DE3306894A1

DE3306894A1 - Turbinenleit- oder laufschaufel mit kuehlkanal

Info

Publication number: DE3306894A1
Application number: DE19833306894
Authority: DE
Inventors: Herbert 8065 Kleinberghofen Gumber
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1983-02-26
Filing date: 1983-02-26
Publication date: 1984-08-30

Description

Turbinenleit- oder Laufschaufel mit Kühlkanal
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit zumindest einem Kühlkanal für den Durchsatz eines Kühlmediums (z.B. Luft oder Wasser).
Turbinenschaufeln von Triebwerken sind im Betrieb extremen Temperaturbelastungen ausgesetzt und weisen bekannterweise Kühlkanäle zum Kühlen der Schaufel im Betrieb auf.
Die Kühlkanäle erstrecken sich im wesentlichen radial durch die Turbinenschaufel von der Turbinenschaufelbasis bis zur Turbinenschaufelspitze als durchgehende geradlinige Öffnung. Die Kühlluft tritt an der Turbinenschaufelbasis durch eine geeignete Zuleitung in den Kühlkanal ein und gelangt von dort radial nach außen zur Spitze der Turbinenschaufel. Es hat sich gezeigt, daß in vielen Fällen das durchgehende Kühlmedium keine ausreichende Absenkung der Bauteiltemperatur herbeiführt, weil die Wärmeübertragungsmöglichkeiten einfacher Kühlkanäle begrenzt sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Turbinenschaufel der eingangs genannten Art, bei der mit Hilfe einfacher baulicher Mittel das durch die Kühlkanäle der Turbinen schaufel geleitete Kühlmedium wirkungsvoll zum Kühlen der Schaufel im Betrieb eingesetzt wird, ohne daß nennenswerte Nachteile hinsichtlich der Stabilität der Schaufel und des dynamischen Laufverhaltens in Kauf genommen werden müssen.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß im Kühlkanal ein flächiger wärmeleitender Einsatz angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise ist der Einsatz dünnwandig eben oder schraubenförmig als Wendel ausgebildet.
Ein guter Halt und ein guter Wärmeübergang ist gewährleistet, wenn der Einsatz im Kühlkanal der Turbinenschaufel eingelötet ist.
Ein spannungsfreier Sitz des Einsatzes in der Turbinenschaufel im Betrieb ist gegeben, wenn der Einsatz aus einem Material wie die Turbinenschaufel selbst gebildet ist, oder aufgrund seiner Dickenverhältnisse elastische Eigenschaften besitzt.
In alternativer Weise kann aber auch der Einsatz aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sein, der geringfügig größer oder kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Turbinenschaufel. Durch die Lötverbindung wird ein guter Wärmeübergang von der Turbinenschaufel zum flächigen Einsatz geschaffen. Gleichermaßen erhöht sich der Halt des Einsatzes im Betrieb.
Ein leichter Einbau eines Einsatzes im Kühlkanal einer Turbinenschaufel ist möglich, wenn der Einsatz aus flexiblem Material gebildet ist.
Um unterschiedliche Strömungsverhältnisse der Kühlluft zu realisieren, weist der Einsatz bevorzugt eine einstellbare Steigung auf.
Sehr-gute Wärmeübergangsverhältnisse werden erzielt, wenn der Einsatz zusätzlich mit Längsrippen versehen ist. Die Längsrippen sind bei wendelförmigem Einsatz schraubenförmig in der Kühlluftbohrung angeordnet.
Mithin wird durch die Erfindung die Wärmeübertragungsfläche nach dem Stand der Technik wesentlich erhöht. Nach dem Stand der Technik ist die effektive Wärmeübertragungsfläche die Innenwandung des Kühlkanals der Turbinenschaufel, nach der Erfindung wird zusätzlich die vergleichsweise große Oberfläche des wärmeleitenden Einsatzes für eine Wärmeübertragung zur Verfügung gestellt.
Da der äußere Rand des Einsatzes durch die Lötverbindung in einem eingreifenden Paßsitz zur Innenwandung des Kühlkanals der Turbinenschaufel steht, tritt zwischen dem Turbinenschaufelkörper und dem flächigen wärmeleitenden Einsatz im Betrieb gute Wärmeleitung ein. Die in den Einsatz eingeleitete Wärme wird durch das vorbeistreichende Kühlmedium effektiv abgeführt. Der flächige Einsatz ist strömungsgünstig gestaltet, so daß nur geringe Druckverluste im Kühlsystem hingenommen werden müssen. Der Einsatz weist nur eine geringe Masse auf, die das statische und dynamische Verhalten der Turbinenschaufel im Betrieb nicht beeinträchtigt. Gleichwohl ist ein fester Halt des Einsatzes im Kühlkanal sichergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Laufschaufel als Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine Turbinenschaufel gemäß der Erfindung in schematischer Draufsicht, Fig. 2 die Turbinenschaufel gemäß Fig. 1 in schematischer Stirnansicht, und Fig. 3 einen erfindungsgemäß verwendeten flächigen Einsatz in einer Seitenansicht.
Die in Fig. 1 veranschaulichte im Betrieb sich drehende Turbinenschaufel 1 besitzt in Radialerstreckung einen durchgehenden Kühlkanal 4 mit Kreisquerschnitt, der sich zumindest im heißen Teil der Schaufel von der Nabenplattform 6 sich bis hin zum Turbinenschaufelende 2 geradlinig erstreckt. Der Eingang des Kühlkanals 4 im Bereich der Turbinenschaufelbasis 3 ist an ein (nicht gezeigtes) Zuführsystem des Kühlmediums angeschlossen, durch das im Betrieb ein kaltes Fluid unter Druck in den Kühlkanal 4 eingeleitet wird.
Im Kühlkanal 4 ist gemäß der Erfindung ein flächiger wärmeleitender Einsatz 5 in Form einer Wendel gemäß Fig. 3a oder in Form eines ebenen Steifens gemäß Fig. 3b durch Einlöten eingesetzt, und so mit dem Turbinenschaufelkörper verbunden, wie dies auch Fig. 2 zu entnehmen ist.
Ersichtlich wird durch die Einsätze gemäß Fig. 3a oder 3b eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche geschaffen, so daß das durch den Kühlkanal 4 hindurchtretende Kühlmedium Wärme aus dem Turbinenschaufelkörper effektiv abführt wodurch die Turbinenschaufel unter besonders guter Ausnutzung des Kühlmediums gekühlt wird.

Claims

Patentansprüche f Turbinenschaufel mit zumindest einem Kühlkanals für den Durchsatz eines Kühlmediums, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkanal (4) ein flächiger, wärmeleitender Einsatz (5) angeordnet ist.
2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) schraubenförmig und dünnwandig als Wendel ausgebildet ist.
3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) im Kühlkanal (4) eingelötet ist.
4. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie die Turbinenschaufel (1) besteht.
I 5. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist, der im wesentlichen gleich ist dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Turbinenschaufel (1).
6. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand des geraden oder schraubenförmigen Einsatzes (5) wenigstens partiell in einem Paßsitz zur Innenwandung des Kühlkanals (5) steht.
7. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) aus flexiblem Material gebildet ist.
8. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des schraubenförmigen Einsatzes (5) einstellbar ist.
9. Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) nach Bedarf zusätzliche Längsrippen aufweist.