DE2750985A1 - LIQUID-COOLED TURBINE BLADE WITH IMPROVED HEAT TRANSFER PROPERTIES - Google Patents

Description

F lüssigkeitsgeküh11e Turbinenlaufschaufel mit verbesserten Wärmeübertragung sei genschaftenLiquid-cooled turbine blade with improved Heat transfer is properties

Allgemeine Beschreibungen für die Flüssigkeitskühlung von Gasturbinenschaufeln mit offenem Kreislaufsind beispielsweise enthalten in den U.S.-Patent sehrift en Nr. 3446481, 3619076, 3658439, 5816022 und 3856433. In diesen Patentschriften wird die Kühlung der LeitschaufeIn oder Laufschaufeln bewerkstelligt mit Hilfe einer großen Anzahl von unter der Oberfläche liegenden und über die Spannweite der Schaufeln verlaufenden Kühlkanälen,General descriptions for liquid cooling of gas turbine blades open circuit are for example contained in U.S. Patent Sehrift en Nos. 3446481, 3619076, 3658439, 5816022 and 3856433. In these patents the cooling of the guide vane or blades is accomplished with the help of a large number of sub-surface and span-width blades Cooling channels,

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Die nachstehend beschriebene Erfindung ist anwendbar sowohl auf Kühlkanäle, die teilweise durch Nuten in Form von Vertiefungen in dem Lauf schaufelkern begrenzt werden, als auch auf die Verwendung von vorgeformten Rohren als Kühlkanäle. Diese Verwendung von vorgeformten Rohren als Kühlmittelkanäle unterhalb der Oberfläche in Turbinenlaufschaufeln ist jedoch an sich bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung.The invention described below is applicable to both cooling channels, which are partially formed by grooves in the form of depressions be limited in the rotor blade core, as well as on the use of preformed tubes as cooling channels. These Use of preformed tubes as coolant channels underneath however, the surface in turbine blades is on known and does not form part of the invention.

Bei Untersuchungen an wassergekühlten Laufschaufeln mit offenem Kreislauf wurde festgestellt, daß unter bevorzugten Betriebsbedingungen (d.h. Größe des Uasserzuflusses, Drehzahl, Temperatur des Antriebsmittels usw.) das Wasser in einem dünnen Film durch jeden der Kanäle läuft, wobei die Kanalachse etwa senkrecht zur Drehachse der Turbine ausgerichtet ist. Der Uasserfilm wird dabei durch die Zentrifugalkraft durch den Kanal gezogen und erreicht hierbei eine hohe radiale Geschwindigkeit. Gleichzeitig wird auf den Uasserfilm eine starke Corio I iskraft ausgeübt, die bei den im Betrieb verwendeten Kühlwasserzuflussmengen den Film in einen begrenzten in Längsrichtung verlaufenden Bereich des Kühlkanals hineindrückt.When investigating water-cooled blades with open Circuit was found to be under preferred operating conditions (i.e. size of the water inflow, speed, Temperature of the propellant, etc.) the water in a thin Film runs through each of the channels, using the channel axis is aligned approximately perpendicular to the axis of rotation of the turbine. The Uasserfilm is thereby by the centrifugal force through the channel pulled and thereby reaches a high radial speed. At the same time, the Uasser film is a strong one Corio I iskraft exercised by those used in the company Cooling water flows the film in a limited lengthways direction the running area of the cooling channel.

Wenn dies eintritt, dann verdeckt der Flüssigkeitsfilm nur einen geringen Anteil der Oberfläche des Kühlkanals und die Kühlkapazität des Flüssigkeitstroms wird verringert. Bei einem gegebenen Uärmezufluß in jedem Kühlkanal ergibt diese Begrenzung der Kühlfläche eine höhere Oberflächentemperatur im Kühlkanal und dies ergibt wiederum eine höhere Temperatur der Lauf schaufelhaut und eine verkürzte Lebensdauer der Schaufel. Es ist daher besonders erwünscht, bei jeder gegebenen Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmittelflüssigkeitsstroms die effektive Kühlfläche in jedem Kühlkanal zu vergrößern, wodurch die Temperatur der Lauf schaufelhaut verringert werden kann und die Ermüdungslebensdauer verlängert werden kann.When this happens, the film of liquid only covers one small proportion of the surface of the cooling channel and the cooling capacity of the liquid flow is reduced. At a Given the heat inflow in each cooling channel, this limitation of the cooling surface results in a higher surface temperature in the cooling channel and this in turn results in a higher blade skin temperature and a reduced blade life. It is therefore particularly desirable at any given flow rate of the coolant liquid flow the to increase the effective cooling surface in each cooling channel, whereby the temperature of the blade skin can be reduced and the fatigue life can be extended.

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Kühlmittelkanäle in dem Profilteil einer Turbinenlaufschaufel mit Flüssigkeitskühlung enthalten in den einzelnen Kanälen Einrichtungen, welche dem flüssigen Kühlmittel in dem Kanal eine Wirbelbewegung vermitteln, wobei sich dieses Kühlmittel gleichzeitig unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft befindet. Daher ergibt sich durch die Einwirkung der Drehung der Turbinenscheibe und der induzierten Wirbelbewegung ein Zustand des flüssigen Kühlmittels in einem bestimmten Kühlmittelkanal, welcher dahingehend betrachtet werden kann (in einer vereinfachten Analyse), daß er einer Inder radialen Richtung wirkenden ersten Zentrifugalkraft unterliegt, der Coriο I iskraft, und einer zweiten Zentrifugalkraft, die an einer Achse wirkt, welche allgemein entlang dem Kühlmittelkanal verläuft. Durch Verwendung der hier beschriebenen Erfindung wird die in einem bestimmten Kühlmittelkanal durch das flüssige Kühlmittel bedeckte Größe der inneren Wandfläche unter dem Einfluß des bei einer gegebenen Drehzahl der Laufschaufel herrschenden Gesamtsystems der Kräfte bedeutend vergrößert im Vergleich mit der Größe der inneren Wandfläche, welche von dem gleichen flüssigen Kühlmittel unter den gleichen Betriebsbedingungen bei Abwesenheit der Anordnung gemäß der Erfindung bedeckt würde.Coolant channels in the profile part of a turbine blade with liquid cooling contained in the individual channels Devices, which the liquid coolant in the channel impart a whirling motion, whereby this coolant at the same time is under the influence of centrifugal force. Therefore, through the action of the rotation of the turbine disk and the induced vortex motion, a state of liquid coolant in a specific coolant channel, which can be viewed (in a simplified analysis) as acting in the radial direction first subject to centrifugal force, the Coriο I iskraft, and a second centrifugal force acting on an axis which runs generally along the coolant channel. By using the invention described herein is implemented in a particular Coolant channel covered by the liquid coolant Size of the inner wall area under the influence of the overall system prevailing at a given speed of the rotor blade the forces significantly increased in comparison with the Size of the inner wall surface, which of the same liquid coolant under the same operating conditions in the absence the arrangement according to the invention would be covered.

In den hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind die Oberflächen der inneren Wände jedes Kühlmittelkanals spiralförmig gestaltet, wobei diese Spiralen entweder ein vertieftes oder ein erhabenes Profil besitzen. Diese Spiralformen müssen nicht kontinuierlich entlang der'Oberflächen der Innenwände der Küh Imi11e I kanäIe verlaufen. Vorzugsweise in den Fällen, in welchen die Spiralform unterbrochen ist (und es ist durchaus möglich dies zu tun) werden die unterbrochenen Teile an der voraus laufenden Seite des Kanals angeordnet (d.h. an der Stelle, an welcher während des Betriebs mit geringem Küh Imi11e I st rom und hohem Wärmefluß am wahrscheinlichsten ein teilweises Austrocknen auftritt).In the embodiments of the invention described herein are the surfaces of the inner walls of each coolant channel designed spirally, these spirals either have a recessed or a raised profile. These spiral shapes do not have to be continuous along the surfaces of the inner walls the Küh Imi11e I can run. Preferably in the Cases in which the spiral shape is broken (and it is quite possible to do this) the interrupted parts become located on the leading side of the channel (i.e. at the point at which it is most likely to occur during operation with low cooling energy and high heat flow partial dehydration occurs).

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Die Wirksamkeit der Kühlmittelverteilung ist zu einem gewissen Grade selbstregulierend, da zwar eine teilweise Austrocknung gefördert wird durch die CorioIiskraft, welche auf das sich schnell bewegende flüssige Kühlmittel einwirkt und dazu neigt, dieses an der nachlaufenden Seite (relativ zur Drehrichtung) des Kühlmittelkanals zu konzentrieren. Andererseits wird durch diese Verringerung des Querschnitts die Geschwindigkeit der Flüssigkeit vergrößert und mit der mit Zügen versehenen oder mit Spiralen ausgestatteten Konstruktion ergibt sich bei der größeren Geschwindigkeit des flüssigen Kühlmittels auch eine kräftigere Verwirbelung derselben in Richtung der vorlaufenden Seite des Kanals, an welcher die größte Wärmemenge abgeführt werden muß.The effectiveness of the coolant distribution is to some extent Degree self-regulating, because a partial dehydration is promoted by the CorioIiskraft, which is based on the fast moving liquid coolant acts and tends to move it on the trailing side (relative to the direction of rotation) concentrate of the coolant duct. On the other hand will this reduction of the cross-section increases the speed the liquid enlarged and with the design provided with trains or with spirals results in the greater speed of the liquid coolant too a stronger turbulence of the same in the direction of the leading side of the channel, on which the greatest amount of heat is dissipated must become.

Ein besseres Verständnis des Aufbaus, der Arbeitsweise, weiterer Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den Abbildungen.A better understanding of the structure, the way it works, other things Objects and advantages of the invention emerges from the following description of embodiments in conjunction with the pictures.

Die Figur 1 zeigt eine Ansicht, teilweise im Schnitt und teilweise weggeschnitten, und zeigt den Fußteil, die Plattform und den Profilteil einer Turbinenlaufschaufel mit F lüssigkeitsküh lung.FIG. 1 shows a view, partly in section and partly cut away, showing the foot section, platform and the profile part of a turbine blade with liquid cooling lung.

Die Figur 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2-2 der Figur 1, wobei die Haut des Profilteils teilweise weggelassen ist, um die Lager und die gegenseitige Verbindung der Kühlkanäle und der Zuleitungen zu zeigen.Figure 2 is a view taken along line 2-2 of Figure 1; wherein the skin of the profile part is partially omitted to the bearings and the mutual connection of the cooling channels and of the leads to show.

Die Figur 3 ist eine perspektivische Darstellung, teilweise weggeschnitten und teilweise im Schnitt, und zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer vertieften Spirale.Figure 3 is a perspective view, in part cut away and partly in section, and shows an embodiment of the invention with a recessed spiral.

Die Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise imFigure 4 is a perspective view, partially in

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Schnitt und teilweise weggeschnitten, und zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer erhabenen Spirale.Section and partially cut away, and shows an embodiment of the invention with a raised spiral.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte und hier beschriebene bestimmte Ausführungsform einer Laufschaufe Ikonstruktion dient lediglich als Beispiel und die Erfindung ist in weitem Maße auf Turbinenlaufschaufeln mit Flüssigkeitskühlung und unter der Oberfläche liegenden Kühlkanälen anwendbar.The one shown in Figures 1 and 2 and described here Certain embodiment of a moving blade I construction is used by way of example only and the invention is to a large extent on turbine blades with liquid cooling and under cooling channels lying on the surface can be used.

Die Turbinenlaufschaufel 10 besteht aus der Haut 11, 11a, vorzugsweise aus einem gegen Wärme und Verschleiß beständigen Material, welche an einem einstückig ausgebildeten Laufschaufelkern 12 befestigt ist (d.h. Würze I/Plattform/Profi11ei I). Der Wurzelteil 13 besteht gemäß der Abbildung aus einer üblichen Schwalbenschwanzform und dient zur Befestigung der Schaufel 10 in der Nut 14 des Scheibenrandes 16. Jede der in der Oberfläche des Plattformteils 18 befindlichen vertieften Nuten 17 ist mit einer ähnlichen Nut 19 verbunden, welche als Vertiefung in der Oberfläche des Tragf lüge Iprofi I tei I s 21 des Kerns 12 gebildet ist. Der Tragf lüge Iprofi Itei I 21 bildet zusammen mit der Haut 11 den Tragf lüge I tei I der Laufschaufel Die Kühlmittelkanäle können in der gezeigten Form durch die Haut 11 und die Nuten 19 begrenzt sein oder können die Form von vorgeformten Rohren besitzen, welche in vertiefte Nuten eingesetzt sind, oder können durch den Kern 12 und vertiefte Kanäle in der Haut 11 gebildet sein, wie dies in der U. S.-Pat ent sehrift 3619076 beschrieben ist. Wie bereits vorstehend ausgeführt bildet die Verwendung vorgeformter Rohre an sich keinen Bestandteil der Erfindung.The turbine blade 10 consists of the skin 11, 11a, preferably made of a material that is resistant to heat and wear, which is attached to an integral rotor blade core 12 is attached (i.e. wort I / platform / Profi11ei I). The root part 13 consists of a conventional dovetail shape and is used to attach the Blade 10 in the groove 14 of the disc rim 16. Each of the recessed in the surface of the platform part 18 Grooves 17 is connected to a similar groove 19, which lies as a recess in the surface of the supporting structure Iprofi I tei I s 21 des Core 12 is formed. The Tragf lie Iprofi Itei I 21 forms together with the skin 11 the wing lies I part I of the blade The coolant channels can in the form shown by the Skin 11 and the grooves 19 may be delimited or may be in the form of preformed tubes which are inserted into recessed grooves are inserted, or can be formed by the core 12 and recessed channels in the skin 11, as shown in FIG U.S. Patent 3619076 is described. As above The use of preformed tubes does not per se form part of the invention.

Das flüssige Kühlmittel wird durch die Kühlkanäle unter einem praktisch gleichmäßigen Abstand von der Außenfläche der Schaufel 10 geleitet. An den radial außen liegenden Enden der Kühlmittelkanäle auf der Druckseite der Schaufel 10 stehenThe liquid coolant is through the cooling channels at a practically uniform distance from the outer surface of the Blade 10 passed. Stand at the radially outer ends of the coolant channels on the pressure side of the blade 10

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diese Kanäle in StrömungsmitteIverbindung mit einem Verteiler oder Verteilerraum 22, welcher als Vertiefung im Tragflügelprofi Itei I 21 gebildet ist. An der Saugseite der Schaufel 10 stehen die Kühlmittelkanäle oder Kanäle in Strömungsmittelverbindung mit einem ähnlichen Verteilerraum (nicht gezeigt), der als Vertiefung im Tragflügelprofilteil 21 gebildet ist. In der Nähe der Austrittskante der Laufschaufel 10 verbindet eine Querleitung (ihre Hündung ist bei 23 gezeigt) den Verteilerraum auf der Saugseite mit dem Verteilerraum 22. Die Kühlung mit offenem Kreislauf wird dadurch vorgenommen, daß Kühlflüssigkeit (gewöhnlich Wasser) mit niedrigem Druck allgemein radial nach außen aus Düsen (nicht gezeigt) gesprüht wird, die auf beiden Seiten der Läuferscheibe befestigt sind. Das Kühlmittel wird von einer ringförmigen Laufrinne aufgenommen, welche nicht im einzelnen dargestellt ist und in einem Ringteil gebildet ist. Dieses Ringteil und die Strömung der Kühlmittel zu und aus der Laufrinne ist ausführlicher beschrieben in der vorstehend genannten U.S.-Patentschrift 3619076, auf welche ausdrücklich Bezug genommen wird.these channels in fluid communication with a manifold or distribution space 22, which as a recess in the wing profile Itei I 21 is formed. On the suction side of the bucket 10 the coolant channels or channels are in fluid communication with a similar manifold (not shown), the is formed as a recess in the wing profile part 21. In the Near the trailing edge of the blade 10, a cross line (its mouth is shown at 23) connects the plenum on the suction side with the distribution chamber 22. The cooling Open circuit is done by blowing cooling liquid (usually water) at low pressure generally radially is sprayed outwards from nozzles (not shown) which are attached to both sides of the carrier. The coolant is received by an annular trough, which is not shown in detail, and in a ring part is formed. This ring part and the flow of the coolant to and from the gutter is described in more detail in the U.S. Patent 3,619076 referred to above, which is incorporated herein by reference.

Das in den Laufrinnen aufgenommene flüssige Kühlmittel wird durch Zuflußöffnungen (nicht gezeigt) geleitet, welche die Laufrinnen mit Sammelräumen 27 verbinden, die jeweils in Richtung parallel zur Drehachse der Turbinenscheibe verlaufen.The liquid coolant received in the troughs is passed through inflow openings (not shown), which the Connect troughs with collecting spaces 27, which each run in the direction parallel to the axis of rotation of the turbine disk.

Das flüssige Kühlmittel sammelt sich und füllt die Vorratsräume 27 an (die Enden dieser Räume sind mit Hilfe eines Paars von Verschlußplatten 28 verschlossen). Beim weiteren Zuströmen von flüssigem Kühlmittel in jeden Sammelraum 27 läuft das überschüssige Kühlmittel über den Damm- 29 entlang seiner Länge und wird hierdurch dosiert auf die eine oder andere Seite der Schaufel 10 abgegeben.The liquid coolant collects and fills the storage spaces 27 (the ends of these spaces are with the help of a pair closed by closure plates 28). With further influx of liquid coolant into each plenum 27, the excess coolant runs over the dam 29 along its length and is thereby dispensed in a metered manner onto one or the other side of the shovel 10.

Kühlmittel, welches über einen bestimmten Damm 29 gelaufenCoolant which has passed over a certain dam 29

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ist, strömt weiter in allgemein radialer Richtung und tritt in die in Längsrichtung verlaufende Laufrinne 31 in der Plattform mit einer filmähnlichen Verteilung ein und tritt dann durch die Zuleitungsöffnungen 32 zu den Kühlmittelkanälen aus. Von den Öffnungen 32 läuft das Kühlmittel zum Verteilerraum 22 (und zum nicht gezeigten Verteilerraum auf der Saugseite) über die Kanäle für das Kühlmittel in der Plattform und in dem Profilteil.is, flows further in a generally radial direction and enters the longitudinal trough 31 in the Platform with a film-like distribution and steps then through the feed openings 32 to the coolant channels the end. The coolant runs from the openings 32 to the distributor space 22 (and to the distributor space (not shown) on the Suction side) via the channels for the coolant in the platform and in the profile part.

Mit dem Durchgang des Kühlmittels unter der Oberfläche des Plattformteils und des Tragflügelprofilteils werden diese Elemente kühl gehalten, wobei ein Teil des Kühlmittels in den gasförmigen oder dampfförmigen Zustand durch Aufnahme von Wärme überführt wird. Dieser Anteil ist abhängig von der verwendeten Kühlmittelmenge und der auftretenden Wärme. Der Dampf oder das Gas und etwa verbleibendes flüssiges Kühlmittel treten aus dem Verteilerraum 22 über die öffnung 33 aus und vorzugsweise in eine Sammelnut (nicht gezeigt), welche im Gehäuse ausgebildet ist zur Rezirkulation oder zur Abführung der abgegebenen Flüssigkeit.With the passage of the coolant under the surface of the platform part and the airfoil part, these are Elements kept cool, with some of the coolant in the gaseous or vapor state by absorbing Heat is transferred. This proportion depends on the amount of coolant used and the heat generated. The steam or the gas and any remaining liquid coolant enter from the distributor space 22 via the opening 33 and preferably into a collecting groove (not shown) in the housing is designed for recirculation or for the discharge of the discharged Liquid.

Die in das System zum Durchgang durch die Kühlmittelkanäle eingegebene Kühlmittelmenge kann verändert werden und in den Fällen, in denen ein möglichst kleiner KühImi11e I st rom und ein hoher Wärmefluß vorherrschen, kann ein unzulässiges Austrocknen der Kühlkanäle auftreten.Those in the system to pass through the coolant channels The amount of coolant entered can be changed and stored in the Cases in which the smallest possible cooling energy and If there is a high flow of heat, impermissible dehydration can occur the cooling channels occur.

In der bevorzugten Ausführungsform (siehe die Darstellung in den Figuren 3 und 4) ist das I nnere der Kühlmittelkanäle in einer Turbinenschaufel mit Flüssigkeitskühlung mit einer Form von Gewindezügen oder Zügen oder einer anderen Spiralform ausgestattet, welche durch erhabene oder vertiefte Teile gebildet sein kann, so daß dem unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen strömenden Kühlmittel eineIn the preferred embodiment (see the illustration in Figures 3 and 4) is the interior of the coolant channels in a turbine blade with liquid cooling with a shape of threads or trains or some other spiral shape, which are formed by raised or recessed parts can be, so that the under the action of centrifugal force radially outwardly flowing coolant a

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Wirbelbewegung vermittelt wird mit einer Kraftkomponente, welche eine Bewegung der Flüssigkeit durch Zentrifugalkraft von seiner Lage an der nachlaufenden Kante hinweg bewirkt, wodurch die Größe der Oberfläche der Kühlkanäle vergrößert wird, mit welcher das flussige Kühlmittel in Kontakt ist.Vortex movement is conveyed with a force component, which is a movement of the liquid by centrifugal force caused by its location on the trailing edge, whereby the size of the surface area of the cooling channels with which the liquid coolant is in contact is increased.

So bestehe die Spiralform in der Ausführungsform nach Figur 3 aus Zügen 41 (Geschütz lauf zügen), welche als Vertiefungen in der Inr.enf lache der Nut 19 ausgebildet sind. Die Nut 41 kann während der Herstellung durch Gießen oder Schmieden in den Kanälen 19 des Schaufelkerns 12 ausgebildet werden. Es ist dabei zu beachten, daß eine teilweise vorhandene Spiralform ausreichend ist (d.h. die Form ist unterbrochen an der Haut 11). Obwohl nur ein kurzes Stück des Kanals 19 gezeigt' wird, befindet sich vorzugsweise die Spiralform in entsprechenden Intervallen auf dem größeren Teil der Länge der Nut 19 der Kühlmitte Ikanä Ie.The spiral shape exists in the embodiment according to FIG. 3 of trains 41 (gun barrel trains), which are formed as depressions in the inner surface of the groove 19. The groove 41 can be formed in the channels 19 of the blade core 12 during manufacture by casting or forging. It is it should be noted that a partially existing spiral shape is sufficient (i.e. the shape is interrupted on the skin 11). Although only a short stretch of the channel 19 is shown, it is located preferably the spiral shape at corresponding intervals on the greater part of the length of the groove 19 of the cooling center Ikanä Ie.

In der Ausführungsform nach Figur 4 ist in einem vorgeformten Rohr 19a eine erhabene Spirale 42 befestigt, welche gemäß dem nachstehend beschriebenen Beispiel angebracht werden kann oder beispielsweise durch die Wand des Rohrs 19a beim Herstellen des Rohrs durch ein Ziehverfahren eingedrückt werden kann.In the embodiment of Figure 4 is in a preformed Tube 19a a raised spiral 42 attached, which can be attached according to the example described below or for example through the wall of the tube 19a during manufacture of the pipe can be pressed in by a drawing process.

Es wurde ein Kühlmittelkanal der Form nach Figur 4 dadurch hergestellt, daß eine Drahtspirale in einem Rohr aus rostfreiem Stahl mit demselben verbunden wurde. Bei dem verwendeten Verfahren wurde ein Stück Nickeldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,75 mm (0,030 Zoll) um einen Dorn mit einem Durchmesser von etwa 0,88 mm (0,035 Zoll) gewickelt zur Herstellung einer Spiralwendel. Diese Spiralwendel wurde dann verkupfert und in ein Rohr aus rostfreiem Stahl Typ 347 mit einem Außendurchmesser von etwa 3 mm (0,125 Zoll) und einem Innendurchmesser von etwa 2,5 mm (0,100 Zoll) eingesetzt. Das Rohr aus rostfreiemA coolant channel of the form according to FIG. 4 was produced by placing a wire spiral in a tube made of stainless steel Steel was connected to it. In the procedure used, a piece of nickel wire with a diameter of wrapped about 0.75 mm (0.030 inch) around a mandrel about 0.88 mm (0.035 inch) in diameter to make a Spiral helix. This spiral coil was then copper-plated and in a Type 347 stainless steel tube having an outside diameter of about 3 mm (0.125 inches) and an inside diameter of inserted about 2.5 mm (0.100 inches). The tube made of stainless

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Stahl wurde dann durch Ziehen auf einen Durchmesser von etwa 2,97 mm (0,117 Zoll) verkleinert und hierdurch ergab sich ein Festsitz zwischen der Spiralwendel und der Innenfläche des Rohrs aus rostfreiem Stahl. Diese Anordnung wurde dann erhitzt zur Bildung einer Legierungsverbindung zwischen dem Nickel, dem Kupfer und den Elementen des rostfreien Stahls. Diese verbundene Anordnung wurde dann in einen Kupfermantel eingesetzt und mit diesem fest verbunden und diese neue Anordnung wurde maschinell bearbeitet zur Einpassung in eine besondere Prüfvorrichtung zur Durchführung von Wärmeübertragung sprüfungen. Die Gesamtwärmeübertragung für diesen neuartigen Aufbau war überlegen den einfachen Kühlmittelkanälen ohne Nuten mit ähnlichem Durchmesser und aus den gleichen Materialien (jedoch ohne die Spirale), welche in ähnlicher Weise in der rotierenden Prüfvorrichtung befestigt wurden.Steel was then drawn to a diameter of about 2.97 mm (0.117 inches) and this resulted in a Firm fit between the spiral coil and the inner surface of the Stainless steel tube. This assembly was then heated to form an alloy bond between the Nickel, copper and stainless steel elements. This connected assembly was then wrapped in a copper jacket inserted and firmly attached to this and this new arrangement has been machined to fit into a special test device for carrying out heat transfer exams. The overall heat transfer for this novel design was superior to the simple coolant channels without grooves of similar diameter and made of the same materials (but without the spiral), which in similar Way in the rotating test fixture.

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Claims (8)

F lüssigkeitsgekühIte Turbinenlaufschaufel mit verbesserten UärmeubertragungseigenschaftenLiquid-cooled turbine blades with improved Heat transfer properties Turbinenschaufe I mit Flüssigkeitskühlung und einem Tragflüge Iprofi I tei I, einem Plattformteil und einem Fußteil, wobei mindestens der Tragflügelprofilteil eine Anzahl von unter der Oberfläche entlang der Druckseite und der Saugseite verlaufenden Kühlmittelkanälen besitzt, gekennzeichnet durch Einrichtung (41, 42) zur Erzeugung einer Wirbelbewegung in dem flüssigen Kühlmittel in den Kühlkanälen (19), wobei das flüs-Turbine blade I with liquid cooling and a hydrofoil Iprofi I tei I, a platform part and a foot part, where at least the airfoil part a number below that Surface has coolant channels running along the pressure side and the suction side, characterized by device (41, 42) to generate a vortex movement in the liquid coolant in the cooling channels (19), the liquid 809821 /0811809821/0811 sige Kühlmittel gleichzeitig unter dem Einfluß einer Zentrifugalkraft steht und diese Einrichtungen (41, 42) zur Erzeugung einer Wirbelbewegung innerhalb der einzelnen Kühlmittelkanäle angeordnet sind.sige coolant at the same time under the influence of centrifugal force stands and these devices (41, 42) to generate a vortex movement within the individual coolant channels are arranged. 2. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Wirbelbewegung entlang eines Kühlmittelkanals (19) allgemein spiralförmig ang eordnet ist.2. turbine blade according to claim 1, characterized in that that the device for generating a vortex movement generally spirally along a coolant channel (19) is arranged. 3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale in Form einer Erhebung benachbart zur inneren Oberfläche des Kühlmittelkanals (19) ausgebildet ist.3. turbine blade according to claim 2, characterized in that that the spiral in the form of an elevation adjacent to inner surface of the coolant channel (19) is formed. 4. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale als Vertiefung in der inneren Oberfläche des Kühlmittelkanjls ausgebildet ist.4. turbine blade according to claim 2, characterized in that that the spiral as a recess in the inner surface of the Kühlmittelkanjls is formed. 5. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale periodisch unterbrochen ist.5. turbine blade according to claim 2, characterized in that that the spiral is periodically interrupted. 6. Verfahren zur Flüssigkeitskühlung einer Turbinenlaufschaufel im offenen Kreislauf, wobei das flüssige Kühlmittel an den radial inneren Enden einer Anzahl von unter der Oberfläche verlaufenden Kühlmittelkanälen zugeführt wird, welche entlang der Druckseite und der Saugseite des Tragf lüge Iprofi 11ei I s der Laufschaufel verlaufen, zum Durchgang durch diese Kühlmittelkanäle unter dem Einfluß der in radialer Richtung wirkenden Zentrifugalkraft, gekennzeichnet durch: in mindestens einem einzelnen Kühlmittelkanal wird das flüssige Kühlmittel einer zweiten Zentrifugalkraft ausgesetzt, welche um eine Achse wirkt, die allgemein entlang der Längsrichtung des einzelnen Kühlmittelkanals verläuft, wodurch die innere Wandfläche, welche in diesem Kühlmittelkanal flüssiges6. A method for liquid cooling a turbine blade in an open circuit, wherein the liquid coolant is supplied at the radially inner ends of a number of sub-surface coolant channels which run along the pressure side and the suction side of the wing Iprofi 11ei I s of the blade, for Passage through these coolant channels under the influence of the centrifugal force acting in the radial direction, characterized by: in at least one individual coolant channel, the liquid coolant is subjected to a second centrifugal force which acts around an axis which runs generally along the longitudinal direction of the individual coolant channel, whereby the inner Wall surface, which is liquid in this coolant channel 809821 /0811809821/0811 27509352750935 Kühlmittel erhält, bedeutend vergrößert wird.Keeps coolant, is increased significantly. 7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Kühlmittel Wasser eingeführt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that as liquid coolant water is introduced. 8. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel entlang der Kühlmittelkanäle in einem
allgemein spiralförmigen Laufweg strömt.8. The method according to claim 6, characterized in that the liquid coolant along the coolant channels in one
generally spiral pathway flows. 809821/0611809821/0611