nach oben

Tipp

Weitere Kapitel dieses Buchs durch Wischen aufrufen

Erschienen in:

Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

17. Turbinenschaufel-Kühlung

verfasst von : Bernhard Weigand

Erschienen in: Stationäre Gasturbinen

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Zusammenfassung

Eine der wirkungsvollsten Methoden zur Steigerung der Leistungsdichte und des thermischen Wirkungsgrades einer Gasturbine im Kombiprozess besteht in der Anhebung der Turbineneintrittstemperatur (s. auch Kap. 2). Abbildung 17-1 zeigt die Entwicklung der Eintrittstemperatur seit 1950. Man erkennt, dass zu Beginn der 50er-Jahre die Gasturbinenschaufeln ohne eine aktive Kühlung auskamen. Dies lag natürlich an den niedrigen Heißgastemperaturen von rund 1000 K, die am Eintritt der Turbine auftraten. Die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Gasturbinen mit höheren thermischen Wirkungsgraden verlangte aber gerade eine Steigerung der Eintrittstemperatur in die Turbine.

Sie möchten Zugang zu diesem Inhalt erhalten? Dann informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 69.000 Bücher
über 500 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Finance + Banking
Management + Führung
Marketing + Vertrieb
Maschinenbau + Werkstoffe
Versicherung + Risiko

Jetzt 90 Tage mit der neuen Mini-Lizenz testen!

Jetzt informieren

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 50.000 Bücher
über 380 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Maschinenbau + Werkstoffe

Jetzt 90 Tage mit der neuen Mini-Lizenz testen!

Jetzt informieren

Vorheriges Kapitel Sekundärluftsystem

Nächstes Kapitel Läuferbauformen

Annerfeldt MO, Persson JL, Torisson T (2001) Experimental investigation of impingement cooling with turbulators or surface enlarging elements. ASME 2001-GT-149

Amro M et al. (2007) An experimental investigation of the heat transfer in a ribbed triangular cooling channel. Int J of Thermal Sciences 46, 491–500 CrossRef

Armstrong J, Winstanley D (1988) A review of staggered array pin fin heat transfer for turbine cooling applications. J of Turbomachinery 110, 94–103 CrossRef

Beeck A et al. (2003) Cooling system for the leading edge of a hollow blade for a gas turbine. EP0892149

Berg HP (1983) Experimentelle Bestimmung des örtlichen inneren Wärmeübergangs von Turbinenleit- und -laufschaufeln mit Hilfe der Analogie zwischen Wärme- und Stoffübergang. Dissertation, TU Darmstadt

Bohn D et al. (2002) Experimental and numerical investigation of a steam-cooled vane. ASME GT-2002-30210

Brauckmann D (2006) Experimentelle Untersuchung von Filmkühlungsvorgängen an konturierten Bohrungen. Dissertation, Universität Stuttgart

Dailey GM (2000) Design and calculation issues. VKI-LS 2000-03: Aero-thermal performance of internal cooling systems in turbomachinery

Ekkad SV, Kontrovitz D (2002) Jet impingement heat transfer on dimpled target surfaces. Int Journal of Heat and Fluid Flow 23, 22–28 CrossRef

10.

Faulkner FE (1971) Analytical investigation of chord size and cooling methods on turbine blade requirement. NASA CR-120882

11.

Florschuetz LW, Truman CR, Metzger DE (1981) Streamwise flow and heat transfer distributions for jet array impingement with crossflow. ASME 81-GT-77

12.

Florschuetz LW, Metzger DE et al. (1982) Jet array impingement flow distributions and heat transfer characteristics. NASA CR-3630

13.

Frey K (1934) Verminderung des Strömungsverlustes in Kanälen durch Leitflächen. Forschung 5, 105–117

14.

Gauntner JW, Livingwood JNB, Hrycak P (1970) Survey of literaure on flow characteristics of a single turbulent jet impinging on a flat plate. NASA TN D-5652

15.

Goldstein RJ (1971) Film cooling. In: Irvine TF, Hartnett JP (Ed) Advances in heat transfer. Academic Press New York, Vol 7, pp 321–379

16.

Goldstein RJ (Ed) (2001) Heat transfer in gas turbine systems. Annals of the New York Academy of Sciences 934

17.

Gritsch M (1998) Experimentelle Untersuchungen zum aerothermischen Verhalten nichtzylindrischer Filmkühlbohrungen. Dissertation, Universität Karlsruhe

18.

Halls GA (1969) Air cooling of turbine blades and vanes. In: Supersonic turbojet propulsion systems and components. AGARDograph 120, 262ff.

19.

Han B, Goldstein RJ (2001) Jet impingement heat transfer in gas turbine systems. In: Annals of the New York Academy of Sciences 934, 147–161

20.

Han JC, Jenkins PE (1982) Prediction of film cooling effectiveness of steam. ASME 82-GT-100

21.

Han JC (1984) Heat transfer and friction in channels with two opposite rib-roughened walls. J Heat Transfer 106, 774–781 CrossRef

22.

Han JC, Park JS (1988) Developing heat transfer in rectangular channels with rib turbulators. Int J Heat and Mass Transfer 31, 183–195 CrossRef

23.

Han JC, Huang J, Pang Lee C (1993) Augmented Heat Transfer in Square Channels with Wedge-Shaped and Delta-Shaped Turbulence Promoters. J of Enhanced Heat Transfer 1, 37–52 CrossRef

24.

Han JC, Dutta S (1995) Internal convection heat transfer and cooling: An experimental approach. VKI-LS: Heat transfer and cooling in gas turbines

25.

Han JC, Zhang P (1991) Effects of rib-angle orientation on local mass transfer distribution in three-pass smooth and rib-roughened channels. J of Turbomachinery 113, 123–130 CrossRef

26.

Han JC, Dutta S, Ekkad SV (2001) Gas turbine heat transfer and cooling technology. Taylor & Francis, London

27.

Harasgama SP (1995) Aerothermal aspects of gas turbine flows. VKI-LS 1995-05: Heat transfer and cooling in gas turbines

28.

Hirota M, Fujita H et al. (1999) Heat/mass transfer characteristics in two-pass smooth channels with sharp 180-deg. turn. Int J Heat Mass Transfer 42, 3757–3770 CrossRef

29.

Johnson BV, Wagner JH, Steuber GD (1993) Effects of rotation on coolant passages with trips normal and skewed to the flow. NASA-CR-4396

30.

Jubran BA, Hamdan MA, Abdualh RM (1993) Enhanced heat transfer, missing pin, and optimization for cylindrical pin fin arrays. ASME J Heat Transfer 115, 576–583 CrossRef

31.

Kail C (1997) Bewertung der zur Zeit besten gasbefeuerten Kraftwerksprozesse mit Heavy-Duty Gasturbinen, VDI-Berichte 1321. VDI, Düsseldorf

32.

Kays WM, Crawford ME, Weigand B (2004) Convective heat and mass transfer. Mc Graw-Hill, New York

33.

Kercher DM, Tabakoff W (1970) Heat transfer by a square array of round air jets impinging perpendicular to a flat surface including the effects of spent air. J of Engng of Power 73, 73–82 CrossRef

34.

Kestin J, Wood RT (1970) The influence of turbulence on mass transfer from cylinders. J Heat Transfer 93, 321–327 CrossRef

35.

Krückels J et al. (2007) Turbine blade thermal design process enhancements for increased firing temperatures and reduced coolant flow. ASME GT2007-27457, Montreal

36.

Krüger U et al. (2001) Analysis of the influence of cooling steam conditions on the cooling efficiency of a steam cooled vane using the conjugate calculation technique. ASME 2001-GT-0166

37.

Lakshminarayana B (1996) Fluid dynamics and heat transfer of turbomachinery. Wiley & Sons, New York

38.

Leontiev AI (1999) Heat and mass transfer problems for film cooling. J Heat Transfer 121, 509–527 CrossRef

39.

Ligrani PM, Oliveira MM, Blaskovich T (2003) Comparison of heat transfer augmentation techniques. AIAA Journal 41, 337–362 CrossRef

40.

Lutum E et al. (2000) Film cooling on a convex surface with zero pressure gradient flow. Int J Heat and Mass Transfer 43, 2973–2987 CrossRef

41.

Metzger DE, Plevich CW, Fan C S (1984) Pressure loss through sharp 180-deg turns in smooth rectangular channels. J of Engng for Gas Turbines and Power 106, 677–681 CrossRef

42.

Metzger DE (1985) Cooling techniques for gas turbine airfoils – A survey. Proc of AGARD Conf, Bergen (Norwegen), pp 1–13

43.

Nomoto H et al. (1997) The Advanced Cooling Technology for the 1 500  \({}^{\circ}\)C Class Gas Turbines: Steam Cooled Vanes and Air-Cooled Blades. ASME J of Eng For Gas Turbines and Power 119, 624–632

44.

Pagenkopf U (1996) Untersuchung der lokalen konvektiven Transportvorgänge auf Prallflächen. Dissertation, TU Darmstadt

45.

Pape D (2008) Experimentelle Untersuchung der Strömung und der Wärmeübertragung in 180°-Umlenkungen. Dissertation, Universität Stuttgart

46.

Plevich CW (1985) Effects of turning vanes, radial ribs and corner fillets on flow patterns and pressure losses in rectangular duct 180-deg turns. MS Thesis, AZ

47.

Rathjen L (2003) Experimentelle Wärme-/Stoffübergangsuntersuchungen an einem rotierenden Kühlkanalmodell mit Rippen. Dissertation, TU Darmstadt

48.

Schabacker J (1998) PIV investigation of the flow characteristics in internal coolant passages of gas turbine airfoils with two ducts connected by a sharp 180° bend. Dissertation, EPFL, Lausanne

49.

Schulenberg T, Kopper F, Richardson J (1995) An advanced blade design for V84.3 gas turbines. VDI-Bericht, Nr. 1185, 257–275, Düsseldorf

50.

Sieger K (1993) Vergleich der Leistungsfähigkeit erweiterter k- \(\varepsilon\)-Turbulenzmodelle bei der Berechnung transitionaler Grenzschichten an Gasturbinenschaufeln. Dissertation, Univ. Karlsruhe

51.

Spring S et al. (2008) CFD heat transfer predictions for gas turbine combustor impingement cooling configuration, The 12th Int. Symp. in Transport Phenomena and Dynamics of Rot. Machinery, Honolulu

52.

Takeishi K-I, Aoki S (2001) Contribution of heat transfer to turbine blades and vanes for high temperature industrial gas turbines. Part 1: Film cooling. Annals of the New York Academy of Sciences 934, 305–312 CrossRef

53.

Taslim ME, Setayeshgar L, Spring SD (2000) An experimental evaluation of advanced leading edge impingement cooling concepts. ASME GT-0222

54.

Tsukagoshi K et al. (2002) Trial operation results of steam cooled M501H type gas turbine. MHI Ltd. Technical Review 39, 85–89

55.

Vassiliev V et al. (2005) Thermal state analysis of industrial gas turbine blades. ASME GT2005, 68951, Nevada

56.

Wolfersdorf Jv, Weigand B, Schnieder M (2006) Heat Transfer Enhancement Techniques and their Application in Turbomachinery, Flow phenomena in nature: A challenge to engineering design, Liebe R (Ed), ISBN 1-84564-001-2, S 470–504

57.

Wang TS, Chyu MK (1994) Heat convection in a 180-deg. turning duct with different turn configurations. J of Thermoph and Heat Transfer 8, 595–601 CrossRef

58.

Weigand B, Semmler K, Wolfersdorf Jv (2001) Heat transfer technology for internal passages of air-cooled blades for heavy-duty gas turbines. Annals of the New York Academy of Sciences 934, 179–193 CrossRef

59.

Weigand B, Wolfersdorf Jv, Neumann SO (2005) Entwicklungsstand der Kühltechnologien für Gasturbinenschaufeln moderner, hocheffizienter Gasturbinen, Proc. der VGB Fachtagung „Gasturbinen und Gasturbinenbetrieb“, Dresden

60.

Yamawaki S (2001) Verifying heat transfer analysis of high pressure cooled turbine blades and disk. Annals of the New York Academy of Sciences 934, 505–512 CrossRef

61.

Yeh FC, Stepka FS (1984) Review and status of heat transfer technology for internal passages of air-cooled turbine blades. NASA TP 2232:1–33

62.

Yoshida T (2001) Cooling systems for ultra-high temperature turbines. Annals of the New York Academy of Sciences 934, 194–205 CrossRef

63.

Zuckermann N, Lior N (2005) Impingement heat transfer: correlations and numerical modeling. ASME J Heat Transfer 127, 544–552 CrossRef

Titel: Turbinenschaufel-Kühlung
verfasst von: Bernhard Weigand
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Stationäre Gasturbinen
Print ISBN: 978-3-662-56133-1

Electronic ISBN: 978-3-662-56134-8

Copyright-Jahr: 2019
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-56134-8_17