DE2814027C3 - Luftgekühlte Rotorschaufel für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine luftgekühlte Rotorschaufcl der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Gattung. Eine solche gekühlte Turbinenrotorschaufel ist aus der DE-AS 20 15 274 bekannt. Bei derartigen bekannten Hohlschaufeln erfolgte die Zuführung Her Kühlluft in die einzelnen parallel zueinander verlaufenden Kühlkanäle entweder vom Schaufelfuß her direkt oder die Kühlkanäle waren mäanderförmig hintereinander geschaltet.

Bei der Gußherstellung derartiger Rotorschaufeln bereitet es Schwierigkeiten, die Kühlkanälc so zu formen, daß die gewünschte Strömungsführung zustande kommt, denn die inneren Kühlkanälc erfordern kompliziert gestaltete Keramikkerne und es ist nicht ohne weiteres möglich, die entsprechenden und aus wärmetechnischen Gründen erwünschten Verbindungen durch Formgießen zu erhalten.

Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei vereinfachter Ausbildung und Abstützung der Kerne der Gießform, im Gußverfahren eine Rotorschaufel zu schaffen, bei der die gewünschte Verbindung und Leitungsführung zwischen den eingegossenen Kühlkanälen gewährleistet ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs I angegebenen Merkmale. Durch die dabei benutzte Hülse kann das aus gießtechnischen Gründen für den Kern vorgesehene Kerneinsatzloch leicht abgedichtet werden, wobei das Einsetzen der Hülse auf einfache Weise durch seitliche Löcher im Schatifelschaft erfolgen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,

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

F i g, 1 in größerem Maßstab eine Schnittansicht einer der Rotorschaufeln, geschnitten in der mittleren Sehnenltnie,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß F i g. I

ίο in größerem Maßstab,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 1
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Rotorschaufel 15 dargestellt.

Die Kühlung der Rotorschaufel wird durch Hindurch-

'-5 strömen von Kühlluft bewirkt Diese Kühlluft wird auf die Oberfläche der Rotorschaufel aufgeblasen, um einen dünnen Film zu bilden. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß jede Rotorschaufel 15 eine Schaufelfuß 17, einen Schaufelschaft 18 und einen stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt 19 umfaßt. Ein innerer Schaufelring 20 trennt den stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt 19 vom Schaufelschaft J8. Der Schaufelfuß 17 greift in Schlitze am Umfang der Rotorscheibe 16 ein, während der Schaufelschaft 16 die Verbindung zwischen Schaufelfuß und stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt herstellt.

Der stromlinienförmige Arbeitsabschnitt 19 ist jener Teil der Rotorsciiaufel, der von den heißen Gasen umströmt wird, und es ist daher wichtig, diesen Teil der Rotorschaufel am meisten zu kühlen. Zu diesem Zweck sind mehrere innere Kühlkanäle vorgesehen, durch die die Kühlluft strömen kann. Die Kühlkanäle in dem stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt weisen einen Vorderrandkanal 21, einen Mittelkanal 22 und Hinterrandkanäle 23, 24 und 25 auf. Die letzteren Kanäle sind so miteinander verbunden, daß sie einen einzigen mäanderförmigen Kühlkanal bilden. Demgemäß stein der Kühlkanal 25 über eine Öffnung 26 in der Nähe der Schaufelspitze mit dem Kühlkanal 24 in Verbindung, und dieser Kühlkanal 24 ist einerseits mit dem Kühlkanal 23 über eine Öffnung 27 verbunden, die im Schaftbereich der Rotorschaufcl gerade innerhalb des Schaufelrings 20 angeordnet ist. Die Luftströmung in den Kühlkanälen 23, 24 und 25 verläuft daher in dem Kühlkanal 25 vom Schaufelring nach der Spitze, im Kühlkanal 24 von der Spitze nach dem Schaufelring und im Kühlkanal 23 wiederum von dem Schaufclring nach der Spitze.

Damit die Kühlluft auf die äußere Oberfläche des stromlinienförmigen Arbeitsabschnitts gelangen und dort eine Filmkühlung der Rotorschaufcl bewirken kann, sind mehrere Reihen von Filmkühllöchcrn vorgesehen, die die erwähnten Kühlkanäle mit der Schaufeloberfläche verbinden. Die Zahl und Lage dieser Löcher ändert sich im Hinblick auf die jeweiligen Einzelerfordernisse, und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Reihen von Löchern 28, 29 und 30 vorgesehen, die Luft aus dem Kühlkanal 21 austreten lassen, und es sind zwei Lochreihen 31 und 32

M) vorgesehen, die Luft aus dem mittleren Kühlkanal 22 austreten lassen und es ist eine Lochreihe 33 vorgesehen, die die Luft aus dem Kühlkanal 25 austreten läßt.

Da sich der Druck außerhalb der Schaufel über der Oberfläche ändert und dieser Druck am Vorderrand der Rotorschaufel und auf der konkaven Flanke der Rotorschaufel allgemein hoch ist und niedrig auf der konvexen Flanke ist es notwendig, unterschiedliche

Drücke for die Kühlluft zur Verfügung zu haben, die aus den verschiedenen Löchern innerhalb der Schaufeloberfläche austritt. Aus diesem Grunde und domit die Kühlluft den mSanderförmigen Kühlkanal 23,24 und 25 durchlaufen kann, hat die den Kühlkanälen 21 und 25 zugeführte Kühlluft einen höheren Druck als die dem mittleren Kühlkanal 22 zugeführte Kühlluft und es sind deshalb getrennte Luftzuführungen vorgesehen.

So wird unter relativ hohem Druck stehende Kühlluft über Kanäle 34 in der Turbinenscheibe 16 zugeführt, wobei jeder Kanal in einer öffnung 35 in der Basis eines den Schaufelfuß aufnehmenden Schlitzes derart endet, daß eine Ausrichtung und Abdichtung gegen eine entsprechende öffnung 36 bewirkt wird, die in der Basis des Schaufelfußes 17 angeordnet ist. An die öffnung 36 schließt sich ein Kanal 37 an, der sich gabelt und dessen Vorderzweig Luft nacii dem Kühlkanal 21 am Schaufelvorderrand führt, während ein hinten liegender Zweig Luft nach dem Kühlkanal 25 im Nachlaufrand fördert. Dieser gegabelte Teil des Kanals 37 wird im ;>o Bereich des mittleren Kühlkanals 22 durch die Außenwand einer zylindrischen Hüise 38 begrenzt, auf die weiter unten Bezug genommen wird.

Dem Kühlkanal 22 wird über die Hülse 38 getrennt Druckluft mit geringerem Druck zugeführt, wobei eine Endöffnung 39 der Hülse 38 einen Einlaß für jede Seitenfläche des Schaufelschafts 18 der Rotorschaufel bildet. In diesem Fall ist die Hülse an beiden Enden offen, jedoch kann es zweckmäßig sein, eines der Enden abzusperren. jo

In der Wandung der Hülse ist ein Loch 41 eingeschnitten, welches mit einem Ende des Kühlkanals 22 fluchtet, so daß die in die Hülse über die Endöffnung eintretende Kühlluft durch das Loch 41 in den Kühlkanal 22 gelangt. Dort wird die Rotorschaufel sowohl durch Strömung entlang des Kühlkanal als auch durch Austritt als Film aus den Löchern 31 und 32 gekühlt.

Die Hülse 38 bildet den Einlaß für diese Luftströmung und bewirkt außerdem eine Aufteilung zwischen den Kühlkanälen 22 und 37, da sie ein Kerneinsatzloch 42 verschließt, das sonst die Kanäle 22 und 23 verbinden würde.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Kern, der den Kühlkanal 22 bildet mit dem Kern verbunden, der den Kanal 37 bildet und der Kern, der die Kühlkanäle 23 und 24 bildet, ist über ein Zugglied, welches schließlich das Kerneinsatzloch 42 bildet, mit dem Kühlkanal 22 verbunden. Auf diese Weise gibt es keine freihängenden Kerne, die von einem Ende freihängend vorstehen und so leicht einer Beschädigung ausgesetzt sind. Sämtliche der die Kühlkanäle bildenden Kerne sind an einem Ende mit jenem Teil verbunden, der den Kanal 37 bildet und am andrren Ende mit einem Block, der alle Kanäle am spitzen »rode der Rotorschaufel enden läßt. Die zum Zwecke der Kühlluftführung unnötigen Verbindungen erfordern jedoch eine Absperrung der überflüssigen öffnungen. Dies geschieht durch die Hülse 38, weil sie den Kühlkanal 22 vom Kanal 37 trennt und d.as Kerneinsatzloch 42 absperrt.

Es ist möglich, die Anordnung so zu treffen, daß die Kühlluft in die Rotorschaufel an einer Stelle des Schaufelschaftes oder des Schaufelfußes eintritt und nicht durch die öffnung 36. So ist in F i g. I strichlieri ein Einlaß 40 dargestellt, der den Einlaß 36 ersetzen könnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Luftgekühlte Rotorschaufel für ein Gasturbinentriebwerk mit einem stromlinienförmigen Arbeitsabschnitt, mit einem Schaufelfuß und einem Schaufelschaft, der den Schaufelfuß mit dem Arbeitsabschnitt verbindet und mit mehreren, zwischen Schaufelvorderkante und Schaufelhinterkante angeordneten Kühlkanälen, die über eine Kühlluftzuführungsöffnung im Schaufelfuß oder Schaufelschaft gespeist werden und mit Kühlluftaustrittsöffnungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende eines mittleren Kühlkanals (22) innerhalb des Schaufelschaftes (18) durch eine Hülse (38) abgeschlossen ist, die über wenigstens eine Endöffnung (39) mit Kühlluft gespeist wird und ein nach dem Inneren des Kühlkanals (22) offenes Loch (41) aufweist

2. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (38) ein Kerneinsatz- !och (42) zwischen den im übrigen voneinander getrennten Kühlkanälen (23 und 22) abdichtet.

3. Rotorschaufel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftzuführungsöffnung (36; 40) in einen Kanal (37) führt, der sich in drei getrennte Kühlkanäle (21, 22, 25) verzweigt, wobei der mittlere Kühlkanal (22) durch die Hülse (38) abgesperrt ist.

4. Rotorschaufel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (38) zwischen zwei gegenüberliegenden Wandflächen des Schaufelschaftes (18) derart verläuft, daß zwei Endöffnungen (39) gebildet werden.