DE2526277A1 - Gekuehlte turbinenschaufel - Google Patents

Gekuehlte turbinenschaufel

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    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
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    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

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Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boverl & Cie., Baden (Schweiz)
Gekühlte Turbinenschaufel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gekühlte Turbinenschaufel mit einem oder mehreren Hohlräumen und mit Einsätzen, welche verschiedene Kühlräume bilden, sowie Kühlluftaustrittsöffnungen an der Schaufeloberfläche.
Turbinenschaufeln, vorzugsweise Gasturbinenschaufeln, welche von Kühlluft durchströmt werden und die aus einem Aussenmantel und mindestens einem Einsatz bestehen, wobei der Einsatz an Vorsprüngen der inneren Oberfläche des Aussenmantels anliegt, diese Voraprünge in Querrichtung de3 ijchaufulblnttea verlaufen und zwischen welchen Kühlluftkan.'ile gebildet werden, gehören bereits zum Stand der Technik. So ist beispielsweise
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•al·
in der US-PS 3 809 W eine derartige Konstruktion beschrieben, bei welcher die Kühlluft dem Innenhohlraum des Einsatzes von einer Druckluftquelle zugeführt wird und durch Durchtrittsöffnungen im Einsatz in den Turbulenzraum einströmt, wodurch eine Kühlung, der Schaufeleintrittskante durch die sogenannte Prallkühlung erreicht; wird. Vom Turbulenzraura aus fliesst die Kühlluft dann beidseitig des Einsatzes in den in der Innenwand des Aussenmantels zwischen den Vorsprüngen gebildeten Kühlluftkanälen'zur Schaufelaustrittskante, in deren Bereich sich die Austrittsöffnungen befinden.
Gemäss einer weiteren bislang zur Anwendung kommenden Konstruktion ist der Turbulenzraum auf der Saugseite der Schaufel gegen die saugseitigen Kühlluftkanäle durch eine Dichtleiste abgeschlossen, so dass die Kühlluftkanäle entlang der Druckseite der Schaufel zur Schaufelaustrittskante und von dort entlang der Saugseite der Schaufel zurück in den Bereich der Schaufeleintrittskante führen und bei welcher ebenfalls Austrittsöffnungen für die in den Kühlkanälen strömende Kühlluft im Bereich der Schaufelhinterkante angeordnet sind.
Bei den bekannten Anordnungen ist es jedoch unter gewissen Voraussetzungen, beispielsweise bei relativ geringen Kühlluftmengen und hohen Temperaturen an der- Schaufelaussenoberflache schwierig,eine gleichmässige und ausreichende Kühlung in
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allen Bereichen des Schaufelblattes zu erzielen. Ein weiterer Nachteil ist in der Verschlechterung des Kühlwirkungsgrades durch die Querströmung im Schaufelinnenraum zu erblicken, da die Intensität der Prallkühlung durch die Querströmung abnimmt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gekühlte Turbinenschaufel zu schaffen, bei welcher auch bei grossen Flächen eine gleichmässige, über die ganze Oberfläche einheitliche Kühlung erfolgt, bei welcher die Intensität der Prallkühlung mögliehst konstant bleibt und bei welcher für die Kühlung grosser Flächen kein enorm grosser. Kühlluftbedarf erforderlich ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Einsätze aus treppenförmig überlappenden Wänden und Kühlluftableitungen bestehen.
Der Vorteil der vorgenannten Anordnung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch eine mehrfache Staffelung der Kühlluftführung die Kühlluft mehrfach ausgenützt und somit die Kühlleistung erhöht wird, wodurch der Kühlluftbedarf verringert wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen den treppenförmig überlappenden Wänden und den Innenoberflächen
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der Schaufelwände Turbulenzräume vorgesehen, wobei zweckmässigerweise die treppenförniig überlappenden Wände Kühlluftdurchtritte zur Prallkühlung aufweisen.
Weiterhin können die Kühlluftdurchtritte in den treppenförmig überlappenden Wänden abschnittsweise in Reihen angeordnet sein und auch mehrere Kühlluftstufen bilden.
Diese vorteilharten Anordnungen ermöglichen es, dass die Kühlluft aus dem Schaufelinnenraum so auf die zu kühlende Innenoberfläche der Schaufelwand in einen von den treppenförmig überlappenden Wänden gebildeten Kanal geleitet wird, dass sie wiederholt auf die zu kühlende Wand aufprallt. Dabei wird durch die Ueberlappung der einzelnen durch die treppenförmig überlappenden Wände gebildeten Kanäle die Kühlluft so geleitet, dass sie nach dem zweiten Kanal wiederum auf die Innenoberfläche der Schaufelwand aufprallt. Durch diese Anordnung ergeben sich mehrere Kühlstufen, wodurch eine intensive Ausnützung der Kühlluft erreicht wird»
Gemäss einer weiteren Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes sind die Kühlluftableitungen an einer der Kühlstufen angeschlossen.
IM die gleiche Kühlluft mehrfach auszunützen, muss sie an einer Stelle der Turbinenschaufel ausgeblasen werden» welche
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einen geeigneten statischen Druck aufweist. Derartige Stellen befinden sich vorzugsweise an der Saugseite der Turbinenschaufel, sowie an der Hinterkante der Schaufel. Gleichzeitig wird dadurch die Hinterkante der Turbinenschaufel mit Prall-, FiIm- und Konvektivkühlung gekühlt, wobei die WLrkung der Konvektivkühlung durch Zapfen, welche im Schaufelinnenraum angeordnet sind, erhöht wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine gekühlte Turbinenschaufel,
Fig. 2 eine Detailansicht der treppenförmig überlappenden Wände im Innern der Turbinenschaufel gemäss Fig. 1
Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine hohle Turbinenschaufel bezeichnet, in deren Innenraum 2 verschiedene Einsätze 3 angeordnet sind, welche wiederum einzelne Kühlräume bilden. In der Wand der Turbinenschaufel 1 sind Kühlaustrlttsöffnungen 'J vorgesehen, und zwar sowohl an der Saugseite der Turbinenschaufel, als auch an der Hinterkante derselben. Im Innenraum 2 der Turbinenschaufel 1 sind weiterhin treppenförmig überlappende Wände 5 mit
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Kühlluftdurchtritten 6 angebracht. Die treppenförmig überlappenden Wände 5 sind abschnittsweise in Reihen angeordnet und vorzugsweise an der Innenoberfläche der Druckseite der Turbinenschaufel'1 so vorgesehen, dass sie mehrere Kühlstufen bilden. Die einzelnen Kühlstufen sind an Kühlluftableitungen 7, welche zu den Kühlluftaustrittsöffnungen H in der Wand der Turbinenschaufel 1 führen, angeschlossen. Nahe der Hinterkante der Turbinenschaufel 1 sind im Innenraum 2 Zapfen angeordnet, welche ebenfalls von der austretenden Kühlluft umspült werden und dadurch die Wirkung der Konvektivkühlung erhöhen.
In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. In der Fig. 2 ist ein feil der Wand der Turbinenschaufel 1 dargestellt s an welcher zum Innenraum 2 Mn die treppenförmig überlappenden Wände 5 mit den Kühlluft durchtratten 6 befestigt sind und bei welchen die letzte der treppenförmig überlappenden Wände 3 in die Kühlluftableitung 7 einmündet* Die Pfeile bezeichnen die Strömungsrichtung der Kühlluft.
Die Wirkungsweise der vorbescliriebenen Anordnung ist folgende:
Durch einen (nicht dargestellten) Kühlluft-Zufflhrungskanal wird Kühlluft in den Innenraua 2 der Turbinenschaufel 1 vorzugsweise vom Schaff elf USB zta* Schatifelspitze, geleitet. Die Kühlluft umströmt die Einsätze 3 und ebenfalls die treppen-
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förmig überlappenden Wände 5, wobei sie durch die Kühlluftdurchtrltte 6 mehrfach gestaffelt von einem durch die Wände 5 gebildeten Kanal in den anderen an der Innenwand der Turbinenschaufel 1 entlang strömt, diese kühlt und schliesslich in der Kühlluftableitung 7 zu.den Kühlluftaustrittsöffnungen 4, welche vorzugsweise an der Saugseite der Turbinenschaufel angeordnet sind, geleitet wird. Die an die Hinterkante der Turbinenschaufel 1 geleitete Kühlluft umströmt die dort angeordneten Zapfen 8 und wirkt dabei noch als Konvektivkühlung, wobei die Zapfen 8 diese Wirkung noch erhöhen.
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Claims (6)

  1. 'Ο*
    Patentansprüche
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    l.j Gekühlte Turbinenschaufel mit einem oder mehreren Hohlräumen und mit Einsätzen, welche verschiedene Kühlräume bilden, sowie Kühlluftaustrittsöffnungen an der Schaufeloberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (3) aus treppenförmig überlappenden Wänden (5) und Kühlluftableitungen (7) bestehen.
  2. 2. Gekühlte Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den treppenförmig überlappenden Wänden (5) und den Innenoberflächen der Turbinenschaufel (1) Turbulenzräume vorgesehen sind.
  3. 3. Gekühlte Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die treppenförmig überlappenden Wände (5) Kühlluftdurchtritte (6) zur Prallkühlung aufweisen.
  4. 4. Gekühlte Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftdurchtritte (6) an den treppenförmig überlappenden Wänden (5) abschnittsweise in Reihen angeordnet sind.
  5. 5. Gekühlte Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die treppenförmig überlappenden Wände (5)
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    mehrere Kühlstufen bilden.
  6. 6. Gekühlte Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftableitungen (7) an einer der Kühlstufen angeschlossen sind.
    BBG AktiongosolJschaft Brown, Boveri & Cie.
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    Leerseite
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