CH628397A5 - Luftgekuehlte turbinenschaufel. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hohle, luftgekühlte Turbinen- 30 luftdurchlass. Da die Auslasslöcher 35 und 36 dort an der kon-schaufel gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. kaven und an der konvexen Schaufelaussenfläche ausmünden,

Zu den wirksamen Kühlmethoden für Turbinenschaufel wo der Aussendruck verhältnismässig klein ist, ergibt sich in gehören bekanntlich diesem ersten Durchlass eine Druckverteilung, die derart ist,

a) die Konvektionskühlung, bei welcher Kühlluft entlang dass eine zufriedenstellende Kühlung, die eine Kombination der Schaufelinnenoberfläche strömen gelassen wird, 35 von Aufprall-, Konvektions- und Schleierkühlung ist, strö-

b) die Aufprallkühlung, bei welcher Strahlen von Kühlluft mungsabwärts der Austrittslöcher 35 und 36 erreicht wird, und an der Schaufelinnenoberfläche zum Aufprallen gebracht wird, zwar mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch diesen und Durchlass, so dass sich eine hohe Kühlwirkung ergibt.

c) die Schleierkühlung, bei welcher Kühlluft aus der Schau- Eine andere Teilmenge der eingeführten Kühlluft tritt vom fei austreten und als Schleier entlang der Schaufelaussenseite 40 Innenraum 29 des Einsatzes 22 durch eine Anzahl von Reihen strömen gelassen wird. und Austrittslöchern 37,38 und 39 hindurch, welche in den zap-

Es ist natürlich von Vorteil, solche Methoden kombiniert fenförmigen Vorsprüngen 26,27 und 28 gelegen sind; nach zur Anwendung zu bringen. ihrem Austritt aus den Löchern 37,38 und 39 strömt diese Kühl-

Bei einer vorbekannten Turbinenschaufel ist ein Einsatz mit luftteilmenge entlang der Aussenoberfläche der Schaufelwan-einer grossen Anzahl von Luftdurchlasslöchern vorgesehen, 45 dung 21 in Form von Schleiern, so dass sich über dieser Aussen-die zuerst zur Aufprallkühlung, danach auch zur Konvektions- Oberfläche eine Schleierkühlung ergibt. Diese Austrittslöcher kühlung und zuletzt, nach Durchtritt durch in der Schaufel- 37,38 und 39 bilden «zweite» Durchlässe, die vom ersten wand vorgesehene Löcher oder Schlitze, auch zur Schleierküh- Durchlass unabhängig sind; dies bedeutet also, dass der Innen-lung dient. Dabei ist nachteilig, dass die Luft nach Wärmeauf- räum 29 des Einsatzes 22 direkt mit der Aussenseite der Schau-nahme bei der Aufprall- und bei der Konvektionskühlung, 50 feiwand in Verbindung steht, so dass Kühlluft von niedriger schon eine so hohe Temperatur erreicht, dass sie kaum mehr Temperatur für die nun erfolgende Schleierkühlung der Turbi-wirksam zur Schleierkühlung dienen kann. Es ist auch zu nenschaufelaussenseite wirksam ist. Da der Druckunterschied berücksichtigen, dass in vielen Einbaufällen nur eine geringe zwischen dem Einsatzinnenraum 29 und der Schaufelaussen-Druckdifferenz zwischen dem Kühlluftzufuhrdruck und dem im seite ausgenützt werden kann für dieses Herausdrücken der Betrieb an der Schaufelvorderkante herrschenden Druck exi- 55 Kühlluft, kann diese sogar an Schaufelteilen zum Strömen stiert. Wenn eine solche geringe Druckdifferenz für alle drei gebracht werden, die an der Schaufelvorderkante bzw. an der Kühlarten dienen soll, so ist der für jede einzelne Kühlart zur stromaufwärtigen Hälfte der konkaven Aussenseite gelegen Verfügung stehende Anteil dieser Druckdiffernz entsprechend sind, wo die äusseren Gasdrücke nur geringfügig unter dem gering, mit der Folge, dass keine der drei Kühlarten zufrieden- Gasdruck der der Schaufel zugelieferten Kühlluft sind; dies hat stellend arbeitet. 60 zur Folge, dass eine Schleierkühlung an Stellen erreicht werden

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe kann, die bisher für eine solche Schleierkühlung nicht zugäng-

zugrunde, eine Turbinenschaufelausbildung zu schaffen, die ins- lieh waren. Es ergibt sich demzufolge eine hochwirksame gesamt eine wirksame Kühlung ermöglicht. Schleierkühlung.

Erfindungsgemäss soll diese Aufgabe durch eine Ausbil- Eine an sich bekannte Kühlart kann Anwendung finden für dung dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst wer- 65 das Kühlen der konvexen Aussenoberfläche und von Aussenden. oberflächenabschnitten, die in der Nähe der Schaufelhinter-

In bezug auf vorteilhafte Weiterausbildungen wird auf die kante gelegen sind. Hierzu wird ein Raum 42, der zwischen den Ansprüche 2 bis 4 verwiesen. Rippen 23 und 24 und dem Einsatz 22 gelegen ist, mit dem Ein-

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satzinnenraum 29 in Verbindung gesetzt durch ein Aufpralloch 41 hindurch, das sich durch die Wand des Einsatzes 22 hindurch erstreckt; der Zwischenraumteil 42 steht ferner mit der konvexen Schaufeloberfläche in Verbindung durch ein Auslassloch 43, das in der Schaufelwand 21 vorgesehen ist. In ähnlicher Weise ist ein zwischen den Rippen 23 und 25 sowie dem Einsatz 22 gelegener Raum 46 mit dem Einsatzinnenraum 29 verbunden durch Aufpralluft-Durchlassöffnungen 44 und 45 hindurch, die in der Wand des Einsatzes 22 vorhanden sind; dieser Zwischenraumteil 46 ist ausserdem in der Nähe der Hinterkante der Schaufel mit der Aussenoberfläche verbunden durch Auslasslöcher 47 hindurch. Es tritt also Kühlluft aus dem Einsatzinnenraum 29 in die Zwischenraumteile 42 und 46 durch die Auf-pralluft-Durchlassöffnungen 41,44 und 45 hindurch, so dass ein Aufprallkühlung derjenigen Bereiche der Schaufelinnenoberfläche erfolgt, welche diese Zwischenraumteile 42 und 46 zum Teil begrenzen. Danach strömt diese Luft durch diese Zwischenraumteile 42 und 46, um die angrenzenden Schaufelbereiche durch Konvektionskühlung zu kühlen. Schliesslich tritt diese Luft durch die Auslasslöcher 43 und 47 nach aussen, wo sie an der Aussenoberfläche der Schaufel, und zwar auf deren konvexen Seite, strömungsabwärts des Loches 43 eine Schleierkühlung durchführt.

Die zapfenförmigen Vorsprünge 26,27 und 28 haben irgendeine geeignete Querschnittsform, z. B. eine runde, ellipti-5 sehe oder langgezogene rechteckige Form. Die Achsen der Austrittslöcher 37,38 und 39 verlaufen bei den zugehörigen Vorsprüngen 26,27 und 28 unter einer gewissen Neigung zur Sehne des Schaufelquerschnittes. Es wäre auch denkbar, dass sich mehrere Austrittslöcher in einem bestimmten Vorsprung io erstrecken.

Mit der erfindungsgemäss ausgebildeten Turbinenschaufel kann eine hochwirksame kombinierte Aufprall-, Konvektions-und Schleierkühlung der in Gasströmen sehr hoher Temperatur arbeitenden Schaufel erreicht werden auch bei Zufuhr einer 15 relativ geringen Kühlluftmenge. Nachdem also eine Turbinenschaufel zur Verfügung steht, die in sehr hochheissen Betriebsmedien arbeiten kann, so wie dies durch Gasturbinenschaufeln der Fall ist, kann auch der thermische Wirkungsgrad der mit den Schaufeln ausgerüsteten Turbine erheblich verbessert wer-20 den.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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   PATENTANSPRÜCHE Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden

   1. Hohle, luftgekühlte Turbinenschaufel mit mehreren inne- Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

   ren Rippen (23,24,25) und zapfenförmigen Vorsprüngen (26, Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles der

   27,28), einem an diesen Rippen und Vorsprüngen abgestützten, erfindungsgemässen Turbinenschaufel, und hohlen Einsatz (22), wobei Durchlässe vorgesehen sind, die den s Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Innenraum (29) des Einsatzes mit der Aussenseite der Schaufel Bei der dargestellten Turbinenschaufel erstrecken sich drei verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass zu diesen Durchläs- Rippen 23,24 und 25 an der Innenseite der Wandung 21 der sen erste (31,32,35,36,44,45,46) gehören, welche den Einsatz- hohlen Schaufel; an dieser Innenoberfläche sind auch mehrere räum (29) zuerst mit dem zwischen Einsatz und Schaufelwand zapfenförmige Vorsprünge 26,27 und 28 vorgesehen. Ein hoh-gelegenen Zwischenraum und dann mit der Schaufelaussen- io 1er Einsatz 22 ist an den Rippen und an den zapfenförmigen seite verbinden, und zweite (37,38,39), die teilweise in den zap- Vorsprüngen abgestützt, an deren flachen gegenüberliegender fenförmigen Vorsprüngen (26,27,28) gelegen sind und den Seite er anliegt.

   Innenraum direkt mit der Schaufelaussenseite verbinden. Von einem (nicht gezeigten) Kompressor eingespeichte
2. 2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Kühlluft strömt durch den Innenraum 29 des Einsatzes 22. Eine zeichnet, dass die zweiten Durchlässe in der Nähe des Schaufel-15 Teilmenge dieser Kühlluft tritt durch «erste» Durchlasslöcher vorderrandes angeordnet sind. 30,31,32 und 33 als Aufprallkühlluft in den Zwischenraum 34,
3. 3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch der zwischen der Schaufelwand 21 und dem Einsatz 22 vorhan-gekennzeichnet, dass die ersten Durchlässe sowohl an der kon- den ist; diese Kühlluft prallt als Strahlen gegen die Innenober-kaven wie auch an der konvexen Schaufelseite ausmünden. fläche der Schaufelwand 21, wodurch diese eine Aufprallküh-
4. 4. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 iUng erfährt. Danach strömt diese Luft innerhalb des Zwischenzeichnet, dass die zweiten Durchlässe zum Teil (37,38) in der raumes zwischen den zapfenförmigen Vorsprüngen 26,27 und Nähe der Schaufel Vorderkante und zum Teil (39) in der strö- 28 hindurch, wodurch die Schaufelwand auch eine Konvek-mungsaufwärtigen Hälfte der konkaven Schaufelseite ausmün- tionskühlung erfährt. Schliesslich tritt diese Luft durch Aus-den. trittslöcher 35 und 36 hindurch, die in der Schaufelwand 21 vor-

   25 handen sind, worauf sie noch zu einer, wenn auch geringen Schleierkühlung desjenigen Teiles der Schaufelaussenseite dient, die strömungsabwärts der Austrittslöcher 35 und 36 gelegen ist. Alle Löcher 30,31,32,33 sowie auch der Zwischenraum 34 und die Austrittslöcher 35 und 36 bilden einen ersten Kühl-