DE2900545C3 - Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel der im Oberbegriff d-s Patentanspruchs angegebenen Gattung. Die zweiteilige Ausbildung dieser Turbinenschaufeln, die eine nachträgliche metallurgische Vereinigung erfordert, erfolgt aus gießereitechnischen Gründen, weil bei einteiligem Aufbau die Ausbildung der die Kühlluftkanäle bildenden Kerne äußerst schwierig ist. Die einfachste Ausbildung der Gießformen ergibt sich, wenn die Teilung der Schaufel bzw. der Schaufelform längs der Sehne erfolgt, wie dies beispielsweise aus der DE-OS 17 76015 bekannt is·. Dies hat aber den Nachteil, daß die Verbindungsnaht der beiden Schaufelteile über die gesamte Länge des Schaufelvorderrandes erfolgt. Diese INaht am Vorderrand der Schaufel kann vermieden werden, wenn die Testing entsprechend der CB-PS 10 78 116 gewählt wrd. bei der die gesamte konkave Wandfläche des Schai elblattes von dem Deckblatt gebildet wird. Dabei verläuft die Verbindungsnaht zwar nicht über den Vorderrand der Schaufel, aber sie erstreckt sich in unmittelbarer Nähe des Vorderrandes der Schaufel in einem Bereich, der im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt ist. so daß diese metallurgisch hergestellte Verbindungsnaht Tempera türen ausgesetzt ist. die fast ebenso hoch sind wie dttr Temperaturen an der am höchsten wärmebeansprucn ten Stelle des Vorderrandes. Außerdem liegt diese Verbindungsnaht an einer Stelle, wo das Schaufelprofii aus aerodynamischen Gründen besonders genau ausge bildet sein muß. und jede Störung des glatten Profils eine Beeinträchtigung des Gesamtsiromungsverlaufs auf der konkaven Seile der Schaufel bewirkt. Technisch ist es jedoch nur sehr schwierig möglich, die Vcrbindungsnahl völlig glatt und entsprechend dem theoretischen Schaufelprofii verlaufend auszubilden Wenn die Naht icdoch infolge einer hohen Temperatur beaufschlagiing aufgebrochen wird, dann fuhrt dies zwangsläufig zu einem Schaufelbruch auch in den nachfolgenden Stufen der Turbine.

Der frfmdung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel fur ein Gasturbinentriebwerk zu *.haffen. die insbesondere hinsichtlich der Kiihlluflöff nungen am Hinterrand unter Verwendung von Gießformen mit einfachen Kernen herstellbar ist und auch hohen Temperaturen am Schaufelvorderrand stand hall.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß das Deckblatt nur den hinteren Schaufelrand bedeckt, liegt die Naht in einem Bereich der Schaufel, wo eine unregelmäßige Oberflächengestalt nur eine relativ geringe Wirkung auf die Strömung ausübt und die Naht ist keiner sehr hohen Temperaturbeanspruchung ausgesetzt. Selbst wenn sich dieses Deckblatt jedoch aus irgendwelchen Gründen im Betrieb durch Aufbrechen der Naht vom Schaufelkörper lös.en sollte, so bleibt doch eine arbeitsfähige Schaufel übrig und das Triebwerk ist weiter funktionsfähig.

Der Erfindung liegt demgemäß die Ei Kenntnis zugrunde, daß der Vorteil einer Schaufelteilung hauptsächlich benachbart zum Hinterrand von Bedeutung ist, weil dort die Ausbildung der Kerne, der geringen Querschnitte wegen besonders kritisch ist.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt eines Turbinenrotors mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Turbinenschaufel:

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 1:

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 3 gemäß Fig.2;

Fig.4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung:

F i g. 5 eine der F ι g. 2 entsprechende Ansicht, die erkennen läßt wie das gegossene Schaufelblatt eine maschinelle Bearbeitung erforderlich machen kann:

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Turbinenschaufel gemäß der Erfindung.

|ede Turbinenschaufel weist einen Schaufelfuß 17 auf. der in die Läuferscheibe 15 eingreift. Das Schaufelblatt 18 arbeitet in einer sehr heißen Umgebung und ist mit einem Kühlluftsystem versehen, das zwei Kühlluftzufuhrungskanäle 19 bzw. 20 im Schaufelfuß 17 aufweist, die in einen vorderen bzw. hinteren Kühlluftkanal 21 bzw. 22 münden, die in Längsrichtung über das Schaufelblatt 18 verlaufen. Aus dem vorderen Kuhlluftkanal 21 tritt die Luft auf die Schaufeloberflache über eine Vielzahl von Filmkühlloche. η 23 aus. währenii die Luft aus dem hinteren Kühlluftkanal 22 durch K-ihlluftantrittskanalc 24 am Hinterrand entweicht.

Die Anordnung der Kuhlluftaustrittskanale 24 am Hinterrand ist aerodynamisch besonders gunstig, weil hier die geringste Störung zu erwarten ist. und durch die Kühlluft wird ein«, gunstige Kühlung in diesem hinteren Bereich der Schaufel bewirkt. Ks ist jedoch mechanisch schwierig. Locher oder Hohlräume in d.esem I eil des Schaufelprofils vorzusehen, weil der Hinlerrjnd aus aerodynamischen Gründen dünn ist und die Kanäle bzw Locher ganz genau angeordnet werden müssen

Das Schaufelblatt 18 wird in der Haupts.iihe von einem einteiligen Gußkorper gebildet, der einen vorderen, den Kuhlluf'k.inal 21 umgebenden Wandab schnitt 25. eine den vorderen Kanal 21 von dem hinteren Kanal 22 trennende Rippe 2f> und einen hinteren, den Kanal 22 umschließenden Wandabschnitt 27 aufweist Diese Wandabschnitte 25 bzw. 27 bilden die konvexe Wandfläche und die konkave Wandflache des Schaufel blattes mit Ausnahme des Schaufclhinicrrandes der konkaven Wandflaehe, die von einem Deckblatt 30 gebildet ist, die an den Hinterrand 28 der konkaven Wandfläche anschließt. Dieses Deckblatt 30 liegt auf Giißvorsprüngcn 29 auf, die in drei Reihen ausgelebt sind, welche sich parallel zum Hinlcrrand erstrecken. Das Deckblatt erstreckt sich über die gesamte Länge

des Hinterrandes des Schaufelblattes 18. Wie aus F ι g. 2 ersichtlich, ist die äußere Gestalt des Deckblattes 30 so geformt, daß der Hinterrand der konkaven Wandfläche vervollständigt wird.

Das Deckblatt 30 kann durch Verschweißung oder Verlötung auf den GuQvorsprüngen 29 angeordnet werden. Nach Festlegung des Deckblattes 30 auf den Vorsprüngen verbleiben die dem Austritt der Kühlluft dienenden Löcher 24 am Hinterrand und diese Löcher können sehr flach gestehet werden, ohne daß sich irgendwelche Probleme im Hinblick auf eine spanabhebende Bearbeitung oder beim Gießen ergeben.

Aus der F i g. 3 ist ersichtlich, wie die spaltförmigen Löcher 24 entstehen, wenn das Deckblatt 30 auf die Gußvorsprünge 29 aufgesetzt ist. Eine andere Ausführungsform ist in Fig.4 dargestellt, wobei zwei Oberflächen mit Rillen 31,32 zusammengesetzt sind, die Kanäle kreisförmigen Querschnitts ergeben. Es ist auch möglich, daß Deckblatt vollständig mit Kühlkanälen an der inneren Oberfläche zu versehen, während die Innenseite des hinteren Abschnitts der konvexen Wandfläche glatt gestaltet ist.

Die Fig.5 zeigt eine der Fig.2 ähnliche Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Schaufel. ) In diesem Falle sind die Vorsprünge auf der inneren Oberfläche der konvexen Wandfläche am Hinterrand nicht durch Gießen hergestellt, sondern es wird stattdessen an dieser Stelle ein massiver Körper ii vorgesehen und dieser wird durch elektrochemische

m Bearbeitung mit Kanälen 34 versehen, so daß sich den Vorsprüngen 29 ähnliche Vorsprünge ergeben, an denen das Deckblatt befestigt werden kann.

Wegen der hohen Zentrifugalbelastungen kann es zweckmäßig sein. Festlegemittel für die verschiedenen

ti Teile am Hinterrand vorzusehen. Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit hierfür. Dabei setzt sich das Deckblatt 40 in einem Abschnitt 41 fort, der einen Teil der inneren Schaufelblattform bildet, und dann erstreckt sich dieses Teil in Abschnitten 42 und 43 bis in den Schaufelfuß

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk mit einem mit Kühlluftkanälen versehenen Schaufelblatt, welches aus einem die konvexe Wandfläche i und die den hohlen Innenraum durchsetzenden Rippen umfassenden Gußkörper sowie ein Deckblatt auf der konkaven Seite aufweist, das mit dem Gußkörper metallurgisch verbunden ist, wobei der Hinterrand des Schaufelblattes Kühlluftaustrittska- m näle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckblatt (30) die konkave Wandfläche des Schaufelhinterrandes bildet, und daß die übrige konkave Wandfläche der Schaufel ein integraler Bestandteil des die konvexe Wandfläche und die η Rippen (26) bildenden Gußkörpers ist.