EP1413714B1 - Leitschaufel für eine Turbine - Google Patents

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EP1413714B1
EP1413714B1 EP20030007140 EP03007140A EP1413714B1 EP 1413714 B1 EP1413714 B1 EP 1413714B1 EP 20030007140 EP20030007140 EP 20030007140 EP 03007140 A EP03007140 A EP 03007140A EP 1413714 B1 EP1413714 B1 EP 1413714B1
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EP
European Patent Office
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guide vane
insert
platform
recess
turbine
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EP20030007140
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EP1413714A3 (de
EP1413714A2 (de
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Jürgen Dellmann
Martin-Ferdinand Urban
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/607—Preventing clogging or obstruction of flow paths by dirt, dust, or foreign particles

Definitions

  • the present invention relates to a guide vane for a turbine according to the preamble of claim 1 and to a turbine according to the preamble of claim 9.
  • Cooled vanes for turbines are well known.
  • the vanes have a hollow profile body, at the end of each extending to a transverse platform.
  • An insert serving as an impingement cooling plate is arranged in the cavity of the profile body at a distance from the inside of the outer wall and has a plurality of impingement cooling openings.
  • the cooling medium flows through the impact cooling holes, bounces against the inside of the outer wall and cools them.
  • a vane is for example from the EP 911 486 A2 known.
  • compressor air As a cooling medium usually compressor air is used. Although the compressor air is already cleaned before entering the compressor by means of an air filter, it still has fine particles in the order of ⁇ 10 microns. These fine particles consisting of dust, particles and sticky compounds such as e.g. Sulfur compounds can often settle inside the baffle plate. Furthermore, agglomerates and corrosion products from these particles can deposit on the impingement cooling openings of the insert, thereby reducing the cross section of the impingement cooling opening. This results in flow losses, so that sets a significantly reduced cooling effect. This can lead to thermal stresses in the outer wall, which can lead to cracking and, in the case of coated guide vanes, to the spalling of the coating.
  • Object of the present invention is therefore to provide a guide vane, are avoided in the mechanical damage during turbine operation.
  • the solution is based on the knowledge that the particles located in the cooling medium are deposited on the inner surface of the insert, preferably where the regions with a strongly decreasing flow velocity and the locations with smaller flow velocities of the cooling medium are.
  • the corresponding areas of the guide vane outer wall are characterized significantly lower cooled zones, which then have the mechanical damage.
  • the zones with the lower flow velocities are displaced from the profiled body region, which is to be intensively cooled, into a region which is cooled less locally, namely that of the platform breakthrough.
  • the exposed to the hot gas profile body is sufficiently cooled over its entire length.
  • the bottom of the insert for producing a predetermined pressure gradient in the bottom region has at least one outlet opening for the cooling medium.
  • the recess is particularly easy to produce in the casting of the guide vane, when the recess is formed as a platform breakthrough.
  • the platform breakthrough is then closed again from the outside by means of a cover plate.
  • the outlet opening has a larger bore diameter than an impingement cooling opening, it can be ensured that the lower pressure gradient lies in the region of the outlet opening.
  • the outlet opening expediently has a bore diameter in the range between 1 mm and 3 mm.
  • the vane is used in a turbine.
  • the Fig. 1 shows a gas turbine 1 in a longitudinal partial section. It has inside a rotatably mounted about a rotation axis 2 rotor 3, which is also referred to as a turbine runner. Along the rotor 3 successively follow an intake 4, a compressor 5, a toroidal annular combustion chamber 6 with a plurality of coaxially arranged burners 7, a turbine. 8 and the exhaust housing 9.
  • the annular combustion chamber 6 forms a combustion chamber 17, which communicates with an annular hot gas duct 18.
  • There four successive turbine stages 10 form the turbine 8. Each turbine stage 10 is formed of two blade rings. In the direction of flow of a working medium 11, follows in the hot gas duct 18 of a row of vanes 13 formed by a blade 15 series 14.
  • the vanes 12 are attached to the stator 13, whereas the blades 15 of a row 14 are mounted by means of a turbine disk 19 on the rotor 3. Coupled to the rotor 3 is a generator or work machine (not shown).
  • air 16 is sucked and compressed by the compressor 4 through the intake housing.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 5 is led to the burners 7 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working medium 11 in the combustion chamber 17.
  • the working medium 11 flows along the hot gas channel 18 past the guide vanes 12 and the blades 15.
  • the working fluid 11 relaxes impulsively, so that the blades 15 drive the rotor 3 and this the driven machine coupled to it.
  • the exposed to the hot working fluid 11 components are subject during the operation of the gas turbine 1 enormous thermal loads.
  • the guide vanes 12 and rotor blades 15 of the first turbine stage 10, viewed in the flow direction of the working medium 11, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks which line the annular combustion chamber 6. In order to withstand the prevailing temperatures, they are cooled by means of a cooling medium K.
  • Fig.1 shows a section through the partially illustrated vane 12 of the turbine 8.
  • the guide vane 12 has a profile body 22, at whose head end a platform 23 is arranged. The foot-side end of the vane 23 with the molded thereon second platform is not shown. Between the two platforms of the profile body portion 37 is arranged.
  • the profile body 22 extends in the flow direction of the working medium 11 seen from a circular leading edge 25 toward a pointed trailing edge 26.
  • the guide vane 12 has a slot 41 extending from the foot end to Kopf tenuem end, arranged in the round turbulators 27 are.
  • a cavity 21 is provided in the interior of the profile body 22, which is enclosed by the outer wall 40 of the profile body 22.
  • the cavity 21 extends through the head-side platform 23, so that the platform 23 has a recess 24, which is designed as a kidney-shaped platform opening 39.
  • the cavity 21 is closed gas-tight at the platform opening 39 by means of a cover cover 32.
  • the edge of the platform breakthrough 39 and the end cover 32 are welded together.
  • An insert 20 located in the cavity 21 serves as an impingement cooling plate. It is accordingly spaced from the inside 28 of the outer wall 40. Furthermore, the insert 20 has impact cooling openings 29 on its side facing the leading edge 25. These are designed as holes with a diameter of 0.7 mm.
  • the head-side platform 23 facing the end of the insert 20 projects into the platform breakthrough 39 inside. At the front side of the insert 20, this is closed with a bottom 35 in the form of a sheet.
  • the insert 20 is extended by the length V in the recess 24; the bottom 35 of the insert 20 is displaced into the platform opening 39.
  • an outlet opening 31 in the form of a bore. It is, based on the cross section of the impingement cooling opening 29, by a factor of 2 to factor 5 larger and has a diameter in the range of 1 mm to 4 mm. Alternatively, a plurality of outlet openings 31 could be provided, which together have an equivalent cross-section.
  • the working fluid 11 flows from the leading edge 25 around the outer wall 40 of the profile body 22 around to the trailing edge 26.
  • the leading edge 25 is particularly exposed to thermal stresses.
  • the guide vane 12 is supplied by the foot-side end as a cooling medium K cooling air and forwarded into the interior of the insert 20. From here, the cooling air flows at a higher speed through the impingement cooling openings 29 of the insert 20 and bounces against the inner side 28 of the outer wall 40. The outer walls 40 extending between the leading edge 25 and the trailing edge 26 are impingement-cooled in the region of the insert 20. Subsequently, the cooling air flows approximately parallel to the flow direction of the working medium 11 in the direction of the trailing edge 26. By the turbulators 27, the cooling medium K is swirled, which enhances the convective cooling effect of the cooling medium K. Thereafter, the cooling medium K exits through the slot 41.
  • the amount of relatively slowly flowing through the outlet opening 31 cooling air is determined by the downstream immediately behind the bottom 35 prevailing cooling air pressure as back pressure. Therefore, the platform breakthrough 39 is closed for pressure separation of the cooling air flow areas through the end cover 32.
  • the cooling air can flow through the outflow cross sections S1, S2 and S3 and finally escape through the cooling air openings 27 into the hot gas channel 18.
  • the recess 24 is in a relatively protected area, based on the hot working medium 11. Thus, this area is exposed to lower temperatures than the profile body 22, so that due to the lower flow velocity of the cooling air and lower cooling effect continues there is sufficient.
  • the transition region 36 from the leading edge 25 to the platform 23 out prevail substantially higher flow velocities for the cooling air than in the profile body portion 37 of the guide vane 12. Thus, in the transition region 36 also ensures sufficient cooling.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Turbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Gekühlte Leitschaufeln für Turbinen sind allgemein bekannt. Die Leitschaufeln weisen einen hohlen Profilkörper auf, an dessen Ende sich jeweils eine dazu querverlaufende Plattform erstreckt. Ein als Prallkühlblech dienender Einsatz ist im Hohlraum des Profilkörpers zur Innenseite der Außenwand beabstandet angeordnet und weist eine Vielzahl von Prallkühlöffnungen auf. Das Kühlmedium strömt durch die Prallkühlöffnungen hindurch, prallt an die Innenseite der Außenwand und kühlt diese dabei. Eine derartige Leitschaufel ist beispielsweise aus der EP 911 486 A2 bekannt.
  • Als Kühlmedium wird üblicherweise Verdichterluft eingesetzt. Obwohl die Verdichterluft bereits vor Eintritt in den Verdichter mittels eines Luftfilters gereinigt wird, weist sie weiterhin Feinpartikel in der Größenordnung < 10 µm auf. Diese Feinpartikel, die aus Staub, Teilchen und klebrigen Verbindungen wie z.B. Schwefelverbindungen bestehen können, setzen sich häufig im Inneren des Prallkühlbleches ab. Weiter können sich Agglomerate und Korrosionsprodukte aus diesen Partikeln an den Prallkühlöffnungen des Einsatzes ablagern, dabei verringert sich der Querschnitt der Prallkühlöffnung. Hierdurch entstehen Strömungsverluste, so dass sich eine erheblich verminderte Kühlwirkung einstellt. Dies kann in der Außenwand zu thermischen Belastungen führen, was zu einer Rissbildung und bei beschichteten Leitschaufeln zum Abplatzen der Beschichtung führen kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Leitschaufel anzugeben, bei der mechanische Schäden beim Turbinenbetrieb vermieden werden.
  • Die Aufgabe wird bezogen auf die Leitschaufel durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezogen auf die Turbine durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
  • Die Lösung geht von der Erkenntnis aus, dass die im Kühlmedium befindlichen Partikel sich an der inneren Oberfläche des Einsatzes bevorzugt da ablagern, wo die Bereiche mit stark abnehmender Strömungsgeschwindigkeit und die Orte mit kleineren Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmediums sind. Die dazu korrespondierenden Bereiche der Leitschaufelaußenwand sind dadurch wesentlich geringer gekühlte Zonen, welche dann die mechanischen Schäden aufweisen. Durch die Verlängerung des Einsatzes in Strömungsrichtung des Kühlmediums, d.h. der Boden des Einsatzes wird in den Plattformdurchbruch hineinverlegt, werden diese Bereiche mit kleineren Strömungsgeschwindigkeiten in die Ausnehmung hinein verlagert. Hiermit wird die Bildung einer Partikelfalle im Bodenbereich des Einsatzes mit vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeiten im Kühlmedium erzielt. Zusätzlich sind durch diese konstruktive Änderung der Geometrie des Einsatzes die Zonen mit den geringeren Strömungsgeschwindigkeiten aus dem intensiv zu kühlenden Profilkörperbereich in einen örtlich schwächer gekühlten Bereich, nämlich den des Plattformdurchbruches, verlagert. Der dem Heißgas ausgesetzte Profilkörper wird so über seine gesamte Länge ausreichend gekühlt.
  • In einer Weiterbildung weist der Boden des Einsatzes zur Herstellung eines vorgegebenen Druckgradienten im Bodenbereich zumindest eine Austrittsöffnung für das Kühlmedium auf. Dadurch erfolgt im Bodenbereich des Einsatzes eine gezielte Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit auf ein geringeres Niveau, so dass sich dort bevorzugt Partikel ablagern.
  • Wenn der Einsatz im Bodenbereich zur Ausnehmung hin beabstandet ist, so sind die erforderlichen Abströmquerschnitte für das Kühlmedium vorhanden.
  • Die Ausnehmung ist besonders einfach bei der Gussherstellung der Leitschaufel herstellbar, wenn die Ausnehmung als Plattformdurchbruch ausgebildet ist. Der Plattformdurchbruch wird dann von außen mittels eines Abschlussdeckels wieder verschlossen.
  • Zur Herstellung einer betriebssicheren Befestigung des Abschlussdeckels an der Plattform werden diese miteinander gasdicht verschweißt.
  • Wenn die Austrittsöffnung einen größeren Bohrungsdurchmesser aufweist als eine Prallkühlöffnung, kann sichergestellt werden, dass der geringere Druckgradient im Bereich der Austrittsöffnung liegt.
  • Zweckmäßigerweise weist die Austrittsöffnung einen Bohrungsdurchmesser im Bereich zwischen 1mm und 3mm auf.
  • Vorzugsweise wird die Leitschaufel in einer Turbine eingesetzt.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig . 1
    eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt und
    Fig . 2
    einen Querschnitt durch eine Turbinenleitschaufel.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Gasturbine 1 in einem Längsteilschnitt. Sie weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 4, ein Verdichter 5, eine torusartige Ringbrennkammer 6 mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 7, eine Turbine 8 und das Abgasgehäuse 9. Die Ringbrennkammer 6 bildet dabei einen Verbrennungsraum 17, der mit einem ringförmigen Heißgaskanal 18 kommuniziert. Dort bilden vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 10 die Turbine 8. Jede Turbinenstufe 10 ist aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 11 gesehen, folgt im Heißgaskanal 18 einer Leitschaufelreihe 13 eine aus Laufschaufeln 15 gebildete Reihe 14. Die Leitschaufeln 12 sind dabei am Stator 13 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 15 einer Reihe 14 mittels einer Turbinenscheibe 19 am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
  • Während des Betriebes der Gasturbine 1 wird vom Verdichter 5 durch das Ansauggehäuse 4 Luft 16 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 5 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 7 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 11 im Verbrennungsraum 17 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 11 entlang des Heißgaskanals 18 vorbei an den Leitschaufeln 12 und den Laufschaufeln 15. An den Laufschaufeln 15 entspannt sich das Arbeitsmedium 11 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 15 den Rotor 3 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
  • Die dem heißen Arbeitsmedium 11 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 1 enormen thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 12 und Laufschaufeln 15 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 11 gesehen ersten Turbinenstufe 10 werden neben den die Ringbrennkammer 6 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch belastet. Um den dort herrschenden Temperaturen Stand zu halten, werden diese mittels eines Kühlmediums K gekühlt.
  • Fig.1 zeigt einen Schnitt durch die teilweise dargestellte Leitschaufel 12 der Turbine 8. Die Leitschaufel 12 weist einen Profilkörper 22 auf, an dessen kopfseitigen Ende eine Plattform 23 angeordnet ist. Das fußseitige Ende der Leitschaufel 23 mit der daran angeformten zweiten Plattform ist nicht gezeigt. Zwischen den beiden Plattformen ist der Profilkörperbereich 37 angeordnet. Der Profilkörper 22 erstreckt sich in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 11 gesehen von einer runden Anströmkante 25 hin zu einer spitzen Abströmkante 26. Im Bereich der Abströmkante 26 weist die Leitschaufel 12 einen vom fußseitigen Ende zum kopfseitigem Ende verlaufenden Schlitz 41 auf, in dem runde Turbulatoren 27 angeordnet sind.
  • Zwischen der Anströmkante 25 und der Abströmkante 26 ist im Inneren des Profilkörpers 22 ein Hohlraum 21 vorgesehen, der von der Außenwand 40 des Profilkörpers 22 umschlossen wird. Dabei erstreckt sich in Längserstreckungsrichtung des Profilkörpers 22 der Hohlraum 21 durch die kopfseitige Plattform 23 hindurch, so dass die Plattform 23 eine Ausnehmung 24 aufweist, die als nierenförmiger Plattformdurchbruch 39 ausgebildet ist. Der Hohlraum 21 ist am Plattformdurchbruch 39 mittels eines Abschlussdeckels 32 gasdicht verschlossen. Dazu sind der Rand des Plattformdurchbruches 39 und der Abschlussdeckel 32 miteinander verschweißt.
  • Ein im Hohlraum 21 befindlicher Einsatz 20 dient als Prallkühlblech. Er ist demgemäss zur Innenseite 28 der Außenwand 40 beabstandet. Weiterhin weist der Einsatz 20 an seiner der Anströmkante 25 zugewandten Seite Prallkühlöffnungen 29 auf. Diese sind als Bohrungen ausgebildet mit einem Durchmesser von 0,7 mm.
  • Das der kopfseitigen Plattform 23 zugewandte Ende des Einsatzes 20 ragt in den Plattformdurchbruch 39 hinein. An der Stirnseite des Einsatzes 20 ist dieser mit einem Boden 35 in Form eines Bleches verschlossen.
  • Der Einsatz 20 ist um die Länge V in die Ausnehmung 24 hineinverlängert; der Boden 35 des Einsatzes 20 ist in den Plattformdurchbruch 39 hinverlagert.
  • Im Bodenbereich 30 des Einsatzes 20 befindet sich für ein Kühlmedium K eine Austrittsöffnung 31 in Form einer Bohrung. Sie ist, bezogen auf den Querschnitt der Prallkühlöffnung 29, um den Faktor 2 bis Faktor 5 größer und hat dabei einen Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 4 mm. Alternativ könnten auch mehrere Austrittsöffnungen 31 vorgesehen sein, die gemeinsam einen dazu äquivalenten Querschnitt aufweisen.
  • Zwischen dem Einsatz 20 und den den Hohlraum 21 umgebenden Wänden 33, 34 sind spaltförmige Abströmquerschnitte S2, S3 belassen. Gleichfalls ist ein Abströmquerschnitt S1 zwischen dem Boden 35 und dem Abdeckblech 32 vorgesehen.
  • Während des Betriebes der Gasturbine 1 strömt das Arbeitsmedium 11 von der Anströmkante 25 um die Außenwand 40 des Profilkörpers 22 herum zur Abströmkante 26. Dabei ist die Anströmkante 25 thermischen Belastungen besonders ausgesetzt.
  • Der Leitschaufel 12 wird durch das fußseitige Ende als Kühlmedium K Kühlluft zugeführt und in den Innenraum des Einsatzes 20 weitergeleitet. Von hier ausströmt die Kühlluft mit einer höheren Geschwindigkeit durch die Prallkühlöffnungen 29 des Einsatzes 20 hindurch und prallt an die Innenseite 28 der Außenwand 40. Dabei werden die zwischen Anströmkante 25 und Abströmkante 26 verlaufenden Außenwände 40 im Bereich des Einsatzes 20 prallgekühlt. Anschließend strömt die Kühlluft annähernd parallel zur Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 11 in Richtung der Abströmkante 26. Durch die Turbulatoren 27 wird das Kühlmedium K verwirbelt, was die konvektive Kühlwirkung des Kühlmediums K verstärkt. Danach tritt das Kühlmedium K durch den Schlitz 41 aus.
  • Aufgrund der größeren Austrittsöffnung 31 herrscht im Bodenbereich 30 ein geringerer Druckgradient als im Profilkörperbereich 37 des Einsatzes 20. Dies bedingt eine im Bodenbereich 30 geringere Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft als im Profilkörperbereich 37. In den Randbereichen 38 der Verlängerung des Einsatzes 20 kommt es zu stehenden Wirbeln oder zu sogenannten Totwassergebieten; in diesen ist die Strömungsgeschwindigkeit fast Null. Durch die Verlagerung der Bereiche mit geringeren Strömungsgeschwindigkeiten verlagern sich auch die Partikelbahnen, so dass die in der Kühlluft enthaltenen Partikel und klebrigen Verbindungen sich nun bevorzugt im Bodenbereich 30 des Einsatzes 20 ablagern.
  • Die Menge der durch die Austrittsöffnung 31 relativ langsam hindurchströmenden Kühlluft wird durch den stromab unmittelbar hinter dem Boden 35 herrschenden Kühlluftdruck als Gegendruck bestimmt. Deshalb ist der Plattformdurchbruch 39 zur druckmäßigen Trennung der Kühlluft-Strömungsgebiete durch den Abschlussdeckel 32 verschlossen. Die Kühlluft kann durch die Abströmquerschnitte S1, S2 und S3 hindurchströmen und abschließend durch die Kühlluftöffnungen 27 in den Heißgaskanal 18 entweichen.
  • Im Bodenbereich 30 des Profils 23 befindet sich die Ausnehmung 24 in einem relativ geschützten Bereich, bezogen auf das heiße Arbeitsmedium 11. Somit ist dieser Bereich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt als der Profilkörper 22, so dass die durch die niedrigere Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft auch geringere Kühlwirkung dort weiterhin ausreichend ist. Im Übergangsbereich 36 von der Anströmkante 25 zu der Plattform 23 hin herrschen weiterhin im wesentlichen höhere Strömungsgeschwindigkeiten für die Kühlluft vor als im Profilkörperbereich 37 der Leitschaufel 12. Somit ist im Übergangsbereich 36 ebenfalls eine hinreichende Kühlung gewährleistet.
  • Durch das gezielte Verlagern der Totwassergebiete und der Strömungsgebiete mit geringeren Strömungsgeschwindigkeiten in den Bodenbereich 30 wird dort eine bevorzugte Ablagerung der Partikel erzielt. Die anderen Gebiete, insbesondere die Prallkühlöffnungen 29 des Einsatzes 20, werden vor Verschmutzungen, Verstopfung und Verschluss bewahrt.

Claims (9)

  1. Leitschaufel (12) für eine Turbine (1), insbesondere für eine Gasturbine (1) zur Erzeugung von elektrischer Energie, mit einem hohlen Profilkörper (22), der sich radial zum Rotor (3) erstreckt
    und an seinen beiden Enden jeweils eine querverlaufende Plattform (23) aufweist,
    wobei der Profilkörper (22) von einem heißen Arbeitsmedium (11) umströmt wird,
    mit einem im Profilkörper (22) angeordneten hohlen Einsatz (20), der
    sich zwischen den beiden Plattformen (23) erstreckt,
    von der Innenseite (28) des Profilkörpers (22) beabstandet angeordnet ist und
    einen Boden (35) aufweist, welcher einer der beiden Plattformen (23) zugewandt ist,
    wobei ein Kühlmedium (K) durch die andere Plattform (23) in den Hohlraum (21) des Einsatzes (20) radial einströmt und durch am Einsatz (20) vorgesehene zur Innenseite (28) ausgerichtete Prallkühlöffnungen (29) zumindest teilweise ausströmt, und
    mit einer Ausnehmung (24), die in der dem Boden (35) unmittelbar gegenüberliegenden Plattform(23) vorgesehenen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Einsatz (20) sich derart in die Ausnehmung (24) hinein erstreckt, so dass zur Bildung einer Partikelfalle im Bodenbereich (30) des Einsatzes (20) Bereiche mit geringerer vorbestimmter Strömungsgeschwindigkeit vorhanden sind, welche im Bereich der Ausnehmung (24) angeordnet sind.
  2. Leitschaufel (12) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Boden (35) zur Herstellung eines vorgegebenen Druckgradienten im Bodenbereich (30) zumindest eine Austrittsöffnung (31) für das Kühlmedium (K) aufweist.
  3. Leitschaufel (12) nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Einsatz (20) im Bodenbereich (30) zur Ausnehmung (24) hin beabstandet ist, so dass entsprechende Abströmquerschnitte (S1, S2, S3) für das Kühlmedium (K) vorhanden sind.
  4. Leitschaufel (12) nach Anspruch 1, 2 oder 3
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausnehmung (24) als Plattformdurchbruch (39) ausgebildet ist, der von außen mittels eines Abschlussdeckels (32) verschließbar ist.
  5. Leitschaufel (12) nach Anspruch 4
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abschlussdeckels (32) mit der Plattform (23) von außen verschweißt ist.
  6. Leitschaufel (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Austrittsöffnung (31) eine Bohrung ist.
  7. Leitschaufel (12) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Austrittsöffnung (31) einen größeren Bohrungsdurchmesser aufweist als die Prallkühlöffnungen (29).
  8. Leitschaufel (12) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bohrungsdurchmesser der Austrittsöffnung (31) zwischen 1 mm und 3 mm liegt.
  9. Turbine (8) mit einer Leitschaufel (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP20030007140 2002-10-22 2003-03-28 Leitschaufel für eine Turbine Expired - Fee Related EP1413714B1 (de)

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US10/670,805 US6951444B2 (en) 2002-10-22 2003-09-25 Turbine and a turbine vane for a turbine
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DE10249211 2002-10-22
DE10249211 2002-10-22

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