DE7518804U - Gekuehlte turbinenschaufel - Google Patents
Gekuehlte turbinenschaufelInfo
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- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
- F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
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Hw/DP
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boverl & Cie.s Baden (Schweiz)
Gekühlte Turbinenschaufel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gekühlte Turbinenschaufel mit einem oder mehreren Hohlräumen und mit Einsätzen,
welche verschiedene Kühlräume bilden, sowie Kühlluftaustrittsöffnungen
an der Schaufeloberfläche.
Turbinenschaufeln, vorzugsweise Gasturbinenschaufeln, welche
von Kühlluft durchströmt werden und die aus einem Aussenmantel und mindestens einem Einsatz bestehen, wobei der Einsatz an
Vorsprüngen der inneren Oberfläche des Aussenmantels anliegt, diese Vorsprünge in Querrichtung des Schaufelblattes verlaufen
und zwischen welchen Kühlluftkanäle gebildet werden,
gehören bereits zum Stand der Technik. So ist beispielsweise
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· · 1 t 1 t I I
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in der US-PS 3 809 ^91 eine derartige Konstruktion beschrieben,
bei welcher die Kühlluft dem Innenhohlraum des Einsatzes von einer Druckluftquelle zugeführt wird und durch Durchtrittsöffnungen
im Einsatz in den Turbulenzraum einströmt, wodurch eine Kühlung der Schaufeleintrittskante dur*.h die sogenannte
Prallkühlung erreicht wird. Vom Turbulenzraum aus fliesst die Kühlluft dann beidseitig des Einsatzes in den in der Innenwand
des Aussf.nmantels zwischen den Vorsprüngen gebildeten
Kühlluftkanäien zur Schaufelaustrittskante, in deren Bereich sich die Aastrittsöffnungen befinden.
Gemäss einer weiteren bislang zur Anwendung kommenden Konstruktion
ist der Turbulenzraum auf der Saugseite der Schaufel gegen die saugseitigen Kühlluftkanäle durch eine Dichtleiste
abgeschlossen, so dass die Kühlluftkanäie entlang der Druckseite der Schaufel zur Schaufelaustrittskante und von dort
entlang der Saugseite der Schaufel zurück in den Bereich der Schaufeleintrittskante führen und bei welcher ebenfalls Austrittsöffnungen
für die in den Kühlkanälen strömende Kühlluft im Bereich der Schaufelbinterkante angeordnet sind.
Bei den bekannten Anordnungen ist es jedoch unter gewissen Voraussetzungen, beispielsweise bei relativ geringen Kühlluftmengen
und hohen Temperaturen an der Schaufelaussenoberfläche
schwierig,eine gleichmässige und ausreichende Kühlung in
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- 3 - ; Cy/75
allen Bereichen des Schaufelblattes zu erzielen. Ein weiterer
Nachteil ist in der Verschlechterung des Kühlwirkungsgrades durch die Querströmung im Schaufelinnenraum zu erblicken,
da die Intensität der Prallkühlunp; durch dip QuerstWimung
abnimmt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine r,<-'kühlt.e
Turbinenschaufel zu schaffen, bei welcher auch bei groanen Flächen eine gleichmässige, über die Ranv.o Oberfläche einheitliche
Kühlung erfolgt, bei welcher die Intensität der Prallkühlung möglichst konstant bleibt und bei welcher für
die Kühlung grosser Flächen kein enorm grosser Kühlluf^bedarf
erforderli-h ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemüss dadurch gelöst,
dass die Einsätze aus treppenförmig überlappenden Wänden und
Kühlluftableitungen bestehen.
Der Vorteil der vorgenannten Anordnung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch eine mehrfache Staffelung der Kühlluftführung
die Kühlluft mehrfach ausgenützt und somit die Kühlleistung erhöht wird, wodurch der Kühlluftbedarf verringert
wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführung form sind zwischen den
treppenförmig überlappenden Wänden und den Innenoberflächen
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der Schaufelwände Turbulenzräume vorgesehen, wobei zweckmässigerweise
die treppenförmig überlappenden Wänie Kühlluftdurchtritte zur Prallkühlung aufweisen.
Weiterhin können die Kühlluftdurchtritte in den treppenförmig
überlappenden Wänden abschnittsweise in Reihen angeordnet sein und auch mehrere Kühlluftstufen bilden.
Diese vorteilhaften Anordnungen ermöglichen es, dass die Kühlluft
aus dem Schaufelinnenraum so auf die zu kühlende Innenoberfläche
der Schaufelwand in einen von den treppenförmig überlappenden Wänden gebildeten Kanal geleitet wird, dass
sie wiederholt auf die zu kühlende Wand aufprallt. Dabei wird durch die Ueberlappung der einzelnen durch die treppenförmig
überlappenden Wände gebildeten Kanäle die Kühlluft so geleitet, dass sie nach dem zweiten Kanal wiederum auf
die Innenoberfläche der Schaufelwand aufprallt, Dur>;h diese Anordnung ergeben sich mehrere Kühlstufen, wodurch eine
intensive Ausnützung der Kühlluft erreicht wird.
Gemäss einer weiteren Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes
sind die Kühlluftableitungen an einer der Kühlstufen angeschlossen.
Um die gleiche Kühlluft mehrfach auszunützen, muss sie an einer Stelle der Turbinenschaufel ausgeblasen werden, welche
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einen geeigneten statischen Druck aufweist. Derartige Stellen befinden sich vorzugsweise an der Saugseite der Turbinenschaufel,
sowie an der Hinterkante der Schaufel. Gleichzeitig wird dadurch die Hinterkante der Turbinenschaufel mit Prall-, FiIm-
und Konvektivkühlung gekühlt, wobei die V/irkung der Konvektivkühlung
durch Zapfen, welche im Schaufelinnenraum angeordnet sind, erhöht wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine gekühlte Turbinenschaufel,
Fig. 2 eine Detailansicht der treppenförmig überlappenden
Wände im Innern der Turbinenschaufel gemäss Fig. 1
Gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine hohle Turbinenschaufel bezeichnet,
in deren Innenraum 2 verschiedene Einsätze 3 angeordnet sind, welche wiederum einzelne Kühlräume bilden. In der Wand der
Turbinenschaufel 1 sind Kühlaustrittsöffnungen H vorgesehen,
und zwar sowohl an der Saugseite der Turbinenschaufel, als
auch an der Hinterkante derselben. Im innenraum 2 der Turbinenschaufel
1 sind weiterhin treppenförmig überlappende Wände 5 mi
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Il I Il
Kühlluftdurchtritten 6 angebracht. Die treppenförmig überlappenden
Wände 5 sind abschnittsweise in Reihen angeordnet und vorzugsweise an der Innenoberfläche der Druckseite der
Turbinenschaufel 1 so vorgesehen, dass sie mehrere Kühlstufen bilden. Die einzelnen Kühlstufen sind an Kühlluftableitungen
7, welche zu den Kühlluftaustrittsöffnungen H in der Wand der Turbinenschaufel 1 führen, angeschlossen. Nahe der Hinterkante
der Turbinenschaufel 1 sind im Innenraum 2 Zapfen angeordnet, welche ebenfalls von der austretenden Kühlluft
umspült werden und dadurch die Wirkung der Konvektivkühlung erhöhen.
In der Fig. 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen
versehen wie in Fig. 1. In der Fig. 2 ist ein Teil der Wand der Turbinenschaufel 1 dargestellt, an welcher zum Innenraum
2 hin die treppenförmig überlappenden Wände 5 mit den Kühlluftdurchtritten
6 befestigt sind und bei welchen die letzte der treppenförmig überlappenden Wände 5 in die Kühlluftableitung
7 einmündet. Die Pfeile bezeichnen die Strömungsrichtung der Kühlluft.
Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Anordnung ist folgende:
Durch einen (nicht dargestellten) Kühlluft-Zuführungskanal wird Kühlluft in den Innenraum 2 der Turbinenschaufel 1 vorzugsweise
vom Schaufelfuss zur Schaufelspitze, geleitet. Die Kühlluft
umströmt die Einsätze 3 und ebenfalls die treppen-
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VJ/Tj
förmlg überlappenden Wände 5, wobei sie durch die Kühlluftdurchtritte
6 mehrfach gestaffelt von einem durch die Wände 5 gebildeten Kanal in den anderen an der Innenwand der Turbinen
schaufel 1 entlang strömt, diese kühlt und schliesslich in der Kühlluftableitung 7 zu den Kühlluftaustrittsüffnungen 4,
welche vorzugsweise an der Saugseite der Turbinenschaufel angeordnet sind, geleitet wird. Die an die Hinterkante der Turbinen
schaufel 1 geleitete Kühlluft umströmt die dort angeordneten Zapfen 8 und wirkt dabei noch als Konvektivkühlung, wobei die
Zapfen 8 diese Wirkung noch erhöhen.
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Claims (6)
1. Gekühlte Turbinenschaufel mit einem oder mehreren Hohlräumen und mit Einsätzen, welche verschiedene Kühlräume bilden, sowie
Kühlluftaustrittsöffnungen an der Schaufeloberfläche, dadurch
gekennzeichnet j dass die Einsätze (3) aus treppenförmig überlappenden Wänden (5) und Kühlluftableitungen (7) bestehen.
2. Gekühlte Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dtn treppenförmig überlappenden Wänden
(5) und den Innenoberflächen der Turbinenschaufel (1) Turbulenz- j
räume vorgesehen sind.
3. Gekühlte Turbinenschaufel nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet,
dass die treppenförmig überlappenden Wände (5) Kühlluftdurchtritte (6) zur Prallkühlung aufweisen.
4. Gekühlte Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlluftdurchtritte (6) an den treppenförmig
überlappenden Wänden (3) ;ibucluii ll.uwi1 i υ υ in Reihen angeordnet
sind.
5. Gekühlte Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die treppenförmig überlappenden Wände ([))
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mehrere Kuhlstufen bilden.
6. Gekühlte Turbinenschaufel nach den Ansprüchen 1 und 53 dadurch
gekennzeichnet, dass die Kühlluf lableitum^n (7) an
einer der Kühlstufeti angeschlossen sind.
BBC Aktiengoseilschaft Brown, Boveri & Cie.
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