DE2042947C3 - Gekühlte axiale Hohlschaufel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte axiale Hohlschaufel für ein Gasturbinentriebwerk, mit über die Schaufellänge verteilt angeordneten, in Richtung der Profilsehne verlaufenden Stützrippen, weiche sich von den Seitenwänden der Hohlschaufel in das Innere der Hohlschaufel erstrecken und sowohl die Seitenwände versteifen, als auch der Führung des durch einen rohrförmigen Einsatzteil zugeführten Kühlmittels, welches über öffnungen in der Austrittskante der Hohlschaufel austritt, dienen, wobei der rohrförmige Einsatzteil von den Stützrippen an seinen Seitenflächen abgestützt ist. Eine derartige Hohlschaufel ist aus der USA.-Patentschrift 3 373 970 bekannt.

Um die obere Arbeitstemperatur einer Gasturbine zu erhöhen und damit einen Teil der theoretisch möglichen, Erhöhung des Wirkungsgrades zu erzielen, sind verschiedenste Konstruktionen entwickelt worden, die auf Hohlschaufeln gerichtet sind, welche so eingerichtet sind, daß sie im Innern relativ kühle Luft aufnehmen können, die aus dem Kompressor ausgestoßen oder abgezogen wird. Bei solchen An-Ordnungen jedoch ist es wichtig, daß die Hohlschaufel solche Wärmeübergangseigenschaften besitzt, daß die Menge des erforderlichen Kühlmittels auf ein Mindestmaß reduziert wird, da die Verwendung von Kompressorluft an sich schon den Wirkungsgrad der Turbine verringert.

Ein weiteres Problem bei solchen Hohlschaufeln ist die Neigung der Seitenwände, sich infolge der an innen herrschenden Druckdifferenz nach außen aufzuwölben und zu reißen.

Bei der bekannten Hohlschaufel ist in dem nicht unterteilten hohlen Inneiiraum ein rohrfönniger Eins;ilzleil mit Abstand von den Seitenwändeneingefügt, welcher zur Zuführung von Kühlluft dient. Die Kühlluft wird durch Schlitze in dem Einsatzteil gegen die Innenwand des Eintrittskantenteils der Hohlschaufel gerichtet. Um Störungen in der Arbeitsmittelströmung durch die aus dem Eintrittskantenteil austretende Kühlluft zu vermeiden, wird diese dann durch in Richtung der Profilsehne verlaufende Stützrippen, v.clchc über die Schaufellänge verteilt angeordnet sind und sich von den Seitenwänden der Hohlschaufel in das Innere der Hohlschaufel erstrecken, zu den Austrittsöffnungen in der Austrittskante der Hohlschaufel geführt. Der iohrförmige Einsatzteil ist dabei an seinen Seitenflächen von den Stützrippen abgestützt.

In der schweizerischen Patentschrift 384 943 wird in den Fi £>. 2 und 3 eine Einlaßleitschaufel beschrieben. b?.\ der das Innere der Hohlschaufel durch eine in Längsrichtung verlaufende, durchgehende quer zur Profilsehne angeordnete Zwischenwand in eine Austrittskantenkammcr und eine Eintrittskantenkammer unterteilt ist. Es wird ein einziger Kühlluftstrom zugeführt, der zunächst über ein Einsatzrohr in der Eintritiskamenkammer über wenige relativ große öffnungen einen Luftstrom gegen die Innenwand des Eintrittskantentcils richtet. Von dort wird die Kühlluft aus dem radialen Ende des Schaufelblattes der hohlen Leitschaufel herausgeführt, tritt über einen Umleitungskanal in die Austrittskantenkammer ein und von dort durch Bohrungen an der Austrittskante in den Arbeitsmittelkanal aus. Die Austrittskantenkammer enthält weder in der Profilsehne verlaufende Stüizrippcn noch einen Einsatzteil noch eine eigene Kühlluftversorgung.

In der schweizerischen Patentschritt 225 232 wird eine hohle Turbinenschaufel mit Innenkühlung beschrieben. Der hohle Innenraum der Schaufeln weist weder eine Unterteilung in der Eintrittskantenkammcr und Austriltskantenkammer noch jinen Einsatzlcil auf. Durch Stege oder eine Riffelung in der inneren Oberfläche der Bleche für die Seitenwände, welche nahe dem Austrittskantenteil miteinander verschweißt sind, sind eine Vielzahl von Austrittskanälen für die Kühlluft ausgebildet.

Es liegt die Aufgabe vor, eine Hohlschaufel mit geringem Gewicht, vergrößertem Widerstand gegen eine Aufwölbung der Seitenwände infolge der an ihnen herrschenden Druckdifferenz und mit verbesserten Wärmeübergangs- und Temperatureigenschaften unter optimaler Ausnutzung des Kühlmittels zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gekühlten axialen Hohlschaufel für ein Gasturbinentriebwerk der eingangs genannten Art, durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Das Innere der Hohlschaufel ist durch eine in Längsrichtung verlaufende durchgehende, quer zur Profilsehne angeordnete Zwischenwand in

eine Austrittskantenkammer und eine davon getrennte Eintritiskantenkammer unterteilt;

b) die Stützrippen sind nur in der Austrittskantenkammer vorgesehen, wobei sie den dort angeordneten rohrförmigen Einsatzteil auch an seinem zur Austrittskavue weisenden Ende umschließen und an dieser Stelle miteinander verbunden sind;

c) der rohrförmige Einsatzteil ist mit einer Vielzahl von Löchern zur Erzeugung von scharfen Strahlen, die gegen die Seitenwände der Hohlschaufel gerichtet sind, versehen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist in der Eintrittskantenkammer ein zweiter perforierter rohrförmiger Ersatzteil angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, auch den Eintrittskantenteil der Hohlschaufel wirkungsvoll zu kühlen durch einen scharfen Aufprall einer Vielzahl von Kühlmittelstrahlen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Hohlschaufel, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 derF i g. 1.

Fig. 1 zeigt eine luftgekühlte Hohlschaufel, welche für die Einfügung in einen Leitschaufelkranz eingerichtet ist, wie es bei 10 gezeigt ist. Sie enthält einen inneren bzw. äußeren Plattformtei! 12 bzw. 14, welche durch mindestens ein .,ich in allgemein radialer Richtung erstreckendes Schaufelblatt miteinander verbunden sind. Das Schaufelblatt enthält im Abstand längs der Profilsehne angeordnete Teile 18 bzw. 20 für die Eintrittskante bzw. die Austrittskante und verbindende konkave und konvexe Seitenwände 22 und 24. Zwischen den Seitenwänden 22 und 24 erstreckt sich eine Zwischenwand 25 im Innern des Schaufelblatts und definiert eine abgegrenzte Eintrittskantenkammer 26 bzw. Austrittskantenkammer 28. Die hohlen rohrförmigen Eir.satzteile 30 und 32 haben Seitenwände 34, die an die Form der Seitenwände 22 und 24 des Schaufelblatts entsprechend .:■ F i g. 2 angepaßt sind. Sie sind in geeigneter Weise in der Austrittskantenkammer 26 befestigt, so daß ihre Wände 34 sich in einem engen Abstand von den Seitenwänden 22, 24 des Schaufelblatts befinden. Jedes rohrförmige Einsatzteil 30, 32 ist mit einer Vielzahl

ίο von Löchern 36 versehen, die so eingerichtet sind, daß sie ein Kühlmittel, gegen den Eintrittskantenteil 18 und die Seitenwände 22 und 24 des Schaufelblatts in Form einer Vielzahl von Strahlen mit relativ hoher Geschwindigkeit richten, so daß zu diesen eine hohe

Wärmeübergangsgeschwindigkeit erzeugt wird. Das aufgeprallte Kühlmittel fließt dann in axialer Richtung nach hinten durch die sich in Spantenrichtung erstreckenden Kanäle zwischen den Stützrippen 58 um die Finnen 62 herum und wird von dort durch öffnungen 66 in der Austrittskante 20 in den Arbeitsgasstrom ausgestoßen.

Eine zusätzliche Temperaturregelung erhält man dadurch, daß das Kühlmittel durch Kanäle 64 auströmt. welche so eingerichtet sind, daß sie einen

Kühlmittelfilm längs der äußeren Oberfläche des Schaufelblatts erzeugen. F i g. 2 zeigt, daß der Teil des Profils mit der Austrittskantenkammer 28 eine Vielzahl von im Abstand in Längsrichtung angeordneten Stützrippen 58 enthält. Sie ragen von den Sei-

tenwänden 22 und 24 aus nach innen und erstrecken sich von der Zwischenwand 25 zu einem Punkt strömungsabwärts von dem Einsatzteil 32, wo gegenüberliegende Stützrippen 58 an der Stelle 60 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise bilden sie im Zusammenwirken mit der Zwischenwand 25 und den Seitenwänden 22, 24 einen starren, mit Rippen versehenen Rahmen mit geringem Gewicht um das rohrförmige Einsatzstück 32 herum.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gekühlte axiale Hohlschaufel für i-in Gasturbinentriebwerk, mit über die Schaufellänge verteilt angeordneten, in Richtung der Profilsehne verlaufenden Stützrippen, welche sich von den Seitenwänden der Hohlschaufel in das Innere der Hohlschaufel erstrecken und sowohl die Seitenwände versteifen, als auch der Führung des durch einen rohrförmigen Einsatzteil zugeführten Kühlmittels, welches über Öffnungen in der Avisirittskante der Hohlschaufel austritt, dienen, wobei der rohrförmige Einsatzteil von den Stützrippen an seinen Seitenflächen abgestützt ist, g e k ε η η zeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Das Innere der Hohlschaufel ist durch eine in Längsrichtung verlaufende durchgehende, quer zur Profilsehne angeordnete Zwischenwand (2S) in eine Austrittskantenkammer (28) und eine davon getrennte Eintrittskantenkammer (26) unterteilt;

b) die Stützrippen (58) sind nur in der Austrittskantenkammer (28) vorgesehen, wobei sie den dort angeordneten rohrförmigen Einsatzteil (32) auch an seinem zur Austrittskante weisenden Ende umschließen und an dieser Stelle (60) miteinander verbunden sind;

c) der rohrförmige Einsatztei! (32) ist mit einer Vielzahl von Löchern (36) zur Erzeugung von scharfen Strahlen, die gegen die Seitenwände (22, 24) der Hohlschaufel gerichtet sind, versehen.

2. Hohlschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Eintrittskantenkammer (26) eiii zweiter perforierter, rohrförmiger Einsatzteil (30) angeordnet ist.

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