DE3523145A1

DE3523145A1 - STATOR BLADE

Info

Publication number: DE3523145A1
Application number: DE19853523145
Authority: DE
Inventors: David Glenn Loveland Ohio Cherry; Dean Thomas Lenahan; Harvey Michael Maclin; Mikio Cincinnati Ohio Suo
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-07-02
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1986-01-09
Also published as: FR2568938A1; IT1185174B; GB2161220A; GB2161220B; FR2568938B1; JPS6123803A; IT8521411A0; GB8515742D0

Description

StatorschaufelStator blade

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Statorschaufeln für Gasturbinenmotoren bzw. -triebwerke und insbesondere auf segmentierte Turbinenstatorschaufeln.The invention relates generally to stator blades for Gas turbine engines, and particularly segmented ones Turbine stator blades.

Gasturbinenmotoren bzw. -Triebwerke enthalten im allgemeinen einen Verdichter zum Verdichten der durch das Triebwerk strömenden Luft, einen Brenner, in dem Brennstoff mit der verdichteten Luft gemischt und gezündet wird zur Bildung einer Gasströmung mit hoher Energie, und eine Turbine, die einen Rotor zum Antrieb des Verdichters aufweist. Die Turbine weist eine Anzahl von Schaufeln auf, die mit dem Rotor verbunden und hinter dem Brenner und innerhalb der GasStrömungsbahn angeordnet sind, um der Gasströmung nutzbare Energie zu entziehen. Um die Menge der entzogenen Energie zu optimieren, ist üblicherweise.eine Anordnung von Schaufeln zwischen dem Brenner und den Turbinenschaufeln angeordnet, um die Gasströmung zu drehen. Indem der Strömung eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung gegeben wird, sind höhere Turbinenschaufelgeschwindigkeiten erzielbar.Gas turbine engines generally include a compressor for compressing the gas flowing through the engine Air, a burner in which fuel is mixed with the compressed air and ignited to form a High energy gas flow, and a turbine that has a rotor to drive the compressor. The turbine points a number of blades connected to the rotor and positioned after the burner and within the gas flow path are to extract usable energy from the gas flow. To optimize the amount of energy withdrawn, is usually.an arrangement of blades between the Burner and the turbine blades arranged to rotate the gas flow. By adding a speed component to the flow given in the circumferential direction are higher turbine blade speeds achievable.

Eine übliche Schaufelanordnung enthält mehrere, in ümfangsrichtung angeordnete Blätter oder stromlinienförmige Schaufelteile, die radial zwischen inneren und äußeren Mänteln oder Bändern angebracht sind. Bisher wurden zwei Arten von Schaufelanordnungen verwendet, nämlich eine einzige Anordnung von Schaufeln, in der die inneren und äußeren Bänder im wesentlichen ohne Unterbrechungen zusammenhängen, und denjenigen, bei denen die Bänder segmentiert sind und einen oder mehrere stromlinienförmige Abschnitte pro Segment aufweisen.A common blade arrangement contains several in the circumferential direction arranged blades or streamlined blade parts radially between inner and outer shells or Ribbons are attached. Two types of vane assemblies have been used heretofore, namely a single assembly of Blades in which the inner and outer bands are connected essentially without interruptions, and those in which the bands are segmented and have one or more streamlined sections per segment.

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Statorschaufeln mit Segmentenbändern haben einen Spalt zwischen benachbarten Segmenten. Dieser Spalt erlaubt eine unterschiedliehe thermische Expansion der Segmente, wodurch ein Verbiegen der Segmente verhindert wird. Der Spalt erlaubt jedoch auch, daß die heißen Gase aus der Strömungsbahn austreten bzw. lecken oder daß auf einem höheren Druck befindliche Kühlluft auf der Rückseite des Bandes in die Strömungsbahn austritt bzw. leckt. Darüber hinaus unterbricht die Spaltlinie den glatten übergang zwischen benachbarten Schaufeln, wodurch die aerodynamische Leistungsfähigkeit der Schaufelanordnung vermindert wird, was insbesondere für die Hochgeschwindigkeits-Strömungsfeider gilt, die für Verdichterantriebsturbinen typisch sind.Stator blades with segment bands have a gap between adjacent segments. This gap allows a different thermal expansion of the segments, which prevents the segments from bending. However, the gap also allows that the hot gases escape from the flow path or leak or that cooling air at a higher pressure on the The back of the tape leaks or leaks into the flow path. In addition, the split line interrupts the smooth transition between adjacent blades, whereby the aerodynamic performance of the blade arrangement is reduced, which in particular the following applies to the high-speed current feathers, which are typical of compressor drive turbines.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Statorschaufelsektor für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen. Dieser Statorschaufelsektor soll eine verbesserte Strömungsbahn und Oberfläche aufweisen. Ferner sollen eine verbesserte Bandkühlung und geringere Leistungsverluste erreicht werden.It is an object of the invention to provide a new and improved stator blade sector for a gas turbine engine. This stator blade sector is said to have an improved flow path and surface. In addition, the aim is to improve the belt cooling and lower power losses can be achieved.

Ein Statorschaufelsektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen stromlinienförmigen Abschnitt mit äußeren und inneren ümfangsbandsegmenten auf. Das Blatt bzw. der stromlinienförmige Abschnitt hat eine Druckseite und eine Saugseite und radial äußere und innere Enden. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Bandsegmente sind einstückig mit den äußeren bzw. inneren Enden und erstrecken sich von der Saugseite des Blattes weg.A stator vane sector according to an embodiment of the invention has a streamlined section with outer and inner circumferential band segments. The blade or the streamlined section has a pressure side and a suction side and radially outer and inner ends. The band segments running in the circumferential direction are integral with the outer ones and inner ends, respectively, and extend away from the suction side of the sheet.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the description and drawing of exemplary embodiments explained in more detail.

Figur 1 ist eine schematische Ansicht von einem Gasturbinentriebwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 1 is a schematic view of a gas turbine engine according to an embodiment of the invention.

Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht von Statorschaufelsektoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 2 is a perspective view of stator vane sectors according to an embodiment of the invention.

Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht von einem Statotschaufelsektor gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 3 is a perspective view of a stator blade sector according to another embodiment of the invention.

Figur 1 zeigt einen Gasturbinenmotor bzw. ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Bläser 12, einem Verdichter 14,.einem Brenner 16, einer Hochdruckturbine 18 und einer Niederdruckturbine 20. Zwischen dem Brenner 16 und der Hochdruckturbine 18 ist ein Turbinenstator 22 angeordnet. Der Stator 22 enthält mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Schaufeln, die der Gasströmung aus dem Brenner 16 eine Umfangskomponente erteilen, um die Schaufelgeschwindigkeit der Turbine 18 zu vergrößern.Figure 1 shows a gas turbine engine or a gas turbine engine 10 with a fan 12, a compressor 14, .a burner 16, a high pressure turbine 18 and a low pressure turbine 20. A turbine stator 22 is arranged between the burner 16 and the high-pressure turbine 18. The stator 22 includes several in Circumferentially arranged blades, which give the gas flow from the burner 16 a circumferential component to the blade speed the turbine 18 to enlarge.

Figur 2 zeigt einen Teil des Stators 2 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer. Der Stator 22 enthält mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Statorschaufelsektoren 24. Jeder Sektor 24 weist ein Blatt bzw. einen stromlinienförmigen Ab- _x schnitt 26 mit einer Druckseite 28 und einer Saugseite 30 auf. Zusätzlich hat jedes Blatt 26 ein radial äußeres Ende 32 und ein radial inneres Ende 34. Der Statorschaufelsektor 24 weist ferner ein äußeres Umfangsbandsegment 3 6 und ein inneres Umfangsbandsegment 38 auf.Figure 2 shows part of the stator 2 2 according to an embodiment of the invention in more detail. The stator 22 includes a plurality of circumferentially disposed Statorschaufelsektoren 24. Each sector 24 has a blade or an airfoil section waste _x 26 with a pressure side 28 and a suction side 30. Additionally, each blade 26 has a radially outer end 32 and a radially inner end 34. The stator vane sector 24 further includes an outer peripheral band segment 36 and an inner peripheral band segment 38.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die äußeren und inneren Bandsegmente 36 und 38 integral bzw. einteilig mit äußeren und inneren Blattenden 32 bzw. 34 ausgebildet sein. Die Bandsegmente 36 und 38 können jedoch auch auf andere Weise mit den Enden 32 und 34 verbunden sein, beispielsweise durch Hartlöten, Diffusionsbindung oder andere dauerhafte Befestigungsmittel. Jedes Bandsegment 36 und 38 erstreckt sich von der Saugseite 30 des Blattes 26 weg.In a preferred embodiment of the invention, the outer and inner band segments 36 and 38 may be integral or formed in one piece with outer and inner blade ends 32 and 34, respectively be. However, the band segments 36 and 38 can also be connected to the ends 32 and 34 in other ways, for example by brazing, diffusion bonding, or other permanent fasteners. Each belt segment 36 and 38 extends away from the suction side 30 of the sheet 26.

Jedes Bandsegment 36 und 38 enthält eine axial gerichtete Ausnehmung 40 an dem von dem Blatt 26 am weitesten entfernten Segmentende. Jedes Blatt 26 enthält in ähnlicher Weise eine Ausnehmung 42, die der Kontur des Blattes 26 folgt und mit einer Ausnehmung 40 eines benachbarten Statorschaufelsektors 24 imEach belt segment 36 and 38 contains an axially directed recess 40 at the segment end furthest from the blade 26. Each sheet 26 similarly contains a recess 42, which follows the contour of the blade 26 and with a recess 40 of an adjacent stator blade sector 24 in the

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allgemeinen fluchtend ausgerichtet ist. Bei dieser Anordnung wird eine Trennlinie 43 durch den Eingriff von jedem Wandsegment mit der Druckseite der benachbarten Schaufel gebildet. Diese Linie stellt eine Leckbahn zwischen der inneren Strömungsbahn 44 und jedem Raum 46 radial außen von der Strömungsbahn 44 dar. Um die dazwischen auftretende Leckage zu vermindern, können.geeigneten Dichtungsmittel entlang dieser Linie verwendet werden. Beispielsweise kann eine mit den Ausnehmungen 40 und 42 zusammenpassende Scheibe oder Lehre 48 verwendet werden.is generally aligned. With this arrangement a dividing line 43 is formed by the engagement of each wall segment with the pressure side of the adjacent vane. These Line represents a leakage path between the inner flow path 44 and each space 46 radially outward of the flow path 44. In order to reduce the leakage occurring in between, suitable Sealant can be used along this line. For example, a matching with the recesses 40 and 42 Washer or gauge 48 can be used.

Im Betrieb strömen heiße Gase durch die innere Strömungsbahn 44 des Stators 22. Die Rückseite der äußeren und inneren Bandsegmente 36 und 38 kann dadurch gekühlt werden, daß unter hohem Druck stehende Kühlluft in jeden Raum 46 geleitet wird. Derartige Kühlluft hat einen höheren Druck als das Gas in der Strömungsbahn 44 und hat deshalb die Neigung, durch die gezeigten Trennlinien 46 in die Strömungsbahn 44 zu lecken. Da die Druckseite 28 auf einem höheren Druck ist als die Saugseite 30, wird \ durch Anordnung der Trennlinie in diesem Bereich, in dem der höchste Druck herrscht, die Leckmenge in die Strömungsbahn 44 verkleinert. Soweit eine derarige Leckage dennoch auftritt, hat die Kühlluft die Neigung, über die Innenflächen der Bandsegmente 36 und 38 zu strömen, wie es durch den Pfeil 52 gezeigt ist, wodurch eine Kühlung dieser Oberflächen erreicht wird. Somit wird die Leckage verkleinert und, soweit sie trotzdem auftritt, wird die austretende Luft auf wirksame Weise zur Bandkühlung verwendet. Da der der Druckseite 28 nächst gelegene Bereich auf dem höchsten Druck ist, .haben Gase in der Strömungsbahn 44 in diesem Bereich die kleinste Geschwindigkeit. Somit ruft die Leckluft, die in diesem Bereich in die Strömungsbahn 44 eintritt, den kleinstmöglichen aerodynamischen Verlust hervor.In operation, hot gases flow through the inner flow path 44 of the stator 22. The rear of the outer and inner belt segments 36 and 38 can be cooled by directing high pressure cooling air into each space 46. Such cooling air has a higher pressure than the gas in the flow path 44 and therefore has a tendency to leak into the flow path 44 through the separating lines 46 shown. Since the pressure side 28 is at a higher pressure than the suction side 30, \ is reduced by arrangement of the dividing line in the region in which the highest pressure prevails, the amount of leakage in the flow path 44th If such a leak nevertheless occurs, the cooling air has the tendency to flow over the inner surfaces of the belt segments 36 and 38, as is shown by the arrow 52, whereby a cooling of these surfaces is achieved. This reduces the leakage and, if it does occur, the escaping air is used effectively to cool the belt. Since the area closest to the pressure side 28 is at the highest pressure, gases in the flow path 44 have the lowest speed in this area. Thus, the leakage air which enters the flow path 44 in this area causes the smallest possible aerodynamic loss.

Bei bekannten segmentierten Turbinenschaufeln hat die Trennlinie die Neigung, die glatte Gasströmung zwischen den Schaufeln zu unterbrechen. Dies liegt daran, daß die Trennlinie nicht dem Strömungsfeld folgt und infolgedessen die Trennlinie überquert. Da das Strömungsfeld die Neigung hat, der Kontur der SchaufelIn known segmented turbine blades, the parting line tends to create a smooth gas flow between the blades to interrupt. This is because the parting line does not follow the flow field and consequently crosses the parting line. Since the flow field has the slope, the contour of the blade

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in der Nähe der Druckseite zu folgen, ha,t die Trennlinie 43 eine verminderte Tendenz, Strömungsstörungen hervorzurufen.near the print side, ha, t to follow the dividing line 43 a reduced tendency to cause flow disturbances.

Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der dort gezeigte Statorschaufelsektor weist mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Blätter bzw. stromlinienförmige Abschnitte auf. Beispielsweise zeigt das gezeigte Ausführungsbeispiel ein erstes Blatt 26a und ein zweites Blatt 26b. Die Blätter sind so angeordnet, daß die Saugseite 30 des Blattes 26a auf das zweite Blatt 26b gerichtet ist. Weiterhin sind alle Blätter des Sektors 24 fluchtend ausgerichtet, so daß die Saugseite von jedem Blatt auf die gleiche Umfangsrichtung gerichtet ist, wie es durch den Pfeil 50 gezeigt ist. Die äußeren und inneren Bandabschnitte 36 und 38 erstrecken sich von der Saugseite des ersten Blattes 26a weg, wie es in Figur 3 gezeigt ist.Figure 3 shows another embodiment of the invention. The stator blade sector shown there has several in the circumferential direction arranged sheets or streamlined sections. For example, the embodiment shown shows a first sheet 26a and a second sheet 26b. The sheets are arranged so that the suction side 30 of the sheet 26a on the second sheet 26b is directed. Furthermore, all blades of the sector 24 are aligned so that the suction side of each sheet is directed in the same circumferential direction, as shown by arrow 50. The outer and inner Belt sections 36 and 38 extend away from the suction side of the first sheet 26a, as shown in FIG.

Im Betrieb hat der in Figur 3 gezeigte Sektor 24 eine ähnliche Funktionsweise wie der in Figur 2 gezeigte. Wiederum vermindert die Anordnung der Trennlinie auf der Druckseite die Leckmenge in die Strömungsbahn 44. Jedoch erstreckt sich die Kühlwirkung auf den Bändern 36 und 38 von der auftretenden Kühlluftleckage nicht entlang der Oberfläche der Bänder 36 und zwischen den Blättern 26a und 26b.In operation, the sector 24 shown in Figure 3 has a similar one Function like that shown in FIG. Again, the arrangement of the dividing line on the pressure side reduces the amount of leakage into the flow path 44. However, the cooling effect on the belts 36 and 38 extends from the cooling air leakage that occurs not along the surface of belts 36 and between sheets 26a and 26b.

Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf Turbinenstatoren anwendbar; sie ist vielmehr in gleicher Weise auf Rotoren und Statoren anwendbar, die in Turbomaschinen verwendet werden.However, the invention is not only applicable to turbine stators; rather, it is the same on rotors and stators applicable, which are used in turbo machinery.

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Claims

Expectations

./ Stator vane sector with a streamlined section or a sheet that has a pressure side and a suction side and radially outer and inner ends, characterized in that it is integral with the outer and inner ends, respectively (32, 34) outer and inner circumferential band segments (26, 38) are provided, which extend from the Extending away the suction side (30) of the sheet (26).

2. stator blade sector according to claim 1, characterized in that first and second stator blade sectors arranged in the circumferential direction which are connectable along outer and inner lines created by the interlocking of the corresponding band segments of the first vane are formed with the leaf pressure side of the second vane.

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3. stator blade sector according to claim 1 or 2, characterized in that several circumferentially arranged, streamlined

Sections or sheets are provided which begin with a first sheet, each sheet being radially outer and has inner ends and a pressure side and a suction side, the suction side of the first sheet on the other sheets are directed and the suction side of each of the sheets are directed in a first circumferential direction and that outer and inner Umfangbandegmente are integrally formed with the outer and the inner ends and each other extend away from the suction side of the first sheet.