DE2444335C2 - Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel - Google Patents
Gekühlte Gasturbinen-LaufschaufelInfo
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Description
ίο Die Erfindung betrifft eine gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel,
die als Hohlschaufel ausgebildet ist, deren Hohlraum zum Schaufelfuß hin verschlossen
und über Austrittsöffnungen an der Hinterkante zum Strömungskanal hin offen ist, wobei der als Ganzes gegossene
Schaufelmantel von über dem Profilumfang verteilten Kühlluftkanälen durchsetzt ist, die ausgehend
von einer Kühiluftkammer im Schaufelfuß an der
Schaufelspitze in den Hohlraum münden und wobei die Hohlschaufel an der Schaufelspitze mit einem Verschlußdeckel
versehen ist, der den Durchtritt von Kühlluft an der Schaufelspitze verhindert.
Laufschaufeln der vorstehend genannten Art sind bereits früher vorgeschlagen worden, um sowohl über
den Profi'umfang als auch über die Schaufellänge eine
ausreichende Kühlung für die Laufschaufel zu erreichen.
Es soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer derartigen Laufschaufel die Herstellung des als Ganzes gegossenen
Schaufelmantels zu vereinfachen und über den Querschnitt der Schaufelmantelwand die Temperaturverteilung
zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlluftkanäle
durch Nuten an der Innenseite des Schaufelmantels, die durch einen dünnwandigen Einsatz zum Hohlraum der
Vs Laufschaufel hin abgedeckt sind, gebildet sind.
Bei der neuen Konstruktion ist die Herstellung der Kühlluftkanäle erheblich einfacher als bei dem früheren
Vorschlag, da die Nuten in den Schaufelmantel leichter einzuarbeiten sind, als die allseitig von der Mantelwand
umschlossenen Kanäle; weiterhin ergibt sich bei dieser neuen Konstruktion eindeutig eine kalte und eine heiße
Seite der Mantelwand, so daß ein eindeutig nach einer Seite gerichtetes Temperaturgefälle entsteht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Laufschaufel, bei der der Hohlraum im Schaufelmantel
sich vom Schaufelfuß zur Schaufelspitze hin stetig erweitert, kann es vorteilhaft sein, wenn der Einsatz über
die ganze Schaufellänge die gleiche Umfangslänge hat und an seinen hinterkantenseitigen Enden nach innen
so umgebogen ist, wobei die umgebogenen Enden des Einsatzes
von der Schaufelspitze her stetig in ihrer Länge zunehmen; durch diese Maßnahme bleibt der Umfang
des Einsatzes mindestens außerhalb des Schaufelfußes über die ganze Schaufelhöhe konstant, wodurch die im
5s Einsatz auftretenden Spannungen relativ niedrig gehalten
werden können. Außerdem kann der Einsatz mit abnehmender Wanddicke an der Spitze hergestellt
werden, um die Spannungen noch kleiner zu hallen. Um einen scharfen Knick im Einsat/ vor allem im Bereich
fc" seiner Verankerung im Schaufelfuß zu vermeiden, ist es
zweckmäßig, zwischen den umgebogenen Enden einer Seite des Einsatzes im Bereich seiner Verankerung im
Schaufelfuß ein Abstandselement einzulegen, dessen Dicke etwa der 1'Machen Wanddicke des Einsatzes
hs entspricht.
Wegen der bei einem Laufrad auftretenden Fliehkräfte ist eine sichere und zuverlässige Verankerung
des Einsatzes im Schaufelfuß von erheblicher Bedeu-
lung. Eine erste Möglichkeit dafür ist beispielsweise gegeben,
wenn der Einsatz mittels eines konischen Stiftes zwischen seinen Doppellagen in einer entsprechenden
Ausnehmung des Schaufelfußes verankert ist. Eine weiteie
in Fertigung und Montage einfache Verankerung erhält man, wenn der Einsatz an seinem, dem Schaufelfuß
zugewandten Ende mit einem Halterungsstück fest verbunden ist, und wenn das Halterungsstück in einen
Schlitz des Schaufelfußes eingepaßt und in diesem durch Zapfen gehalten ist, die in teils in den Seitenflanken
des Schlitzes, teils in den Seitcnflanken des Halterungsstückes verlaufende Ausnehmungen eingeschoben
sind, wobei der Zapfen zusätzlich im Schaufelfuß, beispielsweise durch Verschweißen oder Verstemmen,
gegen Verschieben gesichert sein kann.
Eine dritte Möglichkeit für eine sichere Verankerung
besteht darin, daß der Einsatz an seinem, dem Schaufelfuß zugewandten Ende mit einem Halterungsstück fest
verbunden ist, welches seinerseits an seinem anderen Ende einen Hohlraum aufweist, der durch ein verformbares
Blech haubenartig und druckdicht verschlossen ist, und über eine Bohrung in dem Haltcrungsstück mit
dem Hohlraum des Einsatzes in Verbindung steht, wobei der Hohlraum in dem Halterungsstück mindestens
teilweise mit einer lotartigen Masse ausgegossen sein kann. Die erwähnten Verbindungen des Einsatzes mit
dem Schaufelfuß erfc'gen — abgesehen von der befestigung
des Einsatzes an seinem Halterungsstück — mit rein mechanischen Mitteln.
Diese Verbindungen sind daher besonders geeignet, %o
wenn eine Befestigung des Einsatzes im Schaufelfuß durch Schweißen oder Löten nicht oder nur schwer
möglich ist.
Schließlich kam der Wärmeübergang auf die Kühlluft verbessert werden, wenn in den die Kühlluftkanäle
bildenden Nuten Querrippen vorgesehen sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
F i g. I zeigt eine Ausführungsform der neuen Schaufel im Längsschnitt I-I von F i g. 2 und 4, wobei
F i g. la ein Detail von F i g. 1 in größerem Maßstab darstellt;
F i g. 2 ist der Schnitt 11-11 von F i g. 1;
F i g. 3 gibt den Schnitt lll-lli von F i g. 2 wieder,
während F i g. 4 ein Querschnitt IV-IV von F i g. 1 ist;
F i g. 5 zeigt in gleicher Darstellung wie F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Verankerung des
Einsatzes im Schaufelfuß;
F i g. 6 gibt die Schnitte a-a bis c-c durch den Einsatz so
von F i g. 5 in schematischer Darstellung wieder;
F i g. 7 ist, in gleicher Darstellung wie Fig. 1, ein
drittes Ausführungsbeispiel für die Verankerung des Einsatzes im Schaufelfuß, und
F i g. 8 gibt den F i g. 3 entsprechenden Schnitt des dritten Beispiels wieder.
Die Laufschaufel besteht aus einem hohlen Schaufelmantel
1 mit gleichmäßig zur Schaufelspitze hin abnehmender Wanddicke, der an seinem nabcnseitigen Ende
in einen gegen den Hohlraum 4 im Schaufelmantel 1 f><>
geschlossenen Schaufelfuß 2 übergeht und an der Schaufelspitze mit einem eingelöteten Verschlußdeckel
3 abgeschlossen ist. Die Innenwand des Schaufclmantels
1 ist mit von Schaufelfuß zur Spitze verlaufenden Längsrippen 5 versehen, zwischen denen Kühlluftkanäle
6 dienende Nuten vorhanden sind; diese Kühlluftkanäle 6, die zur Verbesserung der Kühlwirkune
mit kleinen Querrippen 24 (F i g. la) versehen sein können, gehen von einer Kühlluftkammer 17 im
Schaufelfuß aus, die über einen, quer durch den Schaufelfuß 2 verlaufenden Zuführkanal 18 mit Kühlluft
gespeist wird.
Die Kühlluftkanäle 6 sind gegen den Hohlraum 4 des Schaufelmantels 1 durch einen dünnwandigen, elastischen
Einsatz 7 aus Blech abgeschlossen, der — bei dem Beispiel nach Fig. 1 bis4 — seinerseits an seinem
nabenseitigen Ende mit einem Halterungsstück 8 fest verbunden, z. B. mit diesem verlötet, ist.
Der Einsatz 7 ist im Bereich der Schaufelspitze offen und endet in einer Erweiterung 9 des Hohlraumes 4,
durch die eine Strömungsverbindung zwischen den Kühlluftkanälen 6 und dem Hohlraum 4 hergestellt ist.
In seinem der Schaufelhinterkante 10 zugewandten Teil
hat der Einsatz 7 Öffnungen 11, die mit entsprechenden
Öffnungen 12 einer Zwischenwand 13 des Schaufelmantels 1 zusammenwirken und zu über die Schaufelhöhc
im Bereich der Hinterkante 10 verlaufenden Austrittsöffnungen 14 führen. In diesen sind zur gleichmäßigen
Verteilung der Luft über die Höhe Stege 15 und Schikanen 16 angeordnet.
Die durch den Zuführkanal 18 der Laufschaufel zufließende Kühlluft strömt von der Kühlluftkammer 17
aus zunächst in den Kühlluftkanälen 6 in Richtung zur Schaufelspitze; aus den in der Erweiterung 9 endenden
Kühlluftkanälen 6 gelangt sie dann in den Hohlraum 4 des Einsatzes 7. aus dem sie schließlich durch die Öffnungen
11 und 12 zu den in der Hinterkante 10 liegenden Austrittsöffnungen 14 geführt wird.
Bei dem ersten Ausführungsbeispie! ist das Halterungsstück 8 in einen Schlitz 19 im Schaufelfuß 2
eingepaßt und hat an beiden Seitcnflanken rechteckige Aussparungen 20, die sich zum einen in Längsrichtung
des Schaufelfußes in diesem fortsetzen (Fig. 2) und zum anderen spiegelbildlich in diesem nochmals vorhanden
sind. Auf diese Weise entstehen beiderseits des Halterungsstückes 8, wie F i g. 3 zeigt, teils im Schaufel
fuß 2, teils im Halterungsslück 8 gelegene Ausnehmungen 21, in die eingepaßte Zapfen 22 durch den Zuführkanal
18 hindurch be! der Montage des Einsatzes 7 im Schaufelfuß 2 eingeschoben werden. Die Zapfen 22
sind durch Verstemmen oder Verschweißen gegen ein Verschieben im Schaufelfuß gesichert und gewähren
eine sichere Verankerung des Halterungsstückes 8 und damit des Einsatzes 7 im Schaufelfuß 2 bzw. im
Schaufelmantel 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und b ist
Wert darauf gelegt, daß der Einsatz 7, in dem sich vom Schaufelfuß 2 aus zur Schaufelspitze hin stelig erweiternde
Hohlraum 4 über die ganze Schaufelhöhe die gleiche Umfangslänge hat. Wie in Fig.6 gezeigt, sind
die freien Enden 25 des aus dünnem Blech gefertigten Einsatzes, der dein Verlaut der Innenwand des
Schaufeimantels 1 nachgeformt ist, im Bereich der Hinterkante nach innen umgebogen, wobei die umgebogene
Länge kontinuierlich von außen nach innen zun.iimt. Um im Bereich der IJmbiegung 26, besonders ir
der Nähe des oder im Schaufelfuß 2, einen scharfer Knick zu vermeiden, ist zwischen die gegcneinandei
umgebogenen Teile einer Seite des Einsät/es 7 cir
Abs'.andselement 27 eingelegt, dessen Wanddicke etw;
l,5ma! so groß ist, wie diejenige des Einsatzes.
Die Verankerung des Einsatzes 7 im Schaufelfuß ; erfolgt hier mit Hilfe eines im Querschnitt kreiszylindri
sehen, in Lär.gsrichtung konischen Stiftes 28, der :i
einer entsprechenden Ausnehmung 29 im Schaufelfuß : eingekeilt ist. Dir.se Ausnehmung 29 steht über einer
sich nach außen konisch erweiternden Schiit/. 30. für
den Durchtritt des Einsatzes 7 mit dem Hohlraum 4, in
Verbindung. Um im Bereich des Scihaufclfußes 2 den
von den Enden 25 nicht ausgefüllten Teil der Hohlräume 29 und 30 auszufüllen und so einen Klcmmeffckt
des Stiftes 28 auf seiner ganzen Länge zu erreichen, ist an der Unterseite des Einsatzes 7 ein stufenförmig abgesetzter
Lappen 37 vorhanden, der im Schaufelfuß 2 nach oben gebogen ist.
Bei der in den F i g. 7 und 8 gezeigten Verankerung ist der Einsatz 7, der wieder aus dünnem elastischem
Blech besteht, wiederum mit einem Halterungsstück 31 fest verbunden, z. B. mit diesem verlötet. Das
Halterungsstück 31 hat an seiner Unterseite einen Hohlraum 32, der einerseits über eine mit einem Innen
gewinde 33 versehene Bohrung 34 mit dem Hohlraum 4 in Verbindung steht und andererseits nach unten von
einem verformbaren Blech 35 abgeschlossen ist. Dieses besitzt zur Einführung des Halterungsstückes 31 in
einer sich nach unten beutelartig erweiternde Ausnehmung 36 im Schaufelfuß 2 zunächst die in strichpunktierten
Linien dargestellte Form (F i g. 8); zur Verankerung des Halterungsstückes 31 wird das Blech 35 in der
nachstehend beschriebenen Weise zu der in vollen Linien gezeichncien Form ausgeweitet, mit der es sich an
die Innenwand der erweiterten Ausnehmung 36 anlegt. Nach der Befestigung des Einsatzes 7 am
Halterungsstück 31 wird an dieses das Blech 35 mit scinem oberen Rand ini der strichpunktierten Form angelötet.
Der Einsatz 7 wird mit seinem Halierungsslück
31 daraufhin in die Ausnehmung 36 des Schaufelfußes 2 eingesetzt. In das Innengewinde 33 schraubt man dann
ein nicht dargestelltes Rohr, das die Höhe der Schaufel
ίο durchsetzt und gegebenenfalls über eine Schlauchverbindung
mit einer nicht gezeigten hydraulischen oder pneumatischen Druckquelle verbunden ist. Zur Abdichtung
des Hohlraumes 32 wird der das Rohr umgebende Hohlraum 4 dann im Inneren des Einsatzes 7 bis zu
einer gewissen Höhe mit einem relativ niedrig schmelzenden Dichtmittel, z. B. einer Pb-Cd-Legierung, gefüllt;
anschließend verformt man das Blech 35 hydraulisch in seine sich an die Ausnehmung 36 anpassende,
endgültige Form. Nach dem Ausschmelzen des Dichtmittels und dem Lösen des Rohres wird der Innenhohlraum
32 mit Lötpulver gefüllt und erhitzt, so daß das Pulver aufgeschmolzen wird und so nach dem Erkalten
als keilförmige Füllung den Einsatz 7 im Schaufelfuß 2 festhält
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel, die als Hohlschaufel ausgebildet ist, deren Hohlraum zum
Schaufelfuß hin verschlossen und über Austrittsöffnungen an der Hinterkante zum Strcmungskanal
hin offen ist, wobei der als Ganzes gegossene Schaufelmantel
von über dem Profilumfang verteilten Kühlluftkanälen durchsetzt ist, die ausgehend von
einer Kühlluftkammer im Schaufelfuß an der Schaufelspitze in den Hohlraum münden und wobei
die Hohlschaufel an der Schaufelspitze mit einem Verschlußdeckel versehen ist, der den Durchtritt
von Kühlluft an der Schaufelspitze verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlluftkanäle (6) durch Nuten an der Innenseite des Schaufelmantels (1), die durch einen
dünnwandigen Einsatz (7) zum Hohlraum (4) der Laufschaufel hin abgedeckt sind, gebildet sind.
2. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Einsatzes (7)
vom Schaufelfuß (2) zur Schaufelspitze gleichmäßig abnimmt.
3. Laufschaufel nach Anspruch 1, bei der der Hohlraum im Schaufelmantel sich vom Schaufelfuß
zur Schaufelspitze hin stetig erweitert, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7) über die ganze
Schaufellänge die gleiche Umfangslänge hat und an seinen hinterkantenseitigen Enden (25) nach innen
umgebogen ist, wobei die umgebogenen Enden des Einsatzes (7) von der Schaufelspitze her in ihrer
Länge stetig zunehmen.
4. Laufschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den umgebogenen Enden
(25) einer Seite des Einsatzes (7y im Bereich seiner Verankerung im Schaufelfuß (2) ein
Abstandselement (27) eingelegt ist, dessen Dicke etwa der lV2fachen Wanddicke des Einsatzes (7)
entspricht.
5. Laufschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7) mittels eines konischen
Stiftes (28) zwischen seinen Doppeüagen in einer entsprechenden Ausnehmung ' (29) des
Schaufelfußes (2) verankert ist.
6. Laufschaufel nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (7) an seinem dem
Schaufelfuß (2) zugewandten Ende mit einem Halterungsstück (8) in einen Schlitz (19) des
Schaufelfußes (2) eingepaßt und in diesem durch Zapfen (22) gehalten ist, die in teils in den Seitenflanken
des Schlitzes (19) und teils in den Seitennanken des Halterungsstückes (8) verlaufende Ausnehmungen
(21) eingeschoben sind.
7. Laufschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (22) gegen Verschieben
im Schaufelfuß (2) gesichert sind.
8. Laufschaufel nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige Einsatz (7)
an seinem dem Schaufelfuß (2) zugewandten Ende mit einem Halterungsstück (31) fest verbunden ist,
welches seinerseits an seinem anderen Ende einen Hohlraum (32) aufweist, der durch ein verformbares
Blech (35) haubenartig und druckdicht verschlossen Ist und über eine Bohrung (34) in dem Halterungsstück
(31) mit dem Hohlraum (4) der Hohlschaufel in Verbindung steht.
9. Laufschaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlraum (32) in dem Halterungsstück (31) mindestens teilweise mit einer
Jotartigen Masse ausgegossen ist.
10. Schaufel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß in den die Kühlluftkanäle (6) bildenden Nuten Querrippen (24) vorgesehen sind.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH1207974 | 1974-09-05 | ||
CH1207974A CH582305A5 (de) | 1974-09-05 | 1974-09-05 |
Publications (3)
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DE2444335B1 DE2444335B1 (de) | 1975-10-30 |
DE2444335A1 DE2444335A1 (de) | 1975-10-30 |
DE2444335C2 true DE2444335C2 (de) | 1977-04-28 |
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