DE4003803A1 - Gekühlte Schaufeln für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents
Gekühlte Schaufeln für ein GasturbinentriebwerkInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und
insbesondere auf innenseitig gekühlte Rotorschaufeln.
Wie bestens bekannt ist, hat die Flugzeug-Triebwerkindu
strie erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Lei
stungsfähigkeit der Gasturbinentriebwerke unter gleichzei
tiger Verringerung deren Masse zu steigern. Es ist ersicht
lich das Endziel, das optimale Schub-zu-Masse-Verhältnis,
das verfügbar ist, zu erreichen. Selbstverständlich ist ei
nes der primären Gebiete der Konzentration die "heiße Sek
tion" des Triebwerks, da es bekannt ist, daß das Schub-zu-
Masse-Verhältnis des Triebwerks erheblich verbessert wird,
indem die Temperatur der Turbinengase gesteigert wird. Je
doch ist die Gastemperatur der Turbine durch die Beschrän
kungen in bezug auf die Metalltemperatur der Bauteile des
Triebwerks begrenzt. Es wurden bis heute erhebliche An
strengungen unternommen, um höhere Turbinenbetriebstempera
turen zu erreichen, indem bemerkenswerte technologische
Fortschritte in der Innenkühlung der Turbinenschaufeln zur
Anwendung gebracht wurden. Beispiele von einigen dieser
vielen Ausführungen auf diesem Gebiet sind in der US-PS 3
533 711, der US-PS 4 073 599 und der US-PS 4 180 373 gege
ben.
Alle diese Kühltechniken zur Innenkühlung nach dem Stand
der Technik umfassen ein wirksames konvektives Kühlungs
schema, indem Serpentinenkanäle in die Schaufelkörpersek
tion der Schaufel eingegliedert werden. Eine andere bemer
kenswerte Technik ist in dem der Beaufschlagung oder Spei
sung dienenden Rohrkörper oder Hohlraum, der in den Innen
raum der hohlen Turbinenschaufel eingefügt wird, zu sehen.
Jedoch sind im großen und ganzen die am meisten vorherr
schenden Kühltechniken, die derzeit bei Flugzeug-Triebwerk
schaufeln zur Anwendung kommen, diejenigen, für die die
oben angegebenen Patente Beispiele liefern. In typischer
Weise verwenden diese Techniken drei Kühlkreisläufe, näm
lich den Kühlkreislauf an der vorlaufenden Kante, im Be
reich der Mittelsehne und an der nachlaufenden Kante. Bei
dem Kühlkreislauf an der vorlaufenden Kante (Vorderkante)
tritt die Luft in den Zufuhrraum ein, sie wirkt auf die
Vorderkante ein und tritt durch Film- oder Schleierkühlöff
nungen aus. Bei dem Kühlkreislauf im Mittelsehnenbereich
tritt die Luft in Zufuhrräume ein, bewegt sich serpentinen
förmig durch eine Anordnung von drei Serpentinenwegen
oder -kanälen fort und tritt als Filmkühlungsluft aus. In dem
Kühlkreislauf an der nachlaufenden Kante (Hinterkante)
tritt die Luft durch einen Zufuhrraum ein und wird durch
eine axiale Beaufschlagung (üblicherweise eine einfache
oder doppelte Beaufschlagung) zugemessen, bevor sie an der
Schaufelhinterkante austritt.
Trotz der intensiven und ausgedehnten Bemühungen auf seiten
der Industrie, um die Kühlwirkung von Turbinenschaufeln zu
optimieren, weist der gegenwärtige Stand der Technik von
Schaufeln noch immer ersichtliche Nachteile auf. Beispiels
weise wird die Filmkühlung, die zur Ausbildung einer Hülle
von Kühlluft um die Außenfläche des Schaufelkörpers herum
ideal ist, nicht optimiert, weil das Druckverhältnis über
die den Film erzeugenden Öffnungen geringer ist als optimal
für all diese Öffnungen. Der Druckabfall durch die Schaufel
wird nicht optimiert, weil ein erheblicher Druckabfall au
genscheinlich durch die scharfen Kehren oder schroffen Wen
dungen der Kühlluft um die Ecken bzw. Kanten der Serpenti
nenkanäle herum auftritt. Auch wird die Sehnenlänge der ge
samten Schaufel an der Spitze nicht optimiert, da die für
das Umkehren der Kühlluft in den Serpentinenkanälen notwen
dige Fläche die minimale Abmessung oder Größe des Spitzen
bereichs beschränkt. Ersichtlicherweise hat auch die ge
samte Sehnenlänge an der Spitze der Schaufel einen erhebli
chen Einfluß auf deren Masse, auf die Größe und die Masse
der die Schaufel tragenden Laufradscheibe und auf die durch
die Rotationswirkungen der Schaufel (Schaufelzug) erzeugten
Kräfte.
Es wurde nun gefunden, daß die Nachteile, auf die oben hin
gewiesen wurde, vermieden werden können, indem eine doppel
wandige Schaufelausgestaltung vorgesehen wird, wobei der
Raum zwischen den Wänden einen Radialkanal oder einen Film
öffnung-Zufuhrkanal benachbart zur Druckfläche, zur Sogflä
che, zur Hinterkante und zur Vorderkante abgrenzt, um eine
radiale Strömung von Kühlluft, die von einer Kühlluftquelle
zugeführt wird, zu erzielen. Von dieser Quelle wird eben
falls eine mittige, radial sich erstreckende Zufuhrkammer
mit Kühlluft gespeist, welche mit dem Zufuhrkanal durch
eine Vielzahl von radial verlaufenden Öffnungen in der In
nenwand in Verbindung steht, wobei jede dieser Öffnungen so
bemessen ist, daß das Druckverhältnis über die Filmkühlöff
nungen hinweg optimiert wird.
Gemäß der Erfindung führen die mittige Zufuhrkammer und der
Zufuhrkanal der Schaufel eine axial gerichtete Filmkühl-
Luftströmung zur Außenwand der Schaufel, wodurch eine opti
male Filmkühlwirkung erzeugt wird, und sie bilden einen Ka
nal für eine radiale Luftströmung zur Spitze der Schaufel,
wodurch eine maximale interne Konvektion hervorgerufen
wird. Die radiale Luftströmung zur Schaufelspitze erzeugt
wirksam eine aerodynamische Abdichtung zwischen der Schau
felspitze und der dieser zugeordneten äußeren Umhüllung
oder Luftabschlußfläche. Das beruht, wie ersichtlich ist,
darauf, daß die radialen Innenkanäle in der drehenden
Schaufel sich wie eine Zentrifugalpumpe verhalten. Wenn die
Kühlluft durch die Filmkühlöffnungen und an der Spitze der
Schaufel ausgestoßen wird sowie der Zufuhrkanal von Kühl
luft geleert wird, so wird dieser Kanal kontinuierlich
durch Kühlluft von der mittigen Zufuhrkammer erneut ge
speist und die Luft für diesen Kanal ergänzt. Da die Luft
in dieser mittigen Zufuhrkammer einer Zentrifugalwirkung
ausgesetzt wird, wird der Druck in dieser progressiv hö
her, wenn die Luft sich radial nach außen zur Schau
felspitze hin bewegt. Da der Zufuhrkanal, der den Filmkühl
öffnungen eine Axialströmung und der Schaufelspitze eine
Radialströmung zuführt, aufgrund des höheren radialen Strö
mungswiderstandes als die mittige Zufuhrkammer bei ihrem
Verlauf zur Schaufelspitze hin einer progressiven Druckab
nahme unterliegt, nützt diese Anordnung den Vorteil der na
türlichen Konsequenz dieser Pumpeigenschaft aus, um einen
Deltadruck über die Rippe, welche die mittige Zufuhrkammer
und den Zufuhrkanal trennt, zu erzeugen, wodurch die den
Raum speisende Luftströmung ergänzt wird. Insofern erlaubt
ein geeigneter Widerstand gegenüber der Strömung im Zufuhr
kanal und eine geeignete Bemessung der Zufuhröffnungen eine
Regelung des Druckverhältnisses an den Filmkühlöffnungen
für eine optimale Filmkühlwirkung, eine maximale innere
Konvektion und einen maximalen aerodynamischen Abschluß an
der Schaufelspitze.
Die Luft von der mittigen Zufuhrkammer dient mehreren Funk
tionen. Sie erfüllt nicht nur das Ergänzen der Luft im Zu
fuhrkanal, welche die Filmkühlöffnungen speist, sondern sie
liefert auch eine Radialströmung an der Innenfläche der
Außenwand der Schaufel für eine maximale Konvektion und sie
liefert eine Schaufelspitzenströmung für eine aerodynami
sche Abdichtung an der Schaufelspitze. Die Luft wird folg
lich von den Zufuhröffnungen in genau ausgebildeter Weise
geführt und gerichtet, so daß sie in den Zuführkanal, wie
es gefordert wird, eintritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte,
durch Luft innenseitig gekühlte Turbinenschaufel für ein
Gasturbinentriebwerk zu schaffen.
Ein Merkmal dieser Erfindung ist darin zu sehen, eine ver
besserte Turbinenschaufel für ein Gasturbinentriebwerk zur
Verfügung zu stellen, die einen oder mehrere Zufuhrkanäle
für eine kühlende Filmluft umfaßt, welche mit Kühlluft von
einer radial verlaufenden Zufuhrkammer gespeist oder er
gänzt wird, die mittig in dem Schaufelkörper angeordnet
ist, indem Kühlluft durch radial beabstandete Öffnungen,
die den Zufuhrkanal mit der Zufuhrkammer verbinden, zuge
führt wird.
Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung wird darin gesehen,
daß die verbesserte innenseitig gekühlte Turbinenschaufel
die üblichen Serpentinenkanäle beseitigt.
Ein noch weiteres Merkmal dieser Erfindung besteht darin,
daß eine doppelwandige Turbinenschaufel geschaffen wird,
wobei der Raum zwischen der Außenwand des Schaufelkörpers
und der benachbarten Wand einen Zuführkanal begrenzt, der
kontinuierlich Luft am Schaufelfuß empfängt, um die Film
kühlöffnungen in der Außenwand der Schaufel zu speisen, und
wobei die benachbarte oder angrenzende Wand einen radial
verlaufenden Raum begrenzt, der ebenfalls kontinuierlich
Luft am Schaufelfuß empfängt, um Luft in den Zufuhrkanal
durch Öffnungen, die in dieser angrenzenden Wand radial be
abstandet sind, ergänzend einzuführen.
Die Aufgabe sowie die Ziele wie auch die Vorteile und Merk
male der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeich
nung Bezug nehmenden Beschreibung deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Turbinenschaufel
längs der Profilsehnenachse gemäß der Erfindung;
Fig. 2 den Schnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm des Strömungsbildes innenseitig der
Turbinenschaufel;
Fig. 4 einen Teilschnitt der Spitze einer Turbinenschau
fel in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß
der Erfindung.
Der Erfindungsgegenstand ist insbesondere wirkungsvoll für
Turbinenschaufeln eines Gasturbinentriebwerks, bei dem eine
innere Kühlung der Schaufeln erwünscht ist. Die Konstruk
tion von innenseitig gekühlten Turbinenschaufeln ist in der
Literatur beschrieben, weshalb aus Gründen der Einfachheit
hier nur derjenige Teil der Schaufel erläutert werden wird,
der für das Verständnis der Erfindung notwendig ist. Für
Einzelheiten von Gasturbinentriebwerken und Turbinenschau
feln wird auf die Triebwerke F100 und JT9D der Firma Pratt
& Whitney Aircraft, ein Glied der United Technologies Cor
poration, verwiesen.
Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, umfaßt die allgemein
mit der Bezugszahl 10 bezeichnete Schaufel eine Außenwand
oder einen Mantel 12, der eine Druckfläche 14, eine Sogflä
che 16, eine vorlaufende Kante (Vorderkante) 18 und eine
nachlaufende Kante (Hinterkante) 20 bestimmt. Die Schaufel
wird in doppelwandiger Ausgestaltung gegossen, wobei sich
die Innenwand 22 allgemein gleich und parallel zur Außen
wand 12 erstreckt, jedoch von dieser beabstandet ist, um
einen radial verlaufenden Kanal 26 abzugrenzen. Da dieser
Kanal 26 Kühlluft zu den Film- oder Schichtkühlöffnungen 28
und zur Schaufelspitze 30 führt, wird der Kanal 26 als Zu
fuhrkanal bezeichnet. Wenngleich der Zufuhrkanal als aus
einer Mehrzahl von Speisekanälen bestehend dargestellt ist,
so wird die Anzahl dieser Kanäle durch die besondere Anwen
dung bestimmt. Dieser Kanal ist eher ein dynamischer als
ein statischer Kanal, weil Kühlluft konstant in diesem
strömt insofern, als sie kontinuierlich zugeführt und kon
tinuierlich als Filmkühlluft ausgestoßen wird. Das ist am
besten in Fig. 2 zu erkennen, die schematisch zeigt, daß am
unteren Teil des Zufuhrkanals 26 einströmende Luft radial
zur Spitze 30 der Schaufel strömt.
Kühlluft wird auch kontinuierlich zum mittleren Hohlraum
geführt, welcher ein radial verlaufender Kanal 32 ist. Wie
aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, wird dieser
Kanal, da durch diesen Hohlraum Kühlluft zum Zuführkanal 26
geführt wird, um die Kühlluft zu ersetzen, die durch die
Filmkühlungsöffnungen 28 ausgestoßen wird, im folgenden als
Zufuhrkammer 32 bezeichnet.
Es wird in Betracht gezogen, daß der Zufuhrkanal 26 und die
Zuführkammer 32 Luft von einem Kompressor empfangen, wie
das bei diesen Konstruktionen typisch ist.
Aus dem Obigen wird deutlich, daß sich die Kühlluft im Zu
fuhrkanal 26 radial vom Fuß zur Spitze der Schaufel hin be
wegt und die radial beabstandeten Filmkühlöffnungen 28
speist, wodurch die Kühlluft aufgebraucht wird. Da jedoch
der Zufuhrkanal 26 ständig mit der Zufuhrkammer 32 über die
radial beabstandeten Öffnungen 36 in Verbindung steht, wird
immer eine Zufuhr von Kühlluft als Ersatz erreicht. Er
sichtlicherweise wird die Kühlluft im Zufuhrkanal 26 und in
den Zufuhrkammern 32 unter Druck gesetzt, wenn sie sich zur
Schaufelspitze bewegt, was auf die Drehung der Schaufel zu
rückzuführen ist. Wegen dieser Eigenheit sind die Filmkühl
öffnungen in der Nähe der Schaufelspitze in einer Position,
um Kühlluft unter einem akzeptablen Druckpegel zu empfan
gen.
Die Zufuhrkammer 32 ist im allgemeinen ein hohler Raum, der
sich vom Fuß zur Spitze der Schaufel erstreckt und durch
die Innenwand 22 begrenzt ist. Rippen, wie die Rippen 40
und 42, können eingegliedert werden, um eine strukturelle
Integrität für die Schaufel zu erlangen. Die Verwendung von
Rippen wird jedoch selbstverständlich von der speziellen
Konstruktion der Schaufel und ihrer Anwendung bestimmt.
Da die Öffnungen 36 dazu dienen, die Kühlluft im Zufuhrka
nal 26 zu ergänzen, werden sie im folgenden als Ergänzungs
kühlöffnungen 36 bezeichnet. Die Ergänzungskühlöffnungen
dienen neben anderen Funktionen als Einrichtungen, um den
Zuführkanal 26 mit Kühlluft zu versorgen, und als Einrich
tungen, um die Kühlwirkung durch eine maximierte Konvekti
onskühlung zu steigern, indem der in die Filmkühlöffnungen
eintretenden Strömung eine Turbulenz vermittelt wird. Es
hat sich gezeigt, daß ein Wiederauffüllen oder Ergänzen der
Speisekanäle durch die Ergänzungsöffnungen 36 eine erhebli
che Verbesserung in der Kühlwirkung gegenüber einer Schau
fel, die ohne diese Ergänzungskühlöffnungen getestet wurde,
bringt. Die Abmessungen dieser Öffnungen können so gewählt
werden, daß ein gewünschter Druckabfall erzielt wird, um
das gewünschte Druckverhältnis an den Filmkühlöffnungen zu
erreichen.
Eine Kühlung kann ferner dadurch gesteigert werden, daß
Hemm- oder Sperrleisten 46 in den Zuführkanal 26 eingeglie
dert werden. Diese Sperrleisten erfüllen eine zusätzliche
Funktion neben dem Kühlungsaspekt, indem sie eine Druckab
fallcharakteristik erzeugen. Dies kann erwünscht sein, wenn
die an die Schaufelspitze aufgrund der Zentrifugalwirkung
der Luft im Zufuhrkanal 26 und in der Zuführkammer 32 sich
annähernde Kühlluft unter einen Überdruckzustand gelangt
und es notwendig ist, diesen Druck zu vermindern, um das
Druckverhältnis zu erreichen, das zur Optimierung der Bil
dung des aus den Filmkühlöffnungen 28 austretenden Films
notwendig ist.
Aus dem Obigen wird deutlich, daß der Zufuhrkanal 26 und
die Zuführkammer 32 geradlinig durchlaufende Radialkanäle
sind und insofern die üblicherweise verwendeten serpenti
nen- oder schlangenförmigen Kanäle beseitigen. Dieses Merk
mal ermöglicht es dem Konstrukteur der Schaufel, die Spit
zenabmessung zu vermindern, da dort nicht länger die Um
kehrübergänge der serpentinenförmigen Kanalkonstruktion
aufgenommen werden müssen und der Konstrukteur nunmehr in
der Lage ist, aerodynamische Spitzenabschlußtechniken zur
Anwendung zu bringen. Dadurch ist der aerodynamische Kon
strukteur in der Lage, die Schaufelspitzen-Sehnenlänge mit
dem Minimum zu wählen, das durch Erwägungen in bezug auf
aerodynamische Leistung gefordert wird, ohne übermäßig
Rücksicht auf die Größenerfordernisse für die innere Küh
lung zu nehmen. Selbstverständlich führt dieses Merkmal
mehrere Vorteile mit sich, die in der Turbinenkonstruktion
erwünscht und vorteilhaft sind. Durch dieses Merkmal kann
in vorteilhafter Weise die Schaufel leichter gemacht wer
den, hat sie eine erheblich verminderte Zugwirkung und kann
die die Schaufel tragende Laufradscheibe leichter gefertigt
werden. All diese Merkmale beeinflussen in günstiger Weise
die Masse (das Gewicht), die Leistungsfähigkeit und die Le
bensdauer der Turbine.
Im Betrieb tritt, wie das Strömungsbild von Fig. 3 zeigt,
Kühlluft in die Schaufel in deren Fußbereich am untersten
Ende der Schaufel ein und durch den Flügelkörper zur Spitze
der Schaufel, wie durch die gestrichelten Pfeile A und die
ausgezogenen Pfeile B dargestellt ist. Öffnungen in der
Spitze erlauben, daß ein Teil der Luft an dieser Stelle
ausgestoßen wird, wobei ein Anteil der Kühlluft zum Schau
fel- oder Siebkopf an der Vorderkante strömt und ein Teil
der Kühlluft zur Hinterkante geleitet wird, wie durch die
horizontalen Pfeile C und D jeweils angedeutet ist.
Wenn die Luft sich radial auswärts zur Schaufelspitze hin
bewegt, ergänzt die Luft in der Zufuhrkammer (Pfeil B)
ständig die Luft im Zufuhrkanal (Pfeil A). Insofern wird
der Zufuhrkanal ständig mit Kühlluft versorgt. Wegen der
Pumpwirkung, die mit der Drehung der Schaufeln verknüpft
ist, wird der Druck an der Spitze, wo er am meisten benö
tigt wird, aus sich heraus erzeugt. Das gewährleistet, daß
das geeignete Druckverhältnis an den oder über den Filmöff
nungen aufrechterhalten wird, und zwar längs der gesamten
Fläche des Außenmantels.
Da die Innenwand die Rippen ersetzt, die die Serpenti
nenkanäle bildeten, dient die Innenwand als eine Wärmeüber
gangsfläche, um dieselbe Wärmekonvektionseigenschaft zu
bieten, die der Serpentinenkonstruktion zugemessen wird
oder eigen ist.
Wie im Obigen beschrieben ist, bietet diese Erfindung neue
Techniken für den Turbinenkonstrukteur, die bisher diesem
Konstrukteur niemals zur Verfügung standen. Beispielsweise
können die Schaufeln, die gemäß der Erfindung aufgebaut
sind, eine Niederdruckquelle für die Kühlluft verwenden, um
die notwendige Kühlwirkung zu erzielen. Die Erfindung
schafft Einrichtungen, um die Sehnenabmessung der Schaufel
an der Spitze mit den damit verbundenen Vorteilen zu ver
ringern. Wegen des Merkmals der ständigen Ergänzung kann
die auf der Konvektion beruhende Größe in der Aufwärmung
der Kühlluft optimiert werden.
Es hat sich analytisch herausgestellt, daß die Kühlwirkung
gegenüber bisher bekannten Turbinenschaufeln mit einem Wert
von annähernd +30% verbessert wird, was einer Verminderung
der mittleren Metalltemperatur der Schaufel von annähernd
94°C (200°F) für eine typische Anwendung gleichwertig ist.
Auch bietet eine diese Erfindung verwendende Schaufel die
Möglichkeit aus sich heraus, in einer Umgebung zu arbeiten,
wobei die Einlaßtemperatur der Turbine um erhebliche Werte
von etwa 150°C (300°F) oder darüber erhöht werden kann oder
alternativ die Standzeit der Schaufel in hohem Maß ge
steigert werden kann, wie auch die kosten für die Schaufel
erheblich vermindert werden, indem für billigere Materia
lien eine verbesserte Kühlwirkung ausgenutzt wird. Die An
wendung dieser Erfindung eignet sich auch aus sich heraus
für verbesserte aerodynamische Verhältnisse an der Schau
felspitze, da die den Serpentinenkanälen eigenen Umkehrer
fordernisse, die Kompliziertheiten einführen, vermieden
werden.
Die Fig. 4 zeigt eine abgewandelte, bevorzugte Ausführungs
form für den Spitzenbereich der Turbinenschaufel. Bei die
ser Spitze wird die Luft im Radialkanal 50 nahe der Sogflä
che 54 zur Spitze der Schaufel nahe der Druckfläche 56 ge
führt. Der Kanal 50 ist abgewinkelt, so daß der an der
Spitze durch die Ausstoßöffnung 58 austretende Luftstrom
einen vorbestimmten Winkel aufweist, der die aerodynamische
Abdichtwirkung zwischen der Spitze und ihrer zugeordneten
äußeren Umhüllung oder ihrem Mantel 60, die bzw. der ledig
lich schematisch dargestellt ist, begünstigt.
Die Geometrie dieser Schaufel bietet auch gewisse Vorteile
in bezug auf die Herstellung nach der üblichen Praxis des
Gießens mit Wachsausschmelzmodellen. Während des Gießvor
gangs erstrecken sich alle keramischen Kernelemente, die
die inneren Kühlkanäle bilden, durch den Fuß des Schaufel
körpers, wo sie fest erfaßt werden können, um eine Kernver
schiebung während des Gießens zu vermeiden. Diese Geometrie
eignet sich auch aus sich heraus für eine leichte Säureaus
laugung des Kernmaterials im Anschluß an das Gießen.
Bei einer erfindungsgemäßen, innenseitig durch Luft gekühl
ten Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einem nachlau
fenden Kantenbereich, einem vorlaufenden Kantenbereich und
einem mittigen Sehnenbereich schließt jeder Bereich einen
gerade durchlaufenden Radialkanal ein, der mit Kühlluft vom
Fuß der Schaufel zu deren Spitze hin gespeist wird. Die Ra
dialkanäle (Zufuhrkanäle) auf der Druck- sowie Sogseite
führen die Kühlluft zu Filmkühlöffnungen in der Schaufel
körperfläche. Der Radialkanal (Zufuhrkammer) im mittigen
Sehnenbereich speist die Zufuhrkanäle in ergänzender Weise
mit Kühlluft durch die Zufuhrkanäle sowie die Zufuhrkammer
untereinander verbindende Ergänzungskühlöffnungen. Die Dre
hung der Schaufel erzeugt eine zentrifugale Pumpwirkung für
die Luft innerhalb der Zufuhrkammer, um die Kühlwirkung der
Kühlluft zu maximieren. Die an der Spitze ausgestoßene Luft
kühlt die Schaufelspitze und bewirkt einen aerodynamischen
Abschluß an dieser Spitze, während der vor- und nachlaufen
den Kante in gleichartiger Weise Kühlluft zugeführt wird.
Wenngleich die Erfindung zeichnerisch und wörtlich unter
Bezugnahme auf bestimmte Einzelheiten der Ausführungsformen
erläutert wurde, so ist klar, daß dem Fachmann bei Kenntnis
der durch die Erfindung vermittelten Lehre verschiedene
Abwandlungen in Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes an
die Hand gegeben sind, die jedoch als in den Rahmen der Er
findung fallend anzusehen sind.
Claims (7)
1. Axialturbine für ein Gasturbinentriebwerk, die durch
ein Turbinen-Arbeitsmittel angetrieben wird, gekennzeichnet
durch eine Mehrzahl von luftgekühlten Schaufeln (10), von
denen jede eine dem Turbinen-Arbeitsmittel ausgesetzte
Schaufelkörperfläche (12) aufweist, die eine Druckseite
(14), eine Sogseite (16), einen Fußbereich, einen Spitzen
bereich (30) und einen mittigen Sehnenbereich mit In
nenkanälen, die wenigstens einen gerade durchlaufenden Ra
dialkanal umfassen, welcher einen ersten Zufuhrkanal (26)
benachbart zur Druckseite (14) bildet und Kühlluft vom
Fußbereich zu einer Öffnung im Spitzenbereich (30) führt,
bestimmt, durch eine Mehrzahl von radial beabstandeten, mit
Kühlluft von dem Zufuhrkanal (26) gespeisten Filmkühlöff
nungen (28) in der Schaufelkörperfläche (12), durch einen
zweiten, gerade durchlaufenden Radialkanal, der in dem mit
tigen Sehnenbereich eine Zufuhrkammer (32) bildet, die
Kühlluft vom Fußbereich zu einer Öffnung im Spitzenbereich
(30) führt, und durch eine Mehrzahl von radial beabstande
ten Ergänzungskühlöffnungen (36), die mit der Zufuhrkammer (32)
in Verbindung stehen und Ergänzungsluft in den Zufuhr
kanal (26) einspeisen, wobei die Drehung der Turbine der
Luft in den Radialkanälen (26,32) eine Zentrifugalwirkung
zur Erhöhung des Drucks der Kühlluft bei ihrer Strömung zum
Spitzenbereich (30) der Schaufel (10) hin vermittelt.
2. Axialturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen weiteren, gerade durchlaufenden Radialkanal, der der
Sogseite (16) benachbart ist und einen zweiten Zufuhrkanal
bildet, welcher mit einer Mehrzahl von radial beabstandeten
Filmkühlöffnungen in der Schaufelkörperfläche (12) versehen
ist, und durch eine Mehrzahl von radial beabstandeten Er
gänzungskühlöffnungen (36), die von der Zufuhrkammer (32)
Kühlluft in den zweiten Zufuhrkanal einspeisen.
3. Axialturbine für ein Gasturbinentriebwerk mit einer
Mehrzahl von innenseitig durch Luft gekühlten Schaufeln,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaufeln (10) einen
Schaufelkörper hat, der eine Druckseite (14), eine Sogseite
(16), einen Spitzenbereich (30), einen Fußbereich, eine
vorlaufende Kante (18) und eine nachlaufende Kante (20) be
stimmt, daß eine an die Innenfläche des Schaufelkörpers
allgemein angrenzende, an dieser Innenfläche in paralleler
Lagebeziehung abgestützte Wandanordnung (22) eine Mehrzahl
von gerade durchlaufenden Radialkanälen (26), die einen
Einlaß am Fußbereich und einen Auslaß am Spitzenbereich
(30) haben sowie einen Zufuhrkanal abgrenzen, bestimmt, von
denen jeder Kanal eine Mehrzahl von radial beabstandeten
Filmkühlöffnungen (28) aufweist, welche Kühlluft zur Aus
bildung eines Kühlluftfilms über der Druckseite (14) sowie
der Sogseite (16) ausstoßen, daß die Innenfläche der beab
standeten Wandanordnung (22) einen zusätzlichen, gerade
durchlaufenden Radialkanal (32) mit einem Einlaß am Fußbe
reich sowie einem Auslaß am Spitzenbereich (30), welcher
eine Zufuhrkammer bildet, abgrenzt, daß in der Wandanord
nung (22) eine Vielzahl von Ergänzungskühlöffnungen (36)
ausgebildet ist, die mit der Zufuhrkammer (32) in Verbin
dung stehen und den Zufuhrkanälen (26) Kühlluft als Ersatz
für die von den Zufuhrkanälen durch die Filmkühlöffnungen
(28) hindurch abgegebene Kühlluft zuführen, und daß Ein
richtungen zur Einspeisung von Kühlluft in den Fußbereich
vorhanden sind, wobei die Kühlluft in der Zufuhrkammer (32)
durch die durch die drehenden Schaufeln (10) erzeugte Zen
trifugalwirkung unter Druck gesetzt und die Sehnenlänge
durch die Anwendung von gerade durchlaufenden Radialkanälen
(26, 32) minimiert wird.
4. Axialturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaufelkörper und die Wandanordnung (22) ein ein
teiliges Gußstück sind.
5. Axialturbine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Filmkühlöffnungen (28) in radialer
Richtung vom Fußbereich zum Spitzenbereich (30) erstrecken.
6. Axialturbine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da
durch gekennzeichnet , daß sich die Ergänzungskühlöffnungen
(36) in radialer Richtung vom Fußbereich zum Spitzenbereich
(30) erstrecken.
7. Axialturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Ergänzungskühlöffnungen (36)
in der Wandanordnung (22) in einem einheitlichen Gießvor
gang mit dieser ausgebildet werden.
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