DE569806C

DE569806C - Device for cooling gas turbine blades and vanes

Info

Publication number: DE569806C
Application number: DE1930569806D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-10-22
Filing date: 1930-10-22
Publication date: 1933-02-08

Description

Gasturbinen, deren Lauf- und Leitschaufeln durch ein Kühlmittel von innen her gekühlt werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei diesen Turbinengattungen wird das Kühlmittel teils radial in den Treibgasbereich ausgespritzt, teils wird dasselbe durch, zwei Kanäle, die einen geschlossenen Umkehrkanal innerhalb einer einzelnen Schaufel bilden, hindurchgeführt. Beide Arten der bekannten gekühlten Turbinen haben das eine gemeinsam, daß bei ihnen, bei der ersten Gattung infolge der nach außen hin offenen Beschaufelung und bei der zweiten Gattung auf Grund ungenügender Schaufelbefestigung,Gas turbines, the blades and vanes of which are cooled from the inside by a coolant are known in various designs. With these types of turbines, the coolant is partly sprayed radially into the propellant gas area, partly the same is injected through, two channels that form a closed reverse channel within a single blade, passed through. Both types of known cooled turbines have one thing in common, that with them, with the first Genus due to the outwardly open blading and the second genus due to insufficient blade attachment,

ig immer ein entsprechender Teil des Kühlmittels mit den Treibgasen in Berührung kommt. Dadurch entsteht bei Erreichung der Sättigungsgrenze eine Bindung der in fast allen Brennstoffen enthaltenen schwefligen Säure, welche eine Zerstörung der ganzen inneren Turbinenteile nach sich zieht.ig always a corresponding part of the coolant comes into contact with the propellant gases. As a result, when the saturation limit is reached, a bond is created in almost all of them Fuels contain sulphurous acid, which destroys the whole interior Turbine parts.

Bei Turbinen der letztgenannten Art, die einen U-förmig geschlungenen Umkehrkanal innerhalb einer jeden Schaufel besitzen, tretenIn the case of turbines of the last-mentioned type, which have a U-shaped looped reversing duct own treading inside each shovel

as außerdem Begleiterscheinungen auf, welche die Strömung des Kühlmittels unstabil gestalten. Die Gründe sind darin zu suchen, daß der U-förmige Kanal innerhalb einer einzelnen Schaufel angeordnet ist. In den meisten Fällen ist deshalb kein genügend großer lichter Querschnitt für das Kühlmittel vorhanden, da ja die Schaufelbreite für eine entsprechende Leistung gegeben ist. Außerdem liegt der U-förmige Kanal in jeder Schaufel in axialem Sinne, also in Richtung der beaufschlagenden Gase, so daß unter der Annahme einer gleichmäßigen Schaufeltemperatur die Zentrifugalkräfte in dem an und ab steigenden Aste einer jeden Schaufel sich das Gleichgewicht halten. Die Strömung des Kühlmittels, besonders in dem obersten verbindenden Kanalteil jeder Schaufel, ist dadurch mit derart hohen Widerständen verbunden, daß eine Dampfsäckebildung nahe der Schaufelspitze, verbunden mit einem Zurückdrängen des Kühlmittels bzw. einem Durchglühen der Schaufelspitze, unvermeidlich ist.as also side effects which make the flow of the coolant unstable. The reasons are to be sought in that the U-shaped channel is located within a single vane. In most cases is therefore not a sufficiently large clear cross-section for the coolant available, because yes, the blade width is given for a corresponding performance. Besides, the U-shaped channel in each blade in the axial direction, that is, in the direction of the acting Gases, so that, assuming a uniform blade temperature, the centrifugal forces keep your balance in the rising and falling branches of each shovel. The flow of coolant, especially in the uppermost connecting channel part of each Shovel, is connected with such high resistance that a steam bag is formed near the blade tip, combined with a pushing back of the coolant or a glowing through of the blade tip, unavoidable is.

Durch die vorliegende Erfindung werden diese Übelstände vermieden. Gemäß der Erfindung sind je zwei in Richtung des Kranzumfanges benachbarte Hohlschaufeln a an ihren Köpfen durch einen Verbindungskanal (Rohrkrümmer ι) derart miteinander verbunden, daß derselbe zusammen mit den Schaufelhohlräumen einen U-förmigen Kanal bildet. Das Kühlmittel wird in bekannter Weise durch die hohle Turbinenwelle eingeführt und durch radiale Bohrungen 2 und 3 den Schaufeln a zugeleitet. Der Zulauf des Kühlmittels in die eigentlichen Schaufeln und der Ablauf sind derart angeordnet, daß die Strömung innerhalb der Verbindungskanäle i, 7 und 8 entgegengesetzt der Drehbewegung des Laufrades verläuft. In den Verbindungskanälen 1, 7 und 8 bildet sich dadurch eine Trägheitskraft aus, welche eine Massenwirkung der Kanalinhalte im Gefolge hat, so daß eine zwangsweise Bewegung des Kühlmittels ein-The present invention avoids these inconveniences. According to the invention, two adjacent hollow blades a in the direction of the rim circumference are connected to one another at their heads by a connecting channel (pipe bend ι) in such a way that the same forms a U-shaped channel together with the blade cavities. The coolant is introduced in a known manner through the hollow turbine shaft and fed to the blades a through radial bores 2 and 3. The inlet of the coolant into the actual blades and the outlet are arranged in such a way that the flow within the connecting channels i, 7 and 8 runs in the opposite direction to the rotational movement of the impeller. In the connecting channels 1, 7 and 8 this creates an inertial force, which has a mass effect of the channel contents in the wake, so that a forced movement of the coolant

tritt. Der Verbindungskanal (Rohrkrümmer ι) je zweier Schaufeln« besitzt einen wahlfreien Querschnitt, und auch seine Formgebung in Richtung des Kranzumfanges ist an keine bestimmte Voraussetzung gebunden. Außerdem wird durch den einzelnen Verbindungskanal (Rohrkrümmer i) eine gegenseitige Verstei fung der Nachbarschaufeln geschaffen, wodurch irgendwelche in axialer oder tangentiato ler Richtung wirkende Kräfte auf die Schaufeln einen guten Massenausgleich erfahren. Die Verbindungskanäle (Rohrkrümmer i) an den Laufrädern bilden in dem dicht anschließenden Gehäuse labyrinthähnliche Spalte, so daß sich Ventilations Verluste in einem mit der Ausnutzung der Treibgase unverträglichen Ausmaße nicht ausbilden können. Die gewöhnliche Ventilation, hervorgerufen durch die eigentlichen Schaufeln, geht mit einer Rückkühlung des Kühlmittels innerhalb der Verbindungskanäle (Rohrkrümmer 1) Hand in Hand, wobei besonders die aus dem obersten Drittel jeder Schaufel nahezu tangential austretende und in regelmäßigen Bahnen zum Radumfang zurückkehrende Strömung zu nennen ist.occurs. The connecting channel (pipe elbow) for two blades each has an optional cross-section, and its shape in the direction of the circumference of the rim is not tied to any particular prerequisite. In addition, a mutual stiffening of the neighboring blades is created by the individual connecting channel (pipe bend i), whereby any forces acting in the axial or tangentiato direction on the blades experience a good mass balance. The connecting channels (pipe bends i) on the impellers form labyrinthine gaps in the tightly adjoining housing, so that ventilation losses to an extent incompatible with the use of propellant gases cannot develop. The usual ventilation, caused by the actual blades, goes hand in hand with a recooling of the coolant within the connecting channels (pipe bend 1) , whereby the flow exiting the top third of each blade almost tangentially and returning in regular paths to the wheel circumference should be mentioned .

Die Schaufeln können mit Hilfe gegenseitig abgeschlossener Verbindungskanäle sämtlich hintereinander oder auch gruppenweise parallel geschaltet werden.The blades can all with the help of mutually closed connection channels can be connected in parallel or one behind the other or in groups.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Show it:

Abb. ι einen hälftigen axialen Längsschnitt durch das Lauf- und Leitrad einer Gasturbine mit je einer Schaufel und je einem daran anschließenden Verbindungskanal (Rohrkrümmer I, IJ₃ Fig. Ι a half axial longitudinal section through the impeller and stator of a gas turbine, each with a blade and a connecting channel connected to it (pipe bend I, IJ ₃

Abb. 2 einen Querschnitt der Abb. 1 durch das Laufrad,Fig. 2 shows a cross section of Fig. 1 through the impeller,

Abb. 3 zwei Schaufehl mit einem an die Köpfe sich anschließenden Verbindungskanal (Rohrkrümmer 1),Fig. 3 two blades with a connecting channel adjoining the heads (Pipe elbow 1),

Abb. 4 einen Querschnitt der Abb. 1 durch das Leitrad.Fig. 4 shows a cross section of Fig. 1 through the stator.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden im Innern hohle Turbinenschaufeln a mit zylindrischen Füßen verwendet, welche auf entsprechende Art und Weise mit einem Ringkörper b oder c und durch diese mit dem Laufrad oder Turbinengehäuse fest und dicht verbunden sind. Je zwei in Richtung des Kranzumfanges benachbarte Hohlschaufehl α sind an ihren Köpfen durch einen Verbindungskanal (Rohrkrümmer 1) derart miteinander verbunden, daß derselbe zusammen mit den Schaufelhohlräumen einen U-förmigen Kanal bildet. Der einzelne Verbindungskanal (Rohrkrümmer 1) ist im Querschnitt meist kreisförmig ausgebildet, kann natürlich aber auch eine andere Querschnittsform besitzen. Ferner ist es vollkommen wahlfrei, ob der Verbindungskanal (Rohrkrümmer 1) mit den Schaufeln« aus einem Stück besteht oder an den Schaufelköpfen entsprechend angesetzt ist.In the illustrated embodiment of the invention, hollow turbine blades a with cylindrical feet are used inside, which are firmly and tightly connected in a corresponding manner to an annular body b or c and through this to the impeller or turbine housing. Every two in the direction of the rim circumference neighboring hollow scoops α are connected to one another at their heads by a connecting channel (pipe bend 1) in such a way that the same forms a U-shaped channel together with the vane cavities. The individual connecting channel (pipe bend 1) is usually circular in cross section, but can of course also have a different cross-sectional shape. Furthermore, it is completely optional whether the connection channel (pipe bend 1) with the blades consists of one piece or is attached to the blade heads accordingly.

Die Kühlung der Schaufeln gemäß der Erfindung geht wie folgt vor sich:The cooling of the blades according to the invention takes place as follows:

Das Kühlmittel (vorwiegend Kühlflüssigkeit) für das Laufrad 1 tritt aus der hohlen Laufradwelle durch radiale Bohrungen 2 und 4 in die ansteigenden Hohlräume der Schaufehl a, durchfließt entgegengesetzt der Drehrichtung des Laufrades die an den Schaufelköpfen anschließenden Verbindungskanäle (Rohrkrümmer 1) und gelangt alsdann in die absteigenden Hohlräume der Schaufehl α und von hier aus, falls mehrere Schaufeln« hintereinandergeschaltet sind, über die Verbindungskanäle 7 oder 8 nach der nächsten Schaufelgruppe, im anderen Falle unmittelbar durch radiale Bohrungen 5 und 3 nach der Abflußstelle. Nach seiner Rückkühlung wird das Kühlmittel der Turbine von neuem zugeführt, so daß ein steter Kreislauf bestehen bleibt, solange die Turbine im Betriebe ist.The coolant (mainly cooling liquid) for the impeller 1 emerges from the hollow impeller shaft through radial bores 2 and 4 into the rising cavities of the blade shell a, flows through the connecting channels (pipe bend 1) adjacent to the blade heads in the opposite direction to the direction of rotation of the impeller and then enters the descending cavities of the blade part α and from here, if several blades «are connected in series, via the connecting channels 7 or 8 to the next blade group, in the other case directly through radial bores 5 and 3 after the discharge point. After it has been recooled, the coolant is fed back into the turbine so that a constant cycle is maintained as long as the turbine is in operation.

Die Verbindungskanäle 7 oder 8 einschließlich der Zwischenwände 9 (Abb. 2) können, ohne daß die Schaltwigsmöglichkeit der Schaufehl α eine Beeinträchtigung erfährt, mit mit dem Laufrad 1 aus einem Stück bestehen oder auch der besseren Herstellung wegen aus einem getrennt einzusetzenden Ringkörper 6 herausgearbeitet sein.The connecting channels 7 or 8 including the partitions 9 (Fig. 2) can be made of one piece with the impeller 1 without impairing the switching facility of the blade defect α or, for better production, be worked out from an annular body 6 to be used separately .

Wie am Laufrad können auch am Leitrad beim Verfolg des Erfindungsgedankens die verschiedenartigsten Schaltungen für den Kühlmittellauf angewendet werden. Das Kühlmittel wird an dem Turbinengehäuse durch Öffnungen 10 und 11 zu- und abgeführt, die _tOo in dem Ringkörper c angeordnet sind (Abb. 4). Diese Öffnungen 10 und 11 werden in Richtung des Kranzumfanges einesteils durch den Ringkörper c, andernteils durch die Zwischenwände 13 begrenzt. Außerdem ist zwischen je zwei Zwischenwänden 13, die eine Schaufelgruppe einschließen, ein Zwischenstück 12 eingesetzt. Bei dem Leitrad können zumindest die Bohrungen 10 und 11 bzw. die Verbindungskanäle zwischen einer Schaufelgruppe no einschließlich der Zwischenwände 13 auch aus dem Ringkörper c herausgearbeitet werden, ohne daß eine Veränderung des Grundgedankens der Erfindung herbeigeführt wird.As with the impeller, the most varied of circuits for the coolant flow can also be used on the stator when pursuing the inventive concept. The coolant is supplied and discharged on the turbine _{housing through openings 10 and 11, which are arranged tO} o in the ring body c (Fig. 4). These openings 10 and 11 are limited in the direction of the rim circumference on the one hand by the ring body c and on the other hand by the partition walls 13. In addition, an intermediate piece 12 is inserted between every two intermediate walls 13 which enclose a blade group. In the case of the stator, at least the bores 10 and 11 or the connecting channels between a blade group no including the partition walls 13 can also be worked out of the ring body c without changing the basic idea of the invention.

Es ist ersichtlich, daß die Kühlungseinrichtung gemäß der Erfindung an keine bestimmte Turbinengattung mit axialer Beaufschlagung gebunden ist.It can be seen that the cooling device according to the invention is not specific Turbine type is bound with axial loading.

Geringfügige Abweichungen von der in der Zeichnung dargestellten Turbinenkonstruktion iao beeinträchtigen die Vorteile der Erfindung in keiner Weise.Slight deviations from the turbine construction shown in the drawing iao do not affect the advantages of the invention in any way.

Claims

Patent claims:

ι. Device for cooling gas turbine rotor blades and guide blades, in which the coolant is passed through channels open at the blade roots, characterized in that two hollow blades (a) adjacent in the direction of the rim circumference are connected to one another at their heads by a connecting channel (pipe elbow 11 are that this forms a U-shaped channel with the blade cavities.

2. Device according to claim ι for blades, characterized in that that the coolant forcibly opposite to the direction of rotation of the impeller through the vane cavities and their Connecting channels (1, 7 and 8) at the blade heads and roots are set in circulation will.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the blade cavities Either all are connected in series or form groups connected in parallel that are made up of groups connected in series Blade cavities exist.

1 sheet of drawings