DE2627670C3

DE2627670C3 - Gekühlte Laufschaufel

Info

Publication number: DE2627670C3
Application number: DE2627670A
Authority: DE
Inventors: Richard Helmer Andersen; Robert James Corsmeier; William Anthony Litzinger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1980-04-03
Also published as: GB1544293A; DE2627670B2; FR2323012B1; US3982851A; DE2627670A1; CA1040538A; FR2323012A1; JPS5840641B2; IT1062503B; JPS5229608A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Laufschaufel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I. Eine derartige Laufschaufel ist in der DE-OS 18 888 beschrieben.

Laufschaufeln der vorstehend genannten Art werden allgemein im Prä/isionsguß hergestellt, wobei ein Keramik oder Glaskern verwendet wird, um in dem Schaufelhohlraum innere Kammern und Kanäle auszu bilden. Dies wird normalerweise dadurch erleichtert, daß das radial aiißers Schaufelende offengelassen wird und der Keramikkern zur Handhabung aus dem Ende nach außen ragen kann. Anschließend muß dann die Schaufelspil/e abgedichtet werden, um einen unökonomischen Austritt des Kühlmittels in den Gasstrom /u verhindern. Dies geschieht im allgemeinen durch eine Abdeckscheibe. die mit der Schaufel dauernd verbunden ist oder auch wieder abgenommen werden kann.

Bei der bekannten Laufschaufel ist zunächst die Schaufelspitze radial nach außen erweitert. In diese Erweiterung wird dann eine Abdeckscheibe eingesetzt, woraufhin die Schaufelseilenwände nach innen gebogen werden, um die Abdeckscheibe festzuhalten, Dabei treten jedoch wenigstens zwei Schwierigkeiten auf. Erstens muß berücksichtigt Werden, daß bei einer Änderung der aerodynamischen Form der Turbinenschaufel der Wirkungsgrad stark abfällt. Wenn also die Spitzenertdcn der Schaufel nach innen gebogen werden, so daß sie nicht eine im wesentlichen geradlinige Verlängerung des benachbarten Abschnittes bilden, dann werden die Leistungscharakteristiken wesentlich beeinflußt Zweitens tritt bei dem Biegen oder Kröpfen ■ eine longitudinal Verformung der Schaufelseitenwände auf. Das heißt, wenn ein Abschnitt der konvexen Seitenwand gebogen wird, dann entsteht ein Überschuß an Material und ein Teil davon muß ausbeulen oder reißen, so daß das Teil als Ausschuß weggeworfen werden muß. Wenn jedoch ein Teil der konkaven Seitenwand zum offenen Flügelende gekröpft oder gebogen wird, besteht ein Mangel an Material und es wird ein Spannungszustand in der Seitenwand hervorgerufen, bei dem das Schaufelmaterial über seine ' Leistungsgrenze hinaus zu dehnen versucht wird, wodurch eine Rißbildung verursacht und die Aussonderung als Ausschuß einer ansonsten guten Turbinenschaufel erforderlich wird.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laufschaufel derart auszugestalten, daß in die offenen Schaufelspitzen Abdeckscheiben eingesetzt werden können, ohne die aerodynamische Form und die Festigkeit der Schaufelseitenwände zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei einer gekühlten Laufschaufel für eine axial durchströmte Gasturbine erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beim Einbauen der Abdeckscheiben an der Schaufelspitze die aerodynamische Form der Schaufel nicht verändert wird. Auch werden die ohnehin im Betrieb stark belasteten Schaufelwände nicht noch zusätzlich während der Fertigung vorgespannt Dabei sind durch wechselseilige Anpassung von Abdeckscheibe und Querwand viele Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet, die eine vielfältige Anwendung gestatten. So können beispielsweise ein oder mehrere Abdeckscheiben gewünschter Form und Größe in Verbindung mit einer entsprechenden Anzahl von Querwänden mit angepaßter Form und Größe verwendet werden. Eine entsprechende Anwendung ist auch für die Anbringung von Prallblechen, Sihaufeldämpfern usw. möglich.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbei spielen näher erläutert.

Fig. I ist eine perspektivische Ansicht eines Turbomaschincnblattcs gemäß dem bevorzugten Ausfiihrungsbeispielder Erfindung.

F i g. 2 ist eine F.ndansichl des stromlinienförmigen Schaufelabschnittes vor dem Kinbaii der Abdeckschcibcn.

F ι g i isl eine I.ndansichi. bei der die Abdeckscheiben eingebaut sind.

F i g. 4 ist eine vergrößerte TeiKchnillansicht der Schaufel entlang der I .inie 4 4 in F i g. 5

Fig.5 ist eine vergrößerte Teilschnittansieht der Schaufel entlang der Linie 5-5 in P i g. 4.

F¹Ig-O ist eine Vergrößerte Tcilschnittansichl der Schaufel entlang der Linie 6*6 in Fig. 4,

In Fig. I ist eine Turbinenschaufel Il gezeigt, die ein stromlinienförmiges Schaufelblatt 12 und einen Befestigungsoder Schaftabschnitt 13 umfaßt, der die Schaufel iri bekannter Weise an einem Turbinenrolor (nicht gezeigt) befestigt. Das Schaufelblatt 12 weist eine

Vorderkante 14 und eine Hinterkante 16 auf, die durch konvexe und konkave Seitenwände 17 bzw. 18 miteinander verbunden sind. Die Fertigung der Schaufel kann durch ein Gießverfahren erfolgen, wobei sowohl die inneren als auch die äußeren Oberflächen durch das bekannte Präzisionsgußverfahren gebildet werden können. Somit werden die Innenkammern 19 (s. F i g. 2 und 4), die die Hohlräume des Schaufeiblattes 12 bilden, durch einen keramischen Kern (nicht gezeigt) gebildet, der sich vom inneren Schaufelende 21 nach oben durch ··■ den Mittelabschnitt des Schaftes 13 hindurch zur Bildung der Lufteintrittslöcher in den Blattabschnitt und dann durch den Blattabschnitt hindurch bis zur äußeren Schaufelspitze 22 erstreckt Während des Gießverfahrens nimmt dann der keramische Kern die Hauptabschnitte des Hohlraumes innerhalb des Blattes ein, so daß das daraus entstehende Gußstück hohl ist, abgesehen von den kleineren Abschnitten, die nicht von dem Kern eingenommen werden. Diese kleineren Abschnitte der Hohlschaufel sind somit mit Gußmate- ■■, rial gefüllt, um mehrere Längsrippen 23 zu \ ilden, die sich über die radiale Länge des Blattes erstrecken, um dieses in mehrere Kammern 24 zu unterteilen. Weiterhin können eine Anzahl kürzerer Rippen 25 vorgesehen sein, um dadurch sinusförmige Strömungskanäle 26 für die Kühlluftströmung zu bilden.

An einem Punkt etwa in der Mitte in bezug auf die Vorder- und Hinterkanten 14 bzw. 16 erstreckt sich eine Mittelrippe 27 in radialer Richtung nach außen bis zu einem Punkt nahe der Schaufelspitze 22, wo sie in einer «> Querwand 28 endet, um eine T-förmige Struktur zu bilden. Die Querwand 28 ist integral verbunden mit den konvexen und konkaven Seitenwänden 17 bzw. 18, um dadurch eine Teilschließung für das offene Außenende 22 zu bilden. Die radial äußere Oberfläche 29 der Querwand 28 ist im wesentlichen eben und verläuft im wesentlichen parallel zu der Schaufelspitze 22. Die Mittelrippe 27 und die zugehörige Querwand 28 können cinslückig "lit den Blattseilenwänden 17 und 18 gegossen sein.

Die Längsrippen 23 (s. Fi g. 2 und 4) erstrecken sich radial nach außen bis zu einem Punkt, wo ihre Enden 31 im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen wie die radial äußere Oberfläche 29 der Querwand 28. Diese Endflächen 31 bildrrn zusammen mit ihren zugehörigen Befestigungsflächen 32 an der Umfangswand (s. F i g. 2) die Auflager für die anschließend einzubauender Abdeckscheiben, die zur weiteren Schließung der offenen Schaufelspitze 22 dienen.

In F i g. 2 ist die .Schaufelspitze 22 vor dem Einbau der Abdeckschpiben gezeigt. Sie umfaßt einen Mittelabschnitt, der durch die integrale Querwand 28 überdeckt ist. und an der Vorder- und Hinterkante befindliche Kammerabschnitte 33 und 34, die einen gewissen Abschluß durch die Abdeckscheiben erfordern, um den Schaufelaufbau zu vervollständigen.

Den Kammerabschnitt 33 an der Vorderkante umgeben mehrere Vorsprütige 36, die um den Innenumfang der Blattseitenwände herum und in radialem Abstand außen von der Endfläche 31 der Längsrippen 23 angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind mehrere Vorsprünge 37 um den Kammerabschnitt 34 an der Hinterkante herum angeordnet Diese Vorsprünge 36 arbeiten mit ihren zugehörigen und gegenüberliegend angeordneten Endflächen 31 der Längsrippen 23 zusammen, um die Abdeckscheiben 38 und 39 aufzunehmen und zu haltern. Die vorderen und hinteren Abdeckscheiben 38 bzw. 39 sind in den Fi g. 3 bis 6 in ihren eingebauten Positionen gezeigt

Somit wird deutlich, daß die relativen Größen der gegossenen Querwand 28 und der einzelnen Abdeckscheiben 38 und 39 im Hinblick auf die Montage von Bedeutung sind. Um jede einzeir.*; Abdeckscheibe einzubauen, muß sie zunächst übei die äußere Oberfläche 29 der Querwand 28 passen und dann in ihren Schlitz zwischen der Endfläche 31 einer Längsrippe 23 und den entsprechenden Vorsprüngen 36 bzw. 3». Dies bedeutet, daß ein üblicher Einbau der vorderen Abdeckscheibe 38 erfordern würde, daß sie mit ihrer ebenen Oberfläche auf der äußeren Oberfläche 29 der Querwand 28 angeordnet und dann nach vorne in eine Position geschoben wird, wo sie zwischen den radial äußeren Vorsprüngen 36 und der radial inneren Plattform eingeschlossen ist, die von der äußeren Endfläche 33 einer Längsrippe 23 und der zugehörigen Wandbefestigungsfläche 32 gebildet wird. Ein ähnlicher Arbeitsgang würde dann für die hintere Abdeckscheibe 39 folgen, die nach hinten in ihre richtige Position geschoben wird. Um die Abdeckscheiben dauerhaft in ihrer richtigen Position zu halten, können sie sowohl mit der integralen Querwand 28 als auch m\i den Blattseitenwänden 17 und 18 verlötet bzw. verschweißt wenden, um ein Herausgleiten aus ihren Positionen und weiterhin eine Leckage von Kühlluft entlang ihren Rändern zu verhindern. Weiterhin können die äußeren Endflächen 31 an ihren entsprechenden Abdeckscheiben durch Löten oder ähnliches befesi'gt werden, um eine Leckage von Luft über diese Teile zu verhindern, die die Kühlluftströmung innerhalb der hohlen Kammern des Blattes kurzschließen würde.

In den Abdeckscheiben können zahlreiche Löcher 41 ausgebildet sein, um die Kühlluftströmung von dem Hohlraum des Schaufelblattes zu seinem Spitzenende zu leiten, wo die Kühlluft gegen die Seitenwände prallt, um für eine an sich bekannte Kühlung zu sorgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gekühlte Laufschaufel für eine axial durchströmte Gasturbine mit einem hohlen Schaufelblatt, dessen Hohlraum an der Schaufelspitze durch wenigstens eine Abdeckscheibe, die durch Vorsprünge in der Hohlschaufel in Längsrichtung des Schaufelblattes festgelegt ist, abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Abdeckscheibe (38,39) nur einen Teil des Innenquerschiiittes der Schaufelspitze überdeckt, während der andere Teil durch wenigstens eine Querwand (28) des Schaufelblattes abgedeckt ist, und daß die Abdeckscheibe von der Querwand her in die sie aufnehmenden Vorsprünge (36,37) einschiebbar ist und in dieser Lage gegen Zurückschieben gesichert wird.

2. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d?ß die wenigstens eine Querwand (28) in der Mitte das Hohlraumes und an der Vorder- bzw. Hinterkante (14, 16) der Schaufel Abdeckscheiben (38,39) angeordnet sind.

3. Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe (38, 39) radial außen von den auf den Schaufelseitenwänden (17, 18) ausgebildeten Vorsprüngen (36, 37) und radial innen von Endflächen (31) auf Längsrippen (23) innerhalb des Schaufelhohlraumes und von Befestigungsflächen (32) auf den Schaufelseitenwänden (17, 18) gehalten sind.

4. Laufschaufel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ahiecksci^iben (38, 39) durch Schweißen bzw. Löten ir. ihrer Lage gesichert sind.

5. Laufschaufel nach Anspruc T, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abdeckscheiben (38,39) Löcher (41) ausgebildet sind zum Herauslesen von Kühlmittel aus dem Schaufelhohlraum.