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Die Erfindung bezieht sich auf hohle, gekühlte
Schaufelblätter.
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Hohle, gekühlte Schaufelblätter sind in der Technik bestens
bekannt. Sie werden im heißen Turbinenabschnitt von vielen
der heutigen Gasturbinentriebwerke umfangreich benutzt, um
die Metalltemperaturen innerhalb von zulässigen Grenzen zu
halten. Es ist erwünscht, das Schaufelblatt auf einen
akzeptablen Wert zu kühlen, indem eine minimale Masse an
Kühlmittelströmung benutzt wird. Das wird erreicht durch
eine Vielfalt von Techniken, zu denen Film-, Konvektions-
und Prallkühlung gehören. Oft ist das Innere des
Schaufelblattes ein Hohlraum, der sich von der Vorder- zu der
Hinterkante und vom Fuß zur Spitze erstreckt, und dieser
Hohlraum ist durch Rippen in mehrere sich in Richtung der
Spannweite erstreckende Kanäle unterteilt, welche einen
Strom von Kühlmittel aus Durchlässen in dem Fuß des
Schaufelblattes empfangen. Die Rippen werden benutzt, um ein
Muster von Strömungsdurchlässen innerhalb des Schaufelblattes
zu erzeugen, um z.B. dieselbe Masseneinheit von Kühlmittel
zu veranlassen, einen großen Bereich der inneren
Wandoberfläche zu überqueren, um die Ausnutzung seines
Kühlvermögens zu maximieren.
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Bei dem Schaufelblatt, das in der US-A-4 514 144 gezeigt
ist, leiten einzelne, separate, sich in Richtung der
Spannweite erstreckende Kühlmitteldurchlässe Kühlmittel in
Wärmeaustauschbeziehung zu der Vorder- bzw. Hinterkante. Jeder
dieser Kanäle wird aus einem separaten Kühlmitteldurchlaß
in dem Fuß gespeist. Der übrige Teil des Schaufelblattes
wird durch einen einzelnen gewundenen Kanal gekühlt,
welcher Kühlmittelfluid führt, das er aus noch einem weiteren
Durchlaß durch den Fuß empfängt. Der gewundene Kanal umfaßt
mehrere benachbarte, sich in Richtung der Spannweite
erstreckende Schenkel in Reihenströmungsbeziehung, wobei der
hinterste Schenkel das Kühlmittelfluid zuerst empfängt. Das
Fluid geht über die sich in Richtung der Spannweite
erstreckende Länge der Laufschaufel auf gewundene Weise
hinweg zu dem vordersten Schenkel und tritt über
Filmkühllöcher durch die Schaufelblattseitenwände aus, wobei die
Löcher die Kanalschenkel schneiden. Hohle
Schaufelblattkühlmittelkonfigurationen, die der nach der US-A-4 514 144
etwas gleichen, sind in der US-A-3 628 885 und in dem
japanischen Patent 58-170 801, ausgegeben am 7. November 1983,
gezeigt. Ersteres enthält wie die US-A-4 514 144 einen
fünfgängigen gewundenen Kanal, wogegen letzteres einen
dreigängigen gewundenen Kanal beschreibt.
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Die US-A-3 533 711 zeigt eine Turbinenlaufschaufel gemäß
dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, die ein Paar
gewundene Kanäle hat, von denen jeder einen separaten Strom
von Kühlmittel aus einem gemeinsamen Sammelraum unterhalb
des Laufschaufelfußes empfängt. Die Einlaßschenkel der
gewundenen Kanäle sind parallel und benachbart zueinander und
zentral in dem Schaufelblatt angeordnet. Der
Kühlmittelstrom in dem hintersten gewundenen Kanal überquert die
Spannweite des Schaufelblattes, wenn er sich zu der
Hinterkante des Schaufelblattes bewegt und diese schließlich
kühlt und aus derselben austritt. Der Kühlmittelstrom
innerhalb des vordersten gewundenen Kanals überquert die
Spannweite des Schaufelblattes, wenn er sich zu der
Vorderkante des Schaufelblattes bewegt und diese schließlich
kühlt.
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In der US-A-4 073 599 ist der
Schaufelblattkühlmittelhohlraum ebenfalls in zwei separate, gewundene Kanäle
unterteilt; das Kühlmittel wird jedoch in den vordersten
gewundenen Kanal über einen Schenkel eingeleitet, der der
Vorderkante am nächsten ist. Dieses Fluid bewegt sich zu der
Hinterkante, wenn es die Spannweite des Schaufelblattes
überquert, und es verläßt das Schaufelblatt über dessen
hintersten Schenkel, wobei dieser Schenkel zentral
innerhalb des Schaufelblatthohlraums und unmittelbar vor und
benachbart zu dem anderen gewundenen Kanal angeordnet ist.
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Die bekannten Konfigurationen sind zwar für die
Verwendungszwecke, für die sie entworfen worden sind, ausreichend
leistungsfähig, neuere Verwendungszwecke stellen jedoch
immer größere Anforderungen und verlangen die Entwicklung von
wirksameren Kühlkonfigurationen für Schaufelblätter, welche
in noch heißeren Umgebungen betrieben werden müssen.
Gleichzeitig wird verlangt, daß das Schaufelblattgewicht
und die Menge an Kühlmittel, die zum Kühlen benötigt wird,
minimiert werden.
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Das Ziel der Erfindung ist eine verbesserte innere
Kühlkonfiguration für ein hohles, gekühltes Schaufelblatt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, um das zu erreichen,
eine Turbinenlaufschaufel geschaffen, mit einem Fußteil und
einer Wandeinrichtung, die einstückig mit dem Fußteil
gebildet ist und ein Schaufelblatt bildet, wobei die
Wandeinrichtung eine druckseitige Wand und eine saugseitige Wand
aufweist, die miteinander verbunden sind, um eine vorn
angeordnete Vorderkante und eine hinten angeordnete
Hinterkante des Schaufelblattes zu bilden, und gegenseitigen
Abstand haben, um einen sich in Richtung der Spannweite und
in Richtung der Profilsehne erstreckenden
Kühlmittelhohlraum innerhalb des Schaufelblattes zu bilden, wobei der
Fußteil eine durch ihn hindurchführende
Fußdurchlaßeinrichtung zum Empfangen von Kühlmittelfluid von außerhalb der
Laufschaufel und zum Leiten des Fluids in den
Kühlmittelhohlraum aufweist; einer Rippeneinrichtung innerhalb des
Hohlraums, die zwei U-förmige Kanäle innerhalb des
Hohlraums bildet, wobei von den U-förmigen Kanälen ein erster
einen vorderen und einen hinteren Schenkel hat, die
gegenseitigen Abstand aufweisen, sich in Richtung der Spannweite
erstrecken und an ihren Enden, die von dem Fußteil am
weitesten entfernt sind, durch einen ersten, sich in Richtung
der Profilsehne erstreckenden Schenkel miteinander
verbunden sind, und wobei von den U-förmigen Kanälen der zweite
einen vorderen und einen hinteren Schenkel hat, die sich in
Richtung der Spannweite erstrecken und von dem vorderen und
hinteren Schenkel des ersten Kanals und voneinander durch
die Rippeneinrichtung getrennt sind, wobei der vordere und
hintere Schenkel des zweiten Kanals an ihren Enden, die von
dem Fußteil am weitesten entfernt sind, durch einen
zweiten, sich in Richtung der Profilsehne erstreckenden
Schenkel miteinander verbunden sind, der von dem ersten, sich in
Richtung der Profilsehne erstreckenden Schenkel durch die
Rippeneinrichtung getrennt ist; wobei die Rippeneinrichtung
weiter einen einzelnen, sich in Richtung der Spannweite
erstreckenden Kanalschenkel vorderhalb der U-förmigen Kanäle
bildet und einen Einlaß an ihrem Ende hat, das dem Fußteil
am nächsten ist, und; wobei der hintere Schenkel des ersten
U-förmigen Kanals und einer der Schenkel des zweiten
U-förmigen Kanals jeweils einen Einlaß an seinem dem Fußteil am
nächsten befindlichen Ende hat, der mit der
Fußteildurchlaßeinrichtung in Verbindung ist, um Kühlmittelfluid daraus
zu empfangen, und wobei der vordere Schenkel des ersten U-
förmigen Kanals einen Auslaß an seinem dem Fußteil am
nächsten befindlichen Ende hat, wobei der Auslaß in
Reihenfluidströmungsverbindung mit dem Einlaß des einzelnen
Kanalschenkels ist, der vorderhalb desselben angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und hintere, sich
in Richtung der Spannweite erstreckende Schenkel des
zweiten Kanals zwischen dem vorderen und hinteren Schenkel des
ersten Kanals angeordnet sind und daß der hintere Schenkel
des zweiten U-förmigen Kanals den Einlaß in Verbindung mit
der Fußdurchlaßeinrichtung hat und der vordere Schenkel
einen Auslaß an seinem dem Fußteil am nächsten gelegenen
Ende hat, wobei der Auslaß in
Reihenfluidströmungsverbindung mit dem Einlaß des Einzelkanalschenkels ist, der
vorderhalb desselben angeordnet ist.
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Der hier und in den beigefügten Ansprüchen benutzte Begriff
U-förmiger Kanal bedeutet einen Kanal, der zwei sich in
Längsrichtung erstreckende, im wesentlichen parallele
Kanalschenkel aufweist, die über einen sich insgesamt in
Richtung der Profilsehne erstreckenden Verbindungsschenkel
in Reihenfluidverbindung miteinander sind.
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Anders als bei den bekannten Konfigurationen, wie z.B. den
in den US-A-4 514 144 und 3 628 885 beschriebenen, bei
denen ein einzelner gewundener Kühlkanal benutzt wird, um
den gesamten Teil des Schaufelblattes zwischen den Vorder-
und Hinterkantenkanälen zu kühlen, unterteilt die
vorliegende Erfindung den Kühlmittelstrom in zwei parallele
Ströme, von denen jeder weniger Durchgänge durch das
Schaufelblatt macht, wodurch der gesamte
Umlenkverlustdruckabfall des Kühlmittelfluids reduziert wird. Da jede
Masseneinheit des Kühlmittels weniger Umlenkarbeit innerhalb des
Schaufelblattes zu leisten hat, gestattet die vorliegende
Erfindung mehr Druckabfall für radiale Konvektion oder,
alternativ, einen niedrigeren Schaufelblattversorgungsdruck.
Es ist außerdem möglich, die verschachtelte
Kanalkonfiguration der vorliegenden Erfindung zu verwenden, um
Kühlmittelströme mit unterschiedlichem Druck in jedem Kanal
bereitzustellen, oder Verbindungslöcher von Kanal zu Kanal
zu benutzen, um die Fertigung zu verbessern (z.B. zur
besseren Kernabstützung während des Gießens).
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß die Strömung durch die beiden verschachtelten U-
förmigen Kanäle am Anfang in den hintersten Schenkel jedes
Kanals eingeleitet und durch den Kühlmittelhohlraum nach
vorn zu der Vorderkante der Laufschaufel geleitet werden
kann. Das gestattet, das gesamte oder das meiste Kühlmittel
aus dem Schaufelblatt nahe der Vorderkante der Laufschaufel
auszustoßen (z.B. durch Filmkühlmittellöcher), was für
viele Verwendungszwecke vorteilhaft ist. Dagegen muß bei
der US-A-3 533 711 der Teil des Kühlmittelfluids, der in
dem hintersten U-förmigen Kanal strömt, notwendigerweise
das Schaufelblatt nahe der oder durch die Hinterkante
verlassen. Ebenso bewegt sich in der Konfiguration, die in der
US-A-4 073 599 gezeigt ist, die Strömung in beiden
gewundenen Kanälen nach hinten, wenn sie das Schaufelblatt
durchquert.
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Zusammengefaßt läßt sich sagen, die
Schaufelblattkühlmitteldurchlaßkonfiguration nach der vorliegenden Erfindung
hat alle Vorteile der bekannten Konfigurationen, ohne
einige von deren Nachteilen; und sie hat einige eigene
Vorteile, die durch den Stand der Technik nicht geboten
werden. Zum Beispiel, baulich ist die
Schaufelblattkonfiguration nach der vorliegenden Erfindung ebenso stabil wie die
bekannten Konfigurationen, weil sie eine große Anzahl von
sich in Richtung der Spannweite erstreckenden Rippen hat.
Darüber hinaus kann sämtliches Kühlmittel oder viel von dem
Kühlmittel, je nach Bedarf, das durch die U-förmigen,
verschachtelten Kanäle hindurchgeht, aus dem Schaufelblatt
durch Filmkühlmittellöcher nahe der Frontseite oder
Vorderkante des Schaufelblattes ausgestoßen werden. Schließlich,
trotz der vielen sich in Richtung der Spannweite
erstreckenden Durchlässe innerhalb des Hohlraums ist der
Druckabfall kleiner als der, der bei einem einzelnen gewundenen
Kanal auftritt, der eine gleiche Anzahl von Durchgängen
über der Schaufelblattspannweite macht. Keine der bekannten
Konfigurationen bietet sämtliche vorgenannten Vorteile
gleichzeitig.
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Es wird auf die EP-A-0 325 654 aufmerksam gemacht, in
welcher der Gegenstand dieser Beschreibung ebenfalls
beschrieben ist und welche breitere Ansprüche hat, die die
Laufschaufeln nach den Fig. 1-7 dieser Beschreibung abdecken.
Es sei angemerkt, daß die Laufschaufel nach Fig. 1 hier
nicht unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche
fällt.
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Die vorgenannten und andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden
ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
derselben,
wie sie in der beigefügten Zeichnung
veranschaulicht sind, deutlicher werden, wobei:
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch eine hohle
Turbinenlaufschaufel.
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig.
1.
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 in Fig.
1.
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Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Schaufelblattes gemäß
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht ähnlich der Ansicht in Fig.
1, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Fig. 6 ist eine Schnittansicht nach der Linie 6-6 in Fig.
5.
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Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer modifizierten Version
des Schaufelblattes nach Fig. 5, welche eine dritte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die Gasturbinentriebwerkslaufschaufel 10 nach den Fig. 1-3
hat einen im wesentlichen hohlen Fuß 12 und ein hohles
Schaufelblatt 14, das einstückig mit diesem gebildet ist.
Das Schaufelblatt 14 hat eine Spitze 16 und eine Basis 18.
Eine Plattform 20 ist einstückig mit der Basis 18 gebildet,
wo diese mit dem Fuß 12 verbunden ist. Das Schaufelblatt 14
hat eine druckseitige Wand 22 und eine saugseitige Wand 24,
die miteinander verbunden sind und die
Schaufelblattvorderkante 26 (die auch als Frontseite des Schaufelblattes
bezeichnet wird) und eine Hinterkante 28 (die auch als
Rückseite des Schaufelblattes bezeichnet wird) bilden. Die
Seitenwände 22, 24 haben gegenseitigen Abstand und innere
Wandoberflächen 30, 32, welche einen Schaufelblatthohlraum
34 begrenzen, der sich von der Vorder- zu der Hinterkante
(in Richtung der Profilsehne) und von der Spitze zu der
Basis (in Richtung der Spannweite) des Schaufelblattes
erstreckt. In dieser Ausführungsform ist der Hohlraum 34 in
vier unterschiedliche Kanäle, von denen jeder seinen
eigenen Einlaß hat, durch mehrere Rippen 36 unterteilt, die zur
leichteren Bezugnahme durch angehängte Buchstaben
voneinander unterschieden werden. Die Rippen 36F, 36G und 36H
erstrecken sich durch den Fuß 12 und unterteilen den Fuß in
vier getrennte Kühlmitteinlaßdurchlässe 38, 40, 42 und 44.
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Kühlmittel, das in den Durchlaß 44 eintritt, kommt allein
mit einem sich in Richtung der Spannweite erstreckenden
Hinterkantenkühlmittelkanal 46 in Verbindung, der zwischen
der Rippe 36G und der Hinterkante 28 gebildet ist.
Sämtliches Kühlmittel, das in den Kanal 46 eintritt, tritt über
einen Hinterkantenschlitz 48 aus, nachdem es um eine
Vielzahl von Säulen 50 herum- und zwischen denselben
hindurchgegangen ist, die sich zwischen den Wandoberflächen 30, 32
auf eine Weise erstrecken, welche dem Fachmann bekannt ist.
Ebenso bilden die Rippe 36A und die Vorderkante 26 einen
sich in Richtung der Spannweite erstreckenden
Vorderkantenkanalteil 52 in Reihenverbindung mit dem Fußdurchlaß 38.
Der Kanalteil 52 steht außerdem in Reihenverbindung mit
einem sich in Richtung der Profilsehne erstreckenden
Kanalteil 54, der zwischen der sich in Richtung der
Profilsehne erstreckenden Rippe 36J und der Wand 56, die die
Schaufelblattspitze 16 bildet, gebildet ist. Ein Teil des
Kühlmittels, das in den Kanalteil 52 eintritt, verläßt die
Vorderkante 26 des Schaufelblattes über eine Vielzahl von
Filmkühlmitteldurchgangslöchern 58. Der übrige Teil kühlt
die Spitzenwand 56, wenn er durch Durchgangslöcher 59
hindurchgeht und wenn er sich stromabwärts durch den Kanalteil
54 bewegt und über einen Auslaß 60 an der Hinterkante
austritt.
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Der übrige Teil des Schaufelblattes zwischen dem
Vorderkantenkanalteil 52 und dem Hinterkantenkanal 46 wird gekühlt,
indem Kühlmittel parallel durch die Schenkel eines Paares
von verschachtelten, gewundenen Kanälen, die durch die
Rippen 36A bis 36G gebildet werden, hindurchgeleitet wird.
Jeder der beiden gewundenen Kanäle hat drei im wesentlichen
parallele, sich in Richtung der Spannweite erstreckende
Schenkel. Der hinterste Schenkel 60 eines ersten der
gewundenen
Kanäle hat seinen Einlaß 62 nahe der Basis 18 des
Schaufelblattes und empfängt Kühlmittelfluid aus dem
Durchlaß 42, der in Reihenströmungsverbindung mit ihm ist. Der
zweite sich in Richtung der Spannweite erstreckende
Schenkel 64 dieses Kanals hat Abstand von dem Schenkel 60 und
ist in Reihenströmungsverbindung mit demselben über einen
sich in Richtung der Profilsehne erstreckenden Schenkel 66,
der die Enden der Schenkel 60, 64 miteinander verbindet,
welche von dem Fuß 12 am weitesten entfernt sind. Der
dritte oder vorderste sich in Richtung der Spannweite
erstreckende Schenkel 70 des ersten gewundenen Kanals ist in
Reihenströmungsverbindung mit dem Schenkel 60 über einen
kurzen, sich in Richtung der Profilsehne erstreckenden
Schenkel 72, welcher die Enden der Schenkel 64, 70
miteinander verbindet, die dem Fuß 12 am nächsten sind.
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Angeordnet zwischen den Schenkeln 60, 64 des ersten
gewundenen Kanals und getrennt von denselben durch die Rippen
36D und 36F sind die ersten beiden sich in Richtung der
Spannweite erstreckenden Schenkel 74, 76 des zweiten
gewundenen Kanals. Die Schenkel 74, 76 sind durch die Rippe 36E
voneinander getrennt und an ihren Enden, die von dem Fuß 12
am weitesten entfernt sind, durch einen kurzen, sich in
Richtung der Profilsehne erstreckenden Schenkel 80
miteinander verbunden. Die sich in Richtung der Profilsehne
erstreckenden Schenkel 66, 80 sind durch eine sich in
Richtung der Profilsehne erstreckende Rippe 82 voneinander
getrennt, welche die Rippen 36D und 36F miteinander
verbindet. Der hinterste Schenkel 74 des zweiten gewundenen
Kanals empfängt Kühlmittel an seinem Einlaß 83 an der Basis
18 des Schaufelblattes aus dem Fußdurchlaß 40, welcher in
Reihenströmungsverbindung mit ihm ist. Der Schenkel 76 ist
in Reihenströmungsverbindung mit dem dritten sich in
Richtung der Spannweite erstreckenden Schenkel 84 des zweiten
gewundenen Kanals über einen sich in Richtung der
Profilsehne erstreckenden Schenkel 86, der die Enden derselben
miteinander verbindet, welche dem Fuß 12 am nächsten sind.
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Mehrere sich in Richtung der Spannweite erstreckende,
beabstandete Filmkühlmitteldurchlässe 90 durch die saugseitige
Wand 24 schneiden den Hohlraum 34 längs der Länge des
Kanalschenkels 70; und mehrere sich in Richtung der
Spannweite erstreckende, beabstandete Filmkühlmitteldurchlässe
92 durch die druckseitige Wand 22 schneiden den Hohlraum 34
längs der Länge des Kanalschenkels 84. Kühlmittel, das in
den Fußdurchlaß 42 eintritt, macht dadurch drei Durchgänge
in Richtung der Spannweite durch das Schaufelblatt, wenn es
sich von der Rückseite zur Frontseite des Schaufelblattes
bewegt und durch die Filmkühlmitteldurchlässe 90 austritt.
Auf ähnliche Weise macht Kühlmittel, das in den Fußdurchlaß
40 eintritt, drei Durchgänge über der Spannweite des
Schaufelblattes und verläßt die Druckseite des Schaufelblattes
durch die Filmkühlmitteldurchlässe 92.
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Aufgrund dieser Konfiguration wird im wesentlichen
sämtliches Kühlmittel, das in die Durchlässe 40, 42 eintritt, zum
Kühlen des gesamten Teils des Schaufelblattes zwischen den
Vorder- und Hinterkantenkanälen 46, 52 ausgenutzt und nahe
der Frontseite des Schaufelblattes ausgestoßen. Darüber
hinaus sind separate Kühlmittelströme für die äußeren
druck- und saugseitigen Oberflächen des Schaufelblattes
vorhanden; und diese Ströme können auf unterschiedlichen
Drücken sein, so daß die Kühlmittelströmungsmenge zu der
saugseitigen Oberfläche des Schaufelblattes relativ zu der
Kühlmittelströmungsmenge zu der druckseitigen Oberfläche
des Schaufelblattes leichter gesteuert werden kann.
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Obgleich es in der Zeichnung nicht dargestellt ist, sind
sämtliche Kühlmittelkanäle innerhalb des Schaufelblattes
nach Fig. 1 (ebenso wie die Kühlmittelkanäle der
Schaufelblätter der hier beschriebenen anderen Ausführungsformen)
mit "Auslösestreifen" über ihrer Länge versehen, damit
längs der Kanäle innerhalb des Hohlraums 34 Turbulenz
erzeugt wird, wodurch die Wärmeübertragungsraten vergrößert
werden. Auslösestreifen sind Wandvorsprünge innerhalb der
Kanäle und ausführlich z.B. in den eigenen US-A-4 257 737;
4 416 585; 4 514 144; und 4 627 480 beschrieben. Die
Auslösestreifen sind in der Technik bekannt und bilden keinen
Teil der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Laufschaufel nach der
vorliegenden Erfindung. Zur Erleichterung der Erläuterung
sind Elemente der Laufschaufel nach Fig. 4, die Elementen
der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Laufschaufel analog sind,
mit denselben Bezugszahlen versehen1 denen ein
hochgesetzter Strich (') hinzugefügt worden ist. Die einfachste Art
und Weise des Beschreibens der Ausführungsform nach Fig. 4
ist, daß diese in jeder wichtigen Hinsicht mit dem
Schaufelblatt nach Fig. 1 übereinstimmt, mit der Ausnahme, daß
die Rippe 36B nach Fig. 1 und der untere Teil (d.h. der
Teil innerhalb des Laufschaufelfußes) der Rippe 36F nach
Fig. 1 entfernt worden sind. Das Entfernen des unteren
Teils der Rippe 36F ergibt einen gemeinsamen Sammelraum
oder Kühlmitteleinlaßdurchlaß 100, der die Einlässe 62',
83' der beiden gewundenen Kanäle speist. Das Entfernen der
Rippe 36B ergibt einen gemeinsamen stromabwärtigen
Kanalschenkel 102 für beide gewundenen Kanäle. Der Einlaß 104
des Kanals 102 wird aus den Auslässen 106, 108 der Schenkel
64' bzw 76' der gewundenen Kanäle versorgt. Die Auslässe
106, 108 sind in Fluidverbindung mit dem Einlaß 104 über
einen kurzen, sich in Richtung der Profilsehne
erstreckenden Kanalschenkel 110.
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Selbstverständlich ist in der Ausführungsform nach Fig. 4
der Kühlmitteldruck innerhalb der beiden gewundenen Kanäle
derselbe; die inneren Durchlässe können jedoch einfacher
hergestellt werden, da der Kanalschenkel 102 viel breiter
als die Schenkel 70, 84 ist. Als eine weitere Hilfe bei der
Herstellung der Auführungsform nach Fig. 4 weist diese
außerdem zwei Verbindungslöcher 112 auf, die durch die Rippe
82' hindurchführen und die sich in Richtung der Profilsehne
erstreckenden Schenkel 66', 80' miteinander verbinden.
Diese sind für den Zweck vorgesehen, den Gießkern für die
Laufschaufel stabiler ausführen zu können.
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In der Ausführungsform, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt
ist, tragen Elemente, die den Elementen der Laufschaufeln
nach den Fig. 1 und 4 analog sind, dieselben, aber mit zwei
hochgesetzten Strichen (") versehenen Bezugszahlen, damit
zwischen den beiden Ausführungsformen leichter
unterschieden werden kann. Die gewundene Kanalkonfiguration ist, wie
es am besten in Fig. 5 gezeigt ist, im wesentlichen
dieselbe wie in der Ausführungsform nach Fig. 4, mit der
Ausnahme, daß sich die Rippe 36F" durch den Fuß (wie in Fig.
1) erstreckt, so daß jeder gewundene Kanal seinen eigenen
getrennten Kühlmitteleinlaßdurchlaß 40" bzw. 42" hat.
Darüber hinaus werden Umlenkverluste innerhalb der
gewundenen Kanäle weiter reduziert durch Hinzufügen einer
U-förmigen, sich in Richtung der Profilsehne erstreckenden Rippe
200 zu dem Ende der Rippe 36D".
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Die Vorderkanten-, Hinterkanten- und
Spitzenkühlkonfiguration der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist
von den vorhergehenden beiden Laufschaufeln ebenfalls
verschieden. Der Hohlraum 34" weist, wie dargestellt, zwei
sich in Längsrichtung erstreckende Kammern 202, 204
unmittelbar hinter oder auf der Rückseite der Vorderkante 26"
auf. Die Wand oder Rippe 206, welche den
Vorderkantenkühlkanalteil 52" von den Kammern 202 und 204 trennt, hat eine
Vielzahl von Prallkühldurchgangslöchern 208.
Kühlmittelfluid innerhalb des Kanalteils 52" geht durch die Löcher
208 hindurch und prallt auf die hintere Oberfläche der
Schaufelblattvorderkante auf. Dieses Kühlfluid verläßt
darauf die Kammern 202, 204 durch die Filmkühllöcher 58".
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Nahe der Vorderkante des Schaufelblattes bilden zwei sich
in Längsrichtung erstreckende, beabstandete Wände oder
Rippen 210, 212 eine sich in Längsrichtung erstreckende Kammer
214 zwischen sich unmittelbar stromabwärts von und parallel
zu dem Hinterkantenkanalteil 46". Kühlmittel aus dem
Kanalteil 46" geht durch eine Vielzahl von Löchern 216
hindurch und prallt auf die Rippe 212 auf. Ein Teil dieses
Kühlmittelfluids verläßt die Kammer 214 durch eine Vielzahl
von Filmkühlmitteldurchgangslöchern 218 in der
druckseitigen Wand 22", und ein Teil wird in den
Schaufelblatthinterkantenschlitz 220 durch eine Vielzahl von
Durchgangslöchern 222 in der Rippe 212 eingeleitet.
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Die Wand, welche die Schaufelblattspitze 16" bildet, hat
Abstand von der Rippe 36J", um eine Spitzenkühlkammer 224
dazwischen zu bilden. Ein Teil des Kühlmittelfluids in der
Kammer 204, dem Vorderkantenkanalteil 52", den gewundenen
Kanälen, dem Hinterkantenkanalteil 46" und der
Hinterkantenkammer 214 wird durch eine Vielzahl von Prallkühllöchern
226 in die Spitzenkammer 224 geleitet. Weiteres Kühlen der
Spitze 16" erfolgt, indem das Kühlmittelfluid aus der
Kammer 224 aus dem Schaufelblatt durch eine Vielzahl von
Durchgangslöchern 59" in der Spitze hinausgeleitet wird.
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Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt, bei welcher es sich um eine
modifizierte Version der in den Fig. 5 und 6 gezeigten
Turbinenlaufschaufel handelt. In Fig. 7 werden mit drei
hochgesetzten Strichen versehene Bezugszahlen benutzt, um
Elemente zu bezeichnen, die mit gleichen Bezugszahlen
versehenen Elementen der vorhergehenden Laufschaufeln analog
sind. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß die
Hauptunterschiede zwischen diesen beiden Laufschaufeln darin
bestehen, daß die Laufschaufel nach Fig. 7 nicht den
separaten, fußgespeisten, sich in Richtung der Spannweite
erstreckenden Hinterkantenkühlmittelkanal 46" (in Fig. 6)
aufweist. Statt dessen wird die Hinterkantenkammer 214'"
in Fig. 7 (die der Hinterkantenkammer 214 in den Fig. 5 und
6 entspricht) direkt aus dem ersten oder hintersten
Schenkel 60'" eines der gewundenen Kanäle über eine Vielzahl
von sich in Richtung der Spannweite erstreckenden,
beabstandeten Durchgangslöchern 216'" der Rippe 210'"
versorgt.
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Die Spitzenkonfiguration ist ebenfalls unterschiedlich. In
der Ausführungsform nach Fig. 7 wird die Wand, welche die
Schaufelblattspitze 16'" bildet, durch eine Kombination
aus Konvektion, die aus dem Strom von Kühlmittel durch den
sich in Richtung der Profilsehne erstreckenden
Kanalschenkel 66'" resultiert, und durch Hindurchleiten von
Kühlmittel aus den verschiedenen Kanalschenkeln durch
Durchgangslöcher 59'" der Spitzenwand gekühlt. Wie bei den anderen
hier beschriebenen Laufschaufeln sorgt dieses Fluid für
eine Filmkühlung der Spitzenoberfläche.