SE470599B - Kylda blad för en gasturbinmotor - Google Patents

Description

470 599 2 passage som svarar för tillförseln till filmkylhålen. Den invändiga väggen som begränsar den radiella passagen omfattar ett flertal radiellt åtskilda hål som står i förbindelse med kylluften i det inre av bladet. Den radiella passagen är tillsluten vid botten, så att kylluften i passagen är statisk snarare än dynamisk. D v s det sker ingen strömning i passa- gen som sträcker sig från bladets rot till dess spets, utan strömningen sker i stället genom hålet i innerväggen, genom det sidledes utrymet som åstadkommes av den radiella passa- gen, och sedan ut genom det angränsande filmkylhålet.

Ett turbinblad enligt föreliggande uppfinning uppvisar de i patentkravets l kännetecknande del angivna särdragen.

I bladet enligt föreliggande uppfinning är de radiella passa- gerna öppna vid rotsektionen för trycktillförseln, så att det förefinns ett konstant flöde i den eller dessa passager från bladets rot till dess spets. En del av kylluften utströmar genom filmkylhålen, medan en annan del utströmmar genom öppningen eller öppningarna vid bladspetsen. Detta är en dynamisk strömningspassage. När kylluften strömmar vidare radiellt i riktning mot spetsen, så utströmmar en del genom filmkylhålen och motsvarande påfyllning sker genom den luft som släpps in genom kylluftpåfyllningshålen i den inre väggen som begränsar passagen. Den önskade backströmningsmarginalen och radiella strömningen kan fastställas i förväg genom noggrann dimensionering av hålet eller hålen vid bladspetsen och genom användning av strömningshinder i strömningen, såsom stopplister. Förutom till att uppnå kylning vid reducerade tillförseltrycknivåer, så används luft som inströmar i den radiella passagen till att träffa på baksidan av bladets profilerade bäryta för kyländamål, och utströmningen vid passagens övre ände används till att kyla bladets spetsparti.

Bladet som inbegriper uppfinningen uppnår i sig en smutssepa- reringsegenskap eftersom luften avböjs QUÉ och luften i passagerna centrifugeras genom bladets rotationsrörelse. ~ ,.- ~.-=-n-w¿.-.¿.~.-. __. vn. .,.ø_,~_*_,_,. u. ..... _, :25 230 a 35 ...fm »m-f-Jï-wpfr» -V...,, ._ _ . _ 470 599 Samanfattning av uppfinningen Ett ändamål med denna uppfinning är att åstadkomma ett för- bättrat turbinblad för en gasturbinmotor.Detta uppnås med ett turbinblad enligt patentkraven..

Ett särdrag hos denna uppfinning är att åstadkomma radiella passager angränsande till den profilerade bärytan av ett turbinblad, som är ventilerat med tillförseltryck vid roten och leder kylluft till en öppning vid bladspetsen. Kylluften i de radiella passagerna matar filmkylhålen och påfylls med ytterligare kylluft genom kylluftpåfyllningshål åtskilda radiellt i den inre väggen som begränsar den radiella passa- gen. Kylverkan uppnås med mindre kylluft och vid lägre tryck- nivåer.

Ett särdrag med denna uppfinning är att förutbestäma back- trycket i den radiella passagen genom noggrann dimensionering av hålet vid toppen av den radiella passagen och genom att inrätta stopplister. Förbättrad filmkylning uppnås genom upprätthållande av lämplig backströmningsmarginal över den radiella passagens hela radiella utsträckning för att mini- mera strömningen genom alla de filmkylhål som står i förbin- delse med denna radiella utsträckning.

Ytterligare ett särdrag är att åstadkomma ett förbättrat invändigt kylt turbinblad med smutstoleransmöjligheter.

De ovanstående och ytterligare särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att bli mer uppenbara genom följande beskrivning och tillhörande ritning.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 är en tvärsnittsvy för ett axialströmningsturbinblad som inbegriper denna uppfinning.

Fig. 2 är en snittvy tagen längs linjen 2-2 i fig. 1.

Fig. 3 är en partiell vy i snitt tagen längs linjen 3-3 i fig. 1. 470 599 4 Fig. 4 är en partiell vy i snitt taget längs linjen 4-4 i fig. 1 utvisande uppfinningen vid användande av sneda stopp- lister.

Bästa utföringsform av uppfinningen Fastän den föredragna utföringsformen beskriver ett typiskt turbinblad för en gasturbinmotor, av den typ som används vid den av Pratt & Whitney Aircraft tillverkade FIOO-motorn, så är det självklart att denna uppfinning är tillämpbar vid andra typer av luftkylda turbinblad.

Såsom den används här menas med termen "back- strömningsmarginal" tryckförhållandet mätt över vilket som helst av kylluftutströmningshålen på bladets profilerade bäryta. Endast delar av bladet visas här för att göra fram- ställningen enkel, och det är underförstått att de högt utvecklade metoderna för att öka värmeöverföringen, såsom piedestaler, stopplister och liknande, är utelämnade.

Såsom visas är det helt allmänt med 10 betecknade bladet tillverkat av någon av de välkända högtemperaturlegeringarna, och bladet omfattar en mantel som bildar en framkant 12, en bakkant 14, en spets 16 och ett rotparti 18. Bladet har sådan kontur att det bildar den profilerade bärytan med en sugsida (lägre tryck) och en trycksida 22. Ett flertal hål är _.. 4_.l _.-..... ...vnwrtww l( 2C utformade i den profilerade bärytan för att uppnå den önskade kylningen. Önskvärt är att kylluften över en betydande del av den profilerade bärytasektionen utströmar från dessa hål för att bilda en film som fungerar såsom en barriär eller ett hinder mellan den profilerade bärytan och de heta gaserna i motorns gasströmningsbana.

Sektionsvyn i fig. 2, som visar de invändiga passagerna i bladet genom ett plan som går genom mitten (medelkordasek- tion), exemplifierar allmänt använd bladkylteknik genom inkluderande av flera kylpassager begränsade av liv eller mellanväggar 26 som tjänar till att leda luften i en sling- 2- å ai å å E i 470 599 rande bana för att uppnå optimal konvektiv kylning. Upp- finningen är avsedd att användas tillsamans med denna typ av kylteknik, men uppfinningen är inte begränsad därtill.

Uppfinningsidén visas i fig. 1 och 3 vilka visar kylluft- tillförselkanalerna 30 som är utformade vid de önskade ställena angränsande till den profilerade bärytan, vid sug- sidan och trycksidan. För enkelhets skull komer endast en kylluftkanal att beskrivas, och det är den kanal genom vilken sektionen 3-3 visas i fig. 3.

I enlighet med föreliggande uppfinning gäller att kylluft- tillförselkanalen 30 är en på det hela taget cylindriskt utformad radiellt förlöpande passage utformad angränsande till den profilerade bärytan och innefattande ett flertal i radiell led åtskilda filmkylhål 32 utformade i bärytan.

Kylluft från en inloppsöppning 34 utformad vid bladets rot- parti strömar radiellt i riktning mot utströmningsöppningen 36 som är utformad vid bladets spets, medan en del av kylluf- ten strömar ut genom filmkylhålen 32. Strömningen i till- förselkanalen 30 är således dynamisk snarare än statisk och, såsom komer att förklaras nedan, så påfylles tillförselkana- len 30 kontinuerligt med kylluft.

Diametern på utströmningsöppningen 36 är dimensionerad för att uppnå en önskad backströmningsmarginal och ett önskat radiellt flöde. Detta tjänar till att åstadkoma det önskade tryckförhållandet över vart och ett av filmkylhålen 32 för att optimera filmkyleffektiviteten hos varje hål som finns över hela radiella utsträckningen. Den tjänar också till att åstadkomma tillräckligt flöde vid ett önskat tryck för att kyla bladets spets. Såsom torde inses av en fackman inom området skulle tillförselkanalen 30 kunna innefatta andra värmeöverföringsorgan såsom stopplister, för att öka bladets kylning, vilka också skulle påverka tryckfallet i passagen och inverka på backströmningsmarginalen och det radiella flödet. lm 470 599 6 Såsom nämnts ovan så påfylles tillförselkanalen 30 med kyl- luft via påfyllningskylhålen 38 som står i förbindelse med luften som strömar i de slingrande passagerna 40 som begrän- sas av liven eller mellanväggarna 26. Tillförselkanalen 30 mottar alltså kylluft från både källan för kylluft som in- släppes genom inloppet 34 vid bladroten (och som typiskt är kompressorutloppsluft) och påfyllningskylluften som tillförs via påfyllningshålen 38 som är fördelade över tillförselkana- lens 30 hela radiella utsträckning. Eftersom kylluften i tillförselkanalen 30 förbrukas allteftersom luften strömar vidare i riktning mot bladspetsen, ersättes den förlorade kylluften av den luft som insläppes till kanalen genom på- fyllningshålen 38. Detta utförande inbjuder till reglering av tryckförhållandet över alla filmkylhålen över den profilerade bärytan, som sträcker sig från rotpartiet till spetsen.

Eftersom flödet är minimerat på grund av back- strömningsmarginalen som motsvaras radiellt, så komer följ- aktligen täckningen av filmhålen att vara konstant över denna längd.

Såsom nämndes ovan kan tryckfallet i tillförselkanalen modi- fieras ytterligare genom tillfogande av stopplister, vilka också tjänar till att öka värmeöverföringseffektiviteten.

Hänvisning sker nu till fig. 4 som visar ett parti av till- förselkanalen 30 modifierad att innehålla de sneda stopp- listerna 70.

I hitintills kända konstruktioner var det nödvändigt att införa kylluften vid inloppet vid ett betydligt högre tryck för att säkerställa att det finns tillräckligt tryck när man närmar sig bladets spets. På grund av konstruktionens inne- boende natur, speciellt eftersom kylluften överförs från statisk struktur till de roterande bladen, medför detta dock ett läckageproblem eller ett besvärligt tätningsproblem. Den var därför typiskt en kompromiss mellan tolererbart läckage och önskat kyllufttryck.

På grund av denna uppfinning och eftersom kyl- lufttillförselkanalen påfylles med kylluft, kan inlopps- f-ewa §m fipw-.Wefimtafl _,_,._4_, _ _, .. ..._ . '<>*.*' 470 599 7 trycket ha ett betydligt reducerat värde, vilket undanröjer läckageproblemet och ökar motorns prestanda.

Såsom är uppenbart genom det ovanstående, så riktar påfyll- ningshålen 38 kylluften i de slingrande passagerna så att den träffar på den profilerade bärytans baksida. Detta erbjuder inte bara direktkylning, det fungerar också såsom en smuts- avskiljare eftersom luften viker av i viss utsträckning för att avgå genom filmkylhålen 32. Smutspartiklarna komer att ha en benägenhet att uppfångas av den dynamiska strömen av kylluft i tillförselkanalen 30 där smutsen sedan kommer att transporteras i riktning mot bladspetsen och utströmma i gasströmningsbanan genom utloppsöppningen 36. Eftersom bladet roterar, så centrifugeras luften som innehåller smutspartik- larna i tillförselkanalen 30 i riktning mot utloppsöppningen 36. Avsikten är att inom ramen för denna uppfinning så kan pâfyllningshålen 38 vara riktade inåt mot bladets rotparti, vilket ger en avskiljningsvinkel större än 90° och därigenom ökar smutsavskiljningen.

Fastän denna uppfinning har visats och beskrivits med av- seende på detaljerade utföringsformer därav, är det själv- fallet underförstått för fackmän inom området att olika ändringar i form och detalj av uppfinningen kan göras utan att man därför avviker från iden och skyddsomfånget för uppfinningen enligt nedanstående patentkrav.

Claims (5)

10 15 20 25 30 470 599 Patentkrav

1. Turbinblad (10) för en gasturbinmotor, med invändiga passager för ledande av kylluft däri, vilket blad har en profilerad bäryta (20 22) som avgränsar en rotsektion (18), en framkantsektion (12), en bakkantsektion (14), medelkorda- ~sektion, och en spetssektion (16), ett filmkylhål för av- tappning av kylluft över bärytan, k ä n n e t e c k n a t av ett flertal radiella invändiga passager (40) som begränsas av innerväggorgan utformade angränsande till bakkantsektionen (14) och framkantsektionen (12), vilka väggorgan sträcker sig från rotsektionen (18) till spetssektionen och begränsar en tillförselkanal (30), ett flertal radiellt åtskilda filmkyl- hål (32) i den profilerade bärytan (20, 22), vilka står i förbindelse med tillförselkanalen (30) för att få en film av kylluft att strömma angränsande till den profilerade bärytan, ett flertal påfyllningshål (38) radiellt åtskilda i väggorga- nen för att bringa kylluft att strömma från medelspännvidds- sektionen till tillförselkanalen (30) för att fylla på den kylluft i tillförselkanalen (30) som annars går förlorad genom tillförsel av kylluft till filmkylhålen (32), och organ för överföring av kylluft från rotsektionen (18) till att utströmma från en öppning (36) i den profilerade bärytan (20, 22) vid spetssektionen (16), och en källa av kylluft för tillförsel av kylluft till rotsektionen (18).

2. Turbinblad enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att öppningen (36)vid spetssektionen är dimensionerad för att minimera flödet av kylluft i tillförselkammaren för att i huvudsak åstadkomma en likformig filmhåltäckning för alla filmhålen (32)som matas genom tillförselkanalen (30) genom avpassning av backströmningsmarginalen för varje radiellt läge i tillförselkanalen.

3. Turbinblad enligt krav 1, k ä n n e t e c k - 10 470 599 9 n a t av att tillförselkanalen (30) har organ för avskilj- ning av smuts från kylluften och avlägsnande av den avskilda smutsen genom utströmningsöppningen (36).

4. Turbinblad enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att stopplister (70) ingår i tillförselkanalen (30).

5. Turbinblad enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a t av att stopplisterna (70) är sneda i förhållande till tillförselkanalens (30) riktning.