DE2241191A1

DE2241191A1 - HOLLOW GAS TURBINE SHOVEL

Info

Publication number: DE2241191A1
Application number: DE19722241191
Authority: DE
Inventors: Alan Moore
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1973-03-08
Also published as: IT962211B; SE380065B; DE2241191B2; JPS4829917A; JPS5345447B2; GB1404757A; FR2150475A1; FR2150475B1; AU4587372A; AU466679B2

Description

PATBPATB NTANAVALTNTANAVALT DIPL. ING.DIPL. ING. K. HÖLZERK. WOODS SO ASO A UGSBUIlGUGSBUIlG ΤΡΗΜΛΡΡΙΚΚΤΡΗΜΛΡΡΙΚΚ -WSJLSBIt-STKASaB 1*-WSJLSBIT-STKASaB 1 * ■LICFOH. «1S7S■ LICFOH. «1S7S

W. 579W. 579

Augsburg, den 21. August 1972Augsburg, August 21, 1972

Rolls-Royce (197D Limited, 14-15 Conduit Street, London, WlA 4EY, England,Rolls-Royce (197D Limited, 14-15 Conduit Street, London, WlA 4EY, England,

Hohle GasturbinenschaufelHollow gas turbine blade

Die Erfindung betrifft eine hohle Gasturbinenschaufel. Sie bezieht sich insbesondere auf Gasturbinen-Rotorschaufeln, obwohl 3ie nicht auf solche beschränkt ist.The invention relates to a hollow gas turbine blade. It relates particularly to gas turbine rotor blades, although it is not limited to such.

Es ist bekannt, daß Gasturbinenrotorschaufeln gekühltIt is known that gas turbine rotor blades are cooled

— Λ mm - Λ mm

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

werden müssen und es sind bereits zahlreiche verschiedene Arten von derartigen Kühlsystemen bekannt. Insbesondere ist es bekannt, eine Kühlluftströmung durch das Schaufelinnere hindurchzuführen und eine solche Kühlung ist umso wirksamer, je größer das Volumen der Kühlkanäle ist und je größer die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft durch die Kühlkanäle hindurch ist.and numerous different types of such cooling systems are already known. In particular it is known to pass a flow of cooling air through the interior of the blade, and such cooling is even more so more effective, the larger the volume of the cooling channels and the greater the flow rate of the cooling air through the cooling channels is through.

Bei sehr kleinen Rotorschaufeln, d.h. bei solchen von weniger als kO mm Länge ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Anordnung von Kühlkanälen, mittels welchen eine noch zufriedenstellende Kühlung erreicht werden kann . In the case of very small rotor blades , that is to say those of less than kO mm in length, considerable difficulties arise with regard to the arrangement of cooling channels by means of which still satisfactory cooling can be achieved.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Gasturbinen-Rotor- bzw. Statorschaufeln eine bessere Kühlung zu erzielen, als dies bisher möglich war.The aim of the invention is to achieve the object, with gas turbine rotor or stator blades, a better one To achieve cooling than was previously possible.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schaufelhohlraum durch einen blechartigen Einsatz in Strömungskanäle unterteilt ist, die an einem Schaufelende beginnen, einerseits durch die Wandungen dieses Einsatzes und andererseits durch die Schaufelwandungen bzw. durch zwischen diesen Schaufelwandungen und dem Einsatz gelegene Rippen begrenzt sind und die schraubenförmig um diesen Einsatz herum verlaufen.This object is achieved according to the invention in that the blade cavity is formed by a sheet-like insert is divided into flow channels that begin at a blade end, on the one hand by the walls of this insert and on the other hand through the vane walls or between these vane walls and the insert Ribs are limited and which run helically around this insert.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung " wird das Kühlmittel vom Schaufelfuß aus zugeführt.According to a preferred embodiment of the invention " the coolant is supplied from the blade root.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, for example described. They represent:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt1 shows a schematic axial section

durch eine Gasturbinenrotorschaufel gemäß der Erfindung, längs der Linie B-B in Fig. 2 verlaufend,by a gas turbine rotor blade according to the invention, along the Running line B-B in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt längs derFig. 2 is a cross section along the

Ebene A-A in Fig. 1 in zehnmal größerem Maßstab, undPlane A-A in Fig. 1 on a ten times larger scale, and

Fig. 3 eine schematische perspektivische3 shows a schematic perspective

Darstellung des abdeckungsseitigen Rotorschaufelendes, vom Schaufelfuß aus auf die Abdeckung gesehen.Representation of the cover-side rotor blade end, from the blade root seen from on the cover.

Die in Fig. 1 dargestellte Rotorschaufel weist eine Schaufelvorderkante 10 und eine Schaufelhinterkante 11, eine Schaufelabdeckung 12 und einen Schaufelfuß 13 auf. Die Schaufel ist hohl und der Innenraum der Schaufel ist durchThe rotor blade shown in Fig. 1 has a blade leading edge 10 and a blade trailing edge 11, a blade cover 12 and a blade root 13. The bucket is hollow and the interior of the bucket is through

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einen Blecheinsatz 14 in zwei Teilräume unterteilt. Der Einsatz 14 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze radiale Länge der Schaufel und ist am Schaufelfuß durch Hartlötung mit dem Schaufelkörper verbunden, im übrigen jedoch nicht mit dem Schaufelkörper verbunden, damit Wärmedehnungen möglich sind. Die Anordnung des Einsatzes 14 innerhalb der Schaufel ist deutlich aus Fig. 2 zu ersehen.a sheet metal insert 14 divided into two sub-spaces. The insert 14 extends essentially over the whole radial length of the blade and is connected to the blade body by brazing at the blade root, but otherwise not connected to the blade body so that thermal expansion is possible. The arrangement of the insert 14 within the blade can be seen clearly from FIG.

Die Figur zeigt, daß der Einsatz zwischen einer großen Anzahl von Vorsprüngen 15 und einer Anzahl von schraubenförmig verlaufenden Rippen 16 gehalten ist. Die Vorsprünge sind in Fig. 1 durch kleine Kreuze versinnbildlicht. Die Vorsprünge und Rippen sind zweckmäßig einstückig mit den Schaufelwandungen 17 und 18 vorzugsweise durch Gießen hergestellt. Der Einsatz 14 endet jeweils kurz hinterhalb der Vorderkante bzw. vorderhalb der Hinterkante der Schaufel und läßt auf diese Weise Hohlräume frei, über welche Kühlluft von der einen Einsatzseite zur anderen Einsatzseite innerhalb der Schaufel strömen kann.The figure shows that the insert between a large number of projections 15 and a number of helical extending ribs 16 is held. The projections are symbolized in Fig. 1 by small crosses. the Projections and ribs are expediently made in one piece with the blade walls 17 and 18, preferably by casting. The insert 14 ends just behind the front edge or in front of the rear edge of the shovel and in this way leaves cavities free, via which cooling air from one side of the insert to the other side of the insert can flow inside the blade.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß am Schaufelfuß 13 zugeführte Kühlluft in eine Anzahl von Strömungskanälen eintreten kann, die an einer Seite des Einsatzes schräg nach oben verlaufen, um die Vorderkante des Einsatzes herumFrom Fig. 1 it can be seen that the cooling air supplied to the blade root 13 in a number of flow channels can occur, which run obliquely upwards on one side of the insert, around the front edge of the insert

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umbiegen und dann wiederum schräg nach oben verlaufen, um sodann an der Hinterkante,des Einsatzes ebenfalls um diese herum umzubiegen und dann schließlich wieder weiter schräg nach oben zu verlaufen. Der Verlauf eines solchen Strömungskanals ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. In dem Maße, in welchem ein solcher Strömungskänal radial nach außen verläuft, wird ein Teil der ihn durchströmenden Luft über an der Schaufelvorderkante angeordnete Bohrungen als Kühlfilm für die Schaufelvorderkante abgelassen und außerdem wird ein Teil der Kühlluft durch Austrittsschlitze 21 an der Schaufelhinterseite abgelassen. Da auf diese Weise das die Schaufel durchströmende Kühlluftvolumen verringert wird, sind die Kühlkanäle so bemessen, daß ihr lichter Querschnitt in Richtung zum radial äußeren Schaufelende allmählich kleiner wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß entweder der gegenseitige Abstand der Rippen 16 fortschreitend kleiner wird oder aber, daß die Breite der Strömungskanäle allmählich verringert wird. Dadurch wird die Kühlluftströmung im wesentlichen konstant gehalten. Die Geschwindigkeit der Kühlluftströmung kann außerdem auch dadurch beeinflußt werden, daß der Winkel, unter welchem die Rippen 16 längs der Innenflächen der Schaufel verlaufen, entsprechend steiler oder flacher gemacht wird.bend over and then run diagonally upwards again, around then at the rear edge, the insert also around to bend them around and then finally to continue sloping upwards again. The course of such Flow channel is indicated in Fig. 1 by arrows. To the extent that such a flow channel is radial runs outwards, part of the air flowing through it is via holes arranged on the leading edge of the blade drained as a cooling film for the leading edge of the blade and also part of the cooling air is drained through outlet slots 21 on the rear side of the blade. Up there in this way the volume of cooling air flowing through the blade is reduced, the cooling channels are dimensioned in such a way that that their clear cross-section is gradually smaller in the direction of the radially outer blade end. This can be done by be achieved that either the mutual spacing of the ribs 16 is progressively smaller or that the width of the flow channels is gradually reduced. This makes the cooling air flow essentially kept constant. The speed of the cooling air flow can also be influenced by that the angle at which the ribs 16 extend along the inner surfaces of the blade is correspondingly steeper or made flatter.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können in der Ecke, welche zwischen der Schaufelaußenwandung 17 und der Schaufelabdeckung 23 gebildet ist, Austrittsöffnungen 22 für die Kühlluft vorgesehen sein. Die auf diese Weise abgelassene Kühlluft kann infolgedessen auch noch zur Kühlung der Schaufelabdeckung ausgenutzt werden, welche zu diesem Zweck an ihrer radial inneren Oberfläche mit Längskanälen 24 versehen ist.According to a preferred embodiment of the invention can in the corner between the outer wall of the blade 17 and the blade cover 23 is formed, outlet openings 22 may be provided for the cooling air. The cooling air released in this way can consequently also be used to cool the blade cover which is provided with longitudinal channels 24 on its radially inner surface for this purpose.

Eine in der oben beschriebenen Weise aufgebaute TMrbinenschaufel ist verhältnismäßig leicht herzustellen, da der Schaufeleinsatz einen festen Körper darstellt und folglich leicht zu formen und leicht in die Schaufel einzuführen ist, während die Schaufel selbst zweckmäßigerweise gegossen wird, wobei unter Verwendung eines einstückigen Kernes die Rippen und Vorsprünge einstückig mit dem Schaufelkörper zusammengegossen werden.A tine bucket constructed in the manner described above is relatively easy to manufacture, since the shovel insert is a solid body and therefore easy to shape and easy to insert into the shovel is to be introduced while the blade itself is conveniently cast, using a one-piece Core, the ribs and projections are molded in one piece with the blade body.

Falls gewünscht, können bei der beschriebenen Anordnung die Bohrungen 20 und/oder die Bohrungen 21 und/oder die Vorsprünge 15 weggelassen werden, wobei als Kühlmittel sowohl eine Flüssigkeit oder ein anderes Qas als Luft Verwendung finden können, wobei wiederum die Rippen 16 und Vorsprünge 15, falls letztere vorhanden sind, einstückigIf desired, the bores 20 and / or the bores 21 and / or the Projections 15 are omitted, the coolant being both a liquid or some other gas than air Can be used, in turn the ribs 16 and projections 15, if the latter are present, in one piece

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mit den Schaufelwandungen ausgeführt sein können.can be carried out with the blade walls.

Gemäß einer weiteren Abänderung der beschriebenen Ausführungsform können wenigstens einige der Kühlluftkanäle so ausgebildet sein, daß sie jeweils für sich nur zur Kühlung der Schaufelvorderkante oder nur zur Kühlung der Schaufelhinterkante dienen, nicht aber zur Kühlung beider Kanten» Dies kann durch entsprechende Wahl der Neigung der Rippen 16 erreicht werden. Eine solche Anordnung gestattet es, für die Schaufelvorderkante und für die Schaufelhinterkante verschiedene Kühlluftsysteme einzusetzen, was es wiederum möglich macht, die jeweiligen Kühlluftdrücke den verschiedenen ümgebungsgasdrücken in diesen Bereichen anzupassen.According to a further modification of the embodiment described, at least some of the cooling air ducts be designed so that they only for cooling the blade leading edge or only for cooling the The blade trailing edge is used, but not to cool both edges »This can be done by choosing the appropriate slope of the ribs 16 can be achieved. Such an arrangement allows for the blade leading edge and for the Use different cooling air systems, which in turn makes it possible to adjust the respective cooling air pressures to adapt to the various ambient gas pressures in these areas.

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Claims

(1. \ Hollow gas turbine blade, characterized in that that the vane cavity is divided into flow channels by a sheet-like insert (14), which are at one end of the vane begin, on the one hand through the walls of this insert and on the other hand through the blade walls (17, 18) or are delimited by ribs (16) located between these blade walls and the insert and which are helical run around this insert.

2. Gas turbine blade according to claim 1, characterized in that within the flow channels between the blade walls (17, 18) and the insert (14) extending projections (15) are provided which the Hold the insert in place.

3. Gas turbine blade according to claim 2, characterized in that said ribs (16) and the said projections (15) are integral with the blade walls (17, 18).

4. Gas turbine blade according to one of claims 1 to 3,

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characterized in that coolant empties out of the flow channels in the region of the blade leading edge openings (20) are arranged.

5. Gas turbine blade according to one of claims 1 to, characterized in that in the region of the blade trailing edge coolant outlet openings (21) opening out from the flow channels are arranged.

6. Gas turbine blade according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insert (14) on one end of the blade is connected to the blade body by brazing and otherwise not connected to the blade body is.

7. Gas turbine blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least some of the Flow channels are assigned exclusively to a blade longitudinal edge.

8. Arrangement of gas turbine blades according to one of claims 1 to 7 on a gas turbine rotor, wherein coolant is supplied to the blades at their root ends.

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9. Arrangement according to claim 8, characterized in that that the radially outer blade ends are connected to one another by a blade cover (23) and that the Coolant flowing through flow channels of the blades also cools the blade cover.

10. Arrangement according to claim 9 »characterized in that

that channels (24) are arranged on the radially inner blade cover surface and that in the blade walls (17, 18) arranged coolant outlet openings (22) are directed towards these cover channels.