DE10215375A1

DE10215375A1 - Turbinenlaufschaufel

Info

Publication number: DE10215375A1
Application number: DE2002115375
Authority: DE
Inventors: Peter Tiemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2003-10-16
Also published as: WO2003085235A1

Abstract

Mäanderförmige Kühlkanäle innerhalb einer Turbinenschaufel sind gusstechnisch schwierig komplett herzustellen. DOLLAR A Eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel (1) weist fertigungstechnisch einfach herzustellende Kühlkanalwände (22) auf, die später die Kühlkanäle (19) bilden, wobei die Mäanderform erst durch ein zusätzliches Bauteil (34) nach dem Herstellungsprozess der Turbinenschaufel erreicht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Turbinenschaufeln weisen im Innern oft Kühlkanäle in einer Mäanderform auf. Solche Mäanderformen sind jedoch im Gussverfahren zur Herstellung der Turbinenschaufel nicht einfach herzustellen, so dass die Mäanderform oft Öffnungen aufweist, um einen Kern der Gussform, der den Kühlkanal bildet, nach dem Gießen wieder entfernen zu können, wobei die Öffnung danach wieder verschlossen wird, um die gewünschte Mäanderform zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kühlkanäle einer Turbinenschaufel aufzuzeigen, mit denen sich eine Mäanderform vereinfacht herstellen lässt.
Die Aufgabe wird dadurch den Anspruch 1 gelöst, indem die Turbinenschaufel im Innern eine einfache Form aufweist und die Mäanderform durch ein einfaches nachträglich leicht einzubauendes Bauteil herstellbar ist.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 aufgelistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 eine Turbinenschaufel,
Fig. 2 bekannte Kühlkanäle in Mäanderform innerhalb einer Turbinenschaufel, und
Fig. 3, 4, 5 erfindungsgemäße Turbinenschaufeln.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Turbinenschaufel, insbesondere eine Laufschaufel 1, die sich entlang einer radialen Längsachse 4 in radialer Richtung erstreckt.
Die Laufschaufel 1 weist entlang der Längsachse 4 aufeinanderfolgend einen Befestigungsbereich 7, eine daran angrenzende Schaufelplattform 10 sowie einen Schaufelblattbereich 16 auf.
Im Befestigungsbereich 7 ist ein Schaufelfuß 13 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufel 1 an einer Welle (nicht dargestellt) einer nicht dargestellten Strömungsmaschine dient.
Der Schaufelfuß 13 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Für die Laufschaufel 1 werden in allen Bereichen 7, 10 und 16 metallische Werkstoffe verwendet. Die Laufschaufel 1 kann hierbei durch ein Gussverfahren, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder einer Kombination daraus gefertigt sein.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Mäanderform 28 von Kühlkanälen 19 innerhalb der Turbinenschaufel nach dem Stand der Technik, wobei die Kühlkanäle 19 bspw. hauptsächlich im Schaufelblattbereich 16 angeordnet sind.
Die Laufschaufel 1 weist eine Anströmkante 31 auf, an der ein äußeres Medium vorbeiströmt. Die Kühlkanäle 19 werden durch zumindest zwei Kühlkanalwände 22 gebildet, die auch Außenwände der Turbinenschaufel sein können.
Um eine Mäanderform 28 zu erreichen, muss ein Kühlmedium im Inneren der Turbinenschaufel in Umlenkbereichen 25 umgelenkt werden. Dies findet bspw. im Bereich des Schaufelfußes 13sowie an dem radialen Ende des Schaufelblattbereichs 16 statt.
Insbesondere der Umlenkbereich 25 in der Nähe des Schaufelfußes 13 bereitet beim Gießen oben geschilderte Probleme.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 2, aber einer erfindungsgemäß ausgebildeten Laufschaufel 1.
Die Kühlkanäle 19 werden durch Kühlkanalwände 22 gebildet, die sich bspw. zumindest teilweise parallel entlang der Längsachse 4 erstrecken und beispielsweise in radialer Richtung auf gleicher Höhe enden und auch Außenwände einer Turbinenschaufel 1 sein können.
Das Kühlmedium soll von den in Fig. 3 dargestellten Kühlwänden 22 um die mittlere Kühlwand 22 strömen, wie es durch den Pfeil 59 angedeutet ist. Dies wird ermöglicht durch einen Einsatz 34.
Der Einsatz 34 ist an einem radialen Ende v-förmig 37 ausgebildet und liegt mit seinem ersten V-Schenkel 40 an der hier in der Zeichnung linken Kühlkanalwand 22 an und mit seinem zweiten V-Schenkel 43 an der rechten, d. h. in axialer Richtung 58, die senkrecht zur Längsachse 4 verläuft, übernächsten Kühlkanalwand 22 an.
Die Innenfläche 46 des Einsatzes 34, die nun mit den Kühlkanalwänden 22 den Kühlkanal 19 bildet, ist im Umlenkbereich 25 beispielsweise konkav, insbesondere strömungstechnisch optimiert, ausgebildet.
Der Einsatz 34 erstreckt sich entlang der Längsachse 4 und ist im Bereich des Schaufelfußes 13 befestigt, der leicht zugänglich ist.
Das Kühlmedium strömt in radialer Richtung 4 bspw. aus dem Schaufelblattbereich 16 bis zum Umlenkbereich 25, wird dort um mehr als 90° umgelenkt, hier bspw. um 180°, und strömt in entgegengesetzter radialer Richtung 4 bspw. in den Schaufelblattbereich 16 zurück.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 3.
Der Einsatz kann, muss aber nicht, im Bereich seiner V- Schenkel 40, 43 mit den Kühlkanalwänden 22 fest verbunden sein. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie der Einsatz 34 an der Kühlkanalwand 22 anliegt. In der Fig. 4 weist die Kühlkanalwand 22 an einem radialen Ende 49 einen Einschnitt 55 auf, an dem ein radiales Ende 52 des ersten V- Schenkels 40 formschlüssig zum Anliegen kommt, d. h. der Einsatz 34 stützt sich in diesem Bereich an der Kühlkanalwand 22 ab, so dass keine Verwirbelungen des strömenden Kühlmediums entstehen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anlage des Einsatzes 34 an die Kühlkanalwand 22 ist in der Fig. 5 gezeigt. Dort weist die Kühlkanalwand 22 an ihrem radialen Ende 49 eine runde Form auf, die von einem komplementär ausgebildeten radialen Ende 52 des V-Schenkels 40 des Einsatz 34 umschlossen wird, so dass auch hier der Einsatz 34 sich an der Kühlkanalwand 22 abstützt.
Die Turbinenschaufel kann eine Lauf- oder Leitschaufel jeder beliebigen Turbine, insbesondere einer Dampf- oder Gasturbine sein. Bezugszeichenliste 1 Turbinenschaufel
4 Längsachse
7 Befestigungsbereich
10 Schaufelplattform
13 Schaufelfuß
16 Schaufelblattbereich
19 Kühlkanal
22 Kühlkanalwand
25 Umlenkbereich
28 Mäanderform
31 Anströmkante
34 Einsatz
37 V-Form
40 erster V-Schenkel
43 zweiter V-Schenkel
46 Innenfläche von 34
49 radiales Ende von 22
52 radiales Ende von 40, 43
55 Einschnitt
58 axiale Richtung
59 Strömungsrichtung

Claims

1. Turbinenschaufel, die innen zumindest teilweise hohl ausgebildet ist,
wobei zumindest drei Kühlkanalwände im Inneren der Turbinenschaufel vorhanden sind, die Kühlkanäle bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch einen Einsatz (34) in die Turbinenschaufel (1) zumindest zwei Kühlkanalwände (22) so miteinander verbunden sind,
dass ein Umlenkbereich (25) an zumindest einem radialen Ende (49) zumindest einer Kühlkanalwand (22) für ein in den Kühlkanälen (19) strömendes Medium gebildet ist.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Einsatz (34) eine V-Form (37) aufweist,
wobei sich ein erster V-Schenkel (40) der V-Form (37) an der Kühlkanalwand (22) anliegt und ein zweiter V-Schenkel (43) der V-Form (37) an der zumindest in axialer Richtung (58) übernächsten Kühlkanalwand (22) anliegt.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz (34) die Kühlkanäle (19) mäanderförmig ausgebildet sind.

4. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einsatz (34) in radialer Richtung (4) erstreckt und zumindest im Bereich eines Schaufelfußes (13) der Turbinenschaufel (1) befestigt ist.

5. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein V-Schenkel (40) an seinem radialen Ende (52) formschlüssig an einem radialen Ende (49) der Kühlkanalwand (22) anliegt.

6. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kühlkanäle (19) in dem einem Schaufelfuß (13) der Turbinenschaufel (1) zugewandten Bereich offen sind und sich etwa parallel zu einer radialen Richtung (4) der Turbinenschaufel (1) erstrecken.