DE3225414C1 - Gekuehlte Schaufel fuer ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Hohl­ schaufel für die Turbine eines Gasturbinentrieb­ werks mit einer im Hohlraum in Profilrichtung quer verlaufenden Scheidewand, die eine nach der Austritts­ kante der Schaufel hin mit Öffnungen versehene Abström­ kammer von einer Kühlluftzuführungskammer trennt, und mit dieser über Einlaßöffnungen in der Scheidewand in Verbindung steht, wobei die Saugflanke der Abström­ kammer durch Prallkühlung und deren Druckflanke durch Filmkühlung mittels Verdichterluft gekühlt ist. Eine solche Hohlschaufel ist aus der GB-A-20 54 749 bekannt. Bei dieser bekannten Hohlschaufel ist sowohl in die Abströmkammer als auch in die Kühlluftzuführungskammer je ein Einsatz in Gestalt eines in Sehnenrichtung durch­ gehenden Rohres vorgesehen, und die Rohre sind mit dis­ kreten Öffnungen ausgestattet, die Kühlluftstrahlen er­ zeugen, die auf die Innenwand von Saugflanke bzw. Druck­ flanke auftreffen und eine Prallkühlung bewirken. Diese Einsatzrohre müssen relativ dickwandig sein, um eine genügende Starrheit zu erzielen, was jedoch eine erheb­ liche Gewichtsbelastung bedingt. Infolge der wechselnden Querschnitte ist es auch schwierig, derartige Rohre in das Innere der Schaufel so einzusetzen, daß immer ein vorbestimmter Abstand zur Innenwand gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Verzicht auf derartige Einsatzrohre eine effektive Prall­ kühlung an vorbestimmten Stellen im Bereich der Austritts­ kante zu gewährleisten.

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

Die gemäß der Erfindung vorgesehene perforierte Platte kann lose in die Abströmkammer eingefügt werden, da infolge des innen herrschenden Überdrucks im Betrieb diese Platte ständig gegen die Saugflanke gepreßt und hierdurch der erforderliche Dichtungsdruck der rahmen­ artigen Dichtungsrippen gewährleistet wird.

Durch die Erfindung wird auch die Kühlluftzufuhr nach den Perforationslöchern der Platte vereinfacht, da diese Luft über die Eintrittsöffnungen der Scheidewand zugeführt wird, während im bekannten Falle eine getrennte Luftzufuhr nach dem Innenrohr erforderlich ist. Bei der Hohlschaufel gemäß der GB-A-20 54 749 strömt die durch die Eintrittsöffnungen der Scheidewand einströmende Luft um das Einsatzrohr herum, und zwar auch in dem Bereich zwischen den Perforationslöchern und der Innenwand der Saugflanke, wodurch die Kühlluftstrahlen gestört und die Wirksamkeit der Prallkühlung vermindert wird.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß aufgebrochenen Hohlschaufel;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Mittelhöhe des Schaufelblattes der Schaufel gemäß Fig. 1.

Jede Schaufel weist eine innere und eine äußere Platt­ form 18 bzw. 19 und ein hohles Schaufelblatt 20 auf.

Das hohle Innere des Schaufelblattes ist in eine Vorderrandkammer 21, eine Kühlluftzuführungskammer 22 und eine Abströmkammer 23 durch Scheidewände 24 und 25 unterteilt. Die Kammer 21 am Vorderrand und die Kühlluftzuführungskammer 22 verlaufen durch die innere Plattform 18 hindurch und bilden Eintritts­ öffnungen für die Kühlluft. Diese Kühlluft wird von den hinteren Stufen des Hochdruckkompressors abgezapft und nach der Unterseite der inneren Plattform 18 geführt. Dann kann die Kühlluft in die Kammern 21 und 22 ein­ treten, wie dies durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist. In der Kühlluftzuführungskammer 22 kann die Kühl­ luft in Längsrichtung der Schaufel strömen, bis sie das Ende des Schaufelblattes benachbart zur äußeren Plattform 19 erreicht. Dann wird die Kühlluft durch einen Ablenkkörper 26 durch eine Öffnung 27 in der Scheidewand 25 in die Abströmkammer 23 abgelenkt. Beim Durchströmen der Kammer 22 bewirkt die Kühlluft eine Konvektionskühlung dieses Abschnittes der Schaufel, und die Wirksamkeit dieser Kühlung wird durch Rippen 28 unter­ stützt, die von der inneren Oberfläche der Kammer quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft vorstehen.

In der Abströmkammer 23 ist eine perforierte Prallkühlungs­ platte 29 angeordnet, und zwar in einem kleinen Abstand von der inneren Oberfläche der konvexen Saugflanke ent­ fernt. Diese Platte 29 liegt über dem Hauptteil dieser Oberfläche der Kammer und die Größe der Perforationen und der Abstand zwischen der Platte 29 und der Ober­ fläche sind derart bemessen, daß gewährleistet wird, daß die Kühlluft in Form von Strahlen auf die zu kühlende Oberfläche auftrifft. Hierdurch wird die konvexe Saugflanke in wirksamer Weise gekühlt, ohne daß es notwendig wäre, die Kühlluft durch die Wand des Schaufelblattes austreten zu lassen, wodurch die Hoch­ geschwindigkeitsströmung in diesem Bereich gestört würde.

Die Platte 29 braucht nicht sehr dick zu sein und sie benötigt daher nur irgendeine Abstützung. Nach dem Ausführungsbeispiel wird die Abstützung durch Rippen 30 bewirkt, die von der Saugflanke vorstehen und außerdem von einzelnen Vorsprüngen 31, die von der gegenüberliegenden Druckflanke der Kammer vorstehen. Die Vorsprünge 31 halten die Platte 29 gegen die Rippen 30, wenn die Schaufel nicht im Betrieb ist. Wenn sie im Betrieb befindlich ist, dann drückt die Kühlluft die Platte gegen die Rippen 30. Die Platte wird außerdem durch eine in Längsrichtung verlaufende Dichtungsrippe gegen die Scheidewand 25 gehalten, die den Vorderrand der Platte trägt. Diese Rippe erstreckt sich ebenfalls in Sehnenrichtung der Abströmkammer 23, um den oberen und unteren Rand der Platte abzustützen. Um diese "Bilderrahmen"-Abstützung der Platte zu vervollkommnen, erstreckt sich eine weitere Rippe in Längsrichtung der inneren Oberfläche der konkaven Flanken der Schaufel benachbart zu den Fußstücken 34, und diese Rippe stützt den Hinterrand der Platte 29 ab.

Die gegenüberliegende konkave Druckflanke der Abström­ kammer 23 ist mit zwei Reihen von Filmkühllöchern 32, 33 versehen, die im Abstand derart angeordnet sind, daß ein Kühlluftfilm über den Hauptteil dieser Oberfläche ver­ läuft.

An der Austrittskante 36 der Abströmkammer 23 sind mehrere Vorsprünge angeordnet und Rippen 34 ver­ binden die gegenüberliegenden Flanken am Hinterrand des Schaufelblattes, die im übrigen voneinander ge­ trennt sind, um Luftausblaslöcher bzw. einen Schlitz an der Austrittskante zu bilden. Die Rippen 34 können Fortsätze der Rippen 30 bilden. Aus Fig. 2 ist ersicht­ lich, daß die in der Kammer 23 eintretende Luft nur über die Filmkühllöcher 32 und 33 oder durch die per­ forierte Platte 29 und aus der Austrittskante 36 ent­ weichen kann. Beim Abströmen aus dem Spalt zwischen der Platte 29 und der Oberfläche der Kammer nach der Kante 36 strömt die Luft über die Vorsprünge und die Rippen 34 und bewirkt eine Kühlung des äußersten Hinterrandbereiches der Schaufel.

Die Kühlung des Kühlsystems im Mittelabschnitt und dem Hinterabschnitt des Schaufelblattes erfolgt demgemäß derart, daß die Kühlluft in die Kühlluftzuführungs­ kammer 22 eintritt und eine Konvektionskühlung in dieser Kammer bewirkt. Hierbei ist die Luft noch relativ kalt und die Konvektionskühlung, unterstützt durch eine ge­ wisse Filmkühlung, reicht in diesem Mittelbereich aus. Dann strömt die Luft durch die Öffnung 27 in die Ab­ strömkammer 23, wo ein Teil der Luft durch die Löcher 32 und 33 abströmt, um eine Filmkühlung der Druckflanke in diesem Bereich des Schaufelblattes zu bewirken, und der Rest der Luft strömt durch die gelochte Platte 29, um eine Aufprallkühlung der Saugflanke in diesem Teil des Schaufelblattes zu bewirken. Die verbrauchte Auf­ prallkühlung strömt dann über die Vorsprünge und die Rippen 34 ab und verläßt das Schaufelblatt durch die Austrittskante 36, um sich dann wieder mit der Haupt­ gasströmung des Triebwerks zu vereinigen.

Der einzige Teil, der innerhalb der Abströmkammer 23 benötigt wird, um diese Kühlung zu bewerkstelligen, ist die Platte 29. Da diese Platte sehr dünn und flexibel ist, kann diese Platte leicht in die relativ schmale, nicht geradlinig verlaufende Abströmkammer 23 eingebaut werden, die hinsichtlich der Bemessung und Gestalt eine spezielle Ausbildung haben muß, weil das Strömungsprofil dies verlangt. Auf diese Weise wird eine wirksame Kühlung trotz des geringen zur Verfügung stehenden Raumes gewährleistet.

Es ist klar, daß verschiedene Abwandlungen getroffen werden können. Beispielsweise ist es möglich, ein unter­ schiedliches Kühlsystem für den mittleren Bereich und den Vorderrandbereich der Schaufel zu benutzen, und die Erfindung kann nicht nur bei einer Leitschaufel, sondern auch bei einer Rotorschaufel Anwendung finden.

Claims (1)

1. Gekühlte Hohlschaufel für die Turbine eines Gasturbinen­ triebwerks mit einer im Hohlraum in Profilrichtung quer verlaufenden Scheidewand, die eine nach der Austritts­ kante der Schaufel hin mit Öffnungen versehene Abström­ kammer von einer Kühlluftzuführungskammer trennt, und mit dieser über Einlaßöffnungen in der Scheidewand in Verbindung steht, wobei die Saugflanke der Abströmkammer durch Prallkühlung und deren Druckflanke durch Film­ kühlung mittels Verdichterluft gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandoberfläche der Saugflanke der Abströmkammer (23) in Profilrich­ tung verlaufende Rippen (30) trägt, gegen die eine perforierte Platte (29) anliegt und durch den Kühlluft­ druck im Betrieb angepreßt wird, daß die Platte (29) von der inneren Wandoberfläche der Druckflanke her über einzelne Vorsprünge (31) lose abgestützt ist, und daß die Platte (29) über eine Dichtrippe an ihrer scheide­ wandseitigen Längskante und an ihren beiden Querkanten abgedichtet und an ihrer austrittskantenseitigen Längs­ kante über eine weitere Rippe abgestützt, jedoch nicht abgedichtet ist.