DE2241192B2 - Hohle gasturbinenschaufel - Google Patents

Description

ülkr die gesaHne ScHaUlVllJiiige das Kühlmittel unter älWagleichem Öhldi aus d<* Einlä(ilft«iiiner :ri die Ak sVKJHU! fe fiiidbt daher eine im

gteMlbrmige Kühlung der SchaufelüBer die ffösattilfc Seh»iifellange statt nei -> der erfmdühliäsg&iiaßert¹ Anordnung tritt /war. ebenso wie bei der bekannten Anordnung, beim Übertritt des KHihlniMeis aus dent ßiriSatwrtrteren m die Aus'HÖkamrtier durch deri doppelten Richtungswechsel der (£tihlnihii*Ixtrön1Urtg durch die seitwärts zu den Sebaufelwänderi HiH ausmündenden öffnungen ein aerodynamischer Verlust auf, der bei der erfindungsge mäßen ÄMordhttng jedoch durch den Vorteil aufgewo g&rt wird, daß das voll auf die den öffnungen gegenüberliegenden SehaUfdwättde auftrefTende Kühlmittel diese äußerst wirksam kühlt. Da der Einsat/ bis nahe def Sthaufelvorderkante in die Einlaßkammer hineinragt und diese dadurch praktisch in Schaufelpro rtHän^sVichtun)? in zwei Hälften unteneilt. Wird er/wun g^en, daß *:ts in die Einlaßkammer eingeleitete Kühlmittel ;>eim Durchströmen der relativ engen Zwischenräume /wischen den Schaufe'wänden und dem Einsät/ die Schaufelwände sehr wirksam bestreicht und kühlt

Wesentlich ist außerdem, daß sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Kühlmitteltemperaturnivenii im Gegensatz /nr bekannten Anordnung nicht längs der Schaufel, sondern im wesentlichen a,uer /nr Schaufellänj*··· chtung. also längs des Schaufelprofils von der Schaufel vorderkante /ur SchauFeihinterkante erhöht. Dies wird den tatsächlichen Kühlungserfordernissen weit besser gerecht als ein in Schaufellängsrichtung zunehmendes Kühlmmeltemperaturniveau.

Der Einsat/ dient bei der erfindungsgemäßen Anordnung also nicht nur als Trennwand /wischen Einlaßkammer und Auslaßkammer, sondern bildet eine vorteilhafte KühlmitteHeit vorrichtung.

Bevorzugte Fin?elheiten der Frfindung sind Gegenstand der Unteranspröehe.

Die in den Ansprüchen i und 4 genannten Wandvorspriinge diener nicht nur /ur Halterung des Einsat/es, sondern verheuern darüber hinaus auch die Kühlwirkung durch Vergrößerung der gekühlten Oberfläche

Die Verbindung des Einsatzes mn dvm SchaufelkAr per an nur einem Schatifelende nach Anspruch 7 eri-niSalicht unterschiedliche Wärmedebnwgen und verhindert so Wärmespanmmgen

Die Maßnahme nach Anspruch 8 dient /ur Verbesserung der Kühlung der besonders beanspruchten so Schaufelvorderkante- Diese Maßnahme ist Sesiinders bei !.aufschaufeln vorteilhaft

Fin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nächste Γ"Ή mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigt <5

Fig I einen Längsschnitt durch eine mit einem Einsat? versehene hohle f.auf srh auf el längs der Schnittlinie R - R in F i g. 2, und

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Schaufel nach F* ι g. I indtsr Ebene A— A:

Die Zeichnungen zfclgeH eine hohle Gasturtilnenlaurächaufel mit elnei< Vorderkante löieinet* Winterttante 11. einer Deckplatte \% und' einem Schauftelluß 13 Innerhalb det⁴ Schaufel inteln Einsatz t^angfeordnei.der nur am Schaufelfuß durch rtbrtlötung mit dem SeHaufdkörper verbunden ist, damit relative Wärmedehnungen möglich sind: Def Einsatz W besteht aus zwei etwa parallel verlaufenden Wandungen, die durch da/wischen angeordnete AbstandsstUeke 21 in gegenseitigem Abstand gehalten werden.

Der Einsatz I** unterteilt zusammen mit jeweils einer längsrippe K der Schaufel'Vände 17 und 18 den Schaufelhohlraum in eine mit Kühlmittel gespeiste schaufelvorderkantenseitige Kühlmitteleinlaßkammer 2fe und eine schaufelhinterkanienseiiige Kühlmiuelauslaßkammer 27

Der Einsatz 14 wird innerhalb der Schaufel durch die Rippen I¹S und außerdem durch eine Anzahl von Wandvorsprüngen f6 der beiden Schaufelwände Ό und Ϊ8 in seiner Stellung gehalten. Außerdem ist die Schaufel in der Nähe der Hinterkante 11 in einem Bereich, in welchen der Fmsatz nicht hineinreic'·" durch Querstreben Inzwischen den Schaufelwänden i7 and 18 verstärkt In F g. 1 sind die Wandvorspriinge 16 und die Querstreben 19 jeweils durch kleine Kreuzchen angedeutet.

Λη seiner Vorderkante 22 ist der Einsatz aber seine gesamte Länge offen, während im Bereich der Einsavzhimerkame an beiden Seiten eme Anzahl von seitwärts ausmündenden öffnungen 23 angeordnet st Wie F ι g. I zeigt, verjüng! sich der Einsatz vom Schaufelfuß aus zur Deckplatte 12 hin. weshalb die Rippen 15 entsprechend gekrümmt ausgeführt sind

Die Kühlluft wird am Schaufelfuß IJ eingeleitet und gelangt in die sich über die ganze Schaufellänge erstreckende, beiderseits des Einsatzes 14 verlaufende Finlaßkammer 26 Da sich die Einlaßkammer /or Deckplatte 12 hin verjüngt, bleibt der Kühlmitteldruck infolge der zunehmenden Querschnittsverengung im wesentlichen über die gesamte Schaufellänge gleich Die in die Finlaßkammer 26 eingeleitete Kühlluft siromt im Bereich der Schaufelvorderkante über den Kanal 20 durch die offene Fmsatzvorderkanie 22 in den Einsatz 14 ein und außerdem durch in der Schaufelvorderkante ge'-ildete Austrittsöffnungen 24 zwecks Bildung eines Kithlfiims auf der Schaufelaußenfiäche aus. Die durch da^v Innere des Einsatzes 14 stromende Kühlluft tritt im Hinterkantenbereich des Einsatzes durch die seit'ichen öffnungen 23 in die Auslaßkammir TI aus. wobei sie auf die hinteren Teile der Schaufelwände 17 und 18 auftrifft, und strömt sodann durch in der Srhaufelhinterkante gebildeten Austnttsscblirr^ 25 aus der Auslaßkammer aus.

D:f Wandvorsprünge 16 können gegebenfalls als scV.ig /erlaufende Ripper ausgebildet sein, die dazu beitragen, die Kühlluft vom Schaufelfuß in Richtung zur Deckplatte hin zu lei-en

Hierzu 1 Platt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Hohle Gasturbinenschaufel, deren Schaufelhohlraum in Schaufellängsrichtung mit Hilfe eines Einsatzes in eine von einem Schaufelende her mit S Kühlmittel gespeiste schaufelvorderkantenseitige Kühlmitteleinlaßkammer und eine damit in Verbindung stehende, Kühlmittelaustrittsöffnungen aufweisende schaufeihinterkantenseitige Kühlmittelauslaß· kammer unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) durch zwei etwa parallel verlaufende, mit gegenseitigem Abstand angeordnete Wandungen gebildet ist und mit seiner Vorderkante bis nahe der Schaufelvorderkante (10)

in die Kühlmitteleinlaßkammer (26) hineinragt, daß weiter das Einsatzinnere im Bereich der Einsatzvorderkante mit der Kühlmitteleinlaßkammer und im Bereich der Einsatzhinlerkante durch seitwärts zu den Schaufelwänden (!7, 18) hin ausmündende öffnungen (23) mit der Kühlmittelauslaßkammer (27) in Verbindung steht, und daß die Kühlmttteleinlaßkammer (26) sich vom kühlmitteleintriusseitigen Schaufelende (13) aus zum anderen Schaufelende (12) hin verjüngt.

2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei beiderseits des Einsatzes (14) an den Schaufelwänden (17, 18) gebildete, am Einsatz anliegende und die Kühlmitteleinlaßkammer (26) von der Kühlmittelauslaßkammer (27) trennende Rippen (15).

3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) durch eine Vielzahl von an den Schaufeiwänden (17, 18) gebildeten Wandvorsprüngen (16) in seiner Stellung gehalten wird.

4. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wandvorsprünge (16) als Rippen ausgebildet ist, die Kühlmittel vom kühlmitteleintrittsseitigen Schaufelende (13) zum anderen Schaufelende (12) hin leiten.

5. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) längs seiner Vorderkante (22) offen ist und daß die beiden den Einsatz bildenden Wandungen durch Abstandsstücke (21) voneinander in Abstand gehalten werden.

6. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem kühlmitteleintrittsseitigen Schaufelende (13) eine oder mehrere, die Kühlmitteleinlaßkammer (26) und die Kühlmittelauslaßkammer (27) unmittelbar miteinander verbindende Übertrittsöffnungen vorgesehen sind.

7. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) nur an einem Schaufelende durch Hartlötung mit dem Schaufelkörper verbunden ist.

8. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schaufelvorderkante (10) aus der Kühlmitteleinlaßkammer (26) ausmündende Kühlmittelaustrittsöffnungen (24) angeordnet sind.

9. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kühlmittelauslaßkammer (27) ausmündenden Kühlmittelaustrittsöffnungen (25) in der Schaufelhinterkante (11) gebildet sind.

Die Erfindung betrifft eine hohle Gasturbinenschau, w deren Schaufelhohlraum in Schaufellängsrichtung mit Hilfe eines Einsatzes in eine von einem Schaufelende her mit Kühlmittel gespeiste Schaufelvorderkanten, seitiee Kühlmitteleinlaßkammer und eine damn in Vprbindunß stehende. Kühlmittelaustnttsöffnungen aufweSSs^haufelhinterkantenseitige Kühlmittelauslaß-

kammer unterteilt ist.

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf Lauf- als auch auf Leitschaufeln. . . .

Aus der GB-PS 9 76 124 ist es bekannt, bei einer hohlen Leitschaufel den Schaufelhohlraum durch einen rohrförmigen Einsatz in eine vorderkantenseitige Einlaßkammer und eine hinterkantense.t.ge Aus aßkamtrer für Kühlmittel (oder auch Anwarmmittel) zu unterteilen. An einem Schaufelende wird das Kühlmittel in die Einlaßkammer eingeleitet und durchdtrömt sodann die Einlaßkammer in Schaufellängsrichtung bis zum anderen Schaufelende, wo der rohrförmige Einsatz an seinem Ende derart flach zusamrnengequeischt ist, daß zwischen dem Einsatz und den Schaufelwanden e.ne Strömung'verbindung zwischen der Einlaßkammer und der Auslaßkammer gebildet ist. Durch diese Strömungsverbindung gelangt das Kühlmittel in die Auslaßkammer aus welcher es durch die längs der Schaufellange nahe der Hinterkante an der konkaven Schaufelwand gebildeten Austrittsöffnungen aus dem Schaufelhohlraum austritt. . ,··,,·.,

Die bekannte Anordnung ist hinsichtlich ihrer Kühlwirkung nicht voll befriedigend, da sämtliches Kühlmittel zunächst die Einlaßkammer längs der gesamten Schaufellänge durchströmen muß und daher schon ziemlich stark erwärmt isi. wenn es in die Auslaßkammer eintritt. Da die Auslaßkammer ebenso wie die Einlaßkammer über die gesamte Schaufellänge einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt aufweist was bedeutet, daß der Druck in der Auslaßkammer aufgrund der aufeinanderfolgenden Austrittsöffnungen, vom Verbindungskanal zwischen Einlaßkammer und Auslaßkammer ausgehend, zum davon entfernt liegenden Schaufelende hm immer kleiner wird, wird die Wärmeabführung an der Schaufelhinterkante durch das durch die Kühlmittelaustrittsöffnungen mit infolge der Druckabnahme immer geringerer Strömungsgeschwindigkeit austretende Kühlmittel zu dem vom Verbindungskanal entfernten Schaufelende hin immer schlechter, zumal zu diesem Schaufelende hin nicht nur der Kühlmitteldruck abnimmt, sondern auch das Kühlmittel immer stärker erwärmt ist. Außerdem ergeben sich nutzlos aerodynamische Verluste, da das zunächst in Schaufellängsrichtung durch die Auslaßkammer strömende Kühlmittel eine 90°-Drehung ausführen muß, um durch die Kühlmittelaustrittsöffnungen austreten zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hohle Gasturbinenschaufel der eingangs genannten Art im Sinne einer Steigerung der Kühlwirkung bzw. einer wirksameren Ausnutzung des hindurchgeleiteten Kühlmittels zu verbessern.

Diese Ausfgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die erfindungsgemäße Konstruktion bringt den folgenden technischen Fortschritt:

Infolge der sich verjüngenden Kühlmitteleinlaßkammer ist der Kühlmitteldruck in dieser Kammer über die gesamte Schaufellänge hinweg im wesentlichen gleich. Das Innere des Einsatzes bildet ein Strömungskanal mit im wesentlichen konstantem Querschnitt, so daß also