DE10316974A1

DE10316974A1 - Kühlbares Turbinenblatt mit Rippen im Kühlkanal

Info

Publication number: DE10316974A1
Application number: DE2003116974
Authority: DE
Inventors: Sacha Parneix; Bernhard Weigand
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-04-12
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kühlbares Turbinenblatt (1), im Wesentlichen bestehend aus einem Schaufelfuß und einem Blattbereich, welches Turinenblatt (1) eine druckseitige Wand (8) und eine saugseitige Wand (9) aufweist, wobei die beiden Wände (8, 9) an der Anströmkante (4) über eine Anströmregion (6) und an der Abströmkante (5) über eine Abströmregion (7) unter Bildung eines einzigen, im Wesentlichen radial verlaufenden Hohlraumes für Kühlluft (10) miteinander verbunden sind, und wobei wenigstens eine Rippe (11) im Hohlraum angeordnet ist, welche Rippe (11) von wenigstens einer Wand (8, 9) in den Hohlraum hineinragend ausgebildet ist. Eine besonders effiziente Kühlwirkung von im Hohlraum strömender Kühlluft (10) kann dadurch erreicht werden, dass die Rippe (11) an wenigstens einer Stelle einen Unterbruch (15) aufweist und dass die lokale, im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Turbinenblattes (1) betrachtete Höhe (h) der Rippe (11) entlang der Rippe (11) variabel ausgebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kühlbares Turbinenblatt im wesentlichen bestehend aus einem Schaufelfuss und einem Blattbereich, welches Turbinenblatt eine druckseitige Wand und eine saugseitige Wand aufweist, wobei die beiden Wände an der Anströmkante über eine Anströmregion und an der Abströmkante über eine Abströmregion unter Bildung eines einzigen, im wesentlichen radial verlaufenden Hohlraumes für Kühlluft miteinander verbunden sind. Dabei ist wenigstens eine Rippe im Hohlraum angeordnet, welche von wenigstens einer Wand in den Hohlraum hineinragend ausgebildet ist. Beim Turbinenblatt kann es sich dabei um eine Laufschaufel oder um eine Leitschaufel handeln.

STAND DER TECHNIK

Um den grossen thermischen Belastungen in Gasturbinen, wie sie bei den heutigen hohen Prozesstemperaturen auftreten, gerecht zu werden, müssen sowohl Leitschaufeln wie auch Laufschaufeln gekühlt werden, damit keine Schädigungen des Materials auftreten. Die Kühlung sollte dabei möglichst effizient verlaufen, d. h. eine möglichst geringe Menge an Kühlluft sollte derart Einsatz finden, dass insbesondere die kritischen Stellen, d. h. jene Stellen, bei welchen Temperaturmaxima am ehesten auftreten, stets genügend gekühlt sind. Dabei ist es möglich, die Schaufeln entweder mit einer internen Kühlung zu kühlen, oder aber auch mit einer Kühlung durch ein externes Überströmen von Kühlluft (z. B. Filmkühlung), gegebenenfalls zusätzlich unter Verwendung von Dampf. Bei der internen Kühlung wird üblicherweise so vorgegangen, dass die Schaufel als Hohlprofil ausgebildet ist, und Kühlluft durch den Hohlraum gewissermassen im Inneren der Schaufel zur Kühlung verwendet wird. Dabei sollten auf der einen Seite die Wände möglichst dick sein um die Stabilität der Schaufel zu erhalten, auf der anderen Seite sollten die Wände so dünn sein, dass die interne Kühlung genügende Effizienz entwickeln kann. Ausserdem sollte die Kühlluft so durch den Hohlraum geleitet werden, dass die Kühlwirkung insbesondere an den kritischen Stellen optimal ist, d. h. an diesen Stellen ein möglichst hoher Wärmeübergang stattfinden kann.

Insbesondere bei modernen, aerodynamisch hoch optimierten Schaufeln wie z. B. rotierenden Niederdruckschaufeln stellt sich das Problem, dass im Randbereich, das heisst in der Nähe der Anströmkante und der Abströmkante, in Folge des dort nur sehr dünn ausgebildeten inneren Hohlraumes und infolge des Strömungsverhaltens der Kühlluft, die Kühlwirkung in diesen Bereichen üblicherweise nur schlecht ist. Diese Randzonen werden nur schlecht durchströmt und entsprechend resultiert dort eine hohe Temperatur des Kühlmediums bei schlechtem Wärmeübergang. Die daraus folgenden hohen Temperaturen des Metalls in diesen Bereichen führen zu grosser thermischer Belastung, was in Kriechen und Rissbildung in diesen Bereichen und damit verbundener schneller Ermüdung des Materials resultieren kann.

So beschreiben z. B. die US 4,775,296 sowie die US 5,403,157 Schaufeln, deren Kühlkanäle Rippen aufweisen, welche zur kontrollierteren, d. h. thermisch effizienteren Durchströmung mit Kühlluft beitragen. Ebenso beschreibt die US 5,919,031 Turbinenschaufeln, welche im Kühlkanal Rippen aufweisen, welche insbesondere in Form von Winkeln vorgesehen sind, und welche eine über ihre Länge variable Höhe aufweisen, und insbesondere z. B. in Bezug auf die lokale Tiefe des Hohlraums zu dieser proportional ausgestaltet sind.

Des Weiteren ist es bekannt, in rechteckigen Kanalprofilen von Gasturbinenschaufeln Rippen konstanter Rippenhöhe vorzusehen, welche Unterbrüche aufweisen (vgl. dazu z. B. R. L. Webb: Principles of Enhanced Heat Transfer, Wiley, 1994; sowie J. C. Han, S. Dutta:

Internal Convection Heat Transfer and Cooling - An experimental approach, Part I-IV, VKI-LS 1995-05: Heat Transfer and Cooling in Gas Turbines). Dabei konnte gezeigt werden, dass unterbrochene Rippen eine höhere thermische Performance aufweisen im Vergleich zu konventionellen durchgängigen Rippen konstanter Höhe. In diesem Zusammenhang sei insbesondere auf die Dokumente US 5,395,212, US 5,681,144, sowie EP 0939196 A2 hingewiesen, in welchen für Schaufeln mit mehreren radialen Kühlkanälen unterbrochene, respektive nur teilweise über die Breite der Kanäle verlaufende Rippen konstanter Höhe beschreiben. Außerdem sei auf die US 5,797,726 verwiesen, welche bei einem Turbinenblatt mit einem einzigen Kühlkanal (Dreiecksprofil) unterbrochene Rippen konstanter Höhe beschreibt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein kühlbares Turbinenblatt zur Verfügung zu stellen, bei welchem die interne Kühlung bei Durchströmung mit einem Kühlmedium wie z. B. Kühlluft, die Kühleffizienz möglichst hoch ist. Bei dem Turbinenblatt handelt es sich um ein Turbinenblatt im wesentlichen bestehend aus einem Schaufelfuss und einem Blattbereich, wobei eine druckseitige Wand und eine saugseitige Wand vorhanden ist, wobei die beiden Wände an der Anströmkante über eine Anströmregion und an der Abströmkante über eine Abströmregion unter Bildung eines einzigen, im wesentlichen radial verlaufenden Hohlraumes für Kühlluft miteinander verbunden sind, und wobei wenigstens eine Rippe im Hohlraum angeordnet ist, welche Rippe von wenigstens einer Wand in den Hohlraum hineinragend ausgebildet ist. Es handelt sich mit anderen Worten um ein Turbinenblatt welches einen einzigen, z. B. doppel-dreieckig ausgebildeten, und nicht weiter (z. B. durch radiale Trennwände) strukturierten Kühlkanal aufweist. Bei derartigen Turbinenblättern mit einem einzigen, radialen Kühlkanal, der sich über die gesamte axiale Länge entlang der Schaufel erstreckt, und bei welchen deshalb die Unterschiede in der Höhe des Kühlluftkanals besonders ausgeprägt sind, ist die Durchströmung von Kühlluft meist schwierig optimal einstellbar.

Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass die Rippe an wenigstens einer Stelle einen Unterbruch aufweist und dass die lokale, im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Turbinenblattes betrachtete Höhe der Rippe entlang der Rippe variabel ausgebildet ist. An Stelle der üblicherweise verwendeten durchgehenden, das heisst sich im wesentlichen von der Anströmregion bis zur Abströmregion erstreckenden Rippen werden mit anderen Worten Rippen verwendet, welche nicht durchgehend ausgebildet sind, sondern gezielt Unterbrechungen aufweisen, um das Strömungsverhalten zu optimieren. Dies geschieht bei variablen Rippen, d. h. bei Rippen, welche entlang der Verlaufsrichtung der Rippe im Kanal eine lokal unterschiedliche Höhe aufweisen.

Der Kern der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, sich die bessere thermische Performance von unterbrochenen Rippen in einem obengenannten Kühlluftkanal zu Nutze zu machen. Variable Rippen weisen den Vorteil auf, dass sich, insbesondere z. B. bei der Einstellung eines festen Verhältnisses zur lokalen Höhe des gesamten Kühlkanals, die Flussverhältnisse über die gesamte Breite des Kühlkanals spezifisch einstellen lassen. Die Kombination von derartigen variablen Rippen mit Unterbrechungen führt zu einem niedrigeren Druckabfall und damit zu einer höheren thermischen Effizienz und kann, insbesondere bei geeignet angepasster Anordnung der Unterbrechungen, zur gezielten lokalen Verbesserung der Kühlung in bestimmten Bereichen infolge der resultierenden Erhöhung der Turbulenz der Kühlluft im Kanal verwendet werden. Dies überraschenderweise auch unter den mechanisch und thermisch schwierigen Bedingungen in hoch belasteten Turbinenblättern wie z. B. bei Niederdruck-Schaufeln trotz der dort vorhandenen engen, langgezogenen Kühlkanäle. Insbesondere, aber nicht ausschliesslich, in den Randzonen kann so die thermische Effizienz der Kühlung durch die Erhöhung der lokalen Kühlluftströmung respektive -turbulenz beeinflusst und z. B. lokal stark erhöht werden. Ausserdem führen die Unterbrüche zu einer vorteilhaften Reduktion des Gewichtes des Turbinenblattes für rotierende Turbinenschaufeln.

Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die lokale, im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Turbinenblattes betrachtete Höhe des gesamten Hohlraumes variabel ausgebildet, wobei insbesondere bevorzugt der Hohlraum quasi doppel-dreiecksförmig, zulaufend in Richtung Anströmkante und in Richtung Abströmkante ausgebildet ist. Bevorzugt kann dabei die variable lokale Höhe der Rippe im wesentlichen in einem festen Verhältnis zur lokalen Höhe des gesamten Hohlraumes eingestellt werden. So ergibt sich über die gesamte Breite des Kühlkanales eine homogenes sekundäres Strömungsverhalten der Kühlluft. Das Verhältnis zwischen der Höhe der Rippe und der Höhe des gesamten Kanals beträgt dabei typischerweise 1 : 2 bis 1 : 50, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 50.

Weiterhin ist es auch möglich, dass die lokale Rippenhöhe h im Bezug auf die lokale Gesamtkanalhöhe H als bestimmte Funktion der Ortskoordinate ausgebildet ist. Dabei ist es vorteilhaft, die Funktion h/H so zu wählen, dass das Verhältnis h/H in Richtung auf die scharfkantigen Ecken des Kühlkanals z. B. proportional abnimmt. So können die Sekundärströmungen im Kanal beeinflusst werden und der lokale Wärmeübergang wird gezielt geändert.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Unterbruch eine Tiefe auf, welche wenigstens teilweise geringer als die lokale Höhe der Rippe ist. Mit anderen Worten kann es sich beim Unterbruch auch um gewissermassen einen Aussparung handeln, bei welche die Rippen nicht vollständig unterbrochen wird, sondern in diesem Bereich einfach eine wesentlich reduzierte Höhe aufweist. An der gewissermassen tiefsten Stelle des Unterbruches beträgt dabei die Höhe der Rippe typischerweise 5-30% der Höhe der Rippe in den unmittelbar an den Unterbruch grenzenden Bereichen.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnen sich die Rippen dadurch aus, dass sie sich im wesentlichen über die ganze Länge des Hohlraumes zwischen der Anströmregion und der Abströmregion erstrecken. Unter "im wesentlichen ganze Länge" sei hier auch eine Rippe zu verstehen, welche nicht bis ganz an die Anströmregion respektive Abströmregion heranragt, sondern gegebenenfalls auch kurz davor bereits aufhört.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe zulaufend unter Bildung einer Spitze ausgebildet ist und zwei Schenkel aufweist, wobei bevorzugt die Spitze in Strömungsrichtung der Kühlluft angeordnet ist, und wobei insbesondere bevorzugt jeweils ein Schenkel mit der in Bezug auf die Achse der Gasturbine axialen Richtung einen Winkel α₁ respektive α₂ im Bereich von 30 bis 90 Grad, bevorzugt unter einem Winkel im Bereich von 45 bis 60 Grad einschliesst, wobei die Winkel α₁ respektive α₂ der beiden Schenkel unterschiedlich sein können. Die Kombination von den erfindungsgemässen Unterbrechungen mit derartigen insbesondere spitzwinkligen Rippen erweist sich als besonders effizient. Üblicherweise werden dabei wenigstens zwei Rippen im Hohlraum angeordnet und die Spitzen in radialer Richtung zueinander ausgerichtet, d. h. die Spitzen liegen gewissermassen auf einer Linie. Die vorgeschlagenen Unterbrüche können dabei an verschiedenen Stellen dieser Rippen angeordnet sein. So können beispielsweise eine oder mehrere Unterbrüche in einem oder mehreren der Schenkel angeordnet sein, und/oder aber es ist auch möglich den Unterbruch bei der Spitze anzuordnen, so dass nicht mehr wirklich eine Spitze vorliegt, sondern einfach zwei Schenkel vorhanden sind, welche in gewinkelter Weise aufeinander gerichtet sind.

Gemäss einer weitergehenden bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Rippen rechteckigen, quadratischen, dreieckigen, abgerundeten oder semielliptischen Querschnitt auf. Die Rippen weisen dabei bevorzugtermassen eine Höhe auf, welche um wenigstens 5 bis 30 Prozent in bezug auf die lokale Gesamttiefe des Hohlraumes in den Hohlraum hineinragen, wobei bei mehreren Rippen die Rippen insbesondere bevorzugt einen Abstand aufweisen, welcher im Bereich von 5 bis 30% der Dicke einer Rippe liegt.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Unterbrüche eine Länge von maximal 30 Prozent in Bezug auf die Gesamtlänge der Rippe zwischen der Anströmregion und der Abströmregion auf. Die Rippen können dabei entweder nur von einer Seite in den Hohlraum hineinragen, oder aber sie können sowohl von der saugseitigen Wand als auch von der druckseitigen Wand in den Hohlraum hineinragen. Dabei werden die von den verschiedenen Wänden hineinragenden Rippen bevorzugt versetzt angeordnet.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1a) einen radialen Schnitt durch ein Turbinenblatt entlang der Linie I-I in Fig. 1b); einen Schnitt durch das Profil gem. Fig. 1a) entlang der Linie II-II; und
Fig. 2a)-c): verschiedene Möglichkeiten von Design und Anordnung der Rippen bei Schnitten gem. Fig. 1a); sowie d)-f) verschiedene Möglichkeiten von Design und Anordnung der Unterbrüche bei Schnitten gem. Fig. 1b).

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein kühlbares Turbinenblatt 1 nach dem Stand der Technik in einem radialen Schnitt (a, I-I) und in einem Schnitt entlang der Rippen 11 (b, II-II) durch ein Blatt nach Fig. 1a). Es handelt sich dabei um eine hoch optimierte Schaufelgeometrie, wie sie insbesondere bei rotierenden Schaufeln bei Niederdruckturbinen verwendet wird. Das Turbinenblatt 1 ist äls Hohlprofil ausgebildet, wobei die druckseitige Wand 8, d. h. die Wand, welche dem heissen Luftstrom zugewandt ist, und die saugseitige Wand 9, d. h. die Wand, welche dem heissen Luftstrom abgewandt ist, im Bereich der Anströmkante 4 über eine Anströmregion 6 miteinander verbunden sind, und im Bereich der Abströmkante 5 über eine Abströmregion 7 miteinander verbunden sind. Auf Grund des aerodynamischen Profils des Turbinenblattes resultiert so ein Hohlraum, welcher die Form einer gewissermassen gekrümmten Linse, auch doppel-dreiecksförmig genannt, aufweist, das heisst in Richtung der Abströmkante 5 sowie der Anströmkante 4 verjüngt sich der radiale Kühlkanal in spitz zulaufender Weise. Das Turbinenblatt 1, hier handelt es sich um eine Laufschaufel, es kann sich aber gleichermassen um eine Leitschaufel handeln, weist, wie in Fig. 1a) im unteren Teil dargestellt, einen Fussbereich auf, bei welchem das Profil mit Auswölbungen 14 versehen ist, welche beim Aneinanderreihen der mehreren Schaufeln zu einer Plattform zusammengefügt werden.
In diesem Fall weist das Turbinenblatt 1 kein Deckband auf, und der Kühlkanal ist in radialer Richtung nach aussen offen ausgebildet. Die Kühlluft 10 wird von der axialen Seite der Schaufel in den Kühlkanal geführt und strömt dann in radialer Richtung nach aussen durch den Kühlkanal. Der Kühlkanal weist dabei spezielle V-förmige Rippen 11 auf, welche an der druckseitigen Wand 8 angebracht sind und in den Kühlkanal hineinragen. Die Rippen 11 sind V-förmig spitz zulaufend ausgebildet, d. h. sie weisen jeweils zwei Schenkel 13a (abströmseitig) und 13b (anströmseitig) auf, welche sich bei einer Spitze 12 treffen. Die Spitzen 12 der mehreren Rippen 11 sind dabei in diesem Fall ausgerichtet, das heisst die Spitzen kommen auf einer im wesentlichen radiale verlaufenden gemeinsamen Linie zu liegen. Die Schenkel 13 sind dabei um einen Winkel α₁ (13a) respektive α₂ (13b) gegenüber dieser die Spitzen verbindenden Linie abgewinkelt. Die Winkel α₁ und α₂ können dabei unterschiedliche Werte annehmen, und liegen üblicherweise im Bereich von 30 bis 90 Grad, bevorzugt im Bereich von 45 bis 60 Grad, wobei diese beiden Winkel unterschiedlich sein können.
Wie aus Fig. 1b) ersichtlich wird, weisen in diesem Fall die Rippen 11 an ihrer höchsten Stelle, welche in diesem Fall im Bereich der Spitze legt, eine Höhe h* auf. Diese Höhe h nimmt aber sukzessive sowohl in Richtung der Anströmkante 4 wie auch in Richtung der Abströmkante 5 ab, wobei das Verhältnis von Höhe der Rippe h zur Gesamthöhe des Kühlluftkanals H jeweils im wesentlichen konstant ist. Um in den Eckbereichen, d. h. an den spitz zulaufenden Enden des Kühlkanals bei Anströmregion 6 und Abströmregion 7, die Beaufschlagung mit Kühlluft zu verbessern, verjüngt sich die Rippe in diesen Randbereichen gänzlich, d. h. sie hört bereits kurz vor Ende des Kühlkanals auf.
Wie bereits eingangs geschildert, ist es auch möglich, die lokale Rippenhöhe h in Bezug auf die lokale Gesamtkanalhöhe H als Funktion der Ortskoordinate auszubilden (h/H = a + b s + c s²). Dabei ist s die lokale Ortskoordinate, a, b und c sind Konstanten. Hierbei ist es vorteilhaft, die Funktion h/H so zu wählen, dass das Verhältnis h/H in Richtung auf die scharfkantigen Ecken des Kühlkanals z. B. proportional abnimmt. Dadurch können die Sekundärströmungen im Kanal beeinflusst werden und der lokale Wärmeübergang wird gezielt geändert.
Ein derartiges Turbinenblatt weist zum Beispiel eine radiale Länge von 10 bis 100 Zentimetern auf. Als Material finden typische Materialien für Gasturbinenschaufeln Anwendung. Das im Kühlkanal strömende Kühlmedium ist in der Regel Luft, andere übliche Medien sind auch möglich.
Fig. 2a) bis c) zeigt in Schnitten, welche dem Schnitt gem. Fig. 1a) entsprechen, wie bei derartigen Schaufeln erfindungsgemäss Rippen 11 mit Unterbrüchen 15 versehen werden können.
Außerdem zeigen die Fig. 2d) bis f), welche dem Schnitt gem. Fig. 1b) entsprechen, wie die Unterbrüche strukturiert werden können. Fig. 2d) zeigt dabei eine Rippe mit zwei Unterbrüchen 15, wie sie z. B. auch bei der obersten, in Fig. 2a) dargestellten Rippe realisiert ist. Fig. 2e) hingegen zeigt eine Rippe mit einem Unterbruch 15, welcher im Bereich der Spitze angeordnet ist. Dieser Schnitt entspricht einer Rippe, wie sie z. B. in Fig. 2b) als oberste Rippe dargestellt ist. Besonders sei auf Fig. 2f) hingewiesen, bei welcher eine Rippe analog Fig. 2d) dargestellt ist, wobei aber die Unterbrüche 15 die Rippe nicht über die volle Tiefe unterbrechen, sondern die Rippe in ihrer Höhe nur etwas reduzieren.
Die Kombination von V-förmigen Rippen mit variabler Höhe mit Unterbrüchen erlaubt es, die Temperatur-Niveaus sowohl gewissermassen global entlang der Breite des Kühlkanales als auch lokal an den Stellen der Unterbrechungen spezifisch einzustellen. Zum Beispiel erlaubt es die Anordnung eines Unterbruches, gegebenenfalls bei mehreren Rippen in radialer Richtung hintereinander geschaltet, eine lokal höhere Strömung entlang dieses "Kanals". Dadurch ergibt sich entlang dieses Kanals eine erhöhte Turbulenz und damit eine bessere Mischung, was zu einer Verbesserung der Kühlung an diesen Stellen führt. Grundsätzlich können mit anderen Worten durch die variable Einstellung entlang der Breite des Kühlkanales die globalen Strömungsverhältnisse eingestellt werden und damit die Temperaturniveaus und die globale Verteilung. Auf der anderen Seite erlauben die vorgesehenen Unterbrüche lokal an den Stellen der Unterbrüche weitere Wärmeübertragungserhöhungen durch die damit geschaffenen Turbulenzen.
Fig. 2a) zeigt dabei die Möglichkeit, alternierend jeweils eine "lange" Rippe 11 mit jeweils einem Unterbruch in jedem der Schenkel vorzusehen. Dazwischen befinden sich "kurze" Rippen 11, bei welchen der Unterbruch gewissermassen das Ende der Schenkel 13 betrifft, das heisst die dazwischenliegenden Rippen 11 weisen wesentlich verkürzte Schenkel 13 auf. Vorteilhafterweise sind dabei die Unterbrüche 15 der "langen" Rippen derart angeordnet, dass sie in ihrer radialen Flucht von den Schenkeln 13 der "kurzen" Rippen 11 abgedeckt werden, um so eine möglichst gute Zirkulation respektive Turbulenz der Kühlluft 10 im Hohlraum zu gewährleisten. Wie bereits eingangs erwähnt können dabei die Rippen 11 sowohl an der saugseitigen Wand 9 und/oder an der druckseitigen Wand 8 angeordnet sein. Dies z. B. in versetzter Weise, das heisst es ist optional auch möglich, die "langen" Rippen 11 an der einen Wand anzubringen und die "kurzen" Rippen an der anderen Wand.
Fig. 2b) zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem wiederum "kurze" Rippen vorhanden sind, welche aber diesmal mit "langen" Rippen 11 alternieren, bei welchen der Unterbruch 15 im Bereich der Spitze angeordnet ist. Mit anderen Worten weisen somit hier die "langen" Rippen 11 keine wirkliche Spitze 12 auf, die einzelnen Schenkel 13 sind aber ebenfalls unter einem Winkel aufeinander zulaufend ausgebildet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2c) dargestellt. Dabei weisen die einen Rippen 11 jeweils in jedem Schenkel 13 einen Unterbruch 15 auf, welcher hier symmetrisch in Bezug auf die Spitze ausgeführt ist, dies ist aber nicht zwingend, die Unterbrüche können auch asymmetrisch verteilt sein (dies gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiele). Die alternierend zu diesen Rippen angeordneten anderen Rippen weisen über die gesamte Länge drei Unterbrüche 15 auf, nämlich jeweils einen Unterbruch am Ende der Schenkel 13 (also ebenfalls gewissermassen "kurze" Rippen), sowie einen weiteren Unterbruch im Bereich der Spitze, sodass auch hier, wie bereits in Fig. 2b), bei diesen Rippen gewissermassen keine wirkliche Spitze 12 vorhanden ist, sondern einfach die beiden Schenkel 13 aufeinander unter einem bestimmten Winkel zulaufend ausgebildet sind.
Typischerweise sind in den Ausführungsbeispielen gem. Fig. 2 die einzelnen Rippen bei einer Grösse des Turbinenblattes von dem Bereich von 10 bis 100 cm radialer Länge im Heissgasbereich und 3 bis 20 cm axialer Tiefe (Abstand zwischen Anströmkante 4 und Abströmkante 5) um 5 h bis 15 h voneinander beabstandet, das heisst im Kühlkanal befinden sich zwischen Plattform 14 und radialem Schaufelende zwischen 10 bis 40 Rippen 11 pro Wand (saugseitig respektive druckseitig). Die Rippen 11 weisen dabei eine Höhe h auf, welche üblicherweise im Bereich von 5 bis 30 Prozent der Gesamttiefe H des Kühlkanals an der jeweiligen Stelle beträgt. Die Unterbrüche 15 weisen eine Länge im Bereich bis 30% der gesamten Länge auf. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Turbinenblatt
2 Druckseite
3 Saugseite
4 Anströmkante
5 Abströmkante
6 Anströmregion
7 Abströmregion
8 druckseitige Wand
9 saugseitige Wand
10 radialer Kühlluftstrom
11 V-förmige Rippe
12 Spitze von 11
13a, b Schenkel von 11
14 Plattform
15 Unterbruch in 11
h Höhe der Rippe (lokale Höhe)
h* Höhe der Rippe an der Stelle der Spitze
H Höhe des Hohlraums (lokale Höhe)
s Ortskoordinate in der Schaufel entlang der Schnittlinie I-I

Claims

1. Kühlbares Turbinenblatt (1) im wesentlichen bestehend aus einem Schaufelfuss und einem Blattbereich, welches Turbinenblatt (1) eine druckseitige Wand (8) und eine saugseitige Wand (9) aufweist, wobei die beiden Wände (8, 9) an der Anströmkante (4) über eine Anströmregion (6) und an der Abströmkante (5) über eine Abströmregion (7) unter Bildung eines einzigen, im wesentlichen radial verlaufenden Hohlraumes für Kühlluft (10) miteinander verbunden sind, und wobei wenigstens eine Rippe (11) im Hohlraum angeordnet ist, welche Rippe (11) von wenigstens einer Wand (8, 9) in den Hohlraum hineinragend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (11) an wenigstens einer Stelle einen Unterbruch (15) aufweist, und dass die lokale, im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Turbinenblattes (1) betrachtete Höhe (h) der Rippe (11) entlang der Rippe (11) variabel ausgebildet ist.

2. Turbinenblatt (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale, im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Turbinenblattes (1) betrachtete Höhe (H) des gesamten Hohlraumes (10) variabel ausgebildet ist, wobei insbesondere bevorzugt der Hohlraum (10) quasi doppel-dreiecksförmig, zulaufend in Richtung Anströmkante (4) und in Richtung Abströmkante (5) ausgebildet ist.

3. Turbinenblatt (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die variable lokale Höhe (h) der Rippe (11) im wesentlichen in einem vorgegebenen und definierten Verhältnis zur lokalen Höhe (H) des gesamten Hohlraumes (10) steht, wobei dieses Verhältnis insbesondere bevorzugt eine (polynomische) Funktion einer entlang der Rippe (11) verlaufenden Ortskoordinate (s) ist.

4. Turbinenblatt (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die variable lokalen Höhe (h) der Rippe (11) im wesentlichen in einem konstanten Verhältnis (h/H) zur lokalen Höhe (H) des gesamten Hohlraumes (10) steht, wobei bevorzugt dieses konstanten Verhältnis (h/H) im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 50, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 10 liegt.

5. Turbinenblatt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbruch (15) eine Tiefe aufweist, welche wenigstens teilweise geringer als die lokale Höhe (h) der Rippe (11) ist.

6. Turbinenblatt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (11) sich im wesentlichen über die ganze Länge des Hohlraumes zwischen der Anströmregion (6) und der Abströmregion (7) erstreckt.

7. Turbinenblatt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (11) zulaufend unter Bildung einer Spitze (12) ausgebildet ist und zwei Schenkel (13) aufweist, wobei bevorzugt die Spitze (12) in Strömungsrichtung der Kühlluft (10) angeordnet ist, und wobei insbesondere bevorzugt jeweils ein Schenkel (13) mit der in Bezug auf die Achse der Gasturbine axialen Richtung einen Winkel (α₁, α₂) im Bereich von 30 bis 90 Grad, bevorzugt unter einem Winkel im Bereich von 45 bis 60 Grad einschliesst, wobei die Winkel (α₁, a₂) der beiden Schenkel (13) unterschiedlich sein können.

8. Turbinenblatt (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Rippen (11) im Hohlraum angeordnet sind, wobei die Spitzen (12) in radialer Richtung zueinander ausgerichtet sind.

9. Turbinenblatt (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterbruch (15) im Bereich der Schenkel (13) und/oder im Bereich der Spitze (12) angeordnet ist.

10. Turbinenblatt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rippe (11) einen rechteckigen, quadratischen, dreieckigen, abgerundeten oder semielliptischen Querschnitt aufweist.

11. Turbinenblatt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Rippen die Rippen (11) insbesondere bevorzugt einen Abstand aufweisen, welcher im Bereich von 5 bis 20% der Dicke einer Rippe (11) liegt.

12. Turbinenblatt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Unterbruch (15) eine Länge von im Bereich bis 30 Prozent in Bezug auf die Gesamtlänge der Rippe (11) zwischen der Anströmregion (6) und der Abströmregion (7) aufweist.

13. Turbinenblatt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (11) sowohl von der saugseitigen Wand (9) als auch von der druckseitigen Wand (8) in den Hohlraum hineinragen, wobei die von den verschiedenen Wänden (8, 9) hineinragenden Rippen bevorzugt versetzt angeordnet sind.

14. Turbinenblatt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Leitschaufel oder eine Laufschaufel insbesondere für eine Gasturbine oder eine Niederdruckgasturbine handelt.

15. Verfahren zur Kühlung eines Turbinenblattes (1) im wesentlichen bestehend aus einem Schaufelfuss und einem Blattbereich, welches Turbinenblatt (1) eine druckseitige Wand (8) und eine saugseitige Wand (9) aufweist, wobei die beiden Wände (8, 9) an der Anströmkante (4) über eine Anströmregion (6) und an der Abströmkante (5) über eine Abströmregion (7) unter Bildung eines einzigen, im wesentlichen radial verlaufenden Hohlraumes für Kühlluft (10) miteinander verbunden sind, und wobei wenigstens eine Rippe (11) im Hohlraum angeordnet ist, welche Rippe (11) von wenigstens einer Wand (8, 9) in den Hohlraum hineinragend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft (10) im Kühlkanal über wenigstens eine Rippe (11) geleitet wird, welche an wenigstens einer Stelle einen Unterbruch (15) aufweist und dass die lokale, im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Turbinenblattes (1) betrachtete Höhe (h) der Rippe (11) entlang der Rippe (11) variabel ausgebildet ist.

16. Verfahren gemäss Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Turbinenblatt (1) um ein Turbinenblatt gemäss einem der Ansprüche 2 bis 14 handelt.