DE10215375A1

DE10215375A1 - Turbine blade

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.Meandering cooling channels within a turbine blade are difficult to manufacture completely in terms of casting technology. DOLLAR A A turbine blade (1) according to the invention has cooling duct walls (22) which are easy to manufacture and which later form the cooling ducts (19), the meandering shape being achieved only by an additional component (34) after the manufacturing process of the turbine blade.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a turbine blade according to Generic term of claim 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. Turbine blades often have cooling channels in one inside Meandering shape. However, such meandering forms are in Casting process for manufacturing the turbine blade is not easy to make, so the meander shape often has openings has to a core of the mold that the cooling channel forms, can be removed again after casting, whereby the opening is then closed again to the to achieve the desired meander shape.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kühlkanäle einer Turbinenschaufel aufzuzeigen, mit denen sich eine Mäanderform vereinfacht herstellen lässt. The object of the invention is therefore to provide cooling channels Show turbine blade with which a meandering shape simplified manufacture.

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. The object is achieved by claim 1 by the Turbine blade inside has a simple shape and the meander shape by a simple retrospectively light component to be installed can be produced.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausbildungen der Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 aufgelistet. Further advantageous developments are in the subclaims the turbine blade according to claim 1 listed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt. An embodiment of the invention is in the drawings shown in simplified form.

Es zeigen Show it

Fig. 1 eine Turbinenschaufel, Fig. 1 shows a turbine blade,

Fig. 2 bekannte Kühlkanäle in Mäanderform innerhalb einer Turbinenschaufel, und Fig. 2 known cooling channels in a meandering shape within a turbine blade, and

Fig. 3, 4, 5 erfindungsgemäße Turbinenschaufeln. Fig. 3, 4, 5 turbine blades according to the invention.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Turbinenschaufel, insbesondere eine Laufschaufel 1, die sich entlang einer radialen Längsachse 4 in radialer Richtung erstreckt. Fig. 1 shows a perspective view of a turbine blade, in particular a rotor blade 1, extending along a radial axis 4 in the radial direction.

Die Laufschaufel 1 weist entlang der Längsachse 4 aufeinanderfolgend einen Befestigungsbereich 7, eine daran angrenzende Schaufelplattform 10 sowie einen Schaufelblattbereich 16 auf. The rotor blade 1 has, in succession along the longitudinal axis 4, a fastening area 7 , an adjoining blade platform 10 and an airfoil area 16 .

Im Befestigungsbereich 7 ist ein Schaufelfuß 13 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufel 1 an einer Welle (nicht dargestellt) einer nicht dargestellten Strömungsmaschine dient. In the fastening area 7 , a blade root 13 is formed, which serves to fasten the moving blade 1 to a shaft (not shown) of a turbomachine, not shown.

Der Schaufelfuß 13 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. The blade root 13 is designed, for example, as a hammer head. Other configurations, for example as a fir tree or dovetail foot, are possible.

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. Metallic materials are used for the blade 1 in all areas 7 , 10 and 16 . The rotor blade 1 can be manufactured by a casting process, by a forging process, by a milling process or a combination thereof.

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. Fig. 2 shows an example of a meandering 28 of cooling passages 19 within the turbine blade according to the prior art, wherein the cooling channels 19, for example. Are arranged mainly in the airfoil portion 16.

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. The rotor blade 1 has a leading edge 31 , against which an external medium flows. The cooling channels 19 are formed by at least two cooling channel walls 22 , which can also be outer walls of the turbine blade.

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. In order to achieve a meandering shape 28 , a cooling medium in the interior of the turbine blade must be deflected in deflection areas 25 . This takes place, for example, in the area of the blade root 13 and at the radial end of the blade area 16 .

Insbesondere der Umlenkbereich 25 in der Nähe des Schaufelfußes 13 bereitet beim Gießen oben geschilderte Probleme. In particular, the deflection area 25 in the vicinity of the blade root 13 causes problems described above during casting.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 2, aber einer erfindungsgemäß ausgebildeten Laufschaufel 1. FIG. 3 shows a section of FIG. 2, but of a rotor blade 1 designed according to the invention.

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. The cooling channels 19 are formed by cooling channel walls 22 which, for example, extend at least partially in parallel along the longitudinal axis 4 and, for example, end at the same height in the radial direction and can also be outer walls of a turbine blade 1 .

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. The cooling medium should flow from the cooling walls 22 shown in FIG. 3 around the central cooling wall 22 , as is indicated by the arrow 59 . This is made possible by an insert 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. The insert 34 is V-shaped 37 at one radial end and rests with its first V-leg 40 on the cooling duct wall 22 on the left in the drawing and with its second V-leg 43 on the right, ie in the axial direction 58 , which runs perpendicular to the longitudinal axis 4 , next to the cooling channel wall 22 .

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. The inner surface 46 of the insert 34 , which now forms the cooling duct 19 with the cooling duct walls 22 , is designed, for example, in the deflection region 25 to be concave, in particular in terms of flow technology.

Der Einsatz 34 erstreckt sich entlang der Längsachse 4 und ist im Bereich des Schaufelfußes 13 befestigt, der leicht zugänglich ist. The insert 34 extends along the longitudinal axis 4 and is fastened in the area of the blade root 13 , which is easily accessible.

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. The cooling medium flows in the radial direction 4, for example, from the airfoil area 16 to the deflection area 25 , is deflected there by more than 90 °, here, for example, by 180 °, and flows back in the opposite radial direction 4, for example, into the airfoil area 16 .

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 3. FIG. 4 shows a section of 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. The insert can, but does not have to, be firmly connected to the cooling duct walls 22 in the region of its V-legs 40 , 43 . There are various options for how the insert 34 bears against the cooling duct wall 22 . In FIG. 4, the cooling duct wall 22 has a notch 55 at a radial end 49 , against which a radial end 52 of the first V-leg 40 comes into positive contact, ie the insert 34 is supported on the cooling duct wall 22 in this area , so that no swirling of the flowing cooling medium occurs.

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. A further exemplary embodiment for the application of the insert 34 to the cooling duct wall 22 is shown in FIG. 5. There, the cooling duct wall 22 has a round shape at its radial end 49 , which is enclosed by a complementary radial end 52 of the V-leg 40 of the insert 34 , so that the insert 34 is also supported on the cooling duct wall 22 here .

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
The turbine blade can be a rotor blade or guide blade of any turbine, in particular a steam or gas turbine. LIST OF REFERENCES 1 turbine blade
4 longitudinal axis
7 fastening area
10 bucket platform
13 blade root
16 airfoil area
19 cooling channel
22 cooling duct wall
25 deflection area
28 meandering shape
31 leading edge
34 use
37 V shape
40 first V-leg
43 second V-leg
46 inner surface of 34
49 radial end of 22
52 radial end of 40 , 43
55 incision
58 axial direction
59 flow direction

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. 1. turbine blade which is at least partially hollow on the inside,
wherein there are at least three cooling channel walls in the interior of the turbine blade, which form cooling channels,
characterized in that
at least two cooling duct walls ( 22 ) are connected to one another by an insert ( 34 ) in the turbine blade ( 1 ),
that a deflection area ( 25 ) is formed on at least one radial end ( 49 ) of at least one cooling channel wall ( 22 ) for a medium flowing in the cooling channels ( 19 ).

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. 2. Turbine blade according to claim 1, characterized in that
the insert ( 34 ) has a V-shape ( 37 ),
wherein a first V-leg ( 40 ) of the V-shape ( 37 ) bears against the cooling channel wall ( 22 ) and a second V-leg ( 43 ) of the V-shape ( 37 ) on the next but one in the axial direction ( 58 ) Cooling channel wall ( 22 ) is present.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einsatz (34) die Kühlkanäle (19) mäanderförmig ausgebildet sind. 3. Turbine blade according to claim 1, characterized in that the cooling channels ( 19 ) are meandering through the insert ( 34 ).

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. 4. Turbine blade according to claim 1, characterized in that the insert ( 34 ) extends in the radial direction ( 4 ) and at least in the region of a blade root ( 13 ) of the turbine blade ( 1 ) is fastened.

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. 5. Turbine blade according to claim 1, characterized in that at least one V-leg ( 40 ) at its radial end ( 52 ) bears positively against a radial end ( 49 ) of the cooling channel wall ( 22 ).

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. 6. Turbine blade according to claim 1, characterized in that at least two cooling channels ( 19 ) in the area facing a blade root ( 13 ) of the turbine blade ( 1 ) are open and extend approximately parallel to a radial direction ( 4 ) of the turbine blade ( 1 ) ,