DE3802763A1

DE3802763A1 - Radial turbine

Info

Publication number: DE3802763A1
Application number: DE19883802763
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Fricke; Karl-Heinz Dipl Ing Collin
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1988-01-30
Filing date: 1988-01-30
Publication date: 1989-08-10

Abstract

The invention relates to a radial turbine with a turbine wheel (1), on which fixed blades (2) are arranged and the turbine wheel (1) is manufactured together with the blades (2) using the integral casting method. The aim of the invention is to develop such a radial turbine in such a manner that the afflux angle can be varied greatly without leaving the optimum efficiency range and at the same time the force component in the circumferential direction is also improved and the radial turbine can be operated with a high turbine inlet temperature. Arranged in the blades (2) are ducts (4) for guiding a cooling medium, and the blades (2) have a profiled blade leading edge (3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialturbine nach dem Ober begriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a radial turbine according to the upper concept of the first claim.

Radialturbinen mit einem Turbinenrad auf dem feststehende Schaufeln angeordnet sind und das Turbinenrad mitsamt den Schaufeln im Integralgußverfahren hergestellt ist, sind allgemeiner Stand der Technik. Eine derartige Radial turbine ist z. B. die Kleingasturbine T 216 der Firma Klöckner-Humboldt-Deutz AG, Köln, beschrieben in deren Prospekt W 0600-3/3 vom 20.07.70.Radial turbines with a turbine wheel on the fixed one Blades are arranged and the turbine wheel together with the Buckets are made using the integral casting process general state of the art. Such a radial turbine is e.g. B. the small gas turbine T 216 from the company Klöckner-Humboldt-Deutz AG, Cologne, described in their Brochure W 0600-3 / 3 from 07/20/70.

Nachteilig an dieser Radialturbine ist, daß der Anström winkel der auf die Schaufeln auftreffenden Verdichterluft, um im optimalen Wirkungsbereich zu bleiben, nur in engen Grenzen zu variieren ist und ferner die Turbinen eintrittstemperatur aufgrund der thermischen Belastbarkeit beschränkt ist.
A disadvantage of this radial turbine is that the inflow angle of the compressor air impinging on the blades, in order to remain in the optimum effective range, can only be varied within narrow limits and, furthermore, the turbine inlet temperature is limited due to the thermal load capacity.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Radialturbine nach dem gattungsbildenden Stand der Technik derart weiterzubilden, daß der Anströmwinkel stark variiert werden kann, ohne den optimalen Wirkungsbereich zu verlassen und dabei noch die Kraftkomponente in Umfangsrichtung verbessert ist und die Radialturbine mit einer hohen Turbineneintrittstemperatur betreibbar ist.It is an object of the invention to provide a radial turbine according to the to further develop the generic state of the art that the angle of attack can be varied widely without the to leave the optimal effective area and still the Force component in the circumferential direction is improved and the Radial turbine with a high turbine inlet temperature is operable.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved.

Die gekühlten Schaufeln ermöglichen eine höhere Turbinen eintrittstemperatur ohne die Lebensdauer der Schaufeln zu verkürzen. Des weiteren weisen gekühlte Schaufeln eine größer Dicke auf, wodurch erst eine Profilierung der Schaufeln, insbesondere an der Schaufeleintrittskante ermöglicht ist. Diese Profilierung wiederum ermöglicht es, die Strömungsgeschwindigkeit und den Anströmwinkel der Verdichterluft voll in eine Kraftkomponente in Umfangs richtung zu überführen. Die Kombination dieser Maßnahmen führt bei einer Radialturbine, die im Integralgußverfahren hergestellt ist, zu einer spürbaren Wirkungsgrad verbesserung.The cooled blades enable higher turbines inlet temperature without increasing the lifespan of the blades shorten. Furthermore, cooled blades have one greater thickness, which is only a profiling of Buckets, especially at the leading edge of the bucket is possible. This profiling in turn enables the flow velocity and the flow angle of the Compressor air fully into a force component in scope to transfer direction. The combination of these measures results in a radial turbine using the integral casting process is made to a noticeable efficiency improvement.

Damit die Kühlkanäle in die Schaufeln eingegossen werden können, ist es vorteilhaft, wenn die Dicke der Schaufeln größer als 2 mm ist.So that the cooling channels are poured into the blades , it is advantageous if the thickness of the blades is larger than 2 mm.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen der Beschreibung und den Figuren, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen und nachfolgend näher beschrieben sind. Further features of the invention emerge from the sub claims of the description and the figures, the one Show embodiment of the invention and below in more detail are described.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Radialturbinenrad im achs parallelen Schnitt und Fig. 1 shows a radial turbine wheel according to the invention in the axis parallel section and

Fig. 2 dasselbe Radialturbinenrad im Schnitt normal zur Achse. Fig. 2 shows the same radial turbine wheel in section normal to the axis.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Turbinenrad für eine erfindungsgemäße Radialturbine, welche mitsamt den Schaufeln 2 im Integralgußverfahren hergestellt ist. Erfindungsgemäß sind in den Schaufeln 2 Kanäle 4 zur Führung eines Kühlmittels angeordnet und die Schaufeln weisen eine profilierte Schaufeleintrittskante 3 auf. Fig. 1 zeigt das Turbinenrad in einem achsparallelen Schnitt. Ausgehend von einer Nabe erstrecken sich radiale Schaufeln 2, deren Dicke größer als 2 mm ist, damit in den Schaufeln 2 Kühlkanäle 4 eingegossen werden können. An der in Strömungsrichtung gesehenen Rückwand des Turbinenrades 1 ist eine Eintrittsöffnung 5 in der Nabe des Turbinen rades angeordnet. Durch diese Eintrittsöffnung 5 gelangt das Kühlmittel, hier Kühlluft, in die Kühlkanäle 4 der Schaufeln. In Strömungsrichtung hinter der Eintritts öffnung 5 teilt sich der Kühlkanal in zwei Teilkühlkanäle 4 a, 4 b auf, so daß nahezu die gesamte Innenfläche der Schaufel mit Kühlluft beaufschlagt ist. Der Querschnitt der Teilkühlräume 4 a, 4 b ist so gewählt, daß eine hin reichende Kühlung der gesamten Schaufel gewährleistet ist. Am strömungsseitigen Ende der Teilkühlräume verläßt die Kühlluft über Bohrungen 6 die Schaufel. Jeder Teilkühl kanal 4 a, 4 b weist getrennte Bohrungen 6 auf. Die Bohrungen 6 sind so angeordnet, daß die Kühlluft nach Austritt aus der Schaufel an der Außenseite der Schaufel 2 entlangstreicht. Figs. 1 and 2 illustrate a turbine of an inventive radial turbine, which is made together with the blades 2 in Integralgußverfahren. According to the invention, 2 channels 4 for guiding a coolant are arranged in the blades and the blades have a profiled blade leading edge 3 . Fig. 1 shows the turbine wheel in an axially parallel section. Starting from a hub, radial blades 2 extend, the thickness of which is greater than 2 mm, so that 2 cooling channels 4 can be cast into the blades. At the viewed in the flow direction of the turbine wheel back wall 1, an inlet opening is arranged in the hub of the turbine wheel. 5 The coolant, here cooling air, passes through this inlet opening 5 into the cooling channels 4 of the blades. In the direction of flow behind the inlet opening 5 , the cooling channel is divided into two cooling channels 4 a , 4 b , so that almost the entire inner surface of the blade is acted upon by cooling air. The cross section of the partial cooling rooms 4 a , 4 b is selected so that cooling towards the entire blade is ensured. At the flow end of the partial cooling chambers, the cooling air leaves the blade via bores 6 . Each partial cooling channel 4 a , 4 b has separate holes 6 . The bores 6 are arranged such that the cooling air sweeps along the outside of the blade 2 after exiting the blade.

In der Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein Turbinenrad normal zur Achse gezeigt. Aus dieser Figur ist besonders die profilierte Eintrittskante 3 ersichtlich. Diese Profilierung 3 ist ermöglicht, weil die Schaufeln gegossen sind und an der Schaufeleintrittskante dadurch dicker ausgebildet sind. Durch die erfindungsgemäße Einbringung der Kühlkanäle 4 a, 4 b ist das Gewicht der Schaufeln 2 merklich reduziert.In FIG. 2 is a section through a turbine wheel normal to the axis. The profiled leading edge 3 is particularly evident from this figure. This profiling 3 is made possible because the blades are cast and are therefore thicker at the blade leading edge. The inventive weighting of the cooling channels 4 a , 4 b significantly reduces the weight of the blades 2 .

Mit diesem Turbinenrad für eine erfindungsgemäße Radial turbine kann der Anströmwinkel stark variiert werden, ohne den optimalen Wirkungsbereich zu verlassen. Ferner ist noch die Kraftkomponente in Umfangsrichtung verbessert, und die Radialturbine ist mit einer höheren Turbinen eintrittstemperatur betreibbar.With this turbine wheel for a radial according to the invention turbine the angle of attack can be varied widely without to leave the optimal area of effect. Furthermore is still improves the force component in the circumferential direction, and the radial turbine is with a higher turbine inlet temperature operable.

Claims

1. Radial turbine with a turbine wheel ( 1 ) on the fixed blades ( 2 ) are arranged and the turbine wheel ( 1 ) together with the blades ( 2 ) is produced in an integral casting process, characterized in that in the blades ( 2 ) channels ( 4 ) are arranged to guide a coolant and the blades ( 2 ) have a profiled blade leading edge ( 3 ).

2. Radial turbine according to claim 1, characterized in that the thickness of the blades ( 2 ) is greater than 2 mm.

3. Radial turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channels ( 4 ) have inlet openings ( 5 ) which are arranged on the rear wall of the impeller ( 1 ) seen in the flow direction.

4. Radial turbine according to claim 3, characterized in that the inlet openings ( 5 ) in the hub of the turbine wheel ( 1 ) are arranged.

5. Radial turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that almost the entire inner surface of the blade ( 2 ) is acted upon by the coolant.

6. Radial turbine according to one of claims 3 to 5, characterized in that behind the inlet opening ( 5 ), the cooling channel is divided into two sub-channels ( 4 a , 4 b ).

7. Radial turbine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the coolant is cooling air.

8. Radial turbine according to claim 7, characterized in that the cooling air leaves the blades ( 2 ) via bores ( 6 ), each sub-channel ( 4 a , 4 b ) having separate bores ( 6 ).

9. Radial turbine according to claim 7 or 8, characterized in that the cooling air after exiting the blade ( 2 ) along the outside of the blade ( 2 ).