DE2025030B2 - Luftgekuehlte hohle turbinenschaufel aus metallblech - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine luftgekühlte hohle Turbinenschaufel aus Metallblech, die aus einer Innen- und einer Außenschicht besteht, mit mindestens einer Zwischenschicht, wobei Diirchtrittsöffnungen für die Kühlluft in jeder Schicht in längs den Mantellinicn des Schaufelprofils liegenden Reihen vorgesehen sind, die über den Bogen der Hintrittskante der Turbinenschaufel mit Abstand voneinander angeordnet sind.

Durch die ältere deutsche Patentschrift 1932000 öo ist eine derartige Turbinenschaufel vorgeschlagen, bei der die Dtirchtrittsöffnungcn in der Außen- und Innenschicht durch eine Zwischenschicht voneinander getrennt sind, die zu diesen Durchtrittsöffnungen versetzte Durchtrittsöffnungen aufweist. Schlangenlinienförmige Strömungskanäle durch die Schaufelwandung werden durch je eine Durchtrittsöffnung der Außen- bzw. Innenschicht miteinander verbindende kreuzweise angeordnete Kanäle tin den der Zwischenschicht zugewandten Flüchen der Außen- und Innenschicht gebildet. Ein- und Austritt der Kühlluft erfolgt daher an in Umfangsrichtiing zueinander versetzten Stellen, wobei die Wärmeabfuhr im wesentlichen auf dem Bereich dieser Strömungskanäle beschränkt ist.

Es liegt die Aufgabe vor, eine einwandfreie Kühlung der Turbinenschaufel im Bereich der Eintrittskante such bei hoher Arbeitsmittetemperatur zu erzielen.

Diese Aufgabe wird bei einer Turbinenschaufel der eingangs angegebenen Art erfindungsgeinliü dadurch gelöst, daß die Durchtrittsöffnungen jeweils einer Reihe bei allen Schichten auf derselben Manlellinie derart versetzt in Richtung der gemeinsamen Mantellinie angeordnet sind, daß sie sich bei benachbarten Schichten teilweise überlappen. Auf diese Weise wird eine kräftige Kühlung bei hoher Temperaturbelastung an der EintriUskante der Turbinenschaufel erzielt, so daß höhere Turbinenleistungen und bessere Wirkungsgrade der Turbinen erreichbar sind. Der Aufbau der Turbinenschaufel aus mehreren Schichten gestattet die Formgebung unter Berücksichtigung aerodynamischer Bedingungen, ohne die bauliche Festigkeit zu gefährden oder innere Versteifungen zu benötigen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchtrittsöffnungen in der Außenschicht vor dem Biegen zur EintriUskante kleiner als die Durchtrittsöffnungen in den anderen Schichten sind. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schichten durch Warzen gegeneinander abgestützt sind und freie Räume zwischen den Reihen von Durchtrittsöffnungen bilden.

Ferner ist vorgesehen, daß vor dem Biegen der Schichten zur EintriUskante einige der Durchtrittsöffnungen in den Schichten im wesentlichen rautenförmige Gestalt aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß einige der Durchtrittsöffnungen in den Schichten eine solche Form aufweisen, daß zwischen ihnen Rippen im wesentlichen konstanter Breite gebildet sind. Diese so ausgebildeten Durchtrittsöffnungen sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in der Innenschicht vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein Aiisführungsbcispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer luftgekühlten hohlen Turbinenschaufel mit einem Tcilschnilt in Richtung der EintriUskanlc.

F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. I.

I'ig. 3 eine Draufsicht auf die Eintrillskanic mit weggeschnittenen Teilen.

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3 und

Fig. 5 eine perspektivische teilweise geschnittene Darstellung eines Teils der Eintrittskante der Turbinenschaufel.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die Turbinenschaufel 5 einen Profilteil 6 und einen Schaufelfuß 7 auf, der in einer mehrteiligen Wurzel 9 endet. Die Wurzel ist in einem entsprechenden Schlitz im Läufer bzw. Turbinenrad 10 befestigt. Der Profilteil 6 wird durch vier Schichten aus hitzebeständigem Metallblech gebildet, nämlich einer Außenschicht 12. einer ersten Zwi-

«ehenschiclu 13, einer zweiten Zwischenschicht 14 und einer lnnensehidu 15. Der Profilteil 6 hat eine Einlrittskante 17, eine Ausirittskante 18 und Flanken 19 und 20.

Der Schaufelfuß enthält einen Kühlluftkanal 23, durch den Kühlluft von einer nicht dargestellten Kühlluflquelle durch den Schaufelfuß hindurch in das Innere des Profilteils 6 gedrückt wird.

Das radial äußere Ende des Profilteils 6 wird durch einen Kopfstopfen 25 verschlossen.

Wie F i g. 3 zeigt, weist die Außenschicht 12 im Bereich des Bogens der Eintrittskante 17 frei in Längsrichtung der Eintrittskante verlaufende Reihen von Durchtrittsöffrungen 29 auf, wobei die Durchtrittsöffnungen benachbarte Reihen in Richtung der Mantellinie zueinander versetzt angeordnet sind. Die erste Zwischenschicht 13 weist fünf Reihen von Duichtritisöffnungen 30 auf, die ebenfalls in Längsrichtung der Eintrittskantc im Bereich des Bogens der Eintrittskante angeordnet sind. Auch hier sind die Durchtrittsöffnungen benachbarter Reihen zueinlinder versetzt angeordnet. Die drei inneren Reihen der Durchtrittsöffnungen 30 liegen mit den Reihen der Durchtrittsöffnungen 29 der Außenschicht 12 in gemeinsamen Mantellinien, jedoch sind die Durchtrittsöffnungen 30 der Zwischenschicht 13 in Richtung der Mantellinie zu den Durchtrittsöffnungen 29 der Außenschicht 12 versetzt, so daß je eine Durchtrittsöffnung 29 und 30 sich überlappen. Die beiden üußeren Reihen der Durchtrittsöffnungen 30 der Zwischenschicht 13 werden von der darübeiiiegendcn Außenschichl 12 verdeckt, stehen jedoch über noch zu beschreibende Kanäle mit den Flanken der Turbinenschaufel in Verbindung.

Die zweite Zwischenschicht 14 enthält ebenfalls fünf Reihen von Durchtrittsöffnungen 31, die in gleicher Weise wie die Durchtrittsöffnungen 30 der ersten Zwischenschicht 13 angeordnet sind und vorzugsweise etwa gleiche Größe und Gestall aufweisen. Wie sich aus den Fig. 3 und 4 ergibt, sind die Durchtrittsöffnungen 31 schachbrettartig zu den Durchtrittsöffnungen 30 angeordnet, so daß sie sich teilweise überlappen. Die Innenschicht 15 enthält ebenfalls fünf Reihen von Durchtrittsöffnungen 32, wobei die Durchlrittsöffnungen der benacnbarten Reihen gestaffelt zueinander angeordnet sind und durch die schachbrettartige Anordnung teilweise die Durchtrittsöffnungen 31 der zweiten Zwischenschicht 14 überlappen. Die drei inneren Reihen der Durch-Iritlsöffnungen 32 haben eine rautenförmige Gestalt, wie dies aus F i g. 5 zu ersehen ist. so daß nach dem Biegen der Eintrittskantc 17 ein kleines Loch offenbleibt, um die die EintriUskanle kühlende Luft austreten zu lassen. Durch diese Ausbildung ist eine unregelmäßige Verformung beim Biegen der Eintrittskantc unterbunden, durch die die Kühlluftzufuhr abgesperrt werden könnte.

Bei der dargestellten Anordnung der Durchtrittsöffnungen kann die Schaufelwand "leicht zu einer Eintrittskante kleinen Radius gebogen werden, ohne daß ein Bruch der Außenschicht 12 eintritt oder der

innere Aufbau der Turbinenschaufel gefährdet wird. Die Durchtritlsöffnungen 30, 31 und 32 werden teilweise in Umfangsrichtung der Eintrittskanie 17 heim Biegen der Wand der Turbinenschaufel geschlossen. Jedoch ist die Möglichkeit des vollständigen Sehiie-

ßens der Durchtrittsöffnungen 32 durch deren ursprüngliche rautenförmige Gestalt ausgeschlossen. Diese Durchlrittsöffnungen 32 lassen im übrigen zwischen sich Rippen im wesentlichen gleicher Stärke stehen, wodurch ein gleichmäßiges Zusammenfalten

gewährleistet ist. Da diese Durchtrittsöffnungen 32 wesentlich größer als die Durchtrittsöffnungen 29 in der Außenschicht 12 sind, kann ausreichend Kühlluft durch die Durchtritlsöffnungen der anderen Schichten zu den Durchtrittsöffnungen in der Außenschicht

12 gelangen. Die beidf.n äußersten Reinen der Durchtrittsöffnungen in ü.n innenliegenden Schichten erleichtern die Verformung der inneren Schichten bei der Bildung des Schaufelprofils. Die Durchtrittsöffnungen 29 werden gelängt, wodurch die Möglich-

keit des Reisens beim Formen der Eintrittskanle verringert wird.

Außer der Anordnung der Durchtrittsöffnungen im Bereich der Eintrittskante 17 zur Eileichterung der Bildung des Profilteils und der besseren Kühlung

der Eintrittskante wird auch ein Kühlluftstrom von den beiden äußersten Reihen von Durchtriitsöffnungen 30 unterhalb der Außenschicht 12 zu den Flanken 19 und 20 der Schaufel neben der Eintrittskanle 17 geschaffen.

Die Flanken i9 und 20 sind so ausgestaltet, daß die Kühlwege innerhalb der einzelnen Schichten bilden, wobei die Kühlkanäle zwischen der Außenschicht 12 und der ersten Zwischenschicht 13 über die Durchtrittsöffnungen 30 durch Kanäle 35 (Fig. 3

und 5) versorgt werden, die in die äußere Fläche der Zwischenschicht 13 sich von der Eintrittskante fort erstrecken.

Diese Kühlluft unterstützt die Senkung der Temperatur an den Flanken neben der Eintrittskante. Wie

Fig. 5 zeigt, hat die erste Zwischenschicht 13 Warzen 36, durch die sie im Abstand von der Außenschicht 12 gehalten wird. Die Warzen 36 haben O-förmige Gestalt mit einer zentralen Einpressen, um das Gewicht zu verringern. Die Außenflächen der

Warzen sind mit der Innenfläche der Außenschicht 12 verbunden.

Kühlluft, die durch die äußersten Reihen der Durchtiit'söffnungcn 32, 31 und 30 beiderseits der Eintrittskantc 17 strömt, wird über die Kanäle 35 zu

dem Raum zwischen den Schichten 12 und 13 geleitet. In diesen Raum kann zusätzlich Luft durch Durchlrittsöffnungen 38 eintreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: OTHl

1. Luftgekühlte hohle Turbinenschaufel aus Metallblech, die aus einer Innen- und einer Außenschicht besieht, mit mindestens einer Zwiselenschicht, wobei Durchtrittsöffnungen für die Kühlluft in jeder Schicht in längs den Mantellinien des Schaufelprofils liegenden Reihen vorgesehen sind, die über den Bogen der Eintrittskante der Turbinenschaufel mit Absland voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß die Durchtrittsöffnungen (29, 30, 31, 32) jeweils einer Reihe bei allen Schichten (12, 13, 14, 15) auf derselben Mantellinie derart versetzt in Richtung der gemeinsamen Mantellinie *5 angeordnet sind, daß sie sich bei benachbarten Schichten teilweise überlappen.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrktsöffnungen (29) in UtT Außenschicht (12) vor dem Biegen zur Eintrittskante (17) kleiner als die Durchtrittsöffnungen (30, 31, 32) der anderen Schichten (13, 14, 15) sind.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (12, 13, 14, 15) durch Warzen (36) gegeneinander abgestützt sind und freie Räume zwischen den Reihen von Diirchtrittsöffnungen (29, 30, 31, 32) bilden.

4. Turbinenschaufel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Biegen der Schichten zur Eintrittskante (17) einige der Durchtrittscffnungen (32) in den Schichten (12, 13, 14, 15) im wesentlichen rau teuf örr ige Gestalt aufweisen.

5. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige der Durchtrittsöffnungen (32) in den Schichten (12, 13, 14, 15) eine solche Form aufweisen, daß zwischen ihnen Rippen im wesentlichen konstanter Breite gebildet sind.

6. Turbinenschaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen, (32) zwis-^n denen die Rippen im wesentlichen gleicher Rreite gebildet sind, in der Innenscliicht (15) vcigesehen sind.