DE2104482C3 - Flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Turbinenlaufschaufel ist in der US-PS 34 4b 481 beschrieben.

Die Entwicklung einer fortschrittlichen Technik fur die Kühlung für Gasturbinen mit Hilfe von Flüssigkeiten, wie sie in der oben genannten US-PS 34 46 481 beschrieben ist, macht deutlich, daß Gasturbinen bei Umfangsgeschwindigkeiten von über 460 m/sec und bei Turbineneingangstemperaturen von mehr als II5O°C arbeiten. Ein Betrieb unter derartigen Bedingungen bewirkt notwendigerweise eine sehr hohe Wärmebelastung der Turbinenlaufschaufeln, so daß die Forderung besteht. Temperaturgradienten über die Flächen der Laufschaufeln zu vermeiden, die von derartigen extrem großen Wärmeflüssen 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 73 970 beschriebene gasgekühlte Turbinenschaufel, bei der ein Einsatzkörper unter Ausbildung von Gasströrhüngskäriälen in die höhle Schaufel eingesetzt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besieht darin, bei einer flüssigkeitsgekühlten Turbinenlaufschaufel der genannten Art nut einfachen Mitteln ein wesentlich besseres Kühlverhalten vorzusehen und Temperaturgradienten auch bei großen äußeren Wärrneeinflüssen weitgehend zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einer flüssigkeitsgekühlten Laufschaufel erfindungsgmäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

i" 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 eier Nuten an dem innenliegenden Metallholm angrenzt. Somit erge-

υ ben 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 Wärme-

-<> leitfähigkeit verwendet wird, spielt das Wärrneleitungsvermogen des Meiallholms selbst und der Übergänge zwischen den Rippen und den angrenzenden Flächen des Schauteiaufbauts eine geringere Roiie. An der Oberflache auftretende Wärmeeinflüsse werden viel-

-"' mehr 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 Ausfuhrungsbei-

f" spielen näher erlauter. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine flüssigkeitsgekühlte Laufschaufel genv.ß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie J-3 in F ig. 1.

i'i Die gezeigte Laufschaufel 19 weist einen tannen baumformigen Fuß 18 auf, der in üblicher Weise in einer Rotorscheibe befestigt werden kann. Radial außen von einem Plattformtcil 26 weist die Schaufel 19 einen Metallholm 27 mit einem stromlinienförmigen Schaft 28

'» auf, welcher mit einem Metallblech, beispielsweise Kupfer, das eine sehr großt therru ehe Leitfähigkeit besitzt, in einer Stärke von etwa 0,5 mm bis etwa 1.3 mm umhüllt ist. Diese Umhüllung, die sich auch nach unten über die Oberseite der Plattformteiie 26 erstreckt, um

*> nach unten reichende Mantelteile 29 auszubilden, wird vorzugsweise in zwei Teilen 30 und 31 hergestellt. Diese einzelnen Teile k .nnen in einem Preßvorgang hergestellt werden, mit dem sowohl die außenseitige als auch die innenseitige Oberflächenform ausgebildet wird.

>" Das Umhullungsmaterial bcs'eht 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 Umhul

■>*· lungsmaterial einen thermischen Leitfähigkeitskoeffi zienten von mehr als 0,5 cal/cm Sek. C besitzt, wie./. B. Kupfer oder Aluminium.

Das Mantelteil 29 bildet zusammen mit der Unterseite der Plattform 26 eine Rinne 32, in der das zugeführte

Wi Kühlwasser gesammelt wird. Dort kühlt es die umliegenden Schaufelteile und wird auf die vorherr sehende 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

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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 Querschniusfläche 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 eigenen Meßöfi,iungen wirken.

Die Nuten 33 sind in die Umhüllungsieile 30, 31 eingearbeitet und bilden zusammen mit der Fläche des Holms 27 Strömungskanäle 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 Holms 27 vorteilhafterweise mit einem Lotmeial! oder einer Löllegierung beschichtet Wenn die zusammengebauten beschichteten Teile in einer nichtoxidierten Atmosphäre auf Löttemperaturen erhitz! werden, werder die Teile durch eine Verbindung an jeder Rippe 36 in'egral miteinander vereint. Die Verbindung zwischen den Umhüllungsteilen 30 und 3' 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 Kühlflüssigkeit während der Drehung des Turbinenläufers auf eine Seite des Kühlflüssigkeits-Strömungskanals gedrängt wird.

Hie-zu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlte Turbinenlaufschaufel mit einem festen inneren Metallholm, der einen Verankerungsfußteil, einen Schaftteil sowie einen sich transversal erstreckenden Plattformteil aufweist, mit einer Umhüllung, die den Schaftteil sowie den Plattformteil bedeckt, welcher sich über die Druckseite sowie die Unterdruckseile des Schaftteils erstreckt, und die die obere Seite des Plaitformteils bedeckt sowie als ein Mantel bis unterhalb des Plattformteils reicht, und mit mehreren, durch Rippen voneinander getrennten, beidseilig 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 einer dünnwandigen Umhüllung (30, 31) ausgespart sind sowie sich bis unterhalb des Piaitformteiis erstrecken und daß die Rippen (36) mit den benachbarten Flächen des Metallholms (27) verbunden sind.

2. Turbinenlaufschaufel anch Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einem Metall besteht, dessen thermis·: her Leitfähigkeitskoeffizient großer als etwa 0,10 cal/cm Sek. ¹C ist.

i. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ei,ie Dicke von etwa 0.5 mm bis 1.3 mm hat.

4. Turbine: laufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gckennzeichp"!, daß die Umhüllung aus Kupfer besieht