DE102017221640A1 - Laufschaufel, Rotor und Flugtriebwerk mit variabler Kühlung - Google Patents

Laufschaufel, Rotor und Flugtriebwerk mit variabler Kühlung Download PDF

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Richard Scharl
Johannes Casper
Alexander Ladewig
Christian Liebl
Steffen Schlothauer
Klaus Semmler
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Abstract

Offenbart ist eine Laufschaufel für einen Rotor, in deren Innerem ein Kühlungskanalsystem (100, 200) zum Hindurchführen von Kühlungsgas verläuft. Innerhalb des Kühlungskanalsystems sind ein Blockadekörper (110, 210) und ein Federelement (120, 220) angeordnet. Zur Vergrößerung eines Strömungsquerschnitts des Kühlungskanalsystems kann der Blockadekörper gegen eine Federkraft (F) des Federelements von einer ersten Position (P1) in eine zweite Position (P2) bewegt werden. Die zweite Position (P2) liegt in einem vorgesehenen Einbauzustand der Laufschaufel am Rotor radial weiter außen als die erste Position.
Offenbart sind ferner ein Rotor mit einer Laufschaufel und ein Flugtriebwerk mit einem Rotor.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel, in deren Innerem ein Kühlungskanalsystem zum Hindurchführen von Kühlungsgas ausgebildet ist. Die Laufschaufel ist für eine Strömungsmaschine vorgesehen, insbesondere für eine Gasturbine, beispielsweise eines Flugtriebwerkes, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks. Die Erfindung betrifft zudem einen Rotor mit mindestens einer derartigen Laufschaufel und ein Flugtriebwerk mit mindestens einem solchen Rotor.
  • Thermisch hoch belastete Laufschaufeln an Rotoren von Strömungsmaschinen werden häufig mittels eines Kühlsystems gekühlt, das Kühlluft durch ein Kanalsystem an eine Oberfläche der jeweiligen Laufschaufel leitet. Das Kühlsystem ist dabei häufig für den heißesten Betriebspunkt, also für eine Volllast der Strömungsmaschine ausgelegt. Für einen Teillastbetrieb, in dem weniger Hitze auftritt, ergibt sich daraus eine unnötig starke Kühlung, was einen ungünstigen Wirkungsgrad bedeutet.
  • Aus diesem Grunde wurden Laufschaufeln entwickelt, die einen veränderlichen Durchstrom von Kühlluft ermöglichen.
  • Aus der DE 102 25 264 A1 ist eine luftgekühlte Turbinenschaufel bekannt, die an der Schaufelspitze ein sich senkrecht zur Schaufellängsachse erstreckendes Deckbandelement aufweist. Das Deckbandelement ist zwecks Kühlung mit mindestens einer Kühlluftbohrung durchzogen, die eingangsseitig mit wenigstens einem durch die Turbinenschaufel verlaufenden Kühlluftkanal in Verbindung steht und ausgangsseitig in den die Turbinenschaufel umgebenden Außenraum mündet. In der Kühlluftbohrung befindet sich ein Ventil, das sich z.B. elektromechanisch oder mittels eines Bimetalls in Abhängigkeit von der Temperatur des umgebenden Außenraums öffnet und schließt.
  • Die DE 10 2010 049 541 B4 offenbart eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine, bei der mindestens ein Ventilkörper in einer Ventilkörperführung im Inneren eines Laufschaufelblattes angeordnet ist. In Abhängigkeit von der auf ihn wirkenden Fliehkraft kann der Ventilkörper einen Strömungsquerschnitt mehrerer hintereinandergeschalteter Kühlbohrungen verändern. Ein derartiges Schaufelblatt lässt sich einfach herstellen, beispielsweise mittels generativer Fertigung, und die Kühlung kann damit direkt abhängig von einer auf den Ventilkörper wirkenden Zentrifugalkraft gesteuert werden.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine weiter verbesserte Laufschaufel sowie einen Rotor und ein Flugtriebwerk mit einer derartigen verbesserten Laufschaufel bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Laufschaufel gemäß Anspruch 1, einen Rotor nach Anspruch 9 und ein Flugtriebwerk gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
  • Eine erfindungsgemäße Laufschaufel ist zur Verwendung in einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine vorgesehen. In ihrem Inneren ist mindestens ein Kühlungskanalsystem ausgebildet, das dazu eingerichtet ist, Kühlungsgas (insbesondere Kühlluft) durchzuleiten. In dem Kühlungskanalsystem sind ein Blockadekörper und ein Federelement angeordnet.
  • Zur Vergrößerung eines Strömungsquerschnitts (der bei konstantem Druck ein Volumen an pro Zeiteinheit an durchzuleitendem Kühlungsgas definiert) ist der Blockadekörper in dem Kühlungskanalsystem zwischen einer ersten und einer zweiten Position beweglich. Der Bewegung des Blockadekörpers von der ersten in die zweite Position wirkt eine Federkraft des Federelements entgegen; die Federkraft des Federelements drängt den Blockadekörper also von der zweiten zur ersten Position. In einem vorgesehenen Einbauzustand der Laufschaufel am Rotor liegt die zweite Position radial weiter außen als die erste Position; sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich die Angabe „radial außen“ und davon abgeleitete Begriffe in dieser Schrift stets auf eine vorgesehene Rotationsachse des Rotors, an dem die jeweilige Laufschaufel montiert ist oder an dem zu montieren die Laufschaufel eingerichtet ist.
  • Ist der Blockadekörper in der ersten Position, so weist das Kühlungskanalsystem (lokal, also in einem dem Blockadekörper zugehörigen Bereich, beispielsweise einer Umgebung des Blockadekörpers) somit einen ersten Strömungsquerschnitt auf. Dieser ist kleiner als ein zweiter Strömungsquerschnitt, der erreicht wird, wenn der Blockadekörper sich an der zweiten Position im Kühlungskanalsystem befindet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der erste Strömungsquerschnitt höchstens 50%, höchstens 20%, höchstens 10% oder sogar höchstens 5% des zweiten Strömungsquerschnitts oder ist sogar ganz geschlossen.
  • Bei einer Rotation des die Laufschaufel umfassenden Rotors wirkt die Fliehkraft auf den Blockadekörper gegen die Federkraft des Federelements. Bei ausreichender Drehzahl und damit Fliehkraft wird dann erfindungsgemäß der Blockadekörper gegen die Federkraft des Federelements in die zweite Position gedrängt und so der Strömungsquerschnitt im Kühlungskanalsystem vergrößert.
  • Eine derartige Laufschaufel kann unmittelbar lastabhängig gekühlt werden und verbessert damit den Wirkungsgrad eines die Laufschaufel enthaltenden Rotors. Vermöge der Federkraft kann dabei eine Mindestdrehzahl (bzw. -rotationsgeschwindigkeit) festgelegt sein, die für einen Übergang des Blockadekörpers in die zweite Position erforderlich ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die einer Bewegung des Blockadekörpers von der ersten in die zweite Position entgegen wirkende Federkraft des Federelements größer als die auf den Blockadekörper wirkende Erdanziehungskraft: Durch sein Gewicht allein kann dann also der Blockadekörper nicht aus der ersten Position in die zweite bewegt werden. Sofern keine weitere Kraft, insbesondere Fliehkraft auf den Blockadekörper wirkt, hält dann das Federelement den Blockadekörper somit auch dann in der ersten Position, wenn die zweite Position weiter unten liegt als die erste. Insbesondere verhindert bei einer derartigen Ausführungsform das Federelement, dass der Blockadekörper in die zweite Position fällt und somit eine übermäßige Kühlung bewirkt, wenn die Laufschaufel bei stehendem oder relativ langsam rotierendem Rotor mit ihrer Schaufelspitze nach unten (zur Erde) weist. So wird eine besonders gleichmäßige Kühlung eines Rotors sicherstellt, der mehrere entsprechende Laufschaufeln umfasst.
  • Vorzugsweise vergrößert sich der Strömungsquerschnitt des Kühlungskanalsystems mit einer Bewegung des Blockadekörpers von der ersten zur zweiten Position monoton oder sogar streng monoton: Dies erlaubt eine abgestufte oder kontinuierliche Änderung des Durchflusses an Kühlungsgas, indem der Blockadekörper mittels der Federkraft abhängig von der Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit in Zwischenpositionen bzw. Zwischenbereichen zwischen erster und zweiter Position gehalten werden kann, in denen sich bei der jeweiligen Rotation Federkraft und Fliehkraft im Wesentlichen die Waage halten.
  • Das Kühlungskanalsystem kann einen oder mehrere Kanäle umfassen. Mindestens einer der Kanäle erstreckt sich vorzugsweise vom Schaufelfuß der Laufschaufel bis an eine Oberfläche eines Schaufelblattes der Laufschaufel; in einem derartigen Kanal sind der Blockadekörper und das Federelement vorzugsweise angeordnet. Insbesondere sind Blockadekörper und Federelement bevorzugtermaßen in einem Kanal angeordnet, der mindestens einen Eingang am Schaufelfuß und mindestens einen Ausgang an der Oberfläche des Schaufelblattes aufweist; den Bezeichnungen liegt dabei eine bevorzugte vorgesehene Durchflussrichtung vom „Eingang“ zum „Ausgang“ zugrunde.
  • Das Kühlungskanalsystem kann im Inneren der Laufschaufel, insbesondere im Inneren des Schaufelfußes und/oder des Schaufelblattes mindestens eine Verzweigung aufweisen, in der sich wenigstens ein Kanal des Kühlungskanalsystems einer vorgesehenen Durchflussrichtung folgend aufteilt. Zumindest die erste Position des Blockadekörpers (oder auch erste und zweite Position) kann (bzw. können) - in vorgesehener Durchflussrichtung des Kühlungsgases betrachtet - vor einer Verzweigung angeordnet sein. So kann mit dem einen Blockadekörper eine Durchflussmenge durch eine Mehrzahl an Kanälen fliehkraftabhängig gesteuert werden, was insbesondere eine vereinfachte Herstellung einer eine verbesserte Kühlung realisierenden Laufschaufel bedeutet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Kühlungskanalsystem eine oder mehrere Verzweigungen auf, in denen sich jeweils ein Kanal in zwei oder mehr Teilkanäle aufteilt. Die Laufschaufel kann dabei mehrere Blockadekörper und mehrere zugehörige Federelemente aufweisen (gegen deren Federkraft der jeweilige Blockadekörper also beweglich ist). Bezogen auf eine vorgesehene Durchflussrichtung des Kühlungsgases kann dann mindestens einer der Blockadekörper und/oder mindestens eines der Federelemente stromab einer jeweiligen Verzweigung angeordnet sein. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel sind alle Blockadekörper und/oder alle Federelemente stromab jeweiliger Verzweigungen angeordnet.
  • Diese Ausführungsvarianten bieten den Vorteil, dass sich damit eine deutlich höhere Versagenstoleranz realisieren lässt: Sollte eines der Elemente ausfallen oder versagen, so ist lediglich ein Teil des Kühlsystems in seiner Funktion beeinträchtigt, und es geht auch nur ein Teil des Vorteils einer erfindungsgemäßen Kühlluftvariation verloren.
  • Insbesondere kann mindestens ein Blockadekörper und/oder mindestens ein Federelement (bezogen auf eine Länge eines jeweiligen Kanals von einer Eintrittsöffnung in die Laufschaufel bis zu einer Austrittsöffnung aus der Laufschaufel und ferner bezogen auf eine vorgesehene Durchflussrichtung des Kühlungsgases) in einem letzten Fünftel, einem letzten Zehntel oder sogar einem letzten Zwanzigstel des jeweiligen Kanals angeordnet sein. Auf diese Weise ist das Kühlsystem auch bei einer Drosselung besser gegen Heißgaseinbruch geschützt. Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel sind alle Blockadekörper und/oder alle Federelemente in einem derartigen Bereich angeordnet.
  • Die erste Position kann eine Durchflussminimierungsposition sein, in welcher der Blockadekörper einen dem Blockadekörper zugehörigen Bereich des Kühlungskanalsystems maximal möglich verengt bzw. blockiert, so dass der Strömungsquerschnitt (und damit ein bei vorgegebenem Druck mögliches Durchflussvolumen an Kühlungsgas) in diesem Bereich minimiert ist. Die zweite Position ist vorzugsweise eine Durchflussmaximierungsposition, in welcher der Blockadekörper vorzugsweise den ihm zugehörigen Bereich des Kühlungskanalsystems maximal (von allen möglichen Positionen des Blockadekörpers) erweitert, also einen maximalen Strömungsquerschnitt bewirkt.
  • Die zweite Position kann beispielsweise durch eine maximal mögliche Auslenkung des Federelements (entgegen dessen Federkraft) bestimmt sein (wenn z.B. der Blockadekörper mit dem Federelement verbunden ist) und/oder durch einen Anschlag im Kühlungskanalsystem, an den der Blockadekörper in der zweiten Position anschlägt. Über einen derartigen Anschlag hinaus kann der Blockadekörper vorzugsweise nicht nach radial außen bewegt werden; so kann der Blockadekörper im Kühlungskanalsystem auch für den Fall gesichert werden, dass beispielsweise eine ggf. vorgesehene Befestigung des Blockadekörpers an der Feder sich löst oder die Feder selbst bricht.
  • Ein Anschlag kann wenigstens ein Anschlagselement umfassen, das beispielsweise aus einer Wandung des Kühlungskanalsystems herausragen kann.
  • Das Federelement und/oder der Blockadekörper können/kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ganz oder teilweise im Schaufelfuß angeordnet sein. Aufgrund des im Vergleich zum Schaufelblatt relativ dicken Schaufelfußes erlaubt eine derartige Ausführungsvariante einen relativ großen Blockadekörper, so dass auf einfache Weise ein großer Unterschied zwischen erstem und zweitem Strömungsquerschnitt realisiert werden kann. Die Ausführungsform ist zudem vorteilhaft, wenn sich das Kühlungskanalsystem in vorgesehener Durchflussrichtung hinter dem Blockadekörper verzweigt, weil der Durchfluss damit zentral gesteuert werden kann. Schließlich ist der Schaufelfuß im Betrieb des Rotors thermisch weniger belastet als das Schaufelblatt, so dass Federelement bzw. Blockadekörper bei einer solchen Variante geschont werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Federelement einteilig mit dem Blockadekörper ausgebildet. Der Blockadekörper kann beispielsweise am Federelement befestigt sein, oder Federelement und Blockadekörper können als integrales, monolithisches Bauteil hergestellt sein (insbesondere einen kontinuierlichen Materialübergang ineinander aufweisen). Die Anordnung ist damit besonders robust.
  • Das Federelement kann an einer Wandung des Kühlungskanalsystems befestigt, beispielsweise zwischen verschiedenen Elementen oder Wandbereichen eingeklemmt sein, oder es kann monolithisch (beispielsweise in einem generativen Herstellungsverfahren) mit einem das Kühlungskanalsystem begrenzenden Wandabschnitt ausgebildet sein.
  • Das Federelement kann beispielsweise mindestens eine Spiralfeder und/oder mindestens eine Blattfeder (z.B. in Form eines elastisch nachgiebigen Blechstreifens) umfassen. Es kann dazu eingerichtet sein, den Blockadekörper in dessen erster Position gegen eine Anschlagseinrichtung im Kühlungskanalsystem zu drücken; insbesondere kann bei einer solchen Ausführungsform das Federelement auch dann eine Spannung aufweisen, wenn der Blockadekörper in der ersten Position ist. Der Blockadekörper ist dann nur bei Überschreitung einer Mindestkraft aus der ersten Position zu bewegen.
  • Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine Strömungsmaschine umfasst eine oder mehrere Laufschaufeln gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen. Ein erfindungsgemäßes Flugtriebwerk umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Rotor. Es kann insbesondere ein Flugzeugtriebwerk sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ist ein erfindungsgemäßes Flugtriebwerk für einen vorgesehenen Betrieb (insbesondere einen Reiseflugbetrieb) ausgelegt; in diesem Bereich hat das Flugtriebwerk vorzugsweise die höchsten Wirkungsgradanforderungen. Mindestens eine erfindungsgemäße Laufschaufel eines Rotors des Flugtriebwerks weist dabei ein Federelement auf, dessen Federkraft einen zugehörigen Blockadekörper bei Betrieb des Flugtriebwerks im vorgesehenen Betriebsbereich in der ersten Position hält (in der sich vorzugsweise unter allen möglichen Positionen des Blockadekörpers die kleinste Querschnittsfläche ergibt). Erst bei Betrieb oberhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs reicht die Fliehkraft dazu aus, dass das der Blockadekörper entgegen der Federkraft des Federelements hin zur zweiten Position bewegt wird. Erst bei derartigen Laststeigerungen werden somit die jeweiligen Querschnittsflächen und damit Kühlluftdurchsätze erhöht.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.
  • Es zeigen schematisch und im Querschnitt:
    • 1a: einen Abschnitt einer exemplarischen erfindungsgemäßen Laufschaufel in einer ersten Situation;
    • 1b: den in der 1a dargestellten Abschnitt in einem anderen Querschnitt;
    • 1c: den in der 1a dargestellten Abschnitt in einer zweiten Situation; und
    • 2: einen Abschnitt einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laufschaufel in einer ersten Situation.
  • In 1a ist ein Abschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Laufschaufel in einem Querschnitt dargestellt. Im Inneren der Laufschaufel verläuft ein Kühlungskanalsystem 100 zum Hindurchführen von Kühlungsgas K (beispielsweise Kühlluft); eine vorgesehene Durchflussrichtung ist in der Figur durch Pfeile angegeben. In der 1a ist nur ein einzelner Kanal des Kühlungskanalsystems dargestellt, dieses kann jedoch auch weitere Kanäle umfassen.
  • Im Kühlungskanalsystem 100 (bzw. in dessen gezeigtem Kanal) sind ein Blockadekörper 110 und ein Federelement 120 angeordnet; das Federelement 120 ist dabei an eine Wandung 101 des Kühlungskanalsystems angeformt.
  • In 1b ist der in der 1a gezeigte Abschnitt in einem anderen Querschnitt dargestellt, nämlich entlang der in 1a mit A-A markierten Linie.
  • Aus der Zusammenschau der 1a und 1b ist zu erkennen, dass das Federelement 120 vorliegend als eine streifenartige Blattfeder und der Blockadekörper 110 als ein im Wesentlichen rotationssymmetrischer Block realisiert ist; im dargestellten Beispiel weist der Block einen kreiszylindrischen und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt auf. Blockadekörper 110 und Federelement 120 sind miteinander verbunden, vorliegend sogar monolithisch ausgebildet, beispielsweise im Wege eines generativen Herstellungsverfahrens, mit dem die Laufschaufel gefertigt sein kann.
  • Der Blockadekörper 110 befindet sich in der in 1a gezeigten Situation in einer ersten Position P1 . In dieser Position P1 verengt der Blockadekörper 110 einen ihm zugehörigen Bereich 130, bewirkt also einen vergleichsweise (insbesondere im Vergleich zu der in 1c gezeigten Situation) kleinen Strömungsquerschnitt, so dass der Durchfluss von Kühlungsgas K reduziert ist.
  • Dabei ist der Blockadekörper 110 von der Position P1 gegen die Federkraft F des Federelements in eine Richtung beweglich, die im vorgesehenen Einbauzustand der Laufschaufel radial nach außen weist. Bei Rotation der Laufschaufel an einem zugehörigen Rotor wirkt die Fliehkraft auf den Blockadekörper 110 somit der Federkraft F entgegen, so dass der Blockadekörper 110, wenn eine ausreichende Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit erreicht wurde, in eine zweite Position P2 bewegt wird: In der 1c ist eine Situation dargestellt, in welcher der Blockadekörper 110 demgemäß in die zweite Position P2 bewegt wurde.
  • In dieser Position P2 schlägt der Blockadekörper 110 im gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Anschlag 102 an, der an der Wandung 101 des Kühlungskanalsystems 100 ausgebildet ist; im vorliegenden Beispiel ist der Anschlag als lokaler Vorsprung in der Wandung 101 monolithisch mit dieser realisiert.
  • Wenn der Blockadekörper 110 sich in der zweiten Position P2 befindet, weist das Kühlungskanalsystem 100 im Bereich 130 einen größeren Strömungsquerschnitt auf, als wenn der Blockadekörper in der Position P1 ist. So kann mit der gezeigten Vorrichtung die Kühlung abhängig von der jeweiligen Drehzahl erfolgen. Insbesondere kann eine übermäßige Kühlung im Teillastbetrieb des Rotors vermieden und damit der Wirkungsgrad der zugehörigen Strömungsmaschine verbessert werden.
  • Vorzugsweise ist die auf den Blockadekörper wirkende Federkraft F in der Position P1 stärker als seine Gewichtskraft (auf der Erde), so dass der Blockadekörper 110 insbesondere bei einem Stillstand eines die Laufschaufel umfassenden Rotors auch dann im Wesentlichen in der Position P1 ist, wenn die Laufschaufelspitze nach unten weist (was durch eine Spiegelung des in der 1a gezeigten Abschnitts an einer Horizontalen dargestellt würde). Die Position des Blockadekörpers 110 im Kühlungskanalsystem und damit der Grad der zu erreichenden Kühlung ist auf diese Weise zumindest im Wesentlichen unabhängig von der Ausrichtung der Laufschaufel.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der in den 1a - 1c gezeigte Abschnitt der Laufschaufel ganz oder teilweise in deren Schaufelfuß angeordnet.
  • In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Laufschaufel in einem Abschnitt gezeigt. Es umfasst ein Kühlungskanalsystem 200 zum Hindurchführen von Kühlungsgas K (beispielsweise Kühlluft). Im Kühlungskanalsystem 200 sind ein in diesem Beispiel als Spiralfeder realisiertes Federelement 220 und ein vorliegend als Kugel ausgebildeter Blockadekörper 210 angeordnet.
  • Der Blockadekörper 210 ist in der dargestellten Situation in einer ersten Position P1 angeordnet, in der er einen Durchfluss in einem ihm zugehörigen Bereich 230 reduziert. Er ist dazu eingerichtet, gegen die Federkraft F des Federelements 220 in eine Position P2 bewegt zu werden (nicht gezeigt), die vorliegend durch zwei oder mehr aus der Wandung 201 des Kühlungskanalsystems hervorragende Anschläge 202a, 202b für den Blockadekörper definiert ist und - in einem vorgesehenen Einbauzustand der Laufschaufel in einem Rotor - radial weiter außen liegt als die erste Position P1 . In dieser Position gibt der Blockadekörper 210 den Bereich 230 frei, so dass der Strömungsquerschnitt des Kühlungskanalsystems durch eine solche Bewegung von der Position P1 in die Position P2 vergrößert wird. Wie oben beschrieben kann auf diese Weise eine von der Drehzahl und damit der Last des Rotors abhängige Kühlung der Laufschaufel bewirkt werden.
  • Das Kühlungskanalsystem 200 der in der 2 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Verzweigung 205 auf, in der sich ein Kanal des Kühlungskanalsystems der vorgesehenen Durchflussrichtung folgend aufteilt. Das Federelement 220 ist - wie auch der Blockadekörper 220 in beiden Positionen P1 und P2 - in der genannten Durchflussrichtung betrachtet vor der Verzweigung 205 angeordnet. So kann vermöge des Blockadekörpers 210 abhängig von der Drehzahl zentral der Durchfluss von Kühlungsgas durch mehrere Kanäle des Kühlungskanalsystems variiert werden.
  • Die Verzweigung 205 kann ganz oder teilweise im Schaufelblatt oder im Schaufelfuß angeordnet sein.
  • Offenbart ist eine Laufschaufel für einen Rotor, in deren Innerem ein Kühlungskanalsystem (100, 200) zum Hindurchführen von Kühlungsgas verläuft. Innerhalb des Kühlungskanalsystems sind ein Blockadekörper (110, 210) und ein Federelement (120, 220) angeordnet. Zur Vergrößerung eines Strömungsquerschnitts des Kühlungskanalsystems kann der Blockadekörper gegen eine Federkraft (F) des Federelements von einer ersten Position (P1 ) in eine zweite Position (P2 ) bewegt werden. Die zweite Position (P2 ) liegt in einem vorgesehenen Einbauzustand der Laufschaufel am Rotor radial weiter außen als die erste Position.
  • Offenbart sind ferner ein Rotor mit einer Laufschaufel und ein Flugtriebwerk mit einem Rotor.
  • Bezugszeichenliste
  • 110, 210
    Blockadekörper;
    120, 220
    Federelement;
    130, 230
    zum Blockierungskörper gehöriger Bereich;
    100, 200
    Kühlungskanalsystem;
    101, 201
    Wandung;
    102, 202a, 202b
    Anschlag;
    205
    Verzweigung;
    F
    Federkraft;
    K
    Kühlungsgas;
    P1
    erste Position;
    P2
    zweite Position.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10225264 A1 [0004]
    • DE 102010049541 B4 [0005]

Claims (12)

  1. Laufschaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine, wobei im Inneren der Laufschaufel mindestens ein Kühlungskanalsystem (100, 200) zum Hindurchführen von Kühlungsgas (K) ausgebildet ist, wobei in dem Kühlungskanalsystem ein Blockadekörper (110, 210) und ein Federelement (120, 220) angeordnet sind, und wobei der Blockadekörper zur Vergrößerung eines Strömungsquerschnitts des Kühlungskanalsystems gegen eine Federkraft (F) des Federelements von einer ersten Position (P1) in eine zweite Position (P2) beweglich ist, die in einem vorgesehenen Einbauzustand der Laufschaufel am Rotor radial weiter außen liegt als die erste Position.
  2. Laufschaufel gemäß Anspruch 1, wobei das Federelement (120, 220) und/oder der Blockadekörper (110, 210) ganz oder teilweise im Schaufelfuß angeordnet sind/ist.
  3. Laufschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Federelement (120, 220) einteilig mit dem Blockadekörper (110, 210) ausgebildet ist und/oder an eine Wandung (101) des Kühlungskanalsystems (100) angeformt ist.
  4. Laufschaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Kühlungskanalsystem (100, 200) mindestens einen Anschlag (102, 202a, 202b) für den Blockadekörper in dessen zweiter Position (P2) ausgebildet ist.
  5. Laufschaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungsquerschnitt des Kühlungskanalsystems (100, 200) bei an der ersten Position (P1) befindlichem Blockadekörper (110, 210) höchstens 50%, höchstens 20%, höchstens 10% oder sogar höchstens 5% des Strömungsquerschnitts bei an der zweiten Position (P2) befindlichem Blockadeträger beträgt.
  6. Laufschaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (120, 220) mindestens eine Blattfeder oder mindestens eine Spiralfeder umfasst.
  7. Laufschaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlungskanalsystem (200) mindestens eine Verzweigung (205) aufweist und wobei die erste Position (P1) oder beide Positionen (P1, P2) in vorgesehener Durchflussrichtung des Kühlungsgases (K) vor der Verzweigung angeordnet ist/sind.
  8. Laufschaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlungskanalsystem eine oder mehrere Verzweigungen (205) aufweist, in denen sich jeweils ein Kanal in zwei oder mehr Teilkanäle aufteilt, wobei der Blockadekörper (110, 210) einer von einer Mehrzahl an Blockadekörpern und das Federelement (120, 220) eines von einer Mehrzahl an Federelementen der Laufschaufel sind und wobei einer oder mehrere Blockadekörper der Mehrzahl an Blockadekörpern und/oder eines oder mehrere Federelemente der Mehrzahl an Federelementen in vorgesehener Durchflussrichtung des Kühlungsgases (K) stromab einer Verzweigung (205) angeordnet ist/sind.
  9. Laufschaufel gemäß Anspruch 8, wobei der eine bzw. die mehreren Blockadekörper (110, 210) und/oder das eine bzw. die mehreren Federelemente (120, 220) bezogen auf eine vorgesehene Durchflussrichtung des Kühlungsgases (K) in einem letzten Fünftel, einem letzten Zehntel oder sogar einem letzten Zwanzigstel eines jeweiligen Kanals angeordnet ist/sind.
  10. Rotor für eine Strömungsmaschine, der eine oder mehrere Laufschaufel/n gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
  11. Flugtriebwerk mit mindestens einem Rotor gemäß Anspruch 9.
  12. Flugtriebwerk gemäß Anspruch 11, das für einen vorgesehenen Betriebsbereich ausgelegt ist, wobei mindestens ein Federelement einer der Laufschaufeln einen zugehörigen Blockadekörper bei Betrieb des Flugtriebwerks im vorgesehenen Betriebsbereich in der ersten Position (P1) hält und sich fliehkraftbedingt erst bei Betrieb oberhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs zur zweiten Position hin bewegt.
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