DE1245218B

DE1245218B - Gasturbinenrotor

Info

Publication number: DE1245218B
Application number: DEH52700A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Sunobe; Kunio Fujie
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1963-05-15
Filing date: 1964-05-15
Publication date: 1967-07-20

Description

Gasturbinenrotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasturbinenrotor aus in axialer Richturig zusammengeschichteten Platten, zwischen denen etwa radial verlaufende, als Nuten ausgebildete Kanäle vorgesehen sind, durch die ein über die hohle Rotorwelle zugeführtes Kühlmittel nach außen strömt.
Bei einem bekannten Gasturbinenrotor der vorstehend genannten Art sind die Schaufeln als gegenüber den Rotorplatten gesonderte Elemente ausgebildet, hohl ausgeführt und an ihrer hinteren Kante sowie an ihrem äußeren radialen Ende offen.
Der wesentliche Nachteil einer derartigen Ausführung besteht darin, daß sich in der hohlen Schaufel eine unkontrollierte Kühlmittelströmung ergibt. Es ist insbesondere nicht gewährleistet, daß die besonders heißen Stellen der Rotorschaufel, vor allem im Bereich der Stirnseite, auf die das heiße Gas auftrifft, verstärkt gekühlt werden.
Diesen Nachteil weist auch ein weiterer bekannter Gasturbinenrotor auf, bei dem die Platten fingerartige Ansätze tragen, auf die die eigentlichen Schaufeln aufgesetzt werden. Diese Schaufeln sind gleichfalls hohl ausgebildet und an ihrem radialen Ende über die ganze Länge offen. Es ergibt sich somit auch bei diesem Gasturbinenrotor eine unkontrollierte Kühlmittelströmung im Innenraum der Schaufel.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieses Mangels der bekannten Ausführungen einen Gasturbinenrotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Anpassung der Kühlung an die unterschiedliche Wärmebeanspruchung der einzelnen Schaufelbereiche möglich ist, daß jedoch trotzdem die Rotorausführung in konstruktiver Hinsicht einfach bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufeln des Rotors durch einstückig mit den Platten hergestellte Ansätze gebildet werden und sich die radialen Kanäle in ihrem äußeren Bereich in Teilkanäle verzweigen, die in an sich bekannter Weise an verschiedenen Stellen der Schaufelprofilfläche ausmünden.
Kühlmittelkanäle, die an verschiedenen Stellen der Schaufelprofilfläche ausmünden, sind aus anderem Zusammenhang, nämlich bei Leitschaufeln, bereits bekannt. Es handelt sich dort jedoch weder um die Kühlung von Rotorschaufeln, noch sind die Kanäle zwischen axial zusammengeschichteten Platten vorgesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Führung der Kühlmittelkanäle eine bis zum Austritt ; des Kühlmittels aus der Schaufel genau kontrollierte Kühlmittelströmung erzielt. Dabei ist in einfachster Weise (durch geeignete Wahl der Lage und des Querschnitts der einzelnen Teilkanäle) die Möglichkeit gegeben, die Kühlung der unterschiedlichen Wärmebeanspruchung der einzelnen Bereiche des Schaufelprofils optimal anzupassen. Insbesondere ist auf diese Weise eine verstärkte Kühlung des thermisch am stärksten beanspruchten vorderen Schaufelendes möglich.
Die erfindungsgemäß vorgesehene einstückige Ausbildung der Schaufeln mit dem übrigen Teil der Rotorplatten vereinfacht wesentlich die Herstellung der Kühlmittelkanäle. Zugleich vermeidet man dadurch eine komplizierte Montage, bei der auf ein genaues Aneinanderschließen der einzelnen Kanäle geachtet werden müßte.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind auf beiden Seiten der Platten Kanäle vorgesehen.
Günstig ist es weiterhin, wenn aneinandergrenzende Ansätze benachbarter Platten ein wellenförmig ineinandergreifendes Querschnittsprofil aufweisen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Platten eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors (wobei nur einige Schaufeln dargestellt sind), F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des aus den Platten gemäß F i g. 1 zusammengesetzten Gasturbinenrotors, F i g. 3 eine Aufsicht auf eine Platte, F i g. 4 einen Längsschnitt durch die Platte gemäß F i g. 3, F i g. 5 einen Querschnitt durch eine Schaufel des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors.
F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Schaufel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 7 einen Längsschnitt durch einen Rotor einer Radialgasturbine.
Der in den F i g. 1 und 2 veranschaulichte Rotor einer Axialgasturbine besteht aus vier in axialer Richtung zusammengeschichteten Platten 5 bis B. Einstückig mit diesen Platten sind Ansätze 1 bis 4 hergestellt, die die Schaufeln des Rotors bilden. Die Form dieser Ansätze 1 bis 4 sowie die Zusammenschichtung der Platten 5 bis 8 wird so gewählt, daß sich im montierten Zustand des Gasturbinenrotors das gewünschte Strömungsprofil der Schaufeln ergibt. Die Platten 5 bis 8 weisen einen zentralen Durchbruch auf, durch den eine Rotorwelle 9 hindurchgesteckt wird.
An den einander zugewandten Flächen benachbarter Platten sind radial verlaufende, als Nuten ausgebildete Kanäle 11 vorgesehen, die sich in ihrem äußeren Bereich in Teilkanäle 12 verzweigen, die an verschiedenen Stellen der Schaufelprofilfläche ausmünden. Durch diese Kanäle 11 und Teilkanäle 12 strömt ein über die hohle Rotorwelle 9 zugeführtes Kühlmittel nach außen.
Wie in F i g. 5 schematisch angedeutet ist, bildet das aus der Schaufel 22 ausströmende Kühlmittel eine Grenzschicht zwischen dem Hochtemperatur-Gasstrom 21 und der Schaufeloberfläche, so daß der Gasstrom 21 verhältnismäßig wenig Wärme an die Schaufel abgibt.
Um eine besonders feste, vibrationsfreie Verbindung benachbarter Platten des Rotors zu erzielen, weisen bei dem in F i g. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel aneinandergrenzende Ansätze benachbarter Platten ein wellenförmig ineinandergreifendes Querschnittsprofil auf.
Die erfindungsgemäße Rotorkonstruktion ist selbstverständlich auch für Radiallurbinen geeignet. F i g. 7 zeigt schematisch ein derartiges Ausführungsbeispiel, bei dem sich der Rotor aus den Platten 41 bis 45 und der Welle 49 zusammensetzt.

Claims

Patentansprüche: 1. Gasturbinenrotor aus in axialer Richtung zusammengeschichteten Platten, zwischen denen etwa radial verlaufende, als Nuten ausgebildete Kanäle vorgesehen sind, durch die ein über die hohle Rotorwelle zugeführtes Kühlmittel nach außen strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Rotors durch einstückig mit den Platten (5, 6, 7, 8) hergestellte 'Ansätze (1, 2; 3,4) gebildet werden und sich die radialen Kanäle (11) in ihrem äußeren Bereich in Teilkanäle (12) verzweigen, die in an sich bekannter Weise an verschiedenen Stellen der Schaufeiprofilfläche ausmünden.
2. Gasturbinenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Platten (5, 6, 7, 8) Kanäle (11) vorgesehen sind.
3. Gasturbinenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aneinandergrenzende Ansätze (z. B. 1, 2) benachbarter Platten (z. B. 5, 6) ein wellenförmig ineinandergreifendes Querschnittsprofil aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 195 186; schweizerische Patentschrift Nr. 273 201; britische Patentschrift Nr. 702 740.