DE2262597A1 - Vorrichtung zum kuehlen von vollprofillaufschaufeln von kraftfahrzeuggasturbinen - Google Patents

Description

sk/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 14. Dez. 1972

Vorrichtung zum Kühlen von Vollprofil-Laufschaufeln von Kraftfahrzeuggasturbinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen der verwundenen Vollprofil-Laufschaufeln von Kraftfahrzeuggasturbinen, wobei am oder im Träger für die dem Laufradteil vorgeschaltete Leitvorrichtung kühlluftbeaufschlagte Düsen so angeordnet sind, daß durch die Kühlluft der an daa aktive Schaufelprofil sich anschließende Teil des Turbinenlaufrades bestrichen wird.

Die bei Gasturbinen aus Gründen der Leistungssteigerung und der Steigerung des thermischen Wirkungsgrades erwünschte Erhöhung der Gastemperatur am Turbineneintritt ist durch die vorhandenen Werkstoffe für die Turbinenräder und Turbinenschaufeln begrenzt. Die Temperatürgrenze dieser Werkstoffe liegt zur Zeit bei ca. 950° C für Turbinen mit annehmbarer Lebensdauer. Um die Gastemperatur am Turbineneintritt zu erhöhen, hat man bei einer bekannten Kraftfahr- · zeuggasturbine die Schaufelfüße bzw. den sich an das aktive Schaufelprofil anschließenden Teil des Turbinenlaufrades mit Kühlluft beaufschlagt, wobei durch Wärmeleitung ständig Wärme vom Schaufelkörper zum Schaufelfuß und von' da an die Kühlluft abgeführt wurde. Bei dieser bekannten Konstruktion erreicht man zwar eine wesentliche Verringerung der Temperatur am Schaufelfuß, jedoch ist die Temperatur am Schaufel-

22.8274 ./,

409828/0434

kopf naoh wie vor relativ hoch, so daß auch die mittlere Schaufelteoiperatur Jj= 1/2 χ (Schaufelkopftemperatur + Schaufelfußtemperatur)] noch relativ groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine SchaufcMihlvorrichtung zu schaffen, mit der bei einer vorgegebenen Gaatemptratur am Turbineneintritt eine möglichst geringe mittlere Schaufeltemperatur erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch die Leitvorrichtung in ihrem die Laufschaufelenden überdeckenden Teil mit einer kühlluftbeaufschlagten Düsenvorrichtung versehen ist, wobei die Düsen so angeordnet sind, daß die Kühlluft in radialer Richtung ausströmt. Da eich um die Schaufelenden ein Kaltluftring bildet, besteht bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung neben dem Wärmegefälle von der Schaufelmitte zum Schaufelfuß noch ein Wärmegefälle von der Schaufelmitte zum Schaufelkopf, so daß die mittlere laufschaufeltemperatur - gleiche Turbineneintrittstemperatur vorausgesetzt - geringer ist als die bei den bekannten Turbinenlaufrädern mit ausschließlich Schaufelfußkühlung, was zur Folge hat, daß die Lebensdauer der Laufschaufeln erhöht ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung besteht darin, daß die Kühlluft den Verlust an Arbeitsgas durch den zwischen den Laufschaufelenden und dem letztere überdeckenden Teil der Leitvorrichtung befindlichen Spalt verringert.

Um airenenartige Geräusche im Laufradteil infolge der vorhandenen Düsen in dem die Schaufelenden überdeckenden Teil der Leitvorrichtung zu vermeiden, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Düsen ein oder mehrere ringförmige Schlitze.

22.6274 ./·

409828/0434

_3_ ■ 226259?

In der Zeichnung ist ein" Ausführungabeispiel der Erfindung scheniatisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Laufrad einer Fahrzeuggasturbine und einen Teil der Leitvorrichimg, wobei das Laufrad und die Leitvorrichtung nur zur -Hälfte dargestellt sind und

Fig. 2 einen Teil der Abwicklung des Lauf- und Leitrades.

Mit 1 ist ein Laufrad einer Kraftfahrzeuggasturbine in axia ler Bauart bezeichnet, das eine Nabe 2, einen Radkörper 3 und die Laufschaufeln 4 aufweist. Die Laufschaufeln 4 aind in der bekannten Weise verwunden, dünnwandig und haben ein Vollprofil., Dem Laufrad 1 ist eine Leitvorrichtung 5 mit Leitscliaufeln 6 vorgeschaltet. Der äußere Leitschaufelring 7 setzt sich unter entsprechender Verstärkung in Richtung auf das Laufrad 1 fort und überdeckt das Laufrad. Zwischen den Enden des Laufrades und der Innenwand des äußeren Leitschaufelringfortsatzes 8 befindet sich ein Axialspalt von beispielsweise 0,4 mm Höhe. In dem konzentrisch zu dem Laufrad 1 liegenden Leitschaufelringfortsatz 8 sind in dessen das Laufrad überdeckenden Teil ringförmige, senkrecht zur Laufradachse gerichtete Schlitze 9 angeordnet. Die Schlitze 9 stehen über eine Leitung 10 mit einer nicht weiter dargestellten Kühldruckluftquelle in Verbindung. Als Kühlluft kann ein Teil der vom Verdichter der Gasturbine komprimierten Luft dienen. Zweckmäßiger ist es jedoch, wenn man als Kühlluft die im Vergleich zu der Verdichterluft wesentlich kühlere, vom Druckluftspeicherbehälter unmittelbar zu den Schlitzen 9 geförderte Druckluft verwendet.

In dem sich an den inneren Leitschaufelring 11 anschlieSenden Teil 12 ist - wie bekannt - eine weitere Kühlvorrichtung angeordnet, die der Schaufelfußkühlung dient. Sie Kühlvorrichtung weist mehrere Düsen 13 auf, die über eine Lei··

22.8274 ./.

40982 8/0434

tung 14 mit einer Druckluftquelle verbunden sind, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

Die Kühlluft für die Lauf schaufelenden strömt unter Druci; aua den Schlitzen 9 radial nach innen auf die Lau .'schauf elenden zu. Die Krümmung der Laufschaufeln bewirkt einerseits eine Forcierung der Kühlluft entgegen der Strömung des Arbeitsgases, andererseits letzteres eine Förderung der Luft in Richtung des Arbeitsgaeee. Ba die Kühlluft spezifisch schwerer als das Arbeitsgaa ist, verbleibt duiti die Zentrifugalkraft ein Kaltluftring um die Schaufelender» Durch diese Kaltluftzone wird ein Temperaturgefölle zu den Schaufelenden geschaffen. Da infolge der (bekannten) Schau fei fuß kühlung auch ein 'i'emp era turge fälle zum Schaufelfuß besteht, wird Wärme sowohl radial nach innen als auch radial nach außen abgeführt.

409828/Ü4 3

Claims (1)

1. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
   Aktiengesellschaft

   Nürnberg, 14. Dez. 1972

   Patentansprüche

   π.] Vorrichtung zum Kühlen der verwundenen Vollprofillaufschaufeln von Kraftfahrzeuggasturbinen, wobei am oder im Träger für die dem Laufradteil vorgeschaltete Leitvorrichtung kühlluftbeaufschlagte Düsen so angeordnet sind, daß durch die Kühlluft der an das aktive Schaufelprofil sich anschließende Teil des Turbinenlaufrades bestrichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Leitvorrichtung (5) in ihrem die Laufschaufelenden überdeckenden Teil (8) mit einer kühlluftbeaufschlagten Duschvorrichtung versehen ist, wobei die Düsen so angeordnet sind, daß die Kühlluft in radialer Richtung ausströmt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen ein oder mehrere ringförmige Schlitze (9) sind.

   22.8274

   409828/0434

   Leerseite