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"Schaufel für eine Strömungsmaschine" Die Erfindung bezieht sich auf
eine Schaufel für eine Strömungsmaschiene, besonders für eine Gasturbine, mit einem
hohlen Schaufelblatt, dem durch einen Kanal im Schaufelfuß ein Kühlmittel zugeführt
wird.
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Bei einer bekannten derartigen Schaufel durchströmt das Kühlmittel
das Schaufelblatt und tritt durch Öffnungen an dessen äußerem Umfang wieder aus.
Dabei kann der Schaufelmantel lediglich von seiner Innenseite her gekühlt werden.
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Bei einer anderen bekannten Ausführung einer Schaufel weist der Schaufelmantel
eine Vielzahl kleiner Poren auf, durch die das Kühlmittel austritt und dabei dessen
Oberfläche unmittelbar kühlt. Diese Poren haben jedoch den Nachteil, daß sie schwierig
herzustellen sind und außerdem im Betrieb wegen ihrer kleinen Abmessungen durch
Verbrennungsrückstände leicht verstopft werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen
und eine Schaufel zu schaffen, die eine besonders wirkungsvolle und zuverlässige
Kühlung der Oberfläche des Schaufelblattes ermöglicht.
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Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß auf dem Schaufelmantel
in einigen Querebene des Schaufelblattes in sich geschlossene Leisten
angeordnet
sind, die im wesentlichen zur Blattachse parallele Austrittsdilsen für das Kühlmittel
aufweisen, die so angebracht sind, daß die Kühlmittelstrahlen den Schaufelmantel
berühren. Dabei ergibt die tangentiale Strömung des Kühlmittels über die Oberfläche
des Schaufelmantels eine optimale Kühlung der Schaufel. Die in Leisten angeordneten
verhältnismäßig großen Austrittsdüsen verstopfen nicht und lassen sich leicht herstellen.
Derartige AustrittsdUsen haben weiter den Vorzug, daß sie sidl für flüssige ebenso
wie für gasförmige Kühlmittel eignen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Leisten
mit dem Schaufelhohlraum in Verbindurtg stehende nuerbohrungen, die jeweils eine
Austrittsdüse an jeder Stirnseite der Leisten bilden. Durch diese Maßnahme wirdf
die Fertigung der Austrittsdüsen wesentlich vereinfacht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schaufel eines Turbinenlaufrades in räumlicher
Darstellung, Fig. 2 die Schnittfläche des Ausschnittes A der Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab und Fig. 3 die Schnittfläche eines entsprechenden Ausschnittes aus einer
ähnlichen Schaufel in vergrößertem Maßstab.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schaufel eines Turbinenlaufrades
einer Kraftfahrzeug-Gasturbine besteht aus einem Schaufelblatt 11 und einem Schaufel
fuß 12, der zur Befestigung der Schaufel in der nicht dargestellten Läuferscheibe
mit einem Tannenbaumprofil 13 versehen ist. Das Schaufelblatt 11 weist in seinem
Inneren einen Hohlraum 14 auf, der mit einem Kanal 15 im Schaufelfuß 12 in Verbindung
steht. Der Kanal 15 dient der Zufuhr eines flüssigen Kühlmittels zum Hohlraum 14
im Schaufelblatt 11. Das Kühlmittel kann dem Kanal 1 15 beispielsweise an einer
Stirnseite des Schaufelfußes 12 aus- einem am Laufrad bef.estigten Zuführungsteil
unter Druck zufließen.
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Auf dem Schaufelmantel 16 des Schaufelblattes 11 sind in zwei seiner
Querebenen Leisten 17 und 18 angeordnet, die jeweils um das Schaufelblatt 11 herumgeführt
und in sich geschlossen sind. In den Leisten 17 und 18 sind parallel zur Blattachse
Querbohrungen 19 angebracht, die an den Stirnseiten 20 und -21 jeder der Leisten
17 und 18 unmittelbar an den Schaufelmantel 16 angrenzende Austrittsdüsen 22 bzw.
23 für das Kühlmittel bilden. Jede Querbohrung 19 tst durch eine rechtwinklig abzweigende
Bohrung 24 mit dem Hohlraum 14 im Schaufelblatt 11 verbunden.
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Am Übergang des Schaufelblattes 11 in den Schaufelfuß 12 sind in der
Fußplatte 25 parallel zur Blattachse als Austrittsdüsen 26 wirkende Bohrungen angeordnet.
Die Austrittsdüsen 26 sind um das Schaufelblatt 11 herum verteilt und berühren jeweils
den Schaufelmantel 16.
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Beiderseits des IIi raumes 14 angebrachte Nuten 27 und 28 verbinden
die Austrittsdüsen 26 mit dem Kanal 15.
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Als Kühlmittel kann beispielsweise Wasser verwendet werden, das vom
Kanal 15 in den Hohlraum 14 im Schaufelblatt 11 gelangt. Von dort strömt das Wasser
durch die Bohrungen 24 zu den paarweise in den Leisten 17 und 18.angeordneten Austrittsdüsen
22 und 23. GleichzeItig nießt Wasser auch durch die Nuten 27 und 28 zu den Austrittsdüsen
26 in der Fußplatte 25 der Schaufel. Die durch die Austrittsdüsen 22, 23 und 26
ausströmenden Wasserstrahlen berühren den Schaufelmantel 16 und bilden auf diesem
einen Film. Unter der Einwirkung des von den Verbrennungsgasen stark erhitzten Schaufelmantels
16 verdampft das Wasser an dessen Oberfläche und entzieht dadurch der Schaufel Wärme.
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Die besonders gute Kühlung der Schaufeln, die bei dieser Anordnung
der Austrittsdüsen 22, 23 und 26 erzielt wird, ermöglicht höhere Gastemperaturen
und damit eine größere Wirtschaftlichkeit der Gasturbine.
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Die Austrittsdüsen 22, 23 und 26 können in den Leisten 17 und 18 bzw.
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in der Fußplatte 25 in gleichmäßigen Abständen angeordnet sein. Es
ist aber auch möglich, der Temperaturverteilung auf dem Schaufelmantel 16 entsprechend
örtlich verschieden große Abstände der Austrittsdüsen 22, 23 und 26 voneinander
anzuwenden. Die Kühlwirkung kann gegebenenfalls auch durch eine geringe Neigung
der einzelnen Austrittsdüsen 22, 23 und 26 gegenüber dem Schaufelmantel 16 oder
durch die Gestalt des Düsenquerschnittes beeinflußt werden. Das Innere des Schaufelblattes
11 kann auch mehrere Hohlräume aufweisen. Statt eines flüssigen Kühlmittels kann
bei den erfindungsgemäßen Schaufeln auch ein gasförmiges, z. B. dem Verdichter der
Gasturbine entnommene Druckluft, verwendet werden.
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Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist das Schaufelblatt 11 aus den Blattabschnitten
29 und 30 zusammengesetzt, die durch Elektronenstrahlschweiße1l
miteinander
verbunden sind. Die Schweißnaht 31 verläuft in einer Querebene des Schaufelblattes
11. Jeder Blattabschnitt 29 und 30 enthalt jeweils nur eine Leiste 17 bzw. 18, deren
Querbohrungen 19 sich vor dem Zusammensetzen auf einfache Weise herstellen lassen.
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Bei der Ausführung einer Schaufel nach Fig. 3 werden die fertigbearbeiteten
Leisten 32 in entsprechende Vertiefungen 33 des Schaufelmantels 34 eingesetzt und
mit diesem verschweißt. Die einzelnen Querbohrungen 35 sind bei dieser Schaufel
durch beiderseits des Hohlraumes 36 angeordnete Nuten 37 mit diesem und damit mit
dem nicht dargestellten Zuführungskanal verbunden. Die Austrittsdüsen können statt
durch Bohrungen oder Nuten auch durch Taschen mit dem Hohlraum der Schaufel verbunden
sein.