DE19944923A1

DE19944923A1 - Turbinenschaufel für den Rotor einer Gasturbine

Info

Publication number: DE19944923A1
Application number: DE1999144923
Authority: DE
Inventors: Herbert Brandl; Rainer Conzelmann; Stephen Howarth; Bernhard Weigand
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Ansaldo Energia Switzerland AG
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: DE19944923B4

Abstract

Bei einer Turbinenschaufel (1) für den Rotor einer Gasturbine, welche Turbinenschaufel (1) an ihrem freien Ende eine Schaufelkrone (8) mit einer Kappe (5) aufweist, welche Kappe (5) randseitig von radial nach außen vorstehenden Schienen (6, 7) umfasst ist, sind zur besseren Kühlung der Schaufelkrone (8) im Inneren der Schienen (6, 7) von Kühlluft durchströmte Hohlräume (9) untergebracht.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinen. Sie betrifft eine Turbinenschaufel für den Rotor einer Gasturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Turbinenschaufel ist z. B. aus der Druckschrift EP-A1-0 684 364 be kannt.

STAND DER TECHNIK

Bei den Turbinenschaufeln für den Rotor einer Gasturbine, d. h., bei den Lauf schaufeln einer Gasturbine, lassen sich Schaufeln mit und ohne Deckband unter scheiden. Bei Laufschaufeln ohne Deckband, auf die sich die vorliegende Erfin dung bezieht, ist der Schaufelspitzenbereich oder die Schaufelkrone aufgrund der exponierten Lage am Spalt zwischen Schaufel und der gegenüberliegenden Wan dung (Wärmestausegment) einer hohen Temperaturbelastung durch das Heissgas ausgesetzt. Als Folge treten Oxidations- und LCF-Probleme (LCF = low cycle fatigue = niederzyklische Ermüdung) auf. Durch die oxidativen Angriffe wird der Spalt zum Wärmestausegment vergrössert, was eine Wirkungsgradverschlechte rung der Turbine zur Folge hat. Weiter können Risse, die durch LCF entstehen, und sehr starke Oxidation den im Inneren der Schaufel angeordneten Kühlkanal freilegen, so dass die Kühlung der gesamten Schaufel zusammenbricht, was ei nen totalen Verlust der Schaufel zur Folge hat.

Weiter ist es bei hohen Schaufelkronentemperaturen nur schwer oder gar nicht möglich, ein sogenanntes "Rubbing"-System, bestehend aus einem Schleifmittel ("Abra sive") auf der Krone und einem Abschleifmaterial ("Abradable") auf dem Wär mestausegment zu verwirklichen. Der Grund dafür ist, dass bei zu hohen Kronen temperaturen das Matrixmaterial auf der Krone, in welches die Schleifmittel einge bettet sind, mit den Schleifmitteln reagieren. Das führt zu einer Verschlechterung des Verbunds Matrix-Schleifmittel, was seinerseits zum Herausfallen der Schleif mittel beim Anstreifen führt.

Ein Grund für die hohen Metalltemperaturen ist anhand der Fig. 1 leicht zu erklä ren. Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Schaufelkrone 8 einer Turbinen schaufel 1, die bezüglich der Heissgasströmung eine Saugseite 2 und eine Druck seite 3 aufweist, ist oben durch eine Kappe 5 abgeschlossen, die randseitig von radial nach aussen vorstehenden Schienen ("rails") 6 und 7 umschlossen ist (siehe auch Fig. 7). Die Kühlung der Turbinenschaufel 1 erfolgt von Innen mittels eines Kühlkanals 4, der von Kühlluft durchströmt wird. Die dem Heissgas ausge setzte (äussere) Kronenfläche (gestrichelte Linie in Fig. 1) ist nun gegenüber der mit Kühlluft benetzten (inneren) Kronenfläche (strichpunktierte Linie in Fig. 1) er kennbar wesentlich geringer, so dass die Schaufelkrone 8 schon aus diesem Grunde nicht ausreichend gekühlt werden kann. Ein anderer (möglicher) Grund ist ein zu grosser Spalt für das Heissgas.

Um die Metalltemperaturen zu erniedrigen, wird dann in der Regel auf der Druck seite der Laufschaufel Kühlluft ausgeblasen. Eine weitere Variante wird in EP-A1-0 684 364 beschrieben. Hier wird zusätzlich noch im Kronenbereich in der Nähe der saugseitigen Schiene und an der Hinterkante ausgeblasen. In allen Fällen mischt sich die Kühlluft mit dem Heissgas und senkt die Heissgastemperatur. Da die Temperaturerniedrigung durch Einmischung von kalter Luft nicht sehr effektiv ist, muss sehr viel Kühlluft zugemischt werden. Die entstehenden Mischverluste und der erhöhte Kühlluftverbrauch wirken sich aber nachteilig auf den Wirkungs grad der Turbine aus.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gekühlte Turbinenschaufel zu schaffen, welche die Nachteile bisher bekannter Lösungen vermeidet, und sich insbeson dere durch eine wirksame Kühlung der Schaufelkrone bei gleichzeitig geringem Kühlluftverbrauch auszeichnet.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Um die Kronentemperatur zu erniedrigen, werden gemäss der Erfindung in die um laufenden Schienen der Krone zusätzliche, von Kühlluft durchströmte Hohlräume eingebracht. Dadurch verbessert sich das Verhältnis von mit Kühlluft benetzter Kronenfläche zur dem Heissgas ausgesetzter Kronenfläche wesentlich. Durch die zusätzlich entstehende, mit Kühlluft beaufschlagte Fläche kann die Wärme besser abgeführt werden und dadurch die Materialtemperatur der Krone wesentlich redu ziert werden. Die vorzugsweise als umlaufende Kühlschlitze ausgebildeten Hohl räume können durch ein oder mehrere Kühlluftlöcher aus den Kühlkanälen der Schaufel mit Kühlluft gespeist werden. Die Kühlluft strömt durch die umlaufenden Kühlschlitze und wird vorzugsweise im Bereich der Hinterkante der Schaufel aus geblasen.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Turbinenschaufel nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Turbinenschaufel unterhalb der Kappe wenigstens ein mit Kühlluft beaufschlagter Kühlkanal vorgesehen ist, dass die Hohlräume in den Schienen zur Versorgung mit Kühlluft mit dem wenigstens einen Kühlkanal in Verbindung stehen, dass zur Verbindung der Hohlräume mit dem wenigstens einen Kühlkanal über die Schaufelkrone verteilt eine Mehrzahl von Kühlbohrungen vorgesehen sind. Hierdurch kann auf einfache Weise die Ver sorgung der Hohlräume sichergestellt werden. Besonders einfach lassen sich die Kühlluftbohrungen verwirklichen, wenn gemäss einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform die Kühlbohrungen als von dem wenigstens einen Kühl kanal durch die Hohlräume nach aussen durchlaufende Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, welche nach aussen hin jeweils durch einen Verschluss ver schlossen sind. Anstelle der Kühlluftbohrungen ist es aber auch denkbar, dass zur Verbindung der Hohlräume mit dem wenigstens einen Kühlkanal die Hohlräume an vorbestimmten Stellen direkt in den wenigstens einen Kühlkanal übergehen.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Turbinen schaufel zeichnet sich dadurch aus, dass zur Abfuhr der Kühlluft aus den Hohl räumen an vorgegebenen Stellen der Schaufelkrone von den Hohlräumen in den Aussenraum führende Ausblasöffnungen vorgesehen sind.

Diese Ausblasöffnungen können entweder seitlich angeordnet sein, und zwar ent weder auf der Druckseite der Turbinenschaufel, oder auf der Saugseite der Turbi nenschaufel, oder an deren Hinterkante. Es könne aber auch radial nach aussen gehende Ausblasöffnungen vorgesehen sein.

Besonders wirkungsvoll ist die Kronenkühlung, wenn gemäss einer anderen Aus führungsform der Erfindung die Hohlräume als um die Schaufelkrone umlaufende Kühlschlitze ausgebildet sind. Es kann dabei ein einziger durchgehender Kühl schlitz vorgesehen sein. Es können aber auch mehrere separate Kühlschlitze in Umfangsrichtung der Schaufelkrone hintereinander angeordnet sein und durch separate Ausblasöffnungen mit dem Aussenraum in Verbindung stehen.

Eine lokalisierte Kühlung an besonders kritischen Stellen der Schaufelkrone lässt sich erreichen, wenn gemäss einer anderen Ausführungsform die Hohlräume als einzelne, untereinander durch Verbindungskanäle verbundene Taschen ausgebil det sind.

Die Kühlwirkung der durch die Hohlräume strömenden Kühlluft lässt sich weiter erhöhen, wenn gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen Mittel zur Verbesse rung des Wärmeübergangs zwischen Kühlluft und Schienen vorgesehen sind. Diese Mittel können insbesondere in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen angeordnete Turbulatoren oder Pins umfassen, welche die Turbulenz in der Kühlluftströmung erhöhen. Denkbar sind in diesem Zusammenhang auch in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen angeordnete Stäbe oder Rip pen. Es ist aber auch denkbar, dass die Mittel Änderungen des Strömungsquer schnitts, insbesondere in Form einer Abfolge von Verengungen und Erweiterun gen, in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen umfassen.

Die Hohlräume in der Schaufelkrone sind vorzugsweise vollständig durch Giessen gebildet. Alternativ dazu können aber zur Vereinfachung der Herstellung die Hohl räume als Ausnehmungen in der Schaufelkrone ausgebildet sein, welche durch ein Deckblech, einen Aufsatz oder einen Verschluss verschlossen werden.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt eine Schaufelkrone nach dem Stand der Technik ohne spezielle Kühlmassnahmen für die Schaufelkrone;

Fig. 2 in einer zu Fig. 1 äquivalenten Darstellung ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Turbinenschaufel mit gezielt gekühl ter Krone nach der Erfindung;

Fig. 3 in einer perspektivischen Seitenansicht mit längs geschnittener Krone eine Schaufelkrone mit einer Kühlung gemäss Fig. 2, wobei die Kühlluft der Krone auf der Druckseite der Schaufel ausgebla sen wird;

Fig. 4 eine zu Fig. 3 vergleichbare Lösung nach der Erfindung, wobei die Kühlluft an der Hinterkante der Schaufel ausgeblasen wird;

Fig. 5 eine zu Fig. 3 vergleichbare Lösung nach der Erfindung, wobei die Kühlluft auf der Saugseite der Schaufel ausgeblasen wird, und der Innenbereich der Krone über einen Verbindungskanal mit dem Kühlschlitz der Krone in Verbindung steht;

Fig. 6 eine zu Fig. 3 vergleichbare Lösung nach der Erfindung, wobei mehrere hintereinander angeordnete Kühlschlitze mit separaten Ausblasöffnungen vorgesehen sind;

Fig. 7 eine Schaufelkrone nach der Erfindung in ungeschnittener per spektivischer Seitenansicht, wobei auf der Oberseite radial nach aussen gehende Ausblasöffnungen für die Kühlluft vorgesehen sind;

Fig. 8 eine zu Fig. 2 vergleichbare Krone mit zusätzlicher seitlicher Aus blasung von Kühlluft nach aussen auf der Heissgasseite der Schaufel;

Fig. 9 eine zu Fig. 8 vergleichbare seitliche Ausblasung in den Innen raum der Krone;

Fig. 10 in einer zu Fig. 2 vergleichbaren Darstellung gekühlte Kronen nach der Erfindung mit unterschiedlicher Aussenkontur (Teilfigu ren A und B) sowie zusätzlichen Mitteln in den Kühlschlitzen zur Verbesserung der Kühlung (Teilfiguren C und D);

Fig. 11 verschiedene, vom Rechteck abweichende Formen des Quer schnittsprofils der Kühlschlitze bzw. Hohlräume bei einer Kronen kühlung nach der Erfindung;

Fig. 12 in der Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Kühlungs-Hohlräumen in Form von untereinander verbundenen Taschen;

Fig. 13 das Beispiel der Fig. 12 in der Draufsicht von oben;

Fig. 14 in verschiedenen Teilfiguren A-D verschiedene Massnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs in den Kühlschlitzen einer erfindungsgemäss gekühlten Schaufelkrone;

Fig. 15 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem durch geeignete Formgebung eine direkte Verbindung zwischen den Kühlschlitzen und dem Kühlkanal erzeugt wird, im Querschnitt (Teilfigur A) und im Längsschnitt (Teilfigur B);

Fig. 16 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Kühlschlitze durch Aufschweissen, Löten oder anderweitiges Aufbringen von Deckblechen auf die Krone erzeugt werden;

Fig. 17 ein zu Fig. 16 vergleichbares Ausführungsbeispiel, bei dem ein Deckblech eingesetzt ist, und

Fig. 18-21 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen die Kühl schlitze in der Krone unter Verwendung von Deckblechen, Aufsät zen oder Verschlüssen realisiert werden.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben. Um die Kronentemperatur zu erniedrigen, werden in die umlau fenden Schienen ("rails") 6 und 7 der Schaufelkrone 8 zusätzliche Kühlschlitze 9 eingebracht. Wie an Fig. 2 leicht zu erkennen ist, verbessert sich das Verhältnis von der mit Kühlluft benetzter Kronenfläche zu der dem Heissgas ausgesetzten Kronenfläche wesentlich, weil zu den benetzten Flächen die Innenwände der Kühlschlitze 9 hinzukommen. Durch die zusätzlich entstehende Kühlluftfläche kann die Wärme besser abgeführt werden und dadurch die Materialtemperatur der Krone wesentlich reduziert werden. Die umlaufenden Kühlschlitze 9 werden durch eine oder mehrere Kühlluftbohrungen 10 aus den Kühlkanälen 4 der Turbinen schaufel 1 gespeist. Die Kühlluftbohrungen 10 sind in diesem Beispiel der einfa chen Herstellbarkeit wegen als von dem Kühlkanal 4 durch die Kühlschlitze 9 nach aussen durchlaufende Durchgangsbohrungen ausgebildet, welche nach aussen hin jeweils durch einen Verschluss (11) verschlossen sind. Die Kühlluft strömt durch den umlaufenden Kühlschlitz 9 und wird vorzugsweise im Bereich der Hin terkante der Turbinenschaufel 1 durch eine geeignete Ausblasöffnung (14 in Fig. 3) ausgeblasen.

In Fig. 3 ist die Hinterkantenausblasung auf der Druckseite 3 der Turbinenschaufel 1 realisiert. Die Hinterkantenausblasung kann aber auch direkt durch eine in der Hinterkante 16 angeordnete Ausblasöffnung 15 erfolgen (Fig. 4), oder durch eine Ausblasöffnung 17 auf der Saugseite 2 der Schaufel (Fig. 5). Wenn es von Vorteil ist, dann kann - wie in Fig. 6 dargestellt - die Kühlluft durch hintereinander ange ordnete separate Kühlschlitze 9, 9' und 9" geführt und durch mehrere Ausblasöff nungen 14, 19 und 20 an einer oder mehreren anderen Stellen der Krone ausge blasen werden. Dies kann - wie in Fig. 6 gezeigt - zur Heissgasseite (nach aus sen) hin oder, wenn dies von Vorteil ist, auch in die Krone selbst (nach innen) ge schehen. Es werden dann pro separatem Kühlschlitz bzw. Kühlschlitzsegment 9, 9', 9" ein oder mehrere Kühlluftbohrungen 10 zur Kühlluftzuführung benötigt.

Es ist hier allerdings auch möglich, dass die Luft in einem definierten Querschnitt, der starken Überhitzungen ausgesetzt ist, ausgeblasen wird. Das hilft dann, den effektiven Durchströmquerschnitt über die Krone zu verkleinern. Damit ist es mög lich, die Schaufelkrone 8 lokal zu kühlen. Fig. 7 im Zusammenhang mit Fig. 2 zeigt ein solches Beispiel. In Fig. 7 (Fig. 2) ist die lokale Ausblasung radial nach aus sen, d. h., senkrecht zur Deckfläche der Krone, mittels entsprechender Ausblasöff nungen 12, 13 dargestellt. Eine seitliche Ausblasung zeigen die Fig. 8 und 9. In Fig. 8 wird Kühlluft aus dem Kühlkanal 4 durch schräg nach oben verlaufende Ausblasöffnungen 21 auf der Heissgasseite radial nach aussen ausgeblasen. In Fig. 9 wird Kühlluft über Kühlluftbohrungen 23, den Kühlschlitz 9 und Ausblasöff nungen 22 in den Innenraum der Krone ausgeblasen.

Der Kühlschlitz 9 braucht nicht auf beiden Seiten (in beiden Schienen 6, 7) vorge sehen zu sein. Es ist auch möglich, dass er nur auf einer Seite oder nur an einer oder mehreren bestimmten Stellen der Krone vorhanden ist (je nach den Erforder nissen der Konstruktion). Je nachdem, was für die Konstruktion den grösseren Vorteil bietet, kann man den Innenraum der Krone mit der Hinterkante durch einen Verbindungskanal 18 verbinden (siehe Fig. 5 und 6) oder ohne Verbindung aus führen (siehe Fig. 3 und 4).

Fig. 10A-D und Fig. 11A-C zeigen weitere mögliche Varianten der Schienengeo metrie im Querschnitt. Der Querschnitt muss nicht rechteckig sein, sondern kann sowohl innen beliebige Form aufweisen (siehe z. B. Fig. 11A-C), als auch aussen an den Randkonturen 24, 25 (Fig. 10A, B), je nach den Erfordernissen der Kon struktion.

Der Kühlschlitz 9 kann weiterhin mit strömungstechnischen Mitteln versehen wer den, die es möglich machen, den Wärmeübergang lokal nach den Erfordernissen der Konstruktion einzustellen. Mögliche Beispiele dafür sind im Kühlschlitz ange ordnete Turbulatoren 26 (Fig. 10C) oder Stäbe 27 (Fig. 10D). Ein anderes Beispiel sind die Querschnittsverläufe eines Kühlschlitzes 9 (Schnitt in Längsrichtung der Schienen) in Fig. 14A-D.

Der umlaufende Kühlschlitz 9 oder die Kühlschlitzsegmente 9, 9', 9" können be reits während des Gusses mit in die Turbinenschaufel eingearbeitet werden. Sie können dabei oben geschlossen oder offen sein. Für den Fall, dass sie oben offen sind, sind sie durch Schweissen, Weitspaltlöten oder ein anderes geeignetes Verfahren zu schliessen. In Abb. 17 ist eine Verschlussvariante mit eingelötetem oder eingeschweisstem Deckblech 39 dargestellt. Die Kühlluftbohrungen bzw. -löcher zur Kühlluftzuführung in den Kühlschlitz 9 oder die Kühlschlitzsegmente 9, 9', 9" können eingegossen sein oder nachträglich gebohrt werden. Bohren mit La ser, EDM, Wasserstrahl oder eine beliebige sonstige Methode sind denkbar. Für den Fall der Bohrung (10) kann es notwendig sein, das Loch oder die Löcher von der Heissgasseite her zu verschliessen (siehe Verschluss 11 in Fig. 2 und 3), um genügend Kühlluft im Schlitz zu behalten und nicht zu viel an die Oberfläche zu verlieren.

Der umlaufende Kühlschlitz 9 oder die Kühlschlitzsegmente 9, 9', 9" können aber auch nachträglich eingearbeitet werden. Bearbeitung mit Laser, EDM, Wasser strahl oder eine beliebige sonstige Methode sind denkbar. Der offene Kühlschlitz 9 oder die offenen Kühlschlitzsegmente 9, 9', 9" sind dann durch Schweissen, Weit spaltlöten oder ein anderes geeignetes Verfahren zu verschliessen. Die Kühlluft bohrungen 10 zur Kühlluftzuführung in den Kühlschlitz 9 oder die Kühlschlitzseg mente 9, 9', 9" können nachträglich gebohrt werden oder bereits eingegossen sein. Bohren mit Laser, EDM, Wasserstrahl oder eine beliebige sonstige Methode sind denkbar. Sowohl für die gebohrten als auch für die eingegossenen Kühlluft bohrungen bzw. -löcher kann es notwendig sein, dass das oder die Löcher von der Heissgasseite zu verschliessen (siehe Abb. 3 und 4) sind, um genügend Kühlluft im Schlitz zu behalten und nicht zu viel an die Oberfläche zu verlieren.

Fig. 12 und 13 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei sind in den Kronenbereich (die Schienen 6, 7) kleine Taschen 28 eingegossen (oder auch anders hergestellt), die im gezeigten Beispiel untereinander durch Ver bindungskanäle 30 verbunden sind. Damit wird es möglich, den Kronenbereich sehr effizient zu kühlen, und zwar genau dort, wo die lokalen Temperaturen zu hoch sind. Die Zufuhr der Kühlluft zu den Taschen 28 erfolgt dabei durch Kühlluft bohrungen 29, die Abfuhr durch Ausblasen über Ausblasöffnungen 31. Es können beliebig viele Taschen 28 miteinander in Verbindung stehen. Die Taschen 28 müssen aber - wie in Fig. 12 und 13 angedeutet - nicht notwendigerweise mitein ander in Verbindung stehen. Die Ausblasöffnungen 31 können auch ausgeführt sein, wie die Ausblasöffnungen 14, 15, 17, 19 und 20 in den Fig. 3 bis 6.

Abb. 14A-D zeigen - wie bereits erwähnt - verschiedene variable Verläufe des Kühlschlitzquerschnitts im Längsschnitt parallel zur Umlaufrichtung der Schienen. Durch entsprechende Anordnung von Verengungen 32 und Erweiterungen 33 (Fig. 14A) oder von Rippen 34, 35 (Fig. 14B, D) kann die Kühlwirkung gezielt be einflusst werden. Dasselbe gilt für einen mäanderförmigen Verlauf des Kühlschlit zes gemäss Fig. 14C.

Abb. 15 zeigt eine Variante, bei der an verschiedenen Stellen entlang des Um fangs der Kühlschlitz tiefer reicht bzw. eine Vertiefung 36 aufweist (Herstellung durch Giessen, Erodieren oder ein beliebiges anderes Fertigungsverfahren), um eine Kühlluftzufuhr vom Kühlkanal 4 in den oder die Kühlschlitze 9 bzw. 9, 9' und 9" zu verwirklichen. Die Fertigung wird dadurch weniger aufwendig, da es keine Löcher bzw. Bohrungen an der Heissgasseite gibt, die wieder verschlossen wer den müssen.

Fig. 16 zeigt eine Variante mit einem gebauten Kühlschlitz 9 in der Schaufelkrone 8. Der Kühlschlitz 9 wird dabei aus der gegossenen Schaufelkrone 8 und einem eingebauten Deckblech 37 in geeigneter Form gebildet. Das Deckblech 37 wird durch Schweissen, Löten oder ein anderes geeignetes Verfahren befestigt. Die Zufuhr der Kühlluft erfolgt über Kühlluftbohrungen 38 aus dem Kühlkanal 4.

Fig. 18 bis 21 zeigen weitere Varianten gebauter Kühlschlitze 9. In Fig. 18 ist der erodierte, gebohrte, gegossene oder durch ein anderes geeignetes Verfahren er zeugte offene Kanal durch einen aufgelöteten, aufgeschweissten oder in einer sonstigen, geeigneten Verbindungstechnik angebrachten Aufsatz 40 verschlos sen. Fig. 20 und 21 zeigen Formen des Aufsatzes 43 bzw. 44 mit vergrösserter Kontaktfläche, die für bestimmte Verbindungstechniken von Vorteil sein können. Um solche durch Fliehkraft und Rubbing belasteten Nähte zu vermeiden, kann gemäss Fig. 19 auch seitlich erodiert und durch Verschlüsse 41 verschlossen werden. Seitlich eingebrachte Verschlüsse 41 können mit Pins 42, Rippen oder anderen Turbulatoren versehen werden. Diese Turbulatoren können dann als Ab standshalter beim Fügen der Bauteile und zur Erhöhung der Kühleffektivität dienen. Seitliche Fertigungslösungen können von der Heissgas- oder Kroneninnenseite hergestellt werden.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine gekühlte Laufschaufel, die sich durch eine sparsame und hocheffektive Kühlung im Bereich der Schaufelkrone aus zeichnet, und sich flexibel an unterschiedliche Fertigungsmethoden und Einsatz umgebungen anpassen lässt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Turbinenschaufel

2

Saugseite

3

Druckseite

4

Kühlkanal

5

Kappe

6

,

7

Schiene

8

Schaufelkrone

9

,

9

',

9

" Kühlschlitz

10

Kühlluftbohrung

11

Verschluss

12

,

13

Ausblasöffnung

14

,

15

,

17

Ausblasöffnung

16

Hinterkante

18

Verbindungskanal

19

,

20

Ausblasöffnung

21

,

22

Ausblasöffnung

23

Kühlluftbohrung

24

,

25

Randkontur

26

Turbulator

27

Stab

28

Tasche

29

Kühlluftbohrung

30

Verbindungskanal

31

Ausblasöffnung

32

Verengung

33

Erweiterung

34

,

35

Rippe

36

Vertiefung

37

Deckblech

38

Kühlluftbohrung

39

Deckblech

40

,

43

,

44

Aufsatz

41

Verschluss

42

Claims

1. Turbinenschaufel (1) für den Rotor einer Gasturbine, welche Turbinen schaufel (1) an ihrem freien Ende eine Schaufelkrone (8) mit einer Kappe (5) auf weist, welche Kappe (5) randseitig von radial nach aussen vorstehenden Schienen (6, 7) umfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Kühlung der Schaufelkrone (8) im Inneren der Schienen (6, 7) von Kühlluft durchströmte Hohl räume (9, 9', 9"; 28) untergebracht sind.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Turbinenschaufel (1) unterhalb der Kappe (5) wenigstens ein mit Kühlluft be aufschlagter Kühlkanal (4) vorgesehen ist, und dass die Hohlräume (9, 9', 9'; 28) in den Schienen (6, 7) zur Versorgung mit Kühlluft mit dem wenigstens einen Kühlkanal (4) in Verbindung stehen.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Hohlräume (9, 9', 9"; 28) mit dem wenigstens einen Kühlkanal (4) über die Schaufelkrone (8) verteilt eine Mehrzahl von Kühlbohrungen (10) vorge sehen sind.

4. Turbinenschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbohrungen (10) als von dem wenigstens einen Kühlkanal (4) durch die Hohl räume (9, 9', 9"; 28) nach aussen durchlaufende Durchgangsbohrungen ausgebil det sind, welche nach aussen hin jeweils durch einen Verschluss (11) verschlos sen sind.

5. Turbinenschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Hohlräume (9, 9', 9"; 28) mit dem wenigstens einen Kühlkanal (4) die Hohlräume (9, 9', 9'; 28) an vorbestimmten Stellen (36) direkt in den wenig stens einen Kühlkanal (4) übergehen.

6. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass zur Abfuhr der Kühlluft aus den Hohlräumen (9, 9', 9"; 28) an vor gegebenen Stellen der Schaufelkrone (8) von den Hohlräumen (9, 9', 9"; 28) in den Aussenraum führende Ausblasöffnungen (12, . . ., 15, 17, 19, 20, 31) vorgesehen sind.

7. Turbinenschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasöffnungen (14, 15, 17, 19, 20) seitlich angeordnet sind.

8. Turbinenschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasöffnungen (14, 20) auf der Druckseite (3) der Turbinenschaufel (1) ange ordnet sind.

9. Turbinenschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasöffnungen (17, 19) auf der Saugseite (2) der Turbinenschaufel (1) ange ordnet sind.

10. Turbinenschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasöffnungen (15) an der Hinterkante (16) der Turbinenschaufel (1) angeord net sind.

11. Turbinenschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ra dial nach aussen gehende Ausblasöffnungen (12, 13, 31) vorgesehen sind.

12. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass die Hohlräume als um die Schaufelkrone (8) umlaufende Kühl schlitze (9, 9', 9") ausgebildet sind.

13. Turbinenschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger durchgehender Kühlschlitz (9) vorgesehen ist.

14. Turbinenschaufel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere separate Kühlschlitze (9, 9', 9") in Umfangsrichtung der Schaufelkrone (8) hintereinander angeordnet sind und durch separate Ausblasöffnungen (14, 19, 20) mit dem Aussenraum in Verbindung stehen.

15. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass die Hohlräume als einzelne, untereinander durch Verbindungska näle (30) verbundene Taschen (28) ausgebildet sind.

16. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen (9, 9', 9", 28) Mittel zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Kühlluft und Schienen (6, 7) vorgesehen sind.

17. Turbinenschaufel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen (9, 9', 9", 28) angeord nete Turbulatoren (26) oder Pins (42) umfassen.

18. Turbinenschaufel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen (9, 9', 9", 28) angeord nete Stäbe (27) umfassen.

19. Turbinenschaufel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen (9, 9', 9", 28) angeord nete Rippen (34, 35) umfassen.

20. Turbinenschaufel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Änderungen des Strömungsquerschnitts, insbesondere in Form einer Ab folge von Verengungen (32) und Erweiterungen (33), in den Hohlräumen bzw. Kühlschlitzen bzw. Taschen (9, 9', 9", 28) umfassen.

21. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, dass die Hohlräume (9, 9', 9", 28) in der Schaufelkrone (8) vollständig durch Giessen gebildet sind.

22. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, dass die Hohlräume (9, 9', 9", 28) als Ausnehmungen in der Schaufel krone (8) ausgebildet sind, welche durch ein Deckblech (37, 39), einen Aufsatz (40, 43, 44) oder einen Verschluss (41) verschlossen werden.