DE737479C - Gasturbinenschaufel - Google Patents

Description

• Gasturbinenschaufel Für die betriebssichere Gestaltung von Gastur-binenläufern ist die Senkung der- Wandtemperatur der Laufschaufeln von entscheidender Bedeutung, da dadurch bei gegebenem Werkstoff die zulässige Gastemperatur vor den Düsen und das verarbeitbare Wärmegefälle festgelegt werden. Bekanntlich ist hierbei für die Beherrschung hoher Abgastemperaturen, wie sie z. B. die Abgase von Otto-, motoren besitzen, unbedingt eine Bauteilkühlung erforderlich. Neben der Ermöglichung einer starken Wärmeleitung der heißen Schaufel zur gekühlten. Scheibe sind durch unmittelbare Kühlung günstige Verhältnisse zu erreichen, und zwar durch Durchspülung des vollwandig ausgeführten Schaufelgitters durch kalte Luft innerhalb der Gasbeaufschlagung (Außenkühlung der Schaufeln) oder mittels hohl ausgebildeter Laufschaufeln mit Durchtritt irgendwie vorverdichteter Kühl-Luft (Innenkühlung der Schaufel). Trotz des verwickelten Aufbaus des Läufers hat die zweite Möglichkeit bei Läufern großen Schluckvermögens Vorteile, da durch geeignete Ausführung der Kühlluftquerdurchschnitte innerhalb des in der Hauptsache zu kühlenden Schaufelschaftes günstige Wärmeübergangsverhältnisse an die Kühlluft .geschaffen werden können. Außerdem ist verhältnismäßig wenig Kühlluft erforderlich, und der von der Turbinenleistung in Abzug zu bringende Kraftbedarf für .die Verdichtung der Kühlluft bleibt ziemlich gering. Eine derartige Ausbildung ist Gegenstand der Erfindung. Es ist Aufgabe der Erfindung, Mittel vorzusehen, die ein intensives Kühlen der bekannten Schaufeln einer Gasturbine gestatten, in deren Schaufelkern durch Rippen .und ein auf der Bauchseite aufgeschweißtes Deckblech geschlossene Kanäle gebildet sind. Zur Erreichung der guten Kühlwirkung im Schaufelschaft ist bei gegebener Dichte der Kühlluft eine möglichst hohe Geschwindigkeit sowie ein günstiges Verhältnis der von der Kühlluft > bestrichenen Oberfläche zu der auf der Ga#-seite wärmeaufnehmenden Fläche anzustreben. Bei einer Gasturbinenschaufel, in deren Schaufelkern durch Rippen und ein auf der Bauchseite aufgeschweißtes Deckblech geschlossene Kanäle gebildet sind, werden daher die Kanäle bis auf eine kühltechnisch günstige Wandstärke auf der Rückseite durchgeführt und der obere Teil des Schaftes mit einem größeren freien Querschnitt als der untere versehen. Zweckmäßig ist es hierbei, schmale Kühlluftkanäle mit vielen Rippen vorzusehen. Will man aus Herstellungsgründen die gleiche Wirkung in einfacherer Weise erzielen, so wird man diese nur im oberen Teil des Schaftes durch Fortnehmen der Rippen erreichen, so daß der Rücken des Schaftes nur durch die Wand des Schaufelkerns gebildet wird. Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Abb. i und a. Abb. i zeigt die Anordnung von vier Schaufelkanälen im Schnitt und Abb. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Schaufel mit abgenommenem Deckblech. Die Kühlkanäle i bis 4. sind in eine normale Schaufel 5 eingefräst und werden durch Aufschweißen eines dünnen Deckbleches 6 auf der Bauchseite des Schaftprofils abgedeckt. Da es infolge der hohen Fliehkraftbeanspruchungen im unteren Teil des Schaufelschaftes notwendig ist, eine besonders gute Kühlung vorzunehmen, sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb..2 im unteren Teil des Schaftes enge Kühlkanäle vorgesehen, die im oberen Teil fehlen. Wegen der erforderlichen Warmfestigkeit des MTerkstoffes (und der Notwendigkeit der Beibehaltung des Vergütungszustandes )kommt das Schmieden in Gesenken wohl kaum in Frage. Die vorgeschlagene Fertigungsart der verwickelten Form ist von entscheidender Bedeutung, weil die Beanspruchung solcher Schaufeln beim Betrieb mit hohen Gastemperaturen sehr nahe an der Dauerfestigkeit (für eine bestimmte, ziemlich beschränkte Lebensdauer j gewählt werden muß und die auftretenden Kräfte (Zug und Biegung) möglichst unter Vermeidung unnötiger Spannungsspitzen aufzunehmen sind, wobei auch die Schwin:guiigssteifigkeit sehr hoch sein soll. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß man die Kühlluftkanäle beliebig nach kühltechnischen und strömungstechnischen Gesichtspunkten ausbilden kann, z. B. wird dadurch das Heranführen der Kühlluft besonders an die sehr heißen Ein- und Austrittskanten des Profils ermöglicht. Ferner lassen sich die Einzelkanäle sehr gut auf den Schaftquerschnitt verteilen; die Kanäle selbst können mit einer Erweiterung versehen werden, um durch die Diffuserwirkung den erforderlichen Druckabfall der Kühlluft innerhalb der Schaufel zu vermindern, oder der obere Teil des Schaufelschaftes, der wegen seiner geringen Fliehkraftbeanspruchung keiner so guten Kühlung bedarf, kann ohne Rippen und sehr leicht, d. h. mit geringen Wandstärl,zen, ausgeführt werden, wodurch die Fliehkraftbeanspruchung des unteren Schaftteiles weiter herabgesetzt wird. Durch die dünne Ausführung des Deckbleches ist das Aufschweißen auf elektrischem Wege ohne nennenswerten Verzug der bis zum Polieren fertiggestellten Schaufel ohne weiteres möglich; außerdem wird durch die geringe Fliehkraft des Deckbleches die Schweißnaht sehr wenig beansprucht, was der Tatsache- sehr gelegen kommt, daß die Festigkeit der Sch«-eißung ja immer mehr oder weniger unterhalb der Festigkeit des Ursprungswerkstoffes liegen wird. Bei der vorgeschlagenen Ausführung werden ferner zusätzliche Spannungen an Schaufel und Scheibe vermieden, die z. B. bei der Aufteilung der Schaufel in zwei Hälften mit je einem Fußteil und Verbindunh der oberen Schafthälften durch Schweißen, Bördeln usw. auftreten können.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenschaufel,in deren Schaufelkern durch Rippen und ein auf der Bauchseite aufgeschweißtes Deckblech g:2-schlossene Kanäle gebildet sind, dadurch gel:enn-r_eichnet, daß diese Kanäle (i bis 4.) bis auf eine kühltechnisch günstige Wandstärke auf der Rückseite der Schaufel durchgeführt sind und im oberen Teil des Schaftes einen größeren freien Querschnitt als im unteren haben.
2. 2. Gasturbinenschaufel nachAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittvergrößerung der Kanäle nur im oberen Teil des Schaftes durch Fortnehmen der Rippen vorgesehen ist, so daß der Rücken des Schaftes nur durch die Wand des Schaufellzerns gebildet wird.