DE1932000A1 - Schaufel fuer Stroemungsmaschinen - Google Patents
Schaufel fuer StroemungsmaschinenInfo
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Description
ΓΑΤΕ NTAN WALTE
DIPL-ING. CURT WALLACH |9 3 20 0 0
DI PL.-1N G. GÜNTHER KOCH
DR. TINO HAIBACH
a «uneben 2, 24. Juni 1969
UNSEiMEIGHENt
Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England:.
Schaufel für Strömungsmaschinen
Die Erfindung betrifft die Kühlung von stromlinienförmig gestalteten
Schaufeln zur Benutzung in Strömungsmaschinen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung kann insbesondere, aber nicht
ausschließlich zur Kühlung einer Turbinenrotorschaufel dienen,
wobei der Ausdruck "Schaufel" in breitestem Sinne zu verstehen
ist und auch Statorschaufeln umfassen soll, die z.B. als Turbinendüs
enl eits chauf ein Verwendung finden.
Es ist bekannt, hohle stromlinienförmig gestaltete Schaufeln in
Strömungsmaschinen zu benutzen, die eine Grenzwandung haben, welche
aus einer Mehrzahl von Blechen besteht, die miteinander verbunden
und an ihren benachbarten Oberflächen so gestaltet sind, daß sie
dazwischen Kühlluftkanäle bilden. Es hat sieh jedoch herausgestellt, daß diese bekannten Schaufein im Betrieb nicht hinreichend
gekühlt werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe der Kühlung dadurch erlangt,
daß jedes Blech an der konkaven und/oder konvexen; Fläche der
Schaufel mit Lochungen versehen ist, die sich über die'Dicke des
Bleches erstrecken und mit dem Kanal derart in Verbindung stehen,
daß die öffnungen benachbarter Elächen aufeinander ausgerichtet
sind, so daß ein Kühlströmungsmifctel, das dem Inneren der Schaufel
zugeführt wird, nach dem Äußeren der Schaufel über diese Leitung
strömen kann*
Die Konstruktion- ist vorzugsweise derart, daß das Kühlströmungsmittel,
beim Durchtritt vom Inneren nach dem Äußeren der Schaufel
einem gewundenen Pfad folgt.
Das oder Jedes Paar benachbarter Flächen weist vorzugsweise eine
mit Nuten versehene und eine ungenutete Oberfläche auf. So kann
die genutete Oberfläche mit einer ersten Gruppe paralleler Nuten
versehen sein, die eine zweite Gruppe paralleler Nuten schneiden*
Die Begrenzung besteht vorzugsweise aus einem inneren Blech, einem
äußeren Blech und einem dazwischen befindlichen Zwischenblech.
Die gegenüberliegenden Flächen des Zwischenbleches können ungenutet
sein, während die Flächen benachbarter innerer und äußerer Bleche
genutet sind. Das Zwischenbleeh weist öffnungen auf, die mit den
Nuten von innerem und äußeren Blech in Verbindung stehen, Jedoch
nicht auf die öffnungen in letzterem ausgerichtet sind. Die öffnungen der inneren und äußeren Bleche sind vorzugsweise nicht aufeinander ausgerichtet. -
Die Nuten in Jeder genuteten Oberfläche werden vorzugsweise durch
Funkenerosionsbearbeitung hergestellt und auf die gleiche Weise
werden, die öffnungen geformt.
Die Bleche können durch Diffusionsverlötung miteinander verbunden
sein..
Wie oben erwähnt, kann die Schaufel eine Turbinenrotorschaufel
eines ßästurbinenstrahltriebwerks sein und die Erfindung bezieht
säe h demgemäß auch auf; ein, Gasturbinenatrahltriebwerk, das mit
derartigen Schaufeln ausgerüstet ist.
, Nachstehend wird ein Äusführungsbeispiei der Erfindung anhand der
Zeichnung besshriebeii. Ixt der Zeichnung aeigen-s
j Fig. 1 eine schematische>
teilweise? int Schnitt gezeichnete Ansicht
eines Gasturbinentriebwerks, das mit Turbinenrotor5»
schaufeln gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
i Q SfS 2/CM
Pig. 2 und 3 eine abgebrochene, auseinanöergezogene Darstellung
t>zw. eine abgebrochene perspektivische Darstellung der
Turbinenrotorschaufeln,
Flg. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 3·
Das in der Zeichntang dargestellte Gasturbinenstrahltriebwerk 10
besitzt ein Triebwerks gehäuse Xl, in üem in Strömungsrichtung
hintereinander ein Kompressor 12, eine Verbreniiungseinrichtung 13
und eine Turbine 14 gelagert sind»und die Turbinenabgase werden
über einen Abgaskanal 15 i& die Atmosphäre ausgestoßen. Die Turbine
14 besitzt Statorschaufein 16 und Rotorschaufeln 17.
Wie aus den Fig.2 bis 4 ersichtlich, ist jede Turbinenrotorschaufel
17 eine hohle Schaufel stit einer Begrenzung, bestehend aus einem
inneren Blech 20, einem Süßeren Blech 21 und einem Mittelblech 22
dazwischen. Das Mittelblech 22 weist entgegengesetzte Oberflächen 2>,24 auf, die ungenutet sind, jedoch liegt die Fläche 23 in der
Nähe einer genuteten Fläche 25 des inneren Bleches 20, während die
Oberfläche 24 in der Nähe einer genuteten Oberfläche 26 des äußeren Bleches 21 liegt. Jede der Oberflächen 25,26 ist mit einer ersten
Gruppe paralleler Nuten JO versehen, die sich im wesentlichen radial
erstrecken, d.h. in Längsrichtung der Schaufel und diese Gruppe wird von einer weiteren Gruppe paralleler Nuten 31 gekreuzt.
Die Nuten 30,31 leiten die KlShlluftströimrag zwischen benachbarte
Oberflächen 23,25 der benachbarten Flächen 24,26.
Das äußere Blech 21 ist mit mehreren Öffnungen 32 versehen, wobei
jeder zweite Schnittpunkt der Nuten 30,31 mit einer solchen öffnung
32 ausgestattet ist, so daß diese öffnungen mit den Nuten
in verbindung stehen. Das innere Blech 20 1st mit durchgehenden
Offnungen 33 versehen, deren Abstand gleich ist dem Abstand zwischen
den öffnungen ^2. Die öffnungen 33 stehen jedoch mit den
Nuten 31 des inneren Bleches 20 an Punkten in Verbindung, die zwischen den Nuten 30 liegen und sie sind daher nicht auf die öffnungen
32 ausgerichtet.
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Das Mittelblech 22 ist mit öffnungen 34 ausgestattet, deren Abstand
jenem der öffnungen 33 entspricht und ebenso dem Abstand der öffnungen 32, jedoch sind die öffnungen 34 weder auf die öffnungen 33 noch auf die öffnungen 32 ausgerichtet. Die öffnungen 34
stehen mit jeweils jeder zweiten Nut 31 in Verbindung.
Demgemäß kann kühlluft, die dem Inneren der Schaufel 17 zugeführt
wird, wie dies durch den Pfeil 35 in Fig.4 angedeutet ist, durch
die öffnungen 33 und die Nuten 30,31 in dem inneren Blech 20 und dann über die öffnungen 34 in dem Mittelblech 22 und schließlich
durch Nuten 30,31 im äußeren Blech 21 abströmen, so daß diese nach dem Äußeren der Schaufel über die öffnungen 32 gelangt.
Die Kühlluft, die auf diese Weise vom Inneren nach dem Äußeren der Schaufel fließt, muß daher einem gewundenen Pfad durch die Nuten
folgen, wodurch die Kühlung der Schaufel wirksam fortschreitet.
Die Nuten 30,31 und die öffnungen 32,33*34 können in den Blechen
durch Funkenerosionsbearbeitung ausgebildet werden.
Die Bleche 20,21 und 22 sind z.B. durch Diffusionsverlötung miteinander
verbunden. Dies kann z.B. dadurch bewerkstelligt werden, daß Jedes Blech 20,21,22 nach der Funkenbearbeitung mit einem Lötmittel
besprüht wird, das z.B. aus einer Mischung einer Legierung und ,eines
synthetischen Kunstharzmaterials bestehen kann, wobei das letztere so beschaffen ist, daß es verdampft werden kann und so bei der
Wärmebehandlung sich verflüchtigt. Das Lötmaterial kann außerdem
so beschaffen sein, daß es mit dem Werkstoff der Bleche 20,21,22 kompatibel ist und mit diesen eine Diffusionsverlötung ergibt. Wenn
die Bleche 20,21,22 beispielsweise aus einer Nickellegierung, z.B.
Nimonic 105 oder Nimonic 118, bestehen (eingetragenes Warenzeichen),
kann das Lötmaterial aus 60 Gewichtsprozenten einer Legierung bestehen,
die unter'dem Warenzeichen NICROBRAZE 4775 vertrieben wird
und zu 50 Gewichtsprozent aus Acryl-Kunstharz besteht. Nachdem das
Material aufgesprüht ist, werden die Bleche in einer nicht-dargestellten Form zusammengebracht, die sie nur in ihrer Lage festhält,
ohne irgendeinen positiven Druck auszuüben. Es ist deshalb keine
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Kraft erforderlich, um die Bleche gegeneinander zu bringen, so
daß sie nur wenig Neigung zeigen, das Lötmaterial auszuquetschen.
Die aus den Blechen 20,21 und 22 bestehende Zusammenstellung wird dann in.einem nicht-dargestellten Ofen mittels Wärme behandelt und
die Bleche werden auf der erhöhten Temperatur gehalten, bis das Lötmaterial schmilzt. Diese Wärmebehandlung wird im Vakuum durchgeführt
und durch Hitze und Vakuum wird der Acrylharzbinder entfernt. Die Verlötung entspricht der normalen Wärmebehandlung der
Schaufel 17. Wenn letztere z.B. aus Nimonic 105 besteht, dann wird den Blecöaen. 20,21,22 und dem Lötmaterial eine fr&jsnpwttrw Lösungswärmebehandlung
über 4 Stunden bei 11500C zuteil und dann
eine weitere Behandlung 16 Stunden lang bei 10500C, während dann,
wenn die Bleche 20,21,22 aus Nimonic 118 bestehen, die Lösungsbehandlung 1 1/2 Stunden lang bei 1190°C durchgeführt wird, wonach
der Aufbau einer Abkühlung von 11900C auf 1OOO°C unterworfen wird
und wobei danach eine sehr schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt. Bevor die Bleche mit Lötmaterial besprüht werden, sollte
jede der Nuten 30,31 und der Öffnungen 32,33*34 mit einem Überzug
versehen werden, der die Anhaftung von Lötmaterial verhindert. So kann das Überzugsmaterial beispielsweise von einem dünnen Film
aus Material gebildet werden, das unter dem Warenzeichen NICROBRAZE GREEN STOP-OFF PAINT vertrieben wird und aus einer
Suspension von Chromoxyden in einem organischen Träger besteht. Während der Verlötung wird diese Farbe verkohlt, so daß sich eine
schwarzer Staub ergibt, über den das Lötmaterial nicht fließen kann.
Die Verlötung ergibt eine Verbindung zwischen den verschiedenen Blechen, die so stark ist, wie das Metall der Bleche selbst
unter den Schaufelarbeitstemperatüren.
909882/0 A3 5
Claims (11)
- Patentansprüche:ί 1. kohle,stromlinienförmig gestaltete Schaufel für Strömungsmaschinen mit einer Wandung, die aus mehreren Blechen besteht, die miteinander verbunden sind und an ihren benachbarten Flächen so ausgebildet sind, daß dazwischen Kühlluftkanäle gebildet werden, dadurch gekennzeichnet ,daß jedes Blech (20,21,22) auf der konvexen und/oder konkaven Oberfläche der Schaufel (17) mit öffnungen (33,32,34) ausgestattet ist, die sich durch die Dicke der Bleche (20,21,22) hindurcherstrecken und mit den Kanälen (30,31) in Verbindung stehen, derart, daß öffnungen (32,34) und (33,3^0 auf benachbarten Flächen (24,26) und (23,25) nicht aufeinander ausgerichtet sind, so daß die Kühlströmung, die dem Inneren der Schaufel (17) zugeführt wird, nach dem Äußeren der Schaufel über die Kanäle (30,31) gelangt.
- 2. Schaufel nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß die Konstruktion derart getroffen ist, daß Kühlmittel beim Durchtritt vom Inneren nach dem Äußeren der Schaufel (17) einem gewundenen Pfad durch die Kanäle (30,31) folgen muß.
- 3· Schaufel nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,daß jedes Paar benachbarter Oberflächen (24,26) und (23,25) eine genutete Oberfläche (25,26) und eine ungenutete Oberfläche (23,24) aufweist. - 4. Schaufel nach Anspruch 3,dadurch g ekennzeichnet,daß die genutete Fläche (25,26) mit einer ersten Gruppe paralleler Nuten (30) ausgestattet ist, die eine zweite Gruppe paralleler Nuten (31) schneidet.909882/0435
- 5. Schaufel nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch g e k e η η ζ ei ohne t ,daß die Begrenzungswand aus einem Innenblech (20),einem Außenblech (21) und einem Mittelblech (22) dazwischen besteht.
- 6. Schaufel nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Oberflächen (23,24) des Mittelbleches (22) ungenutet sind und daß die Flächen der inneren (20) und äußeren (21) Bleche benachbart zum Mittelblech (22) genutet sind und daß das Mittelblech (22) öffnungen (34) aufweist, die mit den Nuten (30,31) des Innenblechs (20) und des Außenblechs (21) in Verbindung stehen, jedoch nicht auf die öffnungen (33 von Innen- und Außenblech (20 bzw.21) ausgerichtet sind.
- 7. Schaufel nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (33*32) der inneren und äußeren Bleche (20 bzw. (21) nicht aufeinander ausgerichtet sind.
- 8. Schaufel nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten(30,3l) in den genuteten Flächen (25,26) durch Funkenbearbeitung eingeformt sind.
- 9. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnungen (32,33,34) durch Funkenbearbeitung hergestellt sind.
- 10. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (20,21,22) durch Diffusionsverlötung miteinander verbunden sind. «909882/0435
- 11. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (IT) die Turbinenrotorschaufel (17) eines Qasturbinenstrahltriebwerke (10) ist.909882/0435
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1969
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- 1969-06-20 US US835083A patent/US3620643A/en not_active Expired - Lifetime
- 1969-06-24 DE DE19691932000 patent/DE1932000B2/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2371215A1 (de) | 2010-03-30 | 2011-10-05 | Amazonen-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG | Ausbringleitung einer landwirtschaftlichen Feldspritze |
| DE102010016204A1 (de) | 2010-03-30 | 2011-10-06 | Amazonen-Werke H. Dreyer Gmbh & Co. Kg | Ausbringleitung einer landwirtschaftlichen Feldspritze |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US3620643A (en) | 1971-11-16 |
| DE1932000B2 (de) | 1970-11-05 |
| FR2011975A1 (de) | 1970-03-13 |
| GB1175816A (en) | 1969-12-23 |
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