DE2515117C1 - Gekuehlte Hohlschaufel fuer ein Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Hohlschaufel für ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem in ihrem Hohlraum festgelegten Kühlluftzuführungsrohr. Eine solche Hohlschaufel ist aus der US-PS 27 80 435 bekannt. Bei dieser bekannten Turbinenschaufel sind in den Hohlraum der Schaufel mehrere Kühlluftzuführungsrohre eingesetzt und gegen ein Verschieben und ein Klappern gehindert. Das benachbart zur Vorderkante der Schaufel liegende Kühlluftzuführungsrohr ist überdimensioniert, um eine Dichtung mit den Schaufelwänden herzustellen, damit eine geschlossene Vorderkammer zwischen diesem Rohr und der Innenwand der Schaufelvorderkante gebildet wird. Das Rohr drückt mit seinen seitlichen Rändern gegen die beiden gegenüberliegenden Innenwände des Hohlraumes, um dort eine Abdichtung zu bewirken. Es fehlt jedoch eine Abstützung von hinten her und es kann eine gegenseitige Verschiebung der übrigen Rohre auftreten, falls diese nicht in anderer Weise festgelegt sind.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein massives und vorzugsweise mit Kühlluftauslaßschlitzen versehenes Luftzuführungsrohr auf einfache Weise in den Hohlraum der Schaufel einzubauen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß die Festlegung durch den Federkörper erfolgt, kann auf eine weitere Festlegung durch Schweißen od. dgl. verzichtet werden. Dabei können auch Ausdehnungsdifferenzen, die in Betrieb durch unterschiedliche Temperaturbeaufschlagung auftreten können, auf einfache Weise aufgefangen werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Anlageflächen an einer Vielzahl von Lagervorsprüngen vorgesehen, und der Federkörper besteht aus einem elastischen Rohr aus elastischem Material, das einen durchgehenden Längsschlitz besitzt.

Es ist zwar durch die GB-PS 13 38 354 bereits bekannt, ein Einsatzrohr über zwei Wellblechstreifen gegenüber der Innenwand des Hohlraumes abzustützen, durch die der Spalt zwischen dem Rohr und dem Inneren der Schaufelwand überbrückt wird. Dies soll Vibrationen verhindern und die Auskleidung innerhalb der Schaufel abstützen. Da diese Abstützung allein aber nicht ausreichend ist, müssen bei dieser bekannten Hohlschaufel wie bei allen anderen ähnlichen Hohlschaufeln weitere Maßnahmen zur Festlegung vorgesehen werden, d. h., das Zuführungsrohr wird oben und unten mit dem Schaufelkörper verschweißt. Die Wellblechstreifen sollen lediglich eine Abstützung in dem frei liegenden Mittelabschnitt bewirken.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung in der äußeren Oberfläche des Kühlluftzufuhrungsrohres ausgebildet und gegenüberliegend eine in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung in der inneren Oberfläche des Hohlraumes ausgebildet, wobei zwischen den Ausnehmungen das elastische Rohr eingeschlossen ist.
Vorzugsweise wird sowohl das Kühlluftzuführungsrohr als auch das elastische Rohr durch Verlötung im Schaufelkörper festgelegt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerkes mit Schaufeln, die nach der Erfindung ausgebildet werden sollen,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Mittelsehnenlinie einer der Schaufeln, die aus F i g. 1 ersichtlich sind,

F i g. 3 einen Querschnitt der Schaufel nach F i g. 2.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk, welches in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlaß 10, einen Kompressor 11, eine Verbrennungseinrichtung 12, eine Turbine 13 und eine Schubdüse 14 aufweist. Das Gehäuse des Triebwerkes ist im Bereich der Verbrennungseinrichtung und der Turbine aufgebrochen dargestellt, um die Brennkammer 15, die Düsenleitschaufeln 16, den Turbinenrotor 17 und die Turbinenrotorschau-

fein 18 erkennen zu lassen.

Diese Rotorschaufeln sind in den F i g. 2 und 3 größer dargestellt. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Schaufel 18 einen Schaufelfuß 19, einen stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt 20 und einen äußeren Schaufelring 21 aufweist. Der stromlinienförmige Arbeitsabschnitt 20 ist hohl ausgebildet und besitzt einen in der Nähe des Vorderrandes liegenden, in Längsrichtung verlaufenden Hohlraum 22 und drei in Längsrichtung verlaufende weitere Hohlräume 23,24,25, die längs der Sehnenlinie im Abstand nebeneinander angeordnet sind, wobei sich der letzte Hohlraum 25 benachbart zum Hinterrand der Schaufel erstreckt.

Der sich längs des Vorderrandes erstreckende Hohlraum 22 nimmt den größten Teil des Schaufelquer-Schnitts am Vorderrand ein, wobei nur eine relativ dünne Metallhaut verbleibt, die die stromlinienförmige Oberfläche der Schaufel in diesem Bereich bildet. Die Innenwand des Hohlraums ist mit mehreren Festlegevorsprüngen versehen, die von der konvexen und konkaven Oberflächenseite der Schaufeln vorstehen, und diese Vorsprünge sind mit Anlageflächen 26, 27 versehen, die zur Festlegung des Kühlluftzuführungsrohres in der nachfolgend beschriebenen Weise dienen.

Innerhalb des Hohlraums 22 verläuft ein Kühlluftzuführungsrohr 28. Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich, entspricht der Querschnitt dieses Rohres ungefähr der Querschnittsgestalt des Hohlraumes 22, und das Rohr stößt gegen die Anlageflächen 26 und 27 an. Das Rohr erstreckt sich bis zum Schaufelfußende des Hohlraums 22, wo es mit einer Abdeckplatte 29 versehen ist, die dieses Ende abschließt, wobei eine Lufteintrittsöffnung 30 mit einem Kanal 31 im Schaufelfuß 19 der Schaufel in Verbindung steht. Der Kanal 31 erstreckt sich nach der Oberfläche des Schaufelfußes, wo er mit einer Kühlluftquelle in Verbindung steht.

Über die Länge ist das Rohr 28 mit einer Vielzahl von Auftreff-Kühl-Löc!iern 32 versehen, die nach der inneren Oberfläche des Vorderrandes der Schaufel gerichtet sind, während am Ende, welches der Abdeckplatte 29 abgewandt liegt, eine weitere Abdeckplatte 33 das Ende des Rohres abdichtet. Diese Platte ist mit einem Vorsprung 34 versehen, der gegen die innere Oberfläche einer Platte 35 anstößt, welche die obere Oberfläche des Schaufelrings abdeckt.

Um das Rohr 28 in seiner Lage gegenüber den Festlegevorsprüngen zu halten, verläuft ein elastisches Rohr 36 parallel zu dem Rohr 28 innerhalb des Hohlraumes 22. Fig.2 ist so dargestellt, daß die Schnittfläche von einer tatsächlichen Mittelsehnen-Schnittfläche in der Weise abweicht, daß das Rohr 36 erkennbar wird, und es ist ersichtlich, daß dieses Rohr sich im wesentlichen über die gleiche Länge erstreckt wie das Rohr 28 und mit seinem oberen Ende an der inneren Oberfläche der Platte 35 anstößt, während sein unteres Ende kurz vor der Lufteintrittsöffnung 30 liegt. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß das elastische Rohr 36 einen in Längsrichtung durchgehenden Schlitz 37 besitzt. Das Rohr wird auf diese Weise durch den Schlitz 37 elastisch und kann durch diametral wirkenden Druck auf das Rohr geschlossen werden. Das elastische Rohr wird zwischen einer in Längsrichtung verlaufenden Ausnehmung 38 im Kühlluftzuführungsrohr 28 und durch eine gegenüberliegende ähnliche Ausnehmung 39 des Hohlraums 22 abgestützt. Diese Ausnehmungen sind wie unten beschrieben hergestellt und bilden zwischen sich einen Raum, der etwas kleiner ist als der Durchmesser des elastischen Rohres 36 im entspannten Zustand. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Rohr 36 das Kühlluftzuführungsrohr 28 elastisch gegen die Anlageflächen 26 und 27 drückt.

Das Rohr 28 wird auf diese Weise im wesentlichen über die gesamte Länge gegen die Vorsprünge gedrückt und gegen Vibrationsbewegung gehaltert. Bei dem dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel werden die Rohre 28 und 36 außerdem im Hohlraum 22 in der Nähe ihrer unteren Enden durch Verlötung gehaltert.

Nunmehr soll auf die drei im rückwärtigen Schaufelteil verlaufenden Hohlräume 23, 24 und 25 Bezug genommen werden. Diese sind abwechselnd an den Enden so verbunden, daß ein einziger sinusförmiger Kanal geschaffen wird, der nach einem Lufteinlaßkanal 40 im Schaufelteil verläuft, der mit einer Kühlluftzufuhr versehen ist. Das andere Ende des sinusförmigen Kanals befindet sich am radial äußeren Ende des Hohlraumes 23, wo ein Loch 41 in der Platte 35 angeordnet ist, durch das überschüssige Luft aus der Schaufel austreten kann. Am Schaufelhinterrand sind Kühlluftlöcher 42 vorgesehen, durch die die Luft aus dem Hohlraum austreten und eine Kühlung in diesem Bereich bewirken kann. Außerdem können Filmkühllöcher vorgesehen werden, damit Luft von der Innenseite nach der äußeren Oberfläche der Schaufel abfließen und eine Filmkühlung bewirken kann. Insbesondere sind Löcher 43 vorgesehen, die mit dem Hohlraum 22 in Verbindung stehen und eine Abströmung der Luft aus dem Hohlraum zulassen, um den Vorderrand der Schaufel durch einen Film zu kühlen.

So besteht das Kühlsystem der Schaufel darin, daß Kühlluft in die Schaufel durch die Kanäle 31 und 40 eintritt, d. h., das Kühlluftzuführungsrohr 28 und der Hohlraum 25 werden mit Kühlluft versorgt. Die in das Rohr 28 eintretende Luft strömt durch die Auftrefflöcher 32, um auf der Innenseite des Vorderrandes der Schaufel aufzutreffen und Kühlstrahlen für das Metall zu bilden. Dann strömt die Luft durch die Filmkühllöcher 43 und bildet einen Kühlfilm für den Vorderrandbereich. Ein Teil der in den Hohlraum 25 einströmenden Luft fließt durch die Löcher 42 ab, während der Rest durch den sinusförmig gewundenen Kanal strömt, der von den Hohlräumen 23, 24 und 25 gebildet wird, wodurch eine Kühlwirkung entsteht. Ein Teil der Luft kann durch Filmkühllöcher abströmen, und der Rest verläßt die Schaufel über das Loch 41.

Gemäß der Erfindung wird zum Zwecke des Zusammenbaus der Rohre 28 und 36 in ihrer richtigen Lage das nachstehende Verfahren benutzt: Das mit Abdeckplatten 29 und 33 vervollständigte Rohr 28 wird in den Hohlraum 22 eingefügt, aber es sind ursprünglich noch keine Vertiefungen 38 und 39 da. Eine zeitweilige Festlegung z. B. mittels Stellschrauben wird benutzt, um das Rohr 28 gegen die Anlageflächen 26 und 27 zu drücken. Dann werden die Ausnehmungen 38 und 39 angebracht, um eine Bohrung herzustellen, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des Rohres 36 im entspannten Zustand, d. h. der Abstand zwischen dem Rohr 28 und der Wand des Hohlraumes 22 ist kleiner als der Durchmesser des Rohres im entspannten Zustand. Die zeitweiligen Festlegemittel werden dann entfernt, und das Rohr 36 wird zwischen den Ausnehmungen eingedrückt. Dann werden die Rohre an ihren unteren Enden im Hohlraum verlötet, während die oberen Teile des Vorsprungs 34 und des Rohres 36 durch spannabhebende Bearbeitung an die obere Oberfläche des Schaufelrings angepaßt werden. Dann wird die Platte 35 in der richtigen Lage angelötet,

wodurch die Rohre an ihrer Stelle festgelegt sind.

Die erfindungsgemäße Konstruktion kann benutzt werden, um Rohre im Stator oder im Rotor festzulegen. Die Rohre könnten auch an irgendeiner anderen Stelle des Schaufelquerschnitts liegen. Der elastische Körper könnte auch aus einem vollständigen Rohr aus dünnem Blech bestehen statt aus einem aufgeschlitzten Rohr. Es könnte auch irgendein anderer in Längsrichtung verlaufender elastischer Körper benutzt werden, z. B. ein U-förmiger Profilstab aus dünnem Blech.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gekühlte Hohlschaufel für ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem in ihrem Hohlraum festgelegten Kühlluftzuführungsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Hohlraumes (22) mit vorspringenden, das Kühlluftzuführungsrohr (28) radial abstützenden Anlageflächen (26,27) versehen ist, gegen die das Kühlluftzuführungsrohr (28) durch einen Federkörper (36) angepreßt wird, der auf der den Anlageflächen gegenüberliegenden Seite des Rohres (28) einerseits an diesem und andererseits an der Innenwand des Hohlraumes abgestützt ist.

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (26, 27) an einer Vielzahl von Lagervorsprüngen vorgesehen sind.

3. Schaufel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper aus einem elastischen Rohr (36) besteht.

4. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Rohr (36) aus elastischem Material besteht und einen durchgehenden Längsschlitz (37) aufweist.

5. Schaufel nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung (38) in der äußeren Oberfläche des Kühlluftzufuhrungsrohres (28) ausgebildet ist, daß gegenüberliegend eine in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung (39) in der inneren Oberfläche des Hohlraumes (22) ausgebildet ist und daß zwischen den Ausnehmungen das elastische Rohr (36) eingeschlossen ist.

6. Schaufel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (34) und das Kühlluftzuführungsrohr (28) außerdem durch Hartverlötung in der Schaufel festgelegt werden.

7. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlluftzuführungsrohr (28) Öffnungen (32) in der Wandung aufweist, durch die Kühlluft nach dem Inneren des Hohlraumes (22) abfließen kann.

8. Schaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (22) im Vorderteil des stromlinienförmigen Schaufelabschnitts (20) angeordnet ist und daß der Rest des stromlinienförmigen Schaufelabschnitts mit einem sinusförmigen Kanal (23, 24, 25) versehen ist, der zur Leitung von Kühlluft dient.

9. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kappe (35) metallurgisch auf der Spitze (21) der Schaufel festgelegt ist, um den Hohlraum abzuschließen.