DE2241191A1

DE2241191A1 - Hohle gasturbinenschaufel

Info

Publication number: DE2241191A1
Application number: DE19722241191
Authority: DE
Inventors: Alan Moore
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-08
Also published as: AU4587372A; JPS4829917A; IT962211B; SE380065B; DE2241191B2; FR2150475B1; FR2150475A1; GB1404757A; JPS5345447B2; AU466679B2

Description

PATB	NTANAVALT
DIPL. ING.	K. HÖLZER
SO A	UGSBUIlG
ΤΡΗΜΛΡΡΙΚΚ	-WSJLSBIt-STKASaB 1*
	■LICFOH. «1S7S

W. 579

Augsburg, den 21. August 1972

Rolls-Royce (197D Limited, 14-15 Conduit Street, London, WlA 4EY, England,

Hohle Gasturbinenschaufel

Die Erfindung betrifft eine hohle Gasturbinenschaufel. Sie bezieht sich insbesondere auf Gasturbinen-Rotorschaufeln, obwohl 3ie nicht auf solche beschränkt ist.

Es ist bekannt, daß Gasturbinenrotorschaufeln gekühlt

— Λ mm

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ORIGINAL INSPECTED

werden müssen und es sind bereits zahlreiche verschiedene Arten von derartigen Kühlsystemen bekannt. Insbesondere ist es bekannt, eine Kühlluftströmung durch das Schaufelinnere hindurchzuführen und eine solche Kühlung ist umso wirksamer, je größer das Volumen der Kühlkanäle ist und je größer die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft durch die Kühlkanäle hindurch ist.

Bei sehr kleinen Rotorschaufeln, d.h. bei solchen von weniger als kO mm Länge ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Anordnung von Kühlkanälen, mittels welchen eine noch zufriedenstellende Kühlung erreicht werden kann .

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Gasturbinen-Rotor- bzw. Statorschaufeln eine bessere Kühlung zu erzielen, als dies bisher möglich war.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schaufelhohlraum durch einen blechartigen Einsatz in Strömungskanäle unterteilt ist, die an einem Schaufelende beginnen, einerseits durch die Wandungen dieses Einsatzes und andererseits durch die Schaufelwandungen bzw. durch zwischen diesen Schaufelwandungen und dem Einsatz gelegene Rippen begrenzt sind und die schraubenförmig um diesen Einsatz herum verlaufen.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung " wird das Kühlmittel vom Schaufelfuß aus zugeführt.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt

durch eine Gasturbinenrotorschaufel gemäß der Erfindung, längs der Linie B-B in Fig. 2 verlaufend,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der

Ebene A-A in Fig. 1 in zehnmal größerem Maßstab, und

Fig. 3 eine schematische perspektivische

Darstellung des abdeckungsseitigen Rotorschaufelendes, vom Schaufelfuß aus auf die Abdeckung gesehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Rotorschaufel weist eine Schaufelvorderkante 10 und eine Schaufelhinterkante 11, eine Schaufelabdeckung 12 und einen Schaufelfuß 13 auf. Die Schaufel ist hohl und der Innenraum der Schaufel ist durch

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einen Blecheinsatz 14 in zwei Teilräume unterteilt. Der Einsatz 14 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze radiale Länge der Schaufel und ist am Schaufelfuß durch Hartlötung mit dem Schaufelkörper verbunden, im übrigen jedoch nicht mit dem Schaufelkörper verbunden, damit Wärmedehnungen möglich sind. Die Anordnung des Einsatzes 14 innerhalb der Schaufel ist deutlich aus Fig. 2 zu ersehen.

Die Figur zeigt, daß der Einsatz zwischen einer großen Anzahl von Vorsprüngen 15 und einer Anzahl von schraubenförmig verlaufenden Rippen 16 gehalten ist. Die Vorsprünge sind in Fig. 1 durch kleine Kreuze versinnbildlicht. Die Vorsprünge und Rippen sind zweckmäßig einstückig mit den Schaufelwandungen 17 und 18 vorzugsweise durch Gießen hergestellt. Der Einsatz 14 endet jeweils kurz hinterhalb der Vorderkante bzw. vorderhalb der Hinterkante der Schaufel und läßt auf diese Weise Hohlräume frei, über welche Kühlluft von der einen Einsatzseite zur anderen Einsatzseite innerhalb der Schaufel strömen kann.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß am Schaufelfuß 13 zugeführte Kühlluft in eine Anzahl von Strömungskanälen eintreten kann, die an einer Seite des Einsatzes schräg nach oben verlaufen, um die Vorderkante des Einsatzes herum

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umbiegen und dann wiederum schräg nach oben verlaufen, um sodann an der Hinterkante,des Einsatzes ebenfalls um diese herum umzubiegen und dann schließlich wieder weiter schräg nach oben zu verlaufen. Der Verlauf eines solchen Strömungskanals ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. In dem Maße, in welchem ein solcher Strömungskänal radial nach außen verläuft, wird ein Teil der ihn durchströmenden Luft über an der Schaufelvorderkante angeordnete Bohrungen als Kühlfilm für die Schaufelvorderkante abgelassen und außerdem wird ein Teil der Kühlluft durch Austrittsschlitze 21 an der Schaufelhinterseite abgelassen. Da auf diese Weise das die Schaufel durchströmende Kühlluftvolumen verringert wird, sind die Kühlkanäle so bemessen, daß ihr lichter Querschnitt in Richtung zum radial äußeren Schaufelende allmählich kleiner wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß entweder der gegenseitige Abstand der Rippen 16 fortschreitend kleiner wird oder aber, daß die Breite der Strömungskanäle allmählich verringert wird. Dadurch wird die Kühlluftströmung im wesentlichen konstant gehalten. Die Geschwindigkeit der Kühlluftströmung kann außerdem auch dadurch beeinflußt werden, daß der Winkel, unter welchem die Rippen 16 längs der Innenflächen der Schaufel verlaufen, entsprechend steiler oder flacher gemacht wird.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können in der Ecke, welche zwischen der Schaufelaußenwandung 17 und der Schaufelabdeckung 23 gebildet ist, Austrittsöffnungen 22 für die Kühlluft vorgesehen sein. Die auf diese Weise abgelassene Kühlluft kann infolgedessen auch noch zur Kühlung der Schaufelabdeckung ausgenutzt werden, welche zu diesem Zweck an ihrer radial inneren Oberfläche mit Längskanälen 24 versehen ist.

Eine in der oben beschriebenen Weise aufgebaute TMrbinenschaufel ist verhältnismäßig leicht herzustellen, da der Schaufeleinsatz einen festen Körper darstellt und folglich leicht zu formen und leicht in die Schaufel einzuführen ist, während die Schaufel selbst zweckmäßigerweise gegossen wird, wobei unter Verwendung eines einstückigen Kernes die Rippen und Vorsprünge einstückig mit dem Schaufelkörper zusammengegossen werden.

Falls gewünscht, können bei der beschriebenen Anordnung die Bohrungen 20 und/oder die Bohrungen 21 und/oder die Vorsprünge 15 weggelassen werden, wobei als Kühlmittel sowohl eine Flüssigkeit oder ein anderes Qas als Luft Verwendung finden können, wobei wiederum die Rippen 16 und Vorsprünge 15, falls letztere vorhanden sind, einstückig

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mit den Schaufelwandungen ausgeführt sein können.

Gemäß einer weiteren Abänderung der beschriebenen Ausführungsform können wenigstens einige der Kühlluftkanäle so ausgebildet sein, daß sie jeweils für sich nur zur Kühlung der Schaufelvorderkante oder nur zur Kühlung der Schaufelhinterkante dienen, nicht aber zur Kühlung beider Kanten» Dies kann durch entsprechende Wahl der Neigung der Rippen 16 erreicht werden. Eine solche Anordnung gestattet es, für die Schaufelvorderkante und für die Schaufelhinterkante verschiedene Kühlluftsysteme einzusetzen, was es wiederum möglich macht, die jeweiligen Kühlluftdrücke den verschiedenen ümgebungsgasdrücken in diesen Bereichen anzupassen.

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Claims

Patentansprüche

( 1.\Hohle Gasturbinenschaufel, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelhohlraum durch einen blechartigen Einsatz (14) in Strömungskanäle unterteilt ist, die an einem Schaufelende beginnen, einerseits durch die Wandungen dieses Einsatzes und andererseits durch die Schaufelwandungen (17, 18) bzw. durch zwischen diesen Schaufelwandungen und dem Einsatz gelegene Rippen (16) begrenzt sind und die schraubenförmig um diesen Einsatz herum verlaufen.
2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Strömungskanäle zwischen den Schaufelwandungen (17, 18) und dem Einsatz (14) verlaufende Vorsprünge (15) vorgesehen sind, welche den Einsatz in Stellung halten.
3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rippen (16) und die genannten Vorsprünge (15) einstückig mit den Schaufelwandungen (17, 18) sind.
4. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

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dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schaufelvorderkante aus den Strömungskanälen ausmündende Kühlmittel-Aus trittsöffnungen (20) angeordnet sind.
5. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schaufelhinterkante aus den Strömungskanälen ausmündende Kühlmittel-Austrittsöffnungen (21) angeordnet sind.
6. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) an einem Schaufelende durch Hartlötung mit dem Schaufelkörper verbunden und im übrigen nicht mit dem Schaufelkörper verbunden ist.
7. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Strömungskanäle ausschließlich einer Schaufellängskante zugeordnet sind.
8. Anordnung von Gasturbinenschaufeln nach einem der Ansprüche 1 bis 7 an einem Gasturbinenrotor, wobei den Schaufeln an ihren Fußenden Kühlmittel zugeführt wird.

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9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Schaufelenden durch eine Schaufelabdeckung (23) miteinander verbunden sind und daß das die Strömungskanäle der Schaufeln durchströmende Kühlmittel auch die Schaufelabdeckung kühlt.
10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,

daß an der radial inneren Schaufelabdeckungsfläche Kanäle (24) angeordnet sind und daß in den Schaufelwandungen (17, 18) angeordnete Kühlmittelaustrittsöffnungen (22) auf diese Abdeckungskanäle hin gerichtet sind.