DE2104482B2 - Flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel - Google Patents
Flüssigkeitsgekühlte TurbinenlaufschaufelInfo
- Publication number
- DE2104482B2 DE2104482B2 DE2104482A DE2104482A DE2104482B2 DE 2104482 B2 DE2104482 B2 DE 2104482B2 DE 2104482 A DE2104482 A DE 2104482A DE 2104482 A DE2104482 A DE 2104482A DE 2104482 B2 DE2104482 B2 DE 2104482B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- turbine blade
- platform
- ribs
- casing
- grooves
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/185—Liquid cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05B2240/801—Platforms for stationary or moving blades cooled platforms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05D2240/81—Cooled platforms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1. Eine derartige Turbinenlaufschaufel ist in der US-PS 34 46 481 beschrieben.
Die Entwicklung einer fortschrittlichen Technik für die Kühlung für Gasturbinen mit Hilfe von Flüssigkeiten,
wie sie in der oben genannten US-PS 3446 481 beschrieben ist, macht deutlich, daß Gasturbinen bei
Umfangsgeschwindigkeiten von über 460 m/sec und bei Turbineneingangstemperaturen von mehr als 1150°C
arbeiten. Ein Betrieb unter derartigen Bedingungen bewirkt notwendigerweise eine sehr hohe Wärmebdastung
der Turbinenlaufschaufeln, so daß die Forderung besteht Temperaturgradienten über die Flächen der
Laufschaufeln zu vermeiden, die von derartigen extrem großen Wärmeflflssen verursacht werden. Bei der
bekannten Laufschaufel sind die Strömungskanäle für die Kühlflüssigkeit in dem inneren Schaufelholm
ausgebildet und an einer Seite durch die Umhüllung abgedeckt Bei dieser Anordnung wird somit die Wärme
nicht dort abgeführt, wo die höchsten Temperaturen auftreten.
Entsprechendes gilt auch für die in der US-PS 73970 beschriebene gasgekühlte Turbinenschaufel,
bei der ein Einsatzkörper unter Ausbildung von Gasströmungskanälen in die hohle Schaufel eingesetzt
ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einer flüssigkeitsgekühlten Turbinenlaufschaufel
der genannten Art mit einfachen Mitteln ein wesentlich besseres Kühlverhalten vorzusehen und
Temperaturgradienten auch bei großen äußeren Wärmeeinflüssen weitgehend zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einer flüssigkeitsgekühlten Laufschaufel erfindungsgmäß durch die im Patentanspruch i gekennzeichneten Merkmale gelöst
Diese Aufgabe wird bei einer flüssigkeitsgekühlten Laufschaufel erfindungsgmäß durch die im Patentanspruch i gekennzeichneten Merkmale gelöst
Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
ίο Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß die größten Nutengrenzflächen in direktem Kontakt mit der Umhüllung stehen,
während nur die innere Begrenzungsseite der Nuten an dem innenliegenden Metallholm angrenzt Somit erge-,Hen
sich wesentlich direktere, kürzere Wärmeleitungspfade unmittelbar über die Umhüllung. Der Kühlvorgang
erfolgt also in sehr viel wirksamerer Weise an der Stelle, wo er unmittelbar benötigt wird. Da erfingungsgemäß
eine dünnwandige Umhüllung großer Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, spielt das Wärmeleitungsvermögen
des Metallholms selbst und der Übergänge zwischen den Rippen und den angrenzenden Flächen
des Schaufelaufbaues eine geringere Rolle. An der Oberfläche auftretende Wärmeeinflüsse werden vielmehr
unmittelbar über die Umhüllung großflächig und mit kleinem Wärmewiderstand an die Kühlflüssigkeit in
den Nuten abgeleitet
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbei-
spielen näher erläuter. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch eine flüssigkeitsgekühlte
Laufschaufel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 1.
F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 1.
Die gezeigte Laufschaufel 19 weist einen tannenbaumförmigen
Fuß 18 auf, der in üblicher Weise in einer Rotorscheibe befestigt werden kann. Radial außen von
einem Plattformteil 26 weist die Schaufel 19 einen Metallholm 27 mit einem stromlinienförmigen Schaft 28
auf, welcher mit einem Metallblech, beispielsweise Kupfer, das eine sehr große thermische Leitfähigkeit
besitzt in einer Stärke von etwa 0,5 mm bis etwa 13 mm
umhüllt ist Diese Umhüllung, die sich auch nach unten über die Oberseite der Plattformteile 26 erstreckt um
-)5 nach unten reichende Mantelteile 29 auszubilden, wird
vorzugsweise in zwei Teilen 30 und 31 hergestellt Diese einzelnen Teile können in einem Preßvorgang hergestellt
werden, mit dem sowohl die außenseitige als auch die innenseitige Oberflächenform ausgebildet wird.
5(/ Das Umhüllungsmaterial besteht aus einem Metall
(oder einer Legierung), das sich für eine Preßverformung eignet und einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten
aufweist, der größer als 0,10 cal/cm Sek. °C ist
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Umhüllungsmaterial
einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten von mehr als 0,5 cal/cm Sek. °C besitzt, wie, z. B.
Kupfer oder Aluminium.
Das Mantelteil 29 bildet zusammen mit der Unterseite der Plattform 26 eine Rinne 32, in der das zugeführte
Kühlwasser gesammelt wird. Dort kühlt es die umliegenden Schaufelteile und wird auf die vorherrschende
Scheibenrandgeschwindigkeit beschleunigt. Wenn das Kühlwasser in der Rinne 32 beschleunigt
worden ist, fließt es unter Einfluß der Zentrifugalkraft in Nuten 33 radial nach außen, um schließlich durch die
offenen Enden 34 nach außen abgeschleudert zu werden.
Die Verteilung der Kühlflüssigkeit führenden Nuten
Die Verteilung der Kühlflüssigkeit führenden Nuten
33 über den Abschnitt zwischen der Umhüllung 30 und
31 und dem Holm 27 kann entweder in ungleichförmiger oder gleichförmiger Weise geschehen, was von den
Kühlerfordernissen abhängt Ferner brauchen nicht alle Nuten 33 die gleiche Querschnittsfläche aufzuweisen,
sondern können unterschiedliche Größen besitzen, um die spezifischen Kühlerfordernisse zu erfüllen. Der
Durchfluß des Kühlwassers von der Rinne 32 zu den Nuten 33 wird natürlich durch die öffnungen zu den
Nuten 33 gesteuert so daß diese Kühlnuten als ihre ι ο eigenen Meßöffnungen wirken.
Die Nuten 33 sind in die Umhüllungsteile 30, 31 eingearbeitet und bilden zusammen mit der Fläche des
Holms 27 Strömungskanüle für die Kühlflüssigkeit
Benachbarte Nuten, die in der inneren Fläche der Umhüllungsteile 30 und 31 ausgespart sind, werden
durch Rippen 36 voneinander getrennt Vor dem Zusammenbau werden die äußere Seite der Rippen 36
und die äußere Fläche des Hohns 27 vorteilhafterweise mit einem Lötmetall oder einer Lötlegierung beschichtet
Wenn die zusanünengebauien beschichteten Teile in
einer nichtoxidierten Atmosphäre auf Löttemperaturen erhitzt werden, werden die Teile durch eine Verbindung
an jeder Rippe 36 integral miteinander vereint Die Verbindung zwischen den Umhüllungsteüen 30 und 31
und dem Holm 27 kann natürlich auch in anderer Weise vorgenommen werden, z. B. durch Schweißen Löten,
Zementieren oder durch eine Diffusionsbindung. Wenn z.B. die Umhüllungsteile 30 und 31 aus einem
Kupferblech hergestellt werden, werden diese und die äußeren Seiten der Rippen 36 und die Oberfläche des
Holms goldplattiert und dann zusammengelötet indem sie in einem Wasserstoffofen unter Druck erhitzt
werden.
Vorzugsweise wird der größte Teil der Oberfläche einer jeden Nut 33 aus einem Material mit einer sehr
hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt, so daß die Kühlung der äußeren Seite einer jeden Laufschaufel 19
sehr wirkungsvoll ist, und zwar sogar dann, wenn die Kuhlflüssigkeit während der Drehung des Turbinenläufers
auf eine Seite des Kuhlflussigfjsits-Stromungskanais
gedrängt wird.
Claims (4)
1. Flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel mit
einem festen inneren Metallholm, der einen VerankerungsfußteiL einen Schaftteil sowie einen sich
transversal erstreckenden Plattformteil aufweisi, mit einer Umhüllung, die den Schaftteil sowie den
Plattformteil bedeckt, welcher sich Ober die Druckseite sowie die Unterdruckseite des Schaftteils
erstreckt, und die die obere Seite des Plattform teils bedeckt sowie als ein Mantel bis unterhalb des
Plattformteils reicht, und mit mehreren, durch Rippen voneinander getrennten, beidseitig offenen
Nuten zwischen dem Metallholm und der Umhüllung, wobei die Nuten von der Plattform bis zum
entfernten Ende des Schaftteils verlaufen und wobei die Rippen mit benachbarten Flächen des Schaufelaufbaues
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nuten (33) zwischen den diese voneinander trennenden Rippen (36) in der inneren
Seite einev dünnwandigen Umhüllung (30, 31) ausgespart sind sowie sich bis unterhalb des
Plattformteiis erstrecken und daß die Rippen (36) mit den benachbarten Flächen des Metallholms (27)
verbunden sind.
2. Turbinenlaufschaufel anch Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einem Metall besteht, dessen thermischer Leitfähigkeitükoeffizient
größer als etwa 0,10 cal/cm Sek. ° C ist
3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine
Dicke von etwa 0,5 mm bis 13 mm hat
4. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Umhüllung
aus Kupfer besteht
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US780570A | 1970-02-02 | 1970-02-02 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2104482A1 DE2104482A1 (de) | 1971-08-12 |
DE2104482B2 true DE2104482B2 (de) | 1979-09-06 |
DE2104482C3 DE2104482C3 (de) | 1980-05-14 |
Family
ID=21728216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2104482A Expired DE2104482C3 (de) | 1970-02-02 | 1971-02-01 | Flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3619076A (de) |
JP (1) | JPS545048B1 (de) |
DE (1) | DE2104482C3 (de) |
FR (1) | FR2080425A5 (de) |
GB (1) | GB1307338A (de) |
NL (1) | NL169627C (de) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1801475B2 (de) * | 1968-10-05 | 1971-08-12 | Daimler Benz Ag, 7000 Stuttgart | Luftgekuehlte turbinenschaufel |
US3936227A (en) * | 1973-08-02 | 1976-02-03 | General Electric Company | Combined coolant feed and dovetailed bucket retainer ring |
US3980411A (en) * | 1975-10-20 | 1976-09-14 | United Technologies Corporation | Aerodynamic seal for a rotary machine |
US4111604A (en) * | 1976-07-12 | 1978-09-05 | General Electric Company | Bucket tip construction for open circuit liquid cooled turbines |
US4134709A (en) * | 1976-08-23 | 1979-01-16 | General Electric Company | Thermosyphon liquid cooled turbine bucket |
US4119390A (en) * | 1976-11-19 | 1978-10-10 | General Electric Company | Liquid-cooled, turbine bucket with enhanced heat transfer performance |
US4156582A (en) * | 1976-12-13 | 1979-05-29 | General Electric Company | Liquid cooled gas turbine buckets |
US4090810A (en) * | 1977-03-23 | 1978-05-23 | General Electric Company | Liquid-cooled turbine bucket with enhanced heat transfer performance |
US4137619A (en) * | 1977-10-03 | 1979-02-06 | General Electric Company | Method of fabricating composite structures for water cooled gas turbine components |
US4158526A (en) * | 1978-01-09 | 1979-06-19 | General Electric Company | Turbine assembly including a rotatable liquid collection ring |
US4185369A (en) * | 1978-03-22 | 1980-01-29 | General Electric Company | Method of manufacture of cooled turbine or compressor buckets |
DE3211139C1 (de) * | 1982-03-26 | 1983-08-11 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Axialturbinenschaufel,insbesondere Axialturbinenlaufschaufel fuer Gasturbinentriebwerke |
DE3419674A1 (de) * | 1983-05-26 | 1984-11-29 | Rolls-Royce Ltd., London | Verfahren zum aufbringen eines ueberzugs auf ein bauteil |
US4684323A (en) * | 1985-12-23 | 1987-08-04 | United Technologies Corporation | Film cooling passages with curved corners |
US4664597A (en) * | 1985-12-23 | 1987-05-12 | United Technologies Corporation | Coolant passages with full coverage film cooling slot |
US4726735A (en) * | 1985-12-23 | 1988-02-23 | United Technologies Corporation | Film cooling slot with metered flow |
US4676719A (en) * | 1985-12-23 | 1987-06-30 | United Technologies Corporation | Film coolant passages for cast hollow airfoils |
US4738588A (en) * | 1985-12-23 | 1988-04-19 | Field Robert E | Film cooling passages with step diffuser |
US4669957A (en) * | 1985-12-23 | 1987-06-02 | United Technologies Corporation | Film coolant passage with swirl diffuser |
US4705455A (en) * | 1985-12-23 | 1987-11-10 | United Technologies Corporation | Convergent-divergent film coolant passage |
US4653983A (en) * | 1985-12-23 | 1987-03-31 | United Technologies Corporation | Cross-flow film cooling passages |
US4666368A (en) * | 1986-05-01 | 1987-05-19 | General Electric Company | Swirl nozzle for a cooling system in gas turbine engines |
WO1999060253A1 (de) * | 1998-05-18 | 1999-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Gekühlte turbinenschaufelplattform |
US6565312B1 (en) * | 2001-12-19 | 2003-05-20 | The Boeing Company | Fluid-cooled turbine blades |
US6699015B2 (en) | 2002-02-19 | 2004-03-02 | The Boeing Company | Blades having coolant channels lined with a shape memory alloy and an associated fabrication method |
US7488156B2 (en) * | 2006-06-06 | 2009-02-10 | Siemens Energy, Inc. | Turbine airfoil with floating wall mechanism and multi-metering diffusion technique |
US8858182B2 (en) | 2011-06-28 | 2014-10-14 | United Technologies Corporation | Fan blade with sheath |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3075744A (en) * | 1960-08-16 | 1963-01-29 | United Aircraft Corp | Turbine nozzle vane mounting means |
US3446480A (en) * | 1966-12-19 | 1969-05-27 | Gen Motors Corp | Turbine rotor |
US3446481A (en) * | 1967-03-24 | 1969-05-27 | Gen Electric | Liquid cooled turbine rotor |
-
1970
- 1970-02-02 US US7805A patent/US3619076A/en not_active Expired - Lifetime
-
1971
- 1971-01-20 FR FR7101760A patent/FR2080425A5/fr not_active Expired
- 1971-01-26 NL NLAANVRAGE7100990,A patent/NL169627C/xx not_active IP Right Cessation
- 1971-02-01 DE DE2104482A patent/DE2104482C3/de not_active Expired
- 1971-02-02 JP JP364671A patent/JPS545048B1/ja active Pending
- 1971-04-19 GB GB2002171A patent/GB1307338A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NL7100990A (de) | 1971-08-04 |
FR2080425A5 (de) | 1971-11-12 |
NL169627C (nl) | 1982-08-02 |
US3619076A (en) | 1971-11-09 |
DE2104482A1 (de) | 1971-08-12 |
DE2104482C3 (de) | 1980-05-14 |
GB1307338A (en) | 1973-02-21 |
JPS545048B1 (de) | 1979-03-13 |
NL169627B (nl) | 1982-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2104482C3 (de) | Flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel | |
DE2627670C3 (de) | Gekühlte Laufschaufel | |
DE102010047816A1 (de) | Käfigrotor und Herstellungsverfahren für einen Käfigrotor | |
DE2158242C3 (de) | Flüssigkeitsgekühlte Gasturbine | |
DE2811478C3 (de) | Fangvorrichtung für abgeschleuderte Laufschaufeln | |
DE2822627C2 (de) | ||
DE2414397A1 (de) | Kuehlkanalaufbau fuer fluessigkeitsgekuehlte turbinenschaufeln | |
DE2343639A1 (de) | Laufschaufelenden mit leistungssteigerung fuer turbinen mit kuehlung durch offenen fluessigkeitskreislauf | |
DE2031917A1 (de) | Stromungsmittelgekuhlter Flügel | |
DE2413292A1 (de) | Blattkuehleinsatzhalter fuer turbomaschinen | |
DE1957389B2 (de) | Schaufelrad fuer hydrodynamische drehzahl- oder drehmomentwandler | |
DE862691C (de) | Turbinen- od. dgl. Schaufel | |
EP2126286A1 (de) | Turbinenschaufel | |
DE2843326A1 (de) | Gekuehlte turbinenschaufel fuer gasturbinentriebwerke | |
DE3020363A1 (de) | Verfahren zur herstellung von fluessigkeitsgekuehlten gasturbinenschaufeln | |
DE1915532A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer aerodynamisch gestalteten Schaufel oder eines Schaufelrohlings | |
DE2055761A1 (de) | Verfahren zum Herstellen hohler Schaufeln | |
DE3446206A1 (de) | Eintrittsleitschaufel | |
DE2001983A1 (de) | Turbinenschaufel | |
DE2825801C2 (de) | ||
DE1957614A1 (de) | Verfahren zur Herstellung der Verbindung von gekuehlten oder ungekuehlten Laufschaufeln mit dem Schaufelkranz einer zugehoerigen Radscheibe | |
DE2944987A1 (de) | Dampfturbinen-laufschaufel | |
DE3343203A1 (de) | Turbinenwellenanordnung | |
DE658445C (de) | Schaufelbefestigung fuer Kreiselmaschinen | |
DE3235230A1 (de) | Gasturbinenschaufel mit metallkern und keramikblatt |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |