DE19807563A1 - Kühlkonstruktion zum Kühlen einer Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlkonstruktion, die eine Mon­ tageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine kühlt.

Bisher wurden verschiedene Typen von Kühlkonstruktionen für die Antriebsschaufeln von Gasturbinen bekannt. In Fig. 4 ist eine typische bekannte Kühlkonstruktion für luftbetriebene Schaufeln in einer Gasturbine dargestellt. Bei einer derar­ tigen Konstruktion strömt Luft, die über Kanäle 4a und 4b am Schaufelfuß 1 eintritt, in Schaufel-Kühlkanäle 5a und 5b in­ nerhalb der Schaufel 3 in der durch Pfeile gekennzeichneten Richtung, wodurch sie die Schaufel 3 kühlt. Die Luft, die aus dem Kanal 4a am Schaufelfuß 1 in den Schaufel-Kühlkanal 5a am vorderen Rand der Schaufel 3 geströmt ist, durchläuft eine Anzahl von Rippen 13 (Turbulatoren). Wenn sie durch den Schaufel-Kühlkanal 5a strömt, der sich vor und zurück win­ det, um dabei der Form der Antriebsschaufel 3 zu folgen, kühlt sie diese Antriebsschaufel. Dann strömt sie aus einem Loch A an der dünnen Spitze 14 der Schaufel aus und wird in die Hauptgasströmung eingemischt.

Die Luft, die aus dem Kanal 4b am Schaufelfuß 1 in den Kanal 5b in der hinteren Hälfte des Rands der Schaufel 3 strömt, muß um eine Anzahl von Rippen 13, die im Kanal 5b vorhanden sind, herum nach hinten und vorne laufen. Die Luft kühlt den hinteren Rand der Schaufel über stiftförmige Rippen 15 und strömt dann aus Löchern oder Schlitzen B aus, um mit der Hauptgasströmung vermischt zu werden. Eine Anzahl von An­ triebsschaufeln mit dieser Art von Hochgeschwindig­ keits-Kühlkonfiguration ist benachbart zueinander entlang dem Um­ fang einer Montageplatte 16 positioniert und in eine Scheibe 17 eingesetzt.

Bekannte Vorrichtungen wie die vorstehend beschriebene ver­ fügen über hohle Antriebsschaufeln mit einer Konfiguration im Fuß oder im inneren einer Schaufel, die für Hochgeschwin­ digkeits-Kühlung sorgt. Da jedoch die Montageplatte, von der die Kühlkomponenten vorstehen, nicht selbst gekühlt wird, ist das Kühlvermögen unzureichend.

Die Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Hochtempera­ tur-Gasturbine muß gekühlt werden, jedoch führt die Kühlung tatsächlich zu thermischen Spannungen, die dann abgebaut werden müssen. Zwischen der Luft im Gasraum auf der Seite der Montageplatte mit den Gaskanälen sowie derjenigen im Gasraum an der Unterseite, wo sich der Rotor befindet, kön­ nen Temperaturdifferenzen über 1000°C auftreten.

Um dieses Problem zu meistern, wurde eine Anzahl von Konfi­ gurationen vorgeschlagen, die die Oberfläche der Montage­ platte wirkungsvoll kühlen können und gleichzeitig die Tem­ peraturdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite der Montageplatte verringern.

Eine dieser Konfigurationen, wie sie von den Erfindern in der vorliegenden Sache vorgeschlagen wurde, ist im Dokument JP-B-7-332004 veröffentlicht. Bei dieser Konfiguration sind an den Enden geschlossener Luftkanäle, die sich radial aus­ gehend vom Zentrum der Montageplatte erstrecken, Löcher vor­ handen. An der Oberseite derselben Luftkanäle sind auch Ent­ lüftungsöffnungen aus einem geformten Film vorhanden. Durch diese Konstruktion tritt die eingeschlossene Luft, die über die Unterseite der Montageplatte läuft, durch die Löcher an den Enden der Radien, tritt in die Entlüftungsöffnungen aus dem geformten Film ein und breitet sich über die Oberseite der Montageplatte aus, um diese wirkungsvoll zu kühlen. Wenn Schlitze vorhanden sind, die sich ausgehend von den Löchern in den Luftkanälen zum Rand der Montageplatte erstrecken, verringern die Expansion und Kontraktion dieser Schlitze thermische Spannungen, wie sie durch die Temperaturdifferenz zwischen der Ober- und der Unterseite der Montageplatte her­ vorgerufen werden. Die Schlitze verhindern auch eine Ausdeh­ nung der Montageplatte.

Eine andere derartige Konfiguration wurde von den Erfindern in der vorliegenden Sache im Dokument JP-B-8-246802 vorge­ schlagen. Gemäß dieser Konfiguration sind Luftkanäle vorhan­ den, in die Luft vom Sockel einer Gasturbinenschaufel ent­ weder von der Oberseite oder der Unterseite her geliefert wird. Diese Luft durchläuft das Innere der Montageplatte in der Nähe der Unterseite der Schaufel und strömt dann zu bei­ den Seiten der Schaufel. Sie wird entweder am oberen oder unteren Ende der Schaufel ausgegeben. Auf diese Weise wird die Montageplatte gekühlt.

Jede dieser Konfigurationen weist Vor- und Nachteile auf. Aktuell besteht die Forderung, daß Turbinen bei noch höhe­ rer Temperatur arbeiten, um ihren Wirkungsgrad zu erhöhen. Es wäre auch von Vorteil, wenn die zum Kühlen der Turbine verwendete Konfiguration unter Verwendung einfacherer Tech­ niken hergestellt werden könnte. So besteht Nachfrage nach einer wirkungsvollen Kühlkonfiguration, die weniger Her­ stellprozesse benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlkonstruk­ tion zum Kühlen der Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine unter Verwendung einer einfachen Konfigu­ ration und einer einfachen Technik zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch die Kühlkonstruktionen gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 3 gelöst.

Die Konstruktion gemäß Anspruch 1 umfaßt in erster Linie Luftkanäle im Inneren der Montageplatte, die in einen der Kühlkanäle in den Schaufeln geöffnet sind, die ihren Auslaß an den Hinterenden der Schaufeln haben.

Diese Konstruktion entspricht einem Design für eine Konfigu­ ration zum Kühlen der Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine. Im Inneren der Montageplatte sind zwei Kühlkanäle geschaffen, die sich vom vorderen Rand der Schau­ fel aus erstrecken und auf dem gesamten Weg zum hinteren Rand sowohl vorne als auch hinten verlaufen. Ein Ende jedes dieser Kühlkanäle ist in den Schaufel-Kühlkanal geöffnet, der dem vorderen Rand der Schaufel am nächsten liegt. Das andere Ende jedes Kühlkanals ist über denjenigen Rand der Montageplatte, der dem hinteren Rand der Schaufel am nächs­ ten liegt, nach außen geöffnet.

Gemäß dieser Konstruktion ist dafür gesorgt, daß ein Teil der Kühlluft für eine Antriebsschaufel einer Gasturbine, der vom Fuß der Schaufel in den Schaufel-Kühlkanal am vorderen Rand der Schaufel strömt, in die zwei Montageplatte-Kühlka­ näle strömt, die die Montageplatte kühlen und am vorderen Rand der Schaufel mit dem Schaufel-Kühlkanal verbunden sind. Diese Luft kühlt das Innere der Montageplatte um den vorde­ ren Rand der Schaufel herum und dann das Innere des Teils der Montageplatte an der Vorder- und der Rückseite der Schaufel. Diese Luft tritt über den Rand der Montageplatte, der dem hinteren Rand der Schaufel am nächsten liegt, aus.

Diese Konstruktion verfügt über solche Konfiguration, daß jeder der zwei Montageplatte-Kühlkanäle mit demjenigen der genannten Schaufel-Kühlkanäle verbunden ist, der dem vorde­ ren Rand der Schaufel am nächsten liegt. Da die zwei Monta­ geplatte-Kühlkanäle innerhalb der Montageplatte mit demjeni­ gen Schaufel-Kühlkanal verbunden sind, der dem vorderen Rand der Schaufel am nächsten liegt, d. h. nahe am Schaufelkopf, ist die Luft, die in die zwei genannten Montageplatte-Kühl­ kanäle eingeleitet wird, relativ kühl, da sie noch nicht das Innere der Schaufel gekühlt hat. Dieses Design verbessert die Kühlwirkung für die Montageplatte.

Die Konstruktion gemäß Anspruch 3 schlägt eine Konfiguration zum Kühlen der Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine vor, die über mindestens eines der folgenden Merkmale verfügt: eine Anzahl von Kanälen, durch die einge­ schlossene Luft aus den Räumen unter der Montageplatte zwi­ schen den Füßen der Schaufeln strömen kann und die sich in radialer Relativrichtung an der Vorderseite der Schaufel durch das Innere der Montageplatte erstrecken und an der Vorderseite der Montageplatte austreten; eine Anzahl von Ka­ nälen für Konvektionskühlung, die sich durch das Innere der Platte in radialer Relativrichtung ausgehend vom vorderen Rand der Schaufel an der Vorder- und Rückseite derselben er­ strecken und an der Oberfläche der Montageplatte an der Vor­ der- und der Rückseite der Schaufel austreten; sowie Luftka­ näle, die durch den hinteren Rand der Montageplatte hinter der Schaufel laufen und durch den Rand hinter dem Hinterende der Schaufel austreten.

Gemäß dieser Konstruktion sind geschlossene Luftkanäle, die durch die Unterseite der Montageplatte laufen, Löcher, die die eingeschlossene Luft zur Oberseite der Montageplatte oder zum Rand der Montageplatte am Hinterende der Schaufel lenken, und Löcher zu Konvektionskühlung in mindestens einer der folgenden Ausrichtungen vorhanden: zur Vorderseite der Schaufel oder mit Erstreckung von deren Kopf (vorderer Rand der Montageplatte) zu ihrer Vorder- und Rückseite; oder zum Hinterende der Schaufel (hinterer Rand der Montageplatte). Die eingeschlossene Luft, die über die Unterseite der Monta­ geplatte strömt, tritt in die geeignet umschlossenen Luftlö­ cher und Konvektionskühlungslöcher ein. Einer dieser Sätze von Löchern, die als geformter Film ausgebildet sind, führt die Luft auf die Montageplatte vor der Schaufel heraus. Auf diese Weise wird derjenige Teil der Montageplatte, der vor der Schaufel liegt, wirkungsvoll entweder vom Inneren oder der Oberfläche aus gekühlt. Ein anderer Satz von Löchern, der am Kopf der Schaufel beginnt, kühlt den vorderen Rand der Montageplatte und die Teile vor und hinter der Schaufel auf wirkungsvolle Weise. Ein dritter Satz von Löchern leitet Luft vom Inneren der Montageplatte her, so daß sie wir­ kungsvoll den hinteren Rand derselben am Hinterende der Schaufel kühlen kann.

Ferner umfaßt diese Konstruktion, d. h. eine Konfiguration zum Kühlen der Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine, die Erzeugung zweier Kanäle innerhalb der Monta­ geplatte, die vom Kopf der Schaufel auf beiden Seiten zu ih­ rem Hinterende nach unten laufen. Ein Ende jedes dieser Kühlkanäle ist von einem Kühlkanal innerhalb des Kopfs der Schaufel geöffnet und kühlt diese. Das andere Ende tritt durch den Rand nahe dem Hinterende der Schaufel aus der Mon­ tageplatte aus. Diese Konfiguration verfügt über mindestens eines der folgenden Merkmale: eine Anzahl von Löchern, durch die die eingeschlossene Luft strömen kann und die in mehr oder weniger radialer Richtung vor der Schaufel durch das Innere der Montageplatte laufen und an der Oberfläche der Montageplatte vor der Schaufel austreten; eine Anzahl von Löchern für Konvektionskühlung, die in mehr oder weniger radialer Richtung ausgehend vom Kopf der Schaufel zu deren Vorder- und Rückseite durch das Innere der Montageplatte laufen und an der Oberfläche der Montageplatte hinter der Schaufel sowie vor ihr austreten; und/oder Luftkanäle, die am hinteren Rand der Montageplatte hinter der Schaufel be­ ginnen und über den Rand hinter dem Hinterende der Schaufel austreten.

Durch diese Konstruktion können spezielle Teile der Montage­ platte durch Kombinieren zweier Konfigurationen gekühlt wer­ den. Bei der ersten Konfiguration wird die für die Kanäle in der Schaufel vorgesehene Luft einem Umgebungskanal zuge­ führt, und es wird dafür gesorgt, daß sie durch Kühlkanäle in der Montageplatte zu beiden Seiten der Schaufel strömt, um die Montageplatte zu kühlen. Bei der zweiten Konfigura­ tion wird eingeschlossene Luft jedem der Kanäle zugeführt, die vor der Schaufel verlaufen, die vom Kopf der Schaufel zu ihrer Vorder- und Rückseite verlaufen, oder die vom hinteren Rand der Montageplatte hinter der Schaufel bis nahe zu ihrem hinteren Rand verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Antriebsschaufel einer Gasturbine gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist (a) ein Querschnitt und (b) ist ein Horizontal­ schnitt entlang der Linie B-B in (a).

Fig. 2 zeigt eine Antriebsschaufel einer Gasturbine gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Dabei ist (a) ein Querschnitt und (b) ist ein Horizontal­ schnitt entlang der Linie B-B in (a).

Fig. 3 zeigt eine Antriebsschaufel einer Gasturbine gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist (a) ein Querschnitt und (b) ist ein Horizontal­ schnitt entlang der Linie B-B in (a).

Fig. 4 ist ein Querschnitt einer Schaufel einer Gasturbine gemäß einem Beispiel aus dem Stand der Technik.

In Fig. 1 bezeichnet 1 den Fuß einer Schaufel, 2 eine Monta­ geplatte und 3 die Schaufel. Um die Schaufel 3 zu kühlen, wird, genauso wie beim oben erörterten Stand der Technik, Luft von der Unterseite des Fußes 1 her in der durch die Pfeile 4a und 4b dargestellten Richtung zugeführt. Diese Luft wird von Kühlkanälen im Fuß in jeweilige Schaufel-Kühl­ kanäle 5a und 5b in der Schaufel 3 geliefert.

Wie bei den bekannten Designs verlaufen die Schaufel-Kühl­ kanäle 5a und 5b im Inneren der Schaufel 3 nach hinten und vorne, und sie enthalten zahlreiche Rippen (Turbulatoren), die aus der Zeichnung weggelassen sind.

Die Luft, die vom Kanal 4a im Fuß 1 in den Schaufel-Kühlka­ nal 5a am vorderen Rand der Schaufel 3 strömt, kühlt die Schaufel, während sie durch den Kanal läuft, der sich fol­ gend dem Verlauf der Schaufel 3 nach hinten und vorne win­ det. Die Luftströmung tritt über ein Loch A an der Oberseite der Schaufel aus und verbindet sich mit der Gas-Hauptströ­ mung.

Die Luft, die vom Kanal 4b im Fuß 1 in den Schaufel-Kühlka­ nal 5b am hinteren Rand der Schaufel einströmt, läuft durch den Kanal nach hinten und vorne und kühlt den hinteren Rand mittels stiftförmiger Rippen 15. Diese Luft tritt über ein Loch oder einen Schlitz B aus und vereinigt sich mit der Gas-Hauptströmung.

Diese Merkmale der Konfiguration stimmen mit dem bereits er­ örterten bekannten Design überein.

Wie es aus Fig. 1(b) dargestellt ist, erstrecken sich bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Kühlkanäle 6a und 6b in der Montageplatte 2 entlang der Vorderseite 3c bzw. der Rückseite 3d der Schaufel 3 zum hinteren Rand 2e der Montageplatte. Nahe dem vorderen Rand der Montageplatte sind diese Kanäle zum vorderen Rand der Schaufel, der in der Mit­ te der Montageplatte liegt, abgewinkelt. Sie laufen zum Ein­ laß des Schaufel-Kühlkanals 5a, der nahe dem vorderen Rand der Montageplatte liegt. Die Montageplatte-Kühlkanäle 6a und 6b werden dazu verwendet, einen Teil der Luftströmung aus dem Kanal 4a so abzutrennen, daß er statt in die Schaufel 3 in die Montageplatte 2 strömt.

Die Montageplatte-Kühlkanäle 6a und 6b stellen in der Monta­ geplatte 2 die Verbindung zum Einlaß des obengenannten Ka­ nals 5a her, der die Schaufel kühlt. Diese Kanäle laufen vom vorderen Rand der Schaufel an der Vorder- und der Rückseite der Schaufel (d. h. an den Seiten 3c und 3d) entlang durch das Innere der Montageplatte 2, und sie treten am Rand 2e, d. h. am hinteren Rand der Montageplatte, aus. Diese Konfi­ guration sorgt dafür, daß ein Teil der Luftströmung vom Ka­ nal 4a im Fuß 1, von der das meiste in die Antriebsschaufel läuft, in die Montageplatte 2 abgezweigt wird.

Bei einem auf diese Weise aufgebauten Ausführungsbeispiel trifft die dem Schaufel-Kühlkanal 5a zugeführte Luft 4a auf­ grund der durch die obengenannten Turbulatoren erzeugten Turbulenz auf die Wände des Kanals, wenn sie den sich win­ denden Kanal passiert. Auf diese Weise wird die Schaufel 3 gekühlt. Von der Oberseite der Schaufel her tritt die Luft aus, um sich mit der Gas-Hauptströmung zu vereinigen. Ein Teil dieser Luft 4a zweigt vom Schaufel-Kühlkanal 4a in das Innere der Montageplatte 2 ab und durchläuft die Montage­ platte-Kühlkanäle 6a und 6b, um das Innere der Montageplatte auf den Seiten 3c und 3d der Schaufel zu kühlen. Diese Luft tritt am Rand 2e aus der Montageplatte aus.

So wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Teil der Kühlluft 4a abgetrennt, um spezifizierte Gebiete der Montageplatte 2 zu kühlen. Es wurde ein Design erörtert, bei dem die Monta­ geplatte-Kühlkanäle 6a und 6b in den Kanal 5a am vorderen Rand der Schaufel 3 geöffnet sind, wobei sich der Kanal 5a innerhalb der Schaufel 3 nach hinten und vorne windet. So wird die Montageplatte 2 durch Temperatur niedriger Luft, die noch nicht das Innere der Schaufel 3 gekühlt hat, wir­ kungsvoll gekühlt. Es wäre auch möglich, daß die Kühlkanäle 6a und 6b an einem anderen Ort in den Kanal 5a statt im Teil nahe dem vorderen Rand der Montageplatte münden, wenn auf diese Weise das erforderliche Ausmaß an Kühlung erzielt wer­ den kann.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 das zweite be­ vorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung erörtert. Kompo­ nenten, die dieselbe Funktion wie solche beim obenerörterten ersten Ausführungsbeispiel haben, sind mit denselben Zahlen gekennzeichnet, und doppelte Erläuterungen werden weggelas­ sen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Unterseite der Mon­ tageplatte 2 für die Antriebsschaufel einer Gasturbine da­ durch gekühlt, daß Abdichtungsluft 10 über sie strömt. Wie es aus Fig. 4 erkennbar ist, ist diese Abdichtungsluft 10 in einem Raum 11 enthalten, der sich zwischen den Füßen 1 von Schaufeln 3 unter der Montageplatte 2 befindet. Wie es in Fig. 2(b) dargestellt ist, ist eine Anzahl (hier fünf, je­ doch können mehr oder weniger vorhanden sein) von Montage­ platte-Kühlluftkanälen 7 für Abdichtungsluft in das Innere der Montageplatte 2 an der Vorderseite 3c der Schaufel ein­ geschnitten. Diese Kanäle sind in radialer Richtung relativ zur Turbinenachse ausgerichtet. Die Kühlluftkanäle 7 laufen vom Abdichtungsluftraum 11 im Fuß 1 unter der Montageplatte 2 zur Oberseite der Montageplatte 2 an der Vorderseite 3c der Schaufel, wo sie austreten. Die Auslässe der Kanäle sind nicht im einzelnen dargestellt, jedoch wird die Luft durch aus einem geformten Film gebildeten Ausblaslöcher wirkungs­ voll fächerförmig an der Oberseite der Montageplatte ver­ teilt.

Mittels Kühlluftkanälen 7 dieser Art tritt die Luft 10, die durch den Abdichtungsluftraum 11 unter der Montageplatte 2 durchströmt, in radialer Richtung bezogen auf die Turbinen­ achse durch Löcher 7 aus und strömt auf die Oberseite der Montageplatte 2. Die Ausblaslöcher des geformten Films brei­ ten die Luft über der Oberfläche der Montageplatte 2 aus, wenn sie in der durch die Pfeile gekennzeichneten Richtung strömt. Dies kühlt die Oberseite der Montageplatte 2 auf wirkungsvolle Weise. Die Ausblaslöcher können so ausgerich­ tet sind, daß die Luft zur benachbarten Schaufel strömt, wie durch die Pfeile dargestellt; oder sie können in einer beliebigen Richtung ausgerichtet sein, die als zweckdienlich angesehen wird, wie zur Vorderseite der Schaufel.

Am vorderen Rand der Montageplatte 2, nämlich am Rand, der dem Kopf der Schaufel am nächsten ist, ist eine Anzahl von Konvektionskühlkanälen 8 für Konvektionskühlung vorhanden. (Hier sind zwei Kanäle auf der Seite 3c und zwei auf der Seite 3d der Schaufel dargestellt, die alle zur Mitte der Montageplatte laufen, jedoch können je nach Bedarf mehr oder weniger Kanäle vorhanden sein.) Die Konvektionskühlkanäle 8 durchlaufen die Montageplatte 2 in radialer Richtung in be­ zug auf die Turbinenachse. Sie sind an den Seiten 3c und 3d der Schaufel zur Oberseite der Montageplatte abgewinkelt.

Genau wie bei den obenerörterten Kühlluftkanälen 7 können an den Auslässen der Konvektionskühlkanäle 8 und den Seiten 3c und 3d der Oberseite der Montageplatte Ausblaslöcher in Form eines geformten Films (nicht dargestellt) vorhanden sein. Dies verbessert die Kühlwirkung.

Wenn eine solche Art von Konvektionskühlkanälen 8 angebracht wird, kann die Abdichtungsluft 10, die in den Raum 11 unter der Montageplatte 2 strömt, durch diese Konvektionskühlkanä­ le in radialer Richtung in bezug auf die Turbinenachse aus­ treten. Diese Luft läuft unter einem Winkel nach oben und tritt an der Oberseite der Montageplatte 2 auf den Seiten 3c und 3d der Schaufel aus. Die Ausblaslöcher in Form eines ge­ formten Films verteilen die Luft über die Oberfläche der Montageplatte 2, wenn sie in der durch die Pfeile gekenn­ zeichneten Richtung strömt, und dadurch wird die Oberfläche der Montageplatte 2 wirkungsvoll gekühlt.

Durch die Rückseite der Montageplatte 2 nahe dem hinteren Rand 3e der Antriebsschaufel 3 ist eine Anzahl von Luftkanä­ len 9 eingeschnitten. (Hier sind drei Kanäle dargestellt, jedoch können je nach Bedarf mehr oder weniger vorhanden sein.) Durch diese Kanäle hindurch durchläuft Luft 10 vom Abdichtungsluftraum 11 unter der Montageplatte 2 das Innere der Montageplatte auf der Seite 3d. Die Kanäle verlassen die Montageplatte über deren hinteren Rand 2e.

Diese Luftkanäle 9 ermöglichen es, daß Abdichtungsluft 10, die über die Unterseite der Montageplatte 2 läuft, zunächst in radialer Richtung in bezug auf die Turbinenachse und dann in schräger Richtung läuft. Sie treten am hinteren Rand 2e der Montageplatte 2 aus deren Innerem aus und kühlen so den Rand von innen her.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Design erörtert, das drei verschiedene Arten von Kühlkanälen enthält: Kühlluftka­ näle 7, Konvektionskühlkanäle 8 und Luftkanäle 9. Jedoch ist es nicht wesentlich, daß alle drei Arten von Kanälen vor­ handen sind. Je nach Bedarf kann eine Art verwendet werden, oder es können zwei oder alle drei kombiniert werden.

Als nächstes wird das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 3 erörtert.

Wie es aus Fig. 3 erkennbar ist, kombiniert dieses Ausfüh­ rungsbeispiel die Merkmale des in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiels mit denen des in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels. Es enthält beide Konfiguratio­ nen und erzielt die Funktionen und Wirkungen beider voriger Ausführungsbeispiele in Kombination.

Anders gesagt, verfügt dieses Ausführungsbeispiel über zwei Kühlkanäle 6a und 6b und mehrere Kühlluftkanäle 7, Konvek­ tionskühlkanäle 8 und Luftkanäle 9. Die Kühlkanäle 6a und 6b in der Montageplatte 2 sind am Einlaß in den obengenannten Kanal 5a, der die Schaufel kühlt, offen. Vom vorderen Rand der Schaufel laufen sie entlang deren Seiten 3c und 3d und treten über den Rand 3e nahe ihrem hinteren Rand aus. Die Kühlluftkanäle 7 erstrecken sich vom umschlossenen Raum 11 zwischen den Füßen 1 der Schaufeln unter der Montageplatte 2 zur Oberseite der Montageplatte auf der Seite 3c, wo sie austreten.

Merkmale des Ausführungsbeispiels, die mit solchen des ers­ ten und zweiten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, sind mit denselben Zahlen gekennzeichnet, und doppelte Erläute­ rungen werden weggelassen.

Bisher wurden nur die veranschaulichten Ausführungsbeispiele erörtert. Jedoch ist die Erfindung nicht nur auf diese Aus­ führungsbeispiele beschränkt. An den hier beschriebenen Kon­ figurationen können verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die zwei Kühlka­ näle 6a und 6b durch das Innere der Montageplatte 2 ge­ schnitten, wobei sie sich vom vorderen Rand der Schaufel 3a zur Seite der Montageplatte nahe dem hinteren Rand der Schaufel 3e entlang den beiden Seiten 3c und 3d der Schaufel erstrecken. Ein Ende jedes dieser Kanäle, nämlich 6a und 6b ist zum Kanal 5a, der die Schaufel kühlt, nahe dem vorderen Rand der Schaufel geöffnet. Das andere Ende tritt über den Rand 2e nahe dem hinteren Rand der Schaufel aus der Montage­ platte aus. Diese Kanäle bilden einen Mechanismus zum Kühlen der Montageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine. Kühlluft 4a wird in die Kanäle 6a und 6b aufgeteilt, die vom Schaufel-Kühlkanal 5a ausgehen. Da die Kühlluft die Kühlka­ näle 6a und 6b durchläuft, um am Rand 2e der Montageplatte 2 nahe dem hinteren Rand der Schaufel auszutreten, stellt sie sicher, daß die Montageplatte keinen thermischen Wirkungen unterliegt. Durch dieses Design wird die Montageplatte wir­ kungsvoll gekühlt.

Bei der Erfindung ist ein Ende jedes der obengenannten Kühl­ kanäle 6a und 6b ausgehend vom Kanal 5a, der den vorderen Rand der Schaufel kühlt, geöffnet. Diese Kanäle bilden einen Mechanismus zum Kühlen der Montageplatte für Antriebsschau­ feln einer Gasturbine. Die Luft, die in die Kanäle 6a und 6b hinter dem vorderen Rand der Schaufeln und in diese strömt, umgeht den Kühlkanal im vorderen Rand der Schaufel. Da die Luft noch nicht zum Kühlen der Schaufel verwendet wurde, verfügt die Luft, die durch die obengenannten Kanäle 6a und 6b läuft, über relativ niedrige Temperatur, wenn sie zum Kühlen der Montageplatte 2 verwendet wird. Dieses Design verstärkt die Kühlwirkung hinsichtlich der Montageplatte 2.

Die Erfindung bildet einen Mechanismus zum Kühlen der Mon­ tageplatte für Antriebsschaufeln einer Gasturbine, mit min­ destens einer von drei verschiedenen Arten von Kühllöchern: Kühlluftkanäle 7, die vom Raum 11 zwischen den Schaufelfüßen 1 unter der Montageplatte 2 zur Oberseite der Montageplatte laufen, wo sie austreten; Konvektionskühlkanäle 8 und Luft­ kanäle 9. Über diese Kanäle zugeführte Abdichtungsluft stellt eine wirkungsvolle Maßnahme zum Kühlen einer Montage­ platte und ihrer Oberfläche auf einfache und wirkungsvolle Weise dar.

Auch kombiniert die Erfindung zwei Kühlwirkungen, die da­ durch erzielt werden, daß ein Teil der Luft vom Schaufelka­ nal in Kanäle 6 vor der Schaufel und hinter ihr aufgeteilt wird und daß die Abdichtungsluft durch mindestens eine von drei Arten von Kanälen geführt wird: die obengenannten Luft­ kühlkanäle, die obengenannten Konvektionskühlkanäle und die obengenannten Luftkanäle. Dieses Design unterdrückt die Hochtemperaturoxidation der Montageplatte und minimiert die Temperaturdifferenz zwischen der Oberseite der Montageplat­ te, an der sich die Gaskanäle befinden, und der Unterseite der Montageplatte, an der sich der Rotor befindet. Das De­ sign hat die Wirkung, daß die Temperaturen an den beiden Seiten nahezu gleich gemacht sind. Dies mindert thermische Spannungen und erhöht so die Lebensdauer der Antriebsschau­ feln einer Gasturbine.

Claims (10)

1. Kühlkonstruktion zum Kühlen einer Montageplatte (2) für Antriebsschaufeln (3) einer Gasturbine, gekennzeichnet durch

• - einen ersten Kühlkanal (6a) im Inneren der Montageplatte, der sich vom vorderen Rand einer Antriebsschaufel entlang der Vorderseite dieser Antriebsschaufel zum hinteren Teil der Montageplatte benachbart zum hinteren Rand der Antriebs­ schaufel erstreckt und über einen Einlaß, der mit einem Schaufel-Kühlkanal (5a) verbunden ist, der benachbart zum vorderen Rand der Antriebsschaufel angeordnet ist, und einen Auslaß benachbart zum hinteren Rand der Antriebsschaufel verfügt; und
• - einen zweiten Kühlkanal (6b) im Inneren der Montageplatte, der sich vom vorderen Rand einer Antriebsschaufel entlang der Hinterseite dieser Antriebsschaufel zum hinteren Teil der Montageplatte benachbart zum hinteren Rand der Antriebs­ schaufel erstreckt und über einen Einlaß, der mit dem Schaufel-Kühlkanal verbunden ist, der benachbart zum vorde­ ren Rand der Antriebsschaufel angeordnet ist, und einen Auslaß benachbart zum hinteren Rand der Antriebsschaufel ver­ fügt.

2. Kühlkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste und der zweite Kühlkanal (6a, 6b) je­ weils stromabwärts bezüglich der Schaufel (3) mit dem Schau­ fel-Kühlkanal (5a) verbunden sind, wodurch ein Teil der Kühlluft vom Schaufel-Kühlkanal in den ersten und zweiten Kühlkanal abgezweigt wird, bevor die Luft in die Schaufel eintritt.

3. Kühlkonstruktion zum Kühlen einer Montageplatte (2) für Antriebsschaufeln (3) einer Gasturbine, gekennzeichnet durch mindestens einen Montageplatte-Kühlkanal, der aus der fol­ genden Gruppe von Kanälen ausgewählt ist:

• (a) Kühlluftkanäle (7), die sich an der Vorderseite einer Turbinenschaufel von der Unterseite der Montageplatte durch diese hindurch zu deren Oberseite erstrecken, wodurch Luft aus einem Abdichtungsluftraum (11) unter der Montageplatte durch diese nach oben strömen kann, um ihre Oberseite zu kühlen;
• (b) Konvektionskühlkanäle (8), die sich an der Vorder- oder Rückseite einer Turbinenschaufel vom vorderen Rand der Mon­ tageplatte unter einem Winkel zu ihrer Oberseite hin erstre­ cken, wobei Luft von einem Raum (11) unter der Montageplatte durch diese laufen kann, um die Oberseite derselben zu küh­ len; und
• (c) Luftkanäle (9), die sich an der Rückseite der Turbinen­ schaufel von der Unterseite der Montageplatte schräg zum hinteren Teil derselben bis zu ihrer Oberseite benachbart zu ihrem hinteren Rand erstrecken, wobei Luft von unterhalb der Montageplatte durch diese zu ihrem hinteren Rand strömen kann, um diesen hinteren Rand zu kühlen.

4. Kühlkonstruktion, gekennzeichnet durch die Merkmale von Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit zusätzlich den Merkmalen von Anspruch 3.

5. Kühlkonstruktion nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch mehrere Kühlluftkanäle (7), die sich an der Vorderseite einer Turbinenschaufel (3) zur Oberseite der Montageplatte (2) erstrecken.

6. Kühlkonstruktion nach einem der Ansprüche 3 bis 5, ge­ kennzeichnet durch mindestens einen Konvektionskühlkanal (8), der sich an der Vorderseite einer Turbinenschaufel (3) vom vorderen Rand der Montageplatte (2) zu deren Oberseite erstreckt, und mindestens einen Konvektionskühlkanal, der sich an der Hinterseite der Turbinenschaufel vom vorderen Rand der Montageplatte zu deren Oberseite erstreckt.

7. Kühlkonstruktion nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ge­ kennzeichnet durch mehrere Luftkanäle (9) an der Rückseite der Turbinenschaufel (3) , die sich schräg zum hinteren Rand der Montageplatte (2) erstrecken.

8. Kühlkonstruktion nach einem der Ansprüche 3 bis 7, ge­ kennzeichnet durch mindestens einen Kühlluftkanal (9), der sich an der Vorderseite einer Turbinenschaufel (3) zur Ober­ seite der Montageplatte (2) erstreckt, und mindestens einen Konvektionskühlkanal (8), der sich an der Vorder- oder der Rückseite der Turbinenschaufel vom vorderen Rand der Monta­ geplatte unter einem Winkel zu deren oberem Rand erstreckt.

9. Kühlkonstruktion nach einem der Ansprüche 3 bis 8, ge­ kennzeichnet durch mindestens einen Kühlluftkanal (9), der sich an der Vorderseite einer Turbinenschaufel (3) zur Ober­ seite der Montageplatte (2) erstreckt, und mindestens einen Luftkanal an der Rückseite der Turbinenschaufel, der sich schräg zum hinteren Rand der Montageplatte erstreckt.

10. Kühlkonstruktion nach einem der Ansprüche 3 bis 9, ge­ kennzeichnet durch mindestens einen Konvektionskühlkanal (8), der sich an der Vorder- oder Rückseite einer Turbinen­ schaufel (3) vom vorderen Rand der Montageplatte (2) unter einem Winkel zu deren Oberfläche erstreckt, und mindestens einen Luftkanal (9) an der Rückseite der Turbinenschaufel, der sich schräg zum hinteren Rand der Montageplatte er­ streckt.