CH225231A - Cooled hollow blade. - Google Patents

Cooled hollow blade.

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CH225231A
CH225231A CH225231DA CH225231A CH 225231 A CH225231 A CH 225231A CH 225231D A CH225231D A CH 225231DA CH 225231 A CH225231 A CH 225231A
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CH
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blade
gap
hollow blade
hollow
coolant
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Application number
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German (de)
Inventor
Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/063Welded rotors

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

Description

  

  Gekühlte     Hohlschaufel.       Die Erfindung betrifft eine gekühlte  Hohlschaufel, insbesondere für Gasturbinen,  bei der das Kühlmittel am Schaufelfuss ein  geführt wird, die Schaufel in Längsrichtung  durchströmt und sie mindestens teilweise  durch     einen    längs der     Schaufel        verlaufenden     Spalt verlässt. Die Erfindung besteht darin,  dass der Spalt hinter der Stelle grösster Pro  fildicke angeordnet ist. Der Spalt kann sich  über einen Teil der Länge der Schaufel oder  über die ganze Länge der Schaufel     erstrek-          ken.    Der Spalt kann längs der Austrittskante  der Schaufel verlaufen.

   Der     Kühlmittelkanal     kann nach aussen verengt oder an der Schau  felspitze durch einen Boden begrenzt sein.  Der Boden kann eine     Durchbrechung    be  sitzen. Die Hohlschaufel kann aus mehreren  Teilen durch     Schweissung    zusammengefügt       sein.     



  Bei den     bisherigen    Anordnungen, wo das  Kühlmittel entweder vorn oder oben aus der  Schaufel austritt, war die     Kühlwirkung    in  der am meisten gefährdeten     Hinterkante    am  wenigsten     intensiv.    Demgegenüber kann bei    der     Anordnung    gemäss der Erfindung gerade  die Hinterkante sehr wirksam     gekühlt    wer  den.

   Ordnet man den Spalt am Schaufel  rücken an, so kann durch das austretende  Kühlmittel eine     Beschleunigung        in    der  Grenzschicht erzielt werden, und zwar ge  rade an derjenigen Stelle, wo die Beherr  schung der Grenzschicht     Schwierigkeiten     bereitet, das heisst gegen die Austrittskante  hin, wo immer ein gewisser lokaler Druck  anstieg an der Schaufeloberfläche vorhanden  ist.  



  Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes sind auf den Zeichnungen  schematisch dargestellt.  



       Fig.    1 zeigt einen Längsschnitt durch       einen        Turbinenrotor.        Fig.    2     und    3 zeigen       Querschnitte    durch     nebeneinanderstehende     Schaufeln.     Fig.    4 zeigt     einen        Längsschnitt     durch eine Schaufel, die     in        Fig.    5 im Grund  riss dargestellt ist.

       Fig.    6 zeigt eine weitere  Ausführungsform im     Längsschnitt.        Fig.    7  stellt eine Variante der     Laufschaufel    und           Fig.    8 den Querschnitt dieser Laufschaufel  dar.  



       Fig.    1 zeigt den Längsschnitt des Rotors  1, der beispielsweise     aus    vier Einzelscheiben  2, 3, 4, 5 besteht und durch mehrere Ver  bindungsstücke 6 zusammengeschweisst     ist.     Die     Laufschaufelkränze    7 und 8 der beiden.  ersten Stufen sind als     gekühlte    Hohlschau  feln ausgebildet. Das Kühlmittel, das im all  gemeinen verdichtete Luft sein wird, wird  durch die     Hohlwellenstummel    9 und 10 ein  geführt, durchströmt den Rotor 1 in der  durch die Pfeile 11     bezw.    11' angegebenen  Weise. Das Kühlmittel gelangt also in die  Ringkanäle 12 und 13 und gelangt von hier  aus in die Hohlschaufeln 7 und 8, die es in  Längsrichtung durchströmt.

   Alsdann tritt es  durch die als enge Spalte ausgebildeten Hin  terkanten 15 und 16 aus den Schaufeln aus,  wie die Pfeile 14 andeuten. Der Spalt kann  sich natürlich auch nur über einen Teil der  Länge der Schaufel erstrecken.  



  Das heisse Treibmittel tritt bei 17 in den  Leitkranz 18 ein und verlässt die     Schaufelung     bei 20. Die durch den Wellenstummel 9 ein  geführte Kühlluft ist     in    erster Linie für die  Laufschaufeln 7 der ersten Stufe bestimmt,  die durch den Wellenstummel 10 eintretende  Kühlluft für die zweite Stufe. Es sind aber  in den     Laufradscheiben    2, 3 Bohrungen 21,  22 vorgesehen, durch die ein Teil der durch  den Wellenstummel 9 zugeführten Luft der  zweiten Stufe zugeführt wird. Dadurch  wird erreicht, dass auch der Raum zwischen  den beiden     Laufradscheiben    2 und 3 dauernd  von Kühlluft durchströmt wird und somit  keine lokalen     Mertemperaturen    auftreten.

    Das vom Wellenstummel 10 eingeführte  Kühlmittel gelangt durch Bohrungen 23, 24,  25 der Einzelräder 5, 4, 3 zu der Laufschau  fel 8 der zweiten Stufe.  



       Fig.    2 zeigt den Querschnitt durch neben  einanderstehende Laufschaufeln 7 oder B.  Die Laufschaufeln können aus mehreren  Teilen hergestellt sein, wobei ein Teil 26 und  27 durch     Schweissung    28 miteinander verbun  den     sind.    Praktisch erfolgt die Herstellung  derart, dass die     Innenseiten    29 der Hohl-    schaufeln vollständig fertig bearbeitet wer  den, alsdann erfolgt die     Schweissung    und  dann erst die Bearbeitung der Aussenseiten  30 der Hohlschaufeln. Der Spalt 45, durch  den das Kühlmittel aus der Schaufel aus  tritt, verläuft längs der Hinterkante der  Schaufel, das     heisst    er teilt diese in zwei  Austrittskanten 27' und 27a.  



       Fig.    3 zeigt eine Variante, wobei die  Luft durch einen längs des Schaufelrückens  31 laufenden Spalt 32 ausgeblasen und eine  Beschleunigung der     Grenzschicht    herbei  geführt wird. Die Ausführung der Schaufel  33 ist zwei- oder mehrteilig.  



       Fig.    4 zeigt einen Längsschnitt durch  eine Schaufel. Der     Kühlmittelkanal    35 der  Schaufel 34 ist in der Nähe des obern Endes  durch einen mit einer Bohrung 37     ver-          sehenen    Boden 36 begrenzt, durch welche  Bohrung eine gewisse     Kühlluftmenge    in den  Raum 38     bezw.    an die Gehäusewand über  tritt.  



       Fig.    5 zeigt die Schaufel 34 im Grund  riss. Die Kühlluft tritt durch den Kanal 35  und die Bohrung 37 in den Raum 38. Der  Raum 38 ist gegen das Austrittsende ge  öffnet. Dadurch wird eine einfachere Her  stellung der Schaufel ermöglicht und der  Kühlluft durch die entstehende Öffnung eine  gute     Abflussmöglichkeit    gegeben.  



       Fig.    6 zeigt eine weitere Variante, wo  bei der     Kühlmittelkanal    35 nach der Spitze  39 der Schaufel 34 verengt ist, so dass die  Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels  nach der Spitze zu weniger rasch abfällt.  Die Bohrung 37 und der Raum 38 sind eben  falls vorgesehen.  



       Fig.    7 zeigt     eine    Schaufel, bei der sich  der Austrittsschlitz für das Kühlmittel nur  längs eines Teils 40 der Schaufellänge 41  erstreckt. Der     Kühlmittelkanal    47     ist    oben  nicht abgeschlossen, so dass ein Teil der  Kühlluft oben aus der Schaufel austritt.  Dieser Teil durchströmt     einfach    den Spalt,  der zwischen der Oberkante 46 und der Ge  häusewand 48 entsteht.  



       Fig.    8 zeigt die gleiche Schaufel im  Querschnitt     in    verschiedenen Höhen gemäss      den     Schnitten        A-A,        B-B,        C-C.    Dadurch,       da,ss    der Schlitz nur     einen    Teil der Schaufel  höhe annimmt,     wird    der     Kühlmittelver-          brauch    reduziert, während die     Kühlwirkung     als solche in vielen Fällen absolut genügend  bleibt;

   herrscht doch in demjenigen Teil der  Länge, die durch den Schlitz nicht     erfasst     wird, eine intensive Strömung des Kühl  mittels, so dass zusammen mit dem Wärme  abfluss durch den Fuss selbst eine genügende  Kühlwirkung     zustande    kommt.

   Im Schnitt       A-A    ist das     hintere    Ende des Schaufelteils  44 mit dem     Schaufelteil    43 verschweisst, im  Schnitt     B-B    sind die beiden Schaufelteile  43, 44 an dieser Stelle nicht     miteinander     verschweisst, doch liegen sie noch dicht an  einander an.     Im.        Schnitt        C-C    ist     zwischen     beiden Schaufelteilen 43 und 44     ein.    Spalt 45  vorhanden, durch welchen das     Kühlmittel    in  das Treibmittel überströmt.  



  Als     Kühlmittel        kommt    Luft     in    Frage. Es  wäre auch möglich, dass     inerte    Gase, z. B.  Rauchgase oder     Stickstoff        ete.,    zur Kühlung  verwendet werden.



  Cooled hollow blade. The invention relates to a cooled hollow blade, in particular for gas turbines, in which the coolant is introduced at the blade root, flows through the blade in the longitudinal direction and leaves it at least partially through a gap running along the blade. The invention consists in that the gap is arranged behind the point of greatest profile thickness. The gap can extend over part of the length of the blade or over the entire length of the blade. The gap can run along the trailing edge of the blade.

   The coolant channel can be narrowed to the outside or limited at the blade tip by a floor. The floor can have an opening. The hollow blade can be assembled from several parts by welding.



  In the previous arrangements, where the coolant exits either at the front or at the top of the blade, the cooling effect in the most endangered trailing edge was the least intensive. In contrast, in the arrangement according to the invention, the rear edge can be cooled very effectively.

   If the gap is arranged on the back of the blade, the escaping coolant can accelerate the boundary layer, specifically at the point where control of the boundary layer is difficult, i.e. towards the trailing edge, wherever there is a certain local pressure increase on the blade surface.



  Embodiments of the subject invention are shown schematically in the drawings.



       1 shows a longitudinal section through a turbine rotor. FIGS. 2 and 3 show cross-sections through adjacent blades. Fig. 4 shows a longitudinal section through a blade, which is shown in Fig. 5 in outline.

       Fig. 6 shows a further embodiment in longitudinal section. 7 shows a variant of the rotor blade and FIG. 8 shows the cross section of this rotor blade.



       Fig. 1 shows the longitudinal section of the rotor 1, which consists for example of four individual disks 2, 3, 4, 5 and connecting pieces 6 is welded together by several Ver. The rotor blade rings 7 and 8 of the two. first stages are designed as cooled hollow blades. The coolant, which will be compressed air in general, is passed through the hollow shaft stub 9 and 10, flows through the rotor 1 in the or by the arrows 11. 11 'specified way. The coolant thus arrives in the annular channels 12 and 13 and from here arrives at the hollow blades 7 and 8 through which it flows in the longitudinal direction.

   Then it occurs through the rear edges formed as a narrow column 15 and 16 from the blades, as the arrows 14 indicate. The gap can of course only extend over part of the length of the blade.



  The hot propellant enters the guide ring 18 at 17 and leaves the blades at 20. The cooling air fed through the stub shaft 9 is primarily intended for the blades 7 of the first stage, the cooling air entering through the stub shaft 10 for the second stage . However, bores 21, 22 are provided in the impeller disks 2, 3, through which some of the air supplied through the stub shaft 9 is fed to the second stage. This ensures that the space between the two impeller disks 2 and 3 is also continuously flowed through by cooling air and thus no local temperatures occur.

    The coolant introduced by the stub shaft 10 passes through bores 23, 24, 25 of the individual wheels 5, 4, 3 to the rotor blade 8 of the second stage.



       Fig. 2 shows the cross section through adjacent blades 7 or B. The blades can be made of several parts, with a part 26 and 27 by welding 28 are connected to each other. In practice, the production takes place in such a way that the inner sides 29 of the hollow blades are completely machined, then the welding takes place and only then the outer sides 30 of the hollow blades are machined. The gap 45 through which the coolant emerges from the blade runs along the rear edge of the blade, that is to say it divides it into two exit edges 27 'and 27a.



       3 shows a variant in which the air is blown out through a gap 32 running along the blade back 31 and an acceleration of the boundary layer is brought about. The design of the shovel 33 is in two or more parts.



       4 shows a longitudinal section through a shovel. The coolant channel 35 of the blade 34 is delimited in the vicinity of the upper end by a base 36 provided with a bore 37, through which bore a certain amount of cooling air enters the space 38 or. passes over to the housing wall.



       Fig. 5 shows the blade 34 in the ground crack. The cooling air passes through the channel 35 and the bore 37 into the space 38. The space 38 is ge opens towards the outlet end. This makes it easier to manufacture the blade and gives the cooling air a good drainage option through the opening that is created.



       6 shows a further variant where, in the coolant channel 35 after the tip 39, the blade 34 is narrowed, so that the flow velocity of the coolant after the tip drops too slowly. The bore 37 and the space 38 are also provided if.



       FIG. 7 shows a blade in which the outlet slot for the coolant extends only along part 40 of the blade length 41. The coolant channel 47 is not closed at the top, so that some of the cooling air emerges from the top of the blade. This part simply flows through the gap that arises between the upper edge 46 and the housing wall 48 Ge.



       8 shows the same blade in cross section at different heights according to sections A-A, B-B, C-C. Because the slot is only part of the height of the blade, the consumption of coolant is reduced, while the cooling effect as such remains absolutely sufficient in many cases;

   In that part of the length that is not covered by the slot, there is an intensive flow of the cooling medium, so that, together with the heat dissipation through the foot itself, a sufficient cooling effect is achieved.

   In section A-A the rear end of the vane part 44 is welded to the vane part 43, in section B-B the two vane parts 43, 44 are not welded to one another at this point, but they are still close to one another. In section C-C there is a between the two blade parts 43 and 44. Gap 45 is present through which the coolant flows over into the propellant.



  Air can be used as the coolant. It would also be possible that inert gases, e.g. B. flue gases or nitrogen ete., Can be used for cooling.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Gekühlte Hohlschaufel, insbesondere für Gasturbinen, bei der das Kühlmittel am Schaufelfuss eingeführt wird, die Schaufel in Längsrichtung durchströmt und sie min destens teilweise durch einen längs der Schaufel verlaufenden Spalt verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt hinter der Stelle grösster Profildicke angeordnet ist. UNTERANSPRCCHE 1. Hohlschaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet; dass sich der Spalt mindestens über einen. Teil der Länge der Schaufel erstreckt. 2. PATENT CLAIM: Cooled hollow blade, in particular for gas turbines, in which the coolant is introduced at the blade root, flows through the blade in the longitudinal direction and leaves it at least partially through a gap running along the blade, characterized in that the gap is arranged behind the point of greatest profile thickness . SUBClaims 1. Hollow blade according to claim, characterized by; that the gap extends over at least one. Part of the length of the blade extends. 2. Hohlschaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Spalt längs der Austrittskante der Schaufel verläuft. 3. Hohlschaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Spalt am Schaufelrücken angeordnet ist. 4. Hohlschaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Kühlmittel- kanal nach aussen zu verengt ist. 5. Hollow blade according to claim, characterized in that the gap runs along the trailing edge of the blade. 3. Hollow blade according to claim, characterized in that the gap is arranged on the back of the blade. 4. Hollow blade according to claim, characterized in that the coolant channel is narrowed to the outside. 5. Hohlschaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Kühlmittel- kanal an der Schaufelspitze durch einen Boden begrenzt ist. 6. Hohlschaufel nach Patentanspruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden eine Durchbrechung besitzt. 7. Hollow blade according to patent claim, characterized in that the coolant channel is delimited at the blade tip by a base. 6. Hollow blade according to claim and dependent claim 5, characterized in that the bottom has an opening. 7th Hohlschaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Hohlschaufel aus Teilen durch Schweissung zusammen- gefügt ist. Hollow blade according to patent claim, characterized in that the hollow blade is assembled from parts by welding.
CH225231D 1940-11-16 1940-11-16 Cooled hollow blade. CH225231A (en)

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