DE2526277C2 - Gekühlte Gasturbinenschaufel - Google Patents
Gekühlte GasturbinenschaufelInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- 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
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine gekühlte Gasturbinenschaufel
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.
Eine derartige Gasturbinenschaufel ist bekannt aus der US-PS 36 72 787. Die bekannte Schaufel weist einen
Tragkern auf. der von einer m.nrschichtigen Wand umgeben ist. Die einzeinen Cchic'uen sind voneinander
beabstandet und weisen gegenübes den benachbarten Schichten versetzte Kühlluftdurchtrittsöffnungen auf.
Das Kühlgas strömi durch diese Öffnungen und die Spalte zwischen den Schichten in den Turbinenströmungskanal.
Der Wärmeübertragungsvorgang vollzieht sich demgemäß vorwiegend durch Konvektion bei
erzwungener Strömung in einem Spall. Die Mehrschichtauskleidung wirkt also im Sinne einer gekühlten
Wärmeisolationschicht und gibt dem Tragkern eine strömungsgünstige Form, da dieser ohne Auskleidung
nicht in der Lage ist, die strömungstechnische Funktion einer Schaufel zu erfüllen.
Während des Betriebes einer Gasturbine kommt es sowohl bei der Verbrennung von relativ sauberen
flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen als auch von Schwer- oder Rohölen zu schädlichen Erosionen an den
Turbinenschaufeln. Die bekannten Schaufeln sind hierbei in Hinblick auf ihre relativ dünne Auskleidung
besonders erosionsgefährdet. Wenn sie bspw. durcherodiert sind, fällt nicht nur die Kühlung aus, sondern die
abgefallene Auskleidung könnte schwere Schäden an der nachfolgenden Beschallung verursachen.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch gekennzeichnet
ist, löst die Aufgabe, bei einer luftgekühlten Turbinenschaufel äer eingangs genannie» An eine hoch wirksame
interne Kühlung zu schaffen, die lokal der Wärmebelastung angepaßt ist bei möglichst geringem
Luftbedarf.
Die erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die Innenoberfläche der Gasturbinenschaufel
durch Prallkühlung sehr intensiv gekühlt wird, daß die Kühlluftdurchtritte lokal entsprechend der vorherrschenden
Wärmebelastung der Schaufelaußenoberfläche bemessen und angeordnet werden können und daß
aufgrund der Staffelung von Wänden der negative Einfluß der Querströmung der Kühlluft auf die
Prallkühlung weitgehend reduziert wird. Durch richtige Bemessung und Anpassung der Kühlluftdurchtritte faßt
sich nich* nur die Schaufeltemperatur in gegebenen Grenzen halten, sondern in bezug auf die erfoiderliche
Kühliuftmenge ein Optimum erreichen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine gekühlte Turbinenschaufel,
F i g. 2 eine Detailansicht der treppenförmig überlappenden Wände im Innern der Turbinenschaufel gemäß
Fig. I.
Gemäß F i g. 1 ist mit ί 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 Kühlluftaustrittsöffnungen 4 vorgesehen, und zwar
sowohl an der Saugseite der Turbinenschaufel, als auch an der Druckseite nahe der Hinterkante derselben. Im
Innenraum 2 der Turbinenschaufel 1 sind weiterhin treppenförmig überlappende Wände 5 mit Kühiluftdurchtritten
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
Kühlluftaust^ttsöffnungen 4 in der Wand der Turbinenschaufel
1 führen, angeschlossen. Nahe der Hinterkante der Turbinenschaufel 1 sind im Innenraum 2 Zapfen 8
angeordnet, welche ebenfaäls von der austretenden Kühlluft umspült werden und dadurch die Wirkung der
Konvektivkühlung der Schaufelhinterkante erhöhen.
In der Fig.2 sind gleiche TfMe mit denselben
Bezugszeichen versehen wie in F i g. I. In der F i g. 2 ist ein Teil der Wand der Turbinenschaufel 1 dargestellt, an
welcher zum Innenraum 2 hin die treppenförmig überlappenden Wände 5 mit den Kühlluftdurchtntten 6
befestigt sind und bei welchen die letzte der treppenförmig überlappenden Wände 5 in die Kühlluftableitung
7 einmündet. Die Pfeile bezeichnen die Strömungsrichtung der Kühlluft.
Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Anordnung ist folgende: Durch einen (nicht dargestellten)
Kühlluft-Zuführungskanal wird Kühlluft in den Innenraum 2 der Turbinenschaufel 1. vorzugsweise vom
Schaufelfuß zur Schaufelspitze, geleitet. Die Kühlluft
umströmt die Einsätze 3 und ebenfalls die treppenförmig überlappenden Wände 5, wobei sie durch die
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 an einer Stelle geeigneten ilatischen Druckes, 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1
Patentanspruch:
Patentanspruch:
25 26 2"
Gekühlte Gasturbinenschaufel, bei welcher der hohle Innenraum über Kühlluftaustrittsöffnungen an
der Schaufeloberfläche mit dem Turbinenströmungskanal
verbunden ist. wobei zwischen der Schaufelaußenwand und dem besagten hohlen
!nnenraum mit Öffnungen versehene Trennwände vorgesehen sind und die Trennwände als Einsätze
ausgebildet sind, wobei die Einsätze die Schaufelinnenwand unter Ausbildung einzelner Kammern
zwischen Einsäizen und Schaufelwand überdecken, wobei die Einsätze mit einer Vielzahl von Kühlluftdurchtritten
versehen sind, und wobei die Kammern zumindest teilweise in bezug auf die Kühlluftströmung
in Serie geschaltet sind, wobei die stromabwärts gesehen !etzte Kammer über die Kühlluftaustrittsöffnungen
mit dem Turbinenströmungskanal in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einsätze (3) als treppenfönnig überlappen--1« Wände (5) ausgeführt sind und da" die
die Kammern verbindenden Kühlluftdurchtrih. 6)
derart angeordnet sind, daß die gleiche Kühlluft wiederholt auf die zu kühlende Schaufelinnenwand
aufprallt.
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