Eine solche, kühlfluiddurchströmte Turbinenschaufel hat in- nere Strömungskanäle, die durch Innenwände voneinander ge- trennt sind. Die Turbinenschaufel wird von dem Arbeitsfluid umströmt. Es kann sich um eine Turbinenschaufel einer Gastur- bine handeln. Dann ist das Arbeitsfluid Gas. Die Turbinen- schaufel ist gegenüber dem anströmenden Arbeitsfluid geneigt, so daß in üblicher Weise eine Kraftkomponente in Umfangsrich- tung der Turbine entsteht. Daher ist die Abströmrichtung des Arbeitsfluids im wesentlichen diejenige Richtung entlang der Turbinenschaufel, in der das Arbeitsfluid diese umströmt.

Bei dem genannten Typ handelt es sich um eine Turbinenschau- fel im hinteren Bereich einer Turbine. Dort ist das Arbeits- fluid bereits so weit entspannt und abgekühlt, daß lediglich gering gekühlte Turbinenschaufeln zur Anwendung kommen. Dies bedeutet, daß lediglich ein geringerer Durchfluß von Kühlfluid durch die Turbine vorgesehen ist. Aufgrund des ge- ringen Durchflusses funktioniert eine Mäanderstruktur von Strömungskanälen für das Kühlfluid bei gering gekühlten Tur- binenschaufeln nicht zufriedenstellend. Aufgrund der langsa- men Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids würde dieses im <BR> <BR> Anfangsbereich eines mäandrierenden Strömungskanals zu stark kühlen und im Endbereich zu stark aufgeheizt sein und dort folglich in zu geringem Maße kühlen. Bei den genannten Turbi- nenschaufeln kann auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlfluids hinsichtlich der auftretenden Zentrifugalkräfte der Turbinendrehung zu gering sein.

Daher ist die Turbinenschaufel lediglich einfach längs ihrer Radialerstreckung von dem Kühlfluid durchströmt. Bei einfa-

cher Durchströmung-das heißt bei Strömungskanälen praktisch ohne Umkehrstellen bezüglich der Radialrichtung der Kühl- fluidströmung-treten die oben genannten Probleme nicht auf.

Dazu sind Turbinenschaufeln mit Radialbohrungen oder mit ge- raden Radialkanälen bekannt, die von einem radial inneren Schaufelfuß zu weiter radial außen liegenden Ausströmöffnun- gen-in die Anstreifkante eingebrachten Ausströmöffnungen- verlaufen. Die resultierende Kühlfluidströmung weist dann die erwünschten, lokalen-an jedem Ort des Strömungskanals- praktisch überwiegend bis ausschließlich nach radial außen gerichteten Radialströmungskomponenten auf.

Aufgrund der technisch bedingten Mindestmaße sowohl des Guß- kerns als auch der Wandstärke ist die Durchströmung und damit auch der Kühleffekt bei solchen Turbinenschaufeln stark inho- mogen. So kann der Bereich einer Hinterkante, die sich in Ab- strömrichtung verschmälern soll, aufgrund der genannten, durch den Herstellungsprozeß bedingten Mindestmaße in der Re- gel nicht mehr von einem radialen Strömungskanal durchsetzt sein. Es kommt zu einer Überhitzung der überhängenden Hinter- kante. Des weiteren ergeben sich Einschränkungen-insbeson- dere durch die oben genannten Mindestmaße-in der Geometrie der meist großen Turbinenschaufeln im hinteren Bereich der Turbine.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbinen- schaufel anzugeben, die trotz eines geringen Kühlfluidstroms an die technischen Erfordernisse für gering gekühlte Turbi- nenschaufeln hinsichtlich ihrer Geometrie angepaßt ist und die trotzdem eine weitgehend homogene Kühlung, insbesondere in den Randzonen, erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sie eine homogene Küh- lung der Turbinenschaufel, insbesondere im Bereich der Kan- ten, erlaubt. Besonders problematisch ist hier der Bereich

des Hinterkantenkanals, in dem die strömungstechnischen An- forderungen z. B. eine Verschmälerung der Turbinenschaufel verlangen.

Der genannte Vorteil wird dadurch erreicht, daß eine oder mehrere Hinterkantenkanäle vorhanden sind, deren Kühlfluid- strömung an vorbestimmten Stellen lokale Querströmungskompo- nenten aufweisen und bei denen Ausströmöffnungen in eine Hin- terkante der Turbinenschaufel eingebracht sind. Durch die Verwendung der Hinterkante als Bereich der Ausströmung von Kühlfluid wird für gering gekühlte Turbinenschaufeln eine große Vielfalt an Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet, die bis- lang nicht zugänglich waren.

So können die Hinterkantenkanäle-zumindest teilweise-ihr Kühlfluid über die Ausströmöffnungen, die in die Hinterkante eingebracht sind, ableiten. Dadurch wird auch für die-in Abströmrichtung gesehen-vor den Hinterkantenkanälen gelege- nen Kanäle mehr Freiraum geschaffen. Ausströmöffnungen-ins- besondere an der Anstreifkante-, die vorher durch die Hin- terkantenkanäle beaufschlagt waren, können nunmehr zum Aus- leiten von Kühlfluid aus vor den Hinterkantenkanälen gelege- nen Strömungskanälen dienen.

Es wird ein dreifacher Nutzeffekt erreicht : Damit wird es nämlich erstmals möglich, die Hinterkante einer erfindungsge- mäßen Turbinenschaufel effektiv und homogen zu kühlen und zugleich eine dünne Hinterkante (im Sinne einer verbesserten Aerodynamik) zu haben. Des weiteren wird für die Hinterkan- tenkanäle eine natürliche Abströmung des Kühlfluids erreicht, die es erlaubt, auch die vor den Hinterkantenkanälen gelege- nen, vorderen Strömungskanäle in ihrer Geometrie und insbe- sondere in ihrem Abströmverhalten an die technischen Erfor- dernisse anzupassen.

Dies bedeutet, daß beispielsweise vordere Strömungskanäle mehr Ausströmlänge entlang der Anstreifkante beaufschlagen

können, als dies bislang der Fall war. Da die Hinterkantenka- näle einerseits weiter in Abströmrichtung zur Hinterkante verlagert sind und andererseits durch ihre gebogene Form aus- weichen, können die davor gelegenen, vorderen Strömungskanäle den entstandenen Freiraum ausfüllen. Die vorderen Strömung- kanäle können aufgrund der lokalen Querströmungskomponenten der Hinterkantenkanäle ebenfalls derart gebogen sein, daß auch sie lokale Querströmungskomponenten aufweisen. Dadurch ist eine andere Raumausnutzung innerhalb des Kühlvolumens der Turbinenschaufel gegeben mit besserer Ausnutzung der Kühl- luft.

Damit können erstmalig auch Turbinenschaufeln im hinteren Be- reich der Turbine-also gering gekühlte Turbinenschaufeln- mit geringsten bis verschwindenden Einschränkungen hinsicht- lich der Geometrie ausgeführt sein. Es ist beispielsweise eine hinlänglich bekannte Anforderung (aus Festigkeitsgründen und Abgußgründen), daß sich die Turbinenschaufel vom Schau- felfuß weg in radialer Richtung verschmälert. Da die Aus- strömöffnungen der Hinterkante verwendet werden, können sich die übrigen, insbesondere vorderen und mittleren Strömungska- näle in dieser Richtung bezüglich ihrer Ausdehnung parallel zur Abströmrichtung erweitern und somit die Dickenabnahme in Radialrichtung durch Verbreiterung parallel zur Abströmrich- tung und Nutzung mehrerer Ausströmöffnungen der Anstreifkante durch einen Strömungskanal kompensieren. Dadurch kann bei bestmöglichem Wirkungsgrad der Turbine ein praktisch gleich- bleibender Innenquerschnitt der Strömungskanäle erreicht wer- den verbunden mit einem schlanken Profil. Dies ist nur mit der Erfindung möglich, da der zusätzliche Raum lediglich durch die nunmehr freigewordenen Ausströmöffnungen an der An- streifkante und den gebogenen Verlauf der Strömungskanäle er- möglicht wird. Zudem ist eine geschwungene Profilform zur Op- timierung der Aerodynamik (Randzoneneffekte) möglich-im Ge- gensatz zur gebohrten Schaufel-mit Kühlmöglichkeit der Hin- terkante, im Gegensatz zu bisherigen Geometrien.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Strömungskanäle können derart geformt sein, daß Querströ- mungskomponenten in Abströmrichtung und entgegengesetzt vor- handen sind. Bevorzugt sind aber ausschließlich oder überwie- gend Querströmungskomponenten in Abströmrichtung vorgesehen.

Die Querströmungskomponenten bewirken eine Durchströmung der Hinterkante, die bislang nicht vorhanden war. Durch die Nut- zung der genannten Querströmungskomponenten wird das Kühlfluid des weiteren automatisch zu den Ausströmöffnungen in der Hinterkante geführt.

Bevorzugt ist, daß ein Hinterkantenkanal und/oder ein vorde- rer Strömungskanal zumindest abschnittsweise, insbesondere mit ihren/seinen äußeren Radialabschnitten, von der Radial- richtung in Abströmrichtung abbiegen/abbiegt.

Um Totzonen zu vermeiden und den Strömungswiderstand insge- samt zu verringern, so daß das gesamte, zur Verfügung ste- hende Kühlvolumen effektiv ausgenutzt wird, ist vorgesehen, daß die Abbiegeabschnitte ausgerundet sind. Die Abbiegeab- schnitte verlaufen dann ohne Kanten mit Krümmung.

Es können mehrere Hinterkantenkanäle vorhanden sein. Insbe- sondere ist der in Abströmrichtung gesehen letzte Hinterkan- tenkanal praktisch ausschließlich mit in die Hinterkante ein- gebrachten Ausströmöffnungen versehen. Unter Zugrundelegung der erfinderischen Idee, Querströmungskomponenten zu verwen- den und Ausströmöffnungen in der Hinterkante vorzusehen, ist dies die effektivste Lösung und möglichst wenige-vorzugs- weise gar keine-anderen Ausströmöffnungen als die der Hin- terkante beaufschlagt und somit belegt.

Daher kann der letzte Hinterkantenkanal auch in einem Radial- abstand radial innen vor der Anstreifkante enden. Erfindungs- gemäß braucht dieser Kanal nämlich überhaupt keine Ausström-

öffnungen in der Anstreifkante. Damit wird erst eine beson- ders effektive Formgebung der Turbinenschaufel-insbesondere hinsichtlich des Wirkungsgrades der Turbine-ermöglicht.

Zusätzlich kann ein radial durchgehender Hinterkantenkanal vorhanden sein, der sowohl in die Anstreifkante eingebrachte Ausströmöffnungen als auch in die Hinterkante eingebrachte Ausströmöffnungen aufweist. Ein solcher, radial durchgehender Hinterkantenkanal bildet quasi den Übergang zwischen einem vorderen Strömungskanal und einem Hinterkantenkanal, der le- diglich Ausströmöffnungen aufweist, die in die Hinterkante eingebracht sind. Durch einen solchen, radial durchgehende Hinterkantenkanal wird ein weicher Übergang erreicht. Dadurch kann das zur Verfügung stehende Kühlvolumen effektiv genutzt werden.

Dann kann beispielsweise der letzte Hinterkantenkanal radial weiter innen liegende, in die Hinterkante eingebrachte Aus- strömöffnungen und der radial durchgehende Hinterkantenkanal radial weiter außen liegende, in die Hinterkante eingebrachte Ausströmöffnungen aufweisen. Zwischen dem letzten Hinterkan- tenkanal und dem radial durchgehenden Hinterkantenkanal kann eine Öffnung, das ist ein Durchbruch im Innenbereich zwischen den beiden Strömungskanälen, vorgesehen sein. Die Wandung zwischen den einzelnen Strömungskanälen, die alle Strömung- kanäle trennt, ist dann an der Stelle der Öffnung unterbro- chen. Die durchgehende Verbindung dient dazu, Gießbarkeit im Sinne der Kernlage zu ermöglichen.

Wie bereits oben ausgeführt, wird durch die Erfindung er- reicht, daß der lokale, resultierende, effektive Innenquer- schnitt praktisch über die ganze Länge eines Strömungskanals bis auf bezüglich des Strömungswiderstandes des Strömungska- nals praktisch vernachlässigbare Querschnittsabweichungen gleich groß ist. Die Querschnittsabweichungen betragen vor- zugsweise weniger als zwanzig Prozent und insbesondere weni- ger als zehn Prozent des genannten Innenquerschnitts.

Die resultierende, effektive Gesamtquerschnittsfläche der Einströmöffnungen ist vorzugsweise gleich der Gesamtquer- schnittsfläche der Ausströmöffnungen eines Strömungskanals, wobei die jeweilige Gesamtquerschnittsfläche dem Innenquer- schnitt des zugehörigen Strömungskanals entspricht.

Eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel ist gering gekühlt, d. h. ohne Mäanderstruktur der Strömungskanäle ausgeführt. Sie wird für den hinteren Bereich einer Turbine und/oder für ge- ring gekühlte Turbinen/Turbinenschaufeln verwendet.

Die Erfindung wird anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine perspektivische Draufsicht auf eine erfindungs- gemäße Turbinenschaufel mit Schaufelfuß, wobei die innen lie- genden Strömungskanäle verdeckt dargestellt sind, Figur 2 einen Längsschnitt durch die Turbinenschaufel gemäß Figur 1.

Die Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren jeweils gleiche, konstruktive Merkmale. Im folgenden wird die Erfindung unter gleichzeitiger Bezugnahme auf Figur 1 und Figur 2 beschrie- ben.

Die Turbinenschaufel 1 ist von dem Arbeitsfluid 3-welches in der Figur 1 lediglich exemplarisch ausschnittweise darge- stellt ist-in der Abströmrichtung 2 umströmt, wodurch die Arbeitsleistung erzeugt beziehungsweise die Turbine angetrie- ben wird. Die Turbinenschaufel 1 wird von dem Kühlfluid 31- welches ebenfalls exemplarisch und ausschnittweise in der Fi- gur 2 gezeigt ist-entlang der Strömungskanäle 4,5,6 durch- strömt. Dadurch wird die Turbinenschaufel 1 gekühlt. Das Kühlfluid 31 kann beispielsweise (gekühlte) Luft sein.

Eine solche Turbinenschaufel 1 hat einen Schaufelfuß 10, der in eine entsprechende Nut der Turbinenscheibe (hier nicht ge- zeigt) eingeschoben und dort befestigt ist. Dabei fluchten die gezeigten Einströmöffnungen 7,8,9 mit entsprechenden Öff- nungen in der Turbinenscheibe. Durch diese wird das Kühlfluid 31 den Strömungskanälen 4,5,6 zugeführt.

Die Strömungskanäle 4,5,6 verlaufen zwischen den Einströmöff- nungen 7,8,9 an dem radial inneren Schaufelfuß 10 und demge- genüber weiter radial außen liegenden Ausströmöffnungen 11,12,13. Sie verlaufen ohne Umkehrstellen bezüglich der Ra- dialrichtung 20, d. h. praktisch umkehrfrei. Das Kühlfluid 31 durchströmt also in jedem Strömungskanal 4,5,6 die Radial- erstreckung der Turbinenschaufel 1 lediglich einfach. An je- der Stelle eines Strömungskanals weist die resultierende Kühlfluidströmung 14 lokal praktisch ausschließlich nach ra- dial außen-und nicht etwa nach radial innen-gerichtete Radialströmungskomponenten 15 auf (siehe Figur 2). Alle Radi- alströmungskomponenten 15 zeigen somit von dem Zentrum der Turbinendrehung weg. Eine Turbinenschaufel 1 ist auch dann gering gekühlt und somit für die Realisierung der Erfindung geeignet, wenn deren Strömungskanäle praktisch überwiegend nach radial außen gerichtete Radialströmungskomponenten 15 aufweisen.

Die durch die Innenwände 30 getrennten Strömungskanäle 4,5,6 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel derart gekrümmt, daß die resultierende Kühlfluidströmung 14 zusätzlich zu den ge- nannten Radialströmungskomponenten 15 lokale Querströmungs- komponenten 17 aufweist.

Zur Verdeutlichung ist in Figur 2 die resultierende Kühlflu- idströmung 14 in den Strömungskanälen 4,5 schematisch in je- weils eine Radialströmungskomponente 15 und eine Querströ- mungskomponente 17 zerlegt. Die Radialströmungskomponenten 15 zeigen alle nach radial außen. Dadurch ist die Kühlfluidströ- mung 14 bezüglich der Radialrichtung 20 praktisch umkehrfrei.

Dies gilt im Ausführungsbeispiel für alle Strömungskanäle 4,5,6.

Es ist ein in Abströmrichtung gesehen letzter Hinterkantenka- nal 6 vorhanden. Dieser (wie auch die Strömungskanäle 4,5) biegt mit ausgerundeten Abbiegeabschnitten 21 von der Radial- richtung 20 in Abströmrichtung 2 ab. Der Verlauf des Strö- mungskanals 6 ist dadurch in Richtung der Hinterkante 18 ge- krümmt.

Durch die Krümmung sind die Querströmungskomponenten 17 an jeder Stelle lokal in Abströmrichtung 2 gerichtet. Dadurch wird das Kühlfluid 31 des letzten Hinterkantenkanals 6 den Ausströmöffnungen 13 in der Hinterkante 18, die weiter radial innen liegen, zugeführt.

In den Figuren sind jeweils zwei Hinterkantenkanäle 5,6 ge- zeigt. Beide Hinterkantenkanäle 5,6 münden in die Ausström- öffnungen 13,23 in der Hinterkante 18. Der radial durchge- hende Hinterkantenkanal 5 mündet in die weiter radial außen liegenden, in die Hinterkante 18 eingebrachten Ausströmöff- nungen 23 und gleichzeitig in eine in die Anstreifkante 16 eingebrachte Ausströmöffnung 12. Damit die weiter radial außen liegenden Ausströmöffnungen 23 durch das Kühlfluid 31 in dem radial durchgehenden Hinterkantenkanal 5 beaufschlagt werden können, endet der in Abströmrichtung 2 gesehen letzte Hinterkantenkanal 6 in einem Radialabstand 22 radial innen vor der Anstreifkante 16. Dadurch bleiben die Ausströmöffnun- gen 23 durch den letzten Hinterkantenkanal 6 unbeaufschlagt.

Die Hinterkantenkanäle 5,6 kommunizieren über eine Öffnung 24, die in der Mitte (bezüglich der Radialrichtung 20) des radial durchgehenden Hinterkantenkanals 5 und am radial äuße- ren Ende des letzten Hinterkantenkanals 6 angeordnet ist.

Der in Abströmrichtung 2 gesehen vordere Strömungskanal 4 er- weitert sich in Radialrichtung 20 nach außen hinsichtlich

seiner Erstreckung in Abströmrichtung 2 (d. i. die Breite).

Auch der vordere Strömungskanal 4 verläuft derart gekrümmt, daß lokale, resultierende Querströmungskomponenten 17 vorhan- den sind. Die Innenwände 30, die die Strömungskanäle 4,5,6 voneinander trennen, sind über die gesamte Radialerstreckung der Turbinenschaufel 1 von praktisch gleicher Stärke. Der vordere Strömungskanal 4 folgt daher in seinem Verlauf den Hinterkantenkanälen 5,6 und schmiegt sich an diese an, so daß der Innenraum der Turbinenschaufel 1 praktisch vollständig von den Strömungskanälen 4,5,6 durchsetzt ist.

Neu ist bei der Erfindung auch, daß die Hinterkantenkanäle 5,6 den Bereich der Hinterkante 18 der Turbinenschaufel 1 praktisch bis auf eine verbleibende, äußere Wandstärke durch- setzen. Diese Wandstärke-wie auch die Größe des Gußkerns einer gegossenen Turbinenschaufel, d. h. die Größe der Hohl- räume-sind nach unten durch die technischen Parameter des Herstellungsprozesses begrenzt. Durch die Durchsetzung auch der Hinterkante 18 ergibt sich insgesamt eine die Hinterkante 18 einschließende, homogene Kühlung der Turbinenschaufel 1.

Besonders in der perspektivischen Darstellung der Figur 1 ist zu erkennen, daß sich die Turbinenschaufel 1 in Radialrich- tung 20 nach außen und gleichzeitig in Abströmrichtung 2 ge- sehen verschmälert. Dabei sollte der Innenquerschnitt 25 der Strömungskanäle 4,5,6 aber in etwa gleich bleiben, und zwar praktisch über die gesamte Länge 26 eines Strömungskanals 4,5,6. Dies wird durch die Erfindung erstmals für Turbinen- schaufeln 1 des hinteren Bereichs erreicht. Dadurch ist der lokale, resultierende, effektive Innenquerschnitt 25 prak- tisch über die ganze Länge 26 eines Strömungskanals 4,5,6 bis auf bezüglich des Strömungswiderstandes des Strömungskanals 4,5,6 vernachlässigbare Querschnittsabweichungen gleich groß.

Dies ist in Figur 1 am Beispiel des Strömungskanals 4 ge- zeigt.

Die Flächenstücke 25 sind dabei einfach schraffiert. Sie sol- len jeweils eine innerhalb eines Strömungskanals gleich große Fläche markieren. Zur Verdeutlichung der Verhältnisse sind die Flächen nicht maßstabgetreu wiedergegeben. Das Flächen- stück 25 wird um die Querschnittsabweichungen 27 in Radial- richtung 20 größer. Die Querschnittsabweichung 27 beträgt vorzugsweise weniger als zwanzig Prozent, insbesondere weni- ger als zehn Prozent des Innenquerschnitts 25. Auch im radial äußeren Bereich des vorderen Strömungskanals 4, wo sich die Turbinenschaufel 1 verschmälert, soll dieser Innenquerschnitt 25 (nicht explizit gezeigt) gleich bleiben. Zur Erreichung dieses Zweckes verbreitert sich der vordere Strömungskanal 4 in Radialrichtung 20 nach außen hin.

Es sind korrespondierende Flächenstücke 25 der Hinterkanten- kanäle 5,6 gezeigt. Daran ist zu sehen, daß sich die Turbi- nenschaufel 1 in Abströmrichtung 2 verschmälert. Über einen Strömungskanal 4,5,6 gesehen soll aber in Radialrichtung 20, d. h. im wesentlichen in Verlaufsrichtung des jeweiligen Strö- mungskanals 4,5,6 der Innenquerschnitt 25 praktisch gleich- bleiben. Dies gilt für den gesamten Weg des Strömungsfluids 31 innerhalb der Turbinenschaufel 1 vom Schaufelfuß 10 bis zu den Ausströmöffnungen 11,12,13,23.

So ist die resultierende, effektive Gesamtquerschnittsfläche 28 der Einströmöffnungen 7,8,9 gleich der Gesamtquerschnitts- fläche 29 der Ausströmöffnungen 11,12,13 eines Strömungska- nals 4,5,6. Diese Gesamtquerschnittsfläche 28,29 entspricht dabei in etwa bis auf die oben genannten Abweichungen dem In- nenquerschnitt 25 des zugehörigen Strömungskanals 4,5,6.