DE1167117B - Gasturbinenschaufelanordnung fuer Innenkuehlung - Google Patents

Description

• Gasturbinenschaufelanordnung für Innenkühlung Für Gasturbinen eignen sich sehr vorteilhaft Schaufelanordnungen für Innenkühlung, bei der ein Kühlmittel durch Kanäle zwischen einem massiven prismatischen Schaufelkern und einer über den Schaufelkern geschobenen und daran abgestützten dünnwandigen Schaufelhülle mit zum Kern paralleler Profilform verläuft. Eine derartige - an sich bekannte - Anordnung gibt die Möglichkeit, die an den Schaufein auftretenden Kräfte im wesentlichen in dem Schaufelkern aufzunehmen, der infolge Anordnung der Kühlkanäle zwischen Schaufelhülle und Schaufelkern auf einer gegenüber der Hülle wesentlich verringerten Temperatur gehalten werden kann und daher eine höhere Materialfestigkeit aufweist.
• Bei der Verwirklichung einer derartigen Schaufelanordnung sind zahlreiche Forderungen zu erfüllen, wobei gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der Fertigung sowie die betrieblichen Erfordernisse Berücksichtigung finden müssen. Im besonderen kommt es hierbei darauf an, konstruktiv die Bestandteile der Schaufel so zu gestalten, daß die Herstellung unter Berücksichtigung der Erfordernisse der Kühlung und des Einbaues leicht möglich ist, daß die Schaufelhülle erforderlichenfalls allein bequem auswechselbar ist und Schwingungsmöglichkeiten der Schaufel so weit wie möglich vermieden werden.
• Gemäß der Erfindung wird zur Erfüllung der gestellten Forderungen eine Gasturbinenschaufelanordnung für Innenkühlung, bei der ein Kühlmittel durch Kanäle zwischen einem massiven prismatischen Schaufelkern und einer über den Schaufelkern geschobenen und daran abgestützten dünnwandigen Schaufelhülle mit zum Kern paralleler Profilform verläuft, derart ausgebildet, daß die Schaufelhülle durch einen sie über seine ganze Länge umgebenden Fußkörper mit Befestigungsteilen zum Aufhängen. oder Verspannen in einem angrenzenden Turbinenteil oder Befestigungsring geführt und gehalten ist, und daß der genannte Fußkörper gleichzeitig zur seitlichen Führung des durch die Schaufelhülle gesteckten Kernes dient, der in radialer Richtung an seinem aus der Schaufelhülle herausragenden Ende nochmals in an sich bekannter @Ä7eise geondert abgestützt ist.
• Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine überafis einfache Gestaltung von Schaufelkern, Schaufelhülle sowie dem für dies;, vorgesehenen besonderen Befe ,tilzu-iffsfuß. Dicc Schaufelhülle kann ohne Schwierigkeiten und Verlust der anderen Schaufelteile, inshesondere c?es Schaufelfußes im Bedarfsfalle ausgevaech@ cli werden. Durch die erfindungsgemäß vorge-°heneFührung des gesondert z;fißerhalb des Bereiches d(-,r S^haufelhülicy befcs*igien Schaufelkernes in dem Fußstück der Schaufelhülle und die zusätzliche Befestigung an dem die Schaufelhülle durchdringenden Teil kann der schwingungsfähige Abschnitt des Schaufelteiles wesentlich verkürzt bzw. eine verbesserte Einspannung des die Kräfte der Schaufel aufnehmenden einseitig befestigten Schaufelkernes erreicht werden.
• Erwähnt sei, daß an sich eine Schaufelanordnung mit gesonderter Aufhängung .des Schaufelblattkörpers und eines im Innern desselben angeordneten Schaufelteiles bekannt ist. Bei dieser Anordnung war jedoch der äußere Schaufelblattkörper mit größerer Wandstärke für die Aufnahme der mechanischen Kräfte ausgebildet, während im Innern ein dünnwandiger Blechwandleitkörper für die Kühlgasführung vorgesehen war, der mittels eines verlängerten Teiles im Bereiche des an das Schaufelblatt angesetzten Fußkörpers aufgehängt ist. Mit einer derartigen in allen Einzelheiten abweichenden Anordnung können die oben angedeuteten Wirkungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung nicht erreicht werden.
• Bei einer anderen bekannten Anordnung mit einem massiven prismatischen Schaufelkern und darüber geschobener Hülle war zwar eine doppelseitige Abstützung des Schaufelkernes vorgesehen, in dem dieser einerseits über einen Fußteil mittels eines Tragbolzens an dem Leitschaufelträger aufgehängt, andererseits mittels eines vorspringenden Teiles in einem inneren Ringkörper gehalten wird. Die Schaufelhülle ist mit dem Schaufelfuß verschweißt; das Kühlgas wird durch besondere Kanäle innerhalb des Schaufelfußes den am Umfang des Schaufelkernes gebildeten Kühlkanälen zugeführt. Auch eine derartige Anordnung ist mit der erfindungsgemäßen Lösung mit gesonderter Aufhängung der Schaufelhülle und des Schaufelkernes und der hierdurch ermöglichten 2fachen einseitigen Schaufelkernabstützung nicht vergleichbar. Die Erfindung sowie Einzelheiten der Verwirklichung sollen näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, das in den F i g. 1 und 2 der Zeichnung wiedergegeben wird.
• In den Figuren bedeutet 1 eine Leitschaufel. Diese Leitschaufel besteht im wesentlichen aus dem Schaufelkern 2, der - wie in F i g. 2 a vergrößert angedeutet ist - an seinem Umfang eingefräste Nuten 2a zur Bildung von Kühlkanälen aufweist, die durch Stege 2 b voneinander getrennt sind. über den Schaufelkern 2 ist eine entsprechend dem gewünschten Schaufelprofil gestaltete Hülle 3 aus temperWurbeständigem Blech z. B. aus hochlegiertem Stahl geschoben, durch welche die von den Nuten 2a des Schaufelkernes gebildeten Kühlkanäle abgeschlossen werden. Zur Aufhängung bzw. Befestigung ist die Schaufelhülle 3 mit einem Fuß 4 verbunden, der eine die Aufhängung ermöglichende Profilgebung aufweist, z. B. mit einem hammerkopfförmigen Fußteil 4 a versehen ist. Die Schaufelhülle ist an ihrem durch den Fuß 4 bzw. den Fußteil 4 a hindurchgesteckten Ende umgebördelt und beispielsweise durch Schweißung verbunden. Ebenso ist der Schaufelkern 2, der durch die Hülle 3 und das Fußstück 4 hindurchgesteckt ist, an dem über das Fußstück hinausragenden Ende mit einer Profilgebung z. B. einer Nut 6 versehen, die die Aufhängung und Befestigung, und zwar getrennt von der Befestigung des Fußkörpers 4 der Schaufelhülle ermöglicht.
• In der Zeichnung sind noch mit 7 und 8 die zur Aufhängung und Befestigung der zusammengesetzten Schaufeln dienenden Teile des Gehäuses bzw. Spannringe bezeichnet, deren Ausbildung im einzelnen nicht näher erläutert ist und eine beliebige sein kann. Wesentlich ist nur, daß diese Teile durch entsprechende Profilgestaltung und Anordnung ermöglichen, sowohl den Fußteil des Schaufelmantels wie den Schaufelkern zu befestigen.
• Die Zeichnung läßt erkennen, daß bei der beschriebenen Schaufelanordnung in dem Schaufelkern die Kanäle durch die durchgehenden Nuten 2a gebildet werden. Soweit durch den Vorsprung 8 a des Halteteils 8 eine Abdeckung der parallel zur Schaufelachse verlaufenden Kanäle eintreten würde, kann durch eine Ausnehmung 8 b in dem Halteteil 8 und/oder Ausnehmungen in den Stegteilen 2 b sichergestellt werden, daß auch auf der Seite der Schaufelkernaufhängung durch den Teil 8 das Kühlmittel in ausreichendem Maße den Kühlkanälen zuströmen kann. Das Kühlmittel wird im übrigen den Schaufelkanälen aus dem Hohlraum 10 zwischen den Teilen 7 und 8 der Schaufelaufhängung zugeleitet.
• Der Schaufelmantel kann noch - wie bei 12 angedeutet ist - mit einem Querverbindungsteil für die seitlichen Mantelflächen versehen sein, der beispielsweise in der Nut 13 des Schaufelkernes liegt. Durch geeignete Bohrungen oder Durchtrittsöffnungen kann auch in diesem Falle eine Beeinträchtigung der Kühlströmung verhindert werden. Es ist jedoch auch möglich, statt durch den außenliegenden Querverbindungsteil 12 die Wangen der Schaufelhülle durch einen durch den Kern ohne Berührung hindurchgeführten Bolzen 14 zu verbinden, wie gestrichelt angedeutet ist.
• Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele können geändert werden. So ist eine abweichende Ausführung und Profilgebung des Fußteiles 4 oder es eingespannten Befestigungsendes 6 des Schaufelkernes 2 möglich.
• Die Erfindung eignet sich im besonderen für die Befestigung von Leitschaul,-ln, kann jedoch grundsätzlich auch für Laufschsufeln Anwendung finden, wobei die aufgehängten Teile im Hinblick auf die erhöhten Beanspruchungen eine etwas abweichende Ausbildung erfahren müssen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Gasturbinenschaufelanordnung für Innenkühlung, bei der ein Kühlmittel durch Kanäle zwischen einem massiven prismatischen Schaufelkern und einer über den Schaufelkern geschobenen und daran abgestützten dünnwandigen Schaufelhülle mit zum Kern paralleler Profilform verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelhülle (3) durch einen sie über seine ganze Länge umgebenden Fußkörper (4) mit Befestigungsteilen (4a) zum Aufhängen oder Verspannen in einem angrenzenden Turbinenteil oder Befestigungsring (7, 8) geführt und gehalten ist, und daß der genannte Fußkörper (4) gleichzeitig zur seitlichen Führung des durch die Schaufelhülle (3) gesteckten Kernes (2) dient, der in radialer Richtung an seinem aus der Schaufelhülle (3) herausragenden Ende nochmals in an sich bekannter Weise gesondert abgestützt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußkörper (4) seitlich angesetzte Befestigungsansätze (4a), z. B. hammerkopfförmige Halteteile aufweist und die Schaufelhülle (3) an dem der Treibmittelströmung abgewandten Ende außerhalb des Fußkörpers (4) umgebördelt und mit dem Fußkörper verlötet oder verschweißt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkern (2) an seinem durch Schaufelmantel (3) und Fußstück (4) hindurchgesteckten Ende mit wenigstens einer Befestigungsnut (6) zum Aufhängen oder Verspannen des Schaufelkerns (2) in dem angrenzenden Turbinenteil oder Spannteil (8) versehen ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Schaufelkern mit über seine ganze Länge durchgehenden Ausnehmungen versehen ist, zwischen denen Stegteile zur Abstützung der Schaufelhülle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der die Aufhängung des Schaufelkerns ermöglichenden Halteteile (8) und/oder in den die Kühlkanäle begrenzenden Stegen (2b) des Schaufelkerns (2) Ausnehmungen (2a) vorgesehen sind, um eine Kühlmittelströmung im Bereich der Schaufelkernaufhängung zu den Schaufelkühlkanälen zu ermöglichen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wangen der Schaufelhülle (4) an dem freien Schaufelende durch Querstege (12) verbunden sind oder durch Befestigungsteile (14) starr miteinander in Verbindung stehen, ohne den Schaufelkern (2) zu berühren. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 999 820; USA.-Patentschriften Nr. 2906495, 2859011, 2 858 100, 2 833 514, 2 828 940, 2 779 565.