DE2202857C2 - Gekühlte Laufschaufel für Gasturbinen - Google Patents
Gekühlte Laufschaufel für GasturbinenInfo
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Description
ebenso wie das Füllringsegment 4 — aus hocbwarm- ximal vorhandene Druckgefelle genutzt werden muß,
festem Material bestehen, während der Nabenkörper um eine ausreichende Kühlung der Schaufelhinteraus
billigerem, ferritischem Werkstoff gefertigt ist. kante zu erzielen. Der Vollständigkeit halber sei er-
Für die Kühlluft weist das Schaufelblatt nach wähnt, daß die Luflaustritte 19 und 20 auch in der
Fig. 1 drei parallele, getrennte Strömungswege auf, 5 Schaufelhinterkante selbst angeordnet sein können,
die von einem im Schaufelfuß befindlichen und in Zur Verbesserung der Kühlwirkung ist es möglich,
der Zeichnung nur angedeuteten gemeinsamen die Strömungswege 15 und 16 mindestens auf einer
dargestellte Kanäle mit Kühlluft versorgt wird. Der besonders gezeigt ist.
erste, relativ enge Strömungskanal 9 verläuft parallel io Die Strömungswege IS und 16 sind so ausgebildet,
zur und unmittelbar hinter der Schaufeleintrittskante daß sie bis zu den Luftaustritten 19 und 20 mit rela-10. Er mündet an der Schaufelspitze in eine mulden- tiv niedrigen Geschwindigkeiten durchströmt werden
artige Vertiefung 11. Diese besitzt auf der Saugseite und daher weitgehend druckverlustara sind. Das geder Schaufel einen relativ weiten Luftaustritt 12 in nannte, zur Verfügung stehende Druckgefälle, wird
der sie umgebenden, längs der Schaufelprofilkontur 15 also nahezu vollständig in den mit Drossel- und Leitmauerartig verlaufenden Einfassung 13 (F i g. 2). Der organen 21 und 22 versehenen Luftaustritten 19 und
Strömungsquerschnitt der Vertiefung 11 und des 20 verbraucht, wodurch sich in diesen Luftaustritten
Luftaustriites 12 sind weit; das bedeutet, daß der eine über die Schaufelhöhe mindestens annähernd
Druck am Kanalende 14 niedrig ist, weil der gassei- gleichmäßige Luftverteüvng, hohe Strömungsgetige
Druck von der Saugseite der Schaufelhinterkante 20 schwindigkeiten und damit große Wärmeübergangspraktisch
am Kanalende 14 zur Wirkung kommt. Da- zahlen ergeben. Alle diese Merkmale bewirken eine
her kann das ganze zwischen dem Druckraum 8 und gleichmäßig und gute Kühlung der Schaufelhinterdem
Strömungskanal 1 auf der Saugseite der Schau- kante mit relativ geringen Kühlluftmengen und bei
felhinterkante herrschende Druckgefälle zur intensi- relativ kleinen, zur Verfugung stehenden Druckgefäl-
\en Kühlung der besonders heißen Schaufeleintritts- 25 len.
kante ausgenutzt werden. Die Aufteilung der Kühlluft auf die drei verschie-
kante ausgenutzt werden. Die Aufteilung der Kühlluft auf die drei verschie-
Der zweite und der dritte Strömungsweg 15 und denen Strömungswege kann in gewissem Umfang
16 führen unter gleichzeitiger Umlenkung um 90° durch Verändern der Drossel- und Leitorgane 21
von dem Druckraum 8 zu Luftaustritten 19 und 20 und 22 variiert werden. Diese Aufteilung muß von
im Bereich der Schaufelhinterkante 17, wobei der 30 Fall zu Fall bestimmt werden und hängt von den ge-
zweite Strömungsweg 15, der vom dritten 16 durch gebenen Verhältnissen, z. B. von der Strömung, den
eine Trennwand 18 getrennt ist, die Schaufelhinter- Drücken, den gegebenen Temperaturen und deren
kante des äußeren Bereiches der Laufschaufel kühlt, Verteilung, ab.
während der dritte Strömungsweg 16 den inneren. Selbstverständlich ist es auch möglich — insbenäher
zum Schaufelfuß gelegenen Teil der Schaufel- 35 sondere bei kleinen Maschinen mit geringen Schauhinterkante
17 mit Kühlluft versorgt. feihöhen und oder geringei Umfangsgeschwindig-
Pei der dargestellten Laufschaufel sind die Luft- keit —, den zweiten und dritten Stromungsweg durch
austritte 19 und 20 auf der Druckseite der Lauf- nur einen zweiten Strömungsweg zu ersetzen, der zuschaufei
angeordnet, wodurch die Strömungsverhält- nächst im Mittelteil der Laufschaufel radial nach
nisse verbessert werden. Selbstverständlich ist es 40 außen verläuft und durch einen Umlenkraum nach
auch möglich, die Luftaustritte 19 und 20 auf der einer Umlenkung um 180° wieder teilweise zurück
Saugseite der Laufschaufel anzuordnen, falls das ma- zum Schaufelfuß führt.
Claims (1)
- gessjn-Λ übrige, to weiteren Strömungswegen die Schaufellänge mehrfach durchströmende Kühlluft inPatentanspruch: die Vertiefung geführt und von dort durch einenLuftaustritt im Bereich der Schaufelhinterkante inAls Ganzes einteilig gegossene gekühlte Lauf- 5 die Strömung des AAei^rtwJl. Eine ausschaufel für Gasturbine^ deren Schaufelblatt von reichende Kühlung der Schaufellunterkante über die mindestens zwei getrennten Ströraungswegen für ganze Scbaufelhöhe at hier nicht gewährleistet.
Kühlluft durchsetzt ist, wobei ein erste? Strö- D«s gleiche gut fur die KonstrukUou nach der mungsweg unmittelbar hinter der Senaufelein- deutschen Offenlegungsschnft 2 060 123, bei dieser trittskante über die ganze Lange des Schaufel- w Konstruktion wird ebenfalk die gesamte Kuhlluft in blatte« verläuft, und die anderen Strömungswege einer muldenartigen Vertiefung gesammelt und durch über mindestens eine Umlenkung zu Luftaustrit- einen Luftaustritt auf der Saugseite «n Bereich der ten längs der Schaufelhraterkante führen, und Schaufelbinterkante in das Arbeitsgas geleitet Neben wobei in der Schaufelspitze eine muldenartige der unzureichenden Kühlung der Schaufelhinterkante Vertiefung vorgesehen ist, gekennzeichnet 15 ergibt diese Konstruktion eine sehr schlechte Ausnutdur c h die Kombination folgender Merkmale: zung der Kühlluft, da diese in einer Vielzahl von par-° .. aiielen Kanälen die Schaufelhohe -nig^mt nur ein-a) ausschließlich der erste Stromungsweg (9) ma, durchströmt, ehe sie in die Vertiefung gelangt.
muDU.;t in der muldenartigen Vertiefung Der Erfindung iiegt demgegenüber die Aufgabe.Λ y1)' ,, . „ . , ,„, . 20 zugrunde, eine als Ganzes einteilig gegossene Schau-b) die muldenartige Vertiefung (11) weist fe,b zu schaffeni bei der mit relativ geringen Kühllufte.nen Luftaustritt (12) im Bereich der £n und bd einem kleinen zur Verfügung ste-Schaufelhinterkante (17) auf der Saugse.te hend 6 £n Druckgefälie eine optimale Kühlung — d.h. des Schaufelblattes auf. ejne intensive Kühlung der Schaufeleintritts- und der35 SchaufelhinterkaMe bei möglichst gleichmäßiger Temperaturverteilung innerhalb des gesamten Schau-felblattes — erreicht wird und die vorstehend geschilderten Mängel der bisherigen Konstruktion vermieden werden.Die Erfindung betrifft ein? als Ganzes einteilig 30 Diese Aufgabe wird bei einer Laufschaufel der gegossene gekühlte Laufschaufel für Gasturbinen., eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch deren Schaufelblatt von minde..>.ens zwei getrennten die Kombination folgender Merkmale gelöst, für die Strömungswegen für Kühlluft durchsetzt ist, wobei Schutz nur in ihrer Gesamtheit begehrt wird:
ein erster Strömungsweg unmittelbar hinter der a) Ausschließlich der erste Strömungsweg mündet Schaufeleintrittskante über die ganze Länge des 35 jn der muldenartigen Vertiefung,Schaufelblattes verläuft, und die anderen Strömungs- b) die muldenartige Vertiefung weist einen Luftwege über mindestens eine Umlenkung zu Luft- austritt im Bereich der Schaufelhinterkante auf lustritten längs der Schaufelhinterkante führen, und der Saugseite des Schautelblattes auf.
wobei in der Schaufelspitze eine muldenartige Vertiefung vorgesehen ist. 40 Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion, bei derEine derartige Schaufel ist aus dem USA.-Pa- nur die für die intensive Kühlung der Schaufeleintent3OI7 159 bekannt. Bei der dortigen Konstruk- trittskante notwendige Teilmenge der Kühlluft in die tion führt eine Vielzahl enger, zueinander im wesent- muldenartige Vertiefung gelangt, bleibt der Drucklichen paralleler Kanäle vom Schaufelfuß radial nach verlust relativ gering, da unmittelbar aim Ende des ■ußen und nach einer Umlenkung um 90° zu Luft- 45 ersten Strömungsweges praktisch der saugseitige •ustritten längs der Schaufelhinterkante. Zwar -wird Druck von der Schaufelhinterkante herrscht, so daß mit dieser Konstruktion eine intensive Kühlung der für den kurzen Weg der Schaufellänge das maximal besonders gefährdeten Schaufeleintritts- und der vorhandene Druckgefälle ganz für die Kühlung der Schaufelhinterkante erreicht; dabei ergeben sich in Schaufeleintrittskante zur Verfügung steht, ohne daß der Schaufel jedoch erhebliche Druckverluste für die 50 — wie bei einem Teil der erwähnten Konstruktionen Kühlluft, insbesondere in dem Strömungsweg, der — die intensive Kühlung der Schaufelhinterkante lur Kühlung der Schaufeleintrittskante dient, so daß durch die Restmenge der Kühlluft vernachlässigt tin relativ großes Druckgefälle für die Schaufelküh- wird.lung zur Verfügung stehen muß. Weiterhin ist diese Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird imbekannte Konstruktion aufwendig »n der Herstellung 55 Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert,
«nd kann nicht als Ganzes in einem Stück gegossen, F i g. 1 zeigt im Längsschnitt ein Ausführungsbei-sondern muß aus zwei Gußteilen zusammengesetzt spiel der Laufschaufel, wobei in Teilbereichen an der und zusammengeschweißt werden. Ein weiterer Schaufelkante des Schaufelblattes der Schnitt durch Nachteil besteht darin, daß die Kühlung des Schau- eine Ansicht überdeckt 1st;felmittetteils bei dieser Konstruktion unter Umstän- 60 Fig.2 gibt eine Draufsicht auf die Laufschaufel dn zu intensiv ist und daher das Auftreten von War- wieder, mespannungen im Schaufelblatt begünstigt. Die gekühlte Laufschaufel, die in einem durch einIn der deutschen Offenlegtiflgsschrift 1 601562 ist äußeres Füllringsegment4 des nicht gezeigten Geeine gekühlte Laufschaufel gezeigt, bei der der erste, häuses angedeuteten Strömungskanal 1 bewegt und parallel zur und in der Schaufeleintrittskante verlau- 63 in der Darstellung der F i g. 1 von rechts (Pfeil B) anfende Strömungsweg nach einmaligem Durchtritt geströmt ist, ist in einer nicht gezeigten Laufradnabe durch die Schaufellänge in einer muldenartigen Ver- Verankert. Zum Schutz des Nabenkörper gegen die tiefung endet. Bei dieser Konstruktion wird auch die Heißgase dienen Wärmestausegmente 5, die —
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |