DE2031917A1

DE2031917A1 - Stromungsmittelgekuhlter Flügel

Info

Publication number: DE2031917A1
Application number: DE19702031917
Authority: DE
Inventors: Herbert Edward Sidenstick James Edgar Brown Richard Wayne Burggraf Frederick. Cincinnati Ohio Nichols (V St A)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-10-01
Filing date: 1970-06-27
Publication date: 1971-04-15
Also published as: US3628885A; IL34978A; CA927750A; DE2031917C3; GB1303034A; DE2031917B2; IL34978A0; BE752753A; FR2065822A5

Description

Strömungsmittelgekühlter Flügel

Die Erfindung bezieht sich auf'Turbomaschinen und insbesondere auf einen verbesserten strömungsmittelgekühlten Flügel wie z.B, ein Turbinenblatt.

Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad eines Gasturbinentriebwerkes von der Betriebstemperatur der Turbine abhängt und daß der Turbinenwirkungsgrad theoretisch durch eine Erhöhung der Betriebstemperatur vergrößert werden kann. In der Praxis ist jedoch die maximale Betriebstemperatur der Turbine durch die zulässige Temperatur der verschiedenen Turbinenelemente begrenzt, wobei die Turbinenblätter oder Schaufeln gewöhnlich die stärksten Beschränkungen darstellen.

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Um die obere Grenze der Betriebstemperatur der Turbine in Richtung höherer Temperaturen zu verschieben, und um somit einen möglichst großen Anteil der theoretischen Wirkungsgradsteigerung zu erreichen, sind verschiedene Anordnungen zur Kühlung von Flügeln, wie z. B. Turbinenblättern oder Schaufeln, entwickelt worden, bei denen relativ kalte, vom Kompressor abgegebene oder entnommene Luft verwendet wird. Da jedoch die Verwendung von Luft, die durch einen Kompressor komprimiert ist _s nachteilig für den Turbinenwirkungsgrad ist bzw. diesen direkt herabsetzt, ist es wichtig, daß die Wärmeübergangseigenschaften des Blattes derart sind, daß die erforderliche Kühlmittelmenge mögliehst klein ist, um das Blatt auf einer befriedigenden Betriebstemperatur zu halten.

Gewisse Wirkungsgradverluste treten in einem Gasturbinentriebwerk gewöhnlich infolge einer sich bewegenden Strömungsmittelleckage zwischen dem Turbinenblatt und der mit diesem zusammenwirkenden Turbinenummantelung auf- Es wurde gefunden., daß eine derartige Leckage vermindert oder eliminiert werden kann₉ indem man Kühlluft des Turbinenblattes aus dem radial außen gelegenen Ende des Blattes austreten läßt. Es ist demzufolge hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades wichtig, daß die Kühlung derart ausgelegt ist, daß genügend Kühlluft durch die Blattspitze austreten kann, um die Leckage an der Spitze auf wirksame Weise abzudichten.

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, einen strömungsmittelgekühlten Flügel mit verbesserten Wärmeübergangseigenschaften zu schaffen. Ferner soll das verbesserte Turbinenblatt in der Lage sein, von einem Kompressor komprimierte Luft zu Kühlzwecken aufzunehmen. Weiterhin beinhaltet die Erfindung einen oben angegebenen Aufbau eines Turbinenblattes, in dem ein ausreichender Teil des Strömungsmittels oder der Strömungsmedien durch die Blattspitze hindurch austreten können, um auf diese Weise die sich bewegende Leckage an der Spitze zu verkleinern. Schließlich ist es Aufgabe dieser Erfin-

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dung, einen Turbomaschinenflügel zu schaffen, der die wirkungsvolle Ausnutzung eines Kühlmediums gestattet, um herabgesetzte Spitzentemperaturen in dem Metall und kleinere thermische Gradienten zu erzielen.

Kurz gesagt, werden die oben genannten und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hervorgehen, bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein Flügel geschaffen wird, der im Abstand angeordnete Kammern an der Vorder- und Hinterkante und mindestens einen dazwischen angeordneten serpentinenförmigen Kanal aufweist, der strömungsmäßig über denjenigen Abschnitt des Kanals, der der Kammer an der Hinterkante am nächsten gelegen ist, mit einer Kühlmittelquelle in Verbindung steht. Es sind Mittel vorgesehen, um das Kühlmittel aufzunehmen und es gegen die Kammerwand an der Vorderkante zu leiten, um für eine große Wärmeübergangsgeschwindigkeit in diesem Sektor des Blattes zu sorgen. Der Flügel kann Durchlässe für eine filmartige Kühlschicht aufweisen, die durch eine oder beide Seitenwände hindurchführen und mit der Kammer an der Vorderkante in Verbindung stehen, um für einen Kühlmittelfilm entlang der äußeren Oberfläche der Seitenwände zu sorgen. Der Serpentinenförmige Kanal enthält vorzugsweise Mittel, um eine Turbulenz in der Grenzschicht des Kühlmittels zu fördern, damit der Wärmeübergang in dem axialen Mittelabschnitt des Flügels vergrößert wird. Das Kühlmittel wird über den benachbarten serpentinenförmigen Kanalabschnitt zur Kammer an der Hinterkante geleitet. Handelt es sich um ein Turbinenblatt, so wird der Flügel vorzugsweise von einem hohlen Gußstück gebildet, das Befestigungsund Flügelabschnitte zwischen einem offenen Innenende und einem Außenende aufweist. Das Außenende des Gußstückes ist durch eine mit Löchern versehene Verschlußkappe an der Spitze verschlossen, die zum Teil eine Ausströmungsbahn für die Kammern sowie den serpentinenförmigen Kanal liefert. Genauer gesagt, ist ein strömungsmittelgekühlter Flügel, der in ein Strömungsmittel relativ hoher Temperatur hineinragen kann und längsaxial im

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Abstand angeornete Vorder- und Hinterkanten aufweist, die durch konkave und konvexe Seltenwände miteinander verbunden sind, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Kammer an der Vorderkante, die in dem Flügel ausgebildet ist und in Längsrichtung nahe der Vorderkante dieses Flügels verläuft«, eine Beaufschlagungsvorrichtung für das Strömungsmittel_s die innerhalb der Kammer angeordnet ist und eine Kühlmittelströmung bei· einer relativ zur Hochtemperaturströmung niedrigen .Temperatur aufnimmt und dieses Kühlmittel als eine Vielzahl von Strahlen hoher Geschwindigkeit mindestens gegen den Vorderteil der Wandung der an der Vorderkante gelegenen Kammer ausstößt, eine Kammer, die in dem Flügel nahe der Hinterkante ausgebildet ist und sich in Längsrichtung hierzu erstreckt, zahlreiche Kanäle, die durch die Hinterkante hindurch ausgebildet sind und mit der Kammer an der Hinterkante in Verbindung stehen, so daß das Kühlmittel aus dieser Kammer herausleitbar und die Hinterkante kühlbar ist«, und zahlreiche der Reihe nach verbundene, in Längsrichtung verlaufende Kammern_s die mindestens einen serpentinenförmigen Kanal zwischen den Kammern an der Vorder- und Hinterkante bilden, wobei die Kanalkammer neben der Kammer an der Hinterkante eine Kühlmittelströmung für den serpentinenförmigen Kanal aufnehmen kann und strömungsmäßig mit der Kammer an der Hinterkante in Verbindung steht_s so daß das Kühlmittel In die Kammer leitbar ist.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden * Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Teildarstellung eines Turbinenrotors, bei dem der verbesserte strömungsmlttelgekühlte Flügel gemäß dieser Erfindung verwendet Ist. Dieser Flügel ist in Form eines Turbinenblattes gestaltet.

Pig, 2 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Seitenschnitt des in Fig. 1 gezeigten Turbinenblattes. ,

Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt nach einem Schnitt entlang der Linien 3-3 in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine perspektivische Teildarstellung des Flügelabschnittes des Turbinenblattes gemäß Fig. 1.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs-Koeffizienten in dem axialen Mittelbereich des Turbinenblattes gemäß Fig. i. '

In der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles werden zur Bezeichnung gleicher Teile gleiche Bezugszahlen verwendet.

In Fig. 1 ist der verbesserte Flügel gemäß der Erfindung bei in Form eines Turbinenblattes dargestellt. Dieses Turbinenblatt enthält einen Flügelabschnitt 12 und einen Befestigungs- oder Fußabschnitt 1.4, der zur bekannten Befestigung des Blattes an einem Turbinenrotor 16 geeignet ist, wobei sich der Flügelabschnitt 12 im allgemeinen radial über einen antreibenden Strömungskanal 18 erstreckt. Der Flügelabschnitt 12 hat eine Vorder- | kante 20 und eine längsaxial im Abstand angeordnete Hinterkante 22, die durch konvexe und konkave Seitenwände 24 bzw. 26 miteinander verbunden sind. Der Flügelabschnitt 12 ist auf bekannte Weise mit einer zweckmäßigen Form versehen, um von dem antreibenden Strömungsmittel wirksam Energie aufzunehmen, wenn dieses an dem Blatt entlangströmt und eine Drehbewegung auf"den Rotor 16 ausübt.

Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, ist der erfindungsgemäße Blattaufbau vorzugsweise als ein hohles Gußstück 28 mit einem ' offenen Innenende 30 und einem Außenende 32 geformt. Das Außenende 32 1st durch eine Verschlußkappe 3¹* an der Spitze verschlossen, die mit dem Gußstück 28 auf einem Stück gegossen

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oder durch Löten oder Schweißen an diesem befestigt sein kann.

Der Fuß- oder Befestigungsabschnitt 14 ist mit Mitteln versehen, die vorzugsweise die Form von Hohlräumen oder Aufnahmekammern und 36 haben, um durch das offene Innenende 30 hindurch eine geeignete Kühlmittelströmung aufzunehmen« Eine Kammer 38 an der Vorderkante verläuft in Längsrichtung des Flügelabschnittes 12 und wird von dem Gußstück 28 und der Verschlußkappe 34 zusammen gebildet. Um für eine wirksame Kühlung der Vorderkante 20 zu sorgen, sind allgemein mit 40 bezeichnete Mittel vorgesehen, die mit dem Kühlmedium der Kammer 35 strömungsmäßig in Verbindung stehen, um das Kühlmedium als eine Vielzahl von Strahlen hoher Geschwindigkeit wenigstens gegen den vordersten Abschnitt der Wandung der Kammer an der Vorderkante aufprallen zu lassen. Diese Beaufschlagungsvorrichtung umfaßt vorzugsweise einen dünnwandigen röhrenförmigen Einsatz 42, der in den Hohlraum oder die Kammer 38 an der Vorderkante hineinragt, wobei sich dessen Wände in geringem Abstand zu den Kammerwänden befinden» Der Einsatz 42 ist mit einem geschlossenen Außenende 44 und einem offenen Innenende 46 versehen, das strömungsmäßig mit der Aufnahmekammer 35 für das Kühlmedium in Verbindung steht« Ferner greift?in eine halsförmige öffnung 48 ein_a die inr dem Gußstück zwischen den Kammern 35 und 38 ausgebildet ist« Der Einsatz 42 ist mit zahlreichen kleinen öffnungen oder Perforationen 49 versehen. Durch diese öffnungen hindurch breitet sich das Kühlmedium aus und prallt unter Bildung einer Vielzahl von Strahlen hoher Geschwindigkeit auf die Kammerwandung»

Obwohl zwar zwei diskrete Kammern 35 > 36 zur Aufnahme des Kühlmittels dargestellt sind, so kann selbstverständlich auch eine einzige Kammer verwendet werden.

Der Einsatz 42 kann mit zahlreichen Vorsprüngen 50 versehen werden, die an den Wandungen der Kammer an der Vorderkante angreifen, um dazwischen einen richtigen Abstand herzustellen« Diese VorSprünge oder Nasen können aber auch von dem Gußstück

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getragen werden, oder es werden andere geeignete Abstandshalter verwendet.

Obwohl der Einsatz 42 vorzugsweise an dem Gußstück 28 befestigt ist, indem er an der Verbindungsfläche zwischen dem offenen Ende 46 des Einsatzes und der halsförmigen öffnung 48 eingelötet wird, um so für eine Dichtung zwischen der Aufnahmekammer 35 für das Kühlmittel und der Kammer 38 zu sorgen, so können auch andere Befestigungen entweder allein oder zusammen mit einer Lötverbindung verwendet werden. Beispielsweise kann der Einsatz 42 an seinem offenen Ende mit· einer Hülse oder einem Bund versehen werden, der an dem Innenende der Kammer 38 anliegt, und der Abschnitt des offenen Endes 46, der durch die halsförmige öffnung " 48 hindurch In die Kammer 35 ragt, kann nach außen erweitert werden, so daß eine Klemmverbindung mit dem Gußstück entsteht.

Wenn eine Lötung verwendet wird, um den Einsatz mit dem Gußstück 28 zu verbinden oder daran zu befestigen, werden in dem Gußstück vorzugsweise öffnungen 52 ausgebildet, die mit der halsförmigen öffnung 48 In Verbindung stehen, damit eine öffnung für die Zuführung von Lot-material zur'Verbindungsstelle und die andere öffnung zur Inspektion der gelöteten Verbindung verwendet werden kann. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß das Vorhandensein von Lötmaterial in der anderen öffnung anzeigt, daß das Lötmaterial richtig durch die | Verbindungsstelle geflossen ist.

Um für eine Kühlung des Blattbereiches an der Hinterkante zu sorgen, wird an der Hinterkante eine Kammer 54, die sich in Längsrichtung des Flügelabschnittes 12 nahe seiner Hinterkante 22 erstreckt, gemeinsam durch das hohle Gußstück 28 und die Verschlußkappe 34 an der Spitze gebildet.

Mindestens ein serpentinenförmiger Strömungskanal für das Kühlmittel ist In dem Mittelbereich des Flügelabschnittes 12 bzw. zwischen den Kammern 38 und 54 an der Vorder- und Hinter-.

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kante durch einen in Längsrichtung verlaufenden Kanal 56 und zahlreichen in Längsrichtung verlaufenden Kammern 58 gebildet, die durch längsaxiale, abwechselnd außen und innen liegende Durchlässe oder öffnungen 60 bzw. 62 der Reihe nach miteinander verbunden sind. Die Kanalkammer 56, die sich neben der Kammer 54 an dem Hinterende befindet, ist an ihrem inneren Ende 64 offen, so daß sie strömungsmäßig mit der Kühlmittel-Aufnahmekammer 36 verbunden ist.

Das Kühlmittel wird der Kammer 5¹J an der Hinterkante vorzugsweise von der Kammer 56 durch zahlreiche in Längsrichtung mit Abstand angeordnete, axialverlaufende Kanäle 66 zugeführt,

~ welche in dem diese Kammern trennenden Wandteil ausgebildet

^ sind.

Es können zahlreiche stiftförmige Rippen 68, die mit den Seitenwänden 24, 26 aus einem Stück geformt sind und zwischen diesen angeordnet sind, vorgesehen sein, um den konvektiven Wärmeübergang in dem Blattbereich an der Hinterkante zu vergrößern. Um für eine weitere Kühlung dieses hinteren Blattbereiches zu sorgen und um desgleichen Mittel zu schaffen, damit das Kühlmittel . aus der Kammer 54 ausströmen kann, so daß eine kontinuierliche Strömung durch diese Kammer hindurch gewährleistet ist, sind zahlreiche, durch die Hinterkante 22 hindurchführende Kanäle 70 ausgebildet.

Um die erforderliche Anzahl der Kanäle an der Hinterkante möglichst klein zu halten, ohne daß die Temperatur des Metalles an der Hinterkante ansteigt, sind die Kanäle 70 vorzugsweise unter einem gewissen Winkel X relativ zur Spannachse des Blattes schräg angeordnet, wie es am besten aus Fig. 4 hervorgeht, so daß die Metalldicke Y oder der in Blattlängsachse gemessene Abstand zwischen den Kanälen erhöht werden kann, ohne daß die Metalldicke Z senkrecht zu den Achsen der Kanäle 70 zunimmt. Da der Verlauf des Wärmeüberganges im allgemeinen senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmittels durch Jeden Kanal 70 ist,

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können durch diese schräge Anordnung der Kanäle die Wärmeübergangseigenschaften der Hinterkante im wesentlichen konstant gehalten werden, während der Längsabstand der Kanäle vergrößert ' und somit die Gesamtzahl dieser Kanäle und die Anforderungen an das Kühlmittel herabgesetzt werden.

Um den konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten zwischen den Seiten 24, 26 und dem Kühlmittel während dessen Strömung durch den serpentinenförmigen Kanal zu erhöhen, sind die Seitenwände vorzugsweise mit zahlreichen, die Turbulenz unterstützenden Rippen 72 versehen, die in Längsrichtung mit Abstand angeordnet sind, axial verlaufen, in die Kammern 56, 58 (siehe Fig. 3 und 4) hineinragen und dazu bestimmt sind, die Turbulenz nahe i der Grenzschicht des Kühlmittels zu stören und zu fördern. In Fig. 5 ist das Verhältnis der Wärmeübergangskoeffizienten , die durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Rippen, 72 einerseits in einer glattwandlgen Kammer, andererseits erhalten werden als Funktion der Rippenhöhe e und der Kammerbreite D zwischen den Seitenwänden 24 und 26, dargestellt. Es wird deutlich, daß der konvektive Wärmeübergangskoeffizient bei Rippen 72 mit einem Verhältnis e/D, das größer'als etwa 0,02 ist, wesentlich vergrößert ist im Verhältnis zu einer glattwandigen Konfiguration. Obwohl Fig. 5 angibt, daß große Verhältnisse e/D wünschenswert sind, so ist doch einleuchtend, daß bei einem Ansteigen der Größe e die effektive Strömungsfläche für die Kammer 58 ab- | nimmt und somit Druckverluste und Strömungsabnahmen beobachtet werden können. Unter Berücksichtigung dieser Zwangsbedingungen ist es für vorteilhaft befunden worden, ein Nennverhältnis e/D zwischen 0,06 und 0,07 zu verwenden, so daß unter normalen Herstellungs- und Gußtoleranzen das Verhältnis e/D über 0,02 bleibt und sich trotzdem nicht so vergrößert, daß die Strömungs- oder ais Druckeharakteristiken innerhalb des serpentinenförmigen Kanals nachteilig beeinflußt werden.

Die sich in Längsrichtung erstreckende Breite jeder Rippe 12 ist vorzugsweise etwa gleich der Rippenhöhe e, wobei der Längs-

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abstand zwischen den Rippen etwa gleich.der zehnfachen Rippenhöhe e ist.

Durch die Verwendung der die Turbulenz unterstützenden Elemente können genügend hohe Wärmeübergangsgeschwindigkeiten mit niedrigeren Geschwindigkeiten des Kühlmittels erzielt werden, die wiederum die Verwendung eines größeren Querschnittes oder einer größeren Strömungsfläche des serpentinenförmigen Kanales erlauben, ohne daß die Anforderungen an das Kühlmittel steigen. Durch die Vergrößerung der Strömungsfläche des Kanales wird das Blattgewicht herabgesetzt, und die thermische Masse und das thermische Verhalten des Mittelbereiches des Blattes können denjenigen der Vorder- und Hinterkante eng angepaßt werden, so daß die Temperaturgradienten verkleinert werden.

Um für eine zusätzliche Kühlung des Mittelbereiches des Blattes zu sorgen, können Löcher JH, die mit der Kammer 38 an der Vorderkante in Verbindung stehen, vorgesehen sein, die einen Film oder eine Isolierschicht des Kühlmittels für die äußeren Seitenwände liefern. Obwohl das Blatt in Fig» H mit einer Reihe in Längsrichtung mit Abstand versehener_s durch jede Seitenwand hindurchführender Löcher für die Kühlschicht dargestellt ist, so kann . eine derartige Anordnung selbstverständlich auch abgewandelt werden. Beispielsweise brauchen die Löcher für die Kühlschicht nicht in diskreten Reihen angeordnet zu sein, und in den Fällen, in denen eine ausreichende Kühlung des Mittelbereiches durch andere Mittel herbeigeführt wird, kann die Kühlung durch eine Schicht auf einer oder beiden Seitenwänden ganz eliminiert werden.

Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, Ist die Verschlußkappe 3*1 an der Spitze vorzugsweise mit zahlreichen öffnungen 76 versehen, durch die das Kühlmittel aus den Kammern 38, 5^₉ 56 und 58 austreten kann, um für eine Kühlung des Außenendes des Turbinenblattes zu sorgen und um desgleichen die Dichtung zwischen der Blattspitze und der Ummantelurig zu verbessern.

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ORlGiMAL INSPECTED

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Im folgenden wird nun die Verwendung, die Betriebsweise und die Funktion der folgenden Erfindung beschrieben:

Das unter Druck befindliche Strömungsmittel, welches sich relativ zur Temperatur des antreibenden Strömungsmittels in dem Kanal auf einer geringen Temperatur befindet und das von einer geeigneten Quelle, wie z. B. dem Kompressor eines Gasturbinentrieb-· Werkes, abgeleitet wird, wird dem Blatt 10 über dessen offenes * Innenende 30 zugeführt. Von den Aufnahmekammern 35» 36 wird das Kühlmittel radial nach außen in den Einsatz 42 an der Vorderkante und in die Kanalkammer 56 geleitet. Die öffnungen 76 in der Verschlußkappe und die Löcher 74 für den Kühlfilm sind in ihrer Größe relativ zu den öffnungen 49 in dem Einsatz 42 so bemessen, " daß über dem Einsatz eine ausreichende Druckdifferenz aufrechterhalten wird, so daß das Kühlmittel den Einsatz durch die öffnungen 49 hindurch als eine Vielzahl von Strahlen relativ hoher Geschwindigkeit verläßt, die mindestens an dem vorderen Abschnitt der Kammerseitenwand an der Vorderkante auftreffen, um diesen Sektor des Blattes wirksam zu kühlen. Das Kühlmittel wird dann weiterhin verwendet, indem man es aus der Kammer 38 durch die Löcher 74 hindurch für den Kühlfilm und die öffnungen 76 in der Verschlußkappe austreten läßt, um so für eine Isolierschicht oder einen Film des Kühlmittels entlang der äußeren Oberfläche der Seitenwände des Blattes zu sorgen und um die Spitze oder das entfernt gelegene Ende des Turbinenblattes zu kühlen. A

Ein Teil des Strömungsmittels innerhalb der Kammer 56 wird zur Kammer 54 an der Hinterkante geleitet und der verbleibende Teil fließt durch den serpentinenförmigen Kanal und die öffnungen 76 in der Verschlußkappe 34 in den Kanal 18 mit dem antreibenden Strömungsmittel. Das Kühlmittel tritt dann aus der Kammer an der Hinterkante durch die schrägen Kanäle 70 und durch die öffnungen 76 in der Verschlußkappe hindurch aus, um für eine Kühlung dieser Blattbereiche zu sorgen.

IHSPEGTED

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Wie bereits vorstehend erwähnt wurde₉ kann durch die schräge Anordnung der Kanäle 70 die Hinterkante auf einer niedrigen Betriebstemperatur gehalten xferden_a wobei entweder die Strömung durch die Kammer an der Hinterkante herabgesetzt oder ein größerer Anteil dieser Strömung durch die Verschlußkappe 3^ an der Spitze ausgestoßen wird,, Durch den Ausstoß eines größeren Anteiles des Kühlmittels durch die Verschlußkappe 34 hindurch wird eine verbesserte Abdichtung zwischen der Blattspitze und ihrer zugehörigen Ummantelung erzielte, die den Wirkungsgrad der Turbine vergrößert und₂ wo das Kühlmittel von einem Gasturbinenkompressor abgeleitet wird₉ einen Teil des hierdurch hervorgerufenen Wirkungsgradverlustes ausgleicht.

Da die Vorder- und Hinterkanten des Blattes 10 gewöhnlich den höchsten Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt sind, wird erfindungsgemäß der Wärmeübergangs-Wirkungsgrad in den Flügelbereichen an der Vorder- und Hinterkante erhöht ₉. indem das Kühlmittel zunächst su den Bereichen des Turbinenblattes 10 an den Vorder™ und Hinterkanten und darauffolgend durch den serpentinenförmigen Kanal und die Löcher 7^ für den Kühlfilm zu dem Mittelabschnitt des Blattes geleitet wird. Gleichzeitig kann durch Verwendung der die Turbulenz unterstützenden Elemente 72 das thermische Verhalten des Mittelbereiches des Flügels demjenigen der Bereiche an den Vorder- und Hinterkanten eng Wk angepaßt werden, um so die Temperaturgradienten möglichst klein zu machen.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Turbinenblättern beschrieben wurde, so ist sie nicht auf diese allein beschränkt und sie kann vielmehr auf beispielsweise bei Kompressorblättern oder feststehenden Blättern, wie z. B.Kompressor- oder Turbinenschaufeln, wirkungsvoll Anwendung finden.

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Claims

trömungsmittelgekühlter 'Flügel, der- in ein Strömungsmittel relativ hoher Temper at ar hineinragen kann mid. längsazial lia Abstand angeordnete Vorder- und-Hinterkanten aufweist _s die durch konkave und konvexe Seitenwände miteinander 'verbunden' sind, g e- k e-n η z-.e lehn et ά 'u -r c h- eins ■ 'Kammer (3S) -an der* ¥or(löi^;l*:a»te_s öle "In eiern Flügel ausgebildet Ist und In Längsrichtung'nahe des? Vorderkante (20) dieses Flügels verläuft, eine Be-aui^elilagiangsverFicb'&img (HQ) für· das Strömungsmittel, öle innerhalb ■ der Keaanei? (38) angeordnet ist und eine.Kühlmittelströmung bei einer relativ.■ zur Hochtemperaturströmung niedrigen'Temperatur aufnlsaat■ und dieses Kühlmittel als eine Vielzahl von'Strahlen hoher Geschwindigkeit mindestens gegen den Vorderteil der Wandung der an-der Vorderkante gelegenen Kammer ausstößt;, eine Kammer ■ (5*0, die in dem Flügel nahe der Hinterkante (22) ausgebildet 1st und sich in Längsrichtung hierzu erstreckt, zahlreiche'Kanäle (70), die durch die Hinterkante (22) hindurch ausgebildet sind und mit der Kammer (5²O an der Hinterkante in Verbindung stehen, so daß das Kühlmittel aus dieser Kammer herausleitbar und die Hinterkante (22) kühlbar Ist, und zahlreiche der Reihe nach verbundene, in.Längsrichtung verlaufende Kammern (56, 58, 60, 62), die mindestens einen serpentinenförmigen Kanal zwischen den Kammern (38_S 5¹O ■ an der Vorder- und Hinterkante bilden, wobei die Kanalkammer (56) neben der Kammer (5H) an der Hinterkante eine Kühlmittelströmung für den serpentinenförmigen Kanal aufnehmen kann und strömungsmäßig mit der Kammer (5*0 an-der Hinterkante In Verbindung steht, so daß das Kühlmittel In die Kammer (54) leitbar 1st.

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2, Sor-omungsaiifctelgekuhlter Flügel nach Anspruch I₉.' d a •ä u r e h gekennseie h η e t _a daß zahlreiche Löuivs:? (7¹I) ?üp ©inen Kühlfilm vorgesehen sinü₉ die In min- cdis^eas einsr Seitenwand (26) ausgebildet sind und mit der Krmm&äT (38} au der Vorderkante in Verbindung stehen,, so daß Ü&3 Kühlmit'fcsl aus diesen Löchern austreten kann und entlang d'äi? £iiSa^öii Obspflache der Seitenwand. (26) einen Kühlmittelfilm 1χ©ί®Σ³'ΰ c

3« Sferöamagssiittelgekühlter¹ Flügel mach Anspruch 1 und/oder 2_S el ει ä u F c h " gekennzeichnet «, daß zur Forderung der Turbulens in der Kühlmittelgrenzschicht des serpentinenförmigen Kanals (56» 58) rlppenför-mige Elemente (72) vor-gesshen sind_s so daß die Querschnittsfläche für die Strömung des serpentinenförmigen Kanals (5ö_s 58) vergrößerbar 1st und öas thermische Verhalten des Mittelbereiches demjenigen der Bereiche an den Vorder- und Hinterkanten ohne erhöhte Anforderungen an das Kühlmittel anpaßbar ist.

4» Strömungsmittelgekühlter Flügel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3₉ dadurch gekennzeichne t , daß die Kanäle (70) an der Hinterkante relativ zur Längsachse des Flügels schräg angeordnet sind_s so daß eine zufriedenstellende Betriebstemperatur in der Hinterkante (72) bei verminderten Anforderungen an das Kühlmittel aufrechterhaltbar ist.

5. Strömungsmittelgekühlter Flügel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ²Jj, dadurch gekennzeichnet, daß sahireiche stiftförmige Rippen (68) vorgesehen sind_s «Μ-© öle Seitenwände (24g 26) verbinden und sich über die Kammer (5*0 erstrecken,,

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Strömungsmit-telgekühltei Flügel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5«. ö a el ti r c h g e k e η η - ze 1 eh n et , daß der Flügel ein-Turbomasehinenblatt (10) ist und einen an sich bekannten Befestigungsabschnitt (14) und einen Flügelteil (12) zwischen Innen- und Äußenenden (30„ 32) aufweist_a wobei der' Befestigungsabschnitt (lh) sur Befestigung des Flügels (10) an einem Rotor (16) dient und Kammern (35 > 36) aufweist, in denen das Kühlmittel" zur Abgabe an die Beaufschlagungsvorrichtung (40) und die Kammern (56, 58, 6O₉ o2) neben der Kammer (5¹O- an der Hinterkante (22.)-aufnehmbar ist.

Strömungsmittelgekühlter Flügel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine haisförmige öffnung (¹IB) zwischen der Kammer (38) an der Vorderkante und der Kammer (35) in dem Befestigungsabschnitt (I¹O' vorgesehen ist_s die Beaufschlagungsvorrichtung (^O) einen perforierten röhrenförmigen Einsatz (^2) mit einem offenen Innenende (46) _s das mit der halsförmlgen öffnung (^48) in Verbindung steht., und ein gescblosseßes Außenende (¹14)aufweist und durch den Flügelabschnitt (12) hindurch Löcher (52) ausgebildet sind, die mit der halsförmigen öffnung (Λ8) in Verbindung stehen, so daß die Herstellung und die Inspektion einer gelöteten Verbindung zwischen dem Einsatz (k2) und dem Flügelabschnitt (12) erleichtert ist.

Strömungsmitte!gekühlter Flügel nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t .,. daß die in Längsrichtung verlaufenden Kammern (56_S 58) teilweise von einer Verschlußkappe (34) an der Spitze gebildet sind, die das Außenende des Flügels (12) verschließt und für eine Abgabe des Kühlmittels aus den in Längsrichtung verlaufenden Kammern (56, 58) durchlöchert ist (bei 76).

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9. Strömungsmittelgekühlter Flügel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8_S dadurch gekennzeichnet j daß von den Seitenwänden (2h, 26) zahlreiche Rippen (72) in die Kammern (56_S 58) des serpentinenförmigen Kanales hineinragen, wobei das Verhältnis der Rippenhöhe zu dem Abstand der Seitenwände mindestens etwa 0,02 beträgt.

10. Strömungsmittelgekühlter Flügel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß er gemäß der Beschreibung und den Figuren 1 bis 5 aufgebaut ist«

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