DE1104265B

DE1104265B - Laufrad fuer Gasturbinen mit luftgekuehlten Laufschaufeln

Info

Publication number: DE1104265B
Application number: DEH36021A
Authority: DE
Inventors: John Alan Courtney Hyde
Original assignee: HER MAJESTY QUEEN
Current assignee: HER MAJESTY QUEEN
Priority date: 1959-04-02
Filing date: 1959-04-02
Publication date: 1961-04-06

Description

Laufrad für Gasturbinen mit luftgekühlten Laufschaufeln Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für Gasturbinen, dessen Laufschaufeln mit radialen Kühlkanälen versehen sind, die .durch Längsnuten des Schaufelkörpers und eine die Längsnuten abdeckende Blechhaut gebildet sind.
Es ist bekannt, ,die Laufschaufeln im Bereich des Schaufelfußes mit seitlichen Luftzuführungskammern zu versehen, die an einer Stirnfläche des Laufrades offen sind und aus denen ,die Kühlluft in die radialen Kühlkanäle der Schaufeln einströmt. Bei Laufschaufeln, deren Kühlkanäle durch von einer Blechhaut abgedeckte Längsnuten des Schaufelkörpers gebildet sind, ist -es ferner bekannt, die Blechhaut im Bereich des Schaufelfußes mit einem in die Umfangsrichtung des Radkörpers abgewinkelten Flansch zu versehen, der mit .dem Fuß der benachbarten Schaufel dicht zusammenliegt und die an einer Stirnseite des Laufrades offene, seitliche Luftzuführun-skammer der Schaufel abdeckt, die an der anderen Stirnfläche des Laufrades durch Radialstege der Laufradscheibe abgeschlossen ist, wobei die Umfangsnut des Radkörpers von den Schaufelfüßen in getrennte Einzelkammern unterteilt wird.
Ferner ist es bekannt, die Laufschaufeln mit Fußplatten zu versehen, die sich in Umfangsrichtung des Radkörpers erstrecken, an ihren Querkanten mit einer durch Abstufungen gebildeten tberlappung dicht zusammenliegen und im Bereich dieser überlappung über den Befestigungsstegen des Radkörpers angeordnete luftführende Querkanäle begrenzen, die an einen durch eine Umfangsnut des Radkörpers begrenzten Kühlkanal angeschlossen sind, der sich zwischen zwei in axialer Richtung des Laufradkörpers hintereinanderliegenden Laufschaufelkränzen in Umfangsrichtung durch den Radkörper erstreckt und von den mit einer Überlappung zusammenliegenden Füßen der axial hintereinanderliegenden Schaufelkränze mitbegrenzt ist.
Schließlich hat man bei bekannten Ausführungen von Turbinenlaufrädern mit luftgekühlten Schaufeln auch schon vorgeschlagen, den die Laufschaufeln tragenden Radkörper aus zwei Radscheiben zusammenzusetzen, .deren Stoßfläche in der Mitte einer die Laufschaufeln aufnehmenden Umfangsnut des Radkörpers liegt, und die hohlen Schaufeln durch im Laufradkörper befindliche Radialkanäle mit einer innerhalb des Laufrades angeordneten Luftzuführungsleitung zu verbinden, die sich als Ringkanal in Umfangsrichtung durch den Laufradkörper erstreckt.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, bei einem Laufrad für Gasturbinen mit luftgekühlten Laufschaufeln, deren radiale Kühlkanäle durch mit einer Blechhaut abgedeckte Längsnuten des Schaufelkörpers gebildet sind, eine vereinfachte Anordnung der seitlichen Luftzuführungskammern zu erzielen, aus denen die Kühlluft in die radialen Kühlkanäle der Laufschaufeln einströmt, wobei die seitlichen Luftzuführungskammern der einzelnen Schaufeln in an sich bekannter Weise durch radiale Zuführungskanäle aus dem Innern des hohlen Laufradkörpers mit Kühlluft gespeist werden sollen, ,damit zugleich auch eine wirksame Kühlung des zwischen dem Laufschaufelkr anz und der Radwelle befindlichen Teiles des Laufradkörpers stattfindet. Die seitlichen Luftzuführungskammern zum Speisen der radialen Schaufelkanäle sind dabei in der Umfangsfläche des Laufradkörpers in solcher Weise versenkt angeordnet, daß es entbehrlich ist, sie an den Stirnflächen des Radkörpers mit zusätzlich angebrachten Abdeckscheiben zu verschließen, die an sich bekannt sind und das Lösen und Auswechseln einzelner Laufschaufeln erschweren. Die vereinfachte Ausführung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die seitlichen Luftzuführungskammern der Schaufeln und die Einzelkammern der Umfangsnut an beiden Stirnflächen des Radkörpers durch die die Wände der Umfangsnut bildenden Radialstege abgeschlossen sind, wobei die die Schaufelkanäle abdeckende Blechhaut jeder Schaufel mit ihrem abgewinkelten Flansch über die Endkanten der Schaufeln beidseitig bis an die Stirnflächen des Radkörpers übersteht, mit diesen seitlich vorstehenden Enden auf den Radialstegen des Laufradkörpers aufliegt und zur Abdeckung der Luftzuführungskammern mit einer gleichfalls die Radialstege des Laufradkörpers übergreifenden Fußplatte der benachbarten Schaufel in an sich bekannter überlappung abdichtend zusammenliegt, und wobei die Luftzuführungskammern inmitten ihrer durch die Umfangsnut des Radkörpers gebildeten Bodenfläche durch im Laufradkörper befindliche Radialbohrungen mit einer innerhalb des Laufrades angeordneten Luftzufülirungsleitung verbunden sind, die sich als Ringkanal in Umfangsrichtung durch den Laufradkörper erstreckt.
Um die Herstellung des Radkörpers zu erleichtern, kann der die luftgekühlten Laufschaufeln tragende Radkörper in an sich bekannter Weise aus zwei Radscheiben zusammengesetzt sein, deren Stoßflächen inmitten der die seitlichen Luftzuführungskammern .der Schaufeln bildenden Umfangsnut des Radkörpers liegen, wobei die innerhalb des Laufrades angeordnete ringförmige Luftzuführtingsleitung durch offen zusammenliegende Stoßflächenvertiefungen und die Ra- , dialbohrungen durch offen zusammenliegende, halbzv-lindrische Stoßflächenausnehmungen der Radscheiben gebildet sind.
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar in einer schaubildlichen Ansicht eines Abschnittes des Schaufelkranzes eines Turbinenlaufrades, der zwei Schaufeln trägt, die teilweise aufgeschnitten sind.
Das Laufrad 21 trägt einen Laufschaufelkranz 10, dessen Schaufeln mit einem Fuß 11 im Radkörper sitzen. Der Schaufelfuß besteht mit dem eigentlichen Schaufelkörper 12 in bekannter Weise aus einem Stück und ist auf der einen Seite der Schaufel mit einer Fußplatte 13 versehen.
Die dieser Fußplatte abgewendete, konkave Seite des Schaufelkörpers 12 ist mit Längsrippen 14 versehen, durch die breite Längsnuten 15 gebildet werden. Auf diese Seite des Schaufelkörpers ist über die Rippen 14 eine Blechhaut 16 gelegt und durch Schweißen, Löten od. dgl. mit der Schaufel fest verbunden. Dadurch entstehen mehrere Längskanäle, durch die ein Kiihlmittel strömen kann.
Die beiden Kanten 17 und 18 der Blechhaut 16 sind in den Schaufelkörper 12 eingelassen, so daß sich ringsum eine glatte Oberfläche der fertigen Schaufel ergibt. Am unteren, d. h. radial inneren Ende der Blechhaut ist diese nach außen umgebogen, so daß sie über eine Hohlkehle 19 in einen Flansch 20 übergeht, dessen Außenfläche etwa in gleicher Höhe wie die Innenfläche der Fußplatte 13 liegt. Außerdem ist die Breite dieses Flansches so bemessen, daß er in eingebautem Zustand die Fußplatte 13 der benachbarten Schaufel etwas untergreift, so daß sich ein dichter Abschluß nach außen ergibt.
Die Schaufeln sind, wie man aus der Zeichnung erkennt, mit ihren Füßen 11 in Ouerschnitten 25 des aus zwei Scheiben 23, 24 zusammengesetzten Laufrades 21 eingesetzt. Die beiden Scheiben liegen mit den einander zugewendeten Seitenflächen 23a, 24a der Scheibenränder unmittelbar aneinander. In den Umfang des Laufrades 21 ist eine Ringnut 26 eingedreht, so daß diese Nut seitlich begrenzende Wände 27, 28 stehen bleiben. In eingeschobenem Zustand ergeben die Seitenflächen 29 der Schaufelfüße 11 mit den Seitenflächen 30 der Ouerschlitze 25 einen dichten Abschluß dieser Ringnut 26 nach außen.
Zwischen je zwei benachbarten Ouerschlitzen 25 befindet sich in dem Laufrad 21 eine radiale Bohrung 31, die nach innen in einen zwischen den beiden Einzelscheiben 23, 24 vorgesehenen, als Kühlmittelzuführungsraum dienenden scheibenförmigen Raum 32 und nach außen in die Ringnut 26 einmündet.
Die Fußplatte 13 jeder Schaufel 10 weist auf ihrer Unterseite entlang ihrem Außenrand 33 eine Ausnehmung 34 auf, in die der Flansch 20 mit seinem Rand 37 eingreift, so daß sich ein dichter Abschluß ergibt. Die einander zugewendeten Flächen 35 und 30 des Flansches 20 bzw. der Seitenwände 27 und 28 werden ebenfalls in dichter Anlage gehalten, so daß die Ringnut 26 durch die Schaufelfüße 11 in viele nach außen dicht abgeschlossene Kammern 36 unterteilt wird, die über je eine der Bohrungen 31 mit dem Raum 32 verbunden sind.
Wie man aus der Zeichnung erkennen kann, münden die durch die Rippen 14 begrenzten Nuten 15 an der Schaufelspitze nach außen in den Arbeitsmittelkanal, während sie an ihrem inneren Ende in die Einzelkammern 36 der Ringnut 26 auslaufen, weil sich die Rippen 14 so weit nach innen erstrecken, wie die Blechhaut 16 nach innen reicht. Auf diese `'eise kann das Kühlmittel aus dem Raum 32 durch die Bohrung 31 in die Kammer 36 und aus dieser durch die 1@Tuten 15 bis zur Schaufelspitze und dort in den Arbeitsmittelkanal strömen. Diese Strömung stellt sich beim Umlauf des Turbinenrades infolge der Zentrifugalwirkung von selbst ein.
Die besondere Ausbildung und Anordnung der den hohlen Laufschaufeln zugeordneten seitlichen Luftzuführungskammern nach der Erfindung kann auch für die dem Laufrad üblicherweise zugeordneten Leitschaufeln verwendet werden, wenn sie als Hohlschaufeln ausgebildet und mit radialen Kühlkanälen versehen sind. Die von den Schaufelfüßen in getrennte Einzelkammern unterteilte Umfangsnut ist dann nicht im Radkörper, sondern an .der Innenfläche des den Leitschaufelkranz umschließenden Gehäuseteils angeordnet, der auch die Radialbohrungen zum Speisen der Luftzuführungskammern enthält. Die Speisung von hohlen Leitschaufeln aus einer Umfangsnut der Gehäusewand, die in ihrer Bodenfläche Radialbohrungen zur Kühlluftzufuhr aufweist, ist an sich bekannt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Laufrad für Gasturbinen mit in den Laufschaufeln befindlichen radialen Kühlkanälen, die durch Längsnuten des Schaufelkörpers und eine die Längsnuten abdeckende Blechhaut gebildet und im Bereich der Schaufelfüße an seitliche Luftzuführungskammern angeschlossen sind, wobei die Blechhaut oberhalb des Schaufelfußes zu einem Flansch abgebogen ist, der mit der benachbarten Schaufel dicht zusammenliegt und die am Schaufelfuß befindlichen seitlichen Luftzuführungskammern abdeckt, und wobei Radialstege an der Stirnfläche des Radkörpers die von den Schaufelfüßen in getrennte Einzelkammern unterteilte Umfangsnut des Radkörpers seitlich abschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Luftzuführungskammern der Schaufeln und die Einzelkammern der Umfangsnut (26) an beiden Stirnflächen des Radkörpers (21) durch die Radialstege (27,28) abgeschlossen sind, wobei die die Schaufelkanäle (15) abdeckende Blechhaut (16) jeder Schaufel mit ihrem abgewinkelten Flansch (20) über die Endkanten (17, 18) der Schaufeln beidseitig bis an die Stirnflächen des Radkörpers übersteht, mit diesen seitlich vorstehenden Enden auf den Radialstegen (27, 28) des Laufradkörpers aufliegt und zur Abdeckung der Luftzuführungskammern mit einer gleichfalls die Radialstege (27, 28) des Laufradkörpers übergreifenden Fußplatte (13) der benachbarten Schaufel in an sich bekannter überlappung (34) abdichtend zusammenliegt und wobei die Luftzuführungskammern inmitten ihrer durch die Umfangsnut (26) des Radkörpers gebildeten Bodenfläche durch im Laufradkörper befindliche Radialbohrungen (31) mit einer innerhalb des Laufrades angeordneten Luftzuführungsleitung (32) verbunden sind, die sich als Ringkanal in Umfangsrichtung durch den Laufradkörper erstreckt.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei an sich bekannter Zusammensetzung des die Laufschaufeln (10) tragenden Radkörpers (21) aus zwei Radscheiben (23, 24), die mit ihren Stoßflächen (23a, 24a) inmitten der die seitlichen Luftzuführungskammern der Schaufel bildenden Umfangsnut (26) des Radkörpers liegen, die innerhalb des Laufrades angeordnete ringförmige Luftzuführungsleitung (32) durch offen zusammenliegende Stoßflächenvertiefungen und die Radialbohrungen (31) durch offen zusammenliegende, halbzylindrische Stoßflächenausnehmungen der Radscheiben (23, 24) gebildet sind.
3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dessen zugeordnete Leitschaufeln gleichfalls mit radialen Kühlkanälen versehen sind und auf einer in der Gehäusewand befindlichen Umfangsnut sitzen, die in ihrer Bodenfläche angeordnete Radialbohrungen für die Kühlluftzufuhr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnut der ortsfesten Gehäusewand gleichfalls durch die Leitschaufelfüße (11) in getrennte Einzelkammern unterteilt ist, die j e von einer Fußplatte (13) der einen Leitschaufel und dem abgewinkelten Flansch (20) der Blechhaut der benachbarten Leitschaufel mit abdichtender überlappung (34) abgedeckt und je mit einer Radialbohrung (31) für die Kühlluftzufuhr versehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 953 205, 800 800, 369 996; schweizerische Patentschrift Nr. 335 301; französische Patentschrift Nr. 824013; britische Patentschrift Nr. 738 213; USA.-Patentschriften Nr. 2 858 103, 2 779 565.