DE2260944A1 - HOLLOW BUCKET FOR GAS TURBINE ENGINES - Google Patents
HOLLOW BUCKET FOR GAS TURBINE ENGINESInfo
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Description
.JJLJ.JJLJ
W. 598W. 598
Augsburg, den 5. De ζ umber 1972Augsburg, December 5, 1972
Rolls-Royce (1971) Limited, 14-15 Conduit titreet, London, WlA 4EY, .inglandRolls-Royce (1971) Limited, 14-15 Conduit titreet, London, WlA 4EY, .ingland
Hohlschaufel für GasturbinentriebwerkeHollow blade for gas turbine engines
Die Erfindung betrifft Hohlschaufeln für Gasturbinentriebwerke., insbesondere Laufschaufeln.The invention relates to hollow blades for gas turbine engines., especially blades.
Bekanntermaßen ist.es vorteilhaft, die Laufschaufeln einer Gasturbine zu kühlen und es sind hierfür bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt. Insbesondere ist es bekannt, einen Kühlluftstrorn durch das Schaufelinnere zu leiten. DieIt is known that it is advantageous to cool the rotor blades of a gas turbine, and various possibilities for this are already known. In particular, it is known to direct a flow of cooling air through the interior of the blade. the
309825/. 0:366,309825 /. 0: 366,
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Wirksamkeit dieser Kühlung hängt nicht allein von der
Strömungsmenge und der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft ab, sondern auch von der Intensität der Berührung der Kühlluft
mit den zu kühLenden Flächen.Effectiveness of this cooling does not depend solely on the
Flow rate and the flow rate of the cooling air, but also on the intensity of the contact of the cooling air with the surfaces to be cooled.
Durch die "!rflndung soll die Aufgabe gelöst werden, eine
Hohlschaufel so auszubilden, daß eine wirksame KUhLung der
Schaufelaußenflachen möglich ist.The aim of the invention is to achieve the object of designing a hollow blade in such a way that effective cooling of the
Blade outer surfaces is possible.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Hohlschaufel
für Gasturbinentriebwerke gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden idch gegenüberliegenden Scham'elinnenwandungen
zwischen sich einen wellenartig verlaufenden
KUhlluftkanal bilden, welcher die Kühlluft abwechselnd zu den beiden Schaufelinnenwandungen hinleitet.In order to achieve this object, a hollow blade for gas turbine engines according to the invention is characterized in that the two inner walls, which are located opposite one another, have a wave-like running between them
Form KUhlluftkanal which alternately guides the cooling air to the two inner walls of the blades.
derartige Schaufel wird im Gegensatz zu bekannten
Anordnungen bei denen der Kühlluftstrom über die zu kühlenden Oberflächen streicht, durch das Auftreffen des Kühlluftstromes
auf die Innenflächen der gekrümmten Schaufelwandungen gekühlt. Zusätzlich wird eine sorgfältige Kühlung der Oberflächen der
inneren Rippen oder Vorsprünge erzielt, die den KUhlluftkanal
bilden.such a shovel is unlike known
Arrangements in which the cooling air flow sweeps over the surfaces to be cooled, cooled by the impact of the cooling air flow on the inner surfaces of the curved blade walls. In addition, careful cooling of the surfaces of the inner ribs or protrusions that form the cooling air duct is achieved.
Für die Fertigung ist es vorteilhaft, daß die inneren
Wandungen oder Vorsprünge, welche den Kühlluftkanal biiden,For production, it is advantageous that the inner
Walls or projections that form the cooling air duct,
BAD ORIGINAL 309825/0366BATH ORIGINAL 309825/0366
sich zwischen den gekrümmten Schaufelinnenflächen nicht vollständig durch den Schaufelhohlraum hindurch erstrecken.not completely between the curved inner vane surfaces extend through the vane cavity.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise, beschrieben. Es zeigen;Some preferred embodiments of the invention will be below with reference to the accompanying drawings, for example, described. Show it;
Fig. 1 einen gemäß der Schnittlinie B-BFig. 1 shows a according to the section line B-B
in Fig. 2 verlaufenden Längsschnitt durch eine typische Gasturbinenschaufel, in Fig. 2 extending longitudinal section through a typical gas turbine blade,
Fig. 2 " einen in der in Fig. 1 eingezeichFig. 2 "one in the one marked in FIG
neten Ebene A-A liegenden Querschnitt der in Fig. 1 dargestellten Schaufel,neten plane A-A lying cross section of the blade shown in Fig. 1,
Fig. 5a einen gemäß der Schnittlinie B-B5a shows one according to the section line B-B
in Fig. 2 verlaufenden Schnitt durch eine Schaufel nach der Erfindung,in Fig. 2 running section through a shovel according to the invention,
Fig. 3b einen gemäß der Schnittlinie C-CFig. 3b shows one according to the section line C-C
in Fig. 1 verlaufenden Schnitt durch die in Fig. ^a dargestellte Schaufel,in Fig. 1 extending section through the blade shown in Fig. ^ a,
die Figuren den Fig. Ja und j5b ähnliche Schnittethe figures are sections similar to FIGS. 1 a and 5b
4a und 4b einer weiteren Ausführungsform4a and 4b of a further embodiment
9825/03669825/0366
2260 9 A A2260 9 A A
einer Turbinenschaufel nach dera turbine blade after the
Erfindung,Invention,
die Figuren ebenfalls den Fig. j5a und *>h ähn-the figures are also similar to Figs. j5a and *> h-
5a und 5b liehe Schnitte einer dritten Aus-5a and 5b borrowed sections of a third excerpt
f iihrungsform der Erfindung, undembodiment of the invention, and
Fig. 6 einen gemäß der Schnittlinie C-CFig. 6 shows a according to the section line C-C
in Fig. 1 verlaufenden Längsschnitt einer vierten Ausführungsform der Erfindung.in Fig. 1 extending longitudinal section of a fourth embodiment of Invention.
Gemäß den Fig. 1 und 2 weist eine Turbinenlaufschaufel einen Tragflächenquerschnitt 10 mit einer Vorderkante 11 und einer Hinterkante 12 auf. Die Schaufel ist im allgemeinen hohl und wird in Richtung des Pfeils I^ vom Schaufelfuß 14 aus zum Schaufelkopf 15 hin von Kühlluft durchströmt. Die dargestellte Schaufel ist in einem Stück gegossen und der SchaufelhoJiiraurn ist durch Verwendung eines nach dem Gießvorgang herausgelösten keramischen Kerns geformt. Dieser Kern gestattet die Ausbildung von inneren wandungen und/oder von Vorsprüngen, die sowohl für Verstärkungszwecke als auch zum Leiten des Luftstromes nützlich sind. Diese Vorsprünge springen von den inneren Flächen 16 und der gekrümmten Schaufelwandungen in den Schaufelhohlraum vor.According to FIGS. 1 and 2, a turbine blade has an airfoil cross section 10 with a leading edge 11 and a trailing edge 12. The blade is generally hollow and becomes in the direction of arrow I ^ from the blade root 14 to Cooling air flows through the blade head 15. The one shown The shovel is cast in one piece and the shovel hoJiiraurn is formed by using a ceramic core that has been detached after the casting process. This core allows training inner walls and / or protrusions useful for both reinforcement purposes and for directing air flow are. These protrusions protrude from the inner surfaces 16 and the curved blade walls into the blade cavity.
Eine erste Ausführungsform der irfindung ist schematischA first embodiment of the invention is schematic
309825/03GG309825 / 03GG
in den Fig. 3a und 3b dargestellt. In Schaufellängsrichtung abwechselnd weisen die Schaufelinnenwandungen 16 und 17 jeweils einstückig mit denselben ausgebildete, von der Schaufelvorderkante 11 zur Schaufe!hinterkante 12 verlaufende Rippen auf. jedoch erstreckt aich keine dieser Rippen l8 üoer die ganze lichte Weite zwischen den beiden üchaufelinnenwandungeη hinweg, sondern die von der Wnndung 16 ausgehenden Rippen exiden kurz vor der Wandung IJ und umgekehrt, wie die Fig. 3D zeigt. Der durch die Schaufel strömende Luftstrom ist deshalb gezwungen, einen wellenart iguti Weg zu nehmen und trifft dabei abwechselnd erst auf die eine» und dann auf die andere Schaufeiinnenflache auf. Diese Richtungswechsel des Kühlluftstromes unterstützen die Kühlung, indem sie sicherstellen, daß die Luft von den zu kühlenden oberflächen wirkungsvoll Wärme aufnimmt. Außerdem leiten "die Rippen 18 Wärme von den zu kiiiileruiun üchaufelwaiuuirigen ab und stellen zusätzliche Wärmeaustausch!1 lachen dar.shown in Figs. 3a and 3b. Alternating in the longitudinal direction of the vane, the vane inner walls 16 and 17 each have ribs formed integrally with the same and extending from the vane front edge 11 to the vane rear edge 12. However, none of these ribs extends Aich l8 üoer the whole width between the two üchaufelinnenwandungeη of time, but starting from the ribs 16 Wnndung exiden shortly before the wall IJ and vice versa, as shown in FIG. 3 D. The air stream flowing through the blade is therefore forced to take a wave-like iguti path and alternately hits first one and then the other inner surface of the blade. These changes in direction of the cooling air flow support the cooling by ensuring that the air effectively absorbs heat from the surfaces to be cooled. In addition, "the ribs 18 heat from the üchaufelwaiuuirigen to kiiiileruiun derive and provide additional heat exchange! 1 is laugh.
Hei einer zweiten, in den B'ig. 4a und 4b dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaufel sind ähnliche Rippen 18 vorgesehen, die hier jedoch geneigt verlaufen. Die Neigung ist dabei so gewählt, daß der Kühlluftstrom zur Sehaufe!vorderkante 11 hin abgelenkt wird. Das ist vorteilhaft, clci insbesondere die Sohaufelvorderkarite gekühlt werden muß, denn diese Bauweise stellt eine Konzentration des Kiihi-Luftstromes an den1 .lohaui'e !.vorderkante sicher.Hei a second, in the B'ig. 4a and 4b illustrated embodiment of a blade according to the invention, similar ribs 18 are provided, which, however, run inclined here. The inclination is chosen so that the cooling air flow is deflected towards the front edge 11 of the heap. This is advantageous cl ci particular Sohaufelvorderkarite must be cooled, because this design provides a concentration of Kiihi air current to the one .lohaui'e! .Vorderkante safe.
3 (J 4 H ? 5 / U Π ß ß ■3 (J 4 H? 5 / U Π ß ß ■
Kine besonders gute Gesamtkühlung wird durch die in den Fig. lja und ^b gezeigte Ausführungsform erzielt. Bei dieser Ausführungsforrn sind die Rippen 20 und 21 der einander gegenüberliegenden Schaufe Linnenwandungen 16 und 17 gegensinnig geneigt. Infolgedessen ist der Strömungsweg der Kühlluft besonders verwunden und es findet ein guter Wärmeaustausch zwischen den heißen Oberflächen und der Kühlluft statt.Kine particularly good overall cooling is achieved by l in Fig. Ja ^ b and shown embodiment. In this embodiment, the ribs 20 and 21 of the mutually opposite shovel inner walls 16 and 17 are inclined in opposite directions. As a result, the flow path of the cooling air is particularly twisted and there is good heat exchange between the hot surfaces and the cooling air.
In Fig. 6 ist eine Abwandlung der in den Fig. j5a und j5b gezeigten Ausführungsform dargestellt. Die Rippen sind hier wellenförmig ausgebildet, wodurch die Scken zwisdien den RLppen 18 und den zugehörigen Schaufelwandungen vermieden werden. Diese Ecken neigen dazu, stehende Lufträume auszubilden, welche nicht nur die aufgenommene Wärme nicht abtransportieren, sondern auch das Nachströmen frischer Kühlluft an die von ihnen bedeckten Oberflächen verhindern. Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform weist diesen Nachteil nicht auf.FIG. 6 shows a modification of that in FIGS. J5a and j5b Shown embodiment shown. The ribs are here wave-shaped, whereby the sacks between the RLppen 18 and the associated blade walls avoided will. These corners tend to form standing air spaces, which not only do not carry away the absorbed heat, but also prevent the flow of fresh cooling air to the surfaces they cover. In the Fig. 6 shown embodiment has this disadvantage not on.
Abgesehen von der durch die beschriebenen erfindungsgemäßen Schaufeln erzielten Kühlwirkung weisen zumindest die Ausführungsformen der Fig. ,5a, ^b, 4a und hb hinsichtlich der Fertigung einen weiteren Vorteil auf. Wie bereits erwähnt, wird der SchaufeIhohLraum durch GieOen mit Hilfe eines hohlen keramischen Kerm; hergestellt. Der Kern wird unter Verwendung zweier1 brennbarer dießformhälften hergestellt.Apart from the cooling effect achieved by the described blades according to the invention, at least the embodiments of FIGS. 5a, 5b, 4a and hb have a further advantage with regard to production. As already mentioned, the display cavity is made by casting with the aid of a hollow ceramic core; manufactured. The core is made using two 1 combustible die halves.
- ö - BAD ORIGINAL .1 ü 9 ü ? 5 / 0 3 C 6- ö - BAD ORIGINAL .1 ü 9 ü? 5/0 3 C 6
Bisher ist es üblich gewesen, bei Turbinenschaufel·!! Vorsprünge vorzusehen, die sich zwischen den Schaufelwandungen l6 und 17 quer·durch den ganzen üchaufe!hohlraum hindurch erstrecken. Dazu ist ein Kern erforderlich, der ganz durchgehende öffnungen aufweist, was wiederum Gießformhälften mit sich in der Trennebene genau treffenden Vorsprüngen erforderlich macht. 1SIn derartiges genaues Aufeinanderstoßen der Vorsprünge der beiden Gießformhälften bereitet oft Schwierigkeiten, und es ist deshalb ein Vorteil, daß das bei den hier dargestellten Ausführungsformen nicht notwendig ist.Up to now it has been customary for turbine blades · !! To provide projections which extend between the blade walls 16 and 17 transversely through the whole of the bucket cavity. For this purpose, a core is required which has completely continuous openings, which in turn requires casting mold halves with projections that meet exactly in the parting plane. 1 SIn such a precise succession pushing the projections of the two mold halves often is difficult, and it is therefore an advantage that this is not necessary in the illustrated embodiments herein.
Die Herstellung der oben beschriebenen Schaufeln ist jedoch nicht auf Gießen beschränkt.However, the manufacture of the blades described above is not limited to casting.
- 7 309 8 2B/036G- 7 309 8 2B / 036G
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