DE2657405C3 - Luftgekühlter Doppelwandaufbau für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Doppclwandaufbau der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Galtung. Ein solcher Wandaufbau ist aus der GU-PS 10 60 097 für ein Flammrohr bekannt. Hierbei trifft die durch die Löcher der Außenwand eintretende Kühlluft auf den inneren Wandteil und bewirkt eine Aufprallkühlung, die durch ihre »Schrubbwirkung« sehr viel günstiger ist als die reine Konvektionskühlung, so daß eine solche Aufprallkühlung gerade für hohen Temperaturen ausgesetzte Wandleile angestrebt wird. Die Wirksamkeit dieser Aufprallkühlung hängt natürlich von der Intensität der auf die zu kühlende Wand auftreffenden Strahlen ab. Diese Intensität wird jedoch gestört und vermindert durch die zwischen den beiden Wänden abströmende Kühlluft, wenn man in dem Bestreben, größere Flächcnbcreiche der ungclochten Wand /u kühlen, die Löcher auf der der Wärme abgewandten Wand über eine entsprechende Fläche verteilt. In diesem Fall wird tue über weiter stromab angeordnete Kühllufteintrittslöcher eintretende Kühlluft durch über weiter stromauf angeordnete Löcher eingetretene, und /wischen den Wanden abströmende Kühlluft gestört, so daß sich keine wirksame Aufprallkühlung mehr ergibt, sondern weiter stromab fast ausschließlich eine Konvektionskühlung, die jedoch im Hinblick auf den Kühlmiltelverbrauch unwirtschaftlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

größere Abschnitte der Wand einer wirksamen Aufprallkühlung durch Luft auszusetzen, die über Kühlluftlöcher eintritt, die über die gesamte Fläche verteilt sind.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

ίο Durch die Erfindung wird eine verbesserte Kühlung der dem Heißgasstrom ausgesetzten Wand einerseits durch Erhöhung der Aufprallkühlung und andererseits durch Wärmeleitung nach der kühleren gelochten Wand über die Abstandshalter bewirkt, so daß der ungelochte Wandteil höheren Temperaturen ausgesetzt werden kann.

Es ist zwar durch die FR-PS 14 78 874 bekannt, zwischen zwei einander überlappenden Flammrohrabschnitten stromlinienförmige Abstandshalter anzubringen zwischen denen die Kühlluft abströmt, jedoch sind hier keine Lufteintrittslöcher vorgesehen, durch die die Kühlluft senkrecht zur Wandebene eintritt, so daß das Problem der Aufprallkühlung in diesem bekannten Falle nicht bes'eht.

In der der DE-OS 26 30 629 zugrunde liegenden älteren deutschen Patentanmeldung ist zwar bereits ein Doppelwandaufbau mit Abstandshaltern und im Windschatten derselben angeordneten Kühllufteintrittsöffnungen vorgeschlagen worden, jedoch ist dieser Vorschlag nur auf einen doppelwandigen Flaminrohrabschnitt einer Brennkammer gerichtet, und der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine solche Anordnung vorteilhaft auch für andere hochtemperalurbeanspruchte Wandteile Anwendung finden kann, insbesondere auch für Turbinenhohlschaufeln, insbesondere für Düsenleitschaufeln. die zwischen der Brennkammer und der Turbine angeordnet sind, und bei denen der ungelochte Wandteil der Arbeitsabschnitt der Schaufel und der gelochte Wandteil ein Luftzuführungsrohr ist, die miteinander über die Abstandshalter verbunden sind.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Anordnungen der Abslandshalter ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.

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

F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerkcs;

F i g. 2 eine Ansicht einer Düsenleitschaufel des Triebwerks gemäß F i g. 1 in größerem Maßstab, teilweise aufgebrochen;

Fig. 3 eine Teilansicht des inneren Wandtcils der Schaufel gemäß F i g. 2;

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß F i g. 2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit

einem Verdichter 11, einer Verbrennungseinrichtung 12, einer Turbine 13 und einer Schubdüse 14. Das Gehäuse des Triebwerkes ist im Bereich der Verbrennungseinrichtung aufgebrochen, und es ist eine Düsenleitschaufel 15 ersichtlich, die die heißen Gase aus der Brennkammer auf die Turbinenlaufschaufeln leitet. Diese Schaufeln 15 weisen einen luftgekühlten Doppclwandaufbau auf.

Wie aus F i g. 2 und 4 ersichtlich, besteht jede Schaufel ι ,ms einem äußeren, dem Heißgasstrom ausgesetzten ungelochten Wandieil 16, der den Arbeiisabsehnilt bildet und einem gelochten inneren Wandteil 20, der das

Kühlluftzuführungsrohr bildet Die beiden Wandteile 16 und 20 verlaufen zwischen der radial inneren Plattform i7 und der radial äußeren Plattform 18. Vom Verdichter abgezapfte Kühlluft wird dem gelochten Wandteil 20 über eine öffnung 19 in der äußeren Plattform 18 zugeführt Der Wandteil 20 ist mit einer Vielzahl von Kühllufteintrittslöchern 21 versehen, die die Kühlluft auf die innere Oberfläche 24 des äußeren Wandteils 16 in Form einer Vielzahl von Strahlen gelangen lassen, wodurch eine Aufprallkühlung erreicht wird. Der gelochte Wandteil 20 wird über Abstandshalter 22 von dem äußeren Wandteil 16 getragen. Diese Abstandshalter 22 weisen im Querschnitt eine Kreisform mit einer stromab gerichteten Abflachung 25 auf. Im »Windschatten« dieser Abstandshalter, d. h. in Strömungsrichtung dahinter, befindet sich jeweils ein Kühllufteintrittsloch 21, wodurch erreicht wird, daß die durch das jeweilige Kühilufteintrittsloch 21 eintretende Kühlluft nicht durch die Luftströmung behindert wird, die zwischen den beiden Wandteilen nach den Austrittsschlitzen 23 am Hinterrand der Schaufel abfließt.

Der relative Abstand zwischen den Löchern 21 und ihren zugeordneten Abstandshaltern 22 wird durch die einzelnen Abmessungen und die Strömung jeweils so bestimmt, daß jedes Loch innerhalb des vom Abstandshalter erzeugten Windschattens liegt. Bei Benutzung im Querschnitt kreisförmiger Abstandshalter ist dieser Windschatten sehr schmal, weil stromab des Abstandshalters die Teilströme sich schnell wieder vereinigen. Daher muß bei Verwendung von im Querschnitt kreisförmiger Abstandshalter die relative Lage von Löchern und Abstandshaltern sehr genau gewählt werder. Durch Anordnung der Abflachung 25 an der stromabwärtigen Seite der Abstandshalter 22 wird der Windschatten vergrößert, und diese Abflachung läßt sich einfach herstellen. Es ist jedoch auch denkbar, abgewandelte Querschnittsformen für die Abstandshalter zu wählen, beispielsweise eine mondsichelförmige Gestalt oder einen kreisförmigen Querschnitt mit konkaver Begrenzung an der stromabwärtigen Seite. Derartige Formen können aerodynamisch noch günstiger sein, sind jedoch schwieriger herzusteilen, so daß die in F i g. 3 dargestellte Form zu bevorzugen ist. Schließlich ist es auch möglich, die Abstandshalter mit polygonalem Querschnitt zu versehen, beispielsweise mit einer rechteckigen oder dreieckigem Querschnittsform.

Aus Fig.2 ist ersichtlich, daß die Kühllufteintrittslöcher 21 mit ihren Abstandshaltern gestaffelt angeordnet sind, wodurch sich eine gleichförmige Kühlung der Oberfläche ergibt und ein relativ langer Strömungspfad zwischen aufeinanderfolgenden Abstandshaltern.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einer luftgekühlten Düsenleitschaufel beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Wandaufbauten geeignet, die eine Kühlung erfordern.

Hierzu 1 E'att Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Luftgekühlter Doppelwandaufbau für dem Heißgasstrom ausgesetzte Bauteile eines Gasturbinentriebwerks mit einem dem Heißgasstrom ausgesetzten ungelochten Wandteil, einem mit Kühllufteintrittslöchern versehenen Wandteil und einem zwischen den Wandteilen gebildeten Kühlluftkanal, der an seinem stromabwärtigen Ende in den Heißgasstrom mündet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Wandteilen (16, 20) eine Vielzahl von Abstandshaltern (22) vorgesehen ist, in deren »Windschatten« die Kühllufteintrittslöcher (21) des gelochten Wandteils (20) münden.

2. Doppelwandaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abstandshalter (22) im Querschnitt mit einer Abflachung (25) an der dem zugeordneten Kühllufteintrittsloch (21) zugewandten Seite ausgebildet ist.

3. Doppelwandaufbau nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abstandshalter (22) im Querschnitt kreisrund mit einer Abflachung ausgebildet ist.

4. Doppelwandaufbau nach den Ansprüchen 1 bis

3. dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (22) mit ihren stromab hiervon angeordneten Kühllufteintrittslöchem (21) gegenüber stromab benachbarten Abstandshaltern (22) und deren Kühllufteintrittslöchem (21) quer zur Strömungsrichtung versetzt angeordnet sind.

5. Doppelwandaufbau nach den Ansprüchen 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Turbinenhohlschaufel ist, daß der ungclochte Wandteil (16) der Arbeitsabschnitt der Schaufel und der gelochte Wandteil (20) ein Luftzuführungsrohr ist, die miteinander über die Abstandshalter (22) verbunden sind.