DE1280618B

DE1280618B - Doppelwandige Leitschaufel fuer Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE1280618B
Application number: DER42097A
Authority: DE
Inventors: Arthur Bill; Michael Poucher; Thomas Steele
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1964-12-02
Filing date: 1965-11-30
Publication date: 1968-10-17
Also published as: MY6800109A; DE1476892B2; US3353351A; FR1454951A; DE1476892A1; GB1068280A; GB1034260A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

£3Jk

DEUTSCHES At& PATENTAMT Int. CL:

F02c

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 46 f-4/02

P 12 80 618.7-13 (R 42097)

30. November 1965

17. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelwandige Leitschaufel zum Einbau in die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, bestehend aus einer Außenwand und einer im Abstand zu dieser angeordneten Innenhülse, über die ein Kühlmittel zugeführt wird, das über Löcher der Hülse in den Zwischenraum zwischen Hülse und Außenwand zwecks Kühlung der Innenseite der letzteren eintreten und über Öffnungen der Außenwand aus diesem Zwischenraum in die Brennkammer austreten kann.

Bei derartigen innerhalb der Brennkammer gelagerten Schaufehl stellt die erforderliche Kühlung ein schwer zu lösendes Problem dar. Bei bekannten Leitschaufeln der genannten Bauart, die als Düsen-Ieitschaufeln zwischen Brennkammer und Turbine angeordnet sind, wird die über die Innenhülse zugeführte Kühlluft zunächst in den Zwischenraum eingeleitet, um den Schaufelmantel von innen her zu kühlen, und aus diesem Zwischenraum tritt dann die bereits erwärmte Luft über Schlitze aus. Bei dieser ao Konstruktion wird jedoch die äußere Oberfläche der Schaufel nicht mit Kühlluft beaufschlagt, und bei Einbau innerhalb der Brennkammer wäre die Kühlwirkung unzureichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlung einer innerhalb der Brennkammer den heißen Gasen ausgesetzte. Leitschaufel intensiver, insbesondere auf ihrer äußeren Oberfläche zu kühlen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Leitschaufel der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß Leitungsabschnitte zwischen Hülse und Schaufelaußenwand einen Teil des in die Hülse eintretenden Kühlmittels über den Zwischenraum hinweg unmittelbar in die Brennkammer leiten, ohne daß sich dieser Teil mit dem innerhalb des Zwischenraums befindlichen Kühlmittel mischen kann.

Hierdurch wird gewährleistet, daß die Schaufelwandung zugleich von innen und von außen gekühlt wird, wobei die Kühlwirkung von außen her verbessert ist, weil die Kühlluft noch nicht innerhalb des Zwischenraumes vorgewärmt ist.

Ein weiterer Vorteil der Verbindung zwischen Innenhülse und Schaufelaußenwand besteht darin, daß ein Teil der der Innenhülse zugeführten Kühlluft unmittelbar in die Brennkammer eintreten und als Sekundärluft oder als Verdünnungsluft für die heißen Gase innerhalb der Brennkammer dienen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß die Innenhülse durch eine oder mehrere Scheidewände in Kammern aufgeteilt ist, von denen eine oder mehrere über Löcher mit dem Zwischenraum in Verbindung Doppelwandige Leitschaufel für
Gasturbinentriebwerke

Anmelder:

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
8000 München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Arthur Bill,

Thomas Steele,

Michael Poucher, Derby, Derbyshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 2. Dezember 1964 (49101)

stehen, während die andere(n) Kammer(n) über die Leitungsabschnitte unmittelbar mit der Brennkammer in Verbindung stehen.

Hierdurch ist von vornhereim eine Aufteilung der Luft vor Eintritt in die Innenhülse vorgenommen, wobei ein Teil des Luftstromes nach dem Zwischenraum gelangt und ein anderer über die Leitungsabschnitte diesen Zwischenraum überbrückt.

Das Einleiten der Kühlluft in die Hülse wird zweckmäßigerweise über Schöpfbleche bewirkt, die an den den Innenraum der Hülse aufteilenden Scheidewänden angeordnet sind und über die Schaufel vorstehen. Ihre Ausbildung kann dabei so getroffen sein, daß ein Teil der Luft auch unmittelbar in den Zwischenraum abgelenkt wird, ohne erst in das Innere der Hülse einzutreten.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines Gasturbinenstrahltriebwerkes mit der erfindungsgemäßen Schaufelanordnung,

F i g. 2 eine aufgebrochene perspektivische Darstellung der Brennkammer,

809 627/1219

Claims

Fig. 3 eine perspektivische aufgebrochene Dar- eingeleitete Luft durchströmt die radial äußeren

stellung der den Gegenstand der Erfindung bildenden Rohre 31, die Innen- und Außenwand verbinden und

Schaufel. außen in den Öffnungen 23 münden. Der an dem

Die Schnittansicht nach F i g. 1 zeigt nur den hinteren Schöpfblech vorbeiströmende Teil der Luft

oberen, über der Triebwerksachse 10 liegenden Teil 5 tritt in den hinteren Teil der Kammer 29 ein und

des Triebwerks. Es besitzt einen Axialverdichter 11, wird dort einer Richtungsumkehr gemäß F i g. 3 im

eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13. Über ein Uhrzeigersinn unterworfen und strömt durch die ra-

Rohr 14 wird der Brennkammer 12 Brennstoff ge- dial inneren Rohre 31 aus.

liefert, der aus dem Rohr 14 auf eine Prallplatte 15 Die in die Kammer 29 einströmende Luft wird daauftrifft und von deren gekrümmten Ende 16 in die io her verhältnismäßig gleichmäßig auf die öffnungen vorbeiströmende Luft eingespritzt wird. Die vom Ver- 23 verteilt. Das hintere Schöpf blech 22 ist, wie insdichterll gelieferte Luft teilt sich in einen ersten besondere aus Fig. 3 ersichtlich, seitlich über die Strom, der durch den Einlaß 17 in die Brennkammer Innenhülse 27 verlängert und leitet einen Teil der 12 strömt, und einen zweiten Strom, der im Neben- Luft in den Zwischenraum zwischen Schaufelwand strom in Richtung des Pfeiles 18 abfließt. Die Ver- 15 und Hülse 27. Der Hauptteil der Luft wird durch das brennungsgase dehnen sich nach dem Auslaß 19 der hintere Schöpfblech 22 jedoch in die Kammer 29 geBrennkammer hin aus. Die Verbrennungsgase sollen leitet und strömt, ohne sich mit der Kühlluft im Zwiauf die Turbinenschaufeln in einem Winkel auftref- schenraum zwischen der Hülse 27 und der Schaufel fen, der eine optimale Arbeitsweise der Turbine ge- 20 zu mischen, direkt über die Rohre 31 seitlich aus währleistet. Zu diesem Zweck sind stromlinienförmig ao der Schaufelwandung 20 α aus. Diese Rohre 31 tragen gestaltete Schaufeln 20 im hinteren Abschnitt der die Hülse 27 im Abstand von der Schaufel-Brennkammer angeordnet, um die Verbrennungsgase wandung 20 a.

in einem bestimmten Winkel auf die Turbinenschau- Der in die Kammer 28 geleitete Luftstrom dient fein zu leiten. Um die Temperatur der Abgase so zum Kühlen der Außenwand, bevor die Luft in die niedrig zu halten, daß Beschädigungen des strom- 25 Brennkammer 12 einströmt. Die Vorderkante der unterseitigen Endes der Brennkammer vermieden Hülse 27 besitzt Öffnungen 32, aus denen Luft in den werden, wird Kühl- oder Verdünnungsluft der Brenn- Zwischenraum zwischen Hülse 27 und Vorderkante kammer unmittelbar stromunterseitig der Mischzone der Schaufel 20 strömen kann, so daß die Schaufel 20 von Primärluft und Brennstoff zugeleitet. Die Schau- an ihrem heißesten Teil einer Kühlwirkung unterfehl 20 werden durch einen Teil der Sekundärluft ge- 30 worfen wird. Die Kühlluft strömt von den öffnungen kühlt und sind zu diesem Zweck hohl ausgebildet 32 in der Vorderkante der Hülse 27 über die Innen- und mit quer verlaufenden Scheidewänden versehen, seite der Schaufelwand 20 α und fließt über die Öffdie nach oben zu Schöpfblechen 21, 22 verlängert nungen 25 am Schaufelhinterrand aus. Die öffnunsind, die in den Strom der Sekundärluft einstehen und gen 25 und 32 sind als Schlitze dargestellt. Sie könneinen Teil dieser Sekundärluft in das Schaufelinnere 35 ten aber auch eine andere Gestalt haben und z. B. ableiten. Der größe Teil der in das Schaufelinnere ge- rund sein. Es könnten auch mehr als zwei Schöpflangten Sekundärluft kann über Öffnungen 23 abflie- bleche 21, 22 benutzt werden. Falls dies mit Rückßen, und der Rest tritt durch kleine öffnungen 25 sieht auf die Druckverhältnisse innerhalb der Brennan der Hinterkante der Schaufel 20 aus. kammer zulässig ist, kann der Vorderrand der Schau-Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 40 fei 20 Öffnungen aufweisen, durch die ein Teil der die öffnungen 23 nur auf einer Seite der Schaufel Kühlluft aus dem Zwischenraum entweichen kann, angeordnet. Sie könnten Jedoch auch auf beiden Sei- wobei diese Luft als Film über die Außenfläche der ten vorgesehen sein. Um eine gründliche Durch- Schaufel nach hinten strömt, um diese gegen direkte, mischung von Luft und Brennstoff zu gewährleisten, _t Konvektion mit den Verbrennungsgasen zu schützen, besitzt die radial außenliegende Seite der Vorderkante 45 Die vorn von der Schaufelvorderkante vorstehender Schaufel 20 zwei im Abstand zueinander angeord- den Stege 26 können auch durch Querstege verbunnete Leitbleche 26, die mit der Schäufelvorderkante den sein und so einen Kanal stromoberseitig der Voreinen Strömungskanal bilden, so daß ein Teil der derkante der Schaufel bilden, und es können dann Primärluft radial nach innen senkrecht zur Haupt- Löcher für den Kühlluftfihn in der Wand 20 a an der strömung abgeleitet wird und die Durchmischung 50 Vorderkante der Schaufel 20 vorgesehen werden, so unterstützt. Gemäß dem dargestellten Ausführungs- daß Luft zwischen der Vorderkante und dem Kanal beispiel sind die Leitbleche 26 parallel zueinander an- durchströmen kann, geordnet, sie könnten gegebenenfalls jedoch auch
schräg zueinander verlaufen. Patentansprüche:

Die Brennkammer 12 ist als Ringbrennkammer 55

ausgebildet und durch die im Winkelabstand zuein- 1. Doppelwandige Leitschaufel zum Einbau in

ander angeordneten Schaufeln in einzelne Brennzonen die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks,

unterteilt. Jede Schaufel 20 besitzt eine hohle Innen- bestehend aus einer Außenwand und einer im

hülse 27, deren radial innenliegender Teil gegen die Abstand zu dieser angeordneten Innenhülse, über

innere Ringwandung der Brennkammer 12 abgedich- 60 die ein Kühlmittel zugeführt wird, das über

tet ist. Die vordere, zu dem Schöpfblech 21 verlän- Löcher der Hülse in den Zwischenraum zwischen

gerte Scheidewand reicht bis zum radial inneren Hülse und Außenwand zwecks Kühlung der In-

Ende der Hülse 27 und teilt diese in zwei Kammern nenseite der letzteren eintreten und über Öffnun-

28 und 29, wobei die aus dem Sekundärstrom ge- gen der Außenwand aus diesem Zwischenraum in

schöpfte Luft in die vordere Kammer 28 geleitet wird. 65 die Brennkammer austreten kann, dadurch

Die das hintere Schöpfblech 22 tragende Scheidewand gekennzeichnet, daß Leitungsabschnitte

verläuft nur über einen Teil der Schaufelhöhe. Die (31) zwischen Hülse (27) und Schaufelaußenwand

über das hintere Schöpfblech 22 in die Kammer 29 (20 a) einen Teil des in die Hülse eintretenden

Kühlmittels über den Zwischenraum hinweg unmittelbar in die Brennkammer leiten, ohne daß sich dieser Teil mit dem innerhalb des Zwischenraums befindlichen Kühlmittel mischen kann.

2. Leitschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (25) der Schaufelwandung (20 ä) in an sich bekannter Weise an deren Hinterrand angeordnet sind.

3. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (27) durch eine oder mehrere Scheidewände in Kammern aufgeteilt ist, von denen eine oder mehrere

(28) über Löcher (32) mit dem Zwischenraum in Verbindung steht, während die andere(n) Kammerin) (29) über die Leitungsabschnitte (31) unmittelbar mit der Brennkammer in Verbindung stehen.

4. Leitschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände je ein über die Schaufel in den Sekundärströmungskanal in ao an sich bekannter Weise vorstehendes Schöpfblech (21,22) aufweisen.

5. Leitschaufel nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die Schaufelhöhe mehrere Leitungsabschnitte (31) vorgesehen sind, denen aus dem vorderen Teil der Kammer

(29) unmittelbar bzw. auf dem Umweg über den hinteren Teil der Kammer (29) etwa gleiche Kühlmittelmengen zugeführt werden.

6. Leitschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderste Kammer (28) über Löcher (32) im Bereich der Schaufelvorderkante mit dem Zwischenraum in Verbindung steht.

7. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (27) über die Leitungsabschnitte (31) von der Außenwand getragen wird.

8. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß längs der Schaufelvorderkante im Abstand zueinander Stege (26) vorgesehen sind.

9. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (26) durch einen im festen Abstand stromoberseitig des Vorderrandes der Schaufel (20) vorgesehenen Steg verbunden sind und daß der Schaufelvorderrand gelocht ist.

10. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Schöpfblech (22) seitlich über die Innenhülse (27) verbreitert ist und einen Teil der Luft unmittelbar in den Zwischenraum leitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1120 818,
055 884;

schweizerische Patentschrift Nr. 322 022;

britische Patentschriften Nr. 938 247, 898 368,
884409, 853 328, 784196;

USA.-Patentschriften Nr. 2 858 100, 2 641 040.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 1 245 644,1 240 706.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 627/1219 10.68 © Bundesdruckerei Berlin