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DE102024204132A1 - Running shovel - Google Patents

Running shovel

Info

Publication number
DE102024204132A1
DE102024204132A1 DE102024204132.7A DE102024204132A DE102024204132A1 DE 102024204132 A1 DE102024204132 A1 DE 102024204132A1 DE 102024204132 A DE102024204132 A DE 102024204132A DE 102024204132 A1 DE102024204132 A1 DE 102024204132A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling channel
blade
channel section
section
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024204132.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Philipp Cavadini
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority to DE102024204132.7A priority Critical patent/DE102024204132A1/en
Priority to PCT/EP2025/054437 priority patent/WO2025228557A1/en
Publication of DE102024204132A1 publication Critical patent/DE102024204132A1/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/126—Baffles or ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel (1) mit einem Schaufelblatt (4), das zumindest einen Kühlkanal (10) aufweist, der einen sich entlang der Anströmkante (5) radial auswärts bis zur Schaufelspitze (9) erstreckenden ersten Kühlkanalabschnitt (11) und einen sich an den ersten Kühlkanalabschnitt (11) anschließenden, sich quer zum ersten Kühlkanalabschnitt (11) in Richtung der Abströmkante (6) und entlang der Schaufelspitze (9) erstreckenden zweiten Kühlkanalabschnitt (12) aufweist, wobei in einem Übergangsbereich (14), in dem der erste Kühlkanalabschnitt (11) in den zweiten Kühlkanalabschnitt (12) übergeht, ein die druckseitige Seitenwand (7) und die saugseitige Seitenwand (8) miteinander verbindender Umlenksteg (15) vorgesehen ist, der, den Kühlkanal (10) in einer Hauptdurchflussrichtung (X) betrachtend, den ersten Kühlkanal (11) im Übergangsbereich (14) in zwei Teilkanäle (16, 17) gabelt, die stromabwärts des Umlenkstegs (15) wieder zusammengeführt sind.
The invention relates to a rotor blade (1) with a blade (4) having at least one cooling channel (10) comprising a first cooling channel section (11) extending radially outward along the leading edge (5) to the blade tip (9) and a second cooling channel section (12) adjoining the first cooling channel section (11) and extending transversely to the first cooling channel section (11) in the direction of the trailing edge (6) and along the blade tip (9), wherein in a transition region (14) where the first cooling channel section (11) transitions into the second cooling channel section (12), a deflecting web (15) is provided connecting the pressure-side side wall (7) and the suction-side side wall (8), which, considering the cooling channel (10) in a main flow direction (X), forks the first cooling channel (11) in the transition region (14) into two partial channels (16, 17) which extend downstream of the are rejoined at the deflection bridge (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel, insbesondere für eine stationäre Gasturbine, umfassend einen Schaufelfuß, eine Schaufelplattform und ein sich ausgehend von der Schaufelplattform radial auswärts erstreckendes Schaufelblatt mit einer vorderen Anströmkante, einer hinteren Abströmkante, einer druckseitigen Seitenwand, einer saugseitigen Seitenwand und einer Schaufelspitze, wobei das Schaufelblatt zumindest einen Kühlkanal aufweist, der einen sich entlang der Anströmkante radial auswärts bis zur Schaufelspitze erstreckenden ersten Kühlkanalabschnitt und einen sich an den ersten Kühlkanalabschnitt anschließenden, sich quer zum ersten Kühlkanalabschnitt in Richtung der Abströmkante und entlang der Schaufelspitze erstreckenden zweiten Kühlkanalabschnitt aufweist.The invention relates to a turbine blade, in particular for a stationary gas turbine, comprising a blade root, a blade platform and a blade extending radially outwards from the blade platform, with a leading edge, a trailing edge, a pressure-side side wall, a suction-side side wall and a blade tip, wherein the blade has at least one cooling channel, comprising a first cooling channel section extending radially outwards along the leading edge to the blade tip and a second cooling channel section adjoining the first cooling channel section and extending transversely to the first cooling channel section in the direction of the trailing edge and along the blade tip.

Strömungsmaschinen, beispielsweise in Form von stationären Gasturbinen, sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Sie dienen dazu, thermische Energie und Strömungsenergie eines Heißgases in mechanische Rotationsenergie umzuwandeln. Im Turbinenteil der Strömungsmaschine wird das Heißgas durch einen ringförmigen, innen durch einen Rotor begrenzten Heißgaskanal geleitet, der in Hauptdurchflussrichtung mehrere Turbinenstufen aufweist, die jeweils einen ortsfesten Leitschaufelkranz und einen an dem Rotor gehaltenen Laufschaufelkranz umfassen. Die in den Strömungskanal vorstehenden Leitschaufeln haben die Aufgabe, den Heißgasstrom zum Antreiben des Rotors in einem möglichst günstigen Winkel auf die stromabwärts positionierten, ebenfalls in den Heißgaskanal vorstehenden Laufschaufeln zu richten, um die Laufschaufeln mit einer möglichst großen Kraft zu beaufschlagen, welche den Rotor in Drehung versetzt. Die Rotationsenergie des Rotors kann dann beispielsweise unter Einsatz eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.Turbomachinery, for example in the form of stationary gas turbines, is known in the art in a wide variety of configurations. It serves to convert the thermal energy and flow energy of a hot gas into mechanical rotational energy. In the turbine section of the turbomachine, the hot gas is guided through an annular hot gas channel, internally bounded by a rotor. This channel has several turbine stages in the main flow direction, each comprising a stationary ring of guide vanes and a ring of rotor blades attached to the rotor. The guide vanes projecting into the flow channel direct the hot gas flow at the most favorable angle possible onto the downstream rotor blades, which also project into the hot gas channel, in order to impart the greatest possible force to the rotor blades, setting the rotor in motion. The rotational energy of the rotor can then be converted into electrical energy, for example, using a generator.

Der thermodynamische Wirkungsgrad einer Gasturbine nimmt mit steigender Turbineneintrittstemperatur des Heißgases zu. Der Heißgastemperatur sind allerdings unter anderem durch die thermische Belastbarkeit der im Heißgaskanal angeordneten Komponenten Grenzen gesetzt. Eine Möglichkeit, eine möglichst hohe Heißgaseintrittstemperatur zu erzielen, besteht darin, thermisch besonders belastete Komponenten zu kühlen, wie beispielsweise die Laufschaufeln. Dabei wird angestrebt, den erforderlichen Kühlfluidmassestrom so gering wie möglich zu halten.The thermodynamic efficiency of a gas turbine increases with rising hot gas inlet temperature. However, the hot gas temperature is limited, among other things, by the thermal capacity of the components located in the hot gas duct. One way to achieve the highest possible hot gas inlet temperature is to cool thermally stressed components, such as the turbine blades. The aim is to keep the required cooling fluid mass flow rate as low as possible.

Laufschaufeln umfassen einen Schaufelfuß, eine Schaufelplattform und ein sich ausgehend von der Schaufelplattform radial auswärts erstreckendes Schaufelblatt mit einer vorderen Anströmkante, einer hinteren Abströmkante, einer druckseitigen Seitenwand, einer saugseitigen Seitenwand und einer Schaufelspitze. Das Schaufelblatt ist normalerweise mit einer Vielzahl von Kühlkanälen versehen, die während des Betriebs von einem Kühlfluid durchströmt werden. Bei vielen Bauformen erfolgt die Kühlung der Anströmkante und der Schaufelspitze, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind. über einen einzelnen Kühlkanal, der zumindest einen sich entlang der Anströmkante radial auswärts bis zur Schaufelspitze erstreckenden ersten Kühlkanalabschnitt und einen sich an den ersten Kühlkanalabschnitt anschließenden, sich quer zum ersten Kühlkanalabschnitt in Richtung der Abströmkante entlang der Schaufelspitze erstreckenden zweiten Kühlkanalabschnitt aufweist.Rotor blades comprise a blade root, a blade platform, and a blade extending radially outward from the blade platform, with a leading edge, a trailing edge, a pressure-side wall, a suction-side wall, and a blade tip. The blade is typically equipped with a multitude of cooling channels through which a cooling fluid flows during operation. In many designs, the leading edge and blade tip, which are exposed to the highest temperatures, are cooled by a single cooling channel. This channel has at least one first cooling channel section extending radially outward along the leading edge to the blade tip and a second cooling channel section extending transversely to the first cooling channel section along the blade tip in the direction of the trailing edge.

Ein Problem bekannter Laufschaufeldesigns der zuvor beschriebenen Art besteht darin, dass einige Schaufelblattbereiche konstruktionsbedingt nur suboptimal gekühlt werden. Um dennoch eine ausreichende Kühlung bereitzustellen, wird mit einem großen Kühlfluidmassestrom gearbeitet, wodurch jedoch der thermodynamische Wirkungsgrad der Gasturbine gesenkt wird, was nicht wünschenswert ist.A problem with known turbine blade designs of the type described above is that, due to their design, some blade areas are only suboptimally cooled. To still provide sufficient cooling, a large mass flow rate of cooling fluid is used, which, however, reduces the thermodynamic efficiency of the gas turbine, a desirable outcome.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laufschaufel der eingangs genannten Art mit verbessertem Design zu schaffen.Starting from this state of the art, one object of the present invention is to create a running blade of the type mentioned at the outset with an improved design.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Laufschaufel, insbesondere für eine stationäre Gasturbine, umfassend einen Schaufelfuß, eine Schaufelplattform und ein sich ausgehend von der Schaufelplattform radial auswärts erstreckendes Schaufelblatt mit einer vorderen Anströmkante, einer hinteren Abströmkante, einer druckseitigen Seitenwand, einer saugseitigen Seitenwand und einer Schaufelspitze, wobei das Schaufelblatt zumindest einen Kühlkanal aufweist, der einen sich entlang der Anströmkante radial auswärts bis zur Schaufelspitze erstreckenden ersten Kühlkanalabschnitt und einen sich an den ersten Kühlkanalabschnitt anschließenden, sich quer zum ersten Kühlkanalabschnitt in Richtung der Abströmkante und entlang der Schaufelspitze erstreckenden zweiten Kühlkanalabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich, in dem der erste Kühlkanalabschnitt in den zweiten Kühlkanalabschnitt übergeht, ein die druckseitige Seitenwand und die saugseitige Seitenwand miteinander verbindender Umlenksteg vorgesehen ist, der, den Kühlkanal in einer Hauptdurchflussrichtung betrachtend, den Kühlkanal im Übergangsbereich in zwei Teilkanäle gabelt, die stromabwärts des Umlenkstegs wieder zusammengeführt sind. Es hat sich herausgestellt, dass ein Problem vieler bekannter Laufschaufeln darin besteht, dass der äußerste Eckbereich zwischen Anströmkante und Schaufelspitze konstruktionsbedingt und insbesondere im Fall des Verzichts auf Kühlfluidauslassöffnungen an und im Bereich der Anströmkante nur suboptimal durch das durch den ersten Kühlkanal geleiteten Kühlfluid gekühlt wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass im Übergangsbereich zwischen dem ersten Kühlkanalabschnitt und dem zweiten Kühlkanalabschnitt, in dem das durch den ersten Kühlkanalabschnitt radial auswärts strömende Kühlfluid in eine Richtung parallel zur Schaufelspitze in Richtung Abströmkante umgelenkt wird, ein zu geringer Anteil des durch den ersten Kühlkanal geleiteten Kühlfluids in den Eckbereich zwischen Anströmkante und Schaufelspitze gelangt. Entsprechend wird bei solchen Laufschaufeln ein großer Kühlfluidmassestrom benötigt, um auch im besagten Eckbereich eine hinreichende Kühlung zu bewirken. Zur Behebung dieses Problems ist bei der erfindungsgemäßen Laufschaufel in diesem Übergangsbereich ein die druckseitige Seitenwand und die saugseitige Seitenwand miteinander verbindender Umlenksteg vorgesehen, der, den Kühlkanal in Hauptdurchflussrichtung betrachtend, den Kühlkanal im Übergangsbereich in zwei Teilkanäle gabelt, die stromabwärts des Umlenkstegs wieder zusammengeführt sind. Dank dieser Gabelung wird ein deutlich größerer Anteil des durch den Kühlkanal geleiteten Kühlfluids durch einen der Teilkanäle bis zum Eckbereich zwischen Anströmkante und Schaufelspitze und damit zum thermisch am meisten belasteten Bereich des Schaufelblattes geführt. Entsprechend ist es möglich, mit einem vergleichsweise geringen Kühlfluidmassestrom eine ausreichende Kühlung des Schaufelblattes zu erzielen, was mit einem guten thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine einhergeht. Den Bereich der Umlenkung selbst einfach dünner zu gestalten ist keine Option, da hierdurch eine zu hohe Drosselung eintreten würde, die dazu führen würde, dass der Rest der Schaufel nicht mehr ausreichend mit Kühlfluid versorgt würde.To solve this problem, the present invention provides a rotor blade, in particular for a stationary gas turbine, comprising a blade root, a blade platform and a blade extending radially outwards from the blade platform, with a leading edge, a trailing edge, a pressure-side side wall, a suction-side side wall and a blade tip, wherein the blade has at least one cooling channel, which has a first cooling channel section extending radially outwards along the leading edge to the blade tip and a second cooling channel section adjoining the first cooling channel section and extending transversely to the first cooling channel section in the direction of the trailing edge and along the blade tip, characterized in that in a transition region where the first cooling channel section transitions into the second cooling channel section, a deflecting web is provided connecting the pressure-side side wall and the suction-side side wall, which, considering the cooling channel in a main flow direction, forks the cooling channel in the transition region into two partial channels which are merged again downstream of the deflecting web. It has turned out that a problem with many well-known rotor blades is that the outermost corner area between the leading edge and the blade tip Due to the design, and particularly in the case of omitting cooling fluid outlet openings at and around the leading edge, cooling by the cooling fluid routed through the first cooling channel is suboptimal. This is because, in the transition zone between the first and second cooling channel sections, where the cooling fluid flowing radially outwards through the first channel is deflected in a direction parallel to the blade tip towards the trailing edge, too small a proportion of the cooling fluid reaches the corner area between the leading edge and the blade tip. Consequently, a large cooling fluid mass flow rate is required for such rotor blades to achieve sufficient cooling in this corner area. To overcome this problem, the rotor blade according to the invention incorporates a deflecting rib in this transition region. This rib connects the pressure-side and suction-side side walls and, considering the cooling channel in the main flow direction, splits the cooling channel in the transition region into two sub-channels that rejoin downstream of the deflecting rib. Thanks to this bifurcation, a significantly larger proportion of the cooling fluid passing through the cooling channel is directed through one of the sub-channels to the corner region between the leading edge and the blade tip, and thus to the area of the blade most thermally stressed. Consequently, it is possible to achieve sufficient cooling of the blade with a comparatively low cooling fluid mass flow rate, resulting in good thermal efficiency for the gas turbine. Simply making the deflection area itself thinner is not an option, as this would lead to excessive throttling, resulting in insufficient cooling fluid supply to the rest of the blade.

Vorteilhaft bildet die umlaufende Umfangswandung des Umlenkstegs, das Schaufelblatt im Längsschnitt betrachtend, eine Spitze, die entgegen der Hauptdurchflussrichtung weist, wodurch der den ersten Kanalabschnitt durchströmende Kühlfluidstrom effektiv in zwei Teilkühlfluidströme geteilt wird.Advantageously, the circumferential wall of the deflecting web, when viewed in longitudinal section, forms a point that faces in the opposite direction to the main flow direction, effectively dividing the cooling fluid flow through the first channel section into two partial cooling fluid flows.

Bevorzugt bildet die umlaufende Umfangswandung des Umlenkstegs, das Schaufelblatt im Längsschnitt betrachtend, eine rabenschnabelartige Form, was sich strömungstechnisch als besonders günstig erwiesen hat, da hierbei Stauregionen und Ablösegebiete vermieden werden können und somit der Druckverlust minimal gehalten werden kann.Preferably, the circumferential wall of the deflecting web, when viewed in longitudinal section, forms a raven's beak-like shape, which has proven to be particularly advantageous in terms of fluid dynamics, as this avoids stagnation regions and separation zones and thus keeps the pressure loss to a minimum.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist jeder Teilkanal in Hauptdurchflussrichtung entlang derjenigen Abschnitte der Umfangswandung des Umlenkstegs, welche zur Ausbildung der Spitze zusammenlaufen, einen kontinuierlichen Querschnitt auf, was sich ebenfalls als strömungstechnisch sehr günstig erwiesen hat.According to one embodiment of the present invention, each partial channel in the main flow direction has a continuous cross-section along those sections of the circumferential wall of the deflecting bridge which converge to form the tip, which has also proven to be very advantageous in terms of flow technology.

Vorteilhaft ist eine Vielzahl von Turbulatoren vorgesehen, die ausgehend von der Vorderkante in den ersten Kühlkanalabschnitt hineinragen. Die Turbulatoren können beispielsweise bogenförmig ausgebildet und/oder bezogen auf die Hauptdurchflussrichtung in einem Winkel geneigt sein, der insbesondere im Bereich zwischen 30 und 45° liegt, und/oder sich über 1/2 bis 2/3 der Breite des ersten Kühlkanalabschnitts, gemessen quer zur Hauptdurchflussrichtung, erstrecken.Advantageously, a large number of turbulators are provided, projecting from the leading edge into the first cooling channel section. The turbulators can, for example, be curved and/or inclined at an angle relative to the main flow direction, particularly in the range of 30 to 45°, and/or extend over 1/2 to 2/3 of the width of the first cooling channel section, measured transversely to the main flow direction.

Bevorzugt sind keine Kühlfluidauslassöffnungen vorgesehen, die sich ausgehend von dem ersten Kühlkanalabschnitt zur Anströmkante erstrecken. Außerdem kann der Abstand zwischen den Turbulatoren und deren Höhe und Breite in radialer Richtung variieren.Preferably, no cooling fluid outlet openings are provided extending from the first cooling channel section to the leading edge. Furthermore, the distance between the turbulators and their height and width can vary in the radial direction.

Vorteilhaft sind Kühlfluidauslassöffnungen vorgesehen, die sich ausgehend von dem Übergangsbereich und/oder ausgehend von dem zweiten Kühlkanalabschnitt zur Schaufelspitze erstrecken.Advantageously, cooling fluid outlet openings are provided that extend from the transition area and/or from the second cooling channel section to the blade tip.

Vorteilhaft weist der zweite Kühlkanalabschnitt im Querschnitt betrachtet eine Form auf, die derart gestaltet ist, dass das Kühlfluid während des Betriebs trotz der Fliehkraft und trotz des großen Umlenkwinkels im Übergangsbereich die Druck- und Saugseite des zweiten Kühlkanalabschnitts benetzt und es zu keiner Ablösung kommt. So kann der Querschnitt derart gewählt sein, dass er sich ausgehend von der Druckseite zur Saugseite verjüngt, beispielsweise trapezförmig verjüngt.Advantageously, the second cooling channel section, viewed in cross-section, has a shape designed such that the cooling fluid wets both the pressure and suction sides of the second cooling channel section during operation, despite centrifugal force and the large deflection angle in the transition area, preventing any separation. The cross-section can therefore be chosen to taper from the pressure side to the suction side, for example, in a trapezoidal shape.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

  • 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Laufschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Längsschnittansicht eines oberen Bereiches eines Schaufelblattes der in 1 gezeigten Laufschaufel;
  • 3 eine weitere perspektivische Längsschnittansicht des oberen Bereiches des Schaufelblattes der in 1 gezeigten Laufschaufel; und
  • 4 eine vergrößerte Ansicht des in 3 mit IV gekennzeichneten Ausschnitts.
Further advantages and features of the present invention will become clear from the following description with reference to the accompanying drawing. This drawing includes
  • 1 a schematic perspective view of a running blade according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a perspective longitudinal section view of the upper part of a paddle blade of the in 1 shown running blade;
  • 3 another perspective longitudinal section view of the upper part of the blade of the in 1 shown running blade; and
  • 4 an enlarged view of the in 3 Section marked with IV.

Die in 1 gezeigte Laufschaufel 1 umfasst einen Schaufelfuß 2, eine Schaufelplattform 3 und ein sich ausgehend von der Schaufelplattform 3 radial auswärts erstreckendes Schaufelblatt 4. Das Schaufelblatt 4 weist eine vordere Anströmkante 5, eine hintere Abströmkante 6, eine druckseitige Seitenwand 7, eine saugseitige Seitenwand 8 und eine Schaufelspitze 9 auf.The in 1 The illustrated blade 1 comprises a blade foot 2, a blade platform 3 and a section extending from the blade platform 3. radially outward extending blade 4. The blade 4 has a leading edge 5, a trailing edge 6, a pressure-side side wall 7, a suction-side side wall 8 and a blade tip 9.

Das Schaufelblatt 4 ist, wie es in den 2 bis 4 gezeigt ist, mit einer Mehrzahl von Kühlkanälen 10 versehen, die während des Betriebs von einem Kühlfluid durchströmt werden. Nachfolgend wird allerdings nur auf einen einzelnen Kühlkanal 10 eingegangen, der einen sich entlang der Anströmkante 5 radial auswärts bis zur Schaufelspitze 9 erstreckenden Kühlkanalabschnitt 11, der nachfolgend als erster Kühlkanalabschnitt 11 bezeichnet wird, und einen sich an den ersten Kühlkanalabschnitt 11 anschließenden, sich quer zum ersten Kühlkanalabschnitt 11 in Richtung der Abströmkante 6 entlang der Schaufelspitze erstreckenden Kühlkanalabschnitt 12 aufweist, der nachfolgend als zweiter Kühlkanalabschnitt 12 bezeichnet wird. In dem ersten Kühlkanalabschnitt 11 ist bei der dargestellten Ausführungsform eine Vielzahl von Turbulatoren 13 vorgesehen, die ausgehend von der Anströmkante 6 in den ersten Kühlkanalabschnitt 11 hineinragen. Die Turbulatoren 13 sind über die gesamte Länge des ersten Kühlkanalabschnitts 11 in vorliegend gleichmäßigen Abständen angeordnet. Sie sind jeweils bogenförmig ausgebildet und bezogen auf eine Hauptdurchflussrichtung X in einem Winkel α geneigt, der insbesondere im Bereich zwischen 30 und 45° liegt. Sie erstrecken sich über 1/2 bis 2/3 einer Breite B des ersten Kühlkanalabschnitts 11, gemessen quer zur Hauptdurchflussrichtung X. Es sollte allerdings klar sein, dass die Form, Anzahl und Anordnung der Turbulatoren 13 auch variiert werden kann. In einem Übergangsbereich 14, in dem der erste Kühlkanalabschnitt 11 in den zweiten Kühlkanalabschnitt 12 übergeht, ist erfindungsgemäß ein die druckseitige Seitenwand 7 und die saugseitige Seitenwand 8 miteinander verbindender Umlenksteg 15 vorgesehen, der, den Kühlkanal 10 in der Hauptdurchflussrichtung X betrachtend, den ersten Kühlkanal im Übergangsbereich in zwei Teilkanäle 16 und 17 gabelt, die stromabwärts des Umlenkstegs 15 wieder zusammengeführt sind. Die umlaufende Umfangswandung 18 des Umlenkstegs 15, das Schaufelblatt im Längsschnitt betrachtend, bildet, wie es insbesondere in der vergrößerten Ansicht gemäß 4 gut zu erkennen ist, bei der dargestellten Ausführungsform eine Form, die an einen Rabenschnabel erinnert, wobei eine durch die Umfangswandung 18 gebildete Spitze 19 entgegen der Hauptdurchflussrichtung X weist. Jeder Teilkanal 16, 17 hat in Hauptdurchflussrichtung X entlang derjenigen Abschnitte der Umfangswandung 18 des Umlenkstegs 15, welche zur Ausbildung der Spitze 19 zusammenlaufen, vorliegend einen kontinuierlichen oder zumindest im Wesentlichen kontinuierlichen Querschnitt. Die Querschnittsform des zweiten Kühlkanalabschnitts 12 ist vorliegend derart gewählt, dass sie sich von der Druckseite zur Saugseite verjüngt, insbesondere trapezförmig verjüngt. Zur Kühlung der Schaufelspitze 9 sind Kühlfluidauslassöffnungen 20 vorgesehen, die sich ausgehend von dem Übergangsbereich 14 und ausgehend von dem zweiten Kühlkanalabschnitt 12 zur Schaufelspitze 9 erstrecken. Hingegen weist das Schaufelblatt 4 vorliegend keine Kühlfluidauslassöffnungen auf, die sich ausgehend von dem ersten Kühlkanalabschnitt 11 zur Anströmkante 5 erstrecken.The shovel blade 4 is, as it is in the 2 to 4 The illustration shows a plurality of cooling channels 10 through which a cooling fluid flows during operation. However, only a single cooling channel 10 will be discussed below. This cooling channel has a section 11 extending radially outward along the leading edge 5 to the blade tip 9, which is hereinafter referred to as the first cooling channel section 11, and a cooling channel section 12 adjoining the first cooling channel section 11 and extending transversely to the first cooling channel section 11 in the direction of the trailing edge 6 along the blade tip, which is hereinafter referred to as the second cooling channel section 12. In the illustrated embodiment, a plurality of turbulators 13 are provided in the first cooling channel section 11, projecting into the first cooling channel section 11 from the leading edge 6. The turbulators 13 are arranged at uniform intervals along the entire length of the first cooling channel section 11. They are each arc-shaped and inclined at an angle α relative to a main flow direction X, which is particularly in the range between 30 and 45°. They extend over 1/2 to 2/3 of a width B of the first cooling channel section 11, measured transversely to the main flow direction X. However, it should be clear that the shape, number, and arrangement of the turbulators 13 can also be varied. In a transition region 14, where the first cooling channel section 11 transitions into the second cooling channel section 12, a deflecting bridge 15 is provided according to the invention. This bridge connects the pressure-side side wall 7 and the suction-side side wall 8 and, considering the cooling channel 10 in the main flow direction X, forks the first cooling channel in the transition region into two sub-channels 16 and 17, which are rejoined downstream of the deflecting bridge 15. The circumferential wall 18 of the deflecting web 15, considering the blade in longitudinal section, forms, as can be seen particularly in the enlarged view according to 4 As can be clearly seen in the illustrated embodiment, the shape resembles a raven's beak, with a tip 19 formed by the circumferential wall 18 pointing against the main flow direction X. Each sub-channel 16, 17 has a continuous or at least substantially continuous cross-section in the main flow direction X along those sections of the circumferential wall 18 of the deflecting web 15 that converge to form the tip 19. The cross-sectional shape of the second cooling channel section 12 is selected to taper from the pressure side to the suction side, in particular in a trapezoidal shape. Cooling fluid outlet openings 20 are provided for cooling the blade tip 9, extending from the transition area 14 and from the second cooling channel section 12 to the blade tip 9. In contrast, the blade 4 in this case does not have any cooling fluid outlet openings extending from the first cooling channel section 11 to the leading edge 5.

Ein wesentlicher Vorteil der zuvor beschriebenen Laufschaufel 1 besteht darin, dass durch die Umlenkung des den Kühlkanal 10 durchströmenden Kühlfluids, die durch den Umlenksteg 15 hervorgerufen wird, das den Teilkanal 16 durchströmende Kühlfluid direkt zum Eckbereich zwischen Anströmkante 5 und Schaufelspitze 9 geleitet wird, wodurch in diesem thermisch höchst beanspruchten Bereich eine sehr effektive Kühlung bei vergleichsweise geringem Kühlfluidmassestrom erzielt wird. Die Turbulatoren 13 erzeugen eine vergrößerte Oberfläche, wodurch ebenfalls die Kühlleistung in diesem Bereich verbessert wird. Der sich von der Druckseite zur Saugseite verjüngende Querschnitt des zweiten Kühlkanalabschnitts 12 sorgt dafür, dass das diesen durchströmende Kühlfluid die Druckseite des zweiten Kühlkanalabschnitts 12 trotz der Fliehkraft und trotz des großen Umlenkwinkels im Übergangsbereich 14 benetzt und sich das Fluid nach Umlenkung nicht ausschließlich an die Saugseite des zweiten Kühlkanalabschnitts 12 anlegt. Entsprechend lässt sich die Laufschaufel 1 auch innerhalb thermisch höchst beanspruchter Bereiche einer Strömungsmaschine eisetzten, wie beispielsweise in den ersten beiden Turbinenstufen einer stationären Gasturbine.A key advantage of the previously described rotor blade 1 is that the deflection of the cooling fluid flowing through the cooling channel 10, caused by the deflection web 15, directs the cooling fluid flowing through the sub-channel 16 directly to the corner region between the leading edge 5 and the blade tip 9. This results in highly effective cooling in this thermally stressed area with a comparatively low cooling fluid mass flow rate. The turbulators 13 create an increased surface area, which also improves the cooling performance in this region. The cross-section of the second cooling channel section 12, which tapers from the pressure side to the suction side, ensures that the cooling fluid flowing through it wets the pressure side of the second cooling channel section 12 despite centrifugal force and the large deflection angle in the transition region 14. This prevents the fluid from adhering exclusively to the suction side of the second cooling channel section 12 after deflection. Accordingly, the rotor blade 1 can also be used within thermally highly stressed areas of a turbomachine, such as in the first two turbine stages of a stationary gas turbine.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived by the person skilled in the art without leaving the scope of protection of the invention.

Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.Regardless of the grammatical gender of a particular term, persons with male, female or other gender identities are included.

Claims (9)

Laufschaufel (1), insbesondere für eine stationäre Gasturbine, umfassend einen Schaufelfuß (2), eine Schaufelplattform (3) und ein sich ausgehend von der Schaufelplattform (3) radial auswärts erstreckendes Schaufelblatt (4) mit einer vorderen Anströmkante (5), einer hinteren Abströmkante (6), einer druckseitigen Seitenwand (7), einer saugseitigen Seitenwand (8) und einer Schaufelspitze (9), wobei das Schaufelblatt (4) zumindest einen Kühlkanal (10) aufweist, der einen sich entlang der Anströmkante (5) radial auswärts bis zur Schaufelspitze (9) erstreckenden ersten Kühlkanalabschnitt (11) und einen sich an den ersten Kühlkanalabschnitt (11) anschließenden, sich quer zum ersten Kühlkanalabschnitt (11) in Richtung der Abströmkante (6) und entlang der Schaufelspitze (9) erstreckenden zweiten Kühlkanalabschnitt (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich (14), in dem der erste Kühlkanalabschnitt (11) in den zweiten Kühlkanalabschnitt (12) übergeht, ein die druckseitige Seitenwand (7) und die saugseitige Seitenwand (8) miteinander verbindender Umlenksteg (15) vorgesehen ist, der, den Kühlkanal (10) in einer Hauptdurchflussrichtung (X) betrachtend, den ersten Kühlkanal (11) im Übergangsbereich (14) in zwei Teilkanäle (16, 17) gabelt, die stromabwärts des Umlenkstegs (15) wieder zusammengeführt sind.Rotor blade (1), in particular for a stationary gas turbine, comprising a blade root (2), a blade platform (3) and a blade (4) extending radially outwards from the blade platform (3) with a leading edge (5), a trailing edge (6), a pressure-side side wall (7), a suction-side a side wall (8) and a blade tip (9), wherein the blade (4) has at least one cooling channel (10) which has a first cooling channel section (11) extending radially outwards along the leading edge (5) to the blade tip (9) and a second cooling channel section (12) adjoining the first cooling channel section (11) and extending transversely to the first cooling channel section (11) in the direction of the trailing edge (6) and along the blade tip (9), characterized in that in a transition region (14) where the first cooling channel section (11) transitions into the second cooling channel section (12), a deflecting web (15) is provided which connects the pressure-side side wall (7) and the suction-side side wall (8), which, considering the cooling channel (10) in a main flow direction (X), forks the first cooling channel (11) in the transition region (14) into two partial channels (16, 17), which are reunited downstream of the deflection bridge (15). Laufschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine umlaufende Umfangswandung (18) des Umlenkstegs (15), das Schaufelblatt (4) im Längsschnitt betrachtend, eine Spitze (19) bildet, die entgegen der Hauptdurchflussrichtung (X) weist.guide vane (1) after Claim 1 , characterized in that a circumferential wall (18) of the deflecting web (15), when considering the blade (4) in longitudinal section, forms a tip (19) which points in the opposite direction to the main flow direction (X). Laufschaufel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Umfangswandung (18) des Umlenkstegs (15), das Schaufelblatt (4) im Längsschnitt betrachtend, eine rabenschnabelartige Form bildet.guide vane (1) after Claim 2 , characterized in that the circumferential wall (18) of the deflecting bridge (15), when viewed in longitudinal section, forms a raven's beak-like shape. Laufschaufel (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilkanal (16. 17) in Hauptdurchflussrichtung (X) entlang derjenigen Abschnitte der Umfangswandung (18) des Umlenkstegs (15), welche zur Ausbildung der Spitze (19) zusammenlaufen, einen kontinuierlichen Querschnitt aufweist.guide vane (1) after Claim 2 or 3 , characterized in that each partial channel (16. 17) has a continuous cross-section in the main flow direction (X) along those sections of the circumferential wall (18) of the deflecting bridge (15) which converge to form the tip (19). Laufschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Turbulatoren (13) vorgesehen ist, die ausgehend von der Anströmkante (5) in den ersten Kühlkanalabschnitt (11) hineinragen.Guide vane (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of turbulators (13) are provided which extend from the leading edge (5) into the first cooling channel section (11). Laufschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Kühlfluidauslassöffnungen vorgesehen sind, die sich ausgehend von dem ersten Kühlkanalabschnitt (11) zur Anströmkante (5) erstrecken.Rotor blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that no cooling fluid outlet openings are provided which extend from the first cooling channel section (11) to the leading edge (5). Laufschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkanalabschnitt (12) im Querschnitt betrachtet eine Form aufweist, die derart gewählt ist, dass das Kühlfluid während des Betriebs trotz der Fliehkraft und trotz des großen Umlenkwinkels im Übergangsbereich (14) die Druckseite des zweiten Kühlkanalabschnitts (12) benetzt und ausschließlich an die Saugseite des zweiten Kühlkanalabschnitts (12) anlegt.impeller blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling channel section (12) has a cross-sectional shape which is selected such that the cooling fluid wets the pressure side of the second cooling channel section (12) during operation despite the centrifugal force and despite the large deflection angle in the transition area (14) and is applied exclusively to the suction side of the second cooling channel section (12). Laufschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des zweiten Kühlkanalabschnitts (12) ausgehend von der Druckseite zur Saugseite verjüngt, insbesondere trapezförmig verjüngt.Guide vane (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-section of the second cooling channel section (12) tapers from the pressure side to the suction side, in particular in a trapezoidal shape. Laufschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlfluidauslassöffnungen (20) vorgesehen sind, die sich ausgehend von dem Übergangsbereich (14) und/oder ausgehend von dem zweiten Kühlkanalabschnitt (12) zur Schaufelspitze (9) erstrecken.Rotor blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that cooling fluid outlet openings (20) are provided which extend from the transition area (14) and/or from the second cooling channel section (12) to the blade tip (9).
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