DE4042729C2 - Minimale Leckströmung zwischen Schaufelspitze und Gehäusewand - Google Patents
Minimale Leckströmung zwischen Schaufelspitze und GehäusewandInfo
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Landscapes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und
insbesondere auf Einrichtungen, um die parasitäre Leckströ
mung an den Spitzen von Axialturbinenschaufeln zu minimie
ren.
Wie bekannt ist, hat die Flugzeug-Triebwerkindustrie, um
die Leistungsfähigkeit der Triebwerke zu steigern, große
Bemühungen aufgewendet in ihren Bestrebungen, um den Spalt
oder Abstand zwischen dem äußeren Luftabschluss oder der
äußeren Verkleidung und der Spitze der Turbinenschaufeln
von Flugzeug-Gasturbinentriebwerken zu minimieren. Bei
spielsweise offenbart die US-PS 4 069 662 ein wirksam täti
ges Spaltreguliersystem, das in ausgewählter Weise Luft auf
das Triebwerkgehäuse einwirken lässt, um das Gehäuse zu
schrumpfen oder einzuziehen und den äußeren Luftabschluss
näher an die Spitzen der Turbinenschaufeln heranzubringen.
Andere Systeme offenbaren die passive Bemühung, um den
Spalt zu vermindern, indem Luft mit unterschiedlichen Tem
peraturpegeln in die Nähe des äußeren Luftabschlusses zum
Strömen gebracht wird, um diesen zu einem Kontrahieren oder
Expandieren zu bringen.
Es ist auch bestens bekannt, dass die Kompliziertheit des
Problems unmittelbar auf die Verwendung, für die das Trieb
werk vorgesehen ist, bezogen ist. Beispielsweise stellen
die bei Jagdflugzeugen ausgeführten Flugmanöver Anforderun
gen an das Flugzeugtriebwerk, die weit über die hinausge
hen, welche von einem Passagierflugzeug gefordert werden.
Der Pilot eines Jagdflugzeugs wird sehr viel mehr Schwünge,
Drehungen und Übergangszustände wählen, als das ein Pilot
eines Passagierflugzeugs tun wird. Diese Zustände wirken
offensichtlich sehr stark auf die Auslegung des Triebwerks
ein, was insbesondere für die Verhältnisse des Turbinenro
torraumes oder -abstandes zum äußeren Luftabschluss gilt.
Diese Anforderungen, die durch den Piloten gestellt werden,
rufen eine Erhitzung und Kühlung der Konstruktion des Tur
binenteils derart hervor, dass das Schrumpfen und Expandie
ren sowie deren Raten das parasitäre Leckströmungsproblem
der Turbine beeinflussen. Hieraus folgt, dass jeglicher
technische Beitrag, der dazu dient, den Spalt oder Zwi
schenraum zu vermindern, während der Turbine ein Betrieb
ohne ein unangebrachtes Schleifen am äußeren Luftabschluss
ermöglicht wird, als äußerst wesentlich und bedeutungsvoll
anzusehen ist, da die Leckströmung die Gesamtleistung des
Triebwerks starken Einwirkungen unterwirft.
Ferner ist beispielsweise aus der DE 35 14 393 A1 eine
Schaufel einer Axialturbine bekannt, in der Kühlluftöffnun
gen im Bereich der Schaufelspitze vorgesehen sind, um die
sen Bereich zu kühlen. Mit dieser Turbinenschaufel wird ei
ne Minimierung des Spalts zwischen der Turbinenschaufel und
der sie umgebenden Verkleidung dadurch erreicht, dass ein
geeigneter Abriebsbelag auf der Schaufelspitze vorgesehen
ist, damit die Turbine sich während ihres Laufs an die Ver
kleidung anpassen kann, um somit Leckverluste an der Schau
felspitze zu vermindern.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Turbinen
schaufel vorzuschlagen, bei der die Leckströmung zwischen
Turbine und Verkleidung minimiert ist.
Die Aufgabe wird mit einer Axialturbine mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind auf einer der Verkleidung zugewandten
Fläche der Schaufelspitze und längs der druckseitigen Kante
dieser Fläche Austrittsmündungen zum Austritt der Kühlluft
vorgesehen, die in Richtung auf die Druckseite der Schaufel
geneigt sind, um durch Ausstoßen der Kühlluft unter Druck
in dem Spalt zwischen der Schaufelspitze und der Verklei
dung eine Pufferzone zu erzeugen, die eine Leckströmung
zwischen der Schaufelspitze und der Verkleidung vermindert.
Mit anderen Worten, es wurde gefunden, dass die Leckströ
mung vermindert werden kann, indem ein Teil der im Inneren
der Turbinenschaufeln vorhandenen Kühlluft von der Schau
felspitze in einer besonderen Richtung diskret ausgestoßen
wird.
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 zeigt die
einzige Figur einen Teilschnitt der Spitze einer Turbinenschaufel
gemäß der Erfindung.
Der Erfindungsgegenstand ist insbesondere wirkungsvoll für
Turbinenschaufeln eines Gasturbinentriebswerks, bei dem ei
ne innere Kühlung der Schaufeln erwünscht ist. Die Kon
struktion von innenseitig gekühlten Turbinenschaufeln ist
in der Literatur beschrieben.
Die Figur zeigt eine Turbinenschaufel, wobei der Radialka
nal 70 sich über die Schaufelfläche von der Sogseite 72 aus
quer erstreckt, so dass die Luft an der Spitze benachbart
zur Druckseite 74 ausgestoßen wird. Die Austrittsöffnung
oder -düse 76 ist mit der ebenen Fläche 78 der Schaufel so
ausgerichtet, dass sie einen Winkel von 20° bildet.
Gemäß der Erfindung wird eine aerodynamische Puffer- oder
Trennzone in dem Spalt zwischen der Spitze einer luftge
kühlten Schaufel einer Axialturbine eines Gasturbinentrieb
werks und der umschließenden Verkleidung oder dem äußeren
Luftabschluss erzeugt, indem ein Strom von Kühlluft von der
Schaufelspitze in einer wohl überlegten Richtung diskret
mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Dieser Strom
ist unter einem Winkel mit Bezug zur Drehebene der Turbine
ausgerichtet, so dass er in den Spalt in der Richtung der
Druckseite der Turbine und vorzugsweise unter einem Winkel
mit Bezug zur ebenen Fläche der Spitze der Schaufel zwi
schen 15° und 45° ausgestoßen wird.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte
Ausführungsformen erläutert und bildlich dargestellt wurde,
so ist klar, dass dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet
der Technik bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittel
ten Lehre Abwandlungen und Abänderungen an die Hand gegeben
sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend
anzusehen sind.
Claims (7)
1. Axialturbine für ein Gasturbinentriebwerk in Ver
bindung mit einer die Turbine umschließenden ringförmigen
Verkleidung (56), wobei die Turbine eine Mehrzahl von in
nenseitig durch Luft gekühlte Turbinenschaufeln hat, die
jeweils eine nahe der Verkleidung angeordnete Schaufelspit
ze haben, die zwischen der Schaufelspitze und der Verklei
dung einen Spalt (54) begrenzt, wobei die Turbinenschaufel
eine Druck- und eine Sogseite hat,
dadurch gekennzeichnet, dass entlang und benachbart zu
der Sogseite (72) der Schaufel sich ein radial auswärts
verlaufender Kanal (70) befindet, der in der Nähe der
Schaufelspitze (78) seine Richtung auf die Druckseite hin
ändert, der in der Nähe der Schaufelspitze zu mindestens
einer an der Schaufelspitze vorgesehenen Austrittsmündung
(76) hin zum Austritt der Kühlluft verläuft, die zur Druck
seite der Schaufel geneigt und zur Druckseite (74) benach
bart ist.
2. Axialturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass die der Verkleidung (56) zugewandte Fläche (78)
der Schaufelspitze eine im Wesentlichen ebene Fläche ist,
in der die Austrittsmündung (76) vorgesehen ist.
3. Axialturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass eine Vielzahl von Austrittmündungen (76)
vorgesehen ist, wobei der Neigungswinkel von allen Aus
trittsmündungen (76) bezüglich der Fläche (78) der Schau
felspitze im Wesentlichen gleich ist.
4. Axialturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, dass der Neigungswinkel mit Bezug zu der ebenen Fläche
(78) der Schaufelspitze 15° bis 45° beträgt.
5. Axialturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufel einen
im Inneren der Schaufel angeordneten luftführenden Kanal
aufweist, der sich als Zufuhrkanal radial gerade durch die
Schaufel erstreckt und Kühlluft vom Schaufelfuß zur Schau
felspitze führt, wobei der Zufuhrkanal dem Radialkanal (70)
ergänzende Kühlluft durch Nachfüllöffnungen zuführt, die
längs des Zufuhrkanals radial beabstandet sind.
6. Axialturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialkanal (70)
eine Vielzahl von in der Sogfläche (72) der Schaufel mit
radialem Abstand zueinander angeordnete Filmkühlöffnungen
speist.
7. Axialturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, dass die Schaufel von Filmkühlkanälen durchgriffen
ist, die Filmkühlöffnungen mit Kühlluft speisen, wobei die
Filmkühlkanäle über Nachfüllöffnungen und den Zufuhrkanal
mit Kühlluft aufgefüllt werden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4003802A DE4003802C2 (de) | 1988-08-24 | 1990-02-08 | Minimale Leckströmung zwischen Schaufelspitze und gegenüberliegender Gehäusewand |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4042729C2 true DE4042729C2 (de) | 2002-10-31 |
Family
ID=6399710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4042729A Expired - Fee Related DE4042729C2 (de) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | Minimale Leckströmung zwischen Schaufelspitze und Gehäusewand |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4042729C2 (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4069662A (en) * | 1975-12-05 | 1978-01-24 | United Technologies Corporation | Clearance control for gas turbine engine |
DE3514393A1 (de) * | 1984-04-27 | 1985-10-31 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Rotorschaufelspitze |
-
1990
- 1990-02-08 DE DE4042729A patent/DE4042729C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4069662A (en) * | 1975-12-05 | 1978-01-24 | United Technologies Corporation | Clearance control for gas turbine engine |
DE3514393A1 (de) * | 1984-04-27 | 1985-10-31 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Rotorschaufelspitze |
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