DE69913221T2

DE69913221T2 - Laufradschaufelplatte einer Gasturbine

Info

Publication number: DE69913221T2
Application number: DE69913221T
Authority: DE
Inventors: Ichiro Arai-cho Fukue; Eiji Arai-cho Akita; Kiyoshi Arai-cho Suenaga; Yasuoki Arai-cho Tomita
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: EP0940561A1; US6190130B1; DE69913221D1; CA2263012C; EP0940561B1; CA2263012A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Laufschaufelplatte, die so gebaut ist, dass sie deren Kühlleistung verbessert.
Beschreibung des Standes der Technik
2 ist eine Schnittansicht einer repräsentativen vorbekannten Gasturbinen-Laufschaufelplatte, die ein Beispiel für diejenige ist, die für eine Laufschaufel einer ersten Stufe verwendet wird. Dieser Stand der Technik ist in US-A-6.071.075 beschrieben. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 50 eine Plattform bzw. Platte in ihrer Gesamtform, und die Bezugsziffer 51 bezeichnet eine Laufschaufel der ersten Stufe. Die Bezugsziffer 52 bezeichnet einen Vorderkantendurchgang der Laufschaufel 51, und Kühldurchgänge 53, 54 sind zu diesem Vorderkantendurchgang 52 vorgesehen, kommunizieren mit diesem und erstrecken sich zu jeweiligen Seitenabschnitten der Platte 50. Die Kühldurchgänge 53, 54 stehen mit Kühldurchgängen 55 bzw. 56 beider Seitenabschnitte in Verbindung, und die Kühldurchgänge 55, 56 öffnen sich an einem rückwärtigen Ende der Platte 50.
In einem Vorderabschnitt der Platte 50 sind Kühldurchgänge 57 und 58 bzw. 59 und 60 auf beiden Seiten derselben vorgesehen, und diese Kühldurchgänge 57 bis 60 sind von einer unteren Oberfläche zu einer oberen Oberfläche der Platte 50 schräg gebohrt, um sich an der oberen Oberfläche zu öffnen, so dass Kühlluft aus ihnen ausgeblasen wird. Ferner sind in einem rückwärtigen Abschnitt der Platte 50 Kühldurchgänge 61, 62, 63 gebohrt, um sich ebenfalls schräg von der unteren Oberfläche zur oberen Oberfläche der Platte 50 zu erstrecken und sich an deren rückwärtigem Ende zu öffnen, so dass Kühlluft daraus ausgeblasen wird.
Ferner sind in einem zentralen Abschnitt der Platte 50 Kühldurchgänge 64, 65, 66, 67, 68 vorgesehen, und diese Kühldurchgänge sind ebenfalls schräg von der unteren Oberfläche zur oberen Oberfläche der Platte 50 gebohrt, so dass Kühlluft von der oberen Oberfläche ausgeblasen wird, wobei ein Auslassendabschnitt jedes der Kühldurchgänge 64 bis 68 so ausgestaltet ist, dass er sich in einer trichterartigen Form erweitert, so dass die Kühlluft auf die obere Oberfläche verteilt wird.
3 ist eine Schnittansicht längs einer Linie C-C von 2, wobei die Kühldurchgänge 55, 56 an beiden Seitenabschnitten der Platte 50 vorgesehen sind und der Kühldurchgang 67 schräg von der unteren Oberfläche zur oberen Oberfläche der Platte 50 gebohrt ist.
4 ist eine Schnittansicht längs einer Linie D-D von 2, wobei der Kühldurchgang 55, der sich vom vorderen Abschnitt zum hinteren Abschnitt der Platte 50 erstreckt, um sich am rückwärtigen Ende zu öffnen, und die sich schräg erstreckenden Kühldurchgänge 57, 64 bis 68 vorgesehen sind, so dass die Kühlluft jeweils von diesen nach hinten und oben ausgeblasen wird.
In der Platte 50 nach obigem Aufbau strömt Kühlluft, die der Laufschaufel 51 durch den Vorderkantendurchgang 52 zugeführt wurde, teilweise in die Kühldurchgänge 55, 56 zum Kühlen beider Seitenabschnitte der Platte 50, um anschließend aus dem rückwärtigen Ende der Platte 50 auszuströmen. Ferner sind die Kühldurchgänge 57 bis 60 bzw. 61 bis 63 schräg in den vorderen und hinteren Abschnitten der Platte 50 vorgesehen, so dass Kühlluft von der unteren Oberfläche der Platte 50 in diese eingeleitet wird, um von der oberen Oberfläche der vorderen und hinteren Endabschnitte der Platte 50 auszuströmen. Ferner sind die Kühldurchgänge 64 bis 68 schräg in dem mittleren Abschnitt vorgesehen, und Kühlluft strömt von der unteren Oberfläche der Platte 50 durch diese, um von deren oberer Oberfläche auszuströmen. Somit wird der gesamte Abschnitt der Platte 50 durch die darin strömende und aus dieser ausströmende Kühlluft gekühlt.
Bei der repräsentativen vorbekannten Gasturbinen-Laufschaufelplatte nach obiger Beschreibung sind die Kühldurchgänge 55, 56 vorgesehen, die sich linear erstreckende Haupt-Kühldurchgänge sind, und zusätzlich hierzu sind die Vielzahl von Kühldurchgängen der Kühldurchgänge 57 bis 60, 61 bis 63, etc. vorgesehen, welche die Platte 50 schräg durchsetzen und damit vergleichsweise lange, geneigte Wege bilden. Somit sind in der Platte 50 viele solche Kühlluft-Zuführdurchgänge vorgesehen und der Bearbeitungsvorgang der Platte selbst wird kompliziert und eine solche Kühlstruktur der Platte kann erwartungsgemäß einfacher gestaltet werden und immer noch einen ausgezeichneten Kühleffekt aufweisen, um den gesamten Abschnitt der Platte mit Umfangs-Seitenabschnitten derselben, an denen ein starker thermischer Einfluss herrscht, gleichmäßig zu kühlen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinen-Laufschaufelplatte bereitzustellen, bei der Zuführdurchgänge und Strömungsdurchgänge der Plattenkühlluft vereinfacht sind, so dass ein Bearbeitungsvorgang der Platte erleichtert wird und eine Kühlwirkung des gesamten Abschnitts der Platte beibehalten wird, ohne beeinträchtigt zu werden, und speziell die Platten-Umfangsseitenabschnitte wirksam gekühlt werden.
Um die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Gasturbinen-Laufschaufelplatte bereit, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
Eine Gasturbinen-Laufschaufelplatte der Erfindung umfasst zwei Kühldurchgänge, die in der Platte auf einer Seite einer Laufschaufel vorgesehen sind, an ihrem einen Ende mit einem Vorderkantendurchgang der Laufschaufel in Verbindung stehen und an ihrem anderen Ende eine Öffnung an einer Seitenendfläche der Platte aufweisen, eine Abdeckung zum Verschließen der Öffnung jedes der beiden Kühldurchgänge, einen Seitenendabschnitts-Kühldurchgang, der in jedem Seitenendabschnitt der Platte vorgesehen ist und an seinem einen Ende mit jedem der beiden Kühldurchgänge in Verbindung steht und am anderen Ende eine Öffnung an der hinteren Endfläche der Plattform aufweist, und mehrere Kühlöffnungen, die jeweils an ihrem einen Ende mit irgendeinem der Seitenendabschnitts-Kühldurchgänge in Verbindung stehen und an ihrem anderen Ende auf der Seitenendfläche der Plattform eine Öffnung aufweisen.
Bei der Platte der Erfindung sind die Seitenendabschnitts-Kühldurchgänge entlang beider Seitenendflächen der Plattform bzw. Platte vorgesehen, so dass Kühlluft von dem Vorderkantendurchgang der Laufschaufel durch die beiden Kühldurchgänge des vorderen Abschnitts der Platte zur Kühlung beider Seitenabschnitte der Platte in diese eingeleitet wird, um dann aus den Öffnungen an den rückwärtigen Endflächen der Platte auszuströmen. Ferner sind die mehreren Kühllöcher vorgesehen, die mit jedem der Seitenendabschnitts-Kühldurchgänge in Verbindung steht, beispielsweise dem Seitenendabschnitts-Kühldurchgang auf einer dorsalen Seite der Laufschaufel, die einem Hochtemperatur-Verbrennungsgas ausgesetzt ist, wobei die Kühlluft aus diesen Kühllöchern strömengelassen wird, wodurch der Seitenendabschnitt der Platte, an der ein starker thermischer Einfluss herrscht, wirksam gekühlt werden kann, mit dem Ergebnis, dass der gesamte Abschnitt der Platte gleichmäßig gekühlt werden kann.
Ferner sind in der obigen Platte keine komplizierten und geneigten Kühldurchgänge vorgesehen, wie sie im Stand der Technik eingesetzt werden, und die Kühlleitungen werden einfach durch die sich entlang beider Seitenendflächen erstreckenden und sich an der rückwärtigen Endfläche öffnenden Kühldurchgänge gestellt, wodurch der Bearbeitungsvorgang der Platte erleichtert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Gasturbinen-Laufschaufelplatte einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 1(a) eine Draufsicht auf die Plattform ist, und 1(b) eine Schnittansicht längs einer Linie A-A von 1(a) ist,
2 eine Schnittansicht einer repräsentativen, vorbekannten Gasturbinen-Laufschaufelplatte,
3 eine Schnittansicht längs einer Licht C-C von 2, und
4 eine Schnittansicht längs einer Linie D-D von 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine konkrete Beschreibung zu Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren vorgenommen. 1 zeigt eine Gasturbinen-Laufschaufelplatte einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 1(a) eine Draufsicht auf die Platte und 1(b) eine Schnittansicht längs einer Linie A-A von 1(a) ist.
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Platte und die Bezugsziffer 51 bezeichnet eine Laufschaufel. Die Bezugsziffern 2, 3 bezeichnen Kühldurchgänge, die in die Platte 1 jeweils rechts bzw. links von einem Vorderkantenabschnitt der Laufschaufel 51 verlaufend gebohrt sind, wobei jeder so angeordnet ist, dass er an seinem einen Ende mit einem Vorderkantendurchgang 52 in Verbindung steht und sich an seinem anderen Ende zu einer Seitenendfläche der Platte 1 erstreckt.
Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Kühldurchgang, der in die Platte 1 an einer dorsalen Schaufelseite entlang der Seitenendfläche der Platte gebohrt und so angeordnet ist, dass er an seinem Vorderende mit dem Kühldurchgang 3 kommuniziert und sich an seinem rückwärtigen Ende an einer hinteren Endfläche der Platte 1 öffnet. Ferner sind im Seitenendabschnitt der Platte 1 eine Vielzahl von Kühllöchern 5 vorgesehen, die jeweils so angeordnet sind, dass sie an ihrem einen Ende mit dem Kühldurchgang 4 kommunizieren und sich an ihrem anderen Ende an der Seitenendfläche der Platte 1 öffnen.
Die Bezugsziffer 6 bezeichnet ebenfalls einen Kühldurchgang, der in die Platte auf einer ventralen Schaufelseite entlang der Seitenendfläche der Platte 1 gebohrt und so angeordnet ist, dass er an seinem Vorderende mit dem Kühldurchgang 2 kommuniziert und sich an seinem rückwärtigen Ende an der hinteren Endfläche der Platte 1 öffnet.
Die Bezugsziffern 2a, 3a bezeichnen Abdeckungen. Die Abdeckung 2a ist in einer Öffnung des Kühldurchgangs 2 zum Verschließen desselben eingesetzt, und die Abdeckung 3a ist in eine Öffnung des Kühldurchgangs 3 zum Verschließen desselben eingesetzt. Durch Anwenden dieser Abdeckungen 2a, 3a kann das Bohren der Durchgänge, wenn die Kühldurchgänge 2, 3 in die Platte 1 einzuarbeiten sind, erleichtert werden. D. h. die Kühldurchgänge 2, 3 werden so fertiggestellt, dass die Bohrarbeit durchgehend von den Seitenendflächen der Platte 1 zu dem Vorderkantendurchgang 52 der Laufschaufel 51 vorgenommen wird und dann Öffnungen an den Seitenendflächen der Platte 1 durch die Abdeckungen 2a, 3a verschlossen werden, womit die Bohrarbeit vereinfacht wird.
Bei der Platte 1 nach obigem Aufbau strömt die Kühlluft in die Laufschaufel 51 von einem Schaufelfußabschnitt, um zu einem Schaufelspitzen- bzw. -endabschnitt durch den Vorderkantendurchgang 52 zu strömen, und ein Teil davon strömt in die Kühldurchgänge 2, 3. Die Kühlluft, die in die Kühldurchgänge 2, 3 eingetreten ist, strömt, wie durch Pfeile 70a, 70b gezeigt ist, zum Kühlen eines Abschnitts der Platte 1 um den Vorderkantenabschnitt der Laufschaufel 51, und strömt dann in die Kühldurchgänge 4 bzw. 6.
Kühlluft 70c, die in den Kühldurchgang 4 eingetreten ist, strömt aus der Vielzahl von Kühllöchern 5 sequenziell auf dem Weg, während sie durch den Kühldurchgang 4 zum Kühlen des Seitenendabschnitts der Platte 1 auf der versalen Schaufelseite strömt, und die restliche Kühlluft 70e strömt aus einer Öffnung an der rückwärtigen Endfläche der Platte 1. Somit können der Seitenendabschnitt der Platte 1 auf der dorsalen Schaufelseite und der Schaufel-Vorderkantenabschnitt, die einem Hochtemperatur-Verbrennungsgas mit einem starken thermischen Einfluss ausgesetzt sind, wirksam gekühlt werden.
Kühlluft 70f, welche in den Kühldurchgang 6 eingetreten ist, strömt durch den Kühldurchgang 6, so wie er ist, zum Kühlen des Seitenendabschnitts der Platte 1 auf einer stromabwärtigen Seite des Verbrennungsgases, um dann aus einer Öffnung an der rückwärtigen Endfläche der Platte 1 auszuströmen. In diesem Fall sind an dem Kühldurchgang 6 keine der vielen Kühllöcher vorgesehen, die sich zur Seitenendfläche erstrecken, und zwar in Anbetracht der Bearbeitbarkeit der Platte 1, wobei die Abkühlung des Seitenendabschnitts lediglich durch die durch den Kühldurchgang 6 strömende Kühlluft 70f erfolgt, die gleichzeitig eine minimale Last der Kühlung eines Abschnitts in Nähe der Laufschaufel 51 aufnimmt.
Gemäß der Gasturbinen-Laufschaufelplatte dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach obiger Beschreibung ist deren Aufbau durch die Minimalzahl von vereinfachten Kühldurchgängen gestaltet, so dass die Kühlluft 70a, 70b von dem Vorderkantendurchgang 52 der Laufschaufel 51 zum Strömen durch die Kühldurchgänge 6 bzw. 4 gebracht wird, um beide Seitenendabschnitte der Platte 1 zu kühlen, und die Vielzahl an Kühllöchern 5 ist nur in dem Seitenendabschnitt auf der dorsalen Schaufelseite vorgesehen, wo ein starker thermischer Einfluss herrscht, so dass die Kühlluft von dem Kühldurchgang 4 in diese geleitet wird, um diesen Seitenendabschnitt abzukühlen und dann aus diesen als Kühlluft 70d auszuströmen, wodurch keine Notwendigkeit besteht, viele solche komplizierte und geneigte Kühldurchgänge vorzusehen, wie sie im Stand der Technik eingesetzt werden, und wobei ein gesamter Abschnitt der Platte 1 effizient gekühlt wird und außerdem der Bearbeitungsvorgang der Kühlleitungen der Platte 1 erleichtert wird.
Es ist anzumerken, dass in der erwähnten Ausführungsform zwar das Beispiel des Kühldurchgangs 6 aus einem einzigen Stück beschrieben wurde, dass die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist, sondern natürlich in zwei Stücken oder je nach Fall sogar in mehreren Stücken gebaut sein kann und der Kühldurchgang 6 nicht immer linear ausgebildet sein muss.

Claims

Gasturbinen-Laufschaufelplatte mit einem ersten Kühldurchgang (2, 3), der in der Platte (1) auf einer Seite einer Laufschaufel (51) vorgesehen ist, an seinem einen Ende mit einem Vorderkantendurchgang (52) der Laufschaufel (51) in Verbindung steht und an seinem anderen Ende eine Öffnung an einer Seitenendfläche der Platte (1) aufweist, und einem zweiten Kühldurchgang (4, 6), der in einem Seitenendabschnitt der Platte (1) vorgesehen ist, an seinem einen Ende mit dem ersten Kühldurchgang (2, 3) in Verbindung steht und an seinem anderen Ende eine Öffnung an einer Hinterendfläche der Platte (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt eine Abdeckung (2a, 3a) zum Verschließen der Öffnung des ersten Kühldurchgangs (2, 3), und mehrere Kühlöffnungen (5), die jeweils an ihrem einen Ende mit dem zweiten Kühldurchgang (4, 6) in Verbindung stehen und an ihrem anderen Ende eine Öffnung an der Seitenendfläche der Platte (1) aufweisen.
Gasturbinen-Laufschaufelplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühldurchgang (4, 6) aus einem oder mehreren Teilen aufgebaut ist.
Gasturbinen-Laufschaufelplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind: zwei der ersten Kühldurchgänge (2, 3), wobei einer an jeder Seite der Laufschaufel (51) vorgesehen ist, und zwei der zweiten Kühldurchgänge (4, 6), wobei einer in jedem Seitenendabschnitt der Platte (1) vorgesehen ist und mit einem der beiden ersten Kühldurchgänge (2, 3) in Verbindung steht.
Gasturbinen-Laufschaufelplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Kühlöffnungen (5) nur an einer dorsalen Seitenendfläche der Platte (1) vorgesehen sind.