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DE2718661A1 - Bauelement mit kuehlung durch fliessfaehiges mittel - Google Patents

Bauelement mit kuehlung durch fliessfaehiges mittel

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Publication number
DE2718661A1
DE2718661A1 DE19772718661 DE2718661A DE2718661A1 DE 2718661 A1 DE2718661 A1 DE 2718661A1 DE 19772718661 DE19772718661 DE 19772718661 DE 2718661 A DE2718661 A DE 2718661A DE 2718661 A1 DE2718661 A1 DE 2718661A1
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DE
Germany
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coolant
wall
hot gas
component according
constriction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19772718661
Other languages
English (en)
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DE2718661C2 (de
Inventor
Ambrose Andreus Hauser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2718661A1 publication Critical patent/DE2718661A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2718661C2 publication Critical patent/DE2718661C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
    • F05D2240/81—Cooled platforms

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT
6000 Frankfurt/Main 1 26 . M . 19
Kaiserstrasse 41 WK / — / Rg
Telefon (0611) 235555
Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto ι 282420-602 Frankfurt/M.
Bankkonto: 225/0389
Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.
1J245-13DV-6812
GENERAL ELECTRIC COMPANY
1 River Road SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
Bauelement mit Kühlung durch fliessfähiges Mittel
70988S/05I7
Die Erfindung betrifft Kühlsysteme und besonders Kühlsysteme zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken.
Die Kühlung von Bauteilen mit hoher Temperatur in Gasturbinentriebwerken ist gegenwärtig eines der schwierigsten Probleme für den Konstrukteur von.Triebwerken, besonders für die Kühlung der Turbinenteile des Triebwerkes, in denen besonders starke Temperaturen herrschen. Obwohl Hochtemperaturmaterialien entwickelt wurden, welche dieses Problem teilweise beheben, ist es offensichtlich, dass in der voraussehbaren Zukunft die Probleme durch Verwendung von Materialien mit fortgeschrittener Technologie allein praktisch nicht behoben werden können. Ein Grund dafür ist die Tatsache, dass diese fortgeschrittenen Materialien kostspielige Herstellungsverfahren benötigen oder Legierungen aus kostspieligen Materialien enthalten. Daher kann das Produkt zwar technisch geeignet aber kostenmässig nicht zulässig sein. Weiterhin ist es offensichtlich, dass bei der fortwährenden Steigerung der Temperaturen von Gasturbinen keines der vorgesehenen Materialien unter diesen Umgebungsbedingungen beständig sein kann ohne die zusätzliche Unterstützung durch eine Kühlung mit einem Fluid (fliessfähigem Mittel). Die Kühlung mit einem fliessfähigen Mittel kann die Einfügung von kostengünstigeren Materialien in gegenwärtige Gasturbinentriebwerke ermöglichen und gestattet die Erzielung be- ! deutend höherer Temperaturen (und damit von Triebwerken mit höherem Wirkungsgrad) in der Zukunft.
Es wurden in der Vergangenheit verschiedene Verfahren zur Kühlung mit fliessfähigem Mittel oder Fluid vorgeschlagen, welche üblicherweise eingeteilt werden in eine Konvektionskühlung, eine Aufprallkühlung oder eine Filmkühlung.
709805/0517
-Jd-
Alle diese Verfahren wurden sowohl einzeln als auch kombiniert in Gasturbinentriebwerken verwendet, wobei die relativ kalte verdichtete Luft von dem Verdichterteil des Triebwerkes als Kühlungsmittel verwendet wurde. Solche vorbekannten Konzeptionen werden beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 3.800.864 erörtert. Ein Problem bei der Fluid-Kühlung besteht in der Verringerung der Systemverluste und damit in dem Anteil des Antriebsmittels (Luft), der für solche Verwendungszwecke ohne Schuberzeugung verwendet wird. In der gegenwärtigen Praxis war es bei Benutzung der Fluid-Kühlung zur Steigerung der inhärenten Hochtemperaturbeständigkeit des Materials erforderlich, den Leistungsverlust hinzunehmen, welcher durch die Injektion des Kühlungsmittels in den Schubmittelstrom an solchen Stellen verursacht wurde, an denen sich Leistungsverluste ergeben. Beispielsweise wird in Turbinen mit Fluidkühlung das Kühlungsmittel in irgendeinem Bereich mit hoher Mach-Zahl stromabwärts von der Engstelle der Ausströmdüse abgegeben, z.B. an der Austrittskante des Düsenrings. Diese Art der Mischung des Kühlungsmittels mit niedriger Geschwindigkeit mit dem Heissgasstrom hoher Geschwindigkeit führt zu Impulsenergieverlusten, welche eine Verschlechterung der Leistung verursachen.
Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kühlsystem für ein Bauelement zur Begrenzung eines Heissgaskanals mit einer Engstelle zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zu schaffen, welches die Mischverluste zwischen dem Fluid-Kühlungsmittel und dem Heissgasstrom verringert.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kühlung eines Elementes zu schaffen, welches einen Heissgaskanal mit einer Engstelle begrenzt.
Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben und Vorteile ergibt sich aus der .nachstehenden ausführlichen Beschreibung von bestimmten Beispielen im Zusammenhang mit den Abbildungen. Die Beispiele sind dabei nur typische mögliche Ausführungsformen und sollen keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beinhalten.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung den Aufbau eines Kühlsystems mit Kühlung durch ein fliessfähiges Mittel, welches eine Filmkühlung, Konvektionskühlung und eine Aufprallkühlung enthält und die Injektion des fliessfähigen Kühlmittels in solche Bereiche einer Turbine auf ein Minimum reduziert, wo sich bedeutende Leistungsverluste ergeben können. Insbesondere betrifft die Erfindung die Einleitung der gesamten Filmkühlluft (neben der zur Kühlung der Leitschaufeln verwendeten Luft) in die Turbinendüse stromaufwärts von der Engstelle der Düse, wo die Mach-Zahl des Gasstroms so niedrig wie möglich ist. Hierdurch werden die Impulsverluste bei der Mischung des Gasstroms und des Kühlmittelstroms verringert und es wird gewährleistet, dass die gesamte Strömung durch die Turbinendüse (Kühlmittel plus Heissgasstrom) die gleiche Düsenaustrittsgeschwindigkeit und den gleichen Luftwinkel beim Durchgang durch die Düsenengstelle erreicht.
Die vorgenannten Aufgaben werden in einem Bauelement, beispielsweise einem Turbinendüsenring erreicht, welches einen Heissgaskanal mit einer Engstelle begrenzt, in dem zunächst das Bauelement mit einer Wand zur Begrenzung
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des Kanals ausgestattet wird und diese Wand einen ersten Teil stromaufwärts von der Engstelle und einen zweiten Teil stromabwärts von der Engstelle besitzt. Der Wandteil stromabwärts von der Engstelle ist mit einer inneren serpentinenförmigen Kühlleitung ausgestattet, welche das fliessfähige Kühlmittel durch, den stromabwärts gelegenen Teil leitet, wo das Kühlmittel eine Kühlung durch Konvektion bewirkt. Die Kühlleitung endet in einer inneren Tasche stromaufwärts von der Engstelle des Kanals und es sind Öffnungen vorgesehen, um das fliessfähige Kühlmittel aus der Tasche in Form eines Films über die Wand abzugeben. Vorzugsweise wird der am weitesten stromabwärts gelegene Teil der Wand zuerst durch die serpentinenförmige Leitung gekühlt, um die fortschreitende Verringerung der Wirksamkeit des Films in Richtung stromabwärts zu kompensieren. Bei dem Beispiel einer Düse für ein Gasturbinentriebwerk wird das Kühlmittel für die stromabwärts gelegene Wand stromaufwärts von der Düsenengstelle abgegeben, wo die Mach-Zahl des Heissgasstroms so niedrig wie möglich ist. Der übrigen Wandteil stromaufwärts von der Engstelle wird durch ein bevorzugtes Verfahren mit Aufprallkühlung und Filmkühlung gekühlt, und hierdurch werden Verluste auf ein Minimum gebracht, da die gesamten Kühlmittel filme in einem Bereich mit relativ niedriger Mach-Zahl abgegeben werden, bevor sie durch die Düsenengstelle laufen.
Ein Flansch unterhalb der Wand begrenzt teilweise einen Kanal für das fliessfähige Kühlmittel, welcher in Strömungsmittelverbindung mit der serpentinenförmigen Leitung steht. Der Flansch enthalt eine Trennwand, welche im wesentlichen den stromabwärts gelegenen Wandteil von dem Kanal für das fliessfähige Kühlmittel abtrennt. Auf
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diese Weise wird das Austreten von fliessfähigem Kühlmittel in den Heissgaskanal stromabwärts von der Engstelle auf ein Minimum gebracht. In einer Ausführungs form einer Düse für ein Gasturbinentriebwerk kann diese Düse teilweise im Triebwerk hängend durch den Flansch getragen werden.
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.
Die Figur 1 ist eine Teilschnittansicht eines Teils eines Gasturbinentriebwerkes, welches eine Ausführungsform der Erfindung enthält.
Die Figur 2 ist eine Draufsicht eines Segmentes des Düsenringes entlang der Linie 2-2 der Figur 1 und enthält Elemente der Erfindung.
Die Figur 3 ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines Teils des Düsenringsegmentes der Figur 2.
Die Figur 4 zeigt eine vergrösserte Teilschnittansicht eines Teils der Erfindung entlang der Linie 4-4 der Figur 3.
Die Figur 5 zeigt eine Teilschnittansicht entlang der Linie 5-5 der Figur 4 zur weiteren Darstellung eines Teils der Erfindung.
In den Abbildungen sind gleiche Teile durchweg mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Figur 1 zeigt eine Teilschnittansicht eines Teils eines Gasturbinentriebwerkes,
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das allgemein mit der Bezugsziffer 1o bezeichnet ist, und einen Triebwerkrahmen 12 enthält. Das Triebwerk enthält eine Brennkammer 14, die durch eine Aussenverkleidung und eine Innenverkleidung 18 begrenzt ist.Unmittelbar stromabwärts von der Brennkammer befindet sich eine Düse 19 und enthält eine Ringreihe von allgemein radial verlaufenden Turbineneinlassleitschaufeln 2o, welche von in Segmenten unterteilten äusseren Düsenringen 22 und in ähnlicher Weise in Segmente unterteilten inneren Düsenringen 24 gehalten werden. Stromaufwärts von den Düsenleitschaufeln 2o ist eine ringförmige Reihe von Turbinenlaufschaufeln 26 an einer drehbaren Turbinenscheibe 28 befestigt, welche antriebsmässig mit einem nicht gezeigten Verdichter verbunden ist, wie dies bei einem Gasturbinentriebwerk üblich ist. Die Laufschaufeln 26 sind von einer ringförmigen Hülle 3o umschlossen.
Ein Heissgaskanal 32 ist auf diese Weise zwischen dem äusseren und dem inneren Düsenring 22 bzw. 24 begrenzt, wobei dieser Kanal stromabwärts durch die Reihe der Turbinenlaufschaufeln 26 verläuft. Man erkennt, dass die Hüllen 22 und 24 einer intensiven Hitze durch die Verbrennungsprodukte ausgesetzt sind, welche aus der Brennkammer 14 austreten und durch den Kanal gemäss der Darstellung in Figur 1 von links nach rechts strömen. Die Erfindung ist besonders auf die wirkungsvolle und wirksame Kühlung solcher Elemente gerichtet.
Demgemäss sind Kanäle 34, 36 für das fliessfähige Kühlmittel durch die radial aussen und innen gelegenen Seiten des Heissgaskanals 32 begrenzt. Der Kanal 34 ist gebildet zwischen der Brennkammerverkleidung 16 und dem Rahmen und der Kanal 36 wird gebildet zwischen der Brennkammer-
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Verkleidung 18 und der inneren Tragstruktur, welche allgemein bei 38 bezeichnet ist. In bekannter Weise wird die Kühlluft den beiden Kanälen 34 und 36 von einem stromaufwärts gelegenen Verdichter oder Gebläse (Fan) zugeführt (das Gebläse ist nicht gezeigt), um eine Kühlluft zur Kühlung der rückwärtigen Teile des Triebwerkes einschliesslich der nachstehend beschriebenen Bauelemente zu erhalten.
Es folgt nunmehr eine Beschreibung des Kühlsystems gemäss der Erfindung und besonders des Elementes, welches aus dem radial innen gelegenen Düsenring 24 besteht. Dieses Element dient zur Darstellung eines typischen durch fliessfähiges Mittel gekühlten Elementes, welches teilweise einen typischen Strömungsweg für Heissgas begrenzt. Man erkennt, dass die vorliegende Erfindung leicht auf irgendein ähnliches Element mit den gleichen Umgebungsbedingungen angewendet werden kann. Als Beispiel wurde daher das Kühlsystem gemäss der Erfindung in Figur 1 in seiner Verwendung auf den inneren Düsenring 24 und auch auf den äusseren Düsenring 22 dargestellt.
Es wird nunmehr auf die Figur 2 Bezug genommen, wo ein Teil des Bauelementes 24 in Draufsicht gezeigt ist. Ein Paar benachbarter DÜsenleitschaufeln 2o sind auf dem Bauelement befestigt und diese Leitschaufeln sind so eingerichtet, dass sie die Strömung im Kanal 32 umlenken. Durch das benachbarte Paar von Leitschaufeln wird zwischen denselben ein kleinster Durchgangsquerschnitt oder eine Engstelle 4o gebildet. Es ist bekannt, dass sich an der Düsenengstelle die Geschwindigkeit der heissen Gase auf einen maximalen Wert erhöht, und wie schon zuvor festgestellt, ist es erwünscht, im Hinblick auf die Leistung des Triebwerkes die gesamte Luft für den Kühlfilm in
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die Düse an einer Stelle einzuleiten, wo die Mach-Zahl des Gasstroms (in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit) so klein wie möglich ist. Auf diese Weise ergeben sich die geringsimöglichen Impulsverluste bei dem Mischen des Heissgasstroms und der Kühlungsmittelströme. Wenn weiterhin die Injektion des Kühlungsmittels stromaufwärts von der Engstelle erfolgt, dann erreicht das gesamte durch die Düse strömende Gas (Heissgas plus Kühlungsmittel) die gleiche Düsenaustrittsgeschwindigkeit und den gleichen Austrittswinkel bei seinem Durchgang durch die Düsenengstelle. Hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad bezogen auf die nachfolgende Laufschaufelreihe 26 vergrössert. Es ist zu beachten, dass die Leitschaufeln 2o mit einem Paar von Einsatzstücken 42, 44 ausgestattet sind, welche in geformten inneren Hohlräumen 46 bzw. 48 eingesetzt sind, wie sie in der U.S.-Patentschrift 3.715.17ο beschrieben werden. Die Kühlluft von den Kanälen 34 oder 36 durchläuft die Einsatzstücke und wird aus diesen über eine Vielzahl von Löchern (nicht gezeigt) abgegeben zum Aufprall auf den Wänden des Hohlraums und zur Vergrösserung der Konvektionskühlung derselben.
Die Figuren 2 und 3 zeigen, dass das Bauelement 24 eine Wand 49 zur Begrenzung des Strömungsweges enthält, welche zwei Teile umfasst. Ein erstes Teil 5o liegt stromaufwärts von der Engstelle 4o und ein zweites Teil 52 liegt stromabwärts von der Engstelle. Aus den noch nachstehend erläuterten Gründen erfolgt die Aufteilung in die stromaufwärts gelegene und stromabwärts gelegene Teile allgemein an der Stelle eines lasttragenden Flansches 56, welcher von der Wand 24 aus nach innen ragt. Der Flansch ist zur Halterung der Düse in dem Triebwerk mit der Tragstruktur verbunden, beispielsweise durch eine Schraub-
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verbindung 58. Der stromabwärts gelegene Wandteil ist mit einer Anzahl von inneren serpentinenförmigen Leitungen 54 ausgestattet (hier werden zwei Leitungen gezeigt), welche in Strömungsmittelverbindung mit einem Kanal 36 stehen, der wiederum im wesentlichen stromaufwärts von der Engstelle liegt. Jede Leitung, endet in einer Tasche in dem Wandteil stromaufwärts von der Engstelle und die Kühlluft wird durch diese Tasche über eine Vielzahl von öffnungen 62 als Kühlfilm entlang der Stirnfläche der Wand 49 abgegeben, welche den Meissgaskanal begrenzt. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Leitung in einer Tasche endet. Dies ist jedoch zweckmässig, da man hierdurch ein Mittel zur Ausbreitung des abgegebenen Kühlmittels über eine grössere Wandfläche erhält. Wie am besten aus Figur 3 ersichtlich, tritt die Kühlluft in die serpentinenförmige Leitung über eine öffnung 64 im Flansch 56 ein, wird im Kreislauf durch den stromabwärts gelegenen Wandteil geführt und fliesst dann über eine weitere öffnung 66 im Flansch 56 in den Sammelraum 6o. Die öffnungen 64 und 66 können entweder seitlich beabstandet oder wie hier gezeigt, radial voneinander beabstandet sein.
Die Menge der Kühlluft, die Anzahl der serpentinenförmigen Leitungswege und die Lage der Leitung ist abhängig von den thermischen Umgebungsbedingungen, der zulässigen Temperatur des Metalls der Wand und den Wärmegradienten. Da jedoch die Wirksamkeit der Filmkühlung allgemein in Richtung stromabwärts abnimmt, wird der am weitesten stromabwärts gelegene Teil der Wand 24 der höchsten Temperatur ausgesetzt sein. Um dies zu kompensieren, ist es zweckmässig, die maximale Konvektionskühlung an dieser Stelle vorzusehen. Daher ist die erste Schleife der serpentinen-
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förmigen Leitung in der Nähe der Austrittskante 68 der Wand angeordnet und die Leitung durchläuft eine Reihe von Schleifen von praktisch 18o° bis zur Tasche 6o. Ein solcher Aufbau erzeugt ein System mit dem geringsten Wärmegradienten, sowohl von oben nach unten als auch in Richtung stromaufwärts nach stromabwärts, für die Wand 49. Die Streben 7o, welche teilweise die Leitung begrenzen, tragen zum Abfliessen der Wärme von der heissen nach der kalten Seite der Wand bei, und auf diese Weise wird der Wärmegradient zwischen den beiden Seiten weiter reduziert. Die Lage der Tasche 6o und insbesondere der öffnungen muss so vorgesehen werden, dass eine ausreichende statische Druckdifferenz zur Betätigung des Kühlsystems vorhanden ist und gleichzeitig muss dabei berücksichtigt werden, dass es zweckmässig ist, das Kühlmittel bei einem möglichst hohen statischen Druck des Gasstroms abzugeben, um die Mischverluste zu verringern. Es muss daher für jeden Verwendungszweck der Konzeption der Erfindung ein Ausgleich zwischen diesen beiden Erfordernissen vorgenommen werden. Es ist ersichtlich, dass beim Betrieb die gesamte, für die Kühlung des stromabwärts gelegenen Wandteils verwendete Luft in den Heissgaskanal 32 stromaufwärts von der Engstelle abgegeben wird und daher die Verluste bedeutend reduziert werden und der Wirkungsgrad der Turbine verbessert wird.
Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich können zur Steigerung der Fähigkeit zur Konvektionskühlung in der Leitung 54 Teile 84 zur Bildung einer Turbulenz vorgesehen werden, welche die gesamte Breite der Leitung an ihrer Heissgasseite einnehmen. Die Zahl und Anordnung dieser Teile zur Turbulenzbildung ist ebenfalls abhängig von der Konstruktion einer bestimmten Düse.
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Der stromabwärts gelegene Wandteil 5o kann durch irgendeines der bekannten Verfahren gekühlt werden, vorzugsweise durch das bekannte Kühlverfahren mit Aufprallkühlung und Filmkühlung gemäss der vorgenannten U.S.-Patentschrift 3.800.864. Gemäss Figur 1 ist eine Verkleidung 72 zur Begrenzung des Kanals 36 von der Fläche 74 der Wand 49 beabstandet zur teilweisen Begrenzung eines Sammelraums 76 zwischen den beiden Teilen. Eine Anzahl von öffnungen 78 ergeben die Möglichkeit zur Einleitung von Kühlluft aus dem Kanal in den Sammelraum und zum Aufprall der Kühlluft auf die Wandfläche 74 zur Verbesserung der Konvektion kühlung derselben, öffnungen 80 bilden einen spitzen Winkel mit der Wand und ergeben die Möglichkeit zur Abgabe der Kühlluft als Film über der Wand. Rippen 82 verlaufen radial zwischen der Verkleidung 72 und der Wand 24 und dienen zur teilweisen Begrenzung der Tasche und zur Abtrennung der Tasche vom Samme1raum 76. Es ist daher ersichtlich, dass das gesamte Kühlmittel für die Düsenwand stromaufwärts von der Düsenengstelle 4o zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades abgegeben wird.
Ein weiterer bedeutender Gesichtspunkt der Erfindung betrifft die Lage des Flansches 56. Da der Flansch nicht weiter zurückverlegt ist (das heisst in Richtung stromabwärts) als die Engstelle, muss jegliches um das Element 24 herum aus dem Kanal 36 austretende Kühlmittel in den Heissgasstrom 32 stromaufwärts von der Engstelle eintreten. Beispielsweise sei die Wand 49 als in Segmente unterteilt betrachtet, wobei benachbarte Segmente an gegenüberstehenden Flächen 86 aneinander stossen. Dichtungen einer bekannten Bauform (nicht gezeigt) können zwischen die Flächen 86 am Flansch 56 eingefügt werden und trennen zusammen mit dem Flansch im wesentlichen
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die Kanäle 36 von dem stromabwärts gelegenen Wandteil 52. Obwohl es bevorzugt wird, ein Austreten von Luft aus dem Kanal 36 völlig auszuschliessen, um Kühlmittel einzusparen und den Kühlmittelstrom zu verringern, ist es doch möglich, dass ein solches Austreten von Kühlmitteln erfolgen kann und es wird dann am besten auf de.n stromabwärts gelegenen Wandteil begrenzt, da die Mach-Zahl an dieser Stelle am niedrigsten ist. Weiterhin wird jedes auf diese Weise ausgetretene Kühlmittel letztendlich durch die Leitschaufeln 2o hindurchströmen und dies ist ein erwünschtes Merkmal, wie bereits zuvor ausgeführt. Der Flansch 56 wirkt daher teilweise als Hindernis für ein Austreten von Kühlmittel aus dem Kanal 36 an stromabwärts gelegene Stellen.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass an der vorstehend anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Erfindung Änderungen vorgenommen werden können, ohne den weiteren Rahmen der Konzeption der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise soll die vorstehend beschriebene Ausführungsform mit Verwendung in der Düse eines Gasturbinentriebwerkes keine Beschränkung darstellen, da jedes Wandelement, welches teilweise einen Heissgaskanal begrenzt und eine Engstelle besitzt, gemäss dem hier offenbarten Verfahren durch fliessfähige Mittel gekühlt werden kann. Die wesentlichen Schritte bestehen dabei in einer Leitung des fliessfähigen Kühlmittels durch die Wände stromabwärts von der Engstelle, eine weitere Leitung des fliessfähigen Kühlmittels stromaufwärts von der Engstelle und die Abgabe des Mittels in den Heissgaskanal stromaufwärts von der Engstelle. Eine Turbinenhülle, welche entweder aus einem Stück mit dem äusseren Düsenring gegossen ist oder in anderer Weise mit diesem verbunden
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ist, kann ebenfalls gemäss der vorliegenden Erfindung gekühlt werden, wobei die Kühlluft für die Hülle und den Düsenring stromaufwärts von der Düsenengstelle abgegeben wird. Weiterhin wurde vorstehend die Erfindung anhand eines Beispiels in dem Innern einer stationären Wand zur Begrenzung eines Heissgaskanals beschrieben. Sie ist jedoch in gleicher Weise anwendbar auf rotierende oder in anderer Weise bewegliche Wände.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1.)J Bauelement mit Fluid-Kühlung, welches teilweise einen ~^^ Heissgaskanal mit einer Engstelle begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:
    eine Wand (49) zur Begrenzung des Heissgas.kanals (32) mit einem Teil (5o) stromaufwärts von der Engstelle (4o) und einem weiteren Teil ί'Ί2) stromabwärts von der
    Engstelle,
    Leitungseinrichtungen in dem stromabwärts gelegenen Wandteil (52) zur Leitung von Kühlmittel durch dieselben und zu einer Stelle stromaufwärts von der Engstelle (4o), und
    Einrichtungen zur Abgabe des Kühlmittels aus den Leitungen (54) in den Heissgaskanal (32).
    2.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Abgabe des Kühlmittels als
    Film über der Wand (49) stromaufwärts von der Engstelle (4o) vorgesehen sind.
    3.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtungen (54) in einer Tasche in dem stromaufwärts gelegenen Wandteil (5o) enden
    und die Einrichtung zur Abgabe des Kühlmittels eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Tasche und
    dem Heissgaskanal (32) bilden.
    4.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtungen mindestens eine Wendung von etwa 18o° innerhalb des stromabwärts gelegenen Bandteils (52) bilden.
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    ORIGINAL INSPECTED
    _ 2 _ 271866]
    5.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtungen (54) in Strömungsmittelverbindung mit einer Kühlmittelquelle stromabwärts von der Engstelle (4o) stehen.
    6.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es noch Teile (84) zur Erhöhung der Turbulenz in den Leitungseinrichtungen (54) besitzt.
    7.) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin noch eine Begrenzungseinrichtung umfasst, welche von der Wand (49) etwa an der Engstelle (4o) vorsteht und teilweise einen Kühlmittelkanal (36) begrenzt, wobei dieser Kanal durch die Trennwand in Strömungsmittelverbindung mit dem Kühlmittelkanal (36) verläuft, und der stromabwärts gelegene Wandteil (52) im übrigen durch die Trenneinrichtung von dem Kühlmittelkanal abgetrennt ist.
    8.) Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand mit einer ersten und zweiten Fläche ausgestattet ist, wobei die erste Fläche den Heissgaskanal (32) begrenzt und die zweite Fläche teilweise einen Kühlmittelsammelraum vor der Trennwand begrenzt.
    9.) Baulement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es noch eine Verkleidung mit Abstand von der zweiten Fläche besitzt, wobei diese Verkleidung teilweise den Sammelraum und den Kühlmittelkanal begrenzt, und weiterhin Einrichtungen zur Einleitung des Kühlmittels in den Sammelraum vorgesehen sind.
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    1o.) Bauelement nacli Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einleitung des Kühlmittels eine erste Öffnung zur Herstellung einer Strömungsmittelverbindung zwischen dem Sammelraum (76) und dem Kühlmittelkanal besitzt.
    11.) Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (76) und die Tasche praktisch voneinander durch Rippen (82) getrennt sind, welche praktisch zwischen der Wand (24) und der Verkleidung (72) verlaufen.
    12.) Bauelement nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, dass es noch zweite Öffnungseinrichtungen zur Herstellung einer Strömungsmittelverbindung des Sammelraumes (76) mit dem Heissgaskanal besitzt zur Abgabe des Kühlmittels aus dem Sammelraum (76) und zur Leitung des Kühlmittels über die erste Fläche.
    13.) Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (49) in Segmente in Kreisausschnittform aufgeteilt ist, wobei die am Umfang gelegenen Stellen dieser Segmente mit Dichtungen ausgestattet sind zur Verhinderung eines wesentlichen Durchtrittes des Kühlungsmittels aus dem Kühlungsmittelkanal (36) in den Heissgaskanal (32)
    14.) Düse für Turbomaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
    eine Anzahl von umkreisförmig beabstandeten Leitschaufeln (2o),
    eine allgemein seitlich zwischen diesen Leitschaufeln verlaufende ringförmige Wand (49), welche mit die-
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    sen zusammen teilweise einen Heissgaskanal (32) mit einer Engstelle (4o) begrenzt, wobei die Wand (49) einen Teil (5o) stromaufwärts von der Engstelle und einen weiteren Teil (52) stromabwärts von der Eng-Btelle aufweist,
    Leitungseinrichtungen (54) in dem stromabwärts gelegenen Wandteil (52) zur Leitung des Kühlmittels durch dieselben und zu einer Stelle stromaufwärts von der Engstelle (4o), und
    Einrichtungen zur Abgabe des Kühlmittels aus den Leitungseinrichtungen (54) in den Heissgaskanal (32) als Film auf der Wand (49).
    15.) Düse für Turbomaschinen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (2o) an der tragenden Wand (49) befestigt sind.
    16.) Verfahren zur Kühlung einer Wand, welche teilweise einen Heissgaskanal mit einer Engstelle begrenzt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Das fliessfähige Kühlmittel wird durch die Wand stromabwärts von der Engstelle geleitet, das fliessfähige Kühlmittel wird weiter zurückgeleitet zu einer Stelle stromaufwärts von der Engstelle, und
    das fliessfähige Kühlmittel wird in den Heissgaskanal stromaufwärts von der Engstelle abgegeben.
    17.) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das fliessfähige Kühlmittel Luft umfasst.
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