SCHAUFELBLATT FÜR EINE TURBINENSCHAUFEL

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schaufelblatt für eine Turbinenschaufel, umfassend eine von einem Heißgas anströmbare Vorderkante, von der aus sich eine Saugseitenwand und eine Druckseitenwand zu einer Hinterkante des Schaufelblatts erstrecken, wobei das Schaufelblatt in einer Querrichtung dazu sich von einem fußseitigen Ende mit einer Schaufelblatthöhe von 0% zu einem spitzenseitigem Ende mit einer Schaufelblatthöhe von 100% erstreckt, mit zumindest zwei längs der Vorderkante angeordneten Reihen von Kühllöchern, die zueinander einen senkrecht zur Vorderkante zu erfassenden ersten Abstand aufweisen.

[0002] Eine derartige Turbinenschaufel ist beispielsweise aus der EP 2 154 333 A2 bekannt. Die in der Vorderkante angeordneten Kühllöcher dienen während des Betriebs einer damit ausgestatteten Gasturbine zur Erzeugung eines kühlenden Schutzfilmes über der Vorderkante, um der ankommenden Heißgasströmung entgegenwirken. Die Kühllöcher werden deswegen auch als Filmkühllöcher bezeichnet, die im Englischen aufgrund ihrer dichten Anordnung zudem auch als "Shower Head Film Cooling Holes" bekannt sind. Zugleich teilt das Schaufelblatt die anströmende Heißgasströmung an der Vorderkante in zwei Teilströme auf, von denen der eine Teilstrom entlang der Saugseite des Schaufelblatts entlang strömt und der andere Teil entlang der Druckseite. Der Ort der Strömungsaufteilung am Schaufelprofil wird dabei Stagnationspunkt genannt, da im idealisierten Sinne dort keine Querströmung auftritt. Aus diesem Grund sind im Stand der Technik beidseits der Vorderkante bzw. der vorab ermittelten Stagnationslinie Filmkühllöcher angeordnet, um die dort auftreffende Heißgasströmung nicht in zu engen Kontakt mit der Bauteilwand gelangen zu lassen.

[0003] Nachteilig ist jedoch, dass der Stagnationspunkt eines Schaufelprofils bzw. die Stagnationslinie eines Schaufelblatts von unterschiedlichen Einflussfaktoren abhängig sein kann, so dass der Bedarf besteht, die Turbinenschaufel und dessen Schaufelblatt sowie dessen Vorderkantenkühlung an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen bestmöglich anzupassen.

[0004] So lehrt die US 2016/0010463 A1 bei einer Verschiebung der Stagnationslinie, auf der Druckseite von Laufschaufeln eine zusätzliche Halb-Reihe von Filmkühllöcher auf der radial äußeren Hälfte des Schaufelblatts anzuordnen. Die zusätzlichen Filmkühllöcher erhöhen jedoch den Verbrauch an Kühlluft, was sich negativ auf den Wirkungsgrad einer damit ausgestatteten Turbine auswirkt.

[0005] Nach der EP 3 043 026 A2 kann eine angepasste Kühlung auch dadurch erreicht werden, dass bei einer vorab ermittelten Verschiebung der Staupunktlinie nicht die Position, sondern lediglich die Neigung einiger Anströmkanten-Filmkühllöcher so gewählt wird, dass diese zur erwarteten lokalen Heißgasströmung nicht in entgegengesetzter Richtung die Kühlluft ausblasen, sondern in gleicher Richtung.

[0006] Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Schaufelblatt für eine Turbinenschaufel bereitzustellen, welches für unterschiedliche Betriebsbedingungen einer Gasturbine bestmöglich gestaltet ist, insbesondere um bei Einsatz einer vertretbaren Menge an Kühlmittel eine hinreichende Kühlung mit möglichst hoher Lebensdauer des Schaufelblatts zu erzielen.

[0007] Diese Aufgabe wird mit einem Schaufelblatt der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die zumindest zwei Reihen von Kühllöchern zumindest teilweise längs der Vorderkante auf einer Wellenlinie angeordnet sind. Die Wellenlinie ist ohne eine Änderung des Vorzeichens ihrer Krümmung derart geringfügig gekrümmt, dass die Kühllöcher jeder der zumindest zwei Reihen sowohl an dem fußseitigen Ende und an dem spitzenseitigen Ende des Schaufelblatts weiter saugseitig angeordnet sind als die Kühllöcher der entsprechenden Reihe auf halber Schaufelblatthöhe.

[0008] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die tatsächliche Heißgasströmungsrichtung von der zur Auslegung des Schaufelblatts herangezogenen Strömungsrichtung abweichen kann einerseits aufgrund unterschiedlicher Betriebsweisen der Gasturbine. Die Abweichungen können aufgrund einer zur Nennlast veränderten Lastabgabe auftreten. Andererseits wurde erkannt, dass insbesondere bei Laufschaufeln der Stagnationspunkt eines Schaufelprofils im Bereich der Vorderkante oszillieren kann aufgrund von Strömungseffekten, die von einer stromauf der Laufschaufel angeordneten Leitschaufel hervorgerufen werden. Die Oszillation des Stagnationspunktes eines Schaufelprofils führt zu lokal erhöhter Oberflächentemperatur des Schaufelblattes, dem mit der Erfindung wirksam begegnet werden kann.

[0009] Um beiden Effekten entgegenzuwirken wird mit der Erfindung nunmehr vorgeschlagen, zumindest zwei Reihen von Kühllöchern im Bereich der Vorderkante vorzusehen, die zumindest teilweise auf einer gekrümmten Wellenlinie angeordnet sind. Die Kühllöcher sind zur Druckseite bzw. Saugseite hin verschoben, bezogen auf den oszillierenden Stagnationspunkt des betreffenden Schaufelprofils. Während der Designphase wird für jedes Schaufelprofil ein Bereich ermittelt, in dem der Stagnationspunkt auftreten, kann. Jeder dieser Bereiche ist durch zwei Endpunkte definiert, aus denen dann ein mittlerer Staupunkt ermittelbar ist. Anschließend werden die beiden Kühllöcher so positioniert, dass eine bestmögliche Kühlung erreicht wird. Hiermit lässt sich der Kühleffekt lokal optimieren. Durch die Verwendung von lediglich zwei Kühlreihen anstelle von üblicherweise drei oder mehr vollständigen Kühlreihen kann zudem die zur Kühlung erforderliche Menge an Kühlmittel reduziert werden. Der reduzierte Verbrauch an Kühlmittel trägt während des Betriebs der Gasturbine zu dessen Wirkungsgradsteigerung bei.

[0010] Die Kühllöcher jeder der zumindest zwei Reihen sind nahe dem fußseitigen Ende und nahe dem spitzenseitigen Ende des Schaufelblatts weiter saugseitig angeordnet als die Kühllöcher der entsprechenden Reihe auf halber Schaufelblatthöhe. Die Wellenlinie erstreckt sich dann zwischen diesen Punkten ohne eine Änderung des Vorzeichens ihrer Krümmung, sodass sie lediglich geringfügig gekrümmt ist. Eingehende Untersuchungen zeigten, dass diese Variante insbesondere für Leitschaufeln eine günstigere Kühlkonfiguration darstellt, da bei diesen Schaufeln die Staupunktverschiebung vielmehr an den Enden des Schaufelblatts als in dessen Mitte und zudem zur Saugseite hin auftritt. Die maximale Verschiebung der betreffenden Kühllöcher nahe der Enden des Schaufelblatts beträgt dann lediglich einige Millimeter, insbesondere 2 mm, zur Saugseite hin, verglichen mit der Position der Kühllöcher der gleichen Reihe auf halber Schaufelblatthöhe, d.h. bei 50 % der Schaufelblatthöhe.

[0011] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können. Damit lassen sich weitere Vorteile erzielen.

[0012] Ergänzend zu den vorgenannten Ausgestaltungen ist es von besonderem Vorteil, wenn der erste Abstand zwischen den zumindest zwei Reihen von Kühllöchern längs der Vorderkante variiert, so dass der erste Abstand für einige Schaufelblatthöhen unterschiedlich groß ist. Mit dieser Maßnahme kann das lokale Kühlvermögen der Turbinenschaufel im Bereich der Vorderkante an die individuelle Temperaturbelastung lokal angepasst werden.

[0013] Selbstverständlich ist für jede Schaufelblatthöhe durch eine Querschnittsbetrachtung ein Schaufelprofil ermittelbar, welches bekanntermaßen die Form eines gewölbten Tropfens aufweist. Jedes Schaufelprofil weist mithin im Bereich der Vorderkante einen Nasenradius auf, wobei die Schaufelprofile auf Höhe von Kühllöchern einen ersten Abstand zwischen den zumindest zwei Reihen aufweisen, dessen Größe im Bereich zwischen dem 0,4-fachen und dem 0,7-fachen des zugehörigen Nasenradius liegt. Eingehende Untersuchungen haben herausgefunden, dass die Wirksamkeit der Kühlung vom Abstand der Kühllöcher unterschiedlicher Reihen und von der Krümmung der Vorderkante, dem sogenannten Nasenradius sowie der Länge der Camberline, der Schaufelzahl und dem Turning des Schaufelprofils abhängt. Es wurde sodann festgestellt, dass eine besonders effiziente Kühlung des Vorderkantenbereichs erzielt werden kann, wenn der erste Abstand zwischen den auf gleicher Schaufelblatthöhe liegenden Kühllöchern unterschiedlicher Reihen im beanspruchten Intervall liegt.

[0014] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Abstand auf halber Schaufelblatthöhe am kleinsten und nimmt zu den beiden Enden hin zu. Die Zunahme ist insbesondere moderat.

[0015] Um die Kühlung der Vorderkante für unterschiedliche Schaufelblatthöhen weiter bedarfsgemäß anzupassen, weist bevorzugtermaßen jedes Kühlloch einen den Kühlmitteldurchfluss einstellenden Drosselquerschnitt auf, wobei die Drosselquerschnitte einiger Kühllöcher unterschiedlich groß sind. Besonders bevorzugt sind die Drosselquerschnitte der Kühllöcher im Bereich der halben Schaufelblatthöhe größer als der Drosselquerschnitt der Kühllöcher im von der halben Schaufelblatthöhe weiter entfernten Bereich.

[0016] Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei halber Schaufelblatthöhe und der daran unmittelbar angrenzenden Bereiche ein etwas erhöhter Kühlbedarf vorherrscht als in denjenigen Bereichen der Vorderkante, welche von der halben Schaufelblatthöhe weiter entfernt liegen.

[0017] Besonders bevorzugt ist diejenige Ausgestaltung, bei der die zumindest zwei Reihen von Kühllöchern beidseits einer mittleren Staupunktlinie der ankommenden Heißgasströmung angeordnet sind. An dieser Stelle teilt sich die Heißgasströmung auf in einen zur Druckseite und einen zur Saugseite strömenden Anteil aufteilende zu beiden Seiten hin umgelenkt, sodass aufgrund der beidseitigen Anordnung der Kühllöcher die darunter liegende Bauteilwand besonders effizient vor den hohen Temperaturen des Heißgases geschützt ist.

[0018] Je nach Ausgestaltung kann es zudem zur Vermeidung einer lokalen thermischen Überbelastung der Vorderkante hilfreich sein, wenn bei der vorgenannten Ausgestaltung druckseitig neben den zumindest zwei Reihen eine weitere, jedoch verkürzte Reihe von im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Kühllöchern vorgesehen ist, wobei die Länge der weiteren Reihe zwischen 50% und 60% der Schaufelblatthöhe beträgt und die weitere Reihe von Kühllöchern im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Enden des Schaufelblatts angeordnet ist. Die weitere Reihe ist im Sinne dieser Anmeldung solange im Wesentlichen mittig angeordnet, solange diese von der halben Schaufelblatthöhe in zwei Teile geteilt ist, deren kürzerer Teil nicht kürzer als 1/3 der Länge der weiteren Reihe ist. Die Länge der weiteren Reihe von Kühllöchern wird in gleicher Richtung wie die Schaufelblatthöhe erfasst.

[0019] Bevorzugtermaßen ist das Schaufelblatt Teil einer Turbinenschaufel, insbesondere einer Turbinenleitschaufel einer stationären Gasturbine.

[0020] Im Folgenden wird nun die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Darin zeigen:

Figur 1

in perspektivischer Darstellung eine Turbinenlaufschaufel mit einem Schaufelblatt gemäß einem ersten Beispiel,

Figur 2

in perspektivischer Darstellung eine Turbinenlaufschaufel mit einem Schaufelblatt gemäß einem zweiten Beispiel,

Figur 3

das Schaufelprofil des Schaufelblatts gemäß dem ersten Beispiel und

Figur 4

in perspektivischer Darstellung eine Turbinenleitschaufel mit einem erfindungsgemäßen Schaufelblatt gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

[0021] In den Figuren können gleiche oder gleichwirkende Merkmale jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Merkmale und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellung und/oder zum besseren Verständnis im Verhältnis größer dimensioniert dargestellt sein.

[0022] In Figur 1 ist in perspektivischer Darstellung eine Turbinenlaufschaufel 10 dargestellt. Die Turbinenschaufel 10 umfasst aufeinanderfolgend einen im Wesentlichen tannenbaumförmigen Schaufelfuß 12, an den sich als Endwand eine Heißgasplattform 14 anschließt. An dessen dem Heißgas S zugewandten Oberfläche ist ein Schaufelblatt 16 gemäß einem ersten Beispiel angeordnet. Das Schaufelblatt 16 umfasst bekanntermaßen eine Vorderkante 18 und eine Hinterkante 20, zwischen denen sich eine Saugseitenwand 17 und eine Druckseitenwand 19 erstreckt. In einer Querrichtung dazu erstreckt sich das Schaufelblatt 16 von einem fußseitigen Ende 21 bei 0% Schaufelblatthöhe zu einem spitzenseitigen Ende 23 bei 100% Schaufelblatthöhe. Längs der Vorderkante 18 sind zwei Reihen R₁, R₂ von Kühllöchern 22 angeordnet. Die beiden Reihen R₁, R₂ verlaufen entlang einer Wellenlinie mit mehreren Wellentälern und Wellenbergen und sind gleichzeitig beidseits einer mittleren Staupunktlinie 24 angeordnet.

[0023] Ein zweites Beispiel ist in Figur 2 dargestellt. Anstelle der insgesamt wellenförmigen Anordnung von Kühllöchern 22 in den Reihen R₁, R₂ ist hier ein Bereich geradlinig, gefolgt von einem bauchigen Abschnitt. Im Detail sind die beiden Reihen R₁, R₂ von Kühllöchern 22 in dem ersten, radial innenliegenden Bereich so angeordnet, dass sie parallel zur Vorderkante 18 beidseits dieser angeordnet sind. Dieser erste Bereich B₁ erstreckt sich zwischen 0% und etwa 40% Schaufelblatthöhe. Daran radial außen anschließend ist ein zweiter Bereich B₂ vorgesehen. Dieser endet auf einer Schaufelblatthöhe von etwa 75%. In diesem Bereich verschieben sich die Kühllöcher 22 beider Reihen R₁, R₂ mit zunehmender Höhe weiter in Richtung Druckseite, bis sie bei etwa 75% Schaufelblatthöhe die Maximalverschiebung von der Vorderkante 18 weg erreicht haben. In dem sich daran anschließenden dritten Bereich B₃ verlagern sich die Kühllöcher 22 der beiden Reihen R₁, R₂ in Richtung der Vorderkante 18 wieder zurück.

[0024] Mit Hilfe der beiden dargestellten Beispiele ist es möglich, die Vorderkante 18 der Turbinenschaufel 10 für unterschiedliche Anströmungsbedingungen und unterschiedliche Betriebsweisen anzupassen unter Erreichung einer weiterhin hinreichenden Kühlung der Vorderkante 18 bei moderatem Einsatz von Kühlmittel. Insbesondere durch die Verwendung von lediglich zwei Reihen R₁, R₂ an Kühllöchern 22 anstelle von drei Reihen lässt sich der Herstellungsaufwand bei der Turbinenschaufel 10 signifikant reduzieren. Eine geringere Anzahl von Kühllöchern 22 bedeutet zugleich, dass das Risiko der Risserzeugung gesenkt worden ist. Weiterhin wird die Menge an Kühlmittel, beispielsweise Kühlluft, reduziert, was zur Erhöhung des Turbinenwirkungsgrades beiträgt.

[0025] In beiden Figuren sind die Kühllöcher 22 lediglich schematisch als Kreise dargestellt, wobei deren Drosselquerschnitte durch unterschiedlich große Kreise schematisch dargestellt worden sind. Selbstverständlich kann es sich bei den Kühllöchern 22 um Filmkühllöcher handeln, die eine diffusorartige Öffnung aufweisen. Deren Diffusor kann sogar profiliert ausgestaltet sein. Auch ein auf der Oberfläche des Schaufelblatts 16 quer zu erfassender Abstand A zwischen den Kühllöchern 22 kann auf unterschiedlichen Schaufelblatthöhen unterschiedlich groß sein.

[0026]  Figur 3 zeigt zudem als ein Schaufelprofil 28 den Querschnitt durch das Schaufelblatt 16 des ersten Beispiels gemäß Figur 1. Zwischen der Saugseitenwand 17 und der Druckseitenwand 19 erstreckt sich mittig einer gedachten Linie, welche als Schaufelprofilmittenlinie oder auch als Camberline bekannt ist. Die Schaufelprofilmittenlinie ist mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Der zuvorderst angeordnete Punkt der Schaufelprofilmittenlinie 30 definiert die Vorderkante 18. Je nach tatsächlicher Anströmung bzw. Fehlanströmung des Schaufelprofils 28 kann der Stagnationspunkt 25 abseits der Vorderkante 18 hin zur Druckseite 19 oder hin zur Saugseite 17 geringfügig verschoben sein. Die (mittleren) Stagnationspunkte 25 jedes Schaufelprofilschnitts, die auf beliebigen Schaufelblatthöhen ermittelbar sind, bilden gemeinsam die Staupunktlinie 24. Der Nasenradius ist mit R bezeichnet.

[0027] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 4 dargestellt. Sie zeigt perspektivisch eine als Leitschaufel ausgestaltete Turbinenschaufel, wobei der Schaufelfuß 12 zwei hakenförmige Schienen zur Befestigung der Schaufel an einen nicht weiter dargestellten Schaufelträger umfasst. Im Gegensatz zu der in Figur 1 dargestellten Laufschaufel ist sowohl an dem fußseitigen Ende 21 als auch an dem spitzenseitigen Ende 23 des Schaufelblatts eine Plattform 14 zur Begrenzung des Strömungspfad vorgesehen. Dazwischen erstreckt sich das Schaufelblatt 16 längs seiner Schaufelblatthöhe. Wie detaillierte Untersuchungen gezeigt haben, ist bei derartigen Leitschaufeln die Staupunktlinie 24 zu den Enden 21, 23 des Schaufelblatts 16 hin zusehends in Richtung der Saugseite verschoben. Dementsprechend sind auch die zumindest zwei Reihen R₁, R₂ von Kühllöchern 18 analog angeordnet: beginnend mit den Kühllöchern auf der halben Schaufelblatthöhe sind innerhalb jeder Reihe R₁, R₂ die mit geringer werdendem Abstand zu den Plattformen 14 hin angeordneten Kühllöcher weiter saugseitig angeordnet. Die Staupunktlinie 24 ist geringfügig gekrümmt, ohne eine Änderung des Vorzeichens ihrer Krümmung. Zudem ist eine weitere, jedoch verkürzte Reihe von im Wesentlichen gleichmäßige beabstandete Kühllöchern 18 druckseitig neben den beiden Reihen R₁, R₂ vorgesehen. Diese weitere Reihe R₃ ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittig zwischen den beiden Plattformen 14 bzw. den beiden Enden 21, 23 angeordnet und erstreckt sich lediglich über eine Länge von 55 % der Schaufelblatthöhe. Sie ist somit kürzer als die beiden Reihen R₁, R₂. Falls erforderlich, können lokal weitere, vereinzelte Kühllöcher nahe der Vorderkante vorgesehen sein. Insgesamt betrifft die Erfindung ein Schaufelblatt 16 für eine Turbinenschaufel 10, umfassend eine von einem Heißgas S anströmbare Vorderkante 18, von der aus sich eine Saugseitenwand 17 und eine Druckseitenwand 19 zu einer Hinterkante 20 des Schaufelblatts 16 erstrecken, wobei das Schaufelblatt 16 in einer Querrichtung dazu sich von einem fußseitigen Ende 21 mit einer Schaufelblatthöhe von 0% zu einem spitzenseitigen Ende 23 mit einer Schaufelblatthöhe von 100% erstreckt, mit zwei längs der Vorderkante angeordneten Reihen R₁, R₂ von Kühllöchern 22, die zueinander einen senkrecht zur Vorderkante 18 zu erfassenden ersten Abstand A aufweisen. Um eine Turbinenschaufel bereitzustellen, welche mit vermindertem Kühlaufwand eine weiterhin zuverlässige Kühlung der Vorderkante 18 für unterschiedliche Betriebsbedingungen einsetzbar ist, wird vorgeschlagen, dass die beiden Reihen R₁, R₂ von Kühllöchern 22 zumindest teilweise längs der Vorderkante 18 auf einer Wellenlinie angeordnet sind. Die Wellenlinie 24 ist ohne eine Änderung des Vorzeichens ihrer Krümmung derart geringfügig gekrümmt, dass die Kühllöcher 18 jeder der zumindest zwei Reihen (Ri, R2) sowohl an dem fußseitigen Ende 21 und an dem spitzenseitigen Ende 23 des Schaufelblatts weiter saugseitig angeordnet sind als die Kühllöcher 18 der entsprechenden Reihe (Ri, R2) auf halber Schaufelblatthöhe.

Ansprüche

1. Hohles Schaufelblatt (16) für eine Turbinenschaufel, umfassend eine von einem Heißgas (S) anströmbare Vorderkante, von der aus sich eine Saugseitenwand (17)und eine Druckseitenwand (19) zu einer Hinterkante (20) des Schaufelblatts (16) erstrecken, wobei das Schaufelblatt (16) in einer Querrichtung dazu sich von einem fußseitigen Ende mit einer Schaufelblatthöhe von 0% zu einem spitzenseitigem Ende (23) mit einer Schaufelblatthöhe von 100% erstreckt,

mit zumindest zwei längs der Vorderkante (18) angeordneten Reihen (R₁, R₂) von Kühllöchern (22), die zueinander einen senkrecht zur Vorderkante (18) zu erfassenden ersten Abstand (A) aufweisen, wobei die zumindest zwei Reihen (R₁, R₂) von Kühllöchern (22) zumindest teilweise längs der Vorderkante (18) auf einer Wellenlinie angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Wellenlinie (24) ohne eine Änderung des Vorzeichens ihrer Krümmung derart geringfügig gekrümmt ist, dass die Kühllöcher (18) jeder der zumindest zwei Reihen (R₁, R₂) sowohl an dem fußseitigen Ende (21) und an dem spitzenseitigen Ende (23) des Schaufelblatts weiter saugseitig angeordnet sind als die Kühllöcher (18) der entsprechenden Reihe (R₁, R₂) auf halber Schaufelblatthöhe.

2. Schaufelblatt nach Anspruch 1,
bei dem der erste Abstand (A) zwischen den zumindest zwei Reihen (R₁, R₂) längs der Vorderkante (18) variiert.

3. Schaufelblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem für jede Schaufelblatthöhe ein Schaufelprofil (28) ermittelbar ist, welches Schaufelprofil (28) im Bereich der Vorderkante (18) einen Nasenradius (R) aufweist, wobei die Schaufelprofile auf Höhe von Kühllöchern (22) einen ersten Abstand (A) zwischen den zumindest zwei Reihen (R₁, R₂) aufweisen, dessen Größe im Bereich zwischen dem 0,4-fachen und dem 0,7-fachen des zugehörigen Nasenradius liegt.

4. Schaufelblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Abstand (A) auf halber Schaufelblatthöhe am kleinsten ist und zu den beiden Enden hinzunimmt.

5. Schaufelblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jedes Kühlloch einen den Kühlmitteldurchfluss einstellenden Drosselquerschnitt aufweist, wobei die Drosselquerschnitte einiger Kühllöcher (22) unterschiedlich groß sind.

6. Schaufelblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drosselquerschnitte der Kühllöcher (22) im Bereich der halben Schaufelblatthöhe größer sind als der Drosselquerschnitt der Kühllöcher (22) im von der halben Schaufelblatthöhe weiter entfernten Bereich.

7. Schaufelblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die zumindest zwei Reihen (R₁, R₂) von Kühllöchern (22) beidseits einer Staupunktlinie (24) der ankommenden Heißgasströmung angeordnet sind.

8. Schaufelblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem neben den zumindest zwei Reihen (R₁, R₂) druckseitig benachbart eine weitere Reihe (R₃) von Kühllöchern (18) vorgesehen ist, wobei eine Länge der weiteren Reihe (R₃) zwischen 50% und 60% der Schaufelblatthöhe beträgt und die weitere Reihe (R₃) im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Enden (21, 23) des Schaufelblatts (16) angeordnet ist.

9. Turbinenschaufel (10) für eine stationäre Gasturbine, umfassend ein Schaufelblatt (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche, vorzugsweise ausgestaltet als Turbinenleitschaufel.

Claims

1. Hollow aerofoil (16) for a turbine blade,

comprising a leading edge against which a hot gas (S) is able to flow and from which a suction-side wall (17) and a pressure-side wall (19) extend to a trailing edge (20) of the aerofoil (16), wherein, in a transverse direction with respect thereto, the aerofoil (16) extends from a root-side end at an aerofoil height of 0% to a tip-side end (23) at an aerofoil height of 100%,

having at least two series (R₁, R₂) of cooling holes (22) that are arranged along the leading edge (18), which, with respect to one another, have a first spacing (A) which is to be measured perpendicularly to the leading edge (18), wherein the at least two series (R₁, R₂) of cooling holes (22) are arranged at least partially on a wavy line along the leading edge (18),

characterized in that

the wavy line (24), without a change in sign of its curvature, is slightly curved in such a way that, both at the root-side end (21) and at the tip-side end (23) of the aerofoil, the cooling holes (18) of each of the at least two series (R₁, R₂) are arranged further to the suction side than the cooling holes (18) of the corresponding series (R₁, R₂) at the aerofoil mid-height.

2. Aerofoil according to Claim 1,
in which the first spacing (A) between the at least two series (R₁, R₂) varies along the leading edge (18).

3. Aerofoil according to either of the preceding claims, in which a blade profile (28) is able to be determined for any aerofoil height, which blade profile (28) has a nose radius (R) in the region of the leading edge (18), wherein, at the height of cooling holes (22), the blade profiles have between the at least two series (R₁, R₂) a first spacing (A) whose size lies in the range between 0.4 and 0.7 times the associated nose radius.

4. Aerofoil according to one of the preceding claims,
in which the first spacing (A), at the aerofoil mid-height, is at its smallest and increases towards the two ends.

5. Aerofoil according to one of the preceding claims,
in which each cooling hole has a throttle cross section which sets the cooling medium throughflow, wherein the throttle cross sections of some cooling holes (22) are of different sizes.

6. Aerofoil according to one of the preceding claims,
in which the throttle cross sections of the cooling holes (22) in the region of the aerofoil mid-height are larger than the throttle cross section of the cooling holes (22) in the region further away from the aerofoil mid-height.

7. Aerofoil according to one of the preceding claims,
in which the at least two series (R₁, R₂) of cooling holes (22) are arranged on both sides of a stagnation point line (24) of the incoming hot-gas flow.

8. Aerofoil according to one of the preceding claims,
in which, besides the at least two series (R₁, R₂), a further series (R₃) of cooling holes (18) is provided adjacently on the pressure side, wherein a length of the further series (R₃) is between 50% and 60% of the aerofoil height, and the further series (R₃) is arranged substantially centrally between the two ends (21, 23) of the aerofoil (16).

9. Turbine blade (10) for a stationary gas turbine, comprising an aerofoil (16) according to one of the preceding claims, preferably in the form of a turbine guide blade.

Revendications

1. Corps (16) creux d'une aube de turbine, comprenant un bord avant sur lequel peut passer un gaz (S) chaud et duquel s'étend une paroi (17) d'extrados et une paroi (19) d'intrados vers un bord (20) arrière du corps (16) de l'aube, le corps (16) de l'aube s'étendant dans une direction perpendiculaire à cela d'une extrémité du côté de l'emplanture en ayant une hauteur de corps d'aube de 0% à une extrémité (23) du côté de la pointe en ayant une hauteur de corps d'aube de 100%,

comprenant au moins deux rangées (R₁, R₂) de trous (22) de refroidissement, qui sont disposées le long du bord (18) avant et qui ont entre elles une première distance (A), à prendre perpendiculairement au bord (18) avant, les au moins deux rangées (R₁, R₂) de trous (22) de refroidissement étant disposées au moins en partie sur une ligne ondulée le long du bord (18) avant,

caractérisé en ce que

la ligne (24) ondulée est, sans modification du signe de sa courbure, incurvée légèrement de manière à ce que les trous (22) de refroidissement de chacune des au moins deux rangées (R₁, R₂) soient disposés à la fois, à l'extrémité (21) du côté de l'emplanture et à l'extrémité (23) du côté de la pointe du corps de l'autre, davantage du côté de l'extrados que les trous (22) de refroidissement des rangées (R₁, R₂) correspondantes à mi-hauteur du corps de l'aube.

2. Corps d'aube suivant la revendication 1,
dans lequel la première distance (A) entre les au moins deux rangées (R₁, R₂) varie le long du bord (18) avant.

3. Corps d'aube suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque hauteur du corps de l'aube, un profil (28) d'aube peut être déterminé, lequel profil (28) d'aube a, dans la partie du bord (18) avant, un rayon (R) de bec, dans lequel les profils de l'aube ont, au niveau des trous (22) de refroidissement, une première distance (A) entre les au moins deux rangées (R₁, R₂), dont la dimension est dans la plage comprise entre 0,4 fois et 0,7 fois le rayon du bec associé.

4. Corps d'aube suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la première distance (A) est la plus petite à mi-hauteur du corps de l'aube et augmente vers les deux extrémités.

5. Corps d'aube suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque trou de refroidissement a une surface transversale d'étranglement réglant le débit de fluide de refroidissement, les sections transversales d'étranglement de certains trous (22) de refroidissement ayant des dimensions différentes.

6. Corps d'aube suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel les sections transversales d'étranglement des trous (22) de refroidissement sont plus grandes dans la partie de la mi-hauteur du corps de l'aube que la section transversale d'étranglement des trous (22) de refroidissement dans la partie plus loin de la mi-hauteur du corps de l'aube.

7. Corps d'aube suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel les au moins deux rangées (R₁, R₂) de trous (22) de refroidissement sont disposées des deux côtés d'une ligne (24) de points d'arrêt du courant de gaz chaud arrivant.

8. Corps d'aube suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu, outre les au moins deux rangées (R₁, R₂), au voisinage de l'intrados, une autre rangée (R₃) de trous (22) de refroidissement, une longueur de l'autre rangée (R₃) représentant entre 50% et 60% de la hauteur du corps de l'aube et l'autre rangée (R₃) étant disposée sensiblement au milieu entre les deux extrémités (21, 23) du corps (16) de l'aube.

9. Aube (10) d'une turbine à gaz fixe,
comprenant un corps (16) d'aube suivant l'une des revendications précédentes, conformée de préférence en aube directrice de turbine.

Zeichnung