DE1297938B

DE1297938B - Leitschaufel mit Waermeschild, insbesondere fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE1297938B
Application number: DEU12250A
Authority: DE
Inventors: Shainess Myron
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1964-12-07
Filing date: 1965-12-07
Publication date: 1969-06-19
Also published as: BE673345A; GB1063240A; FR1457118A; US3269700A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel, ins- Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich

besondere für Gasturbinen, mit einem sie mit all- aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an seitigem Abstand frei dehnbar umhüllenden Wärme- Hand der Figuren. Es zeigt schild von strömungsgünstigem Querschnitt. Fig. 1 einen radialen Schnitt durch einen Tur-

Bei einer bekannten Schaufelanordnung (USA.- 5 binenkanal, in dem die Schaufel angeordnet ist, Patentschrift 2771 622) ist eine Schaufel mit kon- Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2

stantem Abstand von einem Wärmeschild umgeben. nach F i g. 1,

Der Wärmeschild und die Schaufel sind beidseitig Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie 3-3

in konzentrischen Halterungsringen durch Ver- ■ nach Fig. 1, schweißen befestigt. Wird die Schaufelanordnung io Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie4-4 nach einem heißen Gasstrom ausgesetzt, so dehnt sich der Fig. 1,

Wärmeschild im Anfang stärker aus als die von dem Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 nach

Wärmeschild umgebene Schaufel. Andererseits kühlt F i g. 4.

sich auch bei Abschalten des heißen Gasstromes Die Schaufel 2 bildet eine Verbindung zwischen

der Wärmeschild zunächst schneller ab als die 15 einer inneren ringförmigen Kanalwandung 4 und Schaufel. Durch diesen Effekt entstehen an der einer äußeren ringförmigen Kanalwandung 6. Die Schaufelanordnung sowohl Längs- als auch Quer- Schaufel hält diese Wandungen in einem vorgespannungen. Diese Spannungen sind in hohem Maße gebenen Abstand, um zwischen ihnen eine Strömung unerwünscht, da sie zu Beschädigungen führen heißen Gases zu ermöglichen, das entweder von können. 20 einer vor der Schaufel liegenden Turbine zuströmt

Bei einer weiteren bekannten Schaufelanordnung oder zu einer hinter der Schaufel liegenden Turbine (britische Patentschrift 738 213) ist die Schaufel mit abströmt. In beiden Fällen ist die Schaufel starken Längsrippen versehen, auf denen der die Schaufel Temperaturänderungen ausgesetzt, insbesondere umgebende Wärmeschild aufliegt. An einem Ende dann, wenn die Turbine anläuft. Die durch diese sind die Schaufel und der Wärmeschild an der Gas- 25 Temperaturänderungen auftretende thermische Auskanal-Innenwand befestigt. An dem anderen Ende dehnung ruft hohe mechanische Spannungen in der ist der Wärmeschild auf einer Halterungsplatte auf- Schaufel und den Kanalwandungen hervor, gesetzt, aber nicht mit der Schaufel verbunden. Da- Am radial inneren Ende der Schaufel ist ein Fuß-

durch ist ein voneinander unabhängiges Ausdehnen teil 8 vorgesehen, welches in der Kanalwandung be- oder Zusammenziehen der Schaufel und des Wärme- 30 festigt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beschilds in Schaufellängsrichtung (also in radialer steht diese aus getrennten Ringen 10 und 12, zwi-Richtung) möglich. In Schaufelquerrichtung können sehen denen das Fußteil 8 durch Schrauben 14 bejedoch Spannungen auftreten, da der Wärmeschild festigt ist. In gleicher Weise ist am radial äußeren auf den Schaufelrippen aufliegt und an beiden Enden Ende der Schaufel ein Kopfteil 16 vorgesehen, das eingespannt ist. 35 zwischen den getrennten Ringen 18 und 20 durch

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leitschaufel Schrauben 22 befestigt ist.

eingangs genannter Art so auszubilden, daß Spannun- Zur Verminderung der Aufheizung sowie der

gen zwischen der Schaufel und dem Wärmeschild so- Aufheizungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit der wohl in Schaufellängsrichtung als auch in Schaufel- Schaufel und zur etwa gleich schnellen Aufheizung querrichtung vermieden werden. 40 von Schaufel und Kanalwandung ist die Schaufel

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Schaufel gemäß der Erfindung von einem Wärmeschild 24 nur durch je eine Gleitführung an der Vorderkante umgeben. Dieser ist so angeordnet, daß er sich frei und Hinterkante mit dem Wärmeschild verbunden. ausdehnen kann, so daß mechanische Spannungen in Durch diese Gleitführungen gewinnt der Wärme- diesem oder in der Schaufel nicht auftreten, schild die Möglichkeit, sich sowohl in SchaufeUängs- 45 Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist am vorderen richtung als auch in Schaufelquerrichtung auszu- Ende 26 der hohlen Schaufel ein länglicher Träger dehnen und zusammenzuziehen, und damit werden 28 angebracht. Dieser wird durch Niete 30 gehalten, die unerwünschten Spannungen vermieden. Der Träger hat eine in Längsrichtung verlaufende

Bevorzugt weist die Schaufel an der Vorderkante Nut 32, in die eine am vorderen Ende 36 des Schilds einen mit einer Längsnut versehenen länglichen 50 24 innen vorgesehene Leiste 34 eingepaßt ist. Träger und der Wärmeschild eine in diese Nut mit Die Leiste 34 hat Spiel in der Nut 32, so daß sich

Spiel eingepaßte Leiste auf. Dadurch wird in kon- das vordere Ende des Schilds gegen den Träger 28 struktiv einfacher Weise die gewünschte Gleitführung bewegen kann, an der Vorderkante des Wärmeschilds gewonnen. Am hinteren Ende der Schaufel ist ein Abschluß-

Um den Wärmeschild an der Schaufel zu fixieren, 55 teil 38 vorgesehen, welches durch Niete 40 und 42 ist bevorzugt in Schaufellängsrichtung ein den Träger (Fig. 2 und 4) an einem Führungsteil 44 befestigt passend und die Leiste in einer querliegend läng- ist. Dieses trägt eine Leiste 46, welche in eine Nut liehen Aussparung durchdringender Niet vorgesehen. 48 am hinteren Ende 50 des Schilds eingepaßt ist.

Die Gleitführung an der Hinterkante wird vor- Der aus einem Stück bestehende Schild, dessen zugsweise dadurch gebildet, daß die Schaufel an der 60 hintere Enden verdickt sind und durch eine Reihe Hinterkante ein Führungsteil mit einer Leiste und von Nieten 52 zusammengehalten werden, wird über der Wärmeschild eine die Leiste mit Spiel auf- die Schaufel geschoben. Die Leiste 46 hat in der nehmende Längsnut aufweist. Nut 48 Spiel, so daß eine Bewegung des Wärme-

Um auch den Wärmeschild an seiner Hinterkante Schilds gegenüber dem hinteren Ende der Schaufel an der Schaufel zu fixieren, ist bevorzugt in Schaufel- 65 möglich ist. Das Führungsteil 44 ist gabelförmig auslängsrichtung wenigstens ein die Leiste und den gebildet und über das Abschlußteil 38 der Schaufel Wärmeschild passend durchdringender Niet vorge- gespreizt. Die Gabelzinken sind mit Nieten 40 bzw. sehen. 42 befestigt.

Um den Wärmeschild in radialer Richtung gegenüber der Schaufel zu befestigen, ist im Träger 28 am vorderen Ende ein Niet 54 angebracht, welcher durch die Nut 32 und eine Aussparung 56 in der Leiste 34 verläuft. Die Aussparung 56 verläuft in axialer Richtung und hält daher das vordere Ende des Wärmeschilds in vorgegebener radialer Stellung gegen das vordere Ende der Schaufel, ohne daß damit die Bewegung des Wärmeschilds gegen die Schaufel behindert wird.

Am hinteren Ende der Schaufel wird die Leiste 46 an der Stelle 58 durch die zwei äußersten Niete 52 α gehalten. An der Stelle 60 erstrecken sich Leiste 46 und Nut 48 weiter gegen das hintere Ende des Wärmeschilds (Fig. 3). Damit ist der Wärmeschild an diesem Punkt sowohl in axialer als auch in radialer Richtung befestigt. Darüber hinaus ist eine radiale Befestigung durch den Niet 54 und die Aussparung 56 (F i g. 4) hergestellt. Durch die in F i g. 4 dargestellte Anordnung wird die Schaufel auch radial ao befestigt, jedoch wird die axiale Ausdehnung infolge der Aussparung 56 nicht beeinflußt.

Wird die mit der Anordnung gemäß der Erfindung versehene Turbine in Betrieb genommen und fließen daher heiße Gase über den die Schaufel umgebenden Schild, so setzt dieser die Aufheizungsgeschwindigkeit der Schaufel herab, so daß die thermische Ausdehnung der Schaufel und der inneren und der äußeren Kanalwandung etwa gleich verläuft. Damit werden mechanische Verspannungen herabgesetzt. Unter extremen Bedingungen kann die Schaufel selbst auch durch ein Kühlmittel gekühlt werden, so daß die thermische Ausdehnung weiter herabgesetzt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Leitschaufel mit einem sie mit allseitigem Abstand frei dehnbar umhüllenden Wärmeschild von strömungsgünstigem Querschnitt, insbesondere für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (2) nur durch je eine Gleitführung an der Vorderkante und Hinterkante mit dem Wärmeschild (24) verbunden ist.

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (2) an der Vorderkante einen mit einer Längsnut (32) versehenen länglichen Träger (28) und der Wärmeschild (24) eine in diese Nut mit Spiel eingepaßte Leiste (34) aufweist.

3. Schaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des Wärmeschilds (24) an der Schaufel (2) in Schaufellängsrichtung ein den Träger (28) passend und die Leiste (34) in einer querliegend länglichen Aussparung (56) durchdringender Niet (54) vorgesehen ist.

4. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (2) an der Hinterkante ein Führungsteil (44) mit einer Leiste (46) und der Wärmeschild (24) eine die Leiste (46) mit Spiel aufnehmende Längsnut (48) aufweist.

5. Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Fixierung des Wärmeschilds (24) an der Schaufel (2) in Schaufellängsrichtung wenigstens ein die Leiste (26) und den Wärmeschild (24) passend durchdringender Niet (52 ä) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen