DE2125433A1 - Schaufel für eine Strömungsmaschine - Google Patents

Schaufel für eine Strömungsmaschine

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Publication number
DE2125433A1
DE2125433A1 DE19712125433 DE2125433A DE2125433A1 DE 2125433 A1 DE2125433 A1 DE 2125433A1 DE 19712125433 DE19712125433 DE 19712125433 DE 2125433 A DE2125433 A DE 2125433A DE 2125433 A1 DE2125433 A1 DE 2125433A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
blade
coolant
strips
outlet nozzles
jacket
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.)
Pending
Application number
DE19712125433
Other languages
English (en)
Inventor
Robert 7013 Oeffingen Happel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Benz AG filed Critical Daimler Benz AG
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Publication of DE2125433A1 publication Critical patent/DE2125433A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186Film cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • "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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beiderseits des IIi raumes 14 angebrachte Nuten 27 und 28 verbinden die Austrittsdüsen 26 mit dem Kanal 15.
  • 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.
  • 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.
  • Die Austrittsdüsen 22, 23 und 26 können in den Leisten 17 und 18 bzw.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

Ansprüche
1. Schaufel für eine Strömungsmaschine, besonders für eine Gasturbine, .mit einem hohlen Schaufelblatt, dem durch einen Kanal im Schaufelfuß ein Kühlmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schaufelmantel (16) in einigen Querebenen des Schaufelblattes (11) in sich geschlossene Leisten (17, 18) angeordnet sind, die im wesentlichen zur Blattachse parallele Austrittsdüsen (22, 23) für das Kiihlmittel aufWeisen, die 80 angebracht sind, daß die Kühlmittelstrahlen den Schaufelmantel (16) berühren.
2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (17,18) mit dem Schaufelhohlraum (14) in Verbindung stehende Ciuerbohrungen (19) enthalten, die jeweils eine Austrittsdüse (22, 23) an jeder Stirnseite (20,21) der Leisten (17,18) bilden.
3. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelblatt (11) aus in dessen Ouerebenen miteinander verbundenen Blattabschnitten (29, 30) zusammengesetzt ist, die jeweils eine Leiste (17 bzw. 18) aufweisen.
4. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (32) in Vertiefungen (33) des Schaufelmantels (34) eingesetzt und mit diesem verbunden sind. (Fig. 3)
5. Schaufel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Überganges des Schaufelblattes (11) in den Schaufelfuß (12) mit dem ZuffUhrungskanal (15) in Verbindung stehende, im wesentlichen zur Blattachse parallele Austrittsdüsen (26) für das Kühlmittel so angebracht sind, daß die Kühlmittelstrahlen den Schaufelmantel (16) berühren.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH671982A5 (de) * 1986-11-07 1989-10-13 Zellweger Uster Ag

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