DE2241191B2

DE2241191B2 - Internally cooled gas turbine blade

Info

Publication number: DE2241191B2
Application number: DE19722241191
Authority: DE
Inventors: Alan Bristol Moore (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1971-08-25
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1980-11-06
Also published as: IT962211B; SE380065B; JPS4829917A; JPS5345447B2; GB1404757A; DE2241191A1; FR2150475A1; FR2150475B1; AU4587372A; AU466679B2

Description

Die Erfindung betrifft eine innengekühlte Gasturbinenschaufel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an internally cooled gas turbine blade according to the preamble of claim 1.

Aus der GB-PS 8 07 181 ist bereits eine solche innengekühlte Gasturbinenschaufel mit hohlem Schaufelkörper und einem in dessen Hohlraum eingesetzten Einsatz bekannt, wobei der Zwischenraum zwischen dem Einsatz und dem Schaufelkörper durch diesen Zwischenraum durchsehende Stege in Kühlkanäle unterteilt ist, die an einem Schaufelende beginnen und schraubenlinienartig um den Einsatz herumführen. Bei der bekannten Schaufel hat der Schaufelkörper nur eine dünne Wand mit glatten Innenwandflächen, und der Einsatz ist mit Rippen versehen, welche die, die Kühlkanäle begrenzenden Stege bilden. Der Einsatz ist seinerseits als an seinen beiden Enden verschlossener Hohlkörper ausgebildet und seine Rippen sind jeweils entlang ihrer gesamten Länge mit dem Schaufelkörper Kort verlöte** uni der Schaufel die erforderliche mechanische Steifigkeit und Festigkeit zu geben.From GB-PS 8 07 181 such an internally cooled gas turbine blade with a hollow blade body and an insert inserted in its cavity known, the gap between the insert and the blade body through this gap through webs in cooling channels is divided, which start at a blade end and lead helically around the insert. at the known blade, the blade body has only a thin wall with smooth inner wall surfaces, and the The insert is provided with ribs which form the webs delimiting the cooling channels. The stake is in turn designed as a hollow body closed at both ends and its ribs are each Solder the required Kort along its entire length to the shovel body ** uni the shovel to give mechanical rigidity and strength.

Die bekannte Schaufel erfordert eine ziemlich aufwendige Herstellung, denn der zum einen als Hohlkörper gestaltete und zum anderen an seiner Außenfläche mit Rippen versehene Einsatz stellt eiqen ziemlich komplizierten Bauteil dar, und außerdem bedeutet die Verbindung der Rippen des Einsatzes mit dem Schaufelkörper einen sehr großen Aufwand, der aber notwendig ist, um eine Verformung des dünnwandigen Schaufelkörpers im Betrieb unter dem ziemlichen hohen Kühlluftdruck sicher zu verhindern.The well-known shovel requires a rather complex production, because on the one hand as Hollow body designed and on the other hand provided with ribs on its outer surface is eiqen rather complicated component, and also means the connection of the ribs of the insert with the blade body a very large effort, but it is necessary to deform the thin-walled Safe to prevent the blade body from operating under the relatively high cooling air pressure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innengekühlte Gasturbinenschaufel der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie sich einerseitsThe invention is based on the object of providing an internally cooled gas turbine blade of the type mentioned at the beginning Kind to train in such a way that they are on the one hand

is durch hohe Stabilität und gute Kühlung auszeichnet, andererseits aber mit relativ geringem Fertigungsaufwand herzustellen istis characterized by high stability and good cooling, on the other hand, however, is to be produced with relatively little manufacturing effort

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebeneThis object is achieved according to the invention by what is specified in the characterizing part of claim 1

Arrangement solved

Bei der erfindungsgemäßen Schaufel ist also der Einsatz einwandig, d. h. als einfaches Blechteil ausgebildet, was geringstmöglichen Fertigungsaufwand bedeutet, und der Schaufelkörper, der ohnehin aufgrund seiner komplizierten, meist noch verwundenen Tragflügelprofilform als Gußteil hergestellt wird, iot mit den die Kühlkanal:: begrenzenden Stegen versehen, die als einstückig mit der Schaufelkörperinnenwandung ausgebildete Rippen hergestellt sind. Diese Rippen dienen beiIn the case of the shovel according to the invention, the insert is single-walled, i. H. designed as a simple sheet metal part, which means the least possible manufacturing effort, and the blade body, which is due anyway its complicated, mostly still twisted airfoil profile shape is made as a cast part, iot with the Cooling channel :: delimiting webs that are used as Ribs formed in one piece with the inner wall of the blade body are produced. These ribs serve at

3D der erfindungsgemäßen Schaufel nicht nur der Begrenzung der Kühlkanäle, sondern sie bewirken auch eine so ausreichende Versteifung des Schaufelkörpers, daß dieser zur Herstellung seiner im Betrieb erforderlichen mechanischen Festigkeit und Integrität nicht mit dem Einsatz verbunden zu sein braucht Daher ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Schaufel den Einsatz nur an einem Schaufelende mit dem Schaufelkörper zu verbinden, während er im übrigen über die gesamte Länge der Schaufel nicht fest mit dem Schaufelkörper verbunden ist und sich daher bei unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Einsatz und Schaufelkörper frei innerhalb der Schaufel bewegen kann.3D of the blade according to the invention not only of the limitation the cooling channels, but they also cause sufficient stiffening of the blade body that this does not match the mechanical strength and integrity required in operation Insert needs to be connected. It is therefore possible to only use the blade according to the invention to connect a blade end with the blade body, while he is otherwise over the entire Length of the blade is not firmly connected to the blade body and is therefore different Thermal expansion between the insert and the blade body can move freely within the blade.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Appropriate and advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawings described. It shows

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt längs der Linie B-B in F i g. 2 durch eine GasturbinenlaufschaufelF i g. 1 shows a schematic longitudinal section along the line BB in FIG. 2 by a gas turbine blade

so nach der Erfindung,so according to the invention,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Querschnitt durch die Schaufel in der Ebene A-A in F i g. 1, undF i g. 2 shows, on a larger scale, a cross section through the blade in the plane AA in FIG. 1, and

F i g. 3 eine schematische perspektivische Darstellung des äußeren Schaufelendes, vom Schaufelfuß her auf eine Schaufelabdeckung gesehen.F i g. 3 is a schematic perspective illustration of the outer blade end, looking up from the blade root seen a shovel cover.

Die in F i g. 1 dargestellte Gasturbinenlaufschaufel weist eine Schaufelvorderkante 10 und eine Schaufelhinterkante 11, eine Schaufelabdeckung 12 und einen Schaufelfuß 13 auf. Die Schaufel ist hohl und der Schaufelhohlraum ist durch einen einwandigen Blecheinsatz 14 in zwei Teilräume unterteilt Der Einsatz 14 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Schaufellänge und ist am Schaufelfuß mit dem Schaufelkörper hart verlötet, im übrigen jedoch nicht fest mit dem Schaufelkörper verbunden, damit Wärmedehnungen möglich sind. Die Lage des Einsatzes 14 innerhalb der Schaufel ist deutlich aus F i g. 2 zu ersehen. Der Einsatz ist innerhalb des SchaufelhchlrauinsThe in F i g. 1 has a blade leading edge 10 and a blade trailing edge 11, a blade cover 12 and a blade root 13. The shovel is hollow and the The blade cavity is divided into two subspaces by a single-walled sheet metal insert 14. The insert 14 extends essentially over the entire length of the blade and is at the blade root with the Blade body hard-soldered, but otherwise not firmly connected to the blade body, so that thermal expansions possible are. The position of the insert 14 within the blade is clear from FIG. 2 can be seen. The insert is inside the shovel tube

zwischen einer großen Anzahl von Flächenvorsprüngen 15 und einer Anzahl von schraubenförmig verlaufenden Rippen 16 der Schaufelwände 17 und 18 gehalten. Die Flächenvorsprünge 15 sind in Fig. 1 durch kleine Kreuze versinnbildlicht Die Vorspninge und Rippen sind zweckmäßigerweise einstückig mit den Schaufelwänden 17 und 18 gegossen. Der Einsatz 14 endet jeweils kurz hinterhalb der Schaufelvorderkante bzw. vorderhalb der Schaufelhinterkante und läßt auf diese Weise Hohlräume frei, durch welche Kühlluft innerhalb der Schaufel von der einen Seite zur anderen Seite des Einsatzes strömen kann.between a large number of protrusions 15 and a number of helical ribs 16 of the blade walls 17 and 18 held. the Surface projections 15 are symbolized in FIG. 1 by small crosses. The projections and ribs are expediently cast in one piece with the blade walls 17 and 18. Bet 14 ends in each case just behind the blade leading edge or in front of the blade trailing edge and leaves on this Free cavities through which cooling air flows from one side to the other of the blade inside the blade Use can flow.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß am Schaufelfuß 13 zugeführte Kühlluft in eine Anzahl von Kühlkanälen eintreten kann, die an einer Seite des Einsatzes schräg nach oben verlaufen, um die Vorderkante des Einsatzes herum 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. Diese Kühlkanäle sind durch die Rippen 16 begrenzt Der Verlauf eines dieser Kühlkanäle ist in F i g. 1 durch einen Pfeil angedeutet Ein Teil der durch die Kühlkanäle radial nach außen durch die Schaufel strömenden Kühlluft wird an der Schaufelvorderkante durch Bohrungen 20 abgelassen und bildet einen Kühlfilm auf der Schaufelvorderkante. Ebenso wird ein Teil der Kühlluft durch Austrittsschiitze 21 an der Schaufelhinterkante abgelassen. Da auf diese Weise das die Schaufel durchströmende Kühlvolumen geringer wird, sind die Kühlkanäle so bemessen, daß ihr lichter Querschnitt in Richtung zum radial äußeren Schaufelende allmählich kleiner wird. Dazu kann entweder der gegenseitige Abstand der Rippen 16 fortschreitend kleiner werden, oder die Dicke der Kühlkanäle zwischen dem Einsatz und den Schaufelwänden kann sich verringern. Dadurch erhält man eine im wesentlichen gleichbleibende Kühlluftströmung. Die Geschwindigkeit der Kühlluftströmung durch die KühlkanäleFrom Fig. 1 it can be seen that cooling air supplied at the blade root 13 is fed into a number of cooling channels can occur that run obliquely upwards on one side of the insert to the front edge of the insert bend around and then run again diagonally upwards to then at the rear edge of the insert also to bend around this and then finally continue to run diagonally upwards again. These cooling channels are delimited by the ribs 16. The course of one of these cooling channels is shown in FIG. 1 through an arrow indicated Part of the through the cooling channels radially outward through the blade flowing cooling air is discharged at the blade leading edge through holes 20 and forms a Cooling film on the leading edge of the blade. A part of the cooling air is also discharged through outlet slits 21 at the Bucket trailing edge lowered. Since in this way the cooling volume flowing through the blade is lower is, the cooling channels are dimensioned so that their lighter Cross-section gradually becomes smaller in the direction of the radially outer blade end. Either the mutual spacing of the ribs 16 become progressively smaller, or the thickness of the cooling channels between the insert and the bucket walls can decrease. This essentially gives one constant flow of cooling air. The speed of the cooling air flow through the cooling channels

ίο kann außerdem durch Wahl steilerer oder flachererίο can also by choosing steeper or flatter

Angle at which the ribs 16 along the Run inner surfaces of the blade walls, influenced

werden.will.

Preferably, in the area between the blade

ßeciläche und der Schaufelabdeckung 12 gebildeten Ecke Austrittsöffnungen 22 für die Kühlluft vorgesehen. Die durch diese Öffnungen austretende Kühlluft dient zur Kühlung der Schaufelabdeckung, die zu diesem Zweck an ihrer radial inneren Oberfläche mitßeciläne and the blade cover 12 formed corner outlet openings 22 are provided for the cooling air. The cooling air exiting through these openings is used to cool the blade cover, which is attached to it Purpose on their radially inner surface

Longitudinal channels 24 is provided

Gewünschtenfalls können einige der Kühlkanäle so ausgebildet sein, daß sie jeweils nur zur Schaufelvorderkante oder nur zur Schaufelhinterkante führen, was durch entsprechende Wahl der Neigung aer Rippen 16 erreicht weiden kann. Eine solche Anordnung gestattet es, für die Schaufelvorderkante und die Schaufelhinterkante verschiedene Kühlluftsysteme einzusetzen, was es wiederum möglich macht, die jeweiligen Kühlluftdrücke den unterschiedlichen Umgebungsgasdrücken in diesenIf desired, some of the cooling channels can be designed in such a way that they only face the leading edge of the blade or lead only to the rear edge of the blade, which can be achieved by selecting the inclination of the ribs 16 can graze. Such an arrangement allows for the blade leading edge and the blade trailing edge use different cooling air systems, which in turn makes it possible to adjust the respective cooling air pressures the different ambient gas pressures in these

To optimally adapt areas. 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Internally cooled gas turbine blade with a hollow blade body and one in its cavity inserted insert as well as with webs running between the blade body and the insert limited cooling channels that start at one end of the blade and spiral around the insert lead around, characterized in that the insert (14) is single-walled and the webs as Ribs (16) of the inner walls of the blade body (17,18) are formed, and that the insert only on a blade end, but otherwise not firmly connected to the blade body

2. Gas turbine blade according to claim 1, characterized in that in the region of the cooling channels a plurality of surface projections (15) is formed on the inner walls of the blade body (17, 18) which support the insert (14) in addition to the ribs (16) in the blade cavity.

3. Gas turbine blade according to claim 1 or 2, characterized in that in the area of Blade leading edge in the blade body opening out outlet openings (20) from the cooling channels are formed.

4. Gas turbine blade according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the area of Blade rear edge opening out of the cooling channels outlet openings (21) in the blade body are formed.

5. Gas turbine blade according to one of claims 1 to 4, characterized in that the slope the cooling channels is so large that at least some of the cooling channels through the blade leading edge region or exclusively through the blade trailing edge area.

6. Gas turbine blade according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling channels on a blade cover (23) from the blade body connected to the outer blade end flow out.

7. Gas turbine blade according to claim 6, characterized in that the orifices (22) of the Cooling channels directed towards channels (24) formed on the radially inner blade cover surface are.