn herein nicht exakt vorhergesagt werden. Hierbei kann mit Hilfe eines Röntgenverfahrens die Position der Wulst im Nachhinein ermittelt werden. Anhand dieser ermittelten Position kann der Durchgangskanal von außerhalb der Turbinenschaufel beispielsweise durch Bohren relativ zur Wulst richtig positioniert hergestellt werden.

[0012] An der Innenseite des Bereichs der Außenwand, in dem der Durchgangskanal angeordnet ist, ist bevorzugt eine Aussparung mit einer stromab angeordneten Hinterseite vorgesehen, in der der Einlauf ausgebildet und die zur Achse des Durchgangskanals derart geneigt ist, dass der Randabschnitt des Einlaufs des Durchgangskanals an dessen stromauf liegenden Seite scharfkantiger als der gegenüberliegende Randabschnitt des Einlaufs ausgebildet ist. Durch das Vorsehen der Aussparung ist der Materialbedarf zum Herstellen der Turbinenschaufel gering. Bevorzugt ist die Hinterseite der Aussparung im Wesentlichen senkrecht zur Innenseite der Außenwand oder zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt angeordnet. Durch die geneigte Hinterseite ergibt sich vorteilhaft ein besonders scharfkantiger Randabschnitt an der stromauf liegenden Seite des Durchgangskanals. Bevorzugt ist die Aussparung an ihrem Eintrittsrand derart rund geformt, dass das Kühlfluid ablösefrei in die Aussparung einströmbar ist.

[0013] Die erfindungsgemäße Form der Turbinenschaufel ist gießgerecht, wodurch es ermöglicht ist, dass ohne weitere Anpassungen die Turbinenschaufel durch Gießen hergestellt werden kann. Die Durchgangskanäle sind bevorzugt durch Bohren, insbesondere Laserbohren, oder Erodieren herzustellen. Das Bohren erfolgt in der Regel von außerhalb der Turbinenschaufel. Die Aussparung ist bevorzugt eine Rille, in die eine Mehrzahl an Durchgangskanälen mündet. Hierbei ist es vorteilhaft einfacher, beim Bohren die Rille unter Ausbildung der Randabschnitte zu treffen.

[0014] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 und 2
einen Längsausschnitt einer Außenwand der Turbinenschaufel mit einem Durchgangskanal und einer Aufdickung,
FIG 3
einen Längsausschnitt einer Außenwand der Turbinenschaufel mit einem Durchgangskanal und einem Stützsteg,
FIG 4
einen Längsausschnitt einer Außenwand der Turbinenschaufel mit einem Durchgangskanal und einer Wulst und
Figuren 5 und 6
einen Längsausschnitt einer Außenwand der Turbinenschaufel mit einem Durchgangskanal und einer Aussparung.


[0015] Figuren 1 bis 6 zeigen einen Abschnitt einer Außenwand 1 einer Turbinenschaufel einer Strömungsmaschine. Die Außenwand 1 begrenzt einen Innenhohlraum 2 und weist eine Außenseite 7 sowie eine Innenseite 8 auf. Im Betrieb der Strömungsmaschine tritt an der Außenseite 7 eine Heißgasströmung 34 mit einer zu der Außenseite 7 parallelen Heißgashauptströmungsrichtung 9 auf, welche zu der Hinterkante der Turbinenschaufel (in den Figuren nicht gezeigt) hin gerichtet ist. In die Außenwand 1 ist ein Durchgangskanal 3 mit einem kreisförmigen Querschnitt 19 eingebracht, der in der von innen nach außen gerichteten Durchströmungsrichtung zur Hinterkante der Turbinenschaufel geneigt ist und mit der Außenseite 7 einen spitzen Neigungswinkel 6 einschließt.

[0016] Der Durchgangskanal 3 in Figuren 1 bis 6 weist innenseitig einen Einlauf 10 und außenseitig einen Auslauf 11 auf. Weiterhin weist der Durchgangskanal 3 eine Achse 26, eine stromauf liegende Seite 12 und eine stromab liegende Seite 13 auf. Der Einlauf 10 des Durchgangskanals 3 weist an der stromauf liegenden Seite 12 einen stromauf liegenden Randabschnitt 14 und an der stromab liegenden Seite 13 einen stromab liegenden Randabschnitt 15 auf. Im Innenhohlraum 2 befindet sich im Betrieb der Strömungsmaschine ein Kühlfluid 4, welches via den Einlauf 10 in den Durchgangskanal 3 eindringt und via den Auslauf 11 den Durchgangskanal 3 wieder verlässt. Der Neigungswinkel 6 ist derart spitz gewählt, dass das Kühlfluid 4 nach dem Verlassen des Durchgangskanals 3 einen Kühlfilm 5 auf der Außenseite 7 ausbildet.

[0017] In FIG 1 ist eine Ausführungsform der Turbinenschaufel mit einer Aufdickung 23 gezeigt. Die Aufdickung 23 ist innenseitig an dem Bereich der Außenwand 1 angeordnet, in dem der Durchgangskanal 3 angeordnet ist. Die Aufdickung 23 weist eine stromab liegende Aufdickungsrückseite 28, welche parallel zum Durchgangskanal 3 verläuft, und eine stromauf liegende Aufdickungsvorderseite 27 auf, in der der Einlauf 10 angeordnet ist. Die Aufdickungsvorderseite 27 ist im Wesentlichen senkrecht zur Innenseite 8 der Außenwand 1 angeordnet, wobei der stromauf liegende Randabschnitt 14 scharfkantiger als der stromab liegende Randabschnitt 15 ausgebildet ist.

[0018] Im Folgenden werden die Strömungsverhältnisse an der Turbinenschaufel anhand FIG 1 beschrieben. Der stromab liegende Randabschnitt 15 ist derart stumpf, dass die Kühlfluidströmung 17 diesem Randabschnitt 15 ablösefrei folgen kann. Der stromauf liegende Randabschnitt 14 ist derart scharfkantig, dass die Kühlfluidströmung 17 diesem Randabschnitt 14 nicht folgen kann, so dass sich im Durchströmkanal 3 an der stromauf liegenden Seite 12 ein Ablösegebiet 16 der Kühlfluidströmung 17 bildet. Von dem Ablösegebiet 16 wird in dem Durchgangskanal 3 eine zentrische Querströmung 18 induziert, die von der stromauf liegenden Seite 12 zu der stromab liegenden Seite 13 gerichtet ist. Hervorgerufen durch die zentrische Querströmung 18 wird im Durchgangskanal 3 ein gegenläufiges Wirbelpaar 20 mit zwei Wirbelzentren 21 erzeugt, wobei die Geschwindigkeitsvektoren zwischen den beiden Wirbelzentren 21 zur stromab liegenden Seite 13 des Durchgangskanals 3 zeigen.

[0019] Wie es aus FIG 1 ersichtlich ist, sind die Geschwindigkeitsvektoren der Kühlfluidströmung 17 zwischen den Wirbelzentren 21 unmittelbar nach Verlassen des Durchgangskanals 3 zur Außenwand 1 hin gerichtet. Die Heißgasströmung 34 umströmt den austretenden Kühlluftstrahl mit dem gegenläufigen Wirbelpaar 20, wodurch sich ein Schornsteinwirbel 33 aus einem Heißgas bildet. Der Schornsteinwirbel 33 weist zwei Wirbelarme auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des gegenläufigen Wirbelpaares 20 angeordnet sind. Jeder der Wirbelarme ist von einem Wirbel gebildet, wobei die Geschwindigkeitsvektoren der Heißgasströmung 34 zwischen den Wirbelzentren 21 der Wirbelarme zur Außenwand 1 hin gerichtet sind. Dadurch wird das Heißgas an die Außenseite 7 der Außenwand 1 transportiert. Die Wirbelarme haben entgegen gerichtete Drehsinne wie die mit ihr jeweils überlagerten Wirbel des Paars der gegenläufigen Wirbel 20 unmittelbar nach dem Verlassen des Durchgangskanals 3, so dass der Schornsteinwirbel 33 abgeschwächt wird und der Transport des Heißgases an die Außenseite 7 der Außenwand 1 vermindert wird, wodurch der Wärmeeintrag in die Außenwand 1 der Turbinenschaufel verringert wird.

[0020] Denkbar ist, dass die Aufdickungsvorderseite 27 zu der Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt ist, wobei der stromauf liegende Randabschnitt 14 noch scharfkantiger als in FIG 1 ausgebildet ist.

[0021] In FIG 2 ist die Aufdickung 23 aus FIG 1 mit zwei extremen Fertigungsungenauigkeiten jeweils mit einer gestrichelten Linie dargestellt, wobei bei der ersten Fertigungsungenauigkeit ein Versatz der Aufdickung 23 parallel zur Außenwand 1 und bei der zweiten Fertigungsgenauigkeit ein Versatz parallel zur Aufdickungsvorderseite 27 auftritt. Bei beiden Fertigungsungenauigkeiten ist der Durchgangskanal 3 innerhalb der Aufdickung 23 und der Einlauf 10 in der Aufdickungsvorderseite 27 angeordnet.

[0022] Die Ausführungsform der Turbinenschaufel aus FIG 3 weist einen von der Druckseite zur Saugseite der Turbinenschaufel verlaufenden Stützsteg 24 auf. Der Durchgangskanal 3 verläuft teilweise in dem Stützsteg 24 und der Einlauf 10 ist in der stromauf liegenden Stützstegvorderseite 35 angeordnet.

[0023] Wie es aus FIG 4 ersichtlich ist, ist an der Innenseite 8 der Außenwand 1 unmittelbar anschließend an dem stromab liegenden Randabschnitt 15 eine Wulst 22 angeformt, wodurch der stromab liegende Randabschnitt 15 stumpf ausgebildet ist. Die Wulst 22 weist an ihrer nach innen gerichteten Seite einen konvexen Bereich auf. Denkbar ist, dass sich der konvexe Bereich bis an den stromab liegenden Randabschnitt 15 und/oder bis in den Durchgangskanal 3 hinein erstreckt. In diesem Fall könnte ein Ablösegebiet an der stromab liegenden Seite 13 des Durchgangskanals 3 besonders effektiv vermieden werden. Denkbar ist, dass die Wulst 22 mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist. Weiterhin ist denkbar, dass die Wulst 22 auch als eine Kühlrippe ausgebildet ist.

[0024] In den Ausführungsformen gemäß Figuren 5 und 6 ist in die Außenwand eine hutförmige Aussparung 25 mit einer stromauf liegenden Aussparungsvorderseite 29 und einer stromab liegenden Aussparungshinterseite 30 angeordnet. Der Einlauf 10 ist in der Aussparungshinterseite 30 angeordnet. Die Aussparung 25 weist einen rund geformten Aussparungseintrittsrand 31 auf, um eine Ablösung der Kühlfluidströmung 17 beim Eintreten in die Aussparung 25 zu vermeiden. Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus FIG 5 ist die Aussparung 25 der Ausführungsform aus FIG 6 zu der Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt, wobei der stromauf liegende Randabschnitt 14 besonders scharfkantig ausgebildet ist. Es ist weiterhin denkbar, dass die Aussparung 25 als eine Rille ausgeführt ist, in die eine Mehrzahl an Durchgangskanälen 3 mündet.

[0025] Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.


Ansprüche

1. Turbinenschaufel für eine Strömungsmaschine,
mit einer Außenwand (1), die einen Innenhohlraum (2) der Turbinenschaufel begrenzt, in dem Kühlfluid (4) zur Filmkühlung der Turbinenschaufel bereitstellbar ist,
wobei in der Außenwand (1) mindestens ein Durchgangskanal (3) vorgesehen ist, durch den das Kühlfluid (4) vom Innenhohlraum (2) nach außerhalb der Turbinenschaufel zur Ausbildung eines Kühlfilms (5) auf der Außenseite (7) der Außenwand (1) strömbar ist und der in zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt ist,
wobei der Randabschnitt (14) des Einlaufs (10) des Durchgangskanals (3) an dessen stromauf liegenden Seite (12) derart scharfkantig relativ zu den anderen Randabschnitten des Einlaufs (10) ausgebildet ist, dass im Durchgangskanal (3) ein Ablösegebiet (16) der Kühlfluidströmung (17) ausbildbar ist, durch das eine zentrische Querströmung (18) des Kühlfluids (4) induziert ist, die zu der dem Ablösegebiet (16) gegenüberliegenden Seite (13) des Durchgangskanals (3) hin gerichtet ist, wodurch sich im Durchgangskanal (3) ein Paar gegenläufiger Wirbel (20) ausbildet, bei denen die Geschwindigkeitsvektoren der Kühlfluidströmung (17) zwischen den Wirbelzentren (21) zur stromab liegenden Seite (13) des Durchgangskanals (3) hin zeigen.
 
2. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1,
wobei an der Innenseite (8) des Bereichs der Außenwand (1), in dem der Durchgangskanal (3) angeordnet ist, eine Aufdickung (23) mit einer stromauf angeordneten Vorderseite (27) vorgesehen ist, in der der Einlauf (10) ausgebildet und die zur Achse (26) des Durchgangskanals (3) derart geneigt ist, dass der Randabschnitt (14) des Einlaufs (10) des Durchgangskanals (3) an dessen stromauf liegenden Seite (12) scharfkantiger als der gegenüberliegende Randabschnitt (15) des Einlaufs (10) ausgebildet ist.
 
3. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 2,
wobei die Vorderseite (27) der Aufdickung (23) im Wesentlichen senkrecht zur Innenseite (8) der Außenwand (1) oder zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt angeordnet ist.
 
4. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 2 oder 3,
wobei die Aufdickung (23) in ihrer Dickenerstreckung derart groß dimensioniert ist, dass bei den beim Gießen immer auftretenden Fertigungsungenauigkeiten der Durchgangskanal (3) stets innerhalb der Aufdickung (23) angeordnet und der Einlauf (10) von der Vorderseite (27) der Aufdickung (23) gebildet ist.
 
5. Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die der Vorderseite (27) der Aufdickung (23) abgewandte Rückseite (28) der Aufdickung (23) im wesentlichen parallel zum Durchgangskanal (3) ist.
 
6. Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5,
wobei die Aufdickung (23) eine Kühlrippe der Turbinenschaufel ist.
 
7. Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5,
wobei die Aufdickung (23) ein von der Druckseite zur Saugseite der Turbinenschaufel verlaufender Stützsteg (24) ist.
 
8. Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7,
wobei die Aufdickung (23) ein Verdrängungskörper im Innenhohlraum (2) der Turbinenschaufel ist, mit dem zum Kühlen der Turbinenschaufel die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids (4) im Innenhohlraum (2) erhöhbar ist, wodurch die Konvektion durch das Kühlfluid (4) im Innenhohlraum (2) erhöht ist.
 
9. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1,
wobei die Innenseite (8) des Bereichs der Außenwand (1), in dem der Durchgangskanal (3) angeordnet ist, im Wesentlichen parallel zur Außenseite (7) angeordnet ist und am Randabschnitt (15) des Einlaufs (10) des Durchgangskanals (3) an dessen stromab liegenden Seite (13) eine Wulst (22) derart angeformt ist, dass dieser Randabschnitt (15) stumpf relativ zum gegenüberliegenden Randabschnitt (14) des Einlaufs (10) ausgebildet ist.
 
10. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1,
wobei an der Innenseite (8) des Bereichs der Außenwand (1), in dem der Durchgangskanal (3) angeordnet ist, eine Aussparung (25) mit einer stromab angeordneten Hinterseite (30) vorgesehen ist, in der der Einlauf (10) ausgebildet und die zur Achse (26) des Durchgangskanals (3) derart geneigt ist, dass der Randabschnitt (14) des Einlaufs (10) des Durchgangskanals (3) an dessen stromauf liegenden Seite (12) scharfkantiger als der gegenüberliegende Randabschnitt (15) des Einlaufs (10) ausgebildet ist.
 
11. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 10,
wobei die Hinterseite (30) der Aussparung (25) im Wesentlichen senkrecht zur Innenseite (8) der Außenwand (1) oder zur Hinterkante der Turbinenschaufel hin geneigt angeordnet ist.
 
12. Turbinenschaufel gemäß Anspruch 10 oder 11,
wobei die Aussparung (25) an ihrem Eintrittsrand (31) derart rund geformt ist, dass das Kühlfluid (4) ablösefrei in die Aussparung (25) einströmbar ist.
 
13. Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei die Aussparung (25) eine Rille ist, in die eine Mehrzahl an Durchgangskanälen (3) mündet.
 




Zeichnung













Recherchenbericht









Recherchenbericht