DE1070446B - Hohle Turbinenoder Kompressorschaufel - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine hohle Turbinen- öder Kompressorschaufel mit einem Einsatz, der mit den Wänden des Schaufelblattes eine Mehrzahl von Innenkanälen zur Durchleitung eines Kühlmittels bildet.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt, die hohle Turbinenschäufeln aufweist, in die sich Teile des Rotors, die mit Kühlluftkanälen versehen sind, erstrecken. Die in die hohlen Schaufeln hineinragenden Teile sind gleichzeitig so ausgebildet, daß sie den Innenraum der Schaufeln unterteilen. ίο

Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher der Einsatz für die hohle Schaufel und der' Yerteilerblock für die Kühlluft aus einem einzigen Stück hergestellt sind. ■ Es ist außerdem eine Anordnung bekannt, bei welcher die hohlen, mit Einsätzen versehenen Schaufeln mit einem Fußstück verbunden sind, das seinerseits im eigentlichen Rotorkörper verkeilt ist. Das Fußstück dient nicht zur Verteilung der Kühlluft, es muß die gesamten Kräfte zwischen Schaufelblatt und Rotorkörper übertragen.

Es ist auch eine ähnliche Anordnung bekannt, bei welcher das Fußstück, das die Hohlschaufel mit dem Rotorkörper verbindet, von einer Reihe von Yerteilerkanälen durchsetzt wird. Auch hier ist das Schaufelblatt an diesem Fußstück befestigt, das daher die gesamten, auf· die Schaufel wirkenden Kräfte übertragen muß. ,' .

Die bekannten Anordnungen sind entweder schwierig herzustellen, oder ihre Festigkeitseigenschaften lassen zu wünschen übrig.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden werden. Bei der hohlen Turbinen- oder Kompressorschaufel gemäß der Erfindung übt der Verteilerblock drei getrennte Funktionen aus, nämlich erstens das Kühlmedium zu verteilen, zweitens mindestens teilweise den Einsatz im Schaufelblatt zu haltern und drittens die Befestigung des Schaufelblattes im Rotorkörper zu bewirken.

Eine hohle Turbinen- oder Kompressorschaufel mit einem Einsatz, der mit den-Wänden.des Schaufelblattes eine Mehrzahl von Innenkanälen zur Durchleitung eines Kühlmittels bildet und mit einem Yerteilerblock im Schaufelfuß-, der zur Verteilung des Kühlmittels eine Mehrzahl von Durchbrüchen aufweist, die einerseits mit den Innenkanälen des Schaufelblattes und andererseits mit einer gemeinsamen Kammer in einem getrennten Tragteil für die Schaufel, durch welche Kammer das Kühlmittel zugeführt wird, in Yerbin-.dung stehen, wird gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der in an sich bekannter Weise noch mindestens zur teilweisen Halterung des Einsatzes, dienende Verteilerblock mit der Stirnseite in eine unterschneidehde Nut in dem Tragteil für die Schau- '.

Hohle Turbinen- oder Kompressorschaufel

Anmelder:

The de Havilland Engine Company Limited, Leavesden, Hertfordshire (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 1. November 1956

Fred Perkins, South Ruislip, Middlesex

(Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

fein eingesetzt ist und zwischen sich und die Wände der Nut Zungen aufnimmt, die sich von der Seite des Schaufelblattes nach unten in die Nut erstrecken und zur Halterung der Schaufeln in dem Tragteil dienen. '

Um das strömende Medium in geeigneter Weise auf die inneren Kanäle des frei stehenden Schaufelblattes zu verteilen, kann der Querschnitt mindestens eines Kanals im Verteilerblock von dem Querschnitt eines anderen Kanals abweichen. Dadurch, daß die Kanäle im Verteilerblock verschieden bemessene Querschnitte besitzen, werden verschiedene Mengen des strömenden Mediums in die entsprechenden Kanäle des Schaufelblattes geleitet. Dies ist wünschenswert, da die verschiedenen Teile des Schaufelblattes unter Umständen verschieden stark gekühlt werden müssen. So muß ■z.B.,-bei einer Turbinenschaufel die vordere und die hintere Kante stärker gekühlt werden als die anderen Teile der Schaufel, ferner benötigt die konkave Fläche mehr Kühlung als die'konvexe.

Bei einer Richtungssteuerung der Strömung des Mediums können die verschiedenen Kanäle im Verteilerblock auf verschiedene innere Kanäle im Schaufelblatt gerichtet ,sein. ■■■■■-."·'.

Gewünschtenfalls kann sowohl· eine Mengensteuerung als auch eine Richtungssteuerung des Mediums ■vorgesehen werden. .

Die Kanäle im Schaufelblatt können teilweise durch einen oder mehrere Einsätze innerhalb des Schaufelblattes gebildet werden, wobei der genannte Einsatz oder die Einsätze, zumindest teilweise, vom Verteilerblock getragen werden. Bei einer möglichen Anord-

, 909 687/122

■■■■/■'■'■■ .■ ' ■; ·:' ³'.' \' ■. '·■'■. ■ ■ ' ■. ' ■ ■■ ■ ■'·. ■■■ ^v" ⁴ .'■ ■ '-^: ' ^v ■ nung greift der Fuß mindestens eines Einsatzes in eine digen Metallröhre, deren Wandstärke verlaufen oder am Ende offene Rille im Verteilerblock, wobei in das anderweitig ungleichmäßig sein kann und die so bearoff ene Ende der Rille ein Sicherungsstück eingesetzt beitet ist, daß ein Schaufelblatt 11 und ein Fuß 12 entwird, um den oder die Einsätze am Verteilerblock zu stehen. Das Schaufelblatt ist an beiden Enden offen, befestigen. Bei einer anderen Anordnung wird der 5 der Fuß besteht aus zwei Zungen 13 und 14, die von (oder alle) Einsatz am Verteilerblock durch Schweißen, den Flanken des Schaufelblattes 11 vorstehen. Die Löten od. dgl. befestigt. ^v Zungen sind in Querrichtung gewellt und bilden

Der Verteilerblock ist ferner aber auch noch zur jeweils eine Seite des Schaufelfußes. In das hohle Halterung der Schaufel in ihrem Träger, beispiels- Innere des Schaufelblattes ist lose ein Einsatz 15 einweise am Umfang eines Turbinenrotors, vorgesehen. io gesetzt, der aus einem hohlen Körper aus Metallblech Zu diesem Zweck ist in dem Träger eine mindestens an mit in Längsrichtung gerippten Seiten (s. Fig. 5) beeinem Ende offene Nut vorgesehen, die an ihren Sei- steht. Der gerippte Einsatz oder die Einsätze können ¹ ten unterschnitten ist. Die Turbinenschaufel wird mit eine verlaufende oder wechselnde Wanddicke besitzen, zwei vorstehenden Zungen versehen, die in die Nut Die Kämme 16 der Rippen berühren die Innenfläche eingesetzt werden und an deren Seiten anliegen, schließ- 15 des Schaufelblattes und begrenzen dadurch eine Anlich wird der Verteilerblock vom Ende her in die Nut zahl von longitudinalen Kühlkanälen 17a bis 17 d an zwischen die Zungen eingesetzt, so daß die Zungen fest der Innenfläche. Der Einsatz ist am unteren Ende gezwischen den Seitenflächen der Nut und dem Verteiler- schlossen (s. Fig. 2), dadurch, daß die beiden Seiten des block liegen. Die Zungen der Schaufel werden bei einer Einsatzes zusammengeführt sind, wodurch ein flacher Ausführungsform vorzugsweise vorgeformt, so daß sie ₂₀ Schaft 18 gebildet wird, der in eine Öse 19 ausläuft, der Form der Seiten der_:Nut, entsprechen, und beim wobei diese wiederum von einem verstärkenden Me-Einsetzen des Verteilerblockes das Metall möglichst tallblechstreifen 20 umschlossen ist. wenig verformt werden muß. Bei einem anderen Aus- Im Rotor oder einem anderen Träger der Schaufel

führungsbeispiel werden die Zungen noch durch Löten, befindet sich eine am Ende offene Nut 21 (Fig. 2) mit Schweißen od. dgl. mit dem Verteilerblock verbunden. 25 einem gleichförmigen Querschnitt, die Seitenflächen

Der Verteilerblock kann eine verlaufende Form be- 22 und 23 sind gewellt und entsprechen in ihrer Form sitzen, so daß er auf die Zungen der Schaufel eine den Zungen 13 und 14, so daß die Schaufel von der Keilwirkung ausübt. einen oder anderen Seite in die Nut 21 eingesetzt wer-

Wenn die Schaufel in einer geraden Nut im Träger ■: den kann und die Zungen 13 und 14 eng an den gewellgelagert ist, besitzt der Verteilerblock normalerweise 30 ten Seitenflächen 22 bzw. 23 anliegen. in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung der Um die Schaufel sicher zu befestigen, wird dann in

Schaufel einen rechteckigen oder mindestens von paral- den Zwischenraum der Zungen 13 und 14 ein Verteilerlelen Linien begrenzten Querschnitt, je nachdem, ob block 24 eingesetzt, dessen Querschnitt dem Raum die Nut parallel zur Achse der Turbine oder des Korn- zwischen den Zungen entspricht. Der Verteilerblock pressors liegt oder eine Neigung in bezug auf diese 35 ist mit Kanälen 25 bis 28 zur Verteilung des Kühl-Achse besitzt. Bei einer anderen Ausführungsform der mittels versehen, die individuelleZuführungskanäle für Erfindung, bei welcher die Nut eine gebogene Form das Kühlmittel von einer gemeinsamen Kammer 31 am besitzt, erhalten die Seiten des Verteilerblocks in Flä- Boden der Nut 21 im Schaufelträger zu den bereits chen senkrecht zur Länge der Schaufel ebenso eine genannten longitudinalen Kanälen 17a bis 17d zwigewölbte Form. , 40 sehen dem Einsatz 15 und der Innenfläche des Schau-

. Die'Wände der Schaufel können verlaufen oder in felblattes 10 bilden. Die gemeinsame Kammer 31 wird anderer Weise wechselnde Dicke besitzen, so können _mit einem Kühlmittel gespeist, das durch die Verteilersie z. B. in der Nähe des Schaufelfußes dicker sein als kanäle25 und 26 nach oben in die Kanälel7a bzw. an der Schaufelspitze, so daß sie den Beanspruchungen ±7b fließt, ferner über die Verteilerkanäle 27 und 28-in durch die Zentrifugalkräfte besser gewachsen sind. In 45 die Kanäle 17c bzw. 17d an der vorderen bzw. hintegleicher Weise können die Wände des hohlen Einsatzes _ren Kante der Schaufel. Die Verteilerkanäle 25 bis 28 oder gegebenenfalls der hohlen Einsätze verlaufen oder regeln den Fluß des Kühlmittels sowohl in bezug auf in anderer Weise eine von Ort zu Ort wechselnde die Menge, als auch in bezug auf die Richtung. Um die Dicke besitzen. Richtung zu steuern, sind die Kanäle geneigt, so daß

Der Verteilerblock' besteht vorzugsweise aus zwei ₅o der Fluß des Kühlmittels auf die Eingangs-Öffnungen ; oder mehr Stücken, um die Herstellung zu erleichtern, der entsprechenden Kanäle 17a bis 17d gerichtet ist da er normalerweise eine verhältnismäßig unregel- _und das aus einem Verteilerkanal austretende Kühl-' mäßige Form besitzt. mittel in keinen anderen Kanal eintreten kann als den-

Der Erfindungsgedanke kann in verschiedener jenigen, der diesem speziellen Kanal zugeordnet ist.

Weise in die Praxis umgesetzt werden. Ein spezielles ₅₅ Die Verteilerkanäle 25 bis 28 besitzen verschiedenen Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung auf- Querschnitt. Dadurch fließt mehr Kühlmittel durch

gebauten Turbinenschaufel soll in Verbindung mit den den Kanal 25 in den longitudinalen Kanal 17a an der Zeichnungen näher beschrieben werden, dabei bedeutet konkaven Flanke der Schaufel als durch den Vertei-Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht der lerkanal 26 zum longitudinalen Kanal b an. der'kon-

Schaufel, 60 vexen Flanke, da die erstgenannte Flanke normaler-

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt ent- weise heißer ist und eine stärkere Kühlung erfordert

lang der Linie II-II in Fig. 3, _;^ wie die letztgenannte, außerdem wird mehr Kühlmittel

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der durch den Kanal 27 und 28 zu den longitudinalen Ka-

'■ LinieΙΙΙ-ΪΠ in Fig.-2, nälen 17c und 17d an der Vorder- bzw. Hinterkante

Fig. ,4 einen vergrößerten Grundriß des in Fig. 2 65 des Schaufelblattes fließen, wo die intensivste Kühlung

und 3 dargestellten Einsatzes, ' erforderlich ist.

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt durch das Entlang der Oberseite des Verteilerblockes verBlatt der Turbinenschaufel. läuft eine unterschnittene Nut 29, die am einen Ende

Die in Fig. 1 gezeigte Turbinenschaufel besteht aus offen ist und deren Querschnitt dem des unteren Endes einem Mantel 10 aus einer verhältnismäßig dünnwan- 70 ,18, 19, 20 des Einsatzes 15 entspricht, so daß beim

Claims (1)

Einsetzen des Verteilerblockes 24 dieses Ende in die Nut eintreten kann. Wenn sich der Verteilerblock in seiner endgültigen Lage innerhalb des Schaufelfußes findet, wird in das hohle Innere der öse 19 des Einsatzes durch das offene Ende der Nut ein Stift 30 hineingetrieben, so daß die einzelnen Teile sicher miteinander verbunden sind. ■■.._■■■ Die Nut 21 im Schaufelträger braucht nicht gerade zu sein, vorausgesetzt, daß der Verteilerblock von mindestens einem Ende her eingefügt werden kann. Die longitudinal Achse der Nut kann z. B. ein Kreisbogen sein, der Verteilerblock ist dann in entsprechender Weise gebogen. Der Verteilerblock 24 kann in Hinblick auf seine verhältnismäßig unregelmäßige Form durch ein Gießverfahren hergestellt werden, bei welchem das Wachsmodell aus der· Form ausgeschmolzen wird, es sind aber auch andere Herstellungsverfahren möglich, z. B. durch Herausarbeiten aus einem kompakten Metallstück oder durch Sintern. Gewünschtenfalls kann der Verteilerblock aus zwei oder mehr Teilen bestehen. Dieses erleichtert die Herstellung durch Verfahren, wie z. B. die Bearbeitung auf einer Werkzeugmaschine oder durch einen Sinterungsprozeß, wenn der ganze Block eine zu unregelmäßige Form besitzt, außerdem ist es dann möglich, gewünschtenfalls auch gebogene Verteilerkanäle iii verhältnismäßig einfacher Weise herzustellen., ■ PaTENT.-VNSPROCHE: '.'.

1. Hohle Turbinen- oder Kompressorschaufel . mit einem Einsatz, der mit den Wänden des Schaufelblattes eine Mehrzahl von Innenkanälen zur Durchleitung eines Kühlmediums bildet, und mit einem Verteilerblock im Schaufelfuß, der zur Verteilung des Kühlmittels eine Mehrzahl von Durchbrüchen aufweist-, die einerseits mit den Innenkanälen des Schaufelblattes und andererseits mit einer gemeinsamen Kammer in einem getrennten Tragteil für die Schaufel, durch welche Kammer das Kühlmedium zugeführt wird, in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der in ' an sich bekannter Weise noch mindestens zur teilweisen Halterung des.Einsatzes dienende Verteiler-, • ,block (24) mit der Stirnseite in eine Unterschneidende Nut (21) in dem Tragteil (24) für die Schaufeln (10) eingesetzt ist und zwischen sich und die Wände der Nut Zungen (13) aufnimmt, die sich von den Seiten des Schaufelblattes nach unten in die Nut erstrecken und zur Halterung der Schaufeln in dem Tragteil dienen.

•2. Hohlschaufel nach Anspruch 1, dadurch ge-, kennzeichnet, daß >der Querschnitt mindestens eines Durchbruches im Verteilerblock vom Querschnitt mindestens eines anderen Durchbruches verschieden ist.

' In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 906636; Y

deutsche Patentanmeldung J 2458 Ia/46f (bekanntgemacht am 20. 11. 1952);

französische Patentschrift Nr. 1 120 483;
britische Patentschriften Nr. 740597, 738 213,
052,723 393,694 240. ·

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