DE2202858C2 - Gekuehlte leitschaufel fuer gasturbinen - Google Patents

Description

verbindet und der erste Abschnitt der Luftaus- der Schaufelhöhe verlaufenden ersten Abschnitt 18

tritte ebenfalls direkt mit dem zweiten Druck- von Luftaustritten im Bereich der Schaulelhintcr-

raum verbunden ist. kante 19.

b) Der zweite Strömungsweg verläuft über die Der zweite Strömungsweg führt parallel zum erganze Länge des Schaufelblattes, wobei er am 5 sten durch den relativ weiten Kanal 20 über einen Ende des Schaufelblattes, innerhalb der Leit- Umlenkraum 21 nach einer ersten Umlenkung um schaufel, um 180° umgelenkt nochmals das 180° in den, im Mittelteil der Schaufel angeordne-Schaufelblatt bis zum anderen Ende durchsetzt ten. ebenfalls relativ weiten Kanal 22: von diesem und von dort nach nochmaliger Umlenkung ium aus gelangt die Luft über einen für die Strömung — zweiten Abschnitt der Luftaustritte gelangt. io wegen des Druckverlustes — möglichst optimal aus-

Bei der neuartigen Leitschaufel kühlt der erste gestalteten, zweiten Umlenkraum 23 nach ein^r wei-Teilstrom, in Längsrichtung unmittelbar hinter und teren Umlenkung um 180" in den zweiten Abschnitt parallel zur Schaufekintrittskante verlaufend, nicht 24 der Luftaustritte, der ebenfails im Bereich der nur wegen seiner hohen Geschwindigkeit diese Hinterkante 19 liegt, vom ersten Abschnitt 18 der Schaufeleintrittskante sehr intensiv, sondern wird 15 Luftaustritte durch eine Querwand 26 getennt ist und darüber hinaus noch dazu benutzt, einen erheblichen die vom ersten Abschnitt 18 der Luftausiritte nicht Teil der Wärme an der Schaufelhinterkante aufzu- überdeckte Teilhöhe der Schaufel 1 ausfüllt. Selbstnehmen, ohne daß — infolge des zwischen der Ein- verständlich können die Luftaustritte in der Hintertrittskante und den Luftaustritten liegenden, prak- kante 19 selbst (Fig. 2) oder auf der Saug-bzw. auf tisch verlustlosen Druckraumes — die Druckverluste ao der Druckseite der Leitschaufel angeordnet sein. Der unzulässig hoch werden. Der zweite Teilstrom durch- Kanal 22 ist dabei zur Vergrößerung der wärmeabgesetzt den weniger intensiv zu kühlenden Mittelteil des benden Flächen mit Rippen 25 versehen.
Schaufelblattes ohne stark ins Gewicht fallende Das relativ gerinne, zur Verfugung stehende Druckverluste, so daß der größte Teil des Druckge- Druckgefälle zwischen dem ersten Druckraum 13 fälles zur intensiven Kühlung der von ihm versorgten »s und dem Strömungskanal 2 im Bereich der Hinier-Teilhöhe der Schaufelhinterkantc zur Verfügung kante der Leitschaufel dient im ersten Strömungsweg steht. zunächst dazu, im engen Sirömungskanal 15 eine re-

Die völlige Trennung der beiden Strömungswege lativ hohe Geschwindiekeit des Kühlmittels zu erzeu-

ermöglicht eine definierte Verteilung der Kühlluft- gen und damit eine große Wärmeübergangs/nhl und

mengen auf die beiden Teilströmc, so daß die Not- 30 eine intensive Kühlung der Schaufeleintritlskante 8

wendigkeit entfällt, wegen schwankender Aufteilung zu erreichen. In einem bereits ausgeführten Beispiel

auf beide Ströme unnötig große Mengen an Kühlluft wird dabei beispielsweise etwa die Hälfte des Druck-

zur Verfügung stellen zu müssen. gefälles verbraucht. Nach praktisch verlustlosem

Für die Aufteilung der Schaufelhöhe auf die bei- Durchströmen des zweiten Druckraumes 16 bewirkt

den Abschnitte der Luftaustritte ist es vorteilhaft, 35 der noch vorhandene Überdruck gegenüber dem

wenn der erste Abschnitt der Luftaustritt von dem Strömungskanal 2 im ersten Abschnitt 18 der Luftaus-

zweiten durch eine Querwand getrennt ist. tritlc wiederum hohe Geschwindigkeiten und damit

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im eine gute Kühlung eines Teiles der Schaulclhuhc im

folgenden näher erläutert. Bereich der Hinterkante 19.

F i g. 1 stellt in einem Längsschnitt längs der Li- 40 Im zweiten Strömungsweg gelangt die Kühlluft —

nie I-I von Fig. 2 eine mit dem neuartigen Kühlsy- da der Mittelteil des Schaufelblattes keiner so inten-

steni versehene Leitschaufel dar; siven Kühlung bedarf — mit relativ niedrigen Ge-

Fig. 2 ist ihrerseits der Schnitt II-II von Fi g. 1. schwindigkeitcn praktisch, d.h. abgesehen von den

Die Leitschaufel, die durch einen Strömungska- beiden Umlenkungen um KSO', ohne Druckverluste

nal 2 von — von einer oder mehreren nicht darge- 45 in den Umlenkraum 23. Das ganze zur Verfugung

stellten Brennkammern herkommenden — Heißga- stehende Druckgefälle wird damit benutzt, um im

sen von links her angeströmt wird (Pfeil A), ist gehal- zweiten Abschnitt 24 der Luftaustritte eine über die

ten im Leitschaufelträger 3. Der Heißgaskanal 2 ist restliche Schaufelhöhe möglichst gleichmäßige Aus-

stromaufwärts begrenzt durch verschiedene Teile strömung mit hohen Geschwindigkeiten und entspre-

eines Heißgasgehäuses4. Die Kühlluft für die Leit- 50 chend guter Kühlung der Hinterkante 19 zu errei-

schaufel gelangt durch die öffnung 10 irr Schaufel- chen.

träger 3 in einen Zwischenraum 11, von dem aus sie In den beiden Strömuneswegen sind die Strö-

durch die öffnung 12 in den ersten Druckraum 13 mungswiderstände, die durch Änderungen an den als

strömt, der in der äußeren Schaufelabdeckung 14 Drosselslellen und als Slrömungsleitflächen dienen-

vorhanden ist. 55 den Rippen 30 in den Abschnitten 18 und 24 der

Vom ersten Druckraum 13 aus sind durch das Luftaustritte in gewissem Umfang verändert werden Schaufelblatt zwei Strömungswege für die Kühlluft können, experimentell so aufeinander abgestimmt, vorhanden. Der erste führt durch den relativ engen, daß sich die zur Verfügung stehende Kühlhiftmenge unmittelbar hinter der Schaufeleintrittskante 8 liegen- mindestens annähernd in einem festen Verhältnis auf den Strömungskanal 15 in einen zweiten Druckraum 60 beide Wege verteilt. Dieses Verhältnis bestimmt dann 16, der in der inneren Schaufelabdeckung 17 an- auch die relative Höhenlage der Querwand 26, durch geordnet ist. Diesen zweiten Druckraum 16, der von die, bei etwa konstanter Austrittsweite über die der Kühlluft praktisch ohne Druckverluste durch- ganze Höhe, die Gesamtschaufelhöhe etwa im Verströmt wird, verläßt die den ersten Strömungsweg hältnis der Teilmengen auf die beiden Abschnitte 18 durchsetzende Kühlluft durch einen über einen Teil und 24 aufgeteilt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. tent 3 017 159 bekannt. Bei der dortigen Konstruk-

   Patentansprüche: tion führt eine Vielzahl enger, zueinander im wesent

   lichen paralleler Kanäle vom Schaufelfuß radial nach

   I. Gekühlte Leitschaufel für Gasturbinen, die außen und nach einer Umlenkung um 90° zu Luftfür Kühlluft zwei, das Schaufelblatt durchset- 5 austritten längs der Hinterkante. Zwar wird mit diezende, voneinander getrennte Strömungswege ser Konstruktion eine intensive Kühlung der besonaufweist, von denen der erste Strömungsweg, aus- ders gefährdeten Schaufeleintritts- und -hinterkante gehend von einem in einer Schaufelabdeckung erreicht; dabei ergeben sich in der Schaufel jedoch angeordneten ersten Druckraum," unmittelbar erhebliche Druckverluste, so daß ein relativ großes hinter der Schaufeleintrittskante über die ganze io Druckgefälle des Kühlmittels für die Schaufelküh-Länge des Schaufelblattes verläuft und über eine lung zur Verfügung stehen muß. Ein weiterer Nach-Umlenkung zu einem ersten Abschnitt von längs teil besteht darin, daß die Kühlung des Schaufelmitder Hinterkante angeordneten Luftaustritten telteils bei dieser Konstruktion unter Umständen zu führt, und der zweite Strömungsweg, ebenfalls intensiv ist und daher das Auftreten von Wärmeausgehend vom ersten Druckraum, den Mittelteil 15 spannungen begünstigt.

   des Schaufeiblattes durchsetzt und über Umlen- In der Zeitschrift »Luftfahrttechnik-Raumfahrt-

   kungen zu den· anderen zweiten Abschnitt der technik«, 12(Dezember 1966), S. 330, Fig.4, ist eine Luftaustritte der Hinterkante gelangt, g e k e η η - Leitschaufel für Gasturbinen gezeigt, bei der — auszeichnet durch die Kombination folgender gehend von einem ersten Druckraum — ein einziger Merkmale: 20 Kühlluftstrom zunächst das Schaufelblatt hinter der

   a) Ein zweiter in einer Schaufelabdeckung an- und parallel .zur Schaufeleintrittskanle durchsetzt geordneter Druckraum (16) ist an dem Ende und in einen zweiten Druckraum mündet, der am des Schaufelblattes vorgesehen, das dem er- vom ersten Druckraum abgewandten Ende des sten Druckraum (13) abgewandt ist, wobei Schaufelblattes angeordnet ist. An diesen zweiten de' hinter der Schaufeleintrittskante (8) ver- 25 Druckraum schließen sich im wesentlichen über die laufende Strömungskanal (15) des ersten Höhe des Schaufelblattes verlaufende Luftaustritte Strömungsweges die beiden Druckräume im Bereich der Schaufelhinterkame an. Trotzdem bei (13, 16) direkt verbindet und der erste Ab- dieser Konstruktion erhebliche Kühlluftmengen und schnitt (18) der Luftaustritte ebenfalls direkt ein relativ großes zur Verfügung stehendes Druckgemit dem zweiten Druckraum (16) verbunden 30 fälle zwischen dem ersten Druckraum und dem Ströist; mungskanal hinter den Luftaustritten notwendig

   b) der zweite Strömungsweg (20. 22) verläuft sind, läßt sich damit nur eine schlechte Verteilung über die ganze Länge des Schaufelblattes, der Kühlwirkung mit einer unausgeglichenen Tempewo er am Ende des Schaufelblattes, inner- raturverteilung und daher mit hohen Wärmespanhalb der Leitschaufel, um 180" umgelenkt 35 nungen erreichen.

   nochmals das Schaufelblatt bis zum anderen Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 476 804

   Ende durchsetzt und von dort nach nochma- ist eine Leitschaufel bekannt, bei der ein einziger liger Umlenkung (23) zum zweiten Ab- Kühlluftstrom aus einem Druckraum das Schaufelschnitt (24) der Luftaustritte gelangt. blatt unmittelbar hinter der Eintrittskante durchsetzt 2. Gekühlte Leitschaufel für Gasturbinen nach 40 und nach zweimaligen Umlenkungen um 180° innerAnspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der er- halb des Schaufelblattes zu über die Schaufelhöhe ste Abschnitt (18) der Luftaustrittc von dem verteilten Luftaustritten im Bereich der Schaufelzweiten (24) durch eine Querwand (26) getrennt hinterkante geführt ist. Bei dieser Konstruktion ist ist. ein erhebliches Druckgelalle notwendig, um eine aus-

   45 reichende Kühlluftmenge auf dem langen, mit mehreren Umlenkungcn versehenen Weg durch das Schau-

   felblatt strömen zu lassen.

   Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe

   zugrunde, eine Leitschaufel für Gasturbinen zu

   50 schaffen, bei der mit relativ geringen Kühlluftmengen

   und bei einem kleinen zur Verfügung stehenden

   Die Erfindung betrifft eine gekühlte Leitschaufel Druckgefällc des Kühlmittels eine optimale Kühlung für Gasturbinen, die für Kühlluft zwei das Schaufel- — d. h. insbesondere eine intensive Kühlung der blatt durchsetzende, voneinander getrennte Strö- Schaufelcintritts- und der -hinterkante bei möglichst mungswege aufweist, von denen der erste Strömungs- 55 gleichmäßiger Temperaturverteilung innerhalb der weg, ausgehend von einem in einer Schaufelabdek- gesamten Schaufel — erreicht wird, und die vorstekung angeordneten ersten Druckraum, unmittelbar · hend geschilderten Mängel bisheriger Konstruktiohinter der Schaufeleintrittskante über die ganze nen vermieden werden.

   Länge des Schaufelblattes verläuft und über eine Diese Aufgabe wird bei einer Leitschaufel der ein-

   Umlcnkung zu einem ersten Abschnitt von längs der 60 gangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Hinterkante angeordneten Luftaustritten führt, und Kombination folgender Merkmale gelöst, für die der zweite Strömungsweg, ebenfalls ausgehend vom Schutz nur in ihrer Gesamtheit begehrt wird:
   ersten Druckraum, den Mittelteil des Schaufelblattes a) Ein zweiter, in der Schaufelabdeckung angeord-

   durchsetzt und über Umlenkungen zu dem anderen neter Druckraum ist in dem Ende des Schaufel-

   zweiten Abschnitt der Luftaustritte der Hinterkante 65 blattes vorgesehen, das dem ersten Druckraum

   gelangt. abgewandt ist, wobei der hinter der Schaufel-

   Eine Schaufel mit den vorstehend genannten eintrittskante verlaufende Strömungskanal des

   Merkmalen ist als Laufschaufel aus dem USA.-Pa- ersten Strömungsweges die beiden Druckräume