DE1210253B - Schaufel fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F02c

Deutsche Kl.: 46 f-4/02

Nummer: 1210253

Aktenzeichen: R 344061 a/46 f

Anmeldetag: 7. Februar 1963

Auslegetag: 3. Februar 1966

Die Erfindung betrifft eine Schaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere für Gasturbinen.

Es ist bekannt, Schaufeln von Strömungsmaschinen mit inneren, in Längsrichtung erstreckten Kühlmittelkanälen auszuführen. Es ist auch schon bekannt, mindestens einen der in Längsrichtung sich erstreckenden Kühlmittelkanäle als einen Kühlmittelversorgungskanal auszubilden, während eine Reihe weiterer Kühlmittelkanäle diesen einen so umgeben, daß er gegen Hitzeeinwirkung der Schaufelhaut abgeschirmt ist. Dabei ist es auch schon bekannt, den unmittelbar an eine Kühlmittelzufuhr angeschlossenen Kühlmittelversorgungskanal durch eine an mittlerer Stelle zwischen Schaufelwurzel und Schaufelspitze angeordnete Durchbrechung mit einem kantenseitigen, d. h. unmittelbar an einer Anström- oder Ablösungskante der Schaufel angeordneten Kühlmittelkanal kommunizieren zu lassen derart, daß das durch den Kühlmittelversorgungskanal in frischem Zustand herangeführte Kühlmittel als Kühlstrahl nach dem am stärksten hitzebelasteten mittleren Abschnitt der Anströmbzw. Abströmkante gerichtet ist und diese von innen trifft.

Bei der bekannten Ausführungsform gelangt der aus dem Kühlmittelversorgungskanal zur Anströmbzw. Abströmkante strömende Kühlstrahl vor Auftreffen auf die Anström- bzw. Abströmkante in Berührung mit dem nicht gekühlten, unmittelbar den Strahlgasen !ausgesetzten Wandteil der Schaufel. Dies hat den schwerwiegenden Nachteil, daß das Kühlmittel bereits 'aufgewärmt wird, bevor es dahin gelangt, wo es mit möglichst geringer Temperatur verwendet werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dafür zu sorgen, daß der Kühlstrahl mit verminderter Temperatur, d. h. erhöhter Kühlwirksamkeit, auf die Anström- bzw. Abströmkante auftrifft.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlmittelversorgungskanal in der Nähe der zugehörigen Kante vorgesehen ist und daß die übrigen, den Kühlmittelversorgungskanal umgebenden Kühlmittelkanäle an das Wurzel- und Spitzende dieses kantenseitigen Kühlmittelikanals angeschlossen und über wurzel- und spitzenseitige Verbindungsleitungen nacheinander, im Zickzackstrom durchflossen sind.

Der Anschluß des Kühlmittelversorgungskanals an die Kühlmittelzufuhr liegt vorzugsweise wurzelseitig, während ein Kühlmittelausfluß aus der Schaufel spitzenseitig angeordnet sein kann. Maßnahmen, die an sich bekannt sind und für die daher Schutz Schaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere
für Gasturbinen

Anmelder:

Rolls-Royce Limited, Derby (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:
Frederick Bowen Powell,
Hathern, Loughborough;
James Alexander Petrie,
Lettleover, Derby (Großbritannien)

nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruches begehrt wird.

Wenn zur Anströmkante und zur Abströmkante je ein Kühlmittelversorgungskanal zugeordnet ist, so -sieht man zweckmäßig für jeden dieser Kühlmittelversorgungskanäle diese umgebende zickzackartig durchflossene Kühlmittelkanäle vor.

Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellen idar

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Triebwerk mit erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln,

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Schaufel von der Seite,

Fig. 3a und 3b einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

F i g. 4 und 5 Schnitte längs der Linien 4-4 und 5-5 der Fig. 3.

Zur Vereinfachung wird in der folgenden Beschreibung die in der Schaufel gegen die Wurzel strömende Luft als »abwärts« strömend und die gegen die Spitze der Schaufel strömende Luft als »aufwärts« strömend bezeichnet.

Ein Gasturbinenstrahltriebwerk umfaßt in Strömungsrichtung einen Verdichter 11, eine Verbrennungsanlage 12 und eine Turbine 13, wobei diese Turbine 13 den Verdichter 11 durch eine Welle 14 antreibt.

609 503/105

Claims (3)

Die Turbine 13 hat Turbinenrotorschaufeln 15, mit je einer »Tannenbaum«-Wurzel 16 mit Lufteinlässen 17, 18 durch welche Kühlluft in die Schaufel 15 eintreten kann. Die Lufteinlass© 17, 18 führen zu Kühlmittelversorgungskanälen 20, 21, die sich innerhalb der Schaufel 15 von der Wurzel 16 bis zur Spitze 22 erstrecken. Die Kühlmittelversorgungskanäle 20, 21 sind an der Schaufelspitze verschlossen und werden von der Schaufelwurzel aus durch die Lufteinlässe 17, 18 mit Kühlluft versorgt. Die Kühlmittelversorgungskanäle 20, 21 kommunizieren über Bohrungen 25,26 mit Kanälen 23 bzw. 24, die an der Wurzel und Spitze der Schaufel verschlossen sind. Die Bohrungen 25, 26 befinden sich auf halber Höhe der Schaufel, d. h. in der Mitte zwischen der Wurzel und der Spitze. Die Kanäle 23, 24 liegen an der Anströmkante 27 und der Abströmkante 28 der Schaufel an. Strahlen von Kühlluft werden daher durch die Bohrungen 25, 26 so in die Kanäle 23, 24 gerichtet, daß sie auf deren kantenseitigen Innenoberflächen in mittlerer Höhe auftreffen. Diese Strahlen bewirken daher beim Betrieb die Kühlung der heißesten Teile der Schaufel. Innerhalb der Schaufel 15 erstreckt sich in ihrer Längsrichtung von der Wurzel zur Spitze ein System von in Abständen angeordneten Kanälen 30 bis 39, die alle 'an der Wurzel und an der Spitze der Schaufel verschlossen sind. Die Kanäle 30 bis 34 liegen auf der konvexen Seite der Schaufel, während die Kanäle 35 bis 39 auf der konkaven Seite der Schaufel angeordnet sind. Die Kanäle 30 bzw. 39 kommunizieren mit dem Kanal 23 über Bohrungen 43, 44 an der Spitze bzw. Wurzel der Schaufel. Die Kanäle 30, 39 kommunizieren weiter mit Kanälen 31, 38 über Bohrungen 45, 46 an der Wurzel bzw. Spitze der Schaufel. Die Kanäle 31, 38 kommunizieren über Bohrungen 47, 48 mit einem Kanal 50, der sich in Längsrichtung der Schaufel von 'der Wurzel zur Spitze erstreckt und der an der Wurzel verschlossen und an der Spitze offen .ist. Die Bohrungen 47, 48 befinden sich an der Spitze bzw. Wurzel der Schaufel. Die Kanäle 34 und 35 kommunizieren mit dem Kanal 24 über Bohrungen 51, 52 an der Wurzel bzw. Spitze der Schaufel. Die Kanäle 34, 35 kommunizieren auch über Bohrungen 53, 54 mit den Kanälen 33, 36, während die Kanäle 33, 36 über Bohrungen 55, 56 mit den Kanälen 32, 37 kommunizieren. Die Kanäle 32, 37 kommunizieren über Bohrungen 57, 58 mit einem Kanal 60, der sich in Längsrichtung der Schaufel von der Wurzel zur Spitze erstreckt, an der Wurzel verschlossen und an <der Spitze offen ist. Die Bohrungen 51, 54, 55 und 58 liegen an der Wurzel der Schaufel, und die Bohrungen 52, 53, 56 und 57 liegen an der Spitze der Schaufel. Dementsprechend strömt die Kühlluft nach dem Eintreten in 'den Kühlmittelversorgungskanal 20 in den Kanal 23 durch die Bohrung 25 und trifft erst -auf mittlerer Höhe der Schaufel auf die Wandung des Kanals 23 auf; hier teilt sich der Luftstrom in zwei Teilströme, die durch den Kanal 23 aufwärts bzw. abwärts strömen, d. h. zur Wurzel und zur Spitze. Die durch den Kanal 23 aufwärts strömende Luft geht durch die Bohrung 43, abwärts durch den Kanal 30, durch die Bohrung 45, aufwärts durch den Kanal 31 und durch die Bohrung 47 zum »oberen« Ende des Kanals 50. Die durch den Kanal 23 abwärts strömende Luft geht, durch die Bohrung 44, aufwärts im Kanal 39, durch die Bohrung 46, abwärts im Kanal 38 und durch die-Bohrung 48 zum »unteren« Ende des Kanals 50. Die dem Kanal 50 angelieferte Luft strömt daher durch die Spitze der Schaufel aus. Es ist daher zu ersehen, daß die Kanäle 23, 30, ίο 31, 38, 39 und 50 zusammen mit den Bohrungen 43 bis 48 zickzackförmig verlaufendes System von Kanälen bilden, welches einen wirksamen Wärmeschild der durch den Kühknittelversorgungskanal 20 strömenden Kühlungsluft bildet. Ähnlicherweise schlägt die Kühlluft nach dem Eintreten in den Kühlmittelversorgungskanal 21 in den Kanal 24 nach dem Durchtreten durch die Bohrung 26 auf mittlerer Höhe auf die Innenwandung des Kanals 24 auf und teilt sieh dann in zwei Teilströme, die im Kanal 24 stromaufwärts bzw. stromabwärts zur Spitze und Wurzel der Schaufel strömen. Die in dem Kanal 24 aufwärts strömende Luft geht durch die Bohrung 52, abwärts im Kanal 35, durch die Bohrung 54, aufwärts im Kanal 36, durch die Bohrung 56, abwärts im Kanal 37 und durch die Bohrung 58 zum »unteren« Ende des Kanals 60. Die im Kanal 24 abwärts strömende Luft geht durch die Bohrung 51, aufwärts im Kanal 34, durch die Bohrung 53, abwärts im Kanal 33, durch die Bohrung 52, aufwärts im Kanal 32 und durch die Bohrung 57 zum »oberen« Ende der Leitung 60. Die der Leitung 60 angelieferte Kühlluft tritt daher durch die Spitze der Schaufel aus. Die Kanäle 24, 32 bis 37 und 60 bilden daher zusammen mit den Bohrungen 51 bis 58 ein System von zickzackförmig verlaufenden Kanälen, und die durch dieses System strömende Kühlluft bewirkt die Bildung eines wirksamen Wärmeschilds für die durch den Kühlmittelversorgungskanal 21 strömende Kühlluft. Die Schaufel kann ein Schmiedestück sein, das durch ein elektrolytisches oder Funkenerosionsverfahren bearbeitet wird; sie kann in zwei Hälften geformt sein, welche entlang der Mittelsehnenlinie der Schaufel zusammenstoßen und durch Hartlot oder Elektronenstrahlschweißen verbunden sind. Die Leitungen, Kanäle und Bohrungen in der Schaufel können durch Funkenverfahren, z. B. Kohlenstoffelektrodenfunken, oder durch eine elektrolytische Bearbeitung gebildet werden. Batentansprüche:

1. Schaufel für Strömungsmaschinen, insbesondere für Gasturbinen, mit inneren, in Längsrichtung erstreckten Kühlmittelkanälen, von denen mindestens einer als Kühlmittelversorgungskanal ausgebildet ist, während eine Reihe weiterer Kühlmittelkanäle diesen einen so umgeben, daß er gegen die Hitzeeinwirkung der Schaufelhaut abgeschirmt ist, wobei der unmittelbar an eine Kühlmittelzufuhr angeschlossene Kühlmittelversorgungskanial durch eine an mittlerer Stelle zwischen Schaufelwurzel und Schaufeispitze angeordnete Durchbrechung mit einem kantenseitigen, d. h. unmittelbar an einer Anström- oder Ablösungskante der Schaufel angeordneten Kühlmittelkanal kommuniziert, derart,

daß das durch den Kühlmittelversorgungskanal in frischem Zustand herangeführte Kühlmittel als Kühlstrahl nach dem am stärksten hitzebelasteten mittleren Abschnitt der Anström- bzw. Abströmkante gerichtet ist und diese von innen trifft, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelversorgungskanal in der Nähe der zugehörigen Kante vorgesehen ist und daß die übrigen, den Kühlmittelversorgungskanal (20) umgebenden Kühhniittelkanäle (30, 31, 39, 38, 50) an das Wurzel- und Spitzenende dieses kantenseitigen Kühlmittelkanals angeschlossen und über wurzel- und spitzenseitige 'Verbindungsleitungen nacheinander im Zickzackstrom durchflossen sind.

2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Kühknittelversorgungskanals (20) an die Kühlmittelzufuhr wurzelseitig und ein Kühlmittelausfluß aus der Schaufel spitzenseitig angeordnet ist.

3. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl einem anströmkantenseitigen Kühlmittelkanal als auch einem abströmkantenseitigen Kühlmittelkanal ein KühlmittelversoiTgungskanal sowie weitere, diesen umgebende und zickzackartig durchflossene Kühlmittelkanäle zugeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 848 883;
schweizerische Patentschrift Nr. 322 022;
französische Patentschrift Nr. 1274 291;
britische Patentschriften Nr. 884 409, 856 679,
784196.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

609 503/105 1.66 © Bundesdruckerei Berlin