DE2805851A1 - Kuehlsystem fuer turbinen von gasturbinentriebwerken - Google Patents

Kuehlsystem fuer turbinen von gasturbinentriebwerken

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DE2805851A1 DE19782805851 DE2805851A DE2805851A1 DE 2805851 A1 DE2805851 A1 DE 2805851A1 DE 19782805851 DE19782805851 DE 19782805851 DE 2805851 A DE2805851 A DE 2805851A DE 2805851 A1 DE2805851 A1 DE 2805851A1
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    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

ΛΠ ν/ Λ Ii 'ί ί
Dipl. ing. E. HOLSEB
PHIiIPPINE-WELSER -EEBABUB U
8900 AUGSBTJKG
TELEFON 01647B TELEX 533302 patol d
R.1006
Augsburg, den 6. Februar 1978
Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London SWlE 6AT, England
Kühlsystem für Turbinen von Gasturbinentriebwerken
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Turbinen von Gasturbinentriebwerken nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Die Notwendigkeit der Verwendung innengekühlter Turbinenschaufeln bei Gasturbinentriebwerken hat in den letzten Jahren beständig zugenommen. Der Grund dafür liegt hauptsächlich darin, daß Turbinen mit innengekühlten Schaufeln mit höheren Betriebtemperaturen betrieben werden können, als dies bei nichtgekühlten Schaufeln zulässig wäre. Eine höhere Betriebtemperatur bedeutet aber einen
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höheren Wirkungsgrad und eine höhere Leistung des betreffenden Triebwerks.
Es haben bisher bereits mehrere Methoden zur Erzeugung einer Kühlluftströmung in die Turbinenschaufeln Anwendung gefunden. Bei einem bekannten Schaufelkühlsystem sind stromauf der betreffenden Turbinenlaufradscheibe Dralldüsen angeordnet, die einen Abfall der Temperatur und des statischen Druckes der Kühlluft verursachen. Zum Aufnehmen der aus den Dralldüsen austretenden Kühlluft ist die Turbinenlaufradscheibe mit Einlassen und Kühlmittelkanälen versehen, welch letztere die aufgenommene Kühlluft von den Einlassen in die Turbinenschaufeln hineinleiten. Der Hauptnachteil dieses bekannten Systems liegt darin, daß der den Temperaturabfall im Bereich der Dralldüsen begleitende Kühlluftdruckverlust in den Kühllufteinlaßöffnungen der Turbinenlaufradscheibe nicht wirkungsvoll rückgewonnen werden kann. Dadurch wird natürlich die Wirksamkeit der Kühlungs insbesondere in den im Schaufelvorderkantenbereich verlaufenden inneren Kühlkanälen der Turbinenschaufeln herabgesetzt, wobei hinzukommt, daß es in zunehmendem Maße üblich wird, die Kühlluft in oder nahe der Staudruckzone der Schaufelvorderkante aus den in diesem Bereich gelegenen inneren Kühlkanälen auszublasen. Es ist deshalb wichtig, daß der Kühlluftdruck so hoch wie möglich ist.
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Zur Steigerung des Druckes der Kühlluft in den Schaufeln ist es möglich, diese Kühlluft aus einem, einen höheren Druck aufweisenden Triebwerksteil abzuzweigen, beispielsweise aus dem Verdichterauslaß, jedoch ist dabei zu bedenken, daß sich die Temperatur der Luft im Verdichter umsomehr steigert, je mehr Verdichterstufen die Luft durchläuft. Der durch Verwendung von unter höherem Druck stehender Kühlluft erzielte Kühlwirkungsgewinn wird also durch den Kühlwirkungsverlust aufgrund der höheren Kühllufttemperatur mindestens teilweise wieder aufgehoben oder sogar zunichte gemacht.
Die Wahl des jeweiligen Kühlluftdruckes stellt daher einen Kompromiß zwischen zwei sich widerstreitenden Forderungen dar.
Es sind aber auch schon andere Möglichkeiten zur Zuführung von unter höherem Druck stehender Kühlluft zu den Turbinenschaufeln benützt worden. Gemäß einer solchen Möglichkeit wird eine geteilte Turbinenlaufradscheibe verwendet und die Kühlluft unter Ausnützung der Fliehkraft zur Drucksteigerung von der Mitte der Laufradscheibe zu den Schaufeln geleitet. Bei einer anderen Methode wird eine Abdeckplatte mit geringem Abstand neben der Turbinenlaufradscheibe so angeordnet, daß ein Raum gebildet wird, durch welchen Kühlluft durch Fliehkraftwirkung zum Laufradscheibenrand gefördert wird, von wo aus die Kühlluft
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durch in der Laufradscheibe gebildete Bohrungen zu den Turbinenschaufeln gelangt.
Die beiden erwähnten Kühlmöglichkeiten erfordern verhältnismäßig kostspielige Konstruktionen, die nicht nur zur Vergrößerung der Kosten, sondern auch des Gewichts des Triebwerks führen. Außerdem weisen beide Methoden den Nachteil auf, daß die Kühlluft infolge der Anströmung der umlaufenden Triebwerksteile erwärmt wird, was eine Minderung der Kühlwirkung zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem für Gasturbinen der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine effektivere Kühlung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst,
Die pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmer können jeweils am Schaufelfuß befestigt oder als Teil des Schaufelfußes ausgebildet sein oder alternativ dazu können diese Kühlmittelaufnehmer an der Turbinenlaufradscheibe angeordnet sein, die in diesem Falle mit von den Kühlmittelaufnehmern in das Innere mindestens eines Teils jeder Schaufel führenden Kanälen ausgestattet ist.
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Vorzugsweise wird die Kühlluft von den pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehraern in das hohle Innere nur des Vorderkantenbereiches jeder Turbinenschaufel geleitet.
Vorzugsweise sind die Kühlmittelaufnehmer so abgewinkelt, daß ihre Einlasse senkrecht zu der relativen Anströmrichtung der Kühlluft aus den Dralldüsen verlaufen, so daß der Gesamtdruck zwischen den Dralldüsen und den Kühlmittelaufnehmern keinen wesentlichen Verlust erfährt.
Außerdem können in der Turbinenlaufradscheibe oder in den Schaufeldüsen weitere Kühlmitteleinlaßöffnungen angeordnet sein, um einen weiteren Teil der von den Dralldüsen kommenden Kühlluft aufzunehmen und in die übrigen Teile des hohlen Inneren der Turbinenschaufeln einzuleiten, wobei dieser weitere Teil der Kühlluft vor dem Eintritt in die Schaufelkühlkanäle durch einen Diffusor hindurchströmen kann. Ein noch weiterer Teil der Kühlluft kann zu Dichtungszwecken Anwendung finden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht eines Gasturbinentrieb
werks, bei welchem die Erfindung Anwendung finden kann,
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Pig. 2 einen Ausschnitt der Turbine des
in Figur 1 gezeigten Triebwerks mit einem Kühlsystem nach der Erfindung,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3
in Figur 2,
Fig. 4 eine Ansicht aus der Ebene IV-IV
in Figur 2,
Fig. 5 eine der Darstellung nach Figur 4
ähnliche Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine Ansicht eines Teils eines
Turbinenlaufrads mit einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII
in Figur 6, und
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-
VIII in Figur 6.
Das in Figur 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk 10 weist,
in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, einen Niederdruckverdichter 12, einen Hochdruckverdichter 13, eine Brenneinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 15, eine Niederdruckturbine 16 und schließlich eine Abgasdüse 17 auf.
Figur 2 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt der Hochdruckturbine 15 mit einem stromauf des Turbinenlaufrads angeordneten Leitrad 18. Jede Schaufel 20 des Turbinenlaufrads weist einen Schaufelfuß 21 auf, der in herkömmlicher Weise als Tannenbaumfuß ausgebildet und in einen entsprechend geformten Schlitz 23 (siehe Figur 4) im Rand der Laufradscheibe 22 eingesetzt ist. Das Hochdruckturbinenlaufrad ist durch einen Zwischenraum 19 vom stromauf davon befindlichen Leitrad 18 getrennt Und das Leitrad weist eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung von Dralldüsen 24 auf. Unter hohem Druck stehende Kühlluft wird entweder aus dem Verdichter oder alternativ dazu aus dem Verdünnungs- bzw. Sekundärluftbereich der Brenneinrichtung 14 des Triebwerks abgezweigt und durch die Dralldüsen hindurch zu den Schaufelfüßen 21 der Turbinenschaufeln 20 hin ausgeblasen, wobei die Kühlluftströmung durch die Dralldüsen eine in Umfangsrichtung gerichtete Strömungskomponente erhält. Die Dicke der Zwischenwände zwischen den einzelnen Dralldüsen ist im Bereich der Dralldüsenaustrittsebene auf ein Minimum herabgesetzt, wie in
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Figur 3 gezeigt ist, um eine im wesentlichen ununterbrochene Kühlmittelauslaßströmung zu erzeugen.
Jede Turbinenschaufel 20 ist mit mehreren inneren Kühlluftkanälen 26 versehen, die in Schaufellängsrichtung durch das tragflügelartig geformte Schaufelblatt hindurch verlaufen und an ihren schaufelfußseitigen Enden mit einer im Nutgrund des jeweiligen, den Schaufelfuß 21 aufnehmenden Schlitzes 23 gebildeten Kühlluftkammer 27 in Verbindung stehen.
Außerdem verläuft im Vorderkantenbereich jeder Turbinenschaufel 20 ein weiterer Kühlluftkanal 28 in Schaufellängsrichtung durch die betreffende Schaufel hindurch und steht mit einem einteilig mit dem Schaufelfuß ausgebildeten, pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmer 30 in Verbindung.
Bei den gegenwärtigen Schaufelkühltechniken besteht die Forderung, die Kühlluft mit dem höchstmöglichen verfügbaren Druck in den im Schaufelvorderkantenberexch verlaufenden Kühlluftkanal 28 einzuleiten. Die Verwendung der pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmer 30 zum Aufnehmen der, den im Vorderkantenbereich verlaufenden Kühlkanäle 28 zuzuführenden Kühlluft von den Dralldüsen 24 macht es möglich, im Schaufelvorderkantenberexch einen unter höherem
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Druck stehenden und trotzdem eine niedrigere Temperatur als bei bekannten Kühlsystemen aufweisenden Kühlluftstrom zu erzeugen.
Die aerodynamische Theorie der Arbeitsweise eines Pitot-Rohres ist allgemein bekannt und braucht hier nicht wiedergegeben zu werden. Die Dralldüsen 24 sind so angeordnet, daß sie wesentlich mehr Kühlluft zu den pitotrohr förmigen Kühlluftaufnehmern 30 hinleiten, als die jeweils im Schaufelvorderkantenbereich verlaufenden Kühlluftkanäle 28 benötigen, und der Sinlaßquerschnitt jedes Pitot-Kühlmittelaufnehmers ist größer als der Einlaßquerschnitt des zugehörigen Kühlluftkanals 28, so daß der Einlaß des betreffenden Kanals 28 eine Drosselung der durch den zugehörigen Kühlluft aufnehmer zugeführten Kühlluftströmung bewirkt. Bei dieser Anordnung tritt ein Abströmen der überflüssigen Luft rund um den Einlaß des Pitot-Kühlmittelaufnehmers herum auf und der Pitot-Kühlmittelaufnehmer bewirkt deshalb eine Rückgewinnung eines beträchtlichen Teils des Gesamtdruckes der durch die Dralldüsen ausströmenden Luft. Das Maß dieser Druckrückgewinnung kann bei jeder gegebenen Triebwerkskonfiguration dadurch optimiert werden, daß die verschiedenen, von einander abhängigen Parameter wie beispielsweise die für die übrigen Kühlluftkanäle 26 jeder Schaufel 20 benötigte
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Kühlluftmenge, das zur Erzielung einer optimalen Druckrückgewinnung erforderliche Maß des Luftüberlaufs an den Pitot-Kühlmittelaufnehmern, und die Menge, die Temperatur und der Druck der durch die Dralldüsen 24 strömenden Luft aufeinander abgestimmt werden.
Bei dem in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die gesamte Luftströmung durch die Dralldüsen 24 zu den Pitot-Kühlmittelaufnehmern hingeleitet und ein Teil der um die Pitot-Kühlmittelaufnehmer herum überströmenden Luft wird zur Kühlung der Laufradscheibe und zur aerodynamischen Abdichtung verwendet, während der übrige Teil der Kühlluft in die Kühlluftkammer 27 und die Kühlluftkanäle 26 jeder Schaufel eintritt.
Die Pitot-Kühlmittelaufnehmer an den Schaufeln ragen nach vorne in den Zwischenraum 19 hinein und nahe zu den Düsen 24 hin, so daß der kleinstmögliche Spielraum verbleibt, der für die auftretenden Relativbewegungen zwischen den betreffenden umlaufenden und feststehenden Teilen erforderlich ist.
Die in dem aus den Düsen 24 auftretenden, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit besitzenden Luftstrom liegenden Pitot-Kühlmittelaufnehmer 30 nehmen deshalb einen Teil der Luft auf und erhöhen deren Druck auf einen nahe dem relati-
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ven Gesamtdruck gelegenen Wert, wobei im wesentlichen keine Temperaturerhöhung stattfindet. Die in die Kühlluftkammern 27 eintretende Luft erfährt hingegen keine vollständige Druckrückgewinnung, da die freien Strömungsbedingungen an der Laufradscheibenstirnfläche nicht gegeben sind, und der relative dynamische Druck der Kühlluftströmung wird an der Laufradscheibenstirnfläche abgebaut, indem die Kühlluftströmung auf ihrem Weg in die Eintrittsöffnungen hinein zerstreut wird. Tatsächlich kann der Druck in den Kühlluftkammern 27 wegen der Eintrittsverluste beim Einströmen der Luft in diese Kammern kleiner als der statische Druck sein.
Durch Ausnützen des Vorteils der wirksamen Druckrückgewinnungsfähigkeit der Pitot-Kühlmittelaufnehmer für den in den Schaufelvorderkantenbereich eingeleiteten Kühlluftstrom gegenüber dem bei herkömmlichen Systemen üblichen Abzweigen der Kühlluftströmung aus Kühlmittelkammern ist es nunmehr möglich, die Kühlluft aus einer höheren Druckstufe des Triebwerkverdichters oder aus dem Brenneinrichtungsbereich des Triebwerks abzuzweigen und sie während ihre Hindurchströmens durch die Düsen 2k in größtmöglichem Maße zu kühlen. Dies erfolgt durch geeignete Auslegung der Düsen, so daß in ihrer Auftrittsebene eine maximale Geschwindigkeit erreicht wird. Beim vorliegenden
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Ausführungsbeispiel wird deshalb unter dem höchsten Druck stehende Luft aus dem Verdichter benützt und das Druckverhältnis über den Düsen 24 ist so gewählt, daß die konvergent-divergent ausgebildeten Düsen supersonische Luftströmungsgeschwindigkeiten in der Düsenaustrittsebene erzeugen.
Diese Strömungsgeschwindigkeitssteigerung ergibt ein größeres Temperaturgefälle in der Strömung, und da die Pitot-Kühlmittelaufnehmer zusammen mit den Schaufeln umlaufen, wird dieser Temperaturabfall relativ zu den Schaufeln aufrechterhalten, da die Strömung nicht zum Stillstand kommt.
Obwohl der statische Druck in der Austrittsebene der Düsen ebensogroß wie bei einem herkömmlichen Kühlsystem sein kann, bedeutet die viel höhere Kühlluftausströmgeschwindigkeit aus den Düsen, daß ihr Gesamtdruck relativ zu den Pitot-Kühlmittelaufnehmern größer als bei den herkömmlichen Kühlsystem ist, und die Pitot-Kühlmittelaufnehmer können bei nur minimalem Temperaturanstieg diesen Druck wirksam zurückgewinnen.
Demzufolge erhält man einen dem Einlaß des betreffenden Schaufelkühlkanal zuzuführenden Kühlluftstrom mit niedrigerer
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Relativtemperatur und höherem Relativdruck als bei dem bekannten Kühlsystem»
Zur Minimalhaltung von Verlusten in den Pitot-Kühlmittelaufnehmern sind diese so abgewinkelt, daß sie mit ihren Einlassen mit den relativen Geschwindigkeitsvektor der aus den Dralldüsen austretenden Kühlluftströmung fluchten, d.h. ihre Einlaßebenen stehen senkrecht zu diesem Vektor.
Die nachstehende Aufstellung zeigt anhand eines Vergleiches die mittels der Pitot-Kühlmittelaufnehmer gegenüber herkömmlichen Kühlmitteleintrittsöffnungen in der Turbinenlaufradscheibe erzielte Verbesserung:
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herkömmliches erfindungsgemäßes
Kühlsystem Kühlsystem
Düseneintrittsdruek 3,3 bar (An 6,3 bar (Anzapfung
zapfung in der am Verdichteraus
5ο Verdichter laß)
stufe)
Düseneintrittstemperatur 79O0K 83O0K
Dusenauslaßtemperatur 734°K 639°K
Statischer Düsenauslaß- 2,5 bar 2,5 bar
druck
Düsenform konvergent konvergent
divergent
Kühllufttemperatur 744°K (an Lauf 7030K (an Pitot-
radscheiben Kühlmittelauf-
stirnfläche) nehmern)
Kühlmxttelgesamtdruck 2,65 bar (an 3j 50 bar an Pitot
Laufrads ehe ib en- Kühlmittelauf
stirnflache) nehmern)
Obwohl die Druckrückgewinnung auf den Gesamtdruck von 3,50 bar in den Pitot-Kühlmittelaufnehmern von einem gewissen Temperaturanstieg begleitet ist, ist hervorzuheben, daß die Kühllufttemperatur immer noch um nahezu 400K niedriger als bei dem herkömmlichen Kühlsystem ist.
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Das obenstehende Beispiel demonstriert den beträchtlichen Vorteil, der sich durch die Verwendung der Druckrückgewinnung mit Pitot-Kühlmittelaufnehmern, ausgehend von den höchsten Drücken im Triebwerk und unter Verwendung konvergent-divergenter Dralldüsen ergibt. Selbstverständlich kann dieser Vorteil auch bei Verwendung von Kühlluft aus niedrigeren Druckstufen des Verdichters ausgenützt werden, jedoch ist der Gewinn dann geringer. Die konvergent-divergenten Dralldüsen sind nur erforderlich, wenn das Druckgefälle über den Düsen so groß ist, daß supersonische Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt werden können.
Das Prinzip der Druckrückgewinnung mit Pitot-Kühlmittelaufnehmern kann auch nur bei einem Teil der von den Düsen kommenden Kühlluft Anwendung finden, da zur Rückgewinnung des größtmöglichen statischen Druckes in diesen Kühlmittelaufnehmern ein Überströmen von Luft um diese Kühlmittelaufnehmer herum notwendig ist. Jedoch kann auch eine Verbesserung der Kühlwirkung in den weiteren Kühlkanälen 26 erzielt werden, indem die sich ergebende niedrigere Kühllufttemperatur im Zwischenraum 19 ausgenützt wird. Durch geeignete Formgebung der Kammern 27 als Diffusionskammern kann eine gewisse Druckrückgewinnung der durch die Eintrittsöffnungen in diese Kammern eintretenden Kühlluftströmung erzielt werden, obwohl diese Druckrück-
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gewinnung viel geringer als in den Pitot-Kühlmittelaufnehmern ist.
Bei einer in Figur 5 gezeigten Abwandlung des oben beschriebenen Systems sind die Dralldüsen 24 radial nach außen zum Laufrads eheibenrand verschoben» Anstelle der verhältnismäßig kleinen Eintrittsöffnungen 23 unter den Schaufelfüßen können nunmehr die Zwischenräume 40 zwischen den Schaufelhälsen 42 als Kühlmittelsammler verwendet werden, die einen viel größeren Aufnahmequerschnitt und folglich viel mehr Möglichkeiten zur Verbesserung der Druckrückgewinnung in der Kühlluft für die weiteren Kühlkanäle 26 bieten. Die Kühlluft gelangt durch in den Schaufelhälsen gebildete Kanäle in diese weiteren Kühlkanäle 26 hinein. Die Pitot-Kühlmittelaufnehmer 29 sind in diesem Fall an den Schaufelhälsen angeordnet, so daß sie den verfügbaren Raum in den Zwischenräumen zwischen den Schaufelhälsen nicht beeinträchtigen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die genannten Zwischenräume trichterförmig ausgebildet sein, wie es in der GB-PS 1 350 471 beschrieben ist.
Selbstverständlich können mehr als nur ein Kühlkanal im Schaufelfuß über einen Pitot-Kühlmittelaufnehmer gespeist werden, aber da diese Pitot-Kühlmittelaufnehmer nur in Verbindung mit einem Teil des durch die Düsen 24 auf-
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tretenden Kühlmittelstrom wirksam eingesetzt werden können, kann nur eine begrenzte Anzahl von Kühlkanälen mit dem durch diese Aufnehmer gewonnenen hohen Kühlmitteldruck beaufschlagt werden.
Die kombinierte Verwendung von Pitot-Kühlmittelaufnehmern zur Zufuhr von Kühlluft zu den, den höchsten Kühlluftdruck benötigenden Schaufelkanälen und von eine gewisse Druckrückgewinnung ermöglichenden Diffusorkanälen für die übrigen Kühlkanäle ergibt ein effektives Gesamtschaufelkühlsystem, das einfach herstellbar ist und zum Gewicht der Turbine nur wenig beiträgt. Ein solches System wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 6, 7 und 8 beschrieben.
In den Figuren 6, 7 und 8 sind zur Bezeichnung gleicher Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 2 bis 5 verwendet.
Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, kann der Pitot-Kühlmittelaufnehmer 30 jeder Turbinenschaufel 20 eine in Umfangsrichtung ausgedehnte längliche Form aufweisen, um Endeffekte zu verringern, und die Eintrittsöffnungen 40 für die in den Schaufelfüßen gebildeteten Kammern 27 liegen zwischen den Pitot-Kühlmittelaufnehmern, Den in jede Eintrittsöffnung 40 eintretende Luft gelangt über eine
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plötzliche Strömungsquerschnittsvergrößerung aus dem sich an die betreffende Eintrittsöffnung 40 anschließenden Einlaßkanal 41 in die betreffende Kammer 27, wodurch der
statische Druck der Luft erhöht wird.
Diese Kombination von Pitot-Kühlmittelaufnehmern und Diffusoren gestattet eine besonders wirtschaftliche Ausnützung der über die Düsen 24 zugeführten Kühlluft.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Q), Kühlsystem für Turbinen von Gasturbinentriebwerken, mit einer in ümfangsrichtung verlaufenden Anordnung von Dralldüsen, die im Sinne der Erzeugung einer im wesentlichen ununterbrochenen ringförmigen Kühlmittelauslaßströmung ausgebildet sind, gekennzeichnet durch eine stromab der Dralldüsen (2 4) an der betreffenden Turbine (I5) gebildete, ebenfalls in ümfangsrichtung verlaufende Anordnung von einzelnen pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmern (30), die derart bemessen und angeordnet sind, daß sie nur einen Teil der aus den Dralldüsen austretenden, drallbeaufschlagten Kühlmittelströmung aufnehmen und dieses Kühlmittel nur in einen Teil (28) des Inneren jeder Schaufel (20) der betreffenden Turbine einleiten.
    2, Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (20) der Turbine (15) an ihrem Schaufelfuß (21) mit einem pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmer (30) versehen ist.
    3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmer (30) das aufgenommene Kühlmittel in einen im Schaufelvorderkantenbereich verlaufenden Kühlmittelkanal (28)
    P.!Q«'SAL INSPECTED
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    innerhalb der betreffenden Schaufel (20) einleitet.
    4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung jedes der pitotrohrförmigen Kühlmittelaufnehmer (30) senkrecht zum relativen Anströmvektor (VR) der Kühlmittelauslaßströmung der Dralldüsen (24) angeordnet ist«
    5t Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (20) der Turbine (15) mehrere innere Kühlkanäle (28, 26) aufweist und daß der pitotrohrförmige Kühlmittelaufnehmer (30) jeder Schaufel das aufgenommene Kühlmittel in mindestens einen (28), jedoch nicht in alle Kühlkanäle der betreffenden Schaufel einleitet, und daß an der Turbine weitere Kühlmitteleinlässe (40) zur Aufnahme weiteren Kühlmittels aus der Kühlmittelauslaßströmung der Dralldüsen (24) und zum Einleiten dieses weiteren Kühlmittels in die übrigen Kühlkanäle (26) der jeweiligen Schaufel angeordnet sind.
    6. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Kühlmitteleinlässe (40) das von ihnen aufgenommene Kühlmittel in Diffussionskammern (27) einleiten, die in den Schaufelfüßen (21) angeordnet und mit den genannten übrigen Kühlkanälen (26) der jeweils betreffenden Schaufel (20) in Verbindung stehen,
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DE2805851A 1977-02-18 1978-02-11 Kühlsystem für Turbinenlaufräder von Gasturbinentriebwerken Expired DE2805851C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB6860/77A GB1561229A (en) 1977-02-18 1977-02-18 Gas turbine engine cooling system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2805851A1 true DE2805851A1 (de) 1978-08-24
DE2805851B2 DE2805851B2 (de) 1981-06-25
DE2805851C3 DE2805851C3 (de) 1982-02-11

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2805851A Expired DE2805851C3 (de) 1977-02-18 1978-02-11 Kühlsystem für Turbinenlaufräder von Gasturbinentriebwerken

Country Status (6)

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US (1) US4178129A (de)
JP (1) JPS53125517A (de)
DE (1) DE2805851C3 (de)
FR (1) FR2381179A1 (de)
GB (1) GB1561229A (de)
IT (1) IT1108741B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0037897A1 (de) * 1980-04-15 1981-10-21 M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft Einrichtung zur Kühlung des Inneren einer Gasturbine
FR2525279A1 (fr) * 1982-04-19 1983-10-21 United Technologies Corp Systeme de refroidissement pour turbines

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2075123B (en) * 1980-05-01 1983-11-16 Gen Electric Turbine cooling air deswirler
US4416111A (en) * 1981-02-25 1983-11-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Air modulation apparatus
US4456427A (en) * 1981-06-11 1984-06-26 General Electric Company Cooling air injector for turbine blades
GB2118629B (en) * 1982-04-21 1985-07-17 Rolls Royce Device for passing a fluid flow eg. cooling air through a barrier eg. bolted joint
FR2552164B1 (fr) * 1983-09-21 1986-12-26 Snecma Disque de compresseur avec accelerateur centripete integre pour l'aspiration d'air dans un dispositif de refroidissement d'une turbine a gaz
US4536129A (en) * 1984-06-15 1985-08-20 United Technologies Corporation Turbine blade with disk rim shield
US4708588A (en) * 1984-12-14 1987-11-24 United Technologies Corporation Turbine cooling air supply system
US4674955A (en) * 1984-12-21 1987-06-23 The Garrett Corporation Radial inboard preswirl system
US4882902A (en) * 1986-04-30 1989-11-28 General Electric Company Turbine cooling air transferring apparatus
US4666368A (en) * 1986-05-01 1987-05-19 General Electric Company Swirl nozzle for a cooling system in gas turbine engines
US4759688A (en) * 1986-12-16 1988-07-26 Allied-Signal Inc. Cooling flow side entry for cooled turbine blading
FR2661946B1 (fr) * 1990-05-14 1994-06-10 Alsthom Gec Etage de turbine a action avec pertes secondaires reduites.
US5134844A (en) * 1990-07-30 1992-08-04 General Electric Company Aft entry cooling system and method for an aircraft engine
US5135354A (en) * 1990-09-14 1992-08-04 United Technologies Corporation Gas turbine blade and disk
US5245821A (en) * 1991-10-21 1993-09-21 General Electric Company Stator to rotor flow inducer
US5281097A (en) * 1992-11-20 1994-01-25 General Electric Company Thermal control damper for turbine rotors
GB2319308B (en) * 1996-11-12 2001-02-28 Rolls Royce Plc Gas turbine engine turbine system
DE19705441A1 (de) * 1997-02-13 1998-08-20 Bmw Rolls Royce Gmbh Turbinen-Laufradscheibe
JP3337393B2 (ja) * 1997-04-23 2002-10-21 三菱重工業株式会社 ガスタービン冷却動翼
FR2823794B1 (fr) 2001-04-19 2003-07-11 Snecma Moteurs Aube rapportee et refroidie pour turbine
US6735956B2 (en) * 2001-10-26 2004-05-18 Pratt & Whitney Canada Corp. High pressure turbine blade cooling scoop
EP1380723A1 (de) * 2002-07-09 2004-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Kühlverfahren und Preswirler für Turbinenschaufeln sowie Turbine mit einem solchen Preswirler
GB0227745D0 (en) * 2002-11-28 2003-01-08 Rolls Royce Plc Blade cooling
US8128365B2 (en) 2007-07-09 2012-03-06 Siemens Energy, Inc. Turbine airfoil cooling system with rotor impingement cooling
CH699999A1 (de) * 2008-11-26 2010-05-31 Alstom Technology Ltd Gekühlte schaufel für eine gasturbine.
GB2467790B (en) * 2009-02-16 2011-06-01 Rolls Royce Plc Vane
US8381533B2 (en) * 2009-04-30 2013-02-26 Honeywell International Inc. Direct transfer axial tangential onboard injector system (TOBI) with self-supporting seal plate
WO2012052740A1 (en) * 2010-10-18 2012-04-26 University Of Durham Sealing device for reducing fluid leakage in turbine apparatus
US9022727B2 (en) * 2010-11-15 2015-05-05 Mtu Aero Engines Gmbh Rotor for a turbo machine
US9080449B2 (en) * 2011-08-16 2015-07-14 United Technologies Corporation Gas turbine engine seal assembly having flow-through tube
US20130170983A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 General Electric Company Turbine assembly and method for reducing fluid flow between turbine components
US9435206B2 (en) * 2012-09-11 2016-09-06 General Electric Company Flow inducer for a gas turbine system
US9175566B2 (en) * 2012-09-26 2015-11-03 Solar Turbines Incorporated Gas turbine engine preswirler with angled holes
US9169729B2 (en) * 2012-09-26 2015-10-27 Solar Turbines Incorporated Gas turbine engine turbine diaphragm with angled holes
EP2713009B1 (de) 2012-09-26 2015-03-11 Alstom Technology Ltd Kühlverfahren und -system zur Kühlung von Schaufeln mindestens einer Schaufelreihe in einer drehenden Strömungsmaschine
EP2725191B1 (de) 2012-10-23 2016-03-16 Alstom Technology Ltd Gasturbine und Turbinenschaufel für solch eine Gasturbine
US9416674B1 (en) * 2013-05-02 2016-08-16 S&J Design Llc Floating air riding seal for a turbine
US9777634B2 (en) * 2013-09-12 2017-10-03 United Technologies Corporation Tube fed tangential on-board injector for gas turbine engine
GB201507390D0 (en) 2015-04-30 2015-06-17 Rolls Royce Plc Transfer couplings
DE102015111750A1 (de) 2015-07-20 2017-01-26 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gekühltes Turbinenlaufrad für ein Flugtriebwerk
DE102015111746A1 (de) * 2015-07-20 2017-01-26 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gekühltes Turbinenlaufrad, insbesondere für ein Flugtriebwerk
JP6647952B2 (ja) * 2016-04-25 2020-02-14 三菱重工業株式会社 ガスタービン
US10787920B2 (en) 2016-10-12 2020-09-29 General Electric Company Turbine engine inducer assembly
US11002138B2 (en) 2017-12-13 2021-05-11 Solar Turbines Incorporated Turbine blade cooling system with lower turning vane bank

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1221497B (de) * 1962-05-09 1966-07-21 Rolls Royce Verdichter- oder Turbinenbaugruppe in einem Gasturbinenaggregat, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk
DE2221895A1 (de) * 1971-05-06 1972-12-07 John Jenkinson Gasturbinentriebwerk

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2945671A (en) * 1955-02-10 1960-07-19 Rolls Royce Bladed rotor constructions for fluid machines
DE1043718B (de) * 1956-07-31 1958-11-13 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Axial beaufschlagter Turbinenlaeufer mit Kuehlung durch ein gasfoermiges Kuehlmittel, insbesondere fuer Gasturbinen
US2988325A (en) * 1957-07-18 1961-06-13 Rolls Royce Rotary fluid machine with means supplying fluid to rotor blade passages
US3015937A (en) * 1958-07-03 1962-01-09 James V Giliberty Temperature modulating system for internal combustion turbines and the like
GB1268911A (en) * 1969-09-26 1972-03-29 Rolls Royce Improvements in or relating to blades
US3635586A (en) * 1970-04-06 1972-01-18 Rolls Royce Method and apparatus for turbine blade cooling
US3768921A (en) * 1972-02-24 1973-10-30 Aircraft Corp Chamber pressure control using free vortex flow
US3834831A (en) * 1973-01-23 1974-09-10 Westinghouse Electric Corp Blade shank cooling arrangement
US3936215A (en) * 1974-12-20 1976-02-03 United Technologies Corporation Turbine vane cooling
US4008977A (en) * 1975-09-19 1977-02-22 United Technologies Corporation Compressor bleed system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1221497B (de) * 1962-05-09 1966-07-21 Rolls Royce Verdichter- oder Turbinenbaugruppe in einem Gasturbinenaggregat, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk
DE2221895A1 (de) * 1971-05-06 1972-12-07 John Jenkinson Gasturbinentriebwerk

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0037897A1 (de) * 1980-04-15 1981-10-21 M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft Einrichtung zur Kühlung des Inneren einer Gasturbine
FR2525279A1 (fr) * 1982-04-19 1983-10-21 United Technologies Corp Systeme de refroidissement pour turbines

Also Published As

Publication number Publication date
DE2805851B2 (de) 1981-06-25
FR2381179A1 (fr) 1978-09-15
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IT7820381A0 (it) 1978-02-17
GB1561229A (en) 1980-02-13
US4178129A (en) 1979-12-11
JPS5719283B2 (de) 1982-04-21
FR2381179B1 (de) 1982-02-12
DE2805851C3 (de) 1982-02-11
JPS53125517A (en) 1978-11-01

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