DE3248161A1

DE3248161A1 - Kuehlbare schaufel

Info

Publication number: DE3248161A1
Application number: DE19823248161
Authority: DE
Inventors: Mark John 06074 South Windsor Conn. Pazder
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1982-12-27
Publication date: 1983-07-07
Also published as: FR2519069A1; IT8224878A1; JPH0353442B2; US4474532A; GB2112468A; IL67383A; IT8224878A0; JPS58117302A; DE3248161C2; FR2519069B1; GB2112468B; IT1155034B

Description

Kühlbare Schaufel

Die Erfindung bezieht sich auf kühlbare Schaufeln, die in auf hoher Temperatur arbeitenden umlaufenden Maschinen benutzt werden, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Kühlen von solchen Schaufeln- Die beschriebenen Konzepte gelten sowohl für Turbinenleitschaufeln als auch für Turbinenlaufschaufeln.

In einer umlaufenden Maschine oder Strömungsmaschine wird Brennstoff in Brennkammern verbrannt, um der Maschine Energie in Form von heißen Arbeitsmediumgasen zu liefern. Die heißen Arbeitsmediumgase strömen zu dem Turbinenabschnitt der Maschine. In dem Turbinenabschnitt bilden die Schaufeln feststehende Kränze von Leitschaufeln und umlaufende Kränze von Laufschaufeln. Diese Schaufeln werden benutzt, um die strömenden Gase zu lenken und den Gasen Energie zu entziehen. Infolgedessen sind die Schaufeln im Betrieb des Triebwerks von heißen Arbeitsmediumgasen umströmt, wodurch War-

mespannungen in den Schaufeln verursacht werden, die den Festigkeitsverband und die Dauerfestigkeit der Schaufel nachteilig beeinflussen. Diese Wärmespannungen bilden ein ständiges Problem seit dem Aufkommen von auf hoher Temperatur arbeitenden umlaufenden Maschinen, wie beispielsweise Gasturbinentriebwerken, weil es erforderlich ist, das Triebwerk bei hohen Temperaturen zu betreiben, um den Triebwerkswirkungsgrad zu maximieren. Beispielsweise können die Schaufeln in den Turbinen von solchen Triebwerken Temperaturen in den Arbeitsgasen von bis zu 1371 ⁰C ausgesetzt sein. Die Laufschaufeln und die Leitschaufeln dieser Triebwerke werden typisch gekühlt, um den Festigkeitsverband und die Dauerfestigkeit der Schaufel durch Verringern der Größe der Wärme spannungen in der Schaufel zu be-? wahren.

Eine ältere Lösung für die Schaufelkühlung ist in der US-PS 3 171 631 beschrieben. Gemäß dieser US-Patentschrift wird die Kühlluft in den Hohlraum zwischen der saugseitigen Wand und der druckseitigen Wand der Schaufel geleitet und durch die Verwendung von Umlenksockeln oder Leitschaufeln zu verschiedenen Stellen in dem Hohlraum gelenkt. Die Sockel dienen außerdem als tragende Teile zum Verstärken der Laufschaufel.

Mit der Zeit sind ausgeklügeltere Lösungen entwickelt worden, bei denen gewundene Durchlässe benutzt werden, wie es beispielsweise in der US-PS 3 533 712 beschrieben ist. Diese US-Patentschrift beschreibt die Verwendung von schlangenförmigen Durchlässen, die sich durch den gesamten Hohlraum in der Laufschaufel erstrecken, um eine maßgeschneiderte Kühlung der verschiedenen Teile der Schaufel zu erreichen. Das Schaufelmaterial, das die Durchlässe begrenzt, sorgt für die notwendige bauliche Festigkeit der Schaufel.

Spätere Patentschriften, wie die US-PS 4 073 599,, beschreiben die Verwendung von verwickelten Kühldurchlässen in Verbindung mit anderen Techniken zum Kühlen der Schaufel. Beispielsweise wird das Vorderkantengebiet gemäß dieser US-Patentschrift durch Aufprallkühlung gekühlt, woran sich das Abgeben der Kühlluft über einen sich in Richtung der Spannweite erstreckenden Durchlaß in dem Vorderkantengebiet der Laufschaufel anschließt. Die in dem Durchlaß strömende Luft bewirkt außerdem eine Konvektionskühlung des Vorderkantengebietes, wie es bei dem Durchlaß gemäß der US-PS 3 171 631 der Fall ist.

Das Kühlen von Turbinenschaufeln unter Verwendung von verwickelten Kühldurchlässen, die mehrere Züge und Filmkühllöcher allein oder in Verbindung mit Auslöserippen zum Fördern der Kühlung des Vorderkantengebietes haben, bilden den Gegenstand von vielen der jüngsten Patentschriften, wie z.B. den US-PSen 4 177 010 (Filmkühllöcher), 4 180 373 (Filmkühllöcher und Auslöserippen), 4 224 011 (Filmkühllöcher) und 4 278 400 (Filmkühllöcher und Auslöserippen). Diese Laufschaufeln sind durch große Kühlluftdurchlässe im Verhältnis zur Dicke der Wände im LaufSchaufelvorderkantengebiet gekennzeichnet.

Der Hauptmechanismus der inneren Wärmeübertragung in den Durchlässen von mehrzügigen Laufschaufeln ist die Konvektionskühlung der anstoßenden Wände. Zonen niedri-

ger Geschwindigkeit in der Kühlluft, die sich an den Wänden befindet, welche den Durchlaß begrenzen, verringern die Wärmeübertragungskoeffizienten in dem Durchlaß und können zur Ubererwärmung dieser Teile der Schaufel führen. Gemäß der US-PS 4 180 373 wird eine Auslöserippe in einem Eckgebiet eines Umlenkdurchlasses benutzt, die von einer Wand aus in den Durchlaß vorsteht, um eine Stagnation in der Ecke, die durch die Wechselwirkung von benach barten Wänden gebildet wird, zu verhindern.

Trotz dieses Standes der Technik suchen Wissenschaftler und Ingenieure, kühlbare Schaufeln zur Verwendung in Hochtemperaturturbinen zu entwickeln, bei denen die Kühlluft wirksam ausgenutzt und die Bildung von Zonen niedriger Kühlluftgeschwindigkeit in Umlenkgebieten der Schaufel unterdrückt wird.

Gemäß der Erfindung hat eine Schaufel mit mehrzügigen Kühldurchlässen ein sich in der Profilsehnenrichtung erstreckendes Umlenkgebiet am Ende jedes Durchlasses und einen Sub- oder Teildurchlaß, der in dem Umlenkgebiet gebildet ist, um einen Teil der Strömung über wenigstens eine Auslöserippe zu leiten, die in bezug auf die sich nähernde Strömung in dem Teildurchlaß schräg und unter einem spitzen Winkel gegen eine den Durchlaß begrenzende Wand angeordnet ist, um das Ablösen der Strömung von der den Durchlaß begrenzenden Wand zu unterdrücken und die Bildung von Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit zu blockieren.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung sind mehrere sich in Richtung der Spannweite erstreckende Kühldurchlässe. Ein weiteres Merkmal ist der sich in der Profilsehnenrichtung erstreckende Umlenkdurchlaß, der mit einem der Durchlässe in Strömungsverbindung ist. Der sich in der Profilsehnenrichtung erstreckende Umlenkdürchlaß hat einen Teildurch-

laß und wenigstens eine Auslöserippe, die schräg zu der sich nähernden Strömung angeordnet ist. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Auslöserippe von dem stromabwärtigen Ende der Leitschaufel über den Teildurchlaß zu der benachbarten Leitschaufel.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Höhe von Wärmespannungen in der Leitschaufel, die sich aus der Kühlung in dem Umlenkdurchlaß ergibt, welche das Kühlen der Eckgebiete beinhaltet. Das wirksame Kühlen des Eckgebietes ergibt sich aufgrund des Teildurchlasses und der abgewinkelten Auslöserippe, die die Strömung leitet, um die Bildung von Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit zu blockieren und die Ablösung der Kühlströmung von den Wänden des Durchlasses, wenn sich die Strömung durch den Umlenkdurchlaß bewegt, zu unterdrücken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Laufschaufel,

die teilweise im Schnitt und teilweise weggebrochen dargestellt ist, um die saugseitige Wand des Inneren der Schaufel sichtbar zu machen,

Fig. 2 eine Querschnittansicht nach der Linie

2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines

Eckgebietes eines Umlenkdurchlasses in der Schaufel und

Fig. 4 eine Ansicht nach der Linie 4-4 in Fig.3,

Fig. 1 zeigt eine Laufschaufel 10 für eine umlaufende Maschine oder Axialströmungsmaschine. Die Laufschaufel hat einen Wurzelabschnitt 12, einen Plattformabschhitt 14 und einen Flügelprofilabschnitt 16. Der Wurzelabschnitt faßt in den Rotor einer umlaufenden Maschine ein. Der Plattformabschnitt 14 bildet einen Teil der Innenwand des Strömungsweges für Arbeitsmediumgase in einer umlaufenden Maschine. Der Flügelprofilabschnitt 16 erstreckt sich nach außen durch den Strömungsweg für die Arbeitsmediumgase und hat eine Spitze 18 an seinem äussersten Ende. Die Laufschaufel 10 hat in der Richtung der Spannweite eine Bezugsrichtung S und in der Profilsehnenrichtung eine Bezugsrichtung C.

Der Wurzelabschnitt 12 hat eine sich in der Profilsehnenrichtung erstreckende Wurzelwand 22. Ein erster Kanal 24 steht in Strömungsverbindung mit einer Kühlluftquelle, wie beispielsweise einem Verdichter (nicht dargestellt) . Ein zweiter Kanal 26 steht in Strömungsverbindung mit der Kühlluftquelle, und ein dritter Kanal erstreckt sich durch den Wurzelabschnitt. In der gezeigten Ausführungsform steht der dritte Kanal nicht in Strömungsverbindung mit der Kühlluftquelle. Eine Platte 32 erstreckt sich über den dritten Kanal und blockiert die Verbindung mit der Kühlluftquelle. In einer anderen Ausführungsform steht der dritte Kanal 28 mit der Kühlluftquelle in Verbindung.

Der Flügelprofilabschnitt 16 hat eine Vorderkante 34 und eine Hinterkante 36. Eine saugseitige Wand 38 und eine druckseitige Wand 42 (in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber teilweise weggebrochen und in Fig. 2 gezeigt) sind an der Vorderkante und an der Hinterkante miteinander verbunden. Die druckseitige Wand 4 2 ist mit Abstand von der saugseitigen Wand 38 angeordnet, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum 44 gebildet ist. Eine Spitzenwand 46

erstreckt sich zwischen der druckseitigen Wand 42 und der saugseitigen Wand 38 und begrenzt den Hohlraum in Richtung der Spannweite» Eine erste Leitwand 48 erstreckt sich in Richtung der Spannweite, hat Abstand von der Vorderkante 34 und erstreckt sich außerdem in der Profilsehnenrichtung und hat Abstand von der Spitzenwand 46. Die erste Leitwand 48 unterteilt den Hohlraum 44 in der Schaufel in einen ersten Teil 52 und einen zweiten oder hinteren Teil 54.

Der erste Teil 52 enthält einen ersten Durchlaß 56, der sich in der Richtung der Spannweite längs des Gebietes der Vorderkante 34 erstreckt,und einen Spitzendurchlaß 58, der sich in der Profilsehnenrichtung längs der Spitzenwand 46 erstreckt. Der erste Durchlaß 56 hat mehrere erste Auslöserippen 62s an der saugseitigen Wand 38, die den ersten Durchlaß begrenzt, und mehrere zweite Auslöserippen 62p an der druckseitigen Wand 42 des ersten Durchlasses. Das Vorstehen jeder zweiten Äuslöserippe der druck seitigen Wand 42 ist durch gestrichelte Linien auf der saugseitigen Wand 38 dargestellt ο Mehrere Kühllöcher 64 erstrecken sich durch die Vorderkante 34, um den ersten Durchlaß 56 mit dem Arbeitsmediumströmungsweg in Strömungsverbindung zu bringen. Die Kühlluftlöcher 64 sind unter einem stumpfen Winkel gegen die sich nähernde Strömung in dem ersten Durchlaß 56 und gegen die sich in Richtung der Spannweite erstreckende Vorderkante 34 geneigt. Mehrere erste Auslöserippen 66s und 66p in dem Spitzendurchlaß 58 erstrecken sich auf der saugseitigen Wand und der druckseitigen Wand 42 auf gleiche Weise wie die Auslöserippen 6 2 in dem ersten Durchlaß 56. Der Spitzendurchlaß 58 hat mehrere Filmkühllöcher 68, die einwärts der Spitzenwand 46 an der druckseitigen Wand 42 der Spitzenwand verteilt sind. Diese Kühllöcher und ein Loch 72 in dem Spitzendurchlaß 58 bringen den Spitzendurchlaß mit dem Arbeitsmediumströmungsweg in Strömungsverbindung.

Der hintere Teil der Schaufel 10 hat eine zweite Leitwand 74, die sich in Richtung der Spannweite von der ersten Leitwand 48 aus erstreckt, um den hinteren Teil der Schaufel in ein Hinterkantengebiet 76 und ein in Profilsehnenmitte gelegenes Gebiet 78 zu unterteilen. Ein sich in der Profilsehnenrichtung erstreckender Umlenkdurchlaß 82 bringt das Hinterkantengebiet mit dem in Profilsehnenmitte gelegenen Gebiet in Strömungsverbindung. Eine dritte Leitwand 84 erstreckt sich in Richtung der Spannweite und unterteilt das in Profilsehnenmitte gelegene Gebiet 78 in einen zweiten Durchlaß 86 und einen dritten Durchlaß 88. Der zweite Durchlaß 86 hat mehrere erste Auslöserippen 90s auf der saugseitigen Wand des Durchlasses und mehrere zweite Auslöserippen 90p auf der druckseitigen Wand des Flügelprofilabschnitts. Ein sich in der Profilsehnenrichtung erstreckender Umlenkdurchlaß 91 bringt den zweiten Durchlaß 86 mit dem dritten Durchlaß 88 in Strömungsverbindung. Der sich in der Profilsehnenrichtung erstreckende Umlenkdurchlaß 91 hat ein Eckgebiet 91c. Eine Leitschaufel 92 erstreckt sich zwischen der saugseitigen Wand und der druckseitigen Wand und hat Abstand von der ersten Leitwand 48, so daß zwischen ihnen ein Teildurchlaß 94 verbleibt. Wenigstens eine abgewinkelte Auslöserippe 96 erstreckt sich längs der saugseitigen Wand von dem stromabwärtigen Ende der Leitschaufel zu der Wand über den Teildurchlaß. Die abgewinkelte Auslöserippe ist schräg zu der sich nähernden Strömung angeordnet und bildet einen spitzen Winkel mit der ersten Leitwand 48. Die Leitschaufel 92 und der Teildurchlaß 94 sind in dem Umlenkdurchlaß 91 stromaufwärts des Eckgebietes 91c angeordnet. Mehrere Umlenkschaufeln 98 erstrecken sich zwischen der saugseitigen Wand und der druckseitigen Wand, um die Strömung aus dem zweiten Durchlaß 86 in den dritten Durchlaß 88 zu leiten. Mehrere Auslöserippen 100p und 100s sind in dem dritten Durchlaß 88 angeordnet.

Der erste Umlenkdurchlaß 82 hat ein Eckgebiet 102. Dieser Umlenkdurchlaß hat eine Leitschaufel 104 stromaufwärts des Eckgebietes und mit Abstand von der zweiten Leitwand 74, so daß zwischen ihnen ein Teildurchlaß 106 verbleibt. Eine Auslöserippe 108 erstreckt sich von der Leitschaufel 104 zu der zweiten Leitwand 74. Die Auslöserippe 108 ist schräg zu der sich nähernden Strömung angeordnet und bildet mit der zweiten Leitwand 74 einen spitzen Winkel. Der Winkel zwischen der Auslöserippe 108 und der zweiten Leitwand 74 beträgt ungefähr 45°. Es wird angenommen, daß Auslöserippen mit einem Winkel, der zwischen 15° und 60° liegt, sich als wirksam erweisen werden, und zwar in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Strömung in dem Durchlaß und der Höhe der Auslöserippen.

Das Hinterkantengebiet 76 ist über mehrere in gegenseitigem Abstand angeordnete Sockel 112 in Strömungsverbindung mit dem Arbeitsmediumströmungsweg. Die Sockel 112 erstrecken sich jeweils zwischen der saugseitigen Wand 38 und der druckseitigen Wand 4 2, um die Strömung örtlich zu blockieren und um mit der zweiten Leitwand 74 einen sich in Richtung der Spannweite erstreckenden Durchlaß 114 für Kühlluft zu begrenzen. Der Durchlaß 114 hat ein Eckgebiet 118 an der ersten Leitwand 48 und der zifeiten Leitwand 74 in dem Bereich, wo der Durchlaß seine Strömung zwischen den Sockeln 112 hindurch an den Arbeitsmediumströmungsweg abgibt. Mehrere Äuslöserippen 122 sind schräg zu der sich nähernden Strömung längs der Leitwand 74 in dem Hinterkantengebiet 76 und in dem Eckgebiet 118 angeordnet. Zu den Auslöserippen gehören erste Auslöserippen 122s auf der saugseitigen Wand 38 und zweite Auslöserippen 122p auf der druckseitigen Wand 42.

Fig. 2 ist eine Querschnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und zeigt die saugseitige Wand 38 und die druckseitige Wand 42 des Flügelprofilabschnittes 16. Es sind

die Auslöserippen 62p und 62s gezeigt, die von der druckseitigen Wand bzw. der saugseitigen Wand vorstehen, sowie die Auslöserippen 91p, 91s und 100p, 100s. Die Leitschaufel 104 erstreckt sich zwischen der druckseitigen Wand 4 2 und der saugseitigen Wand 38, um zwischen sich und der Leitwand 74 den Durchlaß 106 zu bilden. Die abgewinkelte Auslöserippe 108 erstreckt sich zwischen der Leitschaufel 104 und der Leitwand 74.

Fig. 3 ist eine perspektivische Teilansicht des Eckgebietes 91c in Fig. 1. Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 3. Die Leitschaufel 92 ist mit Abstand von der benachbarten Leitwand 48 angeordnet, so daß zwischen ihnen der Teildurchlaß 94 verbleibt. Die abgewinkelte Auslöserippe 96s auf der saugseitigen Wand 38 er streckt sich von dem stromabwärtigen Ende der Leitschaufel 92 zu der Leitwand 48 und ist schräg zu der sich nähernden Strömung angeordnet, die durch die Leitschaufel 92 zu der Auslöserippe 96s geleitet wird. Eine entsprechende abgewinkelte Auslöserippe 96p erstreckt sich auf der druckseitigen Wand 4 2 zwischen der Leitschaufel 92 und der Leitwand 48. Eine vertikale Auslöserippe 96v auf der Leitwand 48 verbindet die Auslöserippe 96s mit der Auslöserippe 96p.

Im Betrieb der umlaufenden Maschine strömen heiße Arbeitsmediumgase über die Außenoberfläche des Flügelprofilabschnitts 16 hinweg. Wärme wird von den Gasen auf die saugseitige Wand 38 und die druckseitige Wand 4 2 übertragen. Kühlluft strömt aus dem ersten Kanal 24 durch den ersten Durchlaß 56 und durch den Spitzendurchlaß 58, um die Temperatur der Laufschaufel 10 zu verringern. Wenn die Kühlluftströmung über die Auslöserippen 6 2s, 6 2p und die Auslöserippen 66s, 66p hinweggeht, verursachen die Auslöserippen Wirbel in der Strömung und Turbulenz in der Grenzschicht, wodurch die

Wärmeübertragung durch Konvektion zwischen den Wänden und der Kühlluft gesteigert wird« Zusätzlich zu dieser Konvektionskühlung in dem ersten Durchlaß 56 und dem Spitzendurchlaß 58 erfolgt eine Filmkühlung mittels Kühlluft, die durch die Kühllöcher 64 in dem Vorderkantengebiet hindurchströmt,. Die Filmkühllöcher 64 sind unter einem stumpfen Winkel zu der Vorderkante 34 und zu der sich nähernden Strömung in dem Kühlluftdurchlaß 56 angeordnet. Die abgewinkelten Kühlluftstrahlen haben jeweils eine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Spannweite längs der Vorderkante 34. Wegen der Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Spannweite streicht die Kühlluft über einen größeren Bereich hinweg als in dem Fall„ in welchem die Kühlluftstrahlen keine Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Spannweite haben. Die Kühlluft wird aus dem Spitzendurchlaß 58 über die Kühlluftlöcher 68 in der druckseitigen Wand 42 zur Filmkühlung des Spitzengebietes abgegeben. Weil der statische Druck in dem Arbeitsmediums trömungsweg auf der druckseitigen Wand 42 größer ist als der statische Druck auf der saugseitigen Wand 38, wird angenommen, daß die Kühlluft aus den Löchern 68 über die Spitze der Schaufel hinwegstreicht und eine Filmkühlung des rückwärtigen Teils der Spitze der Schaufel bewirkt. Der übrige Teil der Kühlluft wird über das Loch 72 in dem Hinterkantengebiet 76 der Schaufel abgegeben. Gelegentlich werden ein oder mehrere Kühllöcher 64 in dem Vorderkantengebiet 34 durch Teilchen verstopft, wenn die Teilchen durch das Triebwerk hindurchgehen und auf die Schaufel aufprallen. Die verstopften Löcher können keine Kühlluft durchlassen. Die Löcher 68 und 72 lassen diese zusätzliche Luftmenge durch, um zu gewährleisten, daß in dem ersten Durchlaß 56 und in dem Spitzendurchlaß 58 eine ausreichende Konvektionskühlung erfolgt.

Kühlluft strömt aus dem zweiten Kanal 26 durch den zwei-

- yi -

ten Durchlaß 86 zu dem sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Umlenkdurchlaß 91. Die Leitschaufel 92 stromaufwärts des Eckgebietes 91c in dem Umlenkdurchlaß bildet darin einen Teildurchlaß 94 zum Leiten eines Teils der Kühlluft über die Auslöserippen 96p, 96s und 96v in das Eckgebiet 91c des sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Umlenkdurchlasses 91. Die Auslöserippen 96s und 96p, die sich über den Teildurchlaß 94 erstrecken, sind gegen die Leitwand 48 und die Leitschaufel 92 sowie zu der sich nähernden Strömung hin abgewinkelt- Die beiden Auslöserippen 96s und 96p (auf der saugseitigen bzw. druckseitigen Fläche) haben eine kumulative Höhe zwischen den beiden Auslöserippen von 15% der Höhe des Durchlasses .

Gemäß Fig. 3 vergrößert die Leitschaufel 92 die Kühlluftströmung zu der Auslöserippe, wodurch die Menge und die Geschwindigkeit der Wirbel, welche durch die Auslöserippen abgelöst werden, vergrößert werden. Jeder Wirbel hat eine Geschwindigkeitskomponente zu der Leitwand 48 hin. Die Wirbel bewegen sich in das Eckgebiet. Die Wirbel in dem Eckgebiet vergrößern die Wärmeübertragung in diesem Gebiet aufgrund der Turbulenz, die sie verursachen, und vergrößern die Strömung in diesem Gebiet aufgrund ihrer Geschwindigkeitskomponente in der Profilsehnenrichtung, die entgegengesetzt zu der Umlenkströmung gerichtet ist. Zusätzlich zu dnn Wirbeln bewirken dio Auslöserippen 9f>, daß ein Teil der Strömung in dem . Teildurchlaß 94 stromaufwärts der Auslöserippen 96 zu der Leitwand 48 hin abgelenkt wird, wie es durch die beiden Stromlinien in dem Gebiet dor Auslöserippe gezeigt ist.

Ebenso hat das Eckgebiet 102 eine Leitschaufel 104, die einen Teildurchlaß 106 bildet, und eine Auslöserippe 108, die Wirbel stromabwärts des Teildurchlasses verursacht

- yi -

und einen Teil der Strömung zu der zweiten Leitwand 74 hin ablenkt, um eine Ablösung der Strömung von der Seite der Leitwand zu unterdrücken, wenn die Strömung in das Hinterkantengebiet 76 eintritt. Die einzelne Auslöserippe 108 in dem Eckgebiet 102, die sich über den Teildurchlaß 106 erstreckt, erstreckt sich auf einer Höhe, die ungefähr 15% der Gesamthöhe des Teildurchlasses 106 beträgt. Das gleiche wiederholt sich in dem Eckgebiet 118 mittels der abgewinkelten Auslöserippen längs des gesamten Durchlasses 114. Wenn sich die Kühlluft durch den Durchlaß 114 bewegt, wird ein Teil der Strömung zwischen den in gegenseitigem Abstand angeordneten Sockeln 112 abgegeben. Das Weglenken der Strömung von der Leitwand 74 durch die Sokkel 112 bewirkt, daß sich die Strömung von der Leitwand 74 ablöst. Die Auslöserippen 122s, 122p sind schräg zu der sich nähernden Kühlluftströmung angeordnet und gegen die Leitwand 74 abgewinkelt, um Wirbel zu bilden und die Strömung auf der gesamten Länge des Durchlasses 114 zu der Leitwand 74 hin abzuleiten. Die Geschwindigkeit der Strömung zu der Leitwand 74 und die Größe der Strömung längs der Leitwand 74 unterdrücken die Strömungsablösung an der Leitwand und führen daher zu einer zufriedenstellenden Kühlung des Leitwandgebietes. Die abgewinkelten Auslöserippen 122 sorgen außerdem für eine ausreichende Kühlung des Eckgebietes 118, und zwar wegen der größeren Bewegungsenergie der Strömung längs der Leitwand 74, die bewirkt, daß die Kühlluftströmung in das Eckgebiet geleitet wird, wo die Luft das Eckgebiet kühlt, Nachdem die Strömung durch das Eckgebiet 118 hindurchgegangen ist, wird sie über das Flin terkan tengebiet 76 der Schaufel 10 in den Arbeitsmediumströmungsweg abgegeben.

Claims

Patentansprüche ;

Kühlbare mehrzügige Schaufel mit inneren Wänden (48, 4, 84), die sich zwischen der druckseitigen Wand (42) und der saugseitigen Wand (38) der Schaufel (10) erstrecken und Durchlässe (56, 86, 88) innerhalb der Schaufel abteilen, und mit einem sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Durchlaß (91) zum Umlenken der Kühlströmung bezüglich der Durchlässe, wobei der sich in der Profilsehnenrichtung erstreckende Durchlaß (91) durch eine der inneren Wände begrenzt wird, gekennzeichnet durch:

eine Leitschaufel (92), die sich zwischen der saugseitigen Wand (38) und der druckseitigen Wand (42) erstreckt und mit Abstand von der ersten Wand (48) angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein Teildurchlaß (94) vorhanden ist, und

wenigstens eine Auslöserippe (96) in dem sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Durchlaß (91), die schräg zu der sich nähernden Kühlluftströmung angeordnet ist, um die Ablösung der Strömung von der inneren Wand zu unterdrücken, und die sich unter einem spitzen

Winkel von der Wand (48) zu der Leitschaufel (92) erstreckt, um einen Teil der Strömung in dem Teildurchlaß (94) gegen die Wand zu leiten und in der Grenzschicht an der Wand Turbulenz zu verursachen.
2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg angeordnete Auslöserippe (96s) eine erste schräg angeordnete Auslöserippe ist, die sich auf der saugseitigen Wand (38) über den Teildurchlaß (94) von der Leitschaufel (92) zu der Wand (48) erstreckt, und eine zweite schräg angeordnete Auslöserippe (96p), die sich auf der druckseitigen Wand (42) über den Teildurchlaß (94) von der Leitschaufel (92) zu der Wand (48) erstreckt.
3. Schaufel nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine dritte Auslöserippe (96v), die sich auf der ersten Wand (48) von der ersten schräg angeordneten Auslöserippe (96s) zu der zweiten schräg angeordneten Auslöserippe (96p) erstreckt.
4. Schaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß eine Höhe (h) hat und daß die Höhe des Durchlasses an der Stelle der Auslöserippe (96s) auf der saugseitigen Wand (38) um ungefähr 15% verkleinert ist.
5. Kühlbare Laufschaufel für eine Axialströmungsmaschine, gekennzeichnet durch:

einen Wurzelabschnitt (12), mittels welchem die Laufschaufel (10) in eine Rotorbaugruppe einfaßt und welcher eine sich in der Profilsehnenrichtung erstreckende Wurzelwand (22), einen ersten Kanal (24), der über die Wurzelwand mit einer Kühlluftquelle in Strömungsverbindung steht, einen zweiten Kanal (26), der mit einer Kühlluftquelle in Strömungsverbindung steht, und

einen dritten Kanal (28) hat, der sich durch die Wurzelwand erstreckt, und

einen Flügelprofilabschnitt (16) mit: einer Vorderkante (34),
einer Hinterkante (36),
einer saugseitigen Wand (38),

einer druckseitigen Wand (42), die mit der saugseitigen Wand an der Vorderkante und an der Hinterkante verbunden und mit Abstand von der saugseitigen Wand angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum (44) vorhanden ist,

einer Spitzenwand (46), die sich in der Profilsehnenrichtung zwischen der saugseitigen Wand (38) und der druckseitigen Wand (42) erstreckt, einer ersten Leitwand (48), die sich in Richtung der Spannweite erstreckt, Abstand von der Vorderkante (34) hat, sich in der Profilsehnenrichtung erstreckt und Abstand von der Spitzenwand (46) hat, um den Hohlraum (44) in einen hinteren Teil (54) , einen vorderen Teil (52), der einen ersten Durchlaß (56) hat, und einen Spitzenteil zu unterteilen, der einen Spitzendurchlaß (58) hat, welcher mit dem ersten Durchlaß (56) in Strömungsverbindung steht, einer zweiten Leitwand (74), die sich in Richtung der Spannweite von der ersten Leitwand (48) aus erstreckt, um den hinteren Teil (54) des Hohlraums (44) in ein Hinterkantengebiet (76) und ein in Profilsehnenmitte gelegenes Gebiet (78) zu unterteilen, und mit Abstand von der Wurzelwand (22) in dem Wurzelabschnitt (12) angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein sich in der Profilsehnenrichtung erstreckender erster Umlenkdurchlaß (82) vorhanden ist, einer dritten Leitwand (84), die sich in Richtung

der Spannweite erstreckt, um das in Profilsehnenmitte gelegene Gebiet (78) der Laufschaufel (10) in einen zweiten Durchlaß (86), der sich von dem Wurzelgebiet nach außen zu dem sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Teil der ersten Leitwand (48) erstreckt, und einen dritten Durchlaß (88) zu unterteilen, der sich von dem sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Teil der ersten Leitwand (48) aus nach innen erstreckt, wobei die dritte Leitwand (84) mit Abstand von dem sich in der Profilsehnenrichtung erstreckenden Teil der ersten Leitwand angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein sich in der Profilsehnenrichtung erstreckender zweiter Umlenkdurchlaß (91) vorhanden ist,

wobei der erste Durchlaß (56) mit dem ersten Kanal (24) in Strömungsverbindung steht, wobei der erste Durchlaß (56) mehrere Auslöserippen (62) hat, die sich über den ersten Durchlaß normal zu der Strömungsrichtung erstrekken, und wobei die Vorderkante (34) mehrere Filmkühllöcher (64) hat, die sich durch die Vorderkante erstrekken, mit der sich nähernden Strömung einen stumpfen Winkel bilden und den ersten Durchlaß (56) mit dem Arbeitsmediums trömungsweg in Strömungsverbindung bringen, wobei sich zweite Auslöserippen (66s, 66p) über den Spitzendurchlaß (58) auf der saugseitigen Wand (38) und der druckseitigen Wand (42) normal zu der Strömung erstrecken und wobei mehrere Löcher (68) in der druckseitigen Wand (42) und ein Loch (72) in dem Hinterkantengebiet (76) den Spitzendurchlaß (58) mit dem Arbeitsmediumströmungsweg in Strömungsverbindung bringen, wobei der zweite Durchlaß (86) mit dem zweiten Kanal (26) in Strömungsverbindung steht und mehrere Auslöserippen

(90) normal zu der Strömungsrichtung hat, wobei sich der zweite Umlenkdurchlaß (91) zwischen dem zweiten Durchlaß (86) und dem dritten Durchlaß (88) erstreckt und mehrere Umlenkschaufeln (98) zum Umlenken der Strömung und eine sich zwischen der saugseitigen Wand (38) und der druckseitigen Wand (42) erstreckende Leitschaufel (92) hat, die mit Abstand von der ersten Leitwand (48) angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein Teildurchlaß (94) vorhanden ist, und wenigstens eine abgewinkelte Auslöserippe (96), die sich auf der druckseitigen oder auf der saugseitigen Wand von der Leitschaufel (92) zu der ersten Leitwand (48 ) über den Teildurchlaß erstreckt,

wobei der dritte Durchlaß (88) mehrere Auslöserippen (100) hat, die sich normal zu der sich nähernden Strömung über den Durchlaß erstrecken,

wobei der erste Umlenkdurchlaß (82) sich zwischen dem dritten Durchlaß (88) und dem Hinterkantengebiet (76) der Laufschaufel (10) erstreckt, um das Hinterkantengebiet der Laufschaufel mit dem dritten Durchlaß (88) in Strömungsverbindung zu bringen,

wobei der erste Umlenkdurchlaß (82) eine Leitschaufel (104) hat, die sich zwischen der saugseitigen Wand (38) und der druckseitigen Wand (42) erstreckt und reit Abstand von der zweiten Leitwand (74) angeordnet ist, so daß zwischen ihnen ein Teildurchlaß (106) vorhanden ist, und wenigstens eine abgewinkelte Auslöserippe (108), die sich auf der druckseitigen Wand oder auf der saugseitigen Wand von der Leitschaufel (104) zu der dritten Leitwand (84) über den Teildurchlaß (106) erstreckt und schräg zu der sich nähernden Strömung angeordnet ist, und

wobei das Hinterkantengebiet (76) der Laufschaufel (10) mehrere in gegenseitigem Abstand angeordnete Sockel (112) hat, die sich zwischen der saugseitigen Wand (38) und der

druckseitigen Wand (42) erstrecken, um die Kühlluft aus der Laufschaufel abzugeben, und die mit Abstand von der zweiten Leitwand (74) angeordnet sind, um einen Durchlaß (114) für Kühlluft in dem hinteren Teil der Laufschaufel zu begrenzen, wobei dieser Durchlaß mehrere Auslöserippen (122) hat, die schräg zu der sich nähernden Strömung angeordnet sind und mit der zweiten Leitwand (74) einen spitzen Winkel bilden.